理学土木工程材料

理学土木工程材料第1页/共280页第1章土木工程材料的基本性质1.1材料的基本物理性质(physicalproperties)1.1.1材料的密度、表观密度与堆积密度***(1)密度(density)***P8近似密度（视密度）(apparentdensity)(2)＊材料的体积密度（density

）(3)表观密度(apparentdensity)(4)堆积密度（散粒体）(bulkdensity)(forparticles)压实密度（compacteddensity）表1-1常用材料的密度、表观密度、堆积密度第2页/共280页第1章土木工程材料的基本性质1.1.2材料的密实度与孔隙率(1)密实度(density)(2)孔隙率(porosity)1.1.3材料的填充率与空隙率（散粒体）(1)填充率(fillingratio)(2)空隙率(voidsratio,voidcontent,voidvolume)第3页/共280页第1章土木工程材料的基本性质1.2材料与水有关的性质1.2.1材料的亲水性与憎水性hydrophilicity

***(1)亲水性QINGSHUI.SWF（被水润湿P8）(hydrophilicproperty)(2)憎水性（润湿角θ>90°）(hydrophobicnature)1.2.2材料的含水状态（材料的含水状态）1.2.3材料的吸水性与吸湿性***(1)吸水性(waterabsorptivity)——用吸水率表示质量吸水率(waterabsorption)材料体积的吸水率(2)吸湿性(hydroscopicnature)——用含水率表示****含水率(moisturecontent)****第4页/共280页1.2.3材料的耐水性(抗水性)(waterresistance)P12***软化系数(softeningcoefficient)***1.2.4材料的抗冻性与抗渗性(1)抗冻性(frostresistance)水结冰时体积约增大9％，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环(freezingandthawingcircle)抗冻标号(grade)（等级）

D15(Dong)→F15(Freeze)(2)抗渗性(impermeability)渗透系数(coefficientofpermeability)抗渗等级（抗渗标号）

S(Shen)→P(Permeate)第5页/共280页第1章土木工程材料的基本性质1.3材料的基本力学性质1.3.1材料的强度(strength)(1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(2)材料的抗弯强度表1.2常用材料的强度/MPa1.3.2材料的弹性与塑性1.3.3材料的脆性与韧性1.3.4材料的硬度和耐磨性1.3.4.1材料的硬度1.3.4.2材料的耐磨性第6页/共280页第1章土木工程材料的基本性质1.4材料的热工、声学、光学性质及材料的耐久性1.4.1材料的热工性质(1)材料的导热性导热系数**影响材料导热系数的主要因素①物质构成、微观结构②表观密度与孔隙构造③湿度④温度⑤热流方向第7页/共280页第1章土木工程材料的基本性质(2)材料的热容量(heatcapacity)比热容1.4.2材料的声学性质(1)吸声性(soundabsorption)吸声系数(sound-absorptioncoefficient)(2)隔声性（材料的隔声性）(soundinsulation)第8页/共280页材料的密度

材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ——密度，g／cm3；

m——材料在干燥状态的质量，g；

V——材料的绝对密实状态下的体积，cm3。

第9页/共280页材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0——表观密度，kg／m3；

m——材料的质量，kg；

V0——材料在自然状态下的体积（含材料实体及闭口空隙体积），m3。第10页/共280页材料的体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0——表观密度，kg／m3；

m——材料的质量，kg；

V0——材料在自然状态下的体积（含材料实体及闭口空隙、闭口空隙体积），m3。第11页/共280页材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在自然堆积状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：——材料的堆积密度，kg／m3；

m——材料的质量，kg；

——材料的自然(松散)堆积体积(包括材料固体颗粒体积及其闭口、开口空隙体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。材料的堆积密度第12页/共280页材料的密实度材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：第13页/共280页材料的孔隙率材料体积内，孔隙体积所占总体积的百分率。按下式计算：密实度与孔隙率的关系可表示为：D＋P=1即密实度＋孔隙率=1。第14页/共280页材料的孔隙率对应开口孔和闭口孔的孔隙率分别称为开口孔隙率和闭口孔隙率。第15页/共280页材料的填充率

散粒材料堆积体积中，被颗粒所填充的程度。按下式计算：第16页/共280页材料的空隙率

散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算：即：D’＋P’=1或填充率＋空隙率=1。第17页/共280页材料的质量吸水率

材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：1、质量吸水率指材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料干质量的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下式表示：式中：Wm——材料质量吸水率，%；

mg——材料干燥状态下质量，g；

mb——材料吸水饱和状态下质量，g。第18页/共280页材料的含水率

材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示，即式中：W——材料质量吸水率，%；

ms——材料含水时的质量，g；

mg——材料干燥状态下的质量，g。第19页/共280页材料的软化系数**

材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即式中：KR——材料的软化系数；

fw——材料在吸水饱和状态下的强度，MPa；

f——材料在干燥状态下的强度，MPa。材料的软化系数≥0.85的材料称为耐水材料第20页/共280页材料的渗透系数

材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，用渗透系数表示，即式中：K——渗透系数，cm／h；

Q——透水量，cm3；

d——试件厚度，cm；

A——透水面积，cm2；

t——渗水时间，h；

H——静水压力水头，cm。第21页/共280页材料的抗渗等级表示混凝土抗渗能力的指标。即28天龄期的混凝土标准试件在标准试验方法下能承受的最大水压力值。P=10H－1(1--15)式中：P——抗渗等级；

H——试件开始渗水时的水压力，MPa。

S

(Shen)→P

(Permeate)第22页/共280页材料的抗压、抗拉及抗剪强度(compressive,tensileandshearstrength)材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算：式中：f——材料的强度，MPa；

Fmax——破坏时最大荷载，N；

A——受力截面面积，mm2。第23页/共280页材料的抗弯强度(bendingstrength)1)二分法。将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则抗弯强度按下式计算：2)三分法。在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载，则抗弯强度按下式计算：式中：fm——抗弯强度，MPa；

Fmax——弯曲破坏时最大荷载，N；

b、h——试件横截面的宽及高，mm；

L——两支点间的距离，mm。第24页/共280页材料的弹性与塑性、脆性与韧性弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，变形能完全消失的性质。(elasticity)塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状，并不产生裂缝的性质。(plasticity)脆性：材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。(brittleness,fragility)韧性：材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。(fracturetoughness)第25页/共280页材料的导热系数**

(coefficientofthermalconduction)材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即式中：λ——导热系数，W／(m·K)；

Q——总传热量，J；

a——材料厚度，m；

A——热传导面积，m2；

t——热传导时间，h；

T2—T1——材料两面温度差，K。可将本式与材料的渗透系数定义式比较理解和记忆第26页/共280页材料的吸声系数(acousticalcoefficient)

声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数(α)，即式中：Ea——穿透材料的声能；

Eτ——材料消耗的声能；

E0——入射到材料表面的全部声能。第27页/共280页＊材料的体积密度(density)材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：——材料的堆积密度，kg／m3；

m——材料的质量，kg；

V’——材料的自然外形体积(包括材料固体颗粒体积、开口及其闭口空隙体积体积)，m3。第28页/共280页材料体积的吸水率

材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：2、质量吸水率指材料在吸水饱和状态下，所吸水的体积占干燥材料自然状态下体积的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下式表示：式中：Wv——材料体积吸水率，%；

V’——干燥材料自然状态下体积，cm3；

ρw——水的密度，g/cm3

。第29页/共280页材料的隔声性隔声性（soundinsulation）

：材料隔绝声音的能力。材料的隔声性用隔声量来表示：R——材料的隔声量（分贝，dB）Eo——入射到材料表面的总声能Ea——透过材料的声能第30页/共280页基础知识2.1建筑钢材的生产

2.2.1炼钢（炼钢2.2.2、浇注（浇注、脱氧

2.2.3、脱氧（脱氧2.2.4、加工（钢材的加工钢材轧制*钢材的轧制钢材热处理钢材的热处理钢材的生产过程（钢材的生产过程第二章钢材的生产

第31页/共280页基础知识2.2钢的分类

钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。2.1.1按化学成分分类2.1.2按品质（杂质含量）分类2.1.3按冶炼时脱氧程度分类

第32页/共280页2.2.1按化学成分分类

1.碳素钢(carboncontent=0.02%～2.06%的铁碳合金)

低碳钢：含碳量<0.25％

中碳钢：含碳量为0.25％～0.60％

高碳钢：含碳量>0.60％

2.合金钢（碳素钢中加入合金元素Si,Mn,Ti,V)

低合金钢：合金元素总含量alloycontent<5.0％

中合金钢：合金元素总含量为5.0％～10％

高合金钢：合金元素总含量>10％

建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，主要使用非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加工成的产品。第33页/共280页2.2.2按品质（杂质含量）分类1.普通钢：含硫量(sulphurcontent)≤0.050％；

含磷量(sulphurcontent)≤0.045％。

2.优质钢：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。

3.高级优质钢：含硫量≤0.025％；含磷量≤0.025％。

4.特级优质钢：含硫量≤0.015％；含磷量≤0.025％。第34页/共280页2.2.3按冶炼时脱氧程度分类

1.沸腾钢rimmedsteel;rimmingsteel

炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为“F”。其冲击韧性和可焊性较差。

2.镇静钢(fully-killedsteel;killedsteel)

炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为“Z”。

3.半镇静钢balancedsteel;semikilledsteel

指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为“b”。

4.特殊镇静钢比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为“TZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。

第35页/共280页基础知识2.3建筑钢材的力学与工艺性能

2.3.1抗拉性能

2.3.2冲击韧性2.3.3耐疲劳性

2.3.4工艺性能第36页/共280页2.3.1抗拉性能

第37页/共280页3.1.2.1抗拉性能——弹性阶段为OA

弹性：卸去拉力，试件能完全恢复原状。与A点对应的应力称为弹性极限，用σp表示（fE)。elastic此阶段应力与应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示。弹性模量反映钢材的刚度。

土木工程中常用的碳素结构钢Q235的弹性模量E为(2.0-2.1)×105MPa。第38页/共280页3.1.2.1抗拉性能——屈服阶段为AB应力超过A点后，应变的速度大于应力的速度卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。B上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，B下点为屈服下限。B下点比较稳定，容易测定，所以一般以B下点对应的应力，作为屈服强度(yieldstrength)σs(fy)Q235钢的屈服点应在235MPa以上。第39页/共280页2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能P26硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。（f0.2)条件屈服点σ0.2

（f0.2)：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。书Fig.3.3σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。第40页/共280页2.3.1抗拉性能——弹性阶段为OA

弹性：卸去拉力，试件能完全恢复原状。与A点对应的应力称为弹性极限，用σp表示。此阶段应力与应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示。弹性模量反映钢材的刚度。土木工程中常用的碳素结构钢Q235的弹性模量为(2.0-2.1)×105MPa。第41页/共280页2.3.1抗拉性能——屈服阶段为AB应力超过A点后，应变的速度大于应力的速度卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。B上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，B下点为屈服下限。B下点比较稳定，容易测定，所以一般以B下点对应的应力，作为屈服强度σs（fy)。Q235钢的屈服点应在235MPa以上。第42页/共280页2.3.1抗拉性能——强化阶段为BC内部组织发生晶格畸变、错位等，使其抵抗塑性变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应C点的应力称为抗拉强度，用σb表示。Q235的抗拉强度在375MPa以上。伸长率：断面收缩率：第43页/共280页E为常量，低碳钢有明显屈服点，fy作为破坏标志，fy/fu—强屈比***抗拉强度与屈服强度之比（P26）为强度储备，伸长率δ、ψ表示塑性变形能力。第44页/共280页2.3.2冲击韧性***P27

钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。钢材的冲击韧性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧，在试样中间开V形缺口。第45页/共280页2.3.3耐疲劳性

受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。第46页/共280页关于疲劳的几个概念

疲劳极限(fatiguelimit;fatiguevalue)：试件在交变荷载作用下，在规定的周期基数N内(一般为200万次或400万次以上)不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳强度(fatiguestrength)：金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。此时，N称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示。

第47页/共280页2.3.4工艺性能

1.

冷弯性能(cold-bendperformance):指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验时的弯曲角度α和弯心直径d为指标表示，如下图所示。第48页/共280页2.3.4工艺性能

2.

焊接性能(weldingperformance)

钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度应不低于原有钢材的强度。第49页/共280页2.4.3钢材的成分对性能的影响（1）

除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能有重要影响。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。

ReferingP32Table2-2

第50页/共280页2.4.3钢材的成分对性能的影响（2）

●碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2以下时，可焊性良好。●硫（S）：热脆性。不得超过0.05%。●磷（P）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。●锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，（熔点为1600℃），可以消除一部分S的有害作用。●硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。●钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。●氧（O）：有害杂质。●氮（N）：有害杂质。第51页/共280页冶金缺陷、构造、加荷速度对性能的影响

2.4.4

钢材的冶金缺陷对性能的影响常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。偏析——化学成分分布的不均匀程度。2.4.5构件的构造对性能的影响试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力——应力集中。2.4.6加荷速度对性能的影响加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。因此，（1）性试验要求缓慢加载（2）要考虑动荷载对结构的不利影响第52页/共280页**例题：从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果，屈服下限荷载分别为45kN，46kN，抗拉极限荷载分别为62.0kN，63kN，钢筋公称直径为12mm，标距为60.0mm，拉断时长度分别为70mm，71mm。试计算该钢筋的屈服强度，抗拉强度及伸长率。解：

第53页/共280页解：

第54页/共280页

第55页/共280页基础知识2.5钢材的强化与加工

2.5.1冷加工强化2.5.2时效处理2.5.3热处理第56页/共280页2.5.1冷加工强化**P30

钢材在常温下进行冷加工(冷拉、冷拔或冷轧)使其产生塑性变形，而屈服强度得到提高，这个过程称为冷加工强化。

**冷加工的结果：产生塑性变形，晶格缺陷增多，发生畸变，对进一步变形起到阻碍作用，因此，钢材的屈服点提高（冷拉可提高15%~20%，冷拔可提高40%～60%。），塑性、韧性和弹性模量下降。**第57页/共280页2.5.2时效处理

将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15～20d，或加热至100～200℃后保持一定时间（2～3h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。

时效处理方法有两种：在常温下存放15～20d，称为自然时效，适合用于低强度钢筋；加热至100～200℃后保持一定时间（2～3h），称人工时效，适合于高强钢筋。第58页/共280页2.5.3热处理

热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保温和冷却处理，以改变其晶格组织，得到所需要的性能的一种工艺。

热处理包括淬火、回火、退火和正火，见下图。

钢的热处理工艺

第59页/共280页基础知识2.6土木工程常用金属材料的性质及应用

2.6.1建筑常用钢种2.6.2钢结构用钢

2.6.3混凝土结构用钢

2.6.4铝合金

2.6.6

实例——钢材的选用

2.6.5

黄铜

第60页/共280页2.6.1建筑常用钢种1.

碳素结构钢

碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成2.

优质碳素结构钢

优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢和较高锰含量钢两组。3.

低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于5％的合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。第61页/共280页2.6.1碳素结构钢的牌号

碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成如Q235-A·F表示屈服点强度为235N/mm2的A级沸腾钢？Q275-C第62页/共280页2.6.1低合金高强度结构钢的牌号

第63页/共280页2.6.1低合金高强度结构钢的选用

特点：强度高，塑性、韧性和可焊性好，抗冲击性强、耐低温和腐蚀。轧制成型钢、钢板、钢管及钢筋，用于钢筋混凝土结构和钢结构中，特别是重型、大跨度、高层结构和桥梁中。第64页/共280页2.6.3混凝土结构用钢

混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。第65页/共280页2.6.3混凝土结构用钢***P35热轧钢筋的表面形状光圆(代号HPB=HotrolledPlainBar）带肋(代号HRB=HotrolledRibbedBar)月牙肋等高肋第66页/共280页2.6.3混凝土结构用钢——热轧钢筋的级别和代号***I级：用Q235碳素结构钢轧制而成，光圆。用于普通钢筋混凝土的主要受力钢筋、构造筋和箍筋等。代号：HPB235（HotRolledPlainSteelBar热轧光面钢筋）Ⅱ级：用低合金镇静钢和半镇静钢轧制而成，带肋。用于大、中型钢筋混凝土结构。经冷拉后，可用做预应力钢筋。代号：HRB335（HotRolledRibbedSteelBar热轧带肋钢筋）Ⅲ级：同Ⅱ级钢。代号：HRB400Ⅳ级：用中碳低合金钢轧制而成，带肋。用做预应力钢筋。代号：HRB500第67页/共280页2.6.3混凝土结构用钢——冷轧扭钢筋的级别用光圆低碳钢用专用冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型。特点：刚度大、不易变形，与混凝土握裹力大，无需弯钩，节约钢材。第68页/共280页2.6.3混凝土结构用钢——冷轧带肋钢筋的级别用光圆低碳钢经冷轧后，在其表面上轧出三面或两面的横肋。根据《冷轧带肋钢筋》（GB13788-2000)规定，钢筋牌号由CRB和钢筋最小抗拉强度值表示：CRB550,CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170五个牌号，CRB550用于钢筋混凝土，其他宜用于预应力混凝土（CRB=ColdRolledRibbedSteelBar)。说明：为改善预应力结构的力学性能，现行《钢筋混凝土设计规范》已不再收入冷加工钢筋。第69页/共280页基础知识2.7钢材的腐蚀与防护***P34_35

2.7.1钢材的腐蚀

2.7.2钢材的防护

第70页/共280页2.7.1钢材的腐蚀**

钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

**化学腐蚀:钢与周围介质（氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物。

**电化学腐蚀：钢中不同成分的电极电位不同，有电解质（如水）存在时，就会在钢表面形成许多微小的原电池，使钢中的铁逐渐失去。（为主）

第71页/共280页2.7.2钢材的防护

3.钢材的防腐***p35

具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈。（1）耐候钢（耐蚀钢）

“耐蚀钢”是一个统称，包括高性能耐蚀钢，（如不锈钢）和中等程度的耐蚀钢。不锈钢虽好，但由于资源、价格等因素，大量应用于主体结构，在未来很长的时期内，都是困难的（仅部分使用于附属、围护结构与装饰）。因此，介于碳钢与不锈钢之间的不同程度、不同用途的耐蚀钢，成为发展的方向之一。第72页/共280页2.7.2钢材的防护（2）涂层防护——最大限度地隔绝腐蚀环境：这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的技术路线，也是目前国内外最普遍应用的防护方法。涂层品种繁多，有金属涂（镀）层——包括电镀、浸镀、化学转化层等金属层、非金属涂层——涂料、搪瓷和塑料（镀塑）等。用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的，因为涂层总会有缺陷，并且涂层本身性能也随时间而变化（如老化）。

第73页/共280页2.7.2钢材的防护（3）电化学防护技术——阴极保护（牺牲阳极）（Cathodic(al)Protection）

这是一种电化学保护方法。按照电化学腐蚀原理，处于腐蚀电池的“阳极”是受腐蚀者，而“阴极”则不腐蚀。如果使钢结构处于阴极状态，则可实现不腐蚀（被保护）的目的。可用“外加电流”或“牺牲阳极”两种方法，就能够使其进入“免蚀区”（变成阴极而不腐蚀），使被保护的钢结构处于阴极状态。阴极保护技术已经是一项常规性应用技术，其新的发展主要是阳极材料、辅助电极的创新等方面。阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、钢结构，如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。

第74页/共280页2.7.2钢材的防护2.钢结构的防火保护温度对钢材的影响：100℃以内 对钢材性能无影响；100℃以上 随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。250℃左右 抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加——兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。250～350℃ 产生徐变现象。≥400℃钢材的强度、弹性模量都显著降低600℃左右 弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧失。第75页/共280页2.7.2钢材的防护钢结构的防火保护方法

（1）截流法：截断或阻滞火灾产生的热量向构件传输，从而使构件在规定的时间内温度不超过临界温度☆幻灯片喷涂法包覆法

复合法

蔽屏法

（2）疏导法：允许热量传到构件上，然后设法把热量导走火消耗掉，同样可以构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。

第76页/共280页2.7.2钢材的防护喷涂法：目前，我国在大型钢结构防火工程中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点及桁架的处理，但施工时对环境略有污染。防火涂料包括以无机材料为主的厚型非膨胀涂料——厚型涂料呈颗粒状，涂层厚度通常在8毫米以上，一般在10～40mm，，施工方法为喷涂，高温时依靠涂料本身的厚度及较低的导热率起到对钢构件的隔热作用。

第77页/共280页

胶凝材料:指进过一系列物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘接成整体并具有一定强度的材料。分类：**气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。**水硬性胶凝材料：既能在空气中，还能更好地在水中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。第3章无机胶凝材料P44基础知识第78页/共280页基础知识3.1

石灰

3.1.1石灰的生产及分类3.1.2石灰的熟化与硬化3.1.3

石灰的性质与技术要求3.1.4石灰的应用第79页/共280页3.1.1石灰的生产及分类1、石灰的生产

采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料(CaCO3)经900～1100℃煅烧后，即得到块状的生石灰CaO。2、石灰的分类“欠火石灰”：温度过低或煅烧时间不足，CaCO3

未完全分解，(CaO)含量低。“过火石灰”：温度过高或煅烧时间过长，CaO表面有一层玻璃体，使水解速度极慢。“钙质石灰”：石灰中MgO的含量≤5%。“镁质石灰”石灰中MgO的含量＞5%。第80页/共280页3.1.1石灰的生产及分类

生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。

消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2,称为消石灰粉。

石灰膏：将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的3～4倍)消化，或将消石灰粉和水拌和，所得的一定稠度的膏状物，主要成分为Ca(OH)2和水。

第81页/共280页3.1.2石灰的熟化与硬化

1.石灰的熟化***

生石灰与水反应生成氢氧化钙，称为石灰的熟化。又称消化或消解。

CaO+H2O==Ca(OH)2+64.9×103J

石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1～2.5倍。为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。

***陈伏是指石灰乳在储灰坑中放置一段时间（7d、14d）的过程(P48)。陈伏期间，石灰膏表面应有一层水，以防与空气中CO2发生钙化反应。第82页/共280页3.1.2石灰的熟化与硬化2.石灰浆体的硬化

石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化，后者过程缓慢。（1）干燥结晶硬化过程石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，使石灰粒子更紧密，并使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。（2）碳化过程

Ca(OH)2与空气中的CO2和水反应，形成碳酸钙。由于碳化作用主要发生在颗粒表层，且生成的CaCO3膜层较致密，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分蒸发，因此硬化缓慢。第83页/共280页3.1.3

石灰的性质与技术要求

石灰的性质是①可塑性好；②硬化较慢，强度低，③硬化时体积收缩大，④耐水性差，⑤吸湿性强。建筑生石灰技术指标P55Table3-1P56Table3-23-3项目钙质生石灰镁质生石灰优等品一等品合格品优等品一等品合格品CaO+MgO含量不少于（％）908580858075CO2含量不大与（％）5796810未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）不大于（％）5101551015产浆量不少于（L/kg）2.82.32.02.82.32.0第84页/共280页3.1.4石灰的贮运

1.生石灰在贮存运输时要防止受潮，且贮存时间不能过长。否则，会吸收空气中水分自行消化成石灰粉，然后与CO2作用形成碳化层，失去胶凝能力。

2.生石灰不宜与易燃易爆品装运、存放在一起。因石灰受潮熟化要放出大量的热且体积膨胀。

第85页/共280页3.2石膏

3.2.4建筑石膏的应用

3.2.1石膏的种类3.2.2建筑石膏的水化硬化3.2.3建筑石膏的性质与技术要求基础知识第86页/共280页3.2.1石膏的种类

**P44

1.天然二水石膏（CaSO4•2H2O）：天然二水石膏又称生石膏**或软石膏。它是生产石膏胶凝材料的主要原料。纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，黑色等颜色。

2．化工石膏：化工石膏是指一些含有CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品及废渣，如磷石膏是制造磷酸时的废渣，此外还有盐石膏、硼石膏、钛石膏等。

3．天然无水石膏（CaSO4）：天然无水石膏结晶紧密，结构比天然二水石膏致密，质地较硬，难溶于水，又称天然硬石膏。天然硬石膏一般作为生产水泥的原料。

第87页/共280页3.2.1石膏的种类

4．建筑石膏（β-CaSO4•H2O）：建筑石膏是以β半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。

5．高强石膏（α-CaSO4•H2O）：将二水石膏置于0.13MPa、124℃的过饱和蒸压条件下，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的α型半水石膏即高强石膏。第88页/共280页3.2.2建筑石膏的水化硬化

1、凝结：石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，粒子总表面积增加，因而浆体可塑性逐渐减小，浆体渐渐变稠，这一过程称为凝结。

2、硬化：石膏开始凝结后，浆体继续变稠，逐渐凝聚成为晶体。晶体逐渐长大，共生和相互交错，浆体逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥。晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止发展。这一过程称为建筑石膏的硬化。

第89页/共280页3.2.2建筑石膏的水化硬化

3、凝结时间**石膏浆体的凝结和硬化是一个连续的过程。凝结可以分为初凝和终凝两个阶段：初凝和终凝。（1）初凝：将浆体开始失去可塑性的状态称为浆体初凝。（2）初凝时间：从加水至初凝的这段时间称为初凝时间。（3）终凝：浆体完全失去可塑性，并开始产生强度称为浆体终凝。（4）终凝时间：从加水至终凝的时间称为终凝时间。第90页/共280页3.2.3建筑石膏的性质

建筑石膏及其制品具有以下特性：①凝结硬化快；②硬化时体积微膨胀；③硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低，吸声性良好；λ小，隔热性能好；具有一定的调温调湿性；④防火性能良好，遇火灾时，二水石膏中的结晶水蒸发吸收大量的热、蒸汽形成汽幕阻碍火势蔓延、脱水后石膏隔热性能更好且无有害气体产生；⑤耐水性和抗冻性差；⑥加工性能好。第91页/共280页3.2.4

建筑石膏的应用1.

制备石膏砂浆和粉刷石膏

建筑石膏加水、砂、缓凝剂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。建筑石膏加水、缓凝剂拌合成石膏浆体，可用于室内的粉刷涂料。石膏粉刷层表面坚硬、光滑细腻、洁白美观、不易起灰，便于再装饰（墙纸、涂料）、调节室内温湿度。2.

建筑石膏制品

建筑石膏制品的种类很多，如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙、内隔墙、吊顶及装饰。

第92页/共280页基础知识3.3其他气硬性胶凝材料

3.3.1水玻璃

第93页/共280页3.3.1水玻璃

1.水玻璃的组成和硬化水玻璃俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。建筑常用的为硅酸钠(Na2O·nSiO2)水溶液，又称钠水玻璃。要求高时也使用硅酸钾(K2O·nSiO2)的水溶液，又称钾水玻璃。液体水玻璃是一种具有胶体特征，又具有溶液特征的胶体溶液。**水玻璃的模数(P51):水玻璃分子式中的n，即二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比，称为水玻璃的模数，一般在1.5-3.5之间。第94页/共280页3.3.1水玻璃

2.水玻璃的性质与应用

水玻璃在凝结硬化后，粘结力强,强度较高,耐酸性好,耐热性好,耐碱性和耐水性差。利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下几方面用途：涂刷材料表面，提高抗风化能力；加固土壤；配制速凝防水剂；修补砖墙裂缝。第95页/共280页基础知识5.1通用硅酸盐水泥的定义及生产概况

5.2通用硅酸盐水泥的组成材料3.2通用硅酸盐水泥的组成与技术要求

5.3通用硅酸盐水泥的技术要求

第96页/共280页5.1

通用硅酸盐水泥的定义及生产概况

水泥(Cement)：加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。一、通用硅酸盐水泥的定义和分类

1、定义：通用硅酸盐水泥（CommonPortlandCement）是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、或/和混合材料制成的水硬性胶凝材料。

2、分类（1）按组成成分，可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥。（2）按性质和用途，可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。建筑中常用的是通用水泥。第97页/共280页5.1

通用硅酸盐水泥的定义及生产概况

通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥（P.Ⅰ、P.Ⅱ）、普通硅酸盐水泥（P.O）、矿渣硅酸盐水泥（P.S）、火山灰质硅酸盐水泥（P.P）、粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）、和复合硅酸盐水泥（P.C）。通用硅酸盐水泥的组成见表。代号的意义：P.Ⅰ=PortlandCementⅠP.Ⅱ=PortlandCementⅡP.O=ＯrdinaryPortlandcementP.S=SlagPortlandCementP.P=PozzolanPortlandCementP.F=FlyAshPortlandCementP.C=ＣompoundPortlandCementP.L=LimestonePortlandCement第98页/共280页5.1

通用硅酸盐水泥的定义及生产概况

2.通用硅酸盐水泥的生产概述(两磨一烧)第99页/共280页5.2通用硅酸盐水泥的组成材料

1.硅酸盐水泥熟料2.石膏3.水泥混合材料第100页/共280页1.硅酸盐水泥熟料**P54

硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、含量及特性如下：硅酸三钙，矿物成分为3CaO•SiO2，简称为C3S，含量为37%～60%，其水化速度较快，硅酸盐水泥强度的主要来源，水化热较高，干缩较小。硅酸二钙，矿物成分为2CaO·SiO2，简称为C2S，含量为15%～37%；其水化速度慢，早期强度低，后期强度增进率较高，水化热低，干缩较小。铝酸三钙，矿物成分为3CaO•Al2O3，简称为C3A，含量为7%～15%，水化速度快，早期强度高，后期强度较低，水化热高，干缩大。铁铝酸四钙，矿物成分为4CaO•Al2O3•Fe2O3，简称为C4AF，含量为10%～18%，水化速度较快，早期强度较高，水化热较低，干缩小。其他组分包括少量的游离氧化钙、硫酸盐等。第101页/共280页硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、含量及特性**P54矿物组成矿物特性矿物名称简写式含量%密度g/cm3强度水化热J/g凝结硬化速度耐腐蚀性干缩硅酸三钙3CaO•SiO2C3S37~603.25高大快中中硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15~373.28早期低后期高小慢好中铝酸三钙3CaO•Al2O3C3A7~153.04低最大最快最差大铁铝酸四钙4CaO•Al2O3•Fe2O3C4AF10~183.77低中中好小第102页/共280页

(1)天然石膏：符合GB/T5483中规定的G类或M类二级（含）以上的石膏或混合石膏。(A类：硬石膏产品）

(2)工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。

***石膏作用：石膏在水泥中主要是为了延缓水泥的凝结时间，提高早期强度，有利于混凝土的搅拌、运输和施工。

**掺量要控制，掺量太大，SO3会引起安定性不良（用化学分析法检验）水泥中SO3

的含量不得超过3.5％。2.石膏第103页/共280页5.3几种通用硅酸盐水泥的技术要求*P57~60

1.化学要求2.物理要求(2)标准稠度

包括：不溶物（定义：P68）、烧失量（定义：105～110℃烘干的原料，在1000～1100℃灼烧后失去的重量百分比）、三氧化硫、氧化镁、氯离子、碱含量等。水泥凝结时间测定水泥标准稠度用水量测定(4)安定性水泥安定性实验(5)强度(1)细度(3)凝结时间第104页/共280页1.化学要求

(1)不溶物：P.I硅酸盐水泥不大于0.75﹪；P.Ⅱ硅酸盐水泥不大于1.50﹪。

(2)烧失量：P.I硅酸盐水泥不大于3.0﹪；P.Ⅱ硅酸盐水泥不大于3.5﹪；普通硅酸盐水泥不大于5.0﹪。

(3)三氧化硫：硅酸盐水泥、普通水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和复合水泥不大于3.5﹪；矿渣水泥不大于4.0﹪。

(4)氧化镁：硅酸盐水泥和普通水泥不大于5.０﹪。a.如果水泥压蒸试验合格，则放宽至6.0%。其它通用硅酸盐水泥不大于6.０﹪，若水泥中氧化镁的含量大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。

(5)氯离子：通用硅酸盐水泥不大于0.06﹪。

(6)碱含量：水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不大于0.60﹪或由供需双方商定。第105页/共280页(1)细度

定义：水泥的细度是指水泥的粗细程度。细度对水泥的性质影响很大。一般认为：7～200微米，水化程度随细度增加而增加；

<40微米，活性较高；

>100微米，活性很小一般情况下，水泥颗粒越细，水泥水化速度越快，强度也越高。但水泥太细，其硬化收缩较大，且磨制成本也高。

国家规定：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以（勃氏）比表面积表示，不小于300m2／kg。

***矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥0.080mm方孔筛筛余≤10%或0.045mm方孔筛筛余≤30%。

第106页/共280页(2)标准稠度及标准稠度用水量

定义：（1）水泥净浆标准稠度是对水泥净浆以标准方法拌制、测试并达到规定的可塑程度时的稠度。（2）水泥净浆标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度用水量时所需加的水量，常以水和水泥质量百分数表示。各种水泥的矿物成分、细度不同，拌合成标准稠度时的用水量也各不相同，水泥的标准稠度需水量一般为24％～33％（为水泥质量的百分数）。第107页/共280页2.物理要求(1)凝结时间***

硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min(6.5h)；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min(10h)。初凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完成，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。第108页/共280页2.物理要求(2)安定性

沸煮法合格。安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。

**引起安定性不良的因素（P58）（1）熟料中游离氧化镁过多（2）石膏掺量过多（3）熟料中游离氧化钙过多第109页/共280页(5)强度及强度等级***

按照《通用硅酸盐水泥》的规定，采用规定的方法，将水泥、标准砂和水按１∶3.0∶０.５的比例，制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准养护条件下（１d内为20±1摄氏度、相对湿度为90％以上的空气中，１d后为20±1摄氏度的水中）养护至规定的龄期，分别按规定的方法测定其3ｄ和28ｄ的抗压强度和抗折强度。根据测定的结果划分水泥强度等级。各强度等级的各龄期强度值不得低于P69Table3-8的要求。***国家标准规定：凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。若水泥仅强度低于规定时，可降级使用。第110页/共280页5.3通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防P601.通用硅酸盐水泥石的腐蚀2.通用硅酸盐水泥石腐蚀的预防第111页/共280页

1.通用硅酸盐水泥石的腐蚀引起水泥石腐蚀的原因很多，作用机理也很复杂，但主要是下面几种典型的腐蚀：①软水的侵蚀；②硫酸盐的腐蚀；③镁盐的腐蚀；④一般酸的腐蚀；⑤碳酸腐蚀。**需说明的是，水泥石腐蚀的主要内因有两方面：一是水泥石中存在易被腐蚀的组分，**主要是氢氧化钙和水化铝酸钙；二是水泥石本身不够密实。5.3通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防**第112页/共280页

2.腐蚀的预防根据以上腐蚀原因的分析，可采用下列措施，减少或防止水泥石的腐蚀：①根据侵蚀环境特点，合理选用水泥及熟料矿物组成。②提高水泥石的密实度，改善孔结构。硬化水泥石是一多孔体系，腐蚀性介质通常是靠渗透进入水泥石内部，从而使水泥石腐蚀。③加做保护层。当腐蚀作用较强时，可用耐腐蚀性好的涂料等材料，在混凝土及砂浆表面做不透水的保护层，防止腐蚀性介质与水泥石接触。5.3通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防第113页/共280页

6.1普通混凝土概述

普通混凝土(concrete)一般是由胶凝材料（水泥Cement)、骨料(aggregate砂、石）和水按适当的比例配合、拌制，经一定时间的硬化而成的人造石材（砼）。

1、按胶凝材料不同：⑴水泥混凝土；⑵石膏混凝土；⑶水玻璃混凝土；⑷沥青混凝土；⑸聚合物混凝土。

BuildingMaterials第4章水泥混凝土P76第114页/共280页6.1普通混凝土概述

2、混凝土按照表观密度大小分为三类：

(1)重混凝土；

(2)普通混凝土；

(3)轻混凝土；①轻骨料混凝土；②多孔混凝土(泡沫混凝土、加气混凝土)；③大孔混凝土。

3、混凝土按施工工艺可分为：泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、造壳混凝土(裹砂混凝土)、碾压混凝土、压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、热拌混凝土、太阳能养护混凝土等多种。BuildingMaterials第115页/共280页6.1普通混凝土概述

4、混凝土按掺合料可分为：粉煤灰混凝土；硅灰混凝土；磨细高炉矿渣混凝土；纤维混凝土等多种。5、混凝土也可按功能或材料分类如防水混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；纤维混凝土和聚合物混凝土。BuildingMaterials第116页/共280页6.1普通混凝土概述普通混凝土(Concrete)一般是由水泥(Cement)、骨料(Aggregate)（砂、石）和水（Water）所组成。为改善混凝土的某些性能，经常还加入适量的外加剂和掺合料。图4.1普通混凝土结构示意图1—石子；2—砂子；3—水泥浆；4—气孔

BuildingMaterials第117页/共280页基础知识6.1.1水泥1.

水泥品种的选择

配制混凝土时，应根据混凝土工程的性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性作出合理的选择。如大坝工程,宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。2.

水泥强度等级的选择

BuildingMaterials第118页/共280页2.

水泥强度等级的选择

水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般选择以水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.5～2.0倍为宜。高强砼选等级水泥。BuildingMaterials第119页/共280页基础知识6.1.2骨料

1、骨料的分类骨料（也称骨料aggregate

）总体积占混凝土体积的60％～80％，按粒径大小分为粗骨料(coarseaggregate）和细骨料（fineaggregate——砂sand

）。粒径≤4.75mm的骨料称为细骨料，俗称砂。有天然砂（河砂、湖砂、山砂、淡化海砂）人工砂（机制砂、混合砂）。粒径＞4.75mm的骨料称为粗骨料俗称石子。常用的有卵石和碎石。BuildingMaterials第120页/共280页基础知识6.1.2骨料2.骨料的技术性质3.

细骨料

4.

粗骨料BuildingMaterials第121页/共280页1.骨料的技术性质

骨料的各项性能指标将直接影响混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技术性质包括：1、颗粒级配及粗细程度、2、颗粒形态和表面特征、3、强度、4、坚固性、5、含泥量、6、有害物质及7、碱骨料反应等。BuildingMaterials第122页/共280页2.

细骨料

Fineaggregate

粒径4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由于自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。国家标准GB/T14684-2001《建筑用砂》规定了建筑用砂的技术要求。BuildingMaterials第123页/共280页2.

细骨料Fineaggregate

(1)砂的粗细程度和颗粒级配①砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的总体粗细程度。图4—2骨料颗粒级配筛分法表4—1累计筛余与分计筛余的关系图4—3砂的级配区筛分曲线

砂的细度模数及级配评定BuildingMaterials第124页/共280页图4-2骨料颗粒级配示意图(a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径2.

细骨料Fineaggregate—骨料颗粒级配

②砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由中颗粒填充，空隙率会减小，若再填充以小颗粒，空隙率更小，如图4.2所示。

BuildingMaterials第125页/共280页2.细骨料Fineaggregate—筛分法砂的粗细程度与颗粒级配的评定。砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。用一套孔径(方孔)为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛筛分。

称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表4-1。BuildingMaterials第126页/共280页砂的累计筛余与分计筛余的关系Table4-1筛孔尺寸分计筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)×100%A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)×100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)×100%A3=a1+a2+a3600μmm4a4=(m4/500)×100%A4=a1+a2+a3+a4300μmm5a5=(m5/500)×100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150μmm6a6=(m6/500)×100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6细骨料FineaggregateBuildingMaterials第127页/共280页砂的级配区筛分曲线图4-3砂的级配曲线细骨料FineaggregateBuildingMaterials第128页/共280页细骨料Fineaggregate

**砂的细度模数：砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下：