工程材料课件

绪论一、建筑材料及其分类二、建

筑

材

料

在

建

筑

工

程

中

的

作

用三、建筑材料发展概况四、土木建筑工程材料的技术标准分类五、课

程

目

的、任

务

及

基

本

要

求返回

一、建筑材料及其分类广义的建筑材料是指，除用于建筑物本身的各种材料之外，还包括给水排水（含消防）、供热（含通风、空调）、供电、供燃气、电讯以及楼宇控制等配套工程所需设备与器材。另外，施工过程中的暂设工程，如围墙、脚手架、板桩、模板等所涉及到的器具与材料，也应囊括其中。本课程讨论的是狭义建筑材料，即构成建筑物本身的材料，从地基基础、承重构件（梁、板、柱等），直到墙体、屋面、地面等所需的材料。

按材料在建筑物中的部位，可分为承重材料、屋面、墙体等所用的材料；按材料的功能可分为结构材料、装饰材料、防水材料等；按化学成分可分为无机材料、有机材料等等。本书基本上是按材料的化学成分进行分类的,见表0.1。首页下页

二、建筑材料在建筑工程中的作用

建筑材料是发展建筑业的物质基础。建筑材料使用量大，在我国，一般建筑物的总造价中，材料费约占50～60%。建筑材料的品种、质量及规格直接影响建筑的坚固性、耐久性和适用性，并在一定程度上影响着结构形式和施工方式。工程中许多技术问题的破，往往依赖于建筑材料问题的解决，而新材料的出现，又将促使结构设计及施工技术的革新。例如：黏土砖的出现，产生了砖木结构；水泥和钢筋的出现，产生了钢筋混凝土结构；轻质、高强建材的出现，推动了现代、高层建筑的发展。随着建筑技术的发展，对建筑材料又提出新的更高的要求。可见，建筑材料科学技术的发展，对发展建筑业具有重要意义。首页下页上页

三、建筑材料发展概况

人类的建筑历史相当久远。从现已保存的蔚为壮观的古代建筑中可以看出古代劳动人民建筑技术的卓越成就。但无论中外，在奴隶社会和封建社会，建筑技术和建筑材料的进步都是相当缓慢的。直到十九世纪资本主义各国先后发生工业革命,有了钢材和水泥这些材料，各种建筑工程就越出了几千年来土、木、砖、石的限制,开始向前发展。现正向轻质、高强、多功能、构件大型化、标准化的方向发展,各种新型材料大量涌现,正酝酿着建筑技术的新变革。环境问题与材料密切相关，“绿色建材”可称为环保建材、健康建材，其含义是：采用清洁的生产技术，少用天然资源、大量使用工业或城市废弃物和农植物秸杆，生产无毒、无污染、无放射性，有利环保与人体健康的建材。首页下页上页四、土木建筑工程材料的技术标准分类

我国现行标准有三大类第一类是国家标准,如《GB9776–

88建筑石膏》,其中“

GB”为国家标准的代号,“9776”为标准编号,“88”

为标准颁布年号，“建筑石膏”为技术产品名称。上述为强制性国家标准,此外,还有非强制性推荐国家标准，以“

GB/T”

为标准代号。第二类是行业标准,如《JC/T479–92建筑生石灰》,其中“JC”为建材行业的标准号，其他行业代号见表0.2

；“

T”

表示推荐标准；“

479”为此标准的二类类目顺序号；“

92”

为颁发年号。针对工程建设的，常在标准代号后加上“

J”,如“

JGJ/T55–96普通混凝土配合比设计规程”表示为建工行业的工程建设推荐标准,其二级类目号为“

55”

，此为1996年颁布。第三类是企业标准,代号为“

QB/”,其后分别注明企业代号、标准顺序号、制定年代号。首页下页上页五、课程目的、任务及基本要求

《工程材料》课程为工程管理类各专业的专业基础课。

课程目的

为其他专业基础课、专业课、课程设计、毕业论文及生产实训等提供建筑工程材料的基础知识,并为今后从业时,合理选择和正确使用建筑材料打下基础。

课程任务

使学生掌握有关材料技术性质、性能及应用的基础知识和必要理论，并得到主要建材实验的基本技能训练。

基本要求

在材料性质方面，应了解建材及制品的作用及具备的性能,了解材料组成、结构及外界因素对其性质的影响;初步学会常用材料的实验方法。在材料应用方面,能够合理地选用材料,熟悉有关国家标准及应用技术规范，学会材料的运输、保藏要点及混凝土和砂浆配合比设计等。首页上页

1建筑材料的基本性质

绪

1.1

材料的物理性质

1.2

材料的力学性质

1.3

材

料

的

耐

久

性返回

绪建筑材料在建筑物中，受到如下作用。

一.周围介质作用如水、蒸气、热、光、腐蚀性气体和液体等的物理和化学作用。

二.荷载作用上部构件传递或自重的荷载。因此,材料必须具有抵抗各种作用的能力，即应具备相应的基本性质┄

物理性质、化学性质(民用建筑中可忽略)、力学性质等。返回»

1.1材料的物理性质

1.1.1

密度

1.1.2

表观密度

1.1.3

体积密度

1.1.4

堆积密度

1.1.5

密实度和孔隙率

1.1.6

亲水性与憎水性

1.1.7

吸湿性与吸水性

1.1.8

耐水性

1.1.9

抗渗性

1.1.10

抗冻性

1.1.11

材料的热工性质

1.1.12

吸声性

返回«»1.1.1密度

块状材料体积情况构成见图1.1。

1.概念指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

2.计算式

ρ=m/v

式中ρ---材料的密度，g/㎝3。

m---材料在干燥状态下的质量，g。

v---材料在绝对密实状态下的体积，㎝3。3.注意材料绝对密实状态下的体积指不包括材料内部孔隙体积,而是由物质固体颗粒充实的体积状态。返回«»返回«»

1.1.2表观密度

1.概念

按只包括封闭孔隙体积,而不含开口孔隙体积计算出的密度值。

2.

计算式

ρ'=m/v'

式中ρ'---材料的表观密度，g/cm3

。

m

---材料在干燥状态下的质量，g。

v'---材料不含开口孔隙的体积，cm3。返回«»

1.1.3体积密度

1.概念

指材料在自然状态下单位体积的质量。

2.计算式

ρ0=m/v0

式中ρ0---

材料的体积密度，kg/m3或g/cm3。

m

---材料在干燥状态下的的质量，kg或g。

v0

---

材料自然状态下的体积，cm3或m3。

3.注意

材料自然状态下体积包括材料内部所有封闭孔隙体积和开口孔隙体积。返回«»1.1.4

堆积密度

散粒材料体积情况构成见图1.2。

1.

概念

指散粒材料或粉末状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量。

2.

计算式

ρ0'=m/v0'=m/(v+VP+Vv)

式中ρ0'---材料的堆积密度，kg/m3。

VP

---颗粒内部孔隙的体积，m3。

Vv

---颗粒间空隙的体积，m3。

3.

注意

自然堆积状态下的体积含颗粒内部的孔隙体积及颗粒之间的空隙体积。

返回«»1.1.5密实度和孔隙率

1.

密实度

(1)

概念

指材料总体积内，固体物质所占的比例。

(2)

表达式D=v/v0×100%=（ρ0/ρ）×100%

2.

孔隙率

(1)

概念

指材料内孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率。

(2)

表达式

P=[(v0-v)/v0]=[1-v/v0]

=(1-ρ0/ρ)×100%

3.

孔隙率和密实度的关系

D+P=1

4.

空隙率

(1)

概念

指散粒材料在堆积状态下，空隙体积占堆积体积的比例。

(2)

表达式

P'=vv/v0'=(v0'-v0)/v0'=(1-ρ0'/ρ0)×100%

(3)

注意

对致密材料，如天然砂、石，可用表观密度ρ′近似代替干燥时体积密度ρ0。返回«»1.1.6亲水性与憎水性

当水与材料接触时，将出现图1.3(a)或(b)所示的情况。

1.原因原因在于水分子间的内聚合和材料与水分子间的分子亲合力,亲水性材料与水分子之间的分子亲合力,大于水本身分子间的内聚力,

憎水性材料与水分子之间的亲合力,小于水本身分子间的内聚力。

2.判断在材料、水和空气三相交点处，沿水滴表面作切线，此切线和水与材料接触面所成的夹角θ称为“润湿角”

。润湿角θ≤90°时，材料表现为亲水性。润湿角θ＞90°时，材料表现为憎水性。

3.意义憎水材料具有较好的防水性、防潮性、抗渗性，常用作防潮防水材料,也可用于亲水性材料的表面处理。混凝土、砖、石、木材、钢材等属于亲水性材料；大部分有机材料属于憎水性材料，如沥青、塑料、石蜡和有机硅等。返回«»

1.1.7吸湿性与吸水性

1.吸湿性(1)

概念

指材料在空气中吸收水气的性质。(2)

表达式

用含水率ω'm表示

ω'm=mw/m×100%

式中

mw---

材料在空气中吸收水分的量,kg。

m---材料干燥时的质量,kg

。(3)

注意

材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率,建筑材料在正常状态下,均处于平衡含水率状态。返回«»1.1.7吸湿性与吸水性

2.

吸水性

（1）概念指材料在水中吸收水分的性质。

(2)

表达式用质量吸水率ωm或体积吸水率ωv表示。表达式分别如下。

ωm=msw/m×100%=[(msw'-m)/m]×100%

ωv=vsw/v0×100%=[(msw‘

-m)/v0/ρw]×100%

式中msw---

材料吸水饱和时所吸水的质量，g或kg。

ωsw‘

---

材料吸水饱和时材料的质量，g或kg。

vsw---

材料吸水饱和时所吸水的体积，cm3或m3。

ρw

---

水的密度，g/cm3或kg/m3。

（3）质量吸水率和体积吸水率的关系

ωv=ρ0×ωm

（4）注意对多孔吸水材料，其质量吸水率往往超过100％，此时用体积吸水率表示；材料受潮后导热性增大，故保温隔热材料需保持干燥状态。返回«»

1.1.8

耐水性

1.概念

指材料长期在水的作用下，保持其原有性质不变的能力。

2.表达式

用软化系数KP表示。

KP=fsw/fd

式中fsw---材料吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。

fd---材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。

3.

意义

工程中将KP>0.85的材料称为耐水材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构,KP

不宜小于0.85；受潮较轻或次要结构所用材料，KP不宜小于0.70。返回«»

1.1.9抗渗性

1.概念

指材料抵抗压力水(或其它液体)渗透的性质。

2.表达式

工程上(混凝土、砂浆等)常用抗渗等级来表示抗渗性。以符号

Pn

表示,其中n为该材料所能承受的最大水压(0.1Mpa)如P2、P4、P6、P8等分别表示材料最大能承受0.2、0.4、0.6、0.8MPa的水压力而不渗水。材料的抗渗性用渗透系数K(cm/h)来表示。返回«»

1.1.10抗冻性

1.概念

指材料吸水饱和状态下，能够经受多次冻融循环而不破坏，也不严重降低强度的性能。

2.

表达式

用抗冻等级(Fn)表示。其中n为材料在吸水饱和状态下,经冻融循环作用,强度损失和质量损失均不超过规定值时所能承受的冻融循环次数。如F25、F50、F100等。

3.

材料在冻融循环作用下破坏的原因

由于材料内部毛细孔中的

水结冰时体积膨胀（约9%）,对材料孔壁产生巨大压力，使材料内部产生微裂缝，循环往复以致强度下降。返回«»

1.1.11材料的热工性质1.导热性

(1)

概念

指材料传导热量的性质。

(2)

表达式

用导热系数λ表示。

λ=Qa

/(T1-T2)At

式中λ

---导热系数，w/(m.k)。

Q

---

传递的热量，J。

a

---

材料的厚度，m。

T1-T2

---

材料两侧的温差，k。

A

---

材料传热面的面积，㎡。

t

---传热的时间，s或h。

(3)

意义

通常把λ<0.23W/(m·k)的材料称为绝热材料，在运输、存放、施工及使用过程中，须保持干燥状态。返回«»1.1.11材料的热工性质

2.热容量

(1)概念

指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。

(2)表达式

用比热C表示,又称比热容或热容量系数,其表达式为：C=Q/m(T2-T1)

式中

C---

材料的比热容，J/(kg.K)。

Q---

材料吸收（或放出）的热量，J。

m---

材料的质量，kg。

(T2-T1)---

材料受热（或冷却）前后的温度差，K。

(3)意义

比热C与质量m乘积称为热容。热容量大,则材料在吸热或放热时,其自身的温度变化小,即有利于保证室内温度相对稳定为保证建筑物室内温度稳定性,在设计围护结构(墙体、屋面等）时，应选择导热系数较小，比热较大的材料。返回«»

1.1.12吸声性

1.

概念

声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性。

2.表达式

用吸声系数α表示。

α=(Eα+Eτ)/EO

式中Eα

---

穿透材料的声能。

Eτ---

材料消耗的声能。

EO

---

入射到材料表面的全部声能。吸声系数α越大，材料的吸声性越好。

3.意义

一般将125、250、500、1000、2000、4000Hz六个频率的平均吸声系数α≥0.20的材料称为吸声材料。返回«»

1.2材料的力学性质

1.2.1

强度的概念

指材料在外力(荷载)作用下，抵抗破坏的能力。1.2.2

强度的种类

根据受力形式(如图1.4所示)分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度、抗剪强度等四种。1.2.3强度的计算

抗压强度、抗拉强度、抗剪强度计算公式如下：

f=

F/A

式中f---

材料的抗压、抗拉、抗剪强度，Pa或MPa。

F---

试件破坏时的最大荷载，N。

A---

试件面积，m2

或mm2。材料的抗弯(折)强度与材料的受力情况、截面形状及支承条件等有关。对矩形截面,在两端支承,中间作用一集中荷载的情况(见图1.4（c）)，其抗弯（折）强度用下式计算：

f=3FL/2bh2

返回«»

1.2材料的力学性质

1.2.4

强度等级

1.

概念为便于应用，按材料强度值高低划分的若干等级。脆性材料主要抗压强度来划分，如水泥、混凝土、砖等，塑性材料和韧性材料主要以抗拉强度来划分，如钢材等。

2.

强度等级与强度的异同二者都是描述材料抵抗外力作用时的破坏能力,而前者是按强度大小确定的等级,后者是概念性名词。1.2.5比强度

1.

概念是指材料强度与体积密度的比值（f/ρ0）。

2.

意义比强度是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。选用比强度大的材料对增加建筑高度、减轻结构自重、降低工程造价等具有重大意义。返回«»1.2材料的力学性质1.2.6变形性能1.弹性材料完全能恢复的变形称为弹性变形。具备这种变形特征的材料称为弹性材料。2.

塑性材料不能恢复的变形称为塑性变形。具有塑性变称为塑性材料。一些材料弹性变形和塑性变形同时(或先后)发生，当外力取后，弹性变形恢复，而塑性变形不能消失，混凝土就是这类塑性材料。3.脆性材料在荷载作用下，没有明显预兆，表现为突发性破坏的性质。4.韧性韧性又称冲击韧性，是材料在冲击、振动荷载作用下,能承受很大变形而不发生突发性破坏的性质。建筑工程中，对承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等均应考虑材料的韧性。返回«

1.3材料的耐久性

1.3.1

概念

指材料在长期使用过程中抵抗各种破坏因素的作用,保持其原有性质的能力。

1.3.2

包括的内容

材料的耐久性是一项综合性能,包括有抗渗性、抗冻性、耐腐性、抗老化性、耐磨性、耐光性等。

1.3.3

影响因素

内部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。内部因素包括材料的组成、结构与性质等。外部因素是影响耐久性的主要因素。外部因素有：各种酸、碱、盐及其水溶液，各种腐蚀性气体等具有化学腐蚀作用；包括光、热、电、温度差、湿度差、干湿循环、冻融循环、溶解等物理作用；包括冲击、疲劳荷载，各种气体、液体及固体等引起磨损的机械作用；包括菌类、昆虫等，可使材料产生腐朽、虫蛀等生物作用。返回2气硬性胶凝材料

绪

2.1建筑石膏

2.2石灰

2.3水玻璃返回»

绪

何谓胶凝材料

在建筑工程中，将两种材料或散粒状材料胶结在一起的材料，称为胶凝┄胶结材料。通常将无机胶凝材料称为胶凝材料，将有机胶凝材料称为胶结材料。种类按凝结硬化条件的不同可分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，保持或继续发展其强度(石膏、石灰、水玻璃和菱苦土等)。水硬性胶凝材料在凝结后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，保持并继续发展其强度(如水泥)。返回«»

2.1建筑石膏

2.1.1石膏的原料1.

天然二水石膏又称生石膏（CaSO4

·H20),是由含两个结晶水的硫酸钙所组成的沉积岩石。2.天然硬石膏又称为无水石膏，主要是由无水硫酸钙（CaSO4

)组成的沉积岩石。3.工业副产石膏

系指某些化工生产过程中,所产生的以硫酸钙为主要成分的副产品，经适当处理后，作为石膏胶凝材料的原料。常见品种有磷石膏和氟石膏。返回«»

2.1.2建筑石膏的性能

1.凝结硬化快石膏加水拌和后，在6～10min便开始失去可塑性,终凝不超过30min，一般加硼砂、亚硫酸盐纸浆废液等缓凝剂。

2.硬化后体积微膨胀石膏浆体在凝结硬化时会产生微膨胀(0.5～1.0%)，这使石膏制品的表面光滑、细腻、形体饱满，所以适合制作建筑装饰制品。

3.硬化后孔隙率大石膏硬化后具有很大孔隙率（约为50～60%)，因而强度低(7d为8～12Mpa)，抗冻性、抗渗性及耐水性较差。但具有轻质、保温隔热、吸声、吸湿的特点。

4.阻火性好，耐火性差遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，水蒸气还能起到阻火的作用。但二水石膏脱水后，强度迅速下降，因而耐火性差。

5.具有良好的可加工性石膏制品，具有可锯、可刨、可钉性。返回«»

2.1.3建筑石膏的应用

1.

石膏板

（1）纸面石膏板以建筑石膏为主要原料，掺加少量外加材料，如填充料，发泡剂、缓凝剂等，加水搅拌、浇注辊压后作芯材，两面用纸作护面制成。主要用于内墙、隔墙、天花板等处。（2）石膏空心条板以建筑石膏为主要原料，掺加适量填充料或少量纤维材，加水搅拌、振捣成型、抽芯、脱模、烘干而成,该板不用纸，不用胶，强度高。可用作内隔墙，安装时不需龙骨。（3）石膏装饰板石膏装饰板是以建筑石膏为主要原料，掺加少量纤维增强材料和胶结料，加水搅拌制成。装饰板有平板、多孔板、花纹板、浮雕板等多种。（4）纤维石膏板以建筑石膏为主要原料，掺适量纤维增强材料制成，其抗弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可代替木材作家具此外尚有石膏蜂窝板、防潮石膏板、石膏矿棉复合板等品种。返回«»2.1.3建筑石膏的应用

2.粉刷石膏

在建筑石膏中加入其他石膏（硬石膏或煅烧粘土质石膏）、各种缓凝剂（木质磺酸钙、柠檬酸、酒石酸等）及附加材料（石灰、烧粘土、氧化铁红等）可配制成像水泥一样在施工中现场拌制的新型抹灰材料┄粉刷石膏。它具有表面坚硬,光滑细腻,粘结力强、不裂、不起鼓、防火、保温、调湿、施工方便，可实现机械化施工。可用于办公楼、住宅楼等的墙面、顶棚等。返回«»

2.2石灰

2.2.1石灰的生产

2.2.2

石灰的熟化

2.2.3石灰的特性

2.2.4石灰的应用返回«»

2.2.1石灰的生产

石灰是以碳酸钙为主要成分的石灰岩煅烧(1000～1100℃)而成。煅烧时石灰岩中碳酸钙和碳酸镁分解，生成氧化钙、氧化镁(称为生石膏）和二氧化碳气体,反应式如下：

CaCO3==CaO+CO2↑

MgCO3==MgO+CO2↑

氧化钙、氧化镁称为生石灰。生石灰的各品种及等级的技术指标要求见表2.3、2.4、2.5。返回«»2.2.2

石灰的熟化

1.概念生石灰加水生成熟石灰的过程，称为石灰的熟化或消解。反应如下：CaO+H2O=Ca(OH)2+64.9kJMgO+H2O=Mg(OH)2+64.9kJ

氢氧化钙、氢氧化镁称为熟石灰。

2.熟化时的现象(1)石灰熟化过程中水化热较大，见表2.6。

(2)外观体积约增加1.5~2倍。

3.

结论生石灰使用前必须熟化。

4.熟化时注意事项为了消除过火石灰的危害，须将石灰在化灰池内放置两周以上，称为“陈伏”；“陈伏”期间石灰膏表面应保持一层水膜，防止其碳化。

返回«»2.2.3石灰的特性

1.良好的保水性于氢氧化钙粒子极细(直径约1μm)，数量多，总表面积大，能吸附水膜而不易失去。利用保水性好的特性拌制石灰砂浆或石灰混合砂浆。

2.

凝结硬化慢、强度低石灰浆碳化在表面形成碳酸钙外壳，碳化作用难以深入，内部水分又不易蒸发，因此凝结硬化缓慢。硬化后的强度也不高,1:3的石灰砂浆28天的抗压强度为0.2～0.5MPa。

3.

耐水性差石灰浆体在潮湿环境中，难以晶体析出，凝结硬化不会进行。而硬化后的石灰长期受水浸泡，氢氧化钙晶体也会重新溶于水，使硬化的石灰溃散。

4.

硬化后体积收缩大

石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起毛细管显著的收缩，从而造成了体积极大的收缩。返回«»2.2.4石灰的应用

1.

砂浆常用于配制石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆。

2.粉刷石灰膏加水拌合，可配制成石灰乳，用于粉刷墙面。

3.

石灰土和三合土石灰土由石灰、粘土组成,三合土由石灰粘土和碎料(砂、石渣、碎砖等)组成。石灰土或三合土其耐水性和强度均优于纯石灰。广泛用于建筑物的基础垫层和临时道路。

4.

水泥和硅酸盐建筑制品石灰是生产灰砂砖、蒸养粉煤灰砖、粉煤灰砌块或墙用板材等的主要原料。也是各种水泥的主要原料。

5.

碳化石灰板

在磨细生石灰中掺加玻璃纤维、植物纤维、轻质骨料等，用碳化的方法使氢氧化钙碳化成碳酸钙，即为碳化石灰板。用作隔墙、天花板等。返回«»2.3水玻璃

2.3.1水玻璃的生产与性能

1.生产简介水玻璃原料是石英砂、纯碱或含碳酸钠的原料,加热至1300～1400℃,熔融,冷却即为固态水玻璃硅酸钠，反应式如下:

Na2CO3+nSiO2==Na2O•nSiO2+CO2

固态水玻璃在蒸压锅内加热、溶解，即成液态水玻璃。

2.性能水玻璃能溶解于水。n称为水玻璃的模数,模数大，其粘度大，较易硬化。常用的水玻璃模数为

2.6～2.8。

3.水玻璃的硬化水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，失水后逐渐硬化，反应式如下：

Na2O•nSiO2+CO2+mH2O==Na2CO3+nSiO2•nH2O

上述过程很慢，为加速硬化，可将水玻璃加热或掺加适量促硬剂，如氟硅酸钠（Na2SiF6）。氟硅酸钠也能提高水玻璃耐水性。返回«2.3.2水玻璃的应用

1.涂料水玻璃溶液喷涂在建筑材料表面，如天然石料、粘土砖、混凝土等，能提高材料的密实度、强度、耐水性和抗风化能力。石膏制品不能用水玻璃溶液喷涂次。

2.耐酸、耐热制品水玻璃是一种耐酸材料。用水玻璃、胶凝材料与耐酸骨料等可制成耐酸砂浆及耐酸混凝土;水玻璃耐热性良好，能长期承受高温作用而强度不降低。用其作胶凝材料，与耐热骨料等可配制成耐热砂浆及耐热混凝土。

3.灌浆材料水玻璃溶液与氯化钙溶液交替灌入土壤内，是加固建筑地基的一种灌浆材料。此外，水玻璃能加速水泥的凝结、硬化，可作为水泥的促凝剂。水玻璃与粒状高炉矿渣粉配制的砂浆，可作补缝材料。返回3水泥

3.1

硅

酸

盐

水

泥

原

料

及

矿

物

组

成

3.2

硅酸盐水泥

3.3硅

酸

盐

水泥的水化、凝结和硬化过程

3.4硅

酸

盐

水

泥

的

技

术

性

质

和

应

用

3.5掺

混

合材料的硅

酸盐

水

泥

3.6特种水泥

3.7水泥的验收、保管与应用返回»

3.1硅酸盐水泥原料及矿物组成

3.1.1硅酸盐水泥的原料与生产

硅酸盐水泥生产的原材料、主要工艺流程如下:

粘土粉磨→生料—煅烧→熟料—加石膏、混合材料成品铁矿粉粘土铁矿粉石灰岩生料熟料成品返回«»

硅酸盐水泥熟料由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等四种矿物组成，其分子式、简写式及其含量范围见表3.1。从表可看出，硅酸钙(包括硅酸三钙和硅酸二钙)约占70%以上，对硅酸盐水泥的性能具有重要影响。也是“硅酸盐水泥”这一名称由来的原因。由表3.2

可以看出，不同熟料矿物与水作用时表现的性能是不同的，改变水泥熟料组成的相对含量，水泥的技术性能会随之变化。例如：提高硅酸二钙的含量，可以制得快硬高强的优质水泥。3.1.2硅酸盐水泥熟料组成返回«»3.2硅酸盐水泥

3.2.1

硅酸盐水泥定义

凡由硅酸盐水泥熟料，掺入适量的石膏经磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(国际上通常称为波特兰水泥)。硅酸盐水泥有两种类型，在硅酸盐水泥熟料粉磨过程中不掺入混合材的称为Ⅰ型硅酸盐水泥,代号P·Ⅰ；加入不超过5％混合材的称为Ⅱ型硅酸盐水泥,代号P·Ⅱ。在水泥生产过程中加入

适量石膏起缓凝作用 。 返回«»3.2.2硅酸盐水泥的主要品质指标1.氧化镁

水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0%。2.三氧化硫水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。3.烧失量

Ⅰ型硅酸盐水泥≤3.0%，Ⅱ型硅酸盐水泥≤3.5%。4.细度

硅酸盐水泥比表面积勃氏法测定值应大于300m2/kg。5.凝结时间

硅酸盐水泥初凝不早于45min，终凝不迟于6.5h。6.体积安定性用沸煮法检验必须合格。7.强度等级按抗压强度和抗折强度划分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。，返回«»3.3

硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化过程

3.3.1

硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化

1.

水化硅酸盐水泥遇水后，各熟料矿物与水发生化学反应,这一过程称为水化，其反应式如下：

3(CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O(胶体)+3Ca(OH)2(晶体)

2(2CaO·SiO2）+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（晶体）

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O(胶体)

石膏与部分水化铝酸钙反应，生成难溶的水化硫铝酸钙的针状晶体。水化硫铝酸钙的存在，延缓了水泥的凝结时间。

综上所述，硅酸盐水泥水化反应后，生成的水化产物有胶体和晶体，其结构称为水泥凝胶体。返回«»3.3.1硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化

2.

凝结与硬化

由于生成的胶体状疏松网状结构，使水泥与水迅速接触，反应加速，生成较多量的水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙和水化硫凝),建立起充满间隙的紧密的网状结构，并在网状结构中不断充实水化产物，使水泥具有一定硬度，这时为终凝。水泥颗粒表面化合物层的厚度和致密程度不断增加，水泥浆体趋于硬化，形成具有较高强度的水泥石。硬化的水泥石由水泥凝胶体、毛细孔和未水化的水泥颗粒组成。水泥的水化和硬化过程是连续的。水化是凝结硬化的前提,而凝结硬化是水化的结果。凝结标志着水泥浆失去流动性而具有了塑性强度，硬化则表示水泥浆固化后的网状结构具有了机械强度。

返回«»3.3.2环境介质对水泥的侵蚀

硅酸盐水泥硬化后在某些侵蚀性液体或气体作用下，其结构会逐渐遭到破坏,使强度降低,以致溃裂,这种现象称为环境介质对水泥的侵蚀。现列举几种主要的侵蚀作用。1.

浆体组分的溶解浸析遇水氢氧化钙溶解。2.

离子交换反应通过离子交换反应，硬化水泥浆体可能受到如下三种侵蚀形式：（1）生成可溶性盐

（2）生成不溶性钙盐

（3）镁盐侵蚀

（4）形成膨胀性产物

返回«»3.4

硅酸盐水泥的技术性质和应用

3.4.1

硅酸盐水泥的技术性质1.密度和表观密度密度在3.1～3.2之间。松散状态时表观密度在900～1300kg/m3之间，紧密状态时可达1400～1700kg/m3。2.细度细度是指水泥颗粒的粗细程度。颗粒愈细，表面积愈大，因而水化较迅速，凝结硬化快，早期强度高，但硬化后体积收缩大。而水泥颗粒过粗，不利于强度的发展。细度用筛选法和比表面积法来测定。硅酸盐水泥的比表面积应＞300m3/kg，普通硅酸盐水泥经0.08mm方孔筛的筛余量≤10％。3.标准稠度用水量指将水泥净浆调制成标准稠度时所需的水量。标准稠度用水量是作为测定水泥的凝结时间和安定性等所用拌和水量的依据。各种水泥其值在23～31%

之间。返回«»3.4.1硅酸盐水泥的技术性质

4.凝结时间

指从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。水泥的凝结分为初凝和终凝。初凝时间为从水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间则为从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需时间。泥的初凝不宜过早，以便有足够的时间完成混凝土和砂浆的搅拌、运输、浇捣和砌筑等施工操作；国家标准规定硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。水泥的终凝不宜过迟，以使混凝土施工完毕后，尽快达到规定的强度，以利下一步施工的进行，国家标准规定硅酸盐水泥终凝时间≤390min，普通硅酸盐水泥≤10h。返回«»3.4.1

硅酸盐水泥的技术性质

5.

体积安定性

水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过中，体积变化是否均匀的性质。引起体积安定性不良的原因，一般是由于熟料所含（1）游离氧化钙；（2）游离氧化镁；（3）掺入石膏等量过多所致。这些化合物在水化时体积剧烈膨胀,引起水泥体积不均匀变化。国家标准规定，水泥体积安定性用煮沸法检验必须合格。测试方法可以是试饼法和雷氏夹法。当有争议时以雷氏夹法为准。返回«»

3.4.1

硅酸盐水泥的技术性质6.强度测定水泥强度时，水泥和标准砂按1:3的比例混合，加入规定数量的水（水灰比为0.5），经标准试验方法成型，制成40×40×160mm的试件，在标准条件下(温度20±1℃，相对湿度大于90%)

养护，进行3d、28d

龄期的抗折、抗压强度的测定。根据此强度按国家标准将水泥划分成不同强度等级。并按3d

强度值分为普通型和早强型（用R表示）。

7.

水化热

水泥在凝结硬化过程中放出的热量（化学热）称为水泥的水化热。水化放热对大体积混凝土会有内热外凉的温度裂缝产生,是有害的，对建筑的冬期施工则是有利的。返回«»3.4.2硅酸盐水泥的特点与应用

1.

凝结硬化快、强度较高

用于早期强度要求较高、冬季施工和高强混凝土工程。2.水化热大

可用于寒冷地区工程。不适用于大体积混凝土。3.抗干缩性好，耐磨性好

不易产生干缩裂缝，可用于路面工程。4.耐腐蚀（水）性差

不宜用于与流动淡水或硫酸盐等腐蚀介质接触的工程。5.耐热性差

不宜用于有耐热要求的混凝土工程

。返回«»

3.5掺混合材料的硅酸盐水泥

3.5.1混合材的概念

在水泥生产时,所掺入的天然或人工矿物材料,称为混合材料

混合材料按其是否可发生化学反应可分为活性混合材和非活性混合材料。非活性混合材料与水泥不能或很少反应生成水化物，在水泥中仅起填充作用。例如石英砂、粘土、石灰岩等。活性混合材料与水泥能生成具有胶凝性的水化物，它可改善水泥的某些性能,提高水泥产量，降低水泥成本，扩大使用范围，还能充分利用工业废渣。这类混合材料常用的有粒化高炉矿渣、火山灰与粉煤灰等。窑灰是从水泥回窑窑尾废气中收集下的粉尘。窑灰的性能介于非活性混合材料和活性混合材料之间。返回«»3.5.2掺混合材料的硅酸盐水泥的种类

掺混合材料的硅酸盐水泥种类及技术性能见下表：水泥品种代号混合材掺量(%)强度等级普通硅酸盐水泥P·

O≤1532.532.5R42.542.5R52.552.5R矿渣硅酸盐水泥P·S20～7032.532.5R42.542.5R52.552.5R火山灰硅酸盐水泥P·P20～4032.532.5R42.542.5R52.552.5R粉煤灰硅酸盐水泥P·F20～5032.532.5R42.542.5R52.552.5R复合硅酸盐水泥P·C15～5032.532.5R42.542.5R52.552.5R返回«»

3.6特种水泥

3.6.1

高

铝水泥

3.6.2

快

硬水泥

3.6.3

白色

水

泥

和

彩

色

水泥

3.6.4

中热硅酸盐水泥和低热

矿渣硅酸盐水泥

3.6.5

道路水泥

3.6.6

膨胀水泥及自应力水泥

返回«»3.6.1高铝水泥

高铝水泥又称矾土水泥。它属于铝酸盐水泥。高铝水泥的强度发展很快，水化放热量基本上与高标号硅酸盐水泥相同，但放热速度极快,高铝水泥有很好的抗硫酸盐性和抗海水腐蚀能力，甚至比抗硫酸盐的硅酸盐水泥还好。具有一定的耐高温性。它适用于紧急抢修工程、严寒的冬季施工、处于海水或其他侵蚀介质作用、耐热混凝土等。由于高铝水泥的长期强度不稳定，一般不宜用作永久性的承重结构工程。返回«»3.6.2快硬水泥

快硬水泥有硅酸盐快硬水泥、硫铝酸盐型快硬水泥和氟铝酸盐型快硬水泥等。快硬硅酸盐水泥的强度等级以3d抗压强度来表示,分为32.5、37.5、42.5

三个强度等级。硫铝酸盐快硬水泥系列可分为超早强水泥、快硬高强水泥、无收缩水泥、膨胀水泥、自应力水泥、喷射水泥等。返回«»3.6.3白色水泥和彩色水泥

白色硅酸盐水泥简称白水泥。它与硅酸盐水泥的主要区别在于氧化铁含量少，因而色白。由于水泥中存在氧化铁（Fe2O3）等成分之故。当含量在3～4%

时，熟料呈暗灰色；在0.45～0.7%

时，带淡绿色；而降低到0.35～0.40%

后，略带淡绿，接近白色。白色水泥和彩色水泥主要用于建筑装饰工程。返回«»

3.6.4中热硅酸盐水泥和低热

矿渣硅酸盐水泥

中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥是水化热较低的水泥。降低水泥的水化热和放热速率，主要是选择合理的熟

料矿物组成和粉磨细度以及掺入适量的混合材。中热水

泥和

低热矿渣水泥的初凝不得早于60分钟

,终凝不得迟于12小时。中热水泥分42.5级、52.5

级两个强度等级。低热矿渣水泥分32.5级、42.5

级两个强度等级。

返回«»3.6.5道路水泥

道路水泥分为42.5级、52.5级、62.5

级共三个强度等级。其熟料中赋予高强的硅酸三钙、硅酸二钙含量较多,抗裂性较好的铁铝酸四钙含量高(>16.0)

。道路水泥早期强度较高，干缩值小，耐磨性好，适用于修筑道路路面、飞机场跑道路面、广场等，也可用于一般土建工程。返回«»

3.6.6膨胀水泥及自应力水泥

当水泥自应力值大于或等于2MPa

时，称为自应力水泥；当自应力值小于2MPa(通常为0.5MPa左右)

，则称为膨胀水泥我国常用的膨胀水泥品种如下:(1)

硅酸盐膨胀水泥；(2)铝酸盐膨胀水泥；(3)硫铝酸盐膨胀水泥；(4)

铁铝酸钙膨胀水泥。膨胀水泥适用于补偿混凝土收缩的结构工程，作防渗层或防渗混凝土；填灌构件的接缝及管道接头；结构加固与修补；固结机械底座及地脚螺丝等。自应力水泥适用制造自应力钢筋混凝土压力管及其配件。返回«»

3.7水泥的验收、保管与应用

3.7.1废品与不合格品3.7.2水泥的验收3.7.3水泥的保3.7.4水泥的选用返回«»3.7.1废品与不合格品1.

废品

水泥中，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合国家标准规定的均视为废品。

2.不合格品

水泥出厂后，凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合国家标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于规定时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产单位名称和出厂编号不全的也属于不合格品。返回«»3.7.2水泥的验收

以水泥厂同编号水泥的检验报告为验收依据时,在发货前或交货时买方卖方在同编号水泥中抽取试样，双方共同签封后保存三个月；或委托卖方在同编号水泥中抽取试样，签封后保存三个月。在三个月内，买方对水泥质量有疑问时则买卖双方应将签封的试样送省级或省级以上国家认可的水泥质量监督检验机构进行仲裁检验。返回«»3.7.3水泥的保管

泥袋应清楚标明：产品名称，代号，净含量，强度等级，生产许可证编号，生产单位名称和地址，出厂编号，执行标准号，包装年月日。掺火山灰质混合材料的火山灰水泥还应标上“掺火山灰”的字样。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥印刷采用红色,矿渣水泥的印刷采用绿色；火山灰和粉煤灰水泥采用黑色。散装水泥应提交与袋装水泥标志相同内容的卡片。

在运输和储存过程中，应防湿防潮，以免报废。并应分品种、分等级、分出厂日期进行堆放。水泥储存期为三个月，超过三个月，使用前必须重新测定强度。返回«

3.7.4水泥的选用

使用水泥时，应根据建筑物的特点及所处部位选择合适的品种。常用水泥品种的选用可参考表3.14

。返回

4混凝土

4.1概论

4.2普

通

混

凝

土

的

组

成

材

料

4.3普通混凝土拌合物的和易性

4.4普通混

凝土的

强度

4.5普

通

混

凝

土

的

耐

久

性

4.6混凝土外加剂

4.7普通混

凝

土

的

配

合比设计

4.8其

它

品

种

混

凝

土返回»

4.1概论

混凝土是由胶结材料、粗骨料、细骨料、水和外加剂，按适当比例配制并经硬化而成,具有所需形体、和易性、强度和耐久性的一种人造石材。返回«»

4.1.1混凝土的分类1.按用途分结构混凝土、抗渗混凝土、抗冻混凝土、大体积混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土等。2.按所用胶结材料不同分水泥混凝土(又称普通混凝土)、石膏混凝土、沥青混凝土、水玻璃混凝土等。3.按表观密度分重混凝土、普通混凝土、轻混凝土。4.按强度等级分普通混凝土(<C60以下)、高强混凝(≥60MPa)、超高强混凝土(≥100MPa)。5.按施工工艺分喷射混凝土、泵送混凝土、碾压混凝土、压力灌浆混凝土、离心混凝土、真空脱水混凝土。返回«»

4.1.2混凝土的特点

具备以下优点：1.混凝土中占80%的砂、石骨料资源丰富,可就地取材,价格便宜。2.可根据工程需要浇筑成各种形状尺寸的构件。3.调整混凝土材料组成，可获得不同的性能和要求。4.混凝土抗压强度高，可与钢筋及其它加强材料组成互补性的受力。整体，以弥补混凝土抗拉、抗折、抗剪强度低的缺点。5.混凝土具有很好的抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性。混凝土的缺点是自重大、抗拉强度低、脆性大、导热性强等。返回«»

4.2普通混凝土的组成材料

绪4.2.1水泥4.2.2细骨料（砂）4.2.3粗骨料（卵石、碎石）4.2.4

混

凝

土

拌

合

用

水返回«»

绪

普通混凝土（以下简称混凝土）是由水泥、细骨料（砂）、粗骨料（卵石、碎石）和水四种基本材料组成，必要时掺入适量的掺加料和外加剂。混凝土拌合物中，水泥和水形成水泥浆，在混凝土硬化前，起润滑作用，硬化后，起粘结作用，石在其中起骨架作用，砂起填充作用。返回«»

4.2.1水泥

1.水泥品种的选择选择水泥品种应根据工程特点、所处环境及设计、施工要求等选用。常用水泥品种的选择详见第3章。

2.水泥强度等级的选择原则上，水泥强度等级应与混凝土强度等级相适应。一般对于中、低强度的混凝土(通常指C30

以下）,水泥强度等级为混凝土强度等级的1.5～2.0倍为宜,

对于高强度混凝土可取0.9～1.5倍。用高强度等级的水泥配制低强度等级的混凝土会使水泥用量减少而对混凝土的和易性及耐久性带来不利影响，需加外掺料。返回«»

4.2.2细骨料（砂）

混凝土用细骨料,粒径在150μm～4.75mm之间。混凝土用细骨料应符合GB/T14684―2001《建筑用砂》的规定。

1.砂的分类砂按产源分天然砂、人工砂两类：天然砂是岩石经自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的。天然砂分河砂、湖砂、山砂和海砂。建筑工程中一般多采用河砂。

人工砂为经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂由机械破碎、筛分制成。混合砂是由机制砂和天然砂混合制成，执行人工砂的技术要求和试验方法。返回«»

2．砂的技术要求

砂(石)按技术要求分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类三种。Ⅰ类宜用于大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；Ⅲ类宜用于小于C30的混凝土和建筑砂浆。

(1)砂的细度模数(Mx)和颗粒级配粗细程度是指不同粒径的砂混合后，总体的粗细程度。用细度模数(Mx)衡量，并分粗砂(Mx=3.7～3.1)、中砂(Mx=3.0～2.3)、细砂(Mx=2.2～1.6)。以上三种砂均可拌混凝土,但用粗砂省水泥。颗粒级配是指不同粒径砂搭配组合情况。级配良好的砂，其空隙率及总表面积均较小，既省水泥，又可提高混凝土的密实性。普通混凝土用砂，应处于表4.2中三个级配区的任一区中。拌制混凝土时，砂的粗细和颗粒级配应同时考虑。返回«»

2．砂的技术要求

(2）有害杂质砂中的有害杂质包括泥、泥块、云母、轻物质、硫化物、硫酸盐、有机

物等。泥、泥块、云母等粘附在砂的表面，阻碍水泥石与砂的粘结，降低混凝土的强度和耐久性；硫化物及硫酸盐对水泥石有侵蚀作用；有机物影响水泥的水化和硬化；氯化物对钢筋有锈蚀作用。天然砂中有害杂质的含量应符合表4.3的要求。

（3）砂的坚固性

指砂在自然风化和其他物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。标准规定,天然砂用硫酸钠溶液经5次循环检验后,其质量损失应符合表4.5的规定。人工砂用压碎指标法试验、压碎指标值应符合表4.6规定。

（4）表观密度、堆积密度、空隙率

表观密度≥2500kg/m3；堆积密度≥1350kg/m3；空隙率≤47%。返回«»

4.2.3粗骨料（卵石、碎石）

普通混凝土用粗骨料应符合GB/T14685―2001《建筑用卵石、碎石》的规定。

1.粗骨料的分类粗骨料分卵石和碎石两类。卵石是由天然岩石经自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。按其产源可分为河卵石、海卵石、山卵石等几种，其中河卵石应用较多。碎石大多由天然岩石经破碎、筛分制成。返回«»2．粗骨料的技术要求

(1)最大粒径与颗粒级配粗骨料的粗细程度用最大粒径表示。粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。粒径越大，其表面积越小，能减少用水量而提高强度，因此，最大粒径应尽可能选得大些。工程中，粗骨料最大粒径的确定受结构截面尺寸、钢筋净距及施工条件的限制。规范规定：混凝土用粗骨料，其最大粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。粗骨料级配分连续粒级和单粒级两种。连续粒级是每级骨料都占一定比例，又称连续级配，其配制的混凝土和易性好，不易发生离析现象，目前应用较广泛。返回«»

2．粗骨料的技术要求

(2)有害杂质

粗骨料中有害杂质及其对混凝土性质的影响与细骨料相同，其含量应符合表4.8的规定。（3)

针、片状颗粒含量

卵石、碎石颗粒的长度大于该颗粒所属粒