《混凝土与建筑材料》课件

《混凝土与建筑材料》课程介绍本课程探讨混凝土与建筑材料的基本理论与应用技术。通过系统学习材料性能、生产工艺及应用方法，培养专业技术能力。课程目标和学习成果掌握建材基本理论理解各类建材的物理化学性质熟悉检测方法能进行材料性能测试与评价应用设计能力掌握混凝土配合比设计绿色建材意识建筑材料概述定义与范围用于工程建设的各类材料的总称发展历程从天然材料到合成材料的演变过程产业地位建材工业是国民经济基础性产业市场规模建筑材料的分类胶凝材料水泥、石膏、石灰等墙体材料砖、砌块、板材等金属材料钢材、铝合金等有机材料木材、塑料、防水材料等建筑材料的基本性质物理性质密度、孔隙率、吸水性力学性质强度、弹性、塑性耐久性抗老化、耐腐蚀、耐候性建筑材料的物理性质密度与体积密度材料单位体积质量影响材料重量与隔声性能孔隙率孔隙体积占总体积百分比影响保温、吸声性能吸水性与吸湿性材料吸收水分能力影响材料体积稳定性建筑材料的力学性质强度抵抗外力破坏的能力弹性卸载后恢复原状能力塑性受力变形不恢复能力疲劳性抵抗循环荷载能力建筑材料的耐久性抗冻性抵抗冻融循环破坏能力影响因素：孔隙率和吸水率测量方法：冻融循环试验耐腐蚀性抵抗化学侵蚀能力酸碱盐侵蚀机理防腐蚀措施耐候性抵抗自然环境侵蚀能力紫外线老化温湿度变化影响胶凝材料概述3000年使用历史人类使用胶凝材料历史42.6亿吨全球水泥产量2021年统计数据60%中国占比占全球水泥总产量石膏原料来源天然石膏矿或工业副产品生产工艺煅烧脱水制备半水石膏凝结特性水化硬化快速，强度较低主要用途装饰材料、防火材料、模具石灰原料开采石灰石、白云石等碳酸钙矿物煅烧过程900-1100℃分解得生石灰消化反应与水反应生成熟石灰硬化过程吸收CO₂重新碳酸化硬化水泥的种类普通硅酸盐水泥、白水泥、硫铝酸盐水泥、快硬水泥各种水泥具有不同化学成分和性能特点硅酸盐水泥的生产工艺原料准备石灰石、粘土破碎混合生料制备磨细混合至均匀生料煅烧回转窑内1450℃高温熟料制成熟料添加石膏磨细成品水泥的水化作用时间(h)水化度(%)强度发展(%)水泥的性能指标1细度比表面积，影响水化速率2凝结时间初凝和终凝时间，控制施工时间3安定性体积稳定性，防止开裂4强度抗压强度，决定等级水泥的强度等级强度等级3天抗压强度(MPa)28天抗压强度(MPa)32.5级≥10.0≥32.5且≤52.542.5级≥12.0≥42.5且≤62.552.5级≥20.0≥52.5混凝土概述发展历史从罗马时期至现代工程材料组成结构胶凝材料、骨料、水及外加剂应用范围建筑、道路、桥梁、水利工程市场规模全球年产量超过100亿立方米混凝土的组成材料水泥水砂石空气水泥在混凝土中的作用胶结作用水泥浆体胶结骨料形成整体填充骨料间隙提供粘结力强度贡献硬化后水泥浆体提供强度水化产物形成刚性骨架决定混凝土强度上限耐久性影响水泥品种影响混凝土耐久性抗硫酸盐侵蚀抗碳化能力骨料的分类和要求细骨料(砂)粒径小于5mm河砂、海砂、机制砂要求：级配良好，含泥量低粗骨料(石)粒径大于5mm碎石、卵石要求：洁净坚硬，级配合理特种骨料特殊功能骨料轻质骨料、重质骨料再生骨料、人工骨料水在混凝土中的作用水化反应与水泥发生化学反应工作性能提供拌合物流动性润滑作用减小内部摩擦改善可塑性养护作用保证水化反应持续进行外加剂的种类和作用减水剂降低用水量，提高强度引气剂引入微小气泡，提高抗冻性缓凝剂/早强剂调节凝结时间和强度发展防水剂降低混凝土透水性混凝土拌合物的性能坍落度试验、泌水性测试、维勃稠度、离析性测定拌合物性能直接影响施工质量和硬化混凝土性能混凝土的和易性流动性自重作用下流动能力粘聚性抵抗离析的内聚能力可塑性在外力作用下变形与保形能力混凝土的强度C20普通混凝土常用住宅建筑C30中等强度一般公共建筑C60高强混凝土高层建筑与桥梁C100+超高强混凝土特殊工程结构影响混凝土强度的因素水灰比最关键因素，比值越低强度越高水泥品质水泥强度等级与用量骨料特性级配、强度、界面特性养护条件温度、湿度与养护时间混凝土的耐久性碳化作用CO₂引起碱性降低，导致钢筋锈蚀冻融循环水冻结膨胀导致混凝土表面剥落硫酸盐侵蚀硫酸盐与水化产物反应导致膨胀破坏混凝土的体积稳定性塑性收缩初凝前水分蒸发引起收缩干燥收缩硬化后水分蒸发导致收缩温度变形温度变化引起的胀缩自生收缩水泥水化引起的内部收缩混凝土的配合比设计原理强度要求满足设计强度等级和易性需求满足施工工艺要求耐久性考虑满足环境条件要求经济性原则在满足性能前提下节约成本混凝土配合比设计步骤水灰比确定根据强度和耐久性要求水泥用量计算根据水灰比和单位用水量砂率确定根据最大骨料粒径和施工要求材料用量计算通过绝对体积法计算各组分用量试配与调整通过试验验证并优化配合比特种混凝土概述高强混凝土、轻质混凝土、自密实混凝土、纤维混凝土、再生混凝土特种混凝土具有特殊性能，应用于特定工程环境高强混凝土定义特点强度等级C60及以上混凝土高强度、高耐久性微观结构致密关键技术低水灰比与高性能外加剂优质原材料选择矿物掺合料应用应用领域高层建筑与大跨度结构超高层建筑底层柱大跨度桥梁构件轻质混凝土定义与分类密度小于1950kg/m³的混凝土轻骨料混凝土泡沫混凝土气泡混凝土特点轻质高保温，强度较低自重轻，减少结构负荷保温隔热性能好吸声性能优良应用保温墙体与填充材料建筑保温围护结构轻质屋面找坡层隔声楼板填充层自密实混凝土流动性无需振捣自行填充模板抗离析性流动过程中保持均质性通过性能通过密集钢筋间隙应用领域密集钢筋结构与复杂模板纤维增强混凝土抗拉强度增幅(%)韧性增幅(%)再生混凝土废弃混凝土建筑拆除废弃物收集破碎处理清洗、破碎、分级再生骨料替代天然骨料应用于新混凝土建筑砂浆概述历史发展从石灰砂浆到现代特种砂浆基本组成胶凝材料、细骨料、水和添加剂主要功能粘结、找平、保护、装饰应用领域砌筑、抹面、地面、防水砂浆的分类特种砂浆防水、保温、装饰砂浆应用分类砌筑、抹面、地面砂浆胶凝材料分类水泥砂浆、混合砂浆、石灰砂浆砂浆的性能指标和易性稠度、保水性与流动性强度抗压强度与抗折强度粘结性能与基层的粘结强度耐久性抗冻性、抗渗性与抗裂性砂浆配合比设计砂浆种类水泥(kg)石灰膏(kg)砂(kg)强度等级水泥砂浆300-1450M10混合砂浆2001501400M7.5石灰砂浆-3001350M2.5建筑钢材概述生产工艺高温炼钢，轧制成型结构钢钢梁、钢柱、钢板等构件钢筋混凝土结构中的增强材料钢的生产工艺原料准备铁矿石、焦炭、熔剂炼铁高炉冶炼生铁炼钢转炉或电炉精炼钢水轧制钢坯轧制成各种型材钢的化学成分铁碳锰硅其他元素钢的力学性能弹性阶段应力与应变成正比，遵循胡克定律屈服阶段应变增加而应力基本不变强化阶段应变增加，应力继续上升颈缩阶段局部变形加剧直至断裂钢筋的种类和用途光圆钢筋表面光滑，HPB300级箍筋和构造钢筋受力较小部位螺纹钢筋表面带肋，HRB400/500级主筋和主要受力钢筋梁、柱、板中受拉区钢丝和钢绞线高强度细直径钢材预应力混凝土构件桥梁和大跨度结构钢筋的力学性能300MPaHPB300屈服强度光圆钢筋标准屈服值400MPaHRB400屈服强度常用螺纹钢筋标准屈服值25%伸长率钢筋断裂前伸长百分比200GPa弹性模量钢筋弹性阶段刚度指标预应力钢材钢丝高强冷拔钢丝直径5-12mm抗拉强度≥1470MPa钢绞线多根钢丝绞合而成常见规格：φ15.2mm抗拉强度≥1860MPa预应力钢棒直径粗大的高强钢筋直径一般为25-40mm适用于需要抗剪较强场合墙体材料概述传统砖材粘土砖、灰砂砖等砌块类混凝土砌块、加气混凝土板材类石膏板、纤维水泥板玻璃幕墙单元式、框架式玻璃幕墙烧结普通砖原料准备粘土、页岩等原料粉碎、混合成型挤压或压制成型干燥自然或人工干燥焙烧窑炉中950-1050℃烧结混凝土砌块混凝土砌块烧结砖轻质墙板石膏板以石膏为主要原料普通石膏板防水石膏板防火石膏板纤维水泥板水泥与纤维增强材料高强度、耐久性好防火、防潮性能优夹芯复合板两侧面板中间保温材料轻质高效隔热保温性能好防水材料概述特种防水材料聚脲、喷涂、结晶型高分子防水材料聚氯乙烯、聚乙烯、三元乙丙沥青基防水材料改性沥青卷材、沥青油毡沥青防水材料发展历程从传统油毡到改性沥青卷材主要类型SBS弹性体改性、APP塑性体改性性能特点防水、耐老化、适应变形应用部位屋面、地下室、厨卫间高分子防水材料聚氯乙烯(PVC)防水卷材热塑性塑料，焊接连接耐候性好，可露天使用抗穿刺性能较差三元乙丙(EPDM)橡胶防水卷材合成橡胶，高弹性耐候性极佳伸长率高，适应变形聚乙烯(PE)防水卷材热塑性塑料，化学稳定性高抗穿刺能力强耐腐蚀性好木材概述可再生资源自然生长，环保可持续强重比高单位重量承载能力强保温隔热导热系数低，舒适性好加工性能好易切削、钉接、胶接木材的结构与性质横切面年轮、早材、晚材、髓线弦切面年轮呈波浪状或山形纹径切面年轮呈平行直线，有光泽木材的防腐与防火处理防腐处理化学药剂浸渍、涂刷或喷涂防火处理阻燃剂浸渍提高阻燃性能3防潮处理表面涂层阻隔水分渗透绿色建筑材料