,建 筑 材 料,Construction Materials,主講：吳 娟,Tel:(0571)64928072,E-mail:,建筑材料課程為建筑工程類專業的技術基礎課。本課程的目的是為學習建筑設計、建筑施工、結構設計專業課程提供建筑材料的基本知識，并為今后從事專業技術工作能夠合理選擇和使用建筑材料打,一.課程的性質、目的和任務,本課程的任務是使學生獲得有關建筑材料的性質與應用的基本知識和必要的基本理論，并獲得主要建筑材料試驗的基本技能訓練。,從本課程的目的及任務出以，課程內容著重于材料的性質和應用，對這兩方面內容提出如下要求： 1、在材料性質方面：掌握材料的組成、性質及技術要求；了解材料組成及結構對材料性質的影響；了解外界因素對材料性質的影響；了解各主要性質間的相互關系；初步學會主要建筑材料的試驗方法。,2、在材料應用方面：根據工程要求能夠合理地選用材料；熟悉有關國家標準或行業標準；了解材料使用方法的要點；學會混凝土配合比設計,二.復習與自學,復習與自學是掌握教學內容和擴大信息量的重要手段。復習時以主教材為核心，參照聽課筆記，按“學習指導”要求進行。首先以節為單元讀一遍；其次按“基本內容與要求”重點閱讀，不要強記，務求理解；再次按“復習思考題與習題”進行小結，自我檢測。,三. 輔 導 課,這是本課程教學的重要組成部分，按“基本內容與要求”及“復習思考題與習題”進行輔導，并答疑。,四. 考 試,限于條件，考試只在期末進行一次。本課程考試的主要題型有：名詞解釋，填空題，選擇填空題(單項選擇)，計算題，問答題等最后成績由平時成績和考試成績兩部分組成,分別占20%與80%.,緒 論,內容： 建筑材料的定義和分類 建筑材料工程結構關系 建筑材料組成結構性能關系 建筑材料人類環境關系 建筑材料課程的特點與學習內容,一.建筑材料的定義,建筑材料:是人類建造活動所用一切材料的總稱.人類社會的基本活動如衣、食、住、行、無一不直接或間接地和建筑材料密切相關 如常見的粘土磚、石材、石灰、木材、水泥、混凝土、鋼材、陶瓷磚、瀝青卷材、玻璃、各種油漆、涂料、PVC管等等。,二.建筑材料的分類,一、按化學成分 無機材料金屬材料、非金屬材料 有機材料植物材料、瀝青材料、合成高分子材料 復合材料：有機無機、金屬非金屬、金屬有機 二、按使用功能分 建筑結構材料、墻體材料、建筑功能材料,無機材料,金屬材料： 黑色金屬鋼鐵、不銹鋼 有色金屬鋁、銅、鋁合金 非金屬材料：天然石材花崗巖、大理石等 燒土制品粘土磚、瓦、陶瓷 膠凝材料石灰、石膏、水泥 玻璃平板玻璃、玻璃磚 無機纖維材料玻璃、碳纖維,有 機 材 料,植物材料：木材、竹材、植物纖維等 瀝青材料：煤、石油瀝青、各類卷材 合成高分子材料：塑料、涂料、膠粘劑,復 合 材 料,有機無機：樹脂混凝土、纖維增強塑料等 金屬非金屬：鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土 金屬無機材料：涂覆鋼板、涂覆鋁合金板、塑鋁管、塑鋼門窗等,按使用功能分類,建筑結構材料構成建筑物受力構件（梁、板、柱、基礎、框架）和結構所用的材料。常用石材、混凝土、鋼材、鋼筋混凝土等。 墻體材料構成建筑物內外和分隔室內空間所用的材料。磚、砌塊、復合板材等。 建筑功能材料具有某種特殊功能的非承重材料。如防水材料、吸聲材料、裝飾材料等等。,三、建筑材料與建筑結構的關系,建筑材料的更新是新型結構出現與發展的基礎 新的輕質高強材料的不斷涌現，為結構向大跨 度、輕型化和新型結構形式發展提供了前提條件。,四、建筑材料的結構性能組成,要合理地選用材料，就必須對不同材料進行 比較，了解各種材料的特性，包括強度與破壞 特性、變形性能、耐久性能等多方面,五、建筑材料人類環境關系,建筑材料是人類與自然環境之間的重要媒介，直接影響人類的生活與社會環境。 人類大量建造的基礎設施對生存環境發揮著巨大的積極作用，同時也帶來不容忽視的消極作用，即大量地消耗地球的資源和能源，在相當程度上污染了自然環境和破壞生態平衡。 從人類社會可持續發展的前景出發，建筑材料也要注意可持續發展的方向。 “綠色建筑材料”、“生態建筑材料”、材料的再循環使用。,第一章 建筑材料的基本性質,內容： 材料的組成與結構 材料的基本物理性質 材料的基本力學性質 材料的化學性質 材料的耐久性,內容： 材料的組成 材料的結構 材料的孔隙及其對材料性質的影響,1.1 材料的組成與結構,一.材料的組成,一.材料的組成是決定材料的性質的內在因素之,(一)化學組成 (二)礦物組成,二.材料的結構 (一).宏觀結構 指用肉眼或放大鏡能觀察到的結構,它分為散粒結構,聚集結構,多孔結構,致密結構,纖維結構,層狀結構,宏觀結構,1.散粒結構 由單獨的顆粒組成 2.聚集結構 材料中的顆粒通過膠結材料 彼此牢固地結合在一起 3.多孔結構 材料中含有大量的,大的 ,或微 小的均勻分布的孔隙 4.致密結構 材料在外觀上和結構上都是致密的 5.纖維結構 是木材,玻璃纖維制品所特有的結構 6.層狀結構 是板材常見的結構,顯維結構和微觀結構,(二).顯維結構 指借助關學顯微鏡和電子顯微鏡觀察到的結構,它可分為結晶和無定型兩種.結晶和無定型是同一物質的不同狀態,晶體呈穩定狀態,而無定型則具有化學活性 (三).微觀結構 指原子排列結構,根據質子間鍵的特性分為原子晶體,離子晶體,分子晶體,三.材料的孔隙,(一).孔隙形成的原因 (1).水分子的占據作用 建筑材料加水拌和,用水量通常超過理論上 的用水量, 多余的水分占據的空間即為孔隙 (2).外加的發泡作用 如生產加氣混泥土等的各種發泡劑,可在材料中形成 大量的孔隙 (3).火山作用 火山爆發時,噴到空中的巖漿,冷卻后在巖石中形成大量的孔隙 (4).燒作用,孔隙的類型及對材料性質的影響,(二)孔隙的類型 (1)連通孔隙 (2)封閉孔隙 (3)半封閉孔隙 (三).孔隙對材料性質的影響(孔隙增多) (1).材料的體積密度減小 (2).材料受力的有效面積減小,強度降低 (3).體積密度減小,導熱系數和熱容隨之減小 (4).透氣性,透水性,吸水性變大 (5).對抗凍性,要試孔隙大小和形態而定,有 些能提高抗凍性,1.2 材料的物理性質,內容: 材料的各種參數 材料與水有關的性質 材料與熱有關的性質,一.狀態參數,（一）材料的密度 1、體積密度材料在自然狀態下單位體積的質量。單位g/cm3或kg/m3。 公式： o =m/ Vo 式中 o表觀密度（ g/cm3 ） m材料的質量（g） Vo材料在自然狀態下的體積（cm3）,體積密度的測量,自然狀態下的體積是指構成材料的固體物質的體積與全部孔隙體積之和。材料內部孔隙含有水分時，其質量和體積均發生變化。注明含水情況 體積密度的測量： 1）.對形狀規則的材料：磚、混凝土、石材 烘干量測幾何體積稱重代入公式 2）.對形狀不規則的材料： 烘干蠟封浮力天平,密 度,2、密度材料在絕對密實狀態下單位體積的質量。 單位g/cm3或kg/m3。 公式： =m/v 式中 實際密度（ g/cm3 ） m材料的質量（g） V材料在絕對密實狀態下的體積（cm3）,密 度 的 測 量,絕對密實狀態下的體積是指構成材料的固體物質本身的體積，或稱實體積孔隙在內的體積。 實際密度的測量： 1）對近于絕對密實的材料：金屬、玻璃等 直接以排水法作為密實態體積近似值 2）對有孔隙的材料：磚、混凝土、石材 磨成細粉 排水法求的體積即為密實態體積,表 觀密度,3、表觀密度對密實材料直接以排水法求的體積v作為密實態體積的近似值。單位g/cm3或kg/m3。 公式： =m/ V 式中 表觀密度（ g/cm3 ） m材料的質量（g） V用排水法求的的體積（cm3）,（二）.材料的孔隙,1.、孔隙率指材料中孔隙體積與材料在自然狀態下的體積之比的百分率?；蚍Q總空隙率 公式 ：P=V孔/ Vo *100% 式中： P空隙 V孔材料中全部孔隙的體積 Vo材在自然狀態下的體積 又由于P=(Vo V)/ Vo *100% =(1-V/Vo )*100% =(1-o/)*100%,2.開口孔隙率與閉口孔隙率,開口孔隙率是指材料中能被水所飽和的孔隙體積與材料在自然狀態下的體積百分率： PK=(m2-m1)/V0 w 100% 式中： m2干燥狀態下材料的質量 , g m1水飽和狀態下材料的質量,g w水的密度，常溫下可取1g/ cm3 閉口孔隙率pb為總空隙率與開口孔隙率之差 即PB=P- PK,(三）散粒材料的堆積密度及空隙率,3、堆積密度散粒狀材料在規定裝填條件下（包括散粒材料中顆粒在自然狀態下的體積和顆粒之間空隙的體積）的質量稱為堆積密度。 單位g/cm3或kg/m3。 公式： /o = m/V0 式中 /o堆積密度（ g/cm3 ） m 材料的質量（g） V/o 材料的堆積體積（cm3）,空 隙 率,4、空隙率散粒材料在自然堆積狀態下，其中的空隙體積與散粒在自然堆積狀態下的體積之比的百分率稱為空隙率 公式： P=(1- /o / o)*100% P散粒材料的空隙率 /o散粒材料的堆積密度 o-材料的體積密度,二、材料與水有關的性質,1、親水性與憎水性 材料在空氣中與水接觸時，根據其是否能被水潤濕，將材料分為親水性和憎水性兩大類。常用潤濕角表示。 親水性材料 90 憎水性材料 90,2. 吸 水 性,材料吸收水分的能力稱為吸水性 （1）質量吸水性： W=(m2-m1)/m1*100% 式中： W質量吸水率，% m2 材料在絕對干燥狀態下的質量 m1 材料在浸水飽和狀態下的質量,（2）.體 積 吸 率,公式：W0=(m2-m1)/V0* w *100% 式中： W0 -體積吸水率 m2材料在自然狀態下的體積 m1水的密度，常溫下取1=g/ cm3 體積吸水率與質量吸水率的關系為： W0=W* o 一般來說孔隙率愈大,吸水率也愈大,吸水率增大對吃的性質有不良影響,如體積密度增加,體積膨脹,導熱性增大,強度及抗動性下降等 .,(3) .水 飽 和 度,公式： KB=W0/P KB 水飽和度 W0 材料的體積吸水率，% P材料的孔隙率，% KB可在01之間波動，當KB =0時即W0 =0說明該材料所有的孔隙均未充水，孔隙為閉口孔隙；當KB =1時即W0 = P ，說明材料所有的孔隙全部充滿水，孔隙為開口孔隙,耐 水 性,3、耐水性材料在水作用,保持其原有性質的能力稱為耐水性,用軟化系數表示。 公式 :KP=fW/f 式中:KP 材料的軟化系數 f 材料在干燥狀態下的抗壓強度（MPa） fW材料在浸水飽和狀態下的抗壓強度（MPa）,材料軟化系數的要求,1).軟化系數越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差。 2).對經常處于水中或受潮嚴重的重要結構物（如地下構筑物、基礎、水工結構）的材料，其K軟0.85； 3).受潮較輕的或次要結構物的材料，其K軟0.85； 4).K軟0.80的材料，一般稱為耐水的材料。,抗 滲 性,4.、抗滲性材料抵抗有壓介質（水、油、氣）滲透的性質稱抗滲性。用滲透系數K表示。 依達西定律: Q=KHFt/d 式中K材料的滲透系 (cm/h) Q滲透量（ cm3 ） t透水時間（h） F滲水面積（ cm2 ） H水頭差（cm） d試件的厚度（cm） 抗滲性用抗滲標號S表示,抗 動 性,5、抗凍性浸水飽和的材料在凍,融循環作用下保持其原有性質的能力稱為抗凍性。用抗凍標號D表示。,三.與熱有關的性質,1、導熱性材料傳導熱量的能力稱為導熱性。其大小用熱導率（）表示。 公式:=Q*a/A(t1-t2)Z 式中 導熱系數（W/m.K） Q傳導的熱量（J） A平壁面積（m2） a材料的厚度（m） Z傳熱時間（s） (T2-T1)材料兩側溫差（K）,影響導熱系數的因數,無機材料的導熱系數大于有機材料 晶體的導熱系數大于無定形體的熱導系數 材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱系數愈小同類材料的孔隙率是隨體積密度的件小而增大,則導熱系數隨體積密度的件小而減小 導熱系數與孔隙形態特征的關系,認為有微細而封閉孔隙組成的材料,導熱系數小,反之大 材料的含水率增加,導熱系數也增加 大多數材料的導熱系數隨溫度升高而增加,熱 容,2、熱容材料加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質，稱為熱容。大小用比熱容（比熱）表示 公式 Q=cm(T2T1) 式中 Q材料吸收或放出的熱量（J） c材料的比熱(J/g.K) m材料的質量（g） (T2T1) 材料受熱或冷卻前后的溫差（K),1.3 材料的力學性質,內容： 材料在外力作用下的變形性質 試驗條件對強度結果的影響 強度標號與等級,一.材料在外力作用下的變形性質,彈性材料在外力的作用下產生變形，當外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復原來形狀的性質。 彈性模量 E=/ 塑性材料在外力的作用下產生變形而不出現裂縫,并且外力停止后,不能自動恢復原來形狀的性.遺留的變形稱為塑性變形. 實際的材料并不存在理想的彈性變形和塑性變形。,二.試驗條件對強度結果的影響,1.強度與試驗條件有密切關系:如試的形狀、 尺寸、表面狀態、含水率、溫度、及試驗時3.加荷速度等。 2.棱柱體比正方體的強度低。 3.尺寸大的試件強度低與尺寸小的試件。 4.含水的試件，其強度較干燥的低。 5.一般老說溫度高，強度將降低 6.加荷速度快時，則破環時的強度值較高,1.4材料的耐久性,1.耐久性是指材料保持工作性能直到極限狀態的性質。 2.實驗室快速試驗包括：干濕循環，動融循環，加濕與紫外線干燥循環，炭化，鹽溶液浸漬與干燥循環，化學介質浸漬等,第二章：石 材,內容： 巖石的基本性質 常用建筑石材,2.1 巖石的基本性質,石材是天然巖石不經機械加工或鏡機械加工而的到的材料的統稱。 一.造巖礦物 天然巖石是礦物的集合體，組成巖石的礦物稱為造巖礦物。 石英 是結晶的二氧化硅 長石 是鉀，鈉鈣等的鋁硅酸鹽的晶體 角閃石，輝石，方解石 白云石,巖石的結構與性質,二.巖石的結構與性質 1.巖石大多數屬于結晶晶體，少數屬于玻璃質結構兩者相比結晶質的較玻璃質的強度高，化學穩定性及耐久性好。 2.巖石的孔隙率較大，則巖石的強度，抗凍性，耐水性及耐久性等會顯著下降。,2.2 常用建筑石材,一.常用建筑石材 （一）花崗巖 它屬于深成巖，是火成巖中分布最廣的巖石，其主要的礦物組成為長石，石英和少量的云母。它耐磨性好，抗風化性好及耐久性高，耐酸性好。 花崗巖主要用于基礎，擋土墻，勒腳，踏步地面，外墻飾面雕塑。,石灰巖和大理巖,（二）石灰巖 它屬于沉積巖，主要由方解石組成 石灰巖可用與基礎，墻體，擋土墻等砌體。 （三）大理巖 它屬于副變質巖，由石灰巖或白云巖變質而成，主要礦物組成為方解石和白云石。大理巖主要用于室內的裝修，如墻面，柱面及磨塤較小的地面，踏步。,第三章 氣硬性膠凝材料,內容提要： 本章介紹建筑工程中常用的石膏、石灰、菱苦土和水玻璃四種無機膠凝材料的原料、生產、硬化原理、技術性質及其在工程中的應用。其中石膏、石灰、水玻璃的技術性質、影響因素、工程應用是學習的重點。 膠凝材料cementing material,3.1 石 膏,建筑工程中將能夠把散粒狀材料或塊狀黏結成一個整體的材料稱為膠凝材料。它分為無機膠凝材料和有機膠凝材料。無機膠凝材料按硬化條件分為氣硬膠凝材料和水硬膠凝材料。 一.建筑石膏的凝結與硬化 （一）建筑石膏的水化 CaSO41/2H2O+3/2H2O= CaSO42H2O (二）建筑石膏的凝結與硬化,從加水開始拌和一直到漿體剛開始失去可塑性的過程稱為漿體的初凝，對應的時間為初凝時間；從加水開始拌和一直到漿體完全失去可塑性，并開始產生強度的過程稱為漿體的硬化，對應的時間稱為終凝時間。,三.建筑石膏的質量和應用,1.建筑石膏的質量要求： 主要有強度，細度和終凝時間。并按強度，細度和終凝時間劃分為優等品，一等品，和合格品。各等級建筑石膏的初凝時間不得小于6min,終凝時間不得大于30min. 2.建筑石膏的應用 建筑石膏的用途很廣，主要用于室內摸灰，粉刷，和生產各種石膏板,建筑石膏的特性,建筑石膏的特性： 1）凝結硬化快 2）凝結硬化時體積膨脹 3）孔隙率大與體積密度小 4）保溫性和吸收性好 5）強度較低 6）具有一定的調溫和調濕性能 7）防火性好，但耐火性較差 8）耐水性，抗摻性，抗凍性差,3.2 石 灰,內容: 石灰的原料與生產 石灰的熟化與硬化 石灰的特性與應用 石灰質量要求,一.石灰的原料與生產,1.生產石灰的原料主要是碳酸鈣為主的天然 巖石。 CaCO3CaO+CO2（900-1100度） 即的生石灰，其內部孔隙大，晶粒小，體積密度小，與水作用快。 2.欠火石灰：溫度控制不夠產生的，它只是降 低了石灰的利用率，不會帶來危害。 3.過火石灰： 是由于溫度過高得到的石灰，它的結構致密，孔隙率小，體積密度大,二.石灰的熟化與硬化,（一）石灰的熟化 生石灰（氧化鈣）與水發生作用生成熟石灰（氫氧化鈣）的過程，稱為石灰的熟化或消解。 CaO+H2OCa(OH)2 熟石灰又稱消石灰，有兩種熟化形式即：石灰膏與消石灰,(二).石灰的硬化,石灰漿體的硬化過程包括干燥硬化和炭化硬化. 機理: 干燥硬化砌體吸水、空氣 碳化硬化碳化生成CaCO3 由于空氣中的二氧化碳少,且生成的碳酸鈣負在表面阻止反應的進行因此石灰漿體硬化慢,強度低,也不耐水.,三.石灰的特性、質量要求與應用,(一).石灰的特性: 1.保水性與可塑性好 2.凝結硬化慢,強度低 3.耐水性差 4.干燥收縮大 (二).石灰的的質量要求 建筑生石灰的技術要求為有效氧化鈣和有效氧花鎂的含量,二氧化碳含量及細度并按此劃分優等品,一等品,合格品.見表3-3,建筑消石灰的技術要求為有效氧化鈣和有效氧化鎂含量,游離水含量,體積安定性及細度,并由此劃分優等品,一等品,合格品見表3-4 (三).石灰的應用 拌制灰土或三合土、 配制水泥石灰砂漿、 石灰砂漿、 石灰膏罩白、 制作碳化石灰板、 制造加氣混凝土砌塊、 粉煤灰砌塊等 配制無熟料水泥：礦渣石灰磨細,3.3. 水 玻 璃,一.水玻璃的組成 俗稱泡花堿石英砂苛性鈉 品種: 硅酸鈉水玻（Na2O.nSiO2） 硅酸鉀水玻璃（ K2O.nSiO2 ） 硅酸鋰水玻璃（ Li2O.nSiO2 ） 通式：R2O.nSiO2 n-水玻璃模數,二氧化硅與氧化鈉的摩爾數的比值稱為水玻璃的摩爾數 水玻璃的濃度越高,則水玻璃的密度和黏度越大,硬化速度越快,硬化后的黏結力與強度,耐熱性與耐酸性越高. 水玻璃的模數越高,則水玻璃的密度和黏度越大,硬化速度越快,硬化后的黏結力與強度,耐熱性與耐酸性越高,二.水玻璃的硬化,碳化硬化水玻璃吸水空氣中的二氧化碳,析出二氧化硅凝膠,并逐漸干燥脫水成為氧化硅而硬化 Na2O.nSiO2+CO2+mH2O-nSiO2.mH2O+Na2CO3 晶體（SiO2）膠體 (nSiO2.mH2O)晶體(nSiO2),三.水玻璃的堿性質與應用,(1)水玻璃的性質 a.黏結力強,強度較高 b.耐酸性好 c.耐熱性好 d.耐堿性和耐水性差 (2).水玻璃的應用 水玻璃可用作耐熱和耐酸材料外,還有以下用途: a.涂刷材料表面 b.提高抗風化能力 c.加固土壤 d.配置速凝防水劑 e.修補磚墻裂縫,第 四 章 水 泥 Cement,內容提要： 重點介紹硅酸鹽水泥的礦物組成、水化硬化機理、影響水化因素；硅酸鹽水泥主要技術性質；水泥石的腐蝕和防止；同時介紹了其它摻混合材的水泥、特種水泥；達到正確的選擇和使用水泥。,4.1 硅酸鹽水泥,定義 由硅酸鹽水泥熟料、05石灰石或?；郀t礦渣，適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料稱為Portland Cement. 一.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成與特性 1.定義:煅燒時由生料脫水和分解出的CaO, AL2O3,SiO2,Fe2O3,在約1450度的高溫下相互間產生化學反應,生成一些以硅酸鹽為主的新的化合物,稱為水泥熟料.,硅酸鹽四種礦物,2.四種熟料礦物:硅酸三鈣(C3S),硅酸二鈣(C2S),鋁酸三鈣(C3A),鐵鋁酸四鈣(C4AF) 3.四種礦物的比例對水泥性質的影響: 如提高C3S的含量,可得到高強硅酸鹽水泥;提高C3S和C3A的含量,即可制得快硬硅酸鹽水泥;降低C3S和C3A的含量,提高的含量可的低熱或中熱硅酸鹽水泥.,二.硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化,水化物質由無水狀態變為有水狀態，由低含水變為高含水，統稱為水化。 凝結水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過程稱為凝結。 硬化此后，漿體的強度逐漸提高并變成堅硬的石狀固體（水泥石），這一過程稱為硬化。,(一).水化反應 2(3CaO.SiO2)+6H2O3CaO.2SiO2.3H2O+ ( 水化硅酸鈣凝膠) 3Ca(OH)2 2(2CaO.SiO2)+4H2O3CaO.2SiO2.3H2O+ Ca(OH)2 3CaO.Al2O3+6H2O3CaO.Al2O3.6H2O (水化鋁酸三鈣晶體) 4CaO.AlO3.Fe2O3+7H2O 3CaO.Al2O3.6H2O+ CaO.Fe2O3.H2O(水化鐵酸鈣凝膠),(二) 水 泥 石,1.水泥石的組成： 未水化水泥顆粒 水化產物晶體、膠體 毛細孔、毛細水 2.影響水泥石結構的因數: a.石膏的摻量 c.養護時間, b.溫度和濕度 d.水灰比,三.硅酸鹽水泥的技術要求,(一)密度、細度 a.密度：3.053.20g/cm3，一般取3.1 堆積密度：1.3 g/cm3 b.細度指水泥顆粒的粗細程度，用篩余或比表面積表示（300350 m2/kg），影響水泥的水化速度、收縮等性質 c.粒徑： 40 m 水化非常緩慢，接近惰性,(二) 凝 結 時 間,a.初凝時間（t初）水泥開始加水拌和至水泥漿開始失去可塑性所需的時間。 b.終凝時間（t終） 水泥開始加水拌和至水泥漿完全失去可塑性并開始產生強度所需的時間。 c.GB1346規定： t初45min t終6.5h,(三)體積安定性,定義: 是水泥硬化后因體積膨脹而產生不均勻變形 的性質。體積安定性不良的水泥應作廢品處理。 原因: 熟料中含游離氧化鈣（f-CaO)過多 熟料中含游離氧化鎂（f-MaO)過多 石膏過多,游離氧化鈣、鎂膨脹原因,a.熟料中f-CaO、f-MgO都是過燒的， 結構致密，水化很慢； b.水泥硬化后才吸收孔隙中水分熟化： CaO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2 c.體積膨脹97以上，從而引起不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。,四.水泥石的腐蝕,定義水泥石在外界侵蝕性介質（軟水、含酸、含鹽、含堿等）的作用下結構受到破壞，強度降低的現象稱為水泥石的腐蝕。 表現形式： 體積膨脹膨脹型腐蝕 體積收縮溶出型腐蝕,(一)水泥石腐蝕的原因,內因水泥石存在不穩定的Ca(OH)2和介穩的水化硫鋁酸鈣； 外因環境中有害介質（軟水、酸、鹽等）的存在； 聯系水泥石中的孔縫系統，產生有害介質的侵蝕、交換作用。 長期性、后期加劇性,(二)水泥石腐蝕的防止,措施： 根據侵蝕環境特點,合理選用水泥品種； 提高水泥石的密實度； 加作保護層石材、陶瓷、瀝青,五、硅酸鹽水泥的應用,常用于： 重要結構的高強混凝土和預應力混凝 土工程 要求凝結快的現場澆注的混凝土工程 冬季施工及嚴寒地區遭受反復凍融的工程 不宜用于： 受流動的軟水和有水壓作用的工程 受海水和礦物水作用的工程 大體積工程 耐熱、耐酸工程,4.2 摻混合材的硅酸鹽水泥,定義凡在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定量的混合材料和適量的石膏共同磨細制成的水硬性膠凝材料，均屬摻混合材的硅酸鹽水泥。 摻入目的： a.改善水泥的性能 b.增加品種 c.提高產量 d.節約熟料， e.降低成本,一、混 合 材 料,定義在水泥生產過程中，為改善水泥 性能，調節水泥標號，擴大使用范圍而 摻入的天然或人工的礦質原料稱為混合材。 分類： 活性混合材具有火山灰性或潛在水硬性的材料，如礦渣、粉煤灰等。 非活性混合材不具有潛在水硬性的材料，如石灰石粉、慢冷礦渣等,非 活 性 混 合 材,a.這類材料本身不具有潛在的水硬性或火山灰性，與水泥礦物組成不起化學作用 b.摻入目的：擴展水泥標號、降低水化 c.常用的有：磨細的石英砂、石灰石粉 磨細的高爐礦渣、尾礦粉,二、摻混合材的硅酸鹽水泥,1、普通硅酸鹽水泥代號P.O Ordinary Portland Cement 硅酸鹽水泥熟料(615)%混合材石膏 后磨細制成的水硬性膠凝材料 標號（GB175-1999） 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5 性質：同硅酸鹽水泥相近,硅酸鹽水泥的技術要求,2.硅酸鹽水泥的技術要求 (1)細度 篩孔尺寸為80m的方孔篩的篩余不得超過10%,否則為不合格 (2)凝結時間 初凝時間不得早于45min,終凝時間不得遲于10h (3)標號 根據3和28的抗壓強度和抗折強度,將普通硅酸鹽水泥劃分為325,425,525,625等四個標號,3.普通硅酸鹽的特性,普通硅酸鹽與硅酸鹽性質差異: (1)早期強度略低 (2)耐腐蝕性銷好 (3)水化熱略 (4)抗凍性和抗摻性略差 (5)耐磨性略差,三種水泥的共性,礦渣、火山灰質、粉煤灰硅酸鹽水泥 凝結硬化速度慢，早期強度低，后期強度高； 水化放熱速度慢，放熱量低； 對溫度敏感性高，溫度低時影響強度發展； 抗軟水、SO42+的腐蝕性好；礦渣水泥耐熱性好 適于水下、大體積混凝土結構和蒸養的混凝土 構件； 不適于抗凍、干燥地區的混凝土工程。,五種常用水泥的主要性能,92,4.3 高 鋁 水 泥,定義:高鋁酸水泥屬于鋁酸鹽類水泥,它是由綠礬土和石灰石為原料,經高溫熔融煅燒所得的以鋁酸鈣為主要成分的熟料,經磨細而得的水硬性膠凝材料. (一)技術要求: (1)細度 篩孔尺寸為80m的方孔篩的篩余不得超過10%,否則為不合格,(2)凝結時間 初凝時間不得早于45min,終凝時間不得遲于10h (3)標號 根據3和28的抗壓強度和抗折強度,將普通硅酸鹽水泥劃分為325,425,525,625等四個標號,高鋁水泥的應用,適于： 緊急搶修的工程，臨時軍事工事； 冬季施工的工程水化放熱量大且集中； 有抗硫酸鹽腐蝕要求的工程f-CaO極少 耐高溫（13001400）的工程高溫時，燒結結合代替了水化結合。,不適于于： 長期承重的結構工程晶體轉變引起的強度倒縮； 大體積工程溫度過高引起強度倒縮。 與硅酸鹽水泥混用,第五章 混 凝 土 Concrete,本章重點介紹普通混凝土的組成及各個組成材料的質量要求和砂石級配的概念、作用及評定方法； 普通混凝土的主要技術性質-和易性、強度、變形性質及耐久性； 普通混凝土質量控制的方法和意義； 普通混凝土配合比設計的原理方法和步驟；,混凝土的定義,廣義上-凡由膠凝材料、骨料按適當比例配合，拌合制成的混合物，經一定時間硬化而成的人造石材統稱之為混凝土。 目前工程上使用最多的是以水泥為膠結材料，以砂、石為骨料，加水及摻入適量外加劑和摻和料拌制的普通水泥混凝土（簡稱普通混凝土）,5.1.混泥土的基本要求,一.混凝土組成材料的作用 水和水泥成為水泥漿. 在硬化前的混凝土拌和物中,水泥漿在砂,石顆粒之間起潤滑作用, 硬化后,水泥漿成為水泥石,將骨料牢固地膠結成為整體. 混凝土中的骨料,一般不與水泥漿起化學反應,其作用是構成混凝土的骨架.,二.混凝土的基本要求,四項性能要求: (1)混凝土拌和物的和易性 (2)強度 (3)耐久性 (4)經濟性,5.2 普通混凝土的組成材料,水泥+水+天然砂+石子+摻和料和外加劑 水泥+水水泥槳（Paste） 水泥漿砂水泥砂漿（Mortar） 水泥砂漿石子混凝土（Concrete) 外加劑Admixture 摻和料,一、水泥的品質要求,水泥品種的選擇依據工程性質、工程環境、施工條件等合理選擇。 水泥標號的選擇與配制的混凝土強度等級相適應。 當混凝土強度： C30：fce=(1.52.0)fcu C30：fce=(0.91.5)fcu,水 泥 標 號,若水泥標號過低時,為滿足強度要求必然使水泥用量過大,不夠經濟; 若水泥標號過高時,較少的水泥用量就可以滿足混凝土強度的要求.,但往往不能滿足混凝土拌和物和易性和混凝土耐久性的要求,為保證這些性質,還必須再增加水泥,因而也不經濟,二、細 骨 料 Fine Aggregate,定義：粒徑在0.165mm之間的巖石顆粒稱為細骨料。 分類： 天然砂天然砂是由天然巖石經長期風化等自然條件作用而形成的。 人工砂人工砂是將天然巖石軋碎而成，其顆粒棱角多，較潔凈，但片狀顆粒及細粉含量較多，且成本較高，一般只在當地缺乏天然砂源時才采用人工砂。,(一)、砂的粗細程度和顆粒級配,砂的粗細程度是指不同粒徑的砂粒，混合在一起后的總體的粗細程度。 砂子通常分為粗砂、中砂、細砂和特細砂等幾種。 在相同用砂量條件下，細砂的總表面積較大，粗砂的總表面積較小。在混凝土中砂子表面需用水泥槳包裹，賦予流動性和粘結強度，砂子的總表面積愈大，則需要包裹砂粒表面的水泥槳就愈多。一般用粗砂配制混凝土比用細砂所用水泥為省。,砂的顆粒級配,定義：是指不同大小顆粒和數量比例的砂子的組合或搭配情況。 在混凝土中 砂粒之間的空隙是由水泥槳所填充，為達到節約水泥和提高強度的目的，就應盡量減小砂粒之間的空隙。,顆粒級配和粗細程度的定量表示,砂的顆粒級配和粗細程度，常用篩分析的方法進行測定。用級配區表示砂的級配，用細度模數表示沙的粗細。,篩分析的方法,是用一套孔徑（凈尺寸）為5、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16mm的6個標準篩，將500g干砂試樣由粗到細依次過篩，然后稱量余留在各篩上的砂重，并計算出個篩上的分計篩余百分率a1、a2、 a3 、a4、 a5、 a6、（各篩上的篩余量占砂樣總重的百分率）及累計篩余百分率A1、A2、A3、 A4 、A5、 A6 （各篩和比該篩粗的所有分計篩余百分率之和）。累計篩余百分率與分計篩余百分率的關系見下表。,砂的粗細細度模數（f）,砂的粗細程度用表示細度模數（ f ），其計算公式為 f=(2+3+4+5+6)-5 1 /100 細度模數（ f ）愈大，表示砂愈粗，普通混凝土用砂的細度模數范圍一般為3.70.7，其中f在3.73.1為粗砂， f在3.02.3為中砂， f在2.21.6為細砂， f在1.50.7為特細砂,砂的堅固性與飽和面干,定義：是指砂在氣候、環境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。 按標準規定，用硫酸鈉溶液檢驗，砂樣經5次循環后其質量損失應符合書中表5-5的規定 飽和面干定義: 當骨料顆粒表面干燥,而顆粒內部的孔隙含水飽和時,稱為飽和面干狀態,此時的含水率,稱為飽和面干吸水率.,三、粗 骨 料,定義：粒徑5mm的巖石顆粒 分類：卵石（礫石） 碎石 卵石是由天然巖石經自然條件長期作用而形成的粒徑大于5mm的顆粒，按其產源可分為河卵石、海卵石、山卵石等幾種，其中河卵石應用較多。 碎石由天然巖石經破碎、篩分而成，也可將大卵石軋碎、篩分而得。 標準：普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗辦法（JGJ5392）,(一)、骨料最大粒徑(Dmax),1.定義: 粗骨料公稱粒級的上限稱為該粒級的最大立徑 2.最大粒級徑的大小表示骨料的粗細程度,粗骨料粒徑增大時,骨料的總表面積件小,因而可使水泥漿用量減小,這不僅能節約水泥,而且有助于提高混凝土的密實度,件小發熱量及混凝土的收縮,因此在條件允許的情況下,當配置中等強度等級以下的混凝土時,應盡量采用最大粒徑大粗骨料.,最大粒徑限值,混凝土結構工程施工及驗收規范（GBJ5020492）規定: 混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結構截面最小尺寸的1/4，同時不得大于鋼筋最小凈距的3/4； 對于混凝土實心板，可允許采用最大粒徑達1/2板厚的骨料，但最大粒徑不得超過50mm； 對泵送混凝土，碎石最大粒徑與輸送管內徑之比，宜小于或等于1：3，卵石宜小于或等于1：2.5,連續級配和間斷級配,連續級配是按顆粒尺寸大小由小到大連續分級（5mmDmax）,每一級骨料都占有一定比例。連續級配顆粒級差?。―/d2）,配制的混凝土拌和物和易性好，不易發生離析； 間斷級配是人為剔除某些中間粒級顆粒，大顆粒的空隙直接由比它小得多的顆粒去填充，顆粒級差大（D/d6）,空隙率的降低比連續級配快得多，可最大限度地發揮骨料的骨架，減小水泥用量。但混凝土拌和物易產生離析現象；,5.3普通混凝土的拌和物的性質,混凝土硬化前: 混凝土拌合物的和易性（工作性Workability） 混凝土硬化后: 混凝土的強度、變形性能和耐久性,一. 和 易 性,和易性指混凝土拌和物易于各施工工序施工操作（攪拌、運輸、澆注、搗實）并能獲得質量均勻，成型密實的混凝土的性能。 和易性是一項綜合性的技術指標，包括： a.流動性 b. 粘聚性 c.保水性 不同的施工方式，所要求的和易性不同。,(一).黏 聚 性,粘聚性是指混凝土拌和物內部組分之間具有一定的凝聚力，在運輸和澆注過程中不致發生分層離析現象使混凝土保持整體均勻的性能。 粘聚性差的混凝土拌合物，在施工過程中易出現分層、離析現象。 離析指混凝土拌合物各組分分離，造成不均勻和失去連續性的現象。常有兩種形式：粗骨料從混合料中分離；稀水泥漿從混合料中淌出。 分層指混凝土澆注后由于重力沉降產生的不均勻分布現象。,(二).流 動 性,流動性是指混凝土拌和物在自重或機械振搗作用下，能產生流動，并均勻密實地填滿模板的性能。 （廣義上：流動性是固、液體混合物，即分散系統中克服內阻力而產生變形的性能，其大小取決于固、液相的比例）。 流動性的大小，反映混凝土拌和物的稀稠，直接影響著澆搗施工的難易和混凝土的質量。,(三).保 水 性,保水性是指混凝土拌和物具有一定的保持內部水份的能力，在施工過程中不致產生嚴重的泌水現象. 保水性差的混凝土拌和物，在施工過程中，一部分水易從內部析出至表面，在混凝土內部形成泌水通道，使混凝土的密實性變差，降低混凝土的強度和耐久性。它反映混凝土拌和物的穩定性。,影響和易性的因素,水泥漿的數量 水泥漿的稠度 砂率 組成材料性質的影響 外加劑 時間和溫度,5.4普通混凝土結構及性質,一.砼的抗壓強度與強度等級 定義：混凝土的抗壓強度是指標準試件在壓力作用下直到破壞的單位面積所能承受的最大應力（亦稱極限強度）。 混凝土結構物常以抗壓強度為主要參數進行設計，而且抗壓強度與其它強度及變形有良好的相關性，因此，抗壓強度常作為評定混凝土質量的指標，并作為確定強度,二、影響混凝土強度的因素,砼結構連續性的喪失： 硬化后的混凝土在未受到外力作用之前，由于水泥水化造成的化學收縮和物理收縮引起砂漿體積的變化，在粗骨料與砂漿界面上產生了分布極不均勻的拉應力，從而導致界面上形成了許多微細的裂縫。,另外還因為混凝土成型后的泌水作用，某些上升的水分為粗骨料顆粒所阻止，因而聚集于粗骨料的下緣，混凝土硬化后就成為界面裂縫。當混凝土受力時，這些預存的界面裂縫會逐漸擴大、延長并匯合連通起來，形成可見的裂縫，致使混凝土結構喪失連續性而破環.,三.荷載作用下的變形,(一)混凝土的彈性模量 定義在應力應變曲線上任一點的應力與其應變的比值，稱作混凝土在該應力下的變形模量。 彈性模量的三種表示方法: a.初始切線模量 b.切線模量 c.割線模量,(二)影響混凝土彈性模量的因素,混凝土的強度越高,彈性模量也越大;骨料彈性模量越高,混凝土的彈性模量越大;狀態下的混凝土彈性模量要比干燥的高;混凝土中水泥漿含量較少,彈性模量較大;蒸氣養護混凝土比潮濕養護混凝土的彈性模量低10%.,(三).徐變及其對結構物的影響,定義:混凝土在持續荷載作用下,隨時間增長的變形. 有利面： 徐變可消除鋼筋混凝土內的應力集中，使應力重分布，從而使局部應力集中得到緩解； 對大體積混凝土則能消除一部分由于溫度變形所產生的破壞應力。 不利面： 在預應力鋼筋混凝土中，混凝土的徐變將使鋼筋的預加應力受到損失。,四. 混凝土的耐久性 DURABILITY of CONCRETE,長期以來，人們一直認為混凝土材料是一種耐久性良好的材料，因為不少用其建造的結構物使用壽命長久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已經使用了100年上下仍然完好。但與此同時不少結構物過早地毀壞，維修困難而且費用高昂，促使人們重視耐久性問題；許多大型結構物的興建，例如海底隧道、跨海大橋、石油鉆井平臺、核廢料儲存容器等，對使用壽命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至幾百年,(一).耐久性的定義,定義混凝土抵抗環境介質作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結構的安全、正常使用的能力稱為耐久性。,(二).提高混凝土耐久性的措施,a.合理選擇水泥品種。 b.選用質量良好，技術條件合格的砂石骨料。 c.控制水灰比及保證足夠的水泥用量是保證混凝土密實度的重要措施，是提高混凝土耐久性的關鍵。 d.摻入減水劑或引氣劑，改善混凝土的孔結構，對提高混凝土的抗滲性和抗凍性有良好作用. e.改善施工操作，保證施工質,5.6 混 凝 土 配 合 比 設 計,目的： 確定混凝土中各組成材料數量之間的比例關系。 常用的表示方法： 以每1混凝土中各項材料的質量表示， 水泥（mc）300 kg、水（mw）180 kg、 砂（ms）720 kg、石子（mg）1200 kg 以各項材料的質量比來表示（以水泥質量為1） 如 : 水泥：砂：石子：水1：2.4:4:0.6,一.混凝土配合比設計中的三個參數,、水與水泥之間的比例關系 水灰比表示； 、砂與石子之間的比關系 砂率表示； 、水泥漿與骨料之間的比例關系 單位體積用水量來表示,確定三個參數的基本原則：,在滿足混凝土強度和耐久性的基礎上，確定混凝土的水灰比； 在滿足混凝土施工要求的和易性基礎上，根據粗骨料的種類和規格確定混凝土的單位用水量； 砂在骨料中的數量應以填充石子空隙后略有富余的原則來確定砂率。,混凝土配合比設計的步驟,初步計算配合比 基準配合比 (調整坍落度) 實驗室配合比 (校核強度、耐久性) 施工配合比 (扣減工地砂石