1、土木工程材料速記知識點緒論一、土木工程材料及其分類廣義上的土木工程材料是人類建造建筑物時所用一切材料和制品的總稱，種類極為繁多。1.按主要組成成分分類黑色金屬鋼、鐵、不銹鋼等有色金屬鉛、銅等及其合金 金屬材料 無機材料天然石材砂、石及石材制品等燒土制品及熔融制品磚、瓦、玻璃等膠凝材料石灰、石膏、水泥、水玻璃等混凝土及硅酸鹽制品混凝土、砂漿及硅酸鹽制品 非金屬材料 植物材料木材、竹材等瀝青材料石油瀝青、煤瀝青、瀝青制品等高分子材料塑料、涂料、膠黏劑、合成橡膠、合成樹脂等土木工程材料 有機材料 無機非金屬材料與有機材料復合玻璃纖維增強塑料、聚合物水泥混凝土、瀝青混合料等金屬材料與無機非金屬材料復合

2、鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土、夾絲玻璃等金屬材料與有機材料復合如輕質金屬夾芯板復合材料圖0.1 土木工程材料的分類2.按使用功能分類根據土木工程材料在建筑物中的部位或使用性能，大體可分為建筑結構材料、墻體材料、建筑功能材料三大類。3.按材料來源分類根據材料來源，可分為天然材料與人造材料。而人造材料又可按冶金、窯業（水泥、玻璃、陶瓷等）、石油化工等材料制造部門來分類。一般把各種分類方法經適當組合后對材料種類進行劃分。如裝飾砂漿、瀝青防水材料等。二、土木工程材料在土建工程中的地位土木工程材料在土木建筑工程中有著舉足輕重的地位。首先，土木工程材料是一切土木工程的物質基礎。第二，土木工程材料與建筑、結構和

3、施工之間存在著相互依存、相互促進的密切關系。第三，建筑物和構筑物的功能和使用壽命在很大程度上由土木工程材料的性能決定。第四，土建工程的質量，主要取決于材料的質量控制。最后，建筑物和構筑物的可靠度評價，相當程度地依存于材料的可靠度評價。三、土木工程材料的發展趨勢遵循可持續發展戰略，土木工程材料的發展趨勢表現為：（1）高性能化 （2）高耐久性 （3）多功能化 （4）綠色環保 （5）智能化 另外，主產品和配套產品應同步發展，并解決好利益平衡關系。同時，為滿足現代土木工程結構性能和施工技術的要求，材料的應用應向著工業化方向發展。四、土木工程材料的檢驗方法及標準化1.土木工程材料的質量檢驗方法通常可采用

4、實驗室內原材料性能檢驗、實驗室內模擬結構鑒定及現場鑒定等方法。本課程主要著重介紹實驗室內材料性能的檢驗，包括下列內容：物理性能檢驗 力學性能檢驗材料與水有關的性能檢驗 2.土木工程材料的標準化土木工程材料涉及的標準主要包括兩類。一是產品標準。其內容主要包括：產品規格、分類、技術要求、檢驗方法、驗收規則、應用技術規程等；二是工程建設標準。其內容有土木工程材料選用有關的標準，有各種結構設計規范、施工及驗收規范等。目前，我國常用的標準按適用領域和有效范圍，分為四級。國家標準 分強制性標準（代號為GB）和推薦性標準（代號GB/T）。行業標準 某些行業標準代號見表0.1。表 0.1 幾個行業的標準代號行

5、業名稱建工行業黑色冶金行業石化行業交通行業建材行業鐵路行業標準代號JGYBSHJTJCTB地方標準（代號DB）企業標準（代號QB）有關工程建設方面的技術標準的代號，應在部門代號后加J。地方標準或企業標準所制定的技術要求應高于類似（或相關）產品的國家標準。標準一般由標準名稱、部門代號(以漢語拼音字母表示)、標準編號和頒發年份等來表示。例如，1992年制定的建材行業推薦性479號建筑石灰的標準為：建筑石灰（JC/T 479-92）。五、課程學習的目的和要求課程學習的目的與主要內容土木工程材料課程是針對土木工程、工程管理、水利水電等專業開設的專業技術基礎課。通過學習，使學生掌握材料的基本理論和基礎知

6、識，為后續專業課程的學習及以后從事土木工程正確選用材料打下良好的基礎。本教材重點介紹了當前土木工程常用的材料，如水泥、石灰、混凝土、鋼材、瀝青材料等，并簡要介紹了建筑功能材料。對于各類材料，除重點介紹了技術性質外，對材料的生產、組成、結構與構造、技術標準也做了簡要介紹，另外還簡要介紹了檢測這些技術性能指標的試驗方法。課程的理論課學習任務學習時，可把相關內容分成三個層次：第一層次是土木工程材料基礎理論知識。所謂基礎理論知識是指每類材料的生產工藝，材料的組成、結構、構造，該部分要重點領會其對材料性能的影響；第二層次是土木工程材料的基本性質。這一層次要求學生重點掌握，在了解基本概念的基礎上，要能運用

7、已有的理論知識對基本性質的改善進行分析。并能夠結合工程實際，正確選用材料。對于現場制作的材料，要能根據材料性能要求設計計算材料配比；第三層次為土木工程材料質量檢驗的內容，需要結合試驗理解基本技術性質要求的意義。課程的實驗課學習任務實驗是課程的重要教學環節。通過實驗可驗證所學的基礎理論，增加感性認識，加深對理論知識的理解，熟悉試驗鑒定、檢驗和評定材料質量的方法，掌握一定的試驗技能，這對培養學生分析與判斷問題的能力、試驗工作能力以及嚴謹的科學態度十分有益，也為今后從事既有材料的改性、新材料的研制以及材料方面的科學研究奠定基礎。第1章 土木工程材料的基本性質1.1 材料的組成、結構與構造及其對材料性

8、質的影響1.1.1 材料的組成材料的組成包括材料的化學組成、礦物組成和相組成。它不僅影響材料的化學穩定性，而且也是決定材料物理及力學性質的重要因素。（1）化學組成（2）礦物組成（3）相組成：材料具有相同物理、化學性質的均勻部分稱為相1.1.2 材料的結構材料的結構對材料的性質有重要影響。材料的結構一般分為宏觀、細觀和微觀三個層次。（1）宏觀結構土木工程材料的宏觀結構是指肉眼可以看到或借助放大鏡可觀察到的(毫米級)粗大組織。其尺寸在10-3m級以上。a) 散粒結構-空隙率主要取決于顆粒級配b) 聚集結構c) 多孔結構d) 致密結構-特點：強度和硬度高，吸水性小，抗滲性和抗凍性較好，耐磨性較好，保

9、溫隔熱性差e) 纖維結構-縱向較緊密，橫向較疏松f) 層狀結構（2）細觀結構細觀結構（原稱亞微觀結構）是指用光學顯微鏡可以觀察到的微米級的組織結構。其尺寸范圍在10-310-6m。包括：晶相種類、形狀、顆料大小及其分布情況；玻璃相的含量及分布；氣孔數量、形狀及分布。（3）微觀結構微觀結構是指借助電子顯微鏡或X射線，可以觀察到的材料的原子、分子級的結構，微觀結構的尺寸范圍在10-610-10m。材料微觀結構可分為晶體、玻璃體、膠體三種形式。晶體晶體是內部質點(原子、離子、分子)在空間上按特定的規則呈周期性排列時所形成的結構。玻璃體將熔融物質迅速冷卻（急冷），使其內部質點來不及按規則排列就凝固，這

10、時形成的物質結構即為玻璃體，又稱為無定形體或非晶體。膠體物質以極其微小的顆粒(粒徑為10-710-9m)分散在連續相介質中形成的結構,稱為膠體。1.1.3 材料的構造材料的構造是指具有特定性質的材料結構單元間的相互組合搭配情況。構造概念與結構概念相比，更強調了相同材料或不同材料的搭配組合關系。1.1.4 材料中的孔隙與材料性質的關系（1）孔隙的分類按孔隙的大小，可將孔隙分為微小孔隙、細小孔隙（毛細孔）、粗大孔隙等。對于無機非金屬材料，孔徑小于20nm的微小孔隙，水或有害氣體難以侵入，可視為無害孔。按孔隙形狀可將孔隙分為球形孔隙、片狀孔隙（即裂紋）、管狀孔隙、墨水瓶狀孔隙、帶尖角的孔隙等。片狀孔

11、隙、管狀孔隙、帶尖角的孔隙對材料性質的影響較大。按常壓下水能否進入到孔隙中，將常壓水可以進入的孔隙稱為開口孔隙，而將常壓水不能進入的孔隙稱為閉口孔隙。另外，開口孔中有些孔不僅與外界相通，而且彼此貫通，稱為連通孔。（2）孔隙對材料性質的影響一般情況下，材料孔隙率越大，則材料的表觀密度、堆積密度、強度均越小，耐磨性、抗凍性、抗滲性、耐腐蝕性、耐水性及其他耐久性越差，而保溫性、吸聲性、吸水性與吸濕性等越強。（3）材料內部孔隙的來源與產生1.2.1 材料與質量有關的性質（1）材料的密度、表觀密度與堆積密度密度True Density材料在絕對密實狀態下、單位體積干材料的質量稱為材料的密度。按照（1.1

12、）式進行計算。 （1.1）式中：材料的密度， g·cm-3；材料在絕對干燥狀態下的質量，g；材料在絕對密實狀態下的體積，cm-3。表觀密度-Apparent Density材料在自然狀態下，單位體積材料的質量稱為材料的表觀密度（原稱容重，道路工程中稱為體積密度）。按照（1.2）式進行計算。 （1.2）式中：材料的表觀密度，g·cm-3或kg·m-3；材料在自然狀態下的重量，g或；材料在自然狀態下的體積，cm3或m3。堆積密度-Bulk Density散粒材料(粉狀或粒狀材料)在堆積狀態下，單位體積材料的質量稱為材料的堆積密度。按照（1.3）式進行計算。 （1.3）

13、式中：散粒材料的堆積密度，kg·m-3；散粒材料在堆積狀態下的質量，；散粒材料在堆積狀態下的體積，m3。常用土木工程材料的密度、表觀密度和堆積密度如表1.1所示.（2）材料的孔隙率與密實度孔隙率材料內部孔隙體積占材料自然狀態下體積的百分率稱為材料的孔隙率。按照（1.4）式進行計算。 （1.4）材料孔隙率的大小直接反映材料的密實程度，孔隙率小，則密實程度高。密實度材料的固體物質體積占自然狀態下體積的百分率稱為材料的密實度。密實度反映了材料體積內被固體物質所填充的程度。按照（1.5）式進行計算： （1.5）密實度與孔隙率之間的關系為：（3）材料的空隙率與填充率空隙率散粒材料顆粒之間的空隙

14、體積占材料堆積體積的百分率稱為材料的空隙率。按照（1.6）式進行計算： （1.6）空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒相互填充的程度填充率材料在自然狀態下的體積占堆積體積的百分率稱為材料的填充率。填充率反映了材料被顆粒填充的程度。按照（1.7）式進行計算： （1.7）密實度與空隙率之間的關系為： 1.2.2 材料與水有關的性質（1）材料的親水性與憎水性材料與水接觸時能被水潤濕的性質稱為親水性；而材料與水接觸時不能被水潤濕的性質稱為憎水性。材料被水濕潤的程度可以用潤濕角來表示，如圖1.3所示。潤濕角越小，說明材料越容易被水濕潤。實驗證明，潤濕角90º的材料為親水性材料，反之，>90&

15、#186;的材料不能被水濕潤，為憎水性材料。當=0º時，表明材料完全被水潤濕。（2）材料的吸濕性和吸水性吸濕性材料在潮濕空氣中吸附水分的性質稱為吸濕性。材料的吸濕性大小，用含水率來表示。含水率是指材料內部所含水的質量占干材料質量的百分率。可按照（1.8）式進行計算。 （1.8）式中：材料的含水率，； 材料在吸濕狀態下的重量，g；材料在干燥狀態下的重量，g。在一定的溫度和濕度條件下，材料中所含水分與周圍空氣濕度達到平衡時的含水率稱為平衡含水率。吸水性材料在水中(通過毛細孔隙)吸收水分的性質稱為吸水性。土木工程材料吸水性的大小一般用質量吸水率表示。質量吸水率是指材料吸水飽和時，其內部吸收

16、水分的質量占干材料質量的百分率。可按照（1.9）式進行計算。 （1.9）式中：材料的質量吸水率，； 材料在吸水飽和狀態下的質量，g； 材料在干燥狀態下的質量，g。（3）材料的耐水性材料長期在飽和水作用下，不破壞同時強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。材料的耐水性好壞用軟化系數表示，材料在飽和水狀態下的抗壓強度與材料在干燥狀態下的抗壓強度的比值，就是軟化系數。按照（1.10）式計算。 （1.10）式中：材料的軟化系數； 材料在吸水飽和狀態下的抗壓強度，MPa； 材料在干燥狀態下的抗壓強度，MPa。材料的軟化系數在01之間。經常位于水中或受潮嚴重的重要結構物的材料，軟化系數不宜小于0.85；受潮較輕

17、或次要結構物的材料，軟化系數不宜小于0.70。軟化系數大于0.85的材料，通常認為是耐水的材料，稱為耐水性材料。（4）材料的抗凍性材料在吸水飽和狀態下，能經受多次凍融循環而不破壞，同時強度也不嚴重降低的性質，稱為抗凍性。影響材料抗凍性的因素：材料的孔隙率和孔隙特征。材料的吸水飽和程度。 材料抵抗凍脹應力的能力，即材料的強度。就外界條件來說，材料受凍破壞的程度與凍融溫度、結冰速度及凍融頻繁程度等因素有關，溫度越低、降溫越快、凍融越頻繁，則受凍破壞越嚴重。（5）材料的抗滲性材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗滲性，另外，材料抵抗其他液體滲透的性質，也屬于抗滲性。1.2.3 材料的熱工性質（1）材料的導熱

18、性材料傳導熱量的性質稱為導熱性。材料導熱能力的大小，用導熱系數來表示。影響材料導熱系數的因素主要有以下幾個方面：1）材料的物質組成與結構。2）材料的孔隙率及孔隙特征。3）含水率(濕度)。4）導熱時的溫度（2）材料的熱容量熱容量是指材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質。可用（1.11）式表示。 （1.11）式中：材料吸收或放出的熱量，KJ； 材料的比熱，J·（g·K）-1； 材料的質量，g；材料受熱或冷卻前后的溫度差，K。幾種典型材料的熱工性能指標如表1.2所示。（3）耐燃性建筑物失火時，材料能經受高溫與火的作用不破壞，強度不嚴重降低的性能稱為耐燃性。根據耐燃性可將材料分

19、為三大類：1） 不燃燒類 如普通石材、混凝土、磚、石棉等。2） 難燃燒類 如瀝青混凝土、經防火處理的木材等。3） 燃燒類 如木材、瀝青等。（4）耐火性材料在長期高溫作用下，保持不熔性并能工作的性能稱為耐火性。按耐火性高低可將材料分為3類：1） 耐火材料 如耐火磚中的硅磚、鎂磚、鋁磚、鉻磚等。2） 難熔材料 如難熔黏土磚、耐火混凝土等。3） 易熔材料 如普通黏土磚等。（5）材料的熱變形性材料在溫度變化時的尺寸變化稱為熱變形性。熱變形性的大小用線膨脹系數表示。1.3 材料的力學性質材料的力學性質是指材料在外力作用下的表現，通常以材料在外力作用下的變形性或強度來表示。1.3.1 材料的強度與比強度材

20、料在外力(即荷載)作用下抵抗破壞的能力，稱為強度。（1）材料的強度類型1）材料的抗壓、抗拉及抗剪強度材料的抗壓、抗拉及抗剪強度按（1.12）式計算。 （1.12）式中：材料的強度，MPa； F試件破壞時的最大荷載，N； 試件受力截面面積，mm2。抗壓強度是評定脆性材料強度的基本指標，而抗拉強度是評定塑性材料強度的主要指標。2）材料的抗彎強度材料的抗彎強度與試件的幾何形狀及荷載施加的情況有關，對于矩形截面和條形試件，當采用二分點試驗（圖1.4） (在兩支點的中間作用一個集中荷載)時，其抗彎極限強度按（1.13）式計算。 （1.13）當采用三分點試驗（圖1.4）(在跨度的三分點上加兩個集中荷載)時

21、，其抗彎極限強度按（1.14）式計算。 （1.14）式中：材料的抗彎極限強度，MPa； 試件破壞時的最大荷載，N； 試件兩支點間的距離，mm；、試件截面的寬度和高度，mm。（2）影響材料強度的因素材料的組成、結構和構造圖1.5 材料強度與孔隙率的關系試驗條件試驗方面的因素有：試件大小、試件形狀、加荷速度以及試件的平整度等。材料的含水情況溫度（3）材料的強度等級常用土木工程材料的強度如表1.3所示。（4）材料的比強度比強度等于材料的強度與表觀密度之比，即單位質量的材料強度。比強度是用來評價材料是否輕質高強的一個指標。幾種主要材料的比強度如表1.4所示。1.3.2 材料的彈性與塑性材料在外力作用下

22、產生變形，當外力取消后，變形隨即消失并能完全恢復原來形狀的性質，稱為材料的彈性。應力與應變的比值稱為材料的彈性模量。按照（1.15）式計算。 （1.15） 式中：材料的應力，MPa；材料的應變； 材料的彈性模量，MPa。材料在外力作用下產生變形，當取消外力后，不能恢復變形，仍然保持變形后的形狀和尺寸，并且不產生裂縫的性質，稱為材料的塑性。1.3.3 材料的脆性與韌性材料受外力作用，當外力達到一定限度后，材料突然破壞，但破壞時沒有明顯塑性變形的性質，稱為材料的脆性。具有這種性質的材料稱為脆性材料。材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大能量，產生較大變形而不致破壞的性質，稱為材料的韌性或沖擊韌性。

23、1.3.4 材料的硬度與耐磨性（1）硬度硬度是指材料表面抵抗硬物壓入或刻劃的能力（2）耐磨性耐磨性是指材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性以磨損前后材料單位面積的質量損失，即磨損率表示。材料的磨損率越低，表明該材料的耐磨性越好。1.4 材料的耐久性材料在長期使用過程中，能抵抗各種作用而不破壞，并且能保持原有性能的能力，稱為材料的耐久性。影響耐久性的因素很多，包括物理作用、化學作用及生物作用等。（1）物理作用物理作用指材料受干濕、冷熱、凍融變化等，使材料體積發生收縮與膨脹，或產生內應力而開裂破壞。（2）化學作用化學作用指材料在大氣和環境水中的酸堿鹽等溶液的侵蝕下，使材料逐漸發生質變而破壞。（3）

24、生物作用生物作用指材料在昆蟲或菌類等的侵害下，導致材料發生蟲蛀、腐朽而破壞。第2章 水泥2.1 硅酸鹽水泥國家標準通用硅酸鹽水泥（GB1752007）規定：凡是以適當成分的生料，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，并摻入05的石灰石或粒化高爐礦渣，適量石膏，磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。2.1.1 硅酸鹽水泥的生產（1）生料的配制硅酸鹽水泥的原料主要由三部分組成：石灰質原料；粘土質原料；校正原料將石灰質、粘土質和校正原料按適當的比例配合，并將這些原料磨制到規定的細度，并使其均勻混合，這個過程叫做生料配制。生料的配制有干法和濕法兩種。（2）水泥熟料的煅燒將配制好的生料在窯

25、內進行煅燒。水泥窯型主要有立窯和回轉窯。一般立窯適合小型水泥廠，回轉窯適合于大型水泥廠。煅燒的主要過程包括：1）干燥 2）預熱 3）分解 4）燒成 5）冷卻 （3）水泥熟料的粉磨將生產出來的水泥熟料配以適量的石膏，或根據水泥品種的要求摻入一定量的混合材料，進入磨機磨至適當的細度，即制成硅酸鹽水泥。圖3.1 硅酸鹽水泥生產工藝流程示意圖3.1.2 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及特性（1）水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥的熟料主要由4種礦物組成，其名稱、成分、化學式縮寫、含量如下： 礦物名稱 化學成分 縮寫符號 含量 硅酸三鈣 3CaO·SiO2 C3S 3660 硅酸二鈣 2CaO·

26、SiO2 C2S 1536 鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3 C3A 715 鐵鋁酸四鈣 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 1018（2）水泥熟料礦物的特性硅酸鹽水泥中含有的4種熟料礦物與水作用時所表現的特性是不同的，表3.1列出了4種熟料礦物與水作用的特性。（3）硅酸鹽水泥的水化水泥加水拌和后，水泥顆粒立即與水發生化學反應，即發生水化反應，生成一系列的化合物并放出一定的熱量。常溫下水泥熟料單礦物的水化反應式如下： ············

27、;···············（4）硅酸鹽水泥的凝結和硬化硅酸鹽水泥加水拌合后，成為可塑性的漿體，隨著時間的推移，其塑性逐漸降低，最后失去塑性，這個過程稱為水泥的凝結。隨著水化的不斷進行，水泥凝膠不斷生成，形成密實的空間網狀結構，水泥漿轉變為石狀體，產生了強度，即達到了硬化。（a） （b） （c） （d）圖3.2 硅酸鹽水泥凝結硬化示意圖（a）水泥顆粒分散在水中 （b）在水泥顆粒表面形成水化產物膜層（c）膜層長大并相互連接（凝結） （d）水化物

28、進一步發展，填充毛細孔（硬化） 1水泥顆粒；2水；3水泥凝膠體；4晶體；5未水化的水泥顆粒內核；6孔隙（5）影響水泥凝結硬化的主要因素熟料礦物組成的影響水泥細度的影響齡期（養護時間）的影響圖3.3 水泥水化齡期對強度的影響養護溫度和濕度水灰比（W/C）3.1.3 硅酸鹽水泥的腐蝕與防止引起水泥石腐蝕的原因及作用多而復雜，幾種典型水泥石腐蝕的類型如下：（1）軟水腐蝕（溶出性腐蝕）（2）離子交換腐蝕（溶解性腐蝕）碳酸的腐蝕一般酸的腐蝕鎂鹽的腐蝕(易溶)(絮凝狀、無膠結力)（3）膨脹性腐蝕硫酸鹽的腐蝕(絮凝狀、無膠結力)······

29、3;（水化硫鋁酸鈣）（結晶膨脹） 硫酸的腐蝕·生成的硫酸鹽會與水化鋁酸三鈣繼續反應，生成的水化硫鋁酸鈣，導致水泥石的破壞。（4）強堿的腐蝕·· （易溶于水）·水泥石腐蝕的主要原因是：侵蝕性介質以液相的形式與水泥石接觸并具有一定的濃度；水泥石中存在著易被腐蝕的成分；水泥石結構不致密，存在較多毛細孔隙，侵蝕性介質可通過毛細孔進入水泥石內部。（5）水泥石腐蝕的防止根據水泥石腐蝕的原因，可以采用以下措施防止水泥石腐蝕：根據環境侵蝕特點，合理選用水泥品種，減少水泥中易被腐蝕物質（即Ca(OH)2、3CaO·Al2O3·6H2O）的含量。降低水泥

30、石的孔隙率，提高水泥石的密實度。在水泥石的表面涂抹或鋪設保護層，隔斷水泥石和外界的腐蝕性介質的接觸。3.1.4 硅酸鹽水泥的技術指標（1）密度和堆積密度一般硅酸鹽水泥的密度為3.03.2g·cm-3。在進行混凝土或砂漿配合比設計時，通常密度取為3.10 g·cm-3，堆積密度取為1300 kg·m-3。（2）細度國家標準通用硅酸鹽水泥（GB1752007）規定：硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細度以比表面積表示，其比表面積不小于300m2·kg-1，否則為不合格品。（3）標準稠度需水量測定凝結時間和體積安定性時必須采用規定稀稠程度的水泥凈漿，這個規定的稠度，

31、稱為標準稠度。當達到規定稀稠程度時，拌制水泥漿的加水量，就是標準稠度用水量。硅酸鹽水泥的標準稠度用水量一般在23%30%之間。（4）凝結時間水泥的凝結時間有初凝與終凝之分。自加水時起至水泥漿開始失去可塑性所需的時間，稱為初凝時間。自加水起至水泥漿完全失去可塑性，隨后開始產生強度的時間，稱為終凝時間。國家標準通用硅酸鹽水泥（GB1752007）規定：硅酸鹽水泥的初凝時間不得小于45min，終凝時間不得大于390min。初凝時間不合格的水泥為廢品水泥，終凝時間不合格的水泥為不合格品。（5）體積安定性水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻性為水泥的體積安定性。引起水泥安定性不良的原因有：水泥熟料中含有過

32、多的游離氧化鈣和游離氧化鎂國家標準規定：由游離氧化鈣引起的水泥安定性不良，可用沸煮法檢驗。沸煮法又分試餅法和雷氏法，當兩者發生爭議時以雷氏法為準。游離氧化鎂引起的水泥體積安定性不良，用壓蒸法才能檢驗出來。由于游離氧化鎂造成的安定性不良不便于快速檢驗，因此，國家標準規定，水泥中的游離氧化鎂的含量不得超過5.0%，當壓蒸試驗合格時可放寬到6.0%。石膏摻量過多國家標準規定，在生產水泥時，控制水泥中SO3的含量不得超過3.5%。體積安定性不合格的水泥為廢品，不得用于任何工程。（6）強度等級硅酸鹽水泥強度主要取決于熟料的礦物組成和細度（7）水化熱水泥在與水進行水化反應時放出的熱量稱為水化熱（J

33、3;g-1）。（8）堿含量國家標準規定：水泥中的堿含量按Na2O+0.658K2O計算值表示，若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的堿含量不得大于0.60%或由買賣雙方協商確定。3.1.5 硅酸鹽水泥的特性、應用及儲存（1）硅酸鹽水泥的特性、應用凝結硬化快，早期強度和后期強度高水化熱大、抗凍性好干縮小、耐磨性較好抗碳化性較好耐腐蝕性差耐高溫性差（2）水泥的儲存和運輸水泥在儲存和運輸中不得受潮和混入雜物。水泥存放期不宜過長。水泥在運輸和儲存中，不同品種、不同強度等級的水泥不能混裝。水泥堆放高度不得超過10包，遵循先來的水泥先用的原則。3.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料，一定

34、量的混合材料及石膏共同磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為摻混合材料的硅酸鹽水泥3.2.1 混合材料在水泥生產過程中，為改善水泥性能，調節水泥強度等級而加入水泥中的人工或天然的礦物材料，稱為水泥混合材料。（1）活性混合材料在常溫下，與水不反應或反應很慢，當加入堿性激發劑（Ca(OH)2）或硫酸鹽激發劑（CaSO4·2H2O)時，不僅能在空氣中硬化，而且能在水中繼續硬化，并生成水硬性膠凝材料的產物，稱為活性混合材料。常用的活性混合材料有如下幾種：粒化高爐礦渣火山灰混合材料火山灰質混合材料泛指火山灰一類物質，按其活性成分與礦物結構可分為三類：a.含水硅酸質的混合材料 硅藻土、硅藻石、蛋白石及硅

35、質渣等b.鋁硅玻璃質的混合材料 火山灰、凝灰巖、浮石及某些工業廢渣c.燒粘土質的混合材料 主要有燒粘土、煤渣、煤矸石灰渣等粉煤灰混合材料（2）非活性混合材料加入水泥中，不與或幾乎不與水泥水化產物發生作用，僅僅是降低強度等級，提高產量，降低成本，調節水泥性能，減小水化熱的這一類礦物材料，稱為非活性混合材料，常見的非活性混合材料如磨細的石灰石粉、石英砂、窯灰、慢冷礦渣等。3.2.2 普通硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料、適量的混材料及石膏共同磨細，制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，代號P·O。（1）普通硅酸鹽水泥的技術指標普通硅酸鹽水泥的技術指標要求與硅酸鹽水泥有幾點不同：凝結時間普通

36、硅酸鹽水泥的初凝時間不小于45min，終凝時間不大于600min。強度等級燒失量普通硅酸鹽水泥的燒失量不大于5.0%。普通硅酸鹽水泥的其他技術要求同硅酸鹽水泥完全相同。（2）普通硅酸鹽水泥的性質普通硅酸鹽水泥由于摻加的混合材料較少，因此它的性質同硅酸鹽水泥的性質基本上相同。3.2.3 礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥（1）定義及組成根據國家標準通用硅酸鹽水泥（GB1752007）規定：由硅酸鹽水泥熟料、摻量大于20%且不大于70%的粒化高爐礦渣及適量的石膏磨細所得的水硬性膠凝材料，稱為礦渣硅酸鹽水泥，簡稱礦渣水泥，代號P·S。凡由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質混合材料、

37、適量石膏磨細所得的水硬性膠凝材料稱為火山灰質硅酸鹽水泥，簡稱火山灰水泥，代號P·P。水泥中火山灰質混合材料摻量為大于20%且不大于40%。凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細所得的水硬性膠凝材料稱為粉煤灰硅酸鹽水泥，簡稱粉煤灰水泥，代號P·F。水泥中粉煤灰摻量為大于20%且不大于40%。（2）技術指標細度、凝結時間、體積安定性MgO、SO3含量強度等級（3）特性及應用三種水泥的共性a.凝結硬化速度慢，早期強度低，后期強度發展較快b.對溫度及濕熱敏感性強c.耐腐蝕性好 d.水化熱小e.抗碳化能力差 f.抗凍性差、耐磨性差三種水泥的特性a.礦渣水泥特性礦渣硅酸鹽水泥的耐熱性

38、較好，抗滲性差，且干燥收縮也較普通水泥大b.火山灰水泥特性具有良好的保水性，較高的抗滲性和耐水性，不宜用于長期處于干燥環境中的混凝土工程。c.粉煤灰水泥特性粉煤灰水泥的干縮小、抗裂性好。不宜用于干燥環境。此外，抗滲性較差，不宜用于抗滲要求高的混凝土工程。3.2.4 復合硅酸鹽水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規定的混合材料，適量的石膏共同磨細所得的水硬性膠凝材料稱為復合硅酸鹽水泥，簡稱復合水泥，代號P·C。（1）技術指標MgO、SO3含量細度 凝結時間 強度等級 復合水泥的強度等級按3d和28d的抗壓強度和抗折強度來劃分，各齡期水泥的強度不得低于表3.5的值。（2）技術性質常用水

39、泥的組成、特性及應用如表3.6所示。第4章 混凝土4.1 混凝土的概述4.1.1 混凝土的定義以膠凝材料、顆粒狀集料（必要時加入的化學外加劑、摻合料、纖維等材料）為原材料，按比例配料、拌合、成型，經硬化而形成的具有堆聚結構的人造石材，統稱為混凝土，4.1.2 混凝土的發展歷史4.1.3 混凝土的分類從結構及表觀密度方面進行分類（1）按混凝土結構分1）普通結構混凝土2）細粒混凝土 3）大孔混凝土 4）多孔混凝土 （2）按照表觀密度分1）重混凝土2）普通混凝土3）輕混凝土4）特輕混凝土 4.1.4 混凝土材料的特點（1）優點1）成本低 2）可塑性好 3）配制靈活，適應性好4）抗壓強度高 5）復合性

40、能好6）耐久性好 7）耐火性好8）生產能耗低。（2）混凝土的缺點1）自重大、比強度小 混凝土比強度比木材、鋼材小。2）抗拉強度低、變形能力小 呈脆性、易開裂，抗拉強度約為抗壓強度的1/101/20。4.2 混凝土的組成材料普通混凝土的組成材料主要有水泥、水、粗骨料（碎石、卵石）、細骨料（砂）。有時，為了改善某方面的性能，需加入外加劑或摻合料。普通混凝土硬化后的宏觀組織構造如圖4.1所示。4.2.1 水泥（1）水泥品種的選擇水泥品種的選擇，需在分析工程特點、環境特點、施工條件的基礎上，結合水泥的性能特點來選擇，（2）水泥強度等級的選擇水泥強度等級要與混凝土強度等級相適應。（3）水泥的技術性質對于

41、所選水泥品種，應檢驗技術性質，需滿足相關要求。4.2.2 細骨料公稱粒徑在0.154.75mm之間的骨料稱為細骨料，也叫砂。砂按來源分為天然砂、人工砂兩類。砂的技術要求主要有：（1）砂的顆粒級配和粗細程度砂的顆粒級配是指砂子大小不同的顆粒搭配的比例情況。砂的粗細程度是指砂子總體的粗細程度砂子的顆粒級配和粗細程度，可通過篩分析的方法來確定。砂的粗細程度可通過計算細度模數確定。細度模數根據（4.1）式計算（精確至0.01）。 （4.1）式中：細度模數。、分別為4.75mm、2.36mm、1.18mm、600、300、150篩的累計篩余百分率。砂按細度模數分為粗、中、細三種規格，其細度模數分別為：粗

42、砂：3.73.1 中砂：3.02.3 細砂：2.21.6（2）含泥量（石粉含量和泥塊含量）天然砂的含泥量和泥塊含量應符合表4.3規定。（3）有害物質砂中云母、輕物質、有機物、硫化物及硫酸鹽、氯鹽等的含量應符合表4.3的規定。（4）堅固性堅固性是砂在自然風化和其他外界物理化學因素作用下，抵抗破裂的能力。根據GB/T1464-2001規定，天然砂采用硫酸鈉溶液進行試驗，砂樣經5次循環后其質量損失應符合表4.4規定。（5）表觀密度、堆積密度、空隙率砂的表觀密度大于2500 kg·m-3，松散堆積密度大于1350 kg·m-3，空隙率小于47%。（6）堿集料反應指水泥、外加劑等混凝

43、土組成物及環境中的堿與集料中活性礦物在潮濕環境下緩慢發生并導致混凝土開裂破壞的膨脹反應。（7）砂的含水狀態砂有四種含水狀態（如圖4.4所示）：1）絕干狀態 2）氣干狀態 3）飽和面干狀態4）濕潤狀態 4.2.3 粗骨料粒徑大于4.75mm的巖石顆粒，分為卵石和碎石兩大類粗骨料的主要技術指標有：（1）粗骨料最大粒徑()粗骨料的顆粒級配普通混凝土用的碎石或卵石級配應符合表4.5的要求，試樣篩分所需篩號，也按表4.5規定的級配選用，累計篩余計算均與砂相同。（3）含泥量和泥塊含量含量應符合表4.6的規定。（4）有害物質其有害物質主要有有機物，硫化物及硫酸鹽，對混凝土的危害與砂相似，其含量應符合表4.6

44、的規定。（5）針、片狀顆粒含量卵石和碎石顆粒的長度大于該顆粒所屬相應粒級平均粒徑2.4倍者為針狀顆粒；厚度小于平均粒徑0.4倍者為片狀顆粒（平均粒徑指該粒級上、下限粒徑的平均值）。其含量應符合表4.6的規定。（6）堅固性指卵石、碎石在自然風化和其他外界物理、化學因素作用下抵抗破裂的能力，采用硫酸鈉溶液法進行試驗，卵石和碎石經5次循環后，其質量損失應符合表4.7的規定。（7）強度卵石、碎石的強度，一般用壓碎指標來反映，對于碎石也可以測定巖石的抗壓強度來反映。壓碎指標愈高，表示石子抵抗碎裂的能力愈軟弱，壓碎指標值應小于表4.8的規定。（8）表觀密度、堆積密度、空隙率表觀密度大于2500kg

45、3;m-3，松散堆積密度大于1350kg·m-3，空隙率小于47%。（9）堿集料反應 經堿集料反應試驗后，由卵石、碎石制備的試件應無裂縫、酥裂、膠體外溢等現象。在規定的試驗齡期的膨脹率小于0.1%。4.2.4 水用來拌制和養護混凝土的水，不應含有能夠影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質、油脂和糖類等等。凡可供飲用的自來或清潔的天然水，一般都可用來拌制和養護混凝土。4.2.5 混凝土化學外加劑（1）化學外加劑概述1）混凝土外加劑發展情況2）混凝土外加劑分類混凝土外加劑按其主要功能分為四類：改善混凝土拌合物流變性能的外加劑；調節混凝土凝結時間、硬化性能的外加劑；改善混凝土耐久性的外加劑；改善

46、混凝土其他性能的外加劑。混凝土外加劑按化學成分分為有機外加劑，無機外加劑和有機無機復合外加劑。混凝土外加劑按使用效果分為減水劑、調凝劑（緩凝劑、早強劑、速凝劑）、引氣劑、加氣劑、防水劑、阻銹劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、泵松劑以及復合外加劑（如早強減水劑、緩凝減水劑、緩凝高效減水劑等）。（2) 常用混凝土外加劑定義普通減水劑 在混凝土坍落度基本相同的條件下，能減少拌合用水量的外加劑。高效減水劑 在混凝土坍落度基本相同的條件下，能大幅度減少拌合用水量的外加劑。緩凝劑 可延長混凝土凝結時間的外加劑。早強劑 可加速混凝土早期強度發展的外加劑。引氣劑 在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布穩定而封閉的微小

47、氣泡的外加劑。早強減水劑 兼有早強和減水功能的外加劑緩凝減水劑 兼有緩凝和減水功能的外加劑。緩凝高效減水劑 兼有緩凝和大幅度減少拌合用水量的外加劑。引氣減水劑 兼有引氣和減水功能的外加劑。（4）化學外加劑的品種及主要功能1）減水劑減水劑品種及作用機理目前常用的普通減水劑主要有：木質素磺酸鹽系減水劑、羥基羧酸系減水劑、糖密類減水劑和腐殖酸類減水劑等。高效減水劑主要有：萘系（萘羧酸鹽甲醛縮合物）減水劑、甲基萘系減水劑、蒽系減水劑、古馬隆系減水劑、三聚氰胺系減水劑、多羧酸系減水劑、氨基硅酸鹽系減水劑等。減水劑的主要成分是表面活性劑，其對水泥的作用主要是表面活性作用，本身不與水泥發生化學反應。減水劑在

48、水泥混凝土中的作用包括：吸附分散作用、濕潤作用、潤滑作用等。A.吸附分散作用如圖4.6所示。B.潤濕作用C.潤滑作用減水劑主要成分、推薦摻量見表4.9減水劑的主要功能和適用范圍見表4.102）引氣劑品種及作用機理引氣劑屬于表面活性劑的范疇，根據其水溶液電離性質可分為陰離子、非離子、陽離子和兩性離子四類，按組成又可分為以下幾種類型：松香及其熱聚物類；非離子型表面活性劑（主要成分是烷基酚環氧乙烷縮合物）；烷基苯磺酸鹽類引氣劑；皂角類引氣劑等。引氣劑有界面活化作用及引氣作用。引氣劑的界面活化作用指引氣劑在水中被界面吸附，形成憎水化吸附層，降低界面能，使界面性質顯著改變,尤其是能夠吸附在混凝土拌和物在

49、攪拌的過程中產生的無數微細氣泡的表面，形成穩定的吸附膜，使氣泡成為溶膠性氣泡，彼此獨立、均勻的分布于混凝土拌和物中而不易破滅。常用引氣劑類別及其性能指標,見表4.11引氣混凝土含氣量推薦值見表4.12引氣劑對混凝土性能影響 引氣劑能顯著改善混凝土拌和物黏聚性、保水性，引氣劑也能提高寒冷、嚴寒地區混凝土耐久性。對干縮影響不大，抗中性化程度降低。3）早強劑早強劑是加速混凝土早期強度發展的外加劑。可用于蒸養混凝土及常溫、低溫和變溫（最低氣溫不低于-5）條件下施工的有早強或防凍要求的混凝土工程。早強劑的主要種類有：無機物類（氯鹽類、硫酸鹽類、碳酸鹽類等）；有機物類（有機胺類、羧酸鹽類）；礦物類（天然礦

50、物如明礬石，合成礦物如氟鋁酸鈣，無水硫鋁酸鈣等），但越來越多的是使用由它們組成的復合早強劑。氯鹽類早強劑常用氯鹽類早強劑主要有：氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋁及三氯化鐵等。硫酸鹽類早強劑硫酸鹽類早強劑主要有硫酸鈉（即元明粉，俗稱芒硝），硫代硫酸鈉（即海波）、硫酸鈣（即石膏）、硫酸鋁及硫酸鉀鋁（即明礬）等。有機胺類早強劑常用有機胺類早強劑主要有：三乙醇胺（簡稱TEA）、三異丙醇胺（簡稱TP）、二乙醇胺等。以上三類常用早強劑在實際混凝土工程中應用時，其摻量應符合表4.13規定。復合早強劑4）緩凝劑 按照化學成分，緩凝劑可分為有機緩凝劑和無機緩凝劑兩類。有機緩凝劑具有表面活性作用，能在水泥顆粒的固液

51、界面吸附，改變了水泥顆粒表面的親水性，形成一層可抑制水泥水化的緩凝劑膜層，從而導致混凝土凝結時間的延長；無機緩凝劑主要是在水泥顆粒表面形成一層不溶性的薄層，阻止了水泥顆粒與水的接觸，因而延緩了水泥的水化起到緩凝作用。常用的緩凝劑摻量為：糖蜜類摻量0.1%0.3%；木質素磺酸鹽0.2%0.3%；羥基羧酸及其鹽類0.01%0.1%；無機緩凝劑0.1%0.2%。4.2.6 混凝土礦物外加劑（1）作用機理由于摻用礦物外加劑，使水泥基材在水化前就有了密實的堆積。水化時及水化后，礦物外加劑中的活性組分，與水泥水化生成的Ca(OH)2反應，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣等，從而改變了水泥石及水泥石

52、與集料界面的結構，孔隙率降低，界面層厚度變薄，Ca(OH)2取向指數降低。（2）礦物外加劑的品種當前廣泛使用的礦物外加劑有磨細礦渣（S）、磨細粉煤灰（F）、磨細天然沸石（Z）、硅灰（SF）等。 1）礦渣微粉粒化高爐礦渣磨細后的細粉稱為礦渣微分。粒化高爐礦渣是熔化的礦渣在高溫狀態迅速水淬而成。我國國家標準GB/18736-2002高強高性能混凝土用礦物外加劑中對礦渣微粉等礦物外加劑規定了一系列技術要求。如表4.14所示。礦渣微粉混凝土的性能特征簡介如下：凝結時間 礦渣微粉對混凝土的初、終凝時間比普通混凝土有所延緩，但幅度不大。流動性 能改善流動性泌水性 礦渣微粉混凝土具有良好的黏聚性，因而顯著改

53、善了混凝土的泌水性。強度 在相同的混凝土強度等級與自然養護的條件下，礦渣微粉混凝土的早期強度比普通混凝土略低，但28d即以后的強度增長顯著多于普通混凝土。耐久性 礦渣微粉混凝土的抗滲性明顯優于普通混凝土，提高了混凝土抗氯離子滲透能力和抗硫酸鹽侵蝕性。對預防和抑制堿骨料反應也是十分有利的。2）粉煤灰 又稱飛灰，是一種顆粒非常細，以致能在空氣中流動并被除塵設備收集的粉狀物質。我們通常所指的粉煤灰是指燃煤電廠中磨細煤粉在鍋爐中燃燒后從煙道排出，被收塵器收集的物質。我國的國家標準GB 159691根據粉煤灰的細度和燒失量對用于混凝土和砂漿摻合料的粉煤灰分為三個等級：級粉煤灰 0.045mm方孔篩篩余小于12%，燒失量小于5%。級粉煤灰 0.045mm方孔篩篩余小于20%，燒失量小于8%。級粉煤灰 0.045mm方孔篩篩余小于