土木工程材料ppt课件.ppt

绪 论,一、土木工程材料的定义 1. 广义：指建造建筑物和构筑物的所有材料，包括使用的各种原材料、半成品、成品等的总称。 如粘土，生石灰，混凝土等。,2. 狭义：指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。如混凝土、水泥、钢筋、粘土砖、玻璃等。,两个基本要求：,2、在其使用过程中，能抵御周围环境的影响与有害介质的侵蚀，保证建筑物和构筑物的合理使用寿命。同时也不能对周围环境产生危害。,1、满足建筑物和构筑物本身的技术性能要求，保证能正常使用。,二、土木工程材料的分类,绪 论,绪 论,绪 论,三、土木工程材料的技术标准 1、标准：对某项技术实行统一的执行要求。 2、标准的分类（一）我国的土木工程材料技术标准：（1）国家标准 强制性标准代号GB,推荐性标准代号GB/T，它表示 也可以执行其他标准，是非强制性的。 （2）行业标准 建筑工程行业标准代号JG,土木工程材料行业标准代号JC （3）地方标准（DB）和企业标准（QB）,（二）国际标准及其他国家标准： 团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的 标准。如美国材料与实验协会标准（ASTM）等。 区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。 国际标准化组织标准，代号ISO。,绪 论,例： 国家标准（强制性）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB14991998 建筑行业标准（推荐性）建筑石灰JC/T47992 GB强制性国家标准代号 1499标准发布顺序号 1988 标准发布年代 其他标准只是前面的代号变，表示方式均与例子中表示 一样。,绪 论,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB17592),四、土木工程材料的发展及发展趋势 1、土木工程材料的发展：随生产力发展而发展 原始时代天然材料：木材、岩石、竹、粘土 石器、铁器时代 金字塔（2000-3000 BC)：石材、石灰、石膏 万里长城 （200 BC):条石、大砖、石灰砂浆 布达拉宫 ：石材、石灰砂浆 18世纪中叶钢材、水泥19世纪钢筋混凝土（1890-1892）； 中国，1898,绪 论,20世纪预应力混凝土、高分子材料21世纪轻质、高强、节能、高性能绿色建材,2、土木工程材料的发展趋势： （1）轻质、高强；（2）发展多功能材料； （3）廉价、低耗能（4）由单一材料向复合材料及制品发展（5）扩大装配式预制构件的工厂化生产；（6）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环保方向发展；（7）发展更多花色品种的装饰材料。,绪 论,第一章 土木工程材料的基本性质,材料的基本性质：是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木工程材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。,第一章 土木工程材料的基本性质,1-1 材料的物理状态参数,一、材料的密度、表观密度及体积密度：,1. 密度：,m-材料在干燥状态下的质量V-材料在绝对密实状态下的体积,测定办法： 1）测质量：烘干（烘箱）称量（天平）； 2）测体积： （a）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻 璃等; （b）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，将其磨成细粉后，可由排水法测得。,第一章 土木工程材料的基本性质,表观密度的测定： 质量测定用天平 体积测定可采用排水法,2.表观密度：,-材料的质量 -材料在自然状态下的表观体积,注意：1. Vb =V+V闭孔 2. 表观密度须注明含水状 态，常是一个范围内的值。,第一章 土木工程材料的基本性质,3.体积密度：,-材料的质量 -材料在自然状态下的体积,注意：1. V0 =V+V闭孔+V开孔,体积密度的测定： 1）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到； 2）外形不规则的砂石等，可采用封腊排水法测定体积；,第一章 土木工程材料的基本性质,二、材料的密实度与孔隙率,1.密实度：,2.孔隙率：,第一章 土木工程材料的基本性质,孔隙大小,孔隙状态：,孔径 0.01 极细孔隙孔径 1.0 细小孔隙孔径 1.0 粗大孔隙,封闭孔隙指常压下吸不到水，当水压太大时可以通过材料内部的毛细通道进入其中,第一章 土木工程材料的基本性质,三、散粒材料：,m-材料的质量 -材料的堆积体积,1.堆积密度：,2.填充率：,3.空隙率：,空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。,第一章 土木工程材料的基本性质,表1.2 常用土木工程材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率,第一章 土木工程材料的基本性质,例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40cm3，质量为85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，烘干后的质量为82.30g。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率。解：密度=干质量/密实状态下的体积 =82.30/40（1-0.24）=2.7g/cm3 开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积 =（89.77-82.3）1/40=0.187 闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053 表观密度=干质量/表观体积=82.3/40（1-0.187）=2.53,第一章 土木工程材料的基本性质,1-2 材料的力学性质,一、材料的变形性质：,1、材料的弹性变形和塑 性变形,1)弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形(或瞬时变形)。,材料的力学性质：指材料在外力作用下所引起的变化的性质。,例：钢筋受力变形,2)塑性变形：在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形(或永久变形)。,第一章 土木工程材料的基本性质,2、脆性和韧性 1）脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。 2）韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。,脆性材料的抗压强度比其抗拉强度往往要高很多倍。它对承受震动作用和抵抗冲击荷载是不利的。在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,二、强度、强度等级和比强度 1、强度：在外力作用下不破坏时能承受的最大应力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。,()抗压 ()抗拉 ()抗折 ()抗剪,1）抗压强度、抗拉强度、抗剪强度计算公式：2）抗弯强度：,第一章 土木工程材料的基本性质,2、强度等级: 大多数土木工程材料根据其极限强度的大小，划分成若干不同等级，即强度等级。将土木工程材料划分若干标号，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。 塑性和韧性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行分级，如钢材分为Q195，215，235，255，275等； 脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的，混凝土强度等级：C10、C20、C25、C30、C35、C40。,第一章 土木工程材料的基本性质,3、比强度： 材料强度与其表观密度之比。是衡量材料是否轻质、高强的指标。,钢材、木材和混凝土的强度比较,可知，木材是轻质高强的高效能材料，而普通混凝土为质量大而强度较低的材料，所以努力促进普通混凝土这一当代最重要的结构材料向轻质、高强方向发展，是一项十分重要的工作。,第一章 土木工程材料的基本性质,三、材料的硬度和耐磨性： 1、硬度：材料抵抗其他物体压入或刻划的能力称为硬度。 即受压时抵抗局部塑性变形的能力。 测定法：金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。,第一章 土木工程材料的基本性质,2、耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用耐磨率表示（道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的部位，选择材料需考虑其耐磨性）。,耐磨率，,磨前质量，,磨后质量，,试件受磨面积，,一般硬度越大耐磨性越好，工程上也常用硬度来换算出材料的耐磨性,第一章 土木工程材料的基本性质,1-3 材料与水有关的性质,一、材料的亲水性与憎水性： 材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现为亲水与憎水两种不同的性质。用润湿角判断。,润湿角：,亲水性材料有：砖、混凝土砌块等。憎水性材料有：沥青、石蜡和塑料等，常用做防水、防 潮材料。,90o 180o 憎水材料,90o亲水材料,第一章 土木工程材料的基本性质,二、材料的吸水性与吸湿性：,1、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。,质量吸水率:,体积吸水率:,各种材料的吸水率相差很大，如花岗等致密岩石的吸水率（质量吸水率）仅为0.5%0.7，普通混凝土为23，粘土砖为820。而木材或其他轻质材料的吸水率则常大于100。,mb吸水饱和后质量mg 干燥状态下质量V0干燥时自然体积 干燥时体积密度,第一章 土木工程材料的基本性质,2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。,含水率,吸湿作用一般是可逆的，也就是说材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。潮湿材料在干燥的空气中会放出水分，此称还湿性。,含水率，%,ms吸湿状态下的质量mg干燥状态下质量,第一章 土木工程材料的基本性质,平衡含水率： 材料中所含水分与空气湿度达到平衡时的含水率。,干燥的材料,吸收空气中的水分,潮湿的材料,平衡含水率,释放水分,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,三、耐水性：材料长期处于水的作用下不破坏，其强度 也不严重降低的性质。用软化系数表示。,四、抗渗性：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。,软化系数:,材料在吸水饱和状态下的抗压强度,fg材料在干燥状态下的抗压强度,（软化系数 0.85 的材料，认为是耐水的材。）,混凝土、砂浆等的抗渗性用抗渗等级表示。例如：P4、P6、P8分别表示材料能承受 0.4、0.6、0.8MPa的水压而不透水。,抗渗系数越小、抗渗等级越高抗渗性越好。对地下建筑、水工建筑物、压力管等，要求材料具有一定的抗渗性。,抗渗系数:,第一章 土木工程材料的基本性质,1-4 材料的耐久性,一、耐久性的概念： 材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素作用而不破坏，且能保持原有性质的性能。材料在使用过程中会受到各种外力的作用，还受到环境中各种自然因素的破坏作用如物理作用、化学作用、生物作用。,不同材料所处的工作环境不同，耐久性包含的内容不同。所以，要提高材料的耐久性，应根据材料种类特点即建筑物所处的环境条件进行具体分析，选择正确的材料。,抗冻性 耐久性是一个综合性质： 抗渗性 抗化学侵蚀性 抗碳化性能 等等,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,例：图为莫大楼的外表面，从中可以看见墙壁发黑，在有些地方可见白色流迹线，还有凸凹不平的现象是分析其原因,第一章 土木工程材料的基本性质,1-5 材料的热工性质（了解）,一、导热性：,三、热容量：指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力 。,二、比热：,热容量高的材料，能对室内温度起调节作用。,导热系数越小，材料的保温隔热性能越好。,导热系数 ：,1kg材料温度升高（或降低）1K时所吸收或放出的热量。用 C 表示。,材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。,第一章 土木工程材料的基本性质,四、材料的温度变形性,式中: 材料在常温下的平均线膨胀系数() 线膨胀或线收缩量（mm 或 cm） 材料升（降）温前后的温度差（） L材料原来的长度（或）,线膨胀系数:,材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。,第一章 土木工程材料的基本性质,1-6 材料的装饰性能 （了解）,一、装饰材料的基本要求 1、颜色 2、光泽 3、质感 4、表面组织及形状尺寸二、装饰材料的选用原则 1、满足使用功能 2、满足装 饰效果 3、材料的安全性 4、有 利于人的身心健康 5、合理的 耐久性 6、经济性原则 7、便 于施工,第一章 土木工程材料的基本性质,1-7 材料的组成、结构和构造（了解）,一、材料的组成,化学组成： 是指构成材料的化学成分。不同化学成分组成的材料其性质不同。,矿物组成： 是指元素组成相同，单分子团形成形式各异的现象。,材料的化学组成不同，则材料的矿物组成就不同。材料的化学组成相同，可以有不同的矿物组成。,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,二、材料的结构,1、宏观结构：指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。,2、亚微观结构（显微或细观结构）：指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-310-6m。,3、微观结构：指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-6-10-10m。,第一章 土木工程材料的基本性质,宏观结构,1.散粒结构 由单独的颗粒组成。2.聚集结构 材料中的颗粒通过胶结材料彼此牢固地结 合在一起。3.多孔结构 材料中含有大量的,大的 ,或微小的均匀分布 的孔隙。4.致密结构 材料在外观上和结构上都是致密的。5.纤维结构 是木材,玻璃纤维制品所特有的结构。6.层状结构 是板材常见的结构。,大理石,材料的宏观结构及其相应的主要特征,第一章 土木工程材料的基本性质,习题：1、同种材料，如孔隙率越大，则材料的强度越 ，保温性越 ，吸水率越 。2、软化系数表明材料的（ ）。 A、抗渗性 B、抗冻性 C、耐水性 D、吸湿性3、新建的房屋保暖性差，到冬季更甚，这是为什么？(提示：从导热系数的影响因素考虑。)4、破碎的岩石试件经完全干燥后，其质量为482g，将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子吸水饱和后，量筒的水面由原来的452cm3上升至630cm3。取出石子，擦干表面水分后称得质量为487g。试求该岩石的表观密度、吸水率？,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,解：1）体积密度： =2487/1462.8=1.7g/cm3 孔隙率 =37% V孔/1462.8100%=37% 故孔的体积：V孔=541.236cm3， 求绝对密实体积：V=Vo-V孔=1462.8-541.236=921.6cm3 2）求密度： =2487/921.6=2.7g/cm3 3）求含水率：W=(m2-m1)/m1100%=(2984-2487)/2487100% =20%,5、烧结普通砖的尺寸为240mm115mm53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该砖的绝对密实体积、密度、吸水率。,第二章 气硬性胶凝材料,一、胶凝材料的定义 经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。二、胶凝材料的分类,胶凝材料,无机胶凝材料,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,第一节 绪 论,无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分。(绝大多数的无机化合物可以归入氧化物、酸、碱、 盐四大类),有机胶凝材料以天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等。,第二章 气硬性胶凝材料,（1）气硬性胶凝材料：只能在空气中（干燥条件下）硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃； （2）水硬性胶凝材料：既能在地上或空气中硬化，又能在水中或地下硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如水泥；,在土木工程材料中，胶凝材料是基本材料之一，通过它的胶结作用可配制出各种混凝土及建筑制品，衍生出许多新型材料，不同胶凝材料衍生出材料及制品将会有不同的性质。,第二章 气硬性胶凝材料,第二节 石 灰,一、 石灰的原料及生产：（一）原料： 以碳酸钙为主要成分的天然岩石，常用 的有石灰石，白云石，贝壳等。（二）生产工艺：,欠火石灰 过火石灰 正火石灰,为了加速分解过程，煅烧温度常提高至10001100左右。,9001000 ,(三) 石灰的另一来源 是利用化学工业副产品。如：用电石（碳化钙）制取乙炔时的电石渣（Ca（OH）2）。,CaCO3 CaO+CO2,石灰岩,生石灰,第二章 气硬性胶凝材料,二、 石灰的熟化(消化、工地称为“淋灰” ) ： （一）石灰熟化原理： 注意： 1、 熟化反应是放热反应 2、 熟化反应过程体积膨胀1-2.5倍 （二）石灰的陈伏： 过火石灰熟化较慢，当石灰已经硬化后才开始熟化，引起隆起和开裂，为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰池中存放两周以上，使未曾熟化的石灰颗粒充分熟化，这一过程叫做“陈伏”。,CaO + H2O=Ca(OH)2十64.9103J,第二章 气硬性胶凝材料,（三）石灰的熟化方法及用途： 按石灰用途，我国工地上熟化石灰的方法有两种：消石灰浆法和消石灰粉法（淋灰法和化灰法）。 1)用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰加水熟化成消石灰浆。生石灰在化灰池中熟化后，通过筛网流入储灰坑储存两周以上。 2)用于拌制石灰土(石灰、粘土)、三合土(石灰、粘土、砂石或炉渣等)时，将生石灰加水熟化成消石灰粉。 现在多用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使用。,三、石灰的硬化（一）干燥硬化 浆体中大量水分蒸发，但尚留一部分游离水，水表面张力将石灰粒子紧密连接到一起，具有一定的强度。,第二章 气硬性胶凝材料,（二）结晶硬化 Ca（OH）2从饱和溶液中析出，逐渐由胶体转变成晶体的过程，主要作用力为分子力，晶体互相交叉连生，从而提高强度。（三）碳化硬化 Ca（OH）2与空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高。四、石灰的品种1）按石灰中的氧化镁含量的高低分2）按成品的加工方法分块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。,第二章 气硬性胶凝材料,石灰石,块状生石灰,熟石灰粉,生石灰粉,石灰膏,石灰乳,第二章 气硬性胶凝材料,五、石灰的技术标准 建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaOMgO及杂质的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见表2.1-2.3。六、石灰的应用及储存（一）石灰的特点1、良好的保水性； 熟化生成的氢氧化钙颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚的水膜，即石灰的保水性好。 2、生石灰水化时水化热大，体积增大；3、凝结硬化慢、强度低 ；,表2.1 建筑生石灰的技术指标,第二章 气硬性胶凝材料,表2.2 建筑生石灰粉的技术要求,第二章 气硬性胶凝材料,表2.3 建筑消石灰粉的技术要求,第二章 气硬性胶凝材料,第二章 气硬性胶凝材料,4、硬化后体积收缩大，易开裂；5、耐水性差 ；6、化学稳定性差。（二）石灰的应用 1、配制石灰砂浆和石灰乳涂料 石灰砂浆由石灰膏和砂、水拌合而成，可用作内墙、顶棚的抹面。 石灰乳由石灰膏稀释而成，常用作内墙和顶棚的粉刷涂料。 2、配制灰土和三合土 灰土：熟石灰粉+粘土。 三合土：熟石灰粉+粘土+砂、石或炉渣等填料。（三七灰土、四六灰土） 可广泛用作建筑物的基础、路面或地面的垫层。,第二章 气硬性胶凝材料,例 既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？解(1) 石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。 (2) 再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。,第二章 气硬性胶凝材料,3、制作碳化石灰板 碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料 （如矿渣）搅拌、成型，然后经人工碳化而成的一种轻质板材，适宜作非承重内墙板、天花板等。 4、制作硅酸盐制品 磨细生石灰或消石灰粉与砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质 材料经配料、混合、成型，再经常压或高压蒸汽养护，就可制得密实或多孔的硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤灰砖及砌块、加气混凝土砌块等。,第二章 气硬性胶凝材料,（三）石灰的储存 1、生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。 2、生石灰不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。 3、熟石灰在使用前必须陈伏15d以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。,工程实例 某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判该石灰的品质？ 1.检测石灰中CaO和MgO的含量,细度。 2.根据MgO含量，判定该石灰的类别(属钙质/镁质石灰) 3.查表判定该石灰的等级。,第二章 气硬性胶凝材料,第三节 石 膏,一、建筑石膏的原料及生产,天然的原材料,（一）原材料,化学工业副产品,天然的二水石膏（软石膏）,磷石膏和盐田石膏,（二）生产过程,第二章 气硬性胶凝材料,天然石膏,建筑石膏,第二章 气硬性胶凝材料,二、建筑石膏的水化与硬化 建筑石膏（半水石膏）重新水化放热生成二水石膏的化合反应过程 ： 建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。建筑石膏凝结硬化很快，一般初凝不小于6分钟，终凝不超过30分钟。三、建筑石膏的技术性质,第二章 气硬性胶凝材料,（一）技术指标 建筑石膏色白，密度2.602.75g/cm3,堆积密度8001000kg/cm3,根据国标建筑石膏的规定，按其凝结时间、细度及强度指标分为三级。优等、一等和合格。,表2.4 建筑石膏的技术要求(GB 977688),第二章 气硬性胶凝材料,（二）技术特性1、强度低；2、凝结硬化快，初凝6分，终凝30分；3、孔隙率大（5060%），热导率小（0.1210.205W/(m.k)）；4、凝结时体积产生微膨胀（0.05%0.15%）；5、吸湿性强，耐水性差(软化系数为0.20.3)；6、具有较好的防火性能；7、加工性能好；8、隔热、吸声性良好；9、具有一定的调温、调湿性。四、建筑石膏的应用1、室内抹灰与粉刷；2、生产建筑石膏制品3、生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中,纸面石膏板,第二章 气硬性胶凝材料,装饰石膏板,吸声用穿孔石膏板,第二章 气硬性胶凝材料,五、高强石膏,1、高强石膏特点 由于高强石膏晶体较粗大，比表面积小(1g固体所占有的总表面积) ，拌制石膏浆时，需水量（需水量约为35%-45%）比建筑石膏（需水量高达60%-70%）小，故硬化后有较高的强度，7天的抗压强度可达15-40MPa。,2、高强石膏应用（1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板（2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。（3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无 收缩。,第二章 气硬性胶凝材料,第四节 水 玻 璃（了解）,一、水玻璃（泡花碱）的原料及生产 是一种碱金属气硬性胶凝材料。（一）原料 石英砂、纯碱或含碳酸钠的原料（二）生产二、水玻璃的硬化 液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化，速度较慢。具体反应式如下： Na2OnSiO2+ CO2+mH2ONa2CO3 + nSiO2mH20,13001400,Na2CO3+nSiO2 Na2OnSiO2+ CO2,第二章 气硬性胶凝材料,为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%-15%的促硬剂氟硅酸钠或加热以加快其硬化。三、水玻璃的性质 1、粘结力强 2、耐酸性好 3、耐热性好四、水玻璃的用途 1、涂刷或浸渍材料（除浸渍石膏之外，因会生成硫酸钠晶体，体积膨胀，产生破坏），可增加材料的密实度和强度，增强抗风化能力。 2、加固地基；将水玻璃和氯化钠溶液交替灌入土壤中，发生化学反应，析出硅酸胶体，起到胶结和填充土壤的作用，并可以阻止水渗入，增加土壤的密实度和强度。 3、修补裂缝、堵漏；将水玻璃溶液掺入砂浆或混凝土中，可使其急速凝结硬化。 4、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土； 5、配制耐热砂浆和耐热混凝土。,第二章 气硬性胶凝材料,例3-0 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？ 解建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：（1） 石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；（2） 硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。 （3） 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。,第二章 气硬性胶凝材料,（4） 建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、 抗冻性差, 所以不适用于室外使用。,第二章 气硬性胶凝材料,例3-1 某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。解 石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。,石灰砂浆A 石灰砂浆B,第三章 水泥,概 述2、我国水泥工业的现状：,我国水泥年产量增长图表,1、水泥水硬性胶凝材料,9520,18000,36300,81204,138831.56,第三章 水泥,第三章 水泥,3、水泥的分类： (1)按照用途与性能分类,(2)按主要水硬性物质分类,第三章 水泥,3-1 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥： 凡由硅酸盐水泥熟料、0 5 %石灰或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（波特兰水泥）二、硅酸盐水泥的分类：,第三章 水泥,（一）活性混合材料： 常温下能与氢氧化钙和水发生水化反应，生成水硬性的水化产物，并能逐步凝结硬化产生强度的混合材料。其主要作用是改善水泥的某些性能，还具有调节水泥强度标号、降低水化热、增加产量和降低成本的作用。如粒化高炉矿渣、粉煤灰等（硅、铝、铁、钙、镁的氧化物）。（二）非活性混合材料： 它们掺入水泥，不与水泥成分起化学反应或化学反应很弱，主要起填充作用，可调节水泥强度标号，降低水化热及增加水泥产量等。如磨细石英砂、石灰石、粘土等。,第三章 水泥,三、硅酸盐水泥的生产工艺,石灰质原料CaO,黏土质原料SiO2、Al2O3、 Fe2O3,校正原料(铁粉),生料,熟料,石膏,不超过5%的混合材料,按比例,混合磨细,煅烧,1450,水泥,磨细,“两磨一烧”,第三章 水泥,四、硅酸盐水泥熟料矿物组成,生料,SiO2,CaO,化合反应,8001450,800左右,分解反应,Al2O3,Fe2O3,2CaOSiO2,3CaOSiO2,3 CaO Al2O3,4 CaOAl2O3Fe2O3,第三章 水泥,硅酸盐水泥熟料矿物组成,在以上的主要熟料矿物中，硅酸三钙和硅酸二钙的总含量在70%以上，铝酸三钙与铁铝酸四钙的含量在25%左右，故称为硅酸盐水泥。,第三章 水泥,五、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,（一）水泥的水化反应 （1）2(C3S)+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 （2）2(C2S)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 （3）C3A+6H2O3CaOAl2O36H2O （4）C4AF+7H2O3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O （5）3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+20H2O 3CaO Al2O33CaSO4 32H2O,第三章 水泥,凝结： 水泥加水拌和后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。硬化：随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。,水泥水（水泥浆）,水泥浆失去塑性但无强度,水泥石,凝结过程,硬化过程,（二）水泥的凝结与硬化,注意：凝结和硬化是人为地划分的。实际上是一个连续的复杂的物理化学 变化过程。,第三章 水泥,第三章 水泥,水泥凝结硬化过程示意,1水泥颗粒 2水份 3凝胶 4晶体 5水泥颗粒的未水化内核 6毛细孔,a）分散在水中未水 化的水泥颗粒b）在水泥颗粒表面 形成水化物膜层c）膜层长大并互相 连接（凝结）d）水化物进一步发 展，填充毛细孔 (硬化),第三章 水泥,（三）水泥凝结硬化的特点 1放热反应 2凝结硬化速度37 天内较快，大致28 天完成基本部分， 完成全过程需几年， 甚至几十年时间。,第三章 水泥,（四）各种熟料矿物单独与水作用的强度变化,第三章 水泥,（五）各种熟料矿物单独与水作用性质,第三章 水泥,（六）影响水泥凝结硬化的因素 1)熟料矿物的组成 C3S、C2S、C3A、C4AF的含量不同水泥的性质变化很大。C3S、C3A含量提高，水泥的凝结硬化速度加快，早期强度高，同时水化热也增大。 2)水泥的细度 水泥颗粒越细，其比表面积越大，水化反应越快越充分，早期强度和后期强度都较高。但水泥太细，粉磨能耗大，水泥成本高。,第三章 水泥,国家标准规定：硅酸盐水泥的细度比表面积应大于300m2/kg。否则为不合格。 3)储存条件 水泥在运输和贮存过程中应做到 （1）按标明的标号、类型及出厂日期分别进行贮运。 （2）防潮、防水。 （3）散装水泥应分库存放，袋装水泥的堆放高度不得超过 十袋(50kg/袋)。 （4）应先贮先用。 （5）一般贮存不超过三个月，即使是良好的贮存条件,第三章 水泥,（较为干燥），水泥也不宜久存。因水泥在存放的过程中会吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，使水泥丧失胶结能力，强度下降。超过三个月后的水泥，强度降低10%20%；六个月后降低 15%30%；一年后降低 25%40%；此时需重新试验，确定其标号。 4)水灰比水的质量/水泥的质量 拌和水泥浆时，水与水泥的质量比，称为水灰比。水灰比越大，水越多，水泥浆越稀，凝结硬化和强度发展越慢，且硬化后的水泥石中的毛细孔含量越多，强度越低。反之，凝结硬化和强度发展越快，且强度高。因此，在保证成型质量,第三章 水泥,的前提下，应降低水灰比，以提高水泥石的硬化速度和强度。 5)养护的温、湿度 水泥的水化反应及凝结硬化必须在水分充足的条件下进行，环境湿度大，水分不宜蒸发，水泥浆中保持有水化所需的足够水分。 上述影响主要表现在水化初期，对后期影响不大。 水泥的标准养护条件为：养护温度为203，相对湿度RH90%的环境中。,6)养护龄期,C3A 水化铝酸钙 石膏 水化硫铝酸钙,3 CaOAl2O3+6H2O3CaOAl2O36H2O,3 CaOAl2O36H2O+ 3(CaSO42H2O)+20H2O 3CaO Al2O33CaSO4 32H2O,问题：1、为什么生产水泥时要加入适量的石膏？,随着养护时间的增加，水泥的水化程度增加，凝胶体数量增加，毛细孔减少，强度不断增加。一般在28天之内强度发展较快，28天后显著减慢。7)石膏的掺量,第三章 水泥,第三章 水泥,为了调节（延缓）水泥凝结时间通常加入石膏，石膏在水泥硬化中起缓凝剂的作用。 纯水泥熟料磨细后，与水拌和，凝结时间很短，因此不便使用，为调节水泥的凝结时间，掺入适量（3%-5%）的石膏，石膏与凝结速度最快的铝酸三钙作用，生成了难溶的水化硫酸铝钙，覆盖在铝酸三钙的周围，阻止其继续快速水化，因而延缓了水泥的凝结时间。石膏的掺量主要取决于铝酸三钙和SO3的含量。,过少，,起不到缓凝的作用,过多，,会引起安定性不良,石膏掺量要适量,第三章 水泥,2、仔细观察。以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。,结论：A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期强度及水化热都较高，故A水泥的早期强度与水化热高于B水泥。,第三章 水泥,六、常见水泥的技术要求,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,细度是指水泥颗粒的粗细程度，水泥颗粒粒径一般在0.0070.2mm范围内。 测定方法筛析法（0.080mm的方孔筛）筛余量不得超过10%和比表面积法（单位质量的粉末所具有的总表面积） 硅酸盐、普通硅酸盐水泥（GB1751999）规定：硅酸盐水泥比表面积应大于300/kg。,碱含量,第三章 水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,第三章 水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,标准稠度需水量：为了使水泥凝结时间、体积安定性等的测定具有准确的可比性，按国家标准规定，用标准稠度仪测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量。,第三章 水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,初凝：加水拌和到标稠，净浆开始失去可塑性所需的时间。 终凝：加水拌和到标稠，净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。 GB规定：初凝不小于45min，终凝不迟于390min。初凝不合格者为废品，终凝不合格者为不合格品。,第三章 水泥,体积安定性：水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性能。原因：1）熟料中f-CaO， f-MgO 过多， f-CaO， f-MgO 过烧，结构致密，熟化慢，硬化后才熟化，体积膨胀开裂。 2）石膏过量，硬化后，仍有CaSO4存在，则C3A、水化铝酸钙与之反应，形成钙矾石，膨胀开裂。 测定方法：沸煮法(雷氏法、试饼法）。 规定: f-MgO 5% ；SO3含量矿渣水泥4%，其他水泥3.5% 体积安定性不良的水泥应作废品处理,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,细度,碱含量,第三章 水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,细度,GB规定：用水泥胶砂强度测定。试件标准尺寸:4040160mm 水泥 : 中国ISO标准砂 : 水=1:3:0.5(450g,1350g,225ml), 按照测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、 42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个。,5、强度,碱含量,胶砂振实台,水泥胶砂搅拌机,试模,第三章 水泥,水泥抗折强度测定,F (N),结果计算评定,每个龄期测定破坏荷载F1，F2，F3,第三章 水泥,下压板,上压板,水泥抗压强度测定,结果计算评定,测定出抗压破坏荷载F1F6,第三章 水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,细度,5、强度,碱含量,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB1751999),注：表中表示早强型，其它为普通型。,第三章 水泥,2、标准稠度,3、凝结时间,4、体积安定性,细度,、强度,碱含量,指水泥中的Na2O和K2O的含量，含量过高遇有活性的的骨料易产生碱-骨料反应，造成工程危害。国家规定水泥中的碱含量按Na2O+0.685K2O计算值来表示，若使用活性骨料，则水泥中的碱含量不得大于0.6%或供需双方协商。,第三章 水泥,1、废品：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的，均为废品； 2、不合格品：凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时称为不合格品； 废品水泥在工程中严禁使用，不合格水泥，通过措施改造成合格水泥，若仅强度低于规定指标时，可降级使用。八、水泥石的腐蚀与防止 (一)水泥石的腐蚀 水泥制品在一般使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些侵蚀介质（如软水、含酸或盐的水等）作用下，强度降低甚至造成建筑物结构破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。,七、