建筑材料.ppt

1,建 筑 材 料,2,目 录,3,第一章 绪论,一、定义 建筑材料 是用于土木建筑结构物的所有材料的总称。二、分类,4,按化学成分分类,金属材料,非金属材料,复合材料,黑色金属：钢,有色金属：铜、铝、锌,植物：木材、竹材,沥青：煤沥青、石油沥青,合成高分子：塑料、合成橡胶、涂料,有机与无机非金属结合：聚合物砼,金属与无机非金属结合：钢筋砼、钢纤维砼,金属与有机材料结合：PVC钢板,无机材料：砖、玻璃、水泥、石灰,5,承重材料,围护材料,建筑功能材料,承重：砖,非承重：加气砼砌块,砖、石、砼、钢材,防水、绝热采光、装饰,按功能分类,6,三.建筑材料的发展：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、石灰砂浆罗马园剧场（70-80 AC):石材、石灰砂浆,7,18世纪中叶钢材、水泥(J.Aspdin,1824）19世纪钢筋混凝土（1890-1892）；中国，189820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,8,胡夫金字塔，高146.59m,底部232m见方，用 230多万块、每块重2.5T的岩石砌成。,9,万里长城（200 BC):条石、大砖、石灰砂浆,10,罗马斗兽场（70-80 AC):石材、石灰砂浆,11,三峡大坝,12,大坝闸门,13,三.建筑材料的标准化 学习材料的技术标准:国家标准、行业标准、企业标准GB-国家标准 GBJ-建筑工程国家标准JGJ-建设部行业标准JC-国家建材局行业标准YB-冶金部行业标准JTJ-交通部行业标准SD-水电行业标准ZB-国家级专业标准,14,例：国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥GB175-1999 标准名称部门代号编号批准年份ASA-American Standard Association 美国标准ASTM American Society for Testing MaterialsBS-British Standard 英国标准DIN Deutsch Industrie Normen 德国标准ISO-International Standard Organization 国际标准协会,15,四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法1.作用1.1 为后续课程的学习提供必要的知识1.2 为今后从事专业技术工作时，合理选择和使用建筑材料打下基础2.任务 2.1 了解材料在建筑物上所起的作用和要求2.2 了解常用材料的生产、成分和构造2.3 掌握常用材料的技术性质，以及影响材料性质的主要因素及其相互关系,16,2.4 掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格2.5 熟悉常用材料的测试仪器，掌握测试方法和技术。2.6 掌握常用材料的选用原则和方法。2.7 掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解这些材 料的施工注意事项3.学习方法3.1 重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能常用材料水泥、砼、石灰、钢材、木材、沥青,17,主要的水泥、砼、钢材每种材料：原料生产工艺组成成分构造性质应用检验储存以及它们之间的相互关系重点：性质和应用，质检的基本原理（引起材性变化的内因和外因）3.2 重视学好试验学习常用建筑材料的检验方法合格性判断和验收对实验数据、试验结果进行分析判别培养从事科学研究的能力,18,参考书武汉大学 李亚杰 主编建筑材料，中国水利水电出版社张德思 主编.土木工程材料典型题解析及自测试题 西北工业大学出版社,19,第1章 建筑材料的基本性质,1.1.1基本的物理参数1、实际密度（密度）定义：材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。,1.1 材料的物理性质,20,实际密度（g/cm3)m材料在干燥状况下的质量 V材料在绝对密实状况下的体积测量方法：不规则的密实材料用排水体积法有孔隙的材料把干燥后的材料磨成细粉，用李氏瓶法测定其实体积，进行计算。,21,2体积密度（容重）定义：材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算,分：干表观密度和湿表观密度测量方法：规则形状，可根据实际测量 不规则形状，用蜡封排液法,22,3、堆积密度 堆积密度是散粒材料(粉状、颗粒状）在堆积状态下单位体积的质量。,材料的堆积体积包括所有颗粒的体积以及颗粒之间的空隙体积，,23,4、孔隙率定义：孔隙率是材料内孔隙体积占总体积的百分比。P=(V0 V)/V0100%=（1-/0）100%1 D+P=1 5、空隙率定义：空隙率是材料在松散状态下，颗粒空隙体积占松散体积的百分比。P=(V0 V0)/V0 100%=（1-0/0）100%,24,1.1.2材料与水有关的性质 1、亲水性与憎水性亲水性材料在空气中与水接触时，容易被水润湿的性质，称材料的亲水性。憎水性材料不易被水润湿的性质，称为憎水性。,为润湿角90 亲水性材料 90 憎水性材料,25,2、吸水性 定义：材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。指标：吸水率表示。质量吸水率 体积吸水率3、吸湿性 定义：吸湿性是材料在空气中吸收水分的性质。指标：含水率 等于材料吸入水分质量占干燥时质量的百分率。4、耐水性 定义：材料在水的作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为材料的耐水性。,26,材料的耐水性可用软化系数k表示。kf饱/f干 f饱材料在吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。f干材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。软化系数的范围在01之间。潮湿环境中的重要建筑物或部位，软化系数k=0.85-0.9 受潮较轻或次要的建筑物，软化系数k=0.7-0.854、抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。材料的抗渗性用渗透系数或抗渗强度等级来表示。渗透系数,27,砼的抗渗强度等级 P2、P4、P6、P8、P10、P12（penetrate）5、抗冻性 材料在吸水饱和状态下，经多次冻融循环而不破坏或强度不显著降低的性质称为抗冻性。材料的抗冻性用抗冻强度等级F（freeze）表示。如F25表示材料能抵抗冻融循环25次。如果经过规定次数的反复冻融循环后，质量损失不大于5，强度降低不超过 25时，通常认为材料是抗冻的。,28,1.1.3 材料的热性质,1、导热性 材料传导热量的性质称为导热性。材料导热性用导热系数表示。,29,2、比热容 定义：材料在加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量。质量为1g材料温度升高lK所需的热量或温度降低1K时放出的热量，称为材料的比热容。,3、保温隔热性能 热阻1/4、热变形性 线膨胀系数,30,1.2 材料的力学性质,1.2.1强度和比强度 1、强度 材料在外力(荷载)作用下，抵抗破坏的能力，称为强度 材料主要有抗拉、抗压、抗剪、抗弯四种强度。通常抗拉强度可表示为ft、抗压强度可表示为fc、抗剪强度可表示为fv.,31,抗弯强度 fm,2、比强度 比强度=材料的强度/表观密度可以对不同的材料进行对比。,32,1.2.2 材料的其他力学性质1.材料的弹性与塑性弹性：在外力作用 下产生变形，当外力消失时，材料的变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。塑性：不能消失的变形。弹性变形与塑性变形2.材料的脆性和韧性 脆性：外力达到一定限度后，突然破坏无明显塑性变形的性质。韧性：在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大能量，产生一定的变形而不致被破坏的性能。用材料破坏时吸收的能量来表示:ak=Ak/A,33,3.材料的硬度和耐磨性,硬度材料抵抗较硬物体压入的能力，称为材料的硬度，有 莫氏硬度（矿物硬度 分为10级）布氏硬度HB（用钢球压入法测定）,34,1.3 材料 的耐久性 定义：材料 在使用过程中能长久保持其原有性质的能力。包括 抗冻性 抗风化性 抗老化 耐化学腐蚀性 破坏作用有：物理作用 化学作用 生物作用,耐磨性 材料抵抗磨损的能力称为材料的耐磨性。用磨损率表示：B=（m1-m2)/A,35,习题（一）,36,例1-1 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？,解石子的孔隙率P为：石子的空隙率P，为：评注 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中密度；0材料的表观密度；，材料的堆积密度。,37,例1-2 有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下重2900g，其绝干质量为2550g。砖的尺寸为24011553mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62 cm3。试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率、饱水系数。,解该砖的吸水率为该砖的密度为表观密度为孔隙率为评注 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比。,38,例1-3 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。,解该石材的软化系数为由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。评注 软化系数为材料吸水饱和状态下的抗压强度与材料在绝对干燥状态下的抗压强度之比。与材料在气干状态下的抗压强度无关。,39,例1-4 影响材料强度测试结果的试验条件有那些？,解答:影响材料强度测试结果的因素很多。如小尺寸试件测试的强度值高于大尺寸试件；加载速度快时测得的强度值高于加载速度慢的；立方体试件的测得值高于棱柱体试件；受压试件与加压钢板间无润滑作用的（如未涂石蜡等润滑物时），测得的强度值高于有润滑作用；表面平整试件的测得值高于表面不平整的等。,40,例1-5 选择题：选择正确的答案填在括号内。,当材料的润湿边角为（）时，称为憎水性材料。a.90 b.90c.0解答:b:90评注 材料的润湿边角90为亲水性材料；材料的润湿边角90时为憎水性材料。,41,第2章 气硬性胶凝材料,胶凝材料：在一定条件 下，经自身一系列的物理、化学作用后，能将散粒材料或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材料，统称胶凝材料。,42,气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，保持和继续发展其强度，在水中不能硬化，也就不具有强度。水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。,43,2.1石 灰2.1.1石灰的生产过程,天然碳酸岩类岩石（石灰石、白云石）经高温煅烧，其主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：,生石灰（堆积密度为8001000 kg/m3)一般为白色或黄灰色块灰，块灰碾碎磨细即为生石灰粉。,44,2.1.2石灰的消化1.石灰的熟化和“陈伏”工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”：,生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。,45,第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。,46,为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。,47,2.1.3.石灰的硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：.干燥作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。.碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：,48,碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。,49,二.建筑石灰的技术指标建筑石灰的技术指标有细度、CaO+MgO含量、CO2含量和体积安定性等。并按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见：JC/T479-1992 建筑生石灰）、JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P34 表4.3）JC/T481-1992 建筑消石灰粉(P34 表4.4）钙质生石灰 MgO5%；钙质消石灰粉 MgO4%镁质生石灰 MgO5%；镁质消石灰粉 MgO4%,50,2.1.4 石灰的性质与应用1.性质(1)石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。(2)受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。(3)硬化时体积收缩大(4)耐水性差，不易贮存,51,2.应用将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。,52,石灰土（灰土）和三合土石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料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，适于在潮湿环境中使用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。,53,灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌,经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。,54,2.2 水玻璃,水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。根据碱金属氧化物的不同，水玻璃有:硅酸钠水玻璃（Na2OSiO2）、硅酸钾水玻璃2SiO2）、硅酸锂水玻璃（i2OSiO2）等品种，最常用的是硅酸钠水玻璃。,55,（称为水玻璃模数）根据水玻璃模数的不同，又分为“碱性”水玻璃（和“中性”水玻璃（3）。实际上中性水玻璃和碱性水玻璃的溶液都呈明显的碱性反应。,56,2.2.1水玻璃的硬化液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化：由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸钠Na2SiF6作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速析出。氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的12。,57,4.3 水玻璃的技术性质（）粘结力强。水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。（）耐酸性好。硬化后的水玻璃，其主要成分是iO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用。但其不耐碱性介质侵蚀。（）耐热性高 水玻璃不燃烧，硬化后形成iO2空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。,58,2.2.3水玻璃的应用（）用作涂料，涂刷材料表面 直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土砖、硅酸盐制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密实度、强度、抗渗性、耐水性均得到提高。这是因为水玻璃与材料中的a（OH)2反应生成硅酸钙凝胶，填充了材料间孔隙。,59,同时硅酸钠本身硬化所析出的硅酸凝胶也有利于材料保护。选用不同的耐火填料，还可配制不同耐热度的水玻璃耐热涂料。,反应式为：,60,（2）配制防水剂 以水玻璃为基料，配制防水剂。例如：四矾防水剂是以蓝矾(硫酸铜)、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）和紫矾（铬矾）各份，溶于60份的沸水中，降温至，投入400份水玻璃溶液中，搅拌均匀而成的。这种防水剂可以在1min内凝结,适用于堵塞漏洞、缝隙等局部抢修。,61,（3）加固土壤 将模数为.的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管交替向地层压入，两种溶液发生化学反应，可析出吸水膨胀的硅酸胶体，包裹土壤颗粒并填充其空隙，阻止水分渗透并使土壤固结。用这种方法加固的砂土，抗压强度可达。(4)配制水玻璃砂浆。将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按一定比例配合成砂浆,可用于修补墙体裂缝。,62,（）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土 用水玻璃作为胶凝材料，选择耐酸骨料，可配制满足耐酸工程要求的耐酸砂浆、耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料，可配制不同耐热度的水玻璃耐热混凝土。,63,2.3 石膏,2.3.1石膏胶凝材料的生产 生产方法：将原料（二水石膏）在不同压力和温度下煅烧、脱水，再经磨细而成的。在不同的煅烧条件下，所得产品的结构、性质、用途也各不相同。,64,CaSO42H2O二水石膏,-CaSO41/2H2O（型半水石膏）建筑石膏,-CaSO41/2H2O（型半水石膏）高强石膏,CaSO4 可溶性石膏,CaSO4 不可溶性石膏,CaSO4 高温煅烧石膏,107170,125,170360,400750,800,加热、脱水,0.13MP蒸压条件,加热、脱水,65,2.3.2 建筑石膏的水化与硬化 建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：此反应实际上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反应，因为二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反应总体表现为向右进行，二水石膏以胶体微粒自水中析出。随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消失，这种现象为石膏的终凝。,66,2.3.3建筑石膏的技术要求建筑石膏的技术要求有强度、细度和凝结时间。并按强度和细度分为优等品、一等品和合格品。具体技术要求见GB9776-1988。,67,2.3.4建筑石膏的技术性质（）凝结硬化速度快 建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一般石膏的初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min，这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。,68,（）凝结硬化时的膨胀性 建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（0.2%1.5%），这种膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。,69,（）硬化后的多孔性，重量轻，但强度低 建筑石膏在使用时，为获得良好的流动性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化过程中由于水分的蒸发，使原来的充水部分空间形成孔隙，造成石膏内部的大量微孔，使其重量减轻，但是抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度约为00kg31000 kg3，抗压强度约为Pa5Pa。,70,（）良好的隔热和吸音和“呼吸”功能石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开口孔结构，使石膏具有呼吸水蒸气的功能。,71,（）防火性好，但耐水性差 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，具有良好的防火效果。由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏溶解而产生局部溃散，所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。,72,（6）有良好的装饰性和可加工性石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉。具有良好的可加工性。,73,2.3.5建筑石膏的应用（1）石膏砂浆及粉刷石膏（2）建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等(3）制作建筑雕塑和模型,74,习题（二）,75,例2-1 根据石灰浆体的凝结硬化过程，试分析硬化石灰浆体有哪些特性？,解石灰浆体在空气中凝结硬化过程，是由下面两个同时进行的过程来完成的：（）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（）碳化作用：氢化氧钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：,76,由于氢氧化钙结晶速度慢且结晶量少，空气中二氧化碳稀薄，碳化速度慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于二氧化碳的渗透和碳化作用的深入。因而硬化石灰浆体具有以下特性：（1）凝结硬化慢；（2）硬化后强度低；（3）硬化时体积收缩大；（4）耐水性差，因为硬化石灰浆体的主要成分是氢氧化钙，而氢氧化钙可微溶解于水。评注 石灰浆体在空气中凝结硬化过程主要是依赖于浆体中Ca(OH)2的结晶析出和Ca(OH)2与空气中的二氧化碳的碳化作用。,77,例2-2 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。,78,评注 透过现象看本质，过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。如未经过充分的陈伏，当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，容易引起鼓包隆起和开裂。,79,例2-3 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。,80,（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。（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.评注本题主要是考查对建筑石膏及其制品技术性能的了解.,81,第3章水泥,3.1 概述 水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等品种。水硬性：材料磨成细粉并加水半合成浆后，能在空气中硬化，并形成具有强度的稳定性化合物的能力。,82,作用：与水拌和成塑料浆体后，能胶结砂石等适当材料，并能在空气和水中硬化成具有强度的石状固体。用途：主要的建筑材料。向快硬，高强，低热，膨胀，油井水泥发展。命名规定分：通用水泥：硅酸盐，矿渣硅酸盐水泥。专用水泥：砌筑、道路水泥,83,3.2 硅酸盐水泥Portland cement,3.2.1 硅酸盐水泥的定义及组成部分凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥在国际上分为两种类型：不掺混合材的称I型硅酸盐水泥，其代号为P.I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称II型硅酸盐水泥，其代号为II。,84,1.硅酸盐水泥的生产生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。生产水泥的基本工序可以概括为：“两磨一烧”：先将原材料破碎并按其化学成分配料后，在球磨机中研磨为生料。然后入窑锻烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，配以适量的石膏及混合材料在球磨机中研磨至一定细度，即得到硅酸盐水泥。,85,86,87,88,89,2.硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:（）硅酸三钙 硅酸三钙的化学成分为ai2，其简写为3S。它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。,90,（）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为2ai2，其简写为C2S，约占水泥熟料总量的1537。硅酸二钙遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。,91,（）铝酸三钙 铝酸三钙的化学成分是CaOAl2O3，其简写为C3，约占水泥熟料总量的715。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。,92,（）铁铝酸四钙铁铝酸四钙的化学成分为:CaOAl2O3Fe2O3，其简写为4AF，约占水泥熟料总量的1018。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。,93,3.2.2 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。硅酸三钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙,硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙铝酸三钙 水 水化铝酸三钙铁铝酸四钙 水 水化铝酸三钙 水化铁酸钙,94,水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶体：水化硫铝酸钙（钙矾石）经过上述水化反应后，水泥浆中不断增加的水化产物主要有：水化硅酸钙(50%)、氢氧化钙(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等新生矿物。,95,2.硅酸盐水泥的凝结和硬化机理 水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。,96,由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。,97,当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。,98,随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。,99,3.影响水泥凝结硬化的主要因素（）矿物组成 不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如C3A水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素.,100,（2）水泥的细度在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。,101,(3）水泥浆的水灰比 水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多,造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。,102,（4）龄期（时间）水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。,103,（5）环境温度和湿度在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。相反，温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。但高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。,104,（6）石膏掺量 石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。,105,3.2.3 硅酸盐水泥的技术性质,1.密度、表观密度、细度密度3.053.20g/cm3表观密度 10001100kg/m3，紧密时，1600kg/m3。2.细度水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用有重要影响。水泥颗粒粒径一般在7200 m范围内。细度用以下两指标来表示比表面积0.08 mm方孔筛的筛余量,106,国家标准GB175-1999规定，水泥的细度可用比表面积或0.08mm方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量的百分率）来表示。其筛余量不得超过规定的限值。比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（cm2/g 或 m2/kg）。一般常为317350m2/kg。,107,3.标准稠度用水量稠度是水泥浆达到一定流动度时的需水量。国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆。“标准稠度”是人为规定的稠度，其用水量采用水泥标准稠度测定仪测定。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在之间。,108,标准稠度测定仪,109,4.凝结时间,水泥从加水开始到失去其流动性，即从液体状态发展到较致密的固体状态的过程称为水泥的凝结过程。这个过程所需要的时间称为凝结时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆刚失去可塑性所需的时间。终凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。,110,国家标准规定，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。硅酸盐水泥的 初凝时间 不得早于45min，终凝时间 不得迟于6.5h。,111,5.体积安定性水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得应用于工程中，否则将导致严重后果。导致水泥安定性不良的主要原因一般是由于熟料中的游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏过多等原因造成的，其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最严重的因素。,112,熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2晶体，这时体积膨胀以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。国家标准规定水泥的体积安定性用试饼沸煮法 或雷氏夹法 来检验。,113,雷氏央膨胀值测定仪1底座 2一模子座 3一测弹性标尺4一立柱5 测膨胀值标尺6悬臂7一悬丝，8 弹簧顶扭,114,6.强度,强度是评价硅酸盐水泥质量的一个重要指标。水泥的强度是按照GB/T17961-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO）法的标准方法制作的水泥胶砂试件，在201C温度的水中，养护到规定龄期时检测的强度值。其中标准试件尺寸为4cm4cm16cm，胶砂中水泥与标准砂之比为1:3(W/C=0.5)，标准试验龄期分别为d和28d,分别检验其抗压强度和抗折强度。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六个强度等级。各等级硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求见书上表。,115,116,表5-2硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求(GB175-1999),117,7.水化热指水泥与水之间发生化学反应放出和热量，通常以J/Kg来表示。测定水泥水化热的方法有直接法和溶解热法。在水利工程的大体积混凝土施工中，由于温度应力的存在，会引起水泥石的开裂。对工程施工有害，须采用中、低热水泥。,118,7.水泥石的腐蚀和防止,1.水泥石腐蚀的方式（）软水侵蚀 水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。,119,（2）盐类的腐蚀1、硫酸盐的腐蚀当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。,120,B、镁盐的腐蚀氯化镁、硫酸镁与氢氧化钙反应生成氢氧化镁和易溶于水和物质。氢氧化镁是一种松软又无胶凝能力的物质。硫酸镁反应生成的硫酸钙又具有腐蚀作用。,121,（3）酸的腐蚀A、碳酸的腐蚀雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：,122,B、一般酸的腐蚀工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为：,123,（4）强碱的腐蚀A、氢氧化钠与水泥石中未水化的的铝酸钙作用生成易溶于水的的铝酸钠。B、水泥石浸在氢氧化钠溶液中与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠结晶，产生胀裂。此外，有些其它物质也能腐蚀水泥石，如糖类、脂肪等。,124,2 水泥石侵蚀的防止（）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物质的浓度，防止或延缓水泥的腐蚀。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。,125,（）提高混凝土的密实度，采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。（）在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保护水泥石不被腐蚀。,126,水泥用混合材料可按其活性的不同，分为活性混合材料和非活性混合材料。3.3.1水泥混合材料混合材料磨成细粉并与石灰或石膏混合均匀，用水拌和后，在常温下可生成具有水硬性的水化物，这种性质称为混合材料的火山灰活性。混合材料分为活性混合材料和非活性混合材料。,3.3 掺混合材料