建筑设计土木工程材料PPT教案课件.ppt

土木工程材料,主讲人：潘晓燕,绪论,一. 土木工程材料的定义及分类,1.定义,土木工程材料是土木工程中所使用的各种材料及其制品的总称。,2.分类,（1）根据材料来源分：天然材料和人造材料,（2）根据使用部位分：承重、屋面、墙体和地面材料等,（3）根据其功能分：结构材料和功能材料,（4）根据组成物质的种类及化学成分分：,二土木工程材料在建设工程中的地位和作用,(1) 土木工程的物质基础,(2)土木工程质量的保证,(3)影响土木工程的造价,(4)促进土木工程技术的进步和发展,材料决定建筑结构形式和施工方式。新的建筑材料的出现，往往会促进结构设计及施工技术的革新和发展，使一些无法实现的构想变成现实。,材料费用占工程总造价的5070%。要降低工程造价必须优化选择和正确使用材料，充分利用材料的各种性能，提高材料的利用率。,三土木工程材料的发展概况,发展经历：从无到有，从天然材料到人工材料，从手工业生产到工业化生产。,未来建筑材料的发展趋势：,大力发展功能型材料，提供更多更好的绿色化和智能化建筑材料是目前发展的趋势。,首先，建立节约型的生产体系，做到节能、节土、节水和节约矿产资源等。,其次，建立有效的环境保护与监控管理体系，大力发展无污染、环境友好型的绿色建筑材料产品，充分利用再生资源及工农业废料；,再次，积极采用高科技成果推进建筑材料工业的现代化。,四土木工程材料的检验与技术标准,土木工程材料的技术标准包括产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、标志、运输和储存注意事项等方面内容。,1.标准化的意义,为了保证材料的质量，保证现代化生产和科学管理，或者是作为设计应用和研究时的依据。,(3)地方标准DB,(4)企业标准QB,(2)行业(或部)标准,2.土木工程材料标准的类别,我国现行的土木工程材料标准的类别,(1)国家标准,强制性标准(代号GB)和推荐性标准(代号GBT),3.标准的表示方法,标准的一般表示方法是由标准名称、标准代号、标准编号和颁布年份等组成。,其他现行标准,法国标准NF,国际标准ISO,德国DIN标准,美国材料试验协会标准ASTM,日本工业标准JIS,英国标准BS,通用硅酸盐水泥 GB175-2007,五本课程的内容、学习目的和基本要求,1.学习目的,2.主要内容,除介绍了建筑材料的一些基本性质外，主要讲述了建筑工程中常用的气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、建筑砂浆、墙体材料和屋面材料、土木工程用钢材和铝合金、木材、高分子建筑材料、沥青材料。,获得有关土木工程材料科学的基础理论和基本技能，为后续课程提供建筑材料的基础知识； 为将要从事土木工程建设工作的技术人员合理选择和正确使用材料奠定基础。,3.基本要求,（1）掌握常用建筑材料的组成、基本性能及技术要求，理解材料组成及结构对材料性质的影响，能够根据工程实际条件合理地选择和使用各种建筑材料；,（2）注意外界条件对材料性能的影响；,（3）在学习中要避免死记硬背，要注意理解，运用对比方法来学习；既要学习材料的共性，更要掌握材料的特性。,（4）了解各种材料的原料、生产等方面的知识；,（5）掌握常用建筑材料贮藏和运输时的注意事项。,第一章 土木工程材料的基本性质,土木工程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。,材料所处的环境和部位不同，所起的作用也各不相同，为此要求材料必须具备不同的性质。,土木工程材料的基本性质一般包括物理性质、力学性质、化学性质和耐久性等。,第一节 材料的物理性质,一.与质量状态有关的物理性质,1密度(),密度(真密度)是材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。,式中密度(g/cm3)或(kg/m3)；m材料在干燥状态下的质量(g)或(kg)；V材料在绝对密实状态下的体积(cm3)或(m3)。,绝对密实状态下的体积是指不含有任何孔隙的体积。,测量时，材料必须在干燥状态下。含孔材料磨成细粉，干燥至恒重后，用李氏瓶测定其体积，然后按上式计算得到密度值。钢材、玻璃等少数材料可直接采用上式计算获得。,2表观密度(),表观密度(又称视密度、近似密度)是指材料在自然状态下，不含开口孔时单位体积的质量。,式中表观密度(gcm3)或(kgm3)；V材料在自然状态下不含开口孔隙时的体积(cm3)或(m3)；Vb材料内部闭口孔隙的体积(cm3)或(m3)。,测定材料的表观密度时，材料必须绝对干燥。,3容积密度(0， (gcm3)或(kgm3),式中V0材料在自然状态下的宏观外形体积 ，Vk材料内部开口孔隙的体积，单位均为(cm3)或(m3)。,容积密度(又称体积密度，俗称容重)是指材料在自然状态下，单位宏观外形体积的质量。,测量容积密度时，材料的质量可以是在任意含水状态下，但应注明其含水情况，未特别标明时，常指气干状态下的容积密度。在材料对比试验时，则在绝干状态下进行。,对于形状不规则的材料，可采用蜡封排水法测定其体积。,粉状材料在绝干状态下的容积密度与密度值近似相等。,4堆积密度,堆积密度是指散粒材料或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。,式中 堆积密度 (gcm3)或(kgm3)； 堆积体积 (cm3)或(m3)；Vv材料内部开口孔隙的体积(cm3)或(m3)。,材料的堆积体积指在自然、松散状态下，按一定方法装入一定容器的容积，包括颗粒体积和颗粒之间空隙的体积。若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。,注意对比几种密度的异同点,二.与构造状态有关的物理性质,1孔隙率与密实度,1.1 孔隙率,孔隙率是指材料内部孔隙体积占其总体积的百分率，即,材料内部孔隙构造上的特征，如大小、形状、分布、连通等统称为孔隙特征。在一般工程应用上，材料的孔隙特征通常是指孔隙的连通性。,开口孔隙(简称开孔)是指材料内部孔隙不仅彼此互相贯通，并且与外界相通。开口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸声性，并降低材料的抗冻性。,闭口孔隙(简称闭孔)是指材料内部孔隙彼此不连通，而且与外界隔绝。闭口孔隙能提高材料的保温隔热性能和耐久性。,材料的孔隙率也可分为开口孔隙率Pk和闭口孔隙率Pb，即,1.2 密实度D,密实度即材料体积内被固体物质充实的程度。,2空隙率和填充率,2.1 空隙率P,空隙率是指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占其自然堆积体积的百分率。,填充率即散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。,2.2 填充率D,三.材料与水有关的性质,1.亲水性与憎水性,材料与水接触时，水可以在材料表面铺展开，能被水润湿的性质称为亲水性。,（1）定义,亲水性材料：钢材、混凝土、木材等憎水性材料：石蜡、聚氯乙烯管材、沥青基防水材料,材料与水接触时，水不可以在材料表面铺展开，不能被水润湿的性质称为憎水性。,（2）润湿角,液滴在固体表面上不完全展开时，在气液固三相汇合点，固液界面的水平线SL与气液界面的切线GL之间的夹角，称为润湿角 。,当润湿角 90时，这种材料称为亲水性材料； 当润湿角 90时，这种材料称为憎水性材料。,(a)亲水性材料,(b)憎水性材料,2吸水性与吸湿性,2.1 吸水性,(1)质量吸水率Wm,指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率。,(2)体积吸水率WV,指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体积的百分率。,w为水的密度。常温下取w=l(gcm3),质量吸水率与体积吸水率的关系为：,材料的吸水率与孔隙率和孔隙构造有很大关系：,材料具有微细而连通的孔隙，则吸水率就较大；,材料具有封闭孔隙或具有较粗大开口的孔隙，则吸水率就较小；,2.1 吸湿性,材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性常以含水率W含（变值）表示：,与空气温湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。,四.材料与热有关的性质,1.导热性,材料传导热量的性质称为导热性，常用导热系数表示材料的导热能力的大小。匀质材料的导热系数的计算公式为：,式中为材料的导热系数(W(mK)；Q为传热量(J)；为材料厚度(m)；A为传热面积(m2)；t为传热时间(s) 。,通常将0.23 W(mK)的材料称为绝热材料。,常用绝热材料有：矿棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等,2.热阻,材料层厚度与导热系数的比值，称为热阻R=/，单位为m2KW，它表明热量通过材料层时所受到的阻力。,在多层平壁导热条件下，平壁的总热阻等于各单层材料的热阻之和。,影响导热系数或热阻的主要因素有：,（1）材料的组成,（2）孔隙率和孔隙结构,（3）含水状况,（4）温度（除金属材料外）,3.热容量,材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量，它等于比热c与材料质量m的乘积。,比热是指单位质量材料在温度升高或降低1K时所吸收的或放出的热量，即,式中c为材料的比热(J(gK)；Q为材料吸收或放出的热量(J)； m为材料的质量(g)；（T1-T2）为材料受热或冷却前后的温差(K)。,建筑设计时应选用导热系数较小而热容量较大的材料。,五.材料与声有关的性质,1.吸声性,材料能吸收声音的性质称为吸声性，用吸声系数表示。,通常规定以125 Hz，250 Hz，500 Hz，1000 Hz，2000 Hz，4000 Hz等6个特定频率，从不同方向入射，测得的平均吸声系数，表示材料的吸声特性。,吸声系数越大，表示材料吸声效果越好，一般将0.20的材料称为吸声材料。,具有细微而连通的孔隙且孔隙率较大的材料，其吸声效果较好；若具有粗大的或封闭的孔隙，则吸声效果较差。,2.隔声性,材料隔绝声音的性质，称为隔声性。,对于隔空气声，主要取决于其单位面积的质量，质量越大，则隔声效果越好，因此应选择密实，沉重的材料作为隔声材料，如粘土砖、钢板、钢筋混凝土等。,对于隔固体声，最有效的措施是采用不连续的结构处理，即在墙壁和承重梁之间、房屋的框架和墙板之间加弹性衬垫，如毛毡、软木、橡皮等材料或在楼板上加弹性地毯、木地板等柔软材料。,第二节 材料的基本力学性质,一强度和比强度,1.强度,1.1 强度的定义和分类,材料的强度通常以材料在外力作用下失去承载能力时的极限应力值来表示，亦称极限强度。,根据外力的作用方式，材料强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度。,1.2 影响材料强度的因素,（1）材料的组成,组成不同的材料，强度差别很大，因为不同材料的内部质点的排列方式、质点间距及结合强度有很大不同。,表l一2 常用结构材料的强度 （单位MPa）,（2）材料的结构，包括孔隙率、孔隙结构、内部质点结合方式、晶粒尺寸等。,（3）材料的含水状态，含有水分的材料，其强度较干燥时的低。,（4）外部因素，如温度、测试条件和方法等。,1.3强度等级,在工程使用上，结构材料常根据强度值的大小划分为若干强度等级，具体划分方法视材料而异。,2. 比强度衡量材料轻质高强的重要指标,比强度是按单位体积的质量计算的材料强度，其值等于材料强度与其容积密度之比，即用f/0表示。,二弹性与塑性,1. 弹性,材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，变形能完全消失的性质称为弹性。材料的这种可恢复的变形称为弹性变形。,某些材料的弹性变形大小与外力成正比，其比例系数在一定范围内为常数，称为材料的弹性模量E。,式中为材料所承受的应力（MPa），为材料的应变。,弹性模量值越大，材料抵抗变形的能力越强，其刚度也越好。,2. 塑性,材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，材料仍保留一部分残余变形，且不产生裂缝的性质称为塑性。这部分残余变形称为塑性变形。,有的材料在受力一开始，弹性变形和塑性变形便同时发生，外力除去后，弹性变形完全消失，而塑性变形则残留下来，这类材料称为弹塑性材料，如混凝土材料,有的材料在受力不大时，仅产生弹性变形，当外力超过一定数值后，便出现塑性变形，如建筑钢材。,三脆性与韧性,外力作用于材料并达到一定限度后，材料无明显塑性变形而发生突然破坏的性质称为脆性。,脆性材料的特点：抗压强度远大于其抗拉强度；承受冲击或震动荷载的能力很差。,在冲击或震动荷载作用下，材料能吸收较大能量，同时产生较大变形，而不发生突然破坏的性质称为材料的冲击韧性(简称韧性)。,韧性材料的特点：变形大，特别是塑性变形大；抗拉强度接近或高于抗压强度。,2.韧性,1.脆性,脆性材料：天然石材、陶瓷、玻璃、粘土砖、普通混凝土,第三节 材料的耐久性,材料在长期使用过程中，抵抗各种环境因素的作用而不破坏的性质，称为耐久性。,（1）机械作用。包括载荷的持续作用或交变作用引起材料的疲劳、冲击、磨损等破坏。,（2）物理作用。干湿、冷热、冻融等变化导致材料体积发生收缩或膨胀，或产生内应力，造成材料内部裂缝扩展。,（3）化学作用。包括大气和环境水中的酸、碱、盐等溶液或其他有害物质，以及日光、紫外线等对材料的作用。,（4）生物作用。包括昆虫或菌类等的侵害作用，导致材料发生虫蛀、腐朽等而破坏。,一耐水性,材料长期在饱和水作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质称为耐水性。,式中K软为材料的软化系数，f饱、 f干分别为材料在吸水饱和状态下和在干燥状态下的抗压强度(MPa)。,软化系数愈小，表示材料的耐水性愈差。工程上，通常将k0.85的材料称为耐水性材料。,材料的耐水性主要与其组成成分在水中的溶解度和材料的孔隙率有关。溶解度很小或不溶的材料，则软化系数较大。,二抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(不透水性)。,对一些防渗、防水材料，如油毡、瓦、沥青混凝土等，常用渗透系数K表示其抗渗性。,式中Qw是总渗透水量(cm3)；d材料的厚度(cm)；A渗水面积(cm2)；t渗水时间(h)；H静水压力水头(cm)。,砂浆、混凝土等材料的抗渗性能常用抗渗等级P来表示。抗渗等级是指在规定试验方法下材料透水前所能承受的最大水压。 例如：P6表示材料能承受0.6 MPa的水压而不渗水。,渗透系数愈小或抗渗标号愈大，表示材料的抗渗性愈好。,（1）绝对密实的材料和具有闭口孔隙的材料，或具有极细孔隙(孔径小于1m)的材料抗渗性好。,（2）开口大孔最易渗水，故其抗渗性最差。,材料抗渗性的好坏，与其孔隙率、孔隙特征、材料的亲水性或憎水性有关：,（3）亲水性材料易渗水。,三抗冻性,材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。,抗冻等级愈高，材料的抗冻性愈好。,抗冻等级F是将材料吸水饱和后，按规定方法进行冻融循环试验，所能经受的最大冻融循环次数。,例如：F25 表示在经受了25次冻融循环后，材料仍可满足使用要求。,孔隙率低、孔径小、开口孔隙少的材料，其抗冻性较好。另外，抗冻性还与材料吸水饱和的程度、材料本身的强度以及冻结条件有关。,第四节 材料的组成与结构,一.材料的组成,1化学组成,化学组成指构成材料的基本元素与化合物。,2矿物组成,矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量。,一些土木工程材料，如无机胶凝材料，其矿物组成是在其化学组成确定的条件下决定材料性质的主要因素。,矿物是指在无机非金属材料中，某些元素或化合物以特定的结合形式存在并具有特定的物理化学性质的组织结构。,二材料的结构,材料的结构是指其内部质点的排列是否有序，堆积是否紧密、均匀等组织形态。,根据所研究的材料内部组织结构的尺度范围，一般可分为三个结构层次：,1宏观结构,宏观结构(或称构造)是指材料宏观存在的状态，即用肉眼或放大镜就可分辨的粗大组织。其尺寸在1mm以上。,材料的宏观结构直接影响材料的密度、孔隙率、渗透性、抗冻性、保温性和强度、吸声性等性质。,2细观结构,细观结构(也称显微或亚微观结构)是指用光学显微镜所能观察到的材料结构，其尺寸范围在10-310-6 m。,材料的各种组织特征、数量、分布以及界面之间的结合情况等都影响土木工程材料的整体性质。,3微观结构,微观结构是指材料原子、分子层次的结构，其尺寸范围在10-610-10m。,（1）晶体结构,特征是由其内部质点(离子、原子、分子)按特定的规则在空间呈有规律的排列。,（2）玻璃体（非晶体）,具有化学不稳定性，内部质点排列无规律，各向同性，没有固定的熔点。,（3）胶体,胶体是物质以极微小的质点(粒径为1l00m)分散在介质中所形成的两相体系。胶体具有高度分散性和多相性、具有很大表面能，流变性。,胶体分为溶胶和凝胶。溶胶经脱水或质点的凝聚作用便形成凝胶，凝胶具有固体的性质，但在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。,第五节 材料的环境负荷性及其使用的健康安全性,一.概述,材料的环境负荷性即材料在生命周期内对生态环境的影响，包括：（1）材料在不同阶段对资源、能源的消耗及对生态环境的影响；（2）材料在使用过程中对人类的健康和生态环境的影响；（3）材料在解体、废弃时对生态环境的影响等。,绿色土木工程材料就是环境负荷最小的一类材料，是指在全寿命周期内(即包括原材料开采、运输与加工、建造、使用、维修、改造和拆除等各个环节)，不仅具有满意的使用性能、所用的资源和能源的消耗量最少，而且在生产与使用过程对生态环境的影响最小，再生循环率最高。,绿色土木工程材料需要满足四个目标：,（1）基本目标包括功能、质量、寿命和经济性；,（2）环保目标要求从环境角度考核土木工程材料在生产、运输、废弃等各环节对环境的影响；,（3）健康目标需要考虑到土木工程材料使用过程中必须对使用者健康无毒无害；,（4）安全目标包括材料的燃烧性能和材料燃烧时释放气体的安全性。,二.材料的环境负荷性及其使用的健康安全性,1满足国家产业政策的要求,2所用的土木工程材料要就地取材,在工程实践中，一般要求500 km范围内(产品生产现场到使用现场的距离) 生产的土木工程材料的重量与所有材料的总重量的比值不小于70。,选用的材料或部品必须是国家产业政策允许生产的，且符合国家有关的产品标准、施工及验收等相关标准。,对于建筑工程，在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料的使用重量要求达到所用建筑材料总重量的10以上。,3选材时考虑土木工程材料的循环利用性能,材料的循环利用包含“减量化、再利用、资源化”等三方面的要求。,4采用废弃物生产的土木工程材料,对于建筑工程，要求使用以废弃物生产的建筑材料的重量占同类建筑材料的总重量比例不低于30。,第二章 气硬性无机胶凝材料,一. 胶凝材料的分类,无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分）,有机胶凝材料（天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分）,按凝结硬化条件分类,气硬性胶凝材料：石灰、石膏,水硬性胶凝材料：水泥,（沥青、树脂）,经过自身的一系列物理、化学作用，能由液体、固体(或半固体泥膏状)变为坚硬的固体，并能把松散物质粘结成整体的材料称为胶凝材料。,二. 概念,只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度。这类材料只适用于地上或干燥环境中，而不宜用于潮湿环境和水中。,不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持和继续发展其强度，它们既适用于地上，也适用于地下或水中工程。,1. 胶凝材料,2. 气硬性胶凝材料,3.水硬性胶凝材料,第一节 石膏,一石膏的原材料,（1）天然二水石膏（软石膏或生石膏），是以二水硫酸钙(CaSO42H2O)为主要成分的矿石。,（2）天然无水石膏(CaSO4)，又称天然硬石膏。,（3）含CaSO42H2O或CaSO42H2O与CaSO4混合物的化工副产品也可用作生产石膏胶凝材料的原料，常称之为化工石膏。,石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料 。,二.石膏胶凝材料的制备,（1）建筑石膏,天然二水石膏在常压、107170下加热时，CaSO42H2O脱水转变为型半水石膏 ，再经磨细成白色粉末即建筑石膏，又称熟石膏 。,（2）高强石膏,天然二水石膏在具有0.13MPa、125过饱和蒸汽条件下的蒸压釜中蒸炼，得到型半水石膏(即高强石膏) 。,特点：晶体较粗，结构致密，水化速度慢，水化后的强度、密实度较高，调制成可塑性浆体的需水量少。,应用：强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。,（3）可溶性硬石膏,当加热温度为170200时，石膏继续脱水，成为可溶性硬石膏（III-CaSO4）。,可溶性硬石膏与水调和后仍能很快凝结硬化，但结构疏松，需水量大，凝结快，强度低，不易直接使用。,当温度升至200250时，石膏中只残留很少的水分，凝结硬化非常缓慢。,（4）不溶性硬石膏,当温度超过400时，完全失去水分，形成不溶性硬石膏（II-CaSO4），也称死烧石膏。,特点：难溶于水、无凝结硬化能力，,应用：加入适量激发剂混合磨细后可制成无水石膏水泥。,（5）煅烧石膏,温度超过800时，部分石膏分解出的氧化钙起到催化剂作用，使产物又具有凝结硬化的能力，这种产品称煅烧石膏(过烧石膏)，其主要成分为CaSO4和CaO。,特点：凝结、硬化速度慢，硬化后，具有较高的强度和耐磨性，抗水性较好。,（6）当温度超过1600时，全部分解为石灰。,无水石膏水泥凝结速度较慢，需水量较少，孔隙率较小。宜用于室内，主要用作石膏板、石膏建筑制品、抹面灰浆等，具有良好的耐火性和抵抗酸碱侵蚀的能力 。,应用：宜用作地板，故也称地板石膏,三建筑石膏的凝结硬化过程,（1）溶解、沉淀及析出胶粒,半水石膏与水拌和后，与水发生水化反应生成二水石膏，即,二水石膏从过饱和溶液中以胶体微粒析出。,1-半水石膏; 2-二水石膏胶体微粒,（2）形成晶体,二水石膏的析出促进了半水石膏不断地溶解和水化，二水石膏胶体微粒不断增加，浆体中的游离水分逐渐减少，使得浆体稠度增大，可塑性逐渐降低，此时称之为“凝结”。 随着浆体继续变稠，胶体微粒逐渐凝聚成为晶体。,3-二水石膏晶体,（3）晶体长大、共生并相互交错,晶体逐渐长大、共生并相互交错，使浆体产生强度并不断增长，这个过程称为“硬化”。,4-交错的晶体,四.建筑石膏的技术性质,1凝结硬化速度快,与水拌和后，在常温下一般数分钟即可初凝，30 min以内即可达终凝。在室内自然干燥状态下，约一星期可完全硬化。,掺入缓凝剂或促凝剂可延缓或加速凝结。,2硬化时体积略有膨胀，具有很好的装饰性和可加工性,3硬化后孔隙率较大，表观密度、强度及导热性较低，吸声,4防火性能良好,5具有一定的调温、调湿作用,6耐水性、抗冻性和耐热性差,性较好,7储存及保质期,建筑石膏在贮运过程中，应防潮防水及混入杂物；不同等级的建筑石膏应分别贮运；一般贮存期为3个月，超过贮存期限的石膏应重新进行质量检验，以确定其等级。,8技术标准(建筑石膏（GB977688）),建筑石膏按产品名称、抗折强度及标准号的顺序进行产品标记，例如：抗折强度为2.5MPa的建筑石膏表示为：“建筑石膏2.5GB9776。,五.建筑石膏的应用,1制备粉刷石膏,2石膏板材,具有轻质、保温绝热、吸声、不燃和可锯可钉等性能，还可调节室内温湿度，但具有长期徐变的性质，在潮湿的环境中更严重。 不宜用于承重结构，主要用作室内墙体、墙面装饰和吊顶等。,3装饰制品,4. 作为重要的外加剂，广泛应用于水泥、水泥制品及硅酸盐制品,第二节 石灰,一石灰的原材料,（1）以碳酸钙为主要成分的石灰石、白云石、白垩等天然岩石。,（2）化学工业副产品,二石灰的制备,1. 生石灰,石灰石在1000 1200经高温煅烧分解，得到白色或灰色的以CaO为主要成分的块状生石灰，即,2. 镁质生石灰和钙质生石灰,生石灰中MgO含量5时，称为钙质生石灰；MgO含量5时，称镁质生石灰。,3. 欠火石灰和过火石灰,若煅烧温度过低、煅烧时间不充分，则CaCO3不能完全分解，生成的生石灰中含有石灰石，这类石灰称为欠火石灰。欠火石灰产浆量较低，质量较差，降低了石灰利用率。,若煅烧温度过高，将生成结构比较致密、颜色较深、晶粒粗大的过火石灰，其表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆。过火石灰熟化很慢，使得石灰硬化后它仍继续熟化而产生体积膨胀，引起局部隆起和开裂而影响工程质量。,三石灰的熟化,生石灰加水，使之消解为熟石灰（或称为消石灰） ，其主要成分为Ca(OH)2，这个过程为石灰的熟化或消化，即,1石灰膏法,将块状生石灰在化灰池中用过量的水熟化成石灰浆，然后通过筛网进入储灰坑。石灰浆在储灰坑中陈伏一段时间，沉淀后，除去上层水分即可得到石灰膏。,（2）为了使石灰熟化得更充分，消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中存放两星期以上，这个过程称为石灰的陈伏。,（1）为了保证生石灰熟化顺利进行，要加人大量的水，并不断搅拌散热，控制温度不至过高。,采用石灰膏法熟化石灰时应注意：,（3）陈伏期间，石灰浆表面应保持有一层水，使之与空气隔绝，避免Ca(OH)2碳化。,2. 消石灰粉法,这种方法是将生石灰加适量的水(约为生石灰质量的6080)熟化成消石灰粉。,工地上常采用分层喷淋方法对生石灰进行消化或在工厂中用机械加工方法将生石灰熟化成消石灰粉。消石灰粉在使用之前，也需要陈伏。,MgO4： 钙质消石灰粉 4MgO24：镁质消石灰粉24MgO30：白云石消石灰粉,消石灰粉分类,四.石灰的硬化,1结晶作用,水分蒸发，Ca(OH)2过半饱和而结晶析出结晶强度,2. 碳化作用,失水收缩，产生毛细管压力，压紧石灰粒子附加强度,碳化强度,蒸发消失,碳化作用的过程不能在没有水分的全干状态下进行。,石灰硬化相当缓慢，石灰硬化体由表（少量CaCO3）里（Ca(OH)2）两种不同晶体组成。,3. 耐水性差、硬化时体积收缩大,4. 吸湿性强,5. 存储与运输,不易长期贮存，要防潮；运输时不准与易燃、易爆和液体物品混装，并要采取防水措施，注意安全；到工地或处理现场后马上进行熟化和陈伏处理。,6. 技术标准,建筑工程中所用的石灰，分成建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉三个品种。根据建材行业标准JCT47992可将其各分成优等品、一等品和合格品三个等级。,2. 硬化慢、强度低,1可塑性和保水性好,五.石灰的技术性质,六.石灰的应用,1配制砂浆和石灰乳涂料,2拌制石灰土和三合土,石灰膏和消石灰粉可以单独与水泥一起配制成石灰砂浆或混合砂浆，用于墙体砌筑或抹面工程；掺人纸筋、麻刀等制成石灰浆，可用于内墙或顶棚抹面。,石灰膏或消石灰粉与粘土按一定比例拌和制成石灰土，或与粘土、砂石、炉渣等填料拌制成三合土，可用于道路工程的基层、底基层和垫层或简易面层、建筑物的地基基础等。,灰砂砖成分为水化硅酸钙微晶、Ca(OH)2和CaCO3晶体、无定型硅胶共同交织、凝聚，并将砂粒粘结起来而成的整体。,3生产灰砂砖,灰砂砖是将磨细生石灰或消石灰粉与天然砂加水拌和，再经陈伏、加压成型和经压蒸处理而成，可作墙体材料。,4碳化石灰板,将生石灰粉与纤维材料或轻质骨料加水搅拌、成型，然后用二氧化碳进行人工碳化，可制成轻质的碳化石灰板材，宜用作非承重内隔墙板、天花等。,第三节 菱苦土,一菱苦土的原材料和制备,菱苦土是一种主要成分是氧化镁的白色或浅黄色的粉末，属镁质气硬性胶凝材料。,天然菱镁矿(MgCO3)天然白云石(MgCO3CaCO3)蛇纹石(3MgO2SiO22H2O)从冶炼镁合金的熔渣(MgO25)或从海水中提取,1.菱苦土的原材料,菱苦土原材料,2. 菱苦土的制备,菱镁矿经750850煅烧，分解得到的块状产物氧化镁，经磨细后，即可得到菱苦土，即,将白云石在650750温度下煅烧，可生成以MgO和CaCO3的混合物为主的苛性白云石，它也属于镁质胶凝材料。,二菱苦土的硬化,1.菱苦土单独与水拌和,单独用水拌和的浆体，水化过程缓慢，硬化后强度也很低。同时，结构易出现裂缝。,氧氯化镁和Mg(OH)2从溶液中逐渐析出，并凝聚结晶，使浆体凝结硬化。采用调和剂后，不仅凝结硬化速度加快，而且硬化后强度也得到明显提高。,2. 氯化镁溶液调和菱苦土,氯化镁的用量要严格控制，一般氯化镁与菱苦土的适宜重量比为0.550.60。,2. 用氯化镁溶液调和菱苦土，硬化后抗压强度可达40 MPa60MPa，但其吸湿性较大，耐水性较差。,1. 菱苦土用密度为1.2的氯化镁溶液调制成标准稠度的净浆，初凝时间不得早于20 min，终凝时间不得迟于6 h；体积安定性要合格；硬化24 h的抗拉强度不应小于1.5 MPa；菱苦土的MgO含量不应小于75。,三菱苦土的技术性质,3.菱苦土碱性较弱，不会腐蚀纤维体，而且与植物纤维粘结性好。,4.菱苦土在使用过程中，常用氯化镁溶液调制，所以菱苦土制品中不宜配置钢筋。,5.菱苦土运输和储存时应防潮，存期不宜过长。,1. 将菱苦土与木屑按1:0.74配合，用氯化镁溶液调拌，可制成菱苦土木屑地板，宜用于室内场所、车间等处。,四菱苦土的应用,2.将刨化、木丝等纤维状的有机材料与调制好的菱苦土混合，经加压成型、硬化后，可制成多种刨花板和木丝板，常用作内墙板、天花板、门窗框和楼梯扶手等。,3.用氯化镁调制好菱苦土加人发泡剂等材料，还可制成多孔轻质的绝热材料。,4.将菱苦土与锯木屑、颜料及其他填料混合，再用氯化镁溶液拌和，经压制成为各种菱苦土木屑材。可用于底层，经压实、修饰成为无缝地板。,第四节 水玻璃,水玻璃（泡花碱）是一种能溶于水的碱金属硅酸盐，由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅组成。,水玻璃的化学通式为 ，其中 为碱金属氧化物，n为水玻璃的模数，即氧化硅和碱金属氧化物的分子比。,一水玻璃的原材料和制备,1.湿法制备,将石英砂和苛性钠溶液在压蒸釜（23个大气压)内用蒸汽加热，并加搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。即,2.干法制备,以纯碱和石英砂(或石英粉)为原料，将其磨细拌匀后，在13001400的熔炉中熔融，经冷却后生成块状或粒状的固体水玻璃，即,二水玻璃的硬化,水玻璃溶液在空气中吸收二氧化碳，形成碳酸钠和无定形硅酸，即,反应在进行过程中，水分逐渐被消耗和蒸发，硅酸逐渐凝聚成硅酸凝胶而析出，产生凝结和硬化。,水玻璃的硬化过程很慢，常掺入促硬剂氟硅酸钠加速硅酸凝胶的析出，从而促进水玻璃的硬化，,氟硅酸钠的适宜掺量为水玻璃重量的1215，氟硅酸钠具有毒性，使用过程中应注意安全防护。,三水玻璃的技术性质,水玻璃的模数在1.53.5之间，其大小决定着水玻璃的品质和性能。模数低的固体水玻璃易溶于水；模数低的水玻璃，晶体组分较多，粘结能力较差，模数升高，胶体组分相应增加，粘结能力增大。,水玻璃溶液可与水按任意比例混合，不同的用水量可使溶液具有不同的密度和粘度，同一模数的水玻璃溶液，密度越大，则粘度越大，粘结力愈强。,水玻璃具有很强的耐酸腐蚀性，能抵抗多数无机酸、有机酸的侵蚀性气体的腐蚀。,水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶还能堵塞材料的毛细孔隙，起到阻止水分渗透的作用。,水玻璃具有良好的耐热性能，在高温下不分解，强度不降低，甚至有所增加。,水玻璃对眼睛和皮肤有一定的灼伤作用。,四水玻璃的应用,1用于建筑物表面涂刷,2用于土壤加固,利用水玻璃溶液可涂刷建筑材料表面或浸渍多孔材料，可增加材料的密实度和强度，并可提高材料的抗风化能力。但不能对石膏制品进行涂刷或浸渍，,将模数为2.53的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管轮流向地层压人，两种溶液发生化学反应，析出硅酸胶体，将土壤颗粒包裹并填实其空隙，不仅阻止水分的渗透，而且还增加了土的密实度和强度。,3 配制速凝防水剂,以水玻璃可与多种矾配制成速凝防水剂，这种防水剂凝结迅速，一般不超过1 min，故常与水泥浆调和，进行堵漏、填缝等局部抢修。,4配制水玻璃矿渣砂浆,将水玻璃、氟硅酸钠、磨细粒化高炉矿渣与砂按一定比例配合，可配制成水玻璃矿渣砂，适用于砖墙裂缝修补等工程。,5配制耐酸、耐热砂浆及混凝土,可配制成耐酸混凝土和耐酸砂浆，用于冶金、化工等行业的防腐工程中；配制耐热砂浆和耐热混凝土，用于高炉基础、热工设备基础及围护结构等耐热工程中。,第三章 水泥,水泥的分类,1.按水泥熟料的矿物组成，一般分为： 硅酸盐系水泥，铝酸盐系水泥，氟铝酸盐水泥，铁铝酸盐水泥和无熟料水泥等。,水泥的定义,水泥与水混合后形成具有可塑性和流动性的浆体，随着时间的延长，水泥浆体经过物理化学过程，由可塑性浆体变为坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结为整体。水泥浆体不但能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度，故水泥是一种的水硬性胶凝材料，呈粉末状。,2. 按用途和性能，水泥分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。,通用水泥,专用水泥,特性水泥,硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥,油井水泥大坝水泥道路水泥,快硬硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥膨胀水泥,第一节 硅酸盐水泥,一硅酸盐水泥生产工艺,1. 硅酸盐水泥的定义,凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入05%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。,I型硅酸盐水泥（PI）,型硅酸盐水泥（PII）,硅酸盐水泥,（不掺加混合材料),(掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料),2. 硅酸盐水泥的原材料,钙质原材料石灰石、白垩、泥灰岩等,钙的来源,校正原料（少量）铁矿粉：调整化学成分,矿化剂（少量）萤石、石膏等：提高熟料质量,硅质原材料粘土、页岩等,硅的来源,3. 水泥生产工艺,两磨一烧生料的制备、熟料的煅烧和水泥的粉磨三个部分。,二硅酸盐水泥基本组成,1熟料,（1）水泥熟料中主要矿物组成,表3-2：水泥熟料的矿物组成,表3-3：硅酸盐水泥熟料主要矿物的特性,2石膏,主要用于调节凝结时间。同时还能提高早期强度，降低干缩变形。改善耐久性、抗渗性等一系列性能。对于掺混合材的水泥，石膏还对混合材起活性激发剂作用。,一般采用二水石膏、无水石膏或工业副产品石膏。,作用,采用的品种,石膏的掺量,熟料中C3A愈多，石膏需多掺；掺混合材的水泥应比硅酸盐水泥多掺石膏；石膏的掺量以水泥中SO3含量作为控制指标 。,二硅酸盐水泥的水化、凝结硬化,1. 硅酸盐水泥的水化,定义,水泥加水拌和后，水泥中的各矿物组分与水发生反应，称为水泥的水化。,（1）硅酸三钙的水化,水化硅酸钙是大小与胶体相同的、结晶较差的、呈薄片或短纤维状颗粒，称为C-S-H凝胶，是水泥强度的主要来源。,水化硅酸钙,氢氧化钙以六方晶体形式从过饱和溶液中析出。各矿物组分的水化是在石灰饱和溶液中进行的。,CH2,（2）硅酸二钙的水化,C-S-H凝胶,（3）铝酸三钙的水化,水化铝酸三钙C3A H6,C3A水化凝结快的原因： C3A H6晶体在CH2饱和溶液中能与CH2反应生成六方片状的水化铝酸四钙(4CaOAl2O3l3 H2O），大量的片状产物相互连接形成网状结构，阻碍水泥浆体内粒子的相对移动，造成水泥浆体瞬时快凝。,CH2,石膏缓凝机理,在有石膏存在的情况下：,针状的三硫型水化硫铝酸钙晶体（俗称钙矾石，简写Aft)难溶于水，覆盖于未水化的C3A晶体周围，阻止其继续水化，因而延缓了水泥的凝结时间。,当石膏被耗尽后，,单硫型水化硫铝酸钙(AFm),（4）铁铝酸四钙的水化,水化铝酸三钙,水化铁酸一钙,硅酸盐水泥的主要水化产物有：,水化硅酸钙凝胶(C-S-H ，约70%)， Ca( OH)2晶体（约20%），三硫型和单硫型水化硫铝酸钙（约7% ），水化铝酸钙晶体，水化铁酸钙凝胶。,2硅酸盐水泥的凝结硬化,（1）水泥凝结和硬化的定义,水泥加水拌合后，成为可塑性的水泥浆，随着水化反应的进行，水泥浆逐渐变稠失去流动性而具有一定的塑性强度，称为水泥的“凝结”。,随着水化进程的推移，水泥浆凝固并逐渐发展而成为具有一定的机械强度和黏结力的固体水泥石，这一过程称为“硬化”。,（2）硅酸盐水泥凝结硬化的过程,a)加水后，水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆体 ；,b)开始时，包有水化产物膜层的水泥颗粒之间是分离着的，水泥浆具有良好的塑性 ；,c)凝胶体膜层不断增厚、破裂、扩展并形成了网状结构，水泥浆体逐渐变稠，失去塑性，即水泥的凝结过程 ；,d)水化产物不断生成，颗粒间隙和毛细孔越来越少，结构更加紧密，水泥浆体逐渐产生强度而进入硬化阶段。,1.水泥颗粒；2.水分；3.凝胶；4.晶体；5.水泥颗粒的未水化内核；6.毛细孔图3-2 水泥凝结硬化过程示意图,3. 硬化后水泥石的结构及其对性能的影响,水泥水化初期，反应速度快，水化产物多，故早期强度增长较快。随着水化反应进行，堆积在水泥颗粒周围的水化物阻碍水泥颗粒内部的水化，因此，后期的强度发展逐渐减慢。若温度和湿度适宜，水泥石的强度在几年，甚至数十年后仍可缓慢增长。,硬化后的水泥石结构是由未水化的