《建筑材料课件》课件.ppt

1,建 筑 材 料 主讲人：曾志勇 同济大学材料科学与工程学院 2008-01-12,2,第一章 绪论第二章 建筑材料的基本性质第三章 气硬性胶凝材料第四章 水泥第五章 水泥混凝土第六章 砂浆第七章 墙体材料第八章 建筑钢材第九章 木材第十章 防水材料第十一章 建筑装饰材料,3,第一章 绪论1、定义建筑结构物中使用的各种材料及其制品，它是一切建筑工程的物质基础。2、分类根据化学成分建筑材料可分为无机材料，有机材料和复合材料。见表1建筑材料分类按功能可以分为建筑结构材料，墙体材料和建筑功能材料。见表2建筑材料分类,4,3.标准分级企业：QB地方：DB行业：国家：国际：ISO,行业建材标准 JC，建工标准 JG工程建设标准 CECS，石油标准 SY,中国国标 GB,德国工业标准 DIN英国国标 BS,美国材料试验标准 ASTM,返回键,5,6,返回键,7,第二章 建筑材料的基本性质,2-1 材料的物理性质,2-2 材料的力学性质,2-3 材料的耐久性,1,返回键,8,一、与构造状态有关的物理性质,2-1 材料的物理性质,1孔隙、孔隙率和密实度孔隙：材料内部的空隙。孔隙从两个方面对材料产生影响，一是孔隙的多少，二是孔隙的特征。材料中含有孔隙的多少常用孔隙率表征。孔隙率定义：指材料内部孔隙体积（Vp）占材料总体积（Vo）的百分率。因为Vp=VoV，孔隙率计算公式：与孔隙率相对应的是材料的密实度，密实度定义：材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率，可用下式表示：材料的孔隙特征包括许多内容，以下仅介绍以后章节涉及的三个特征：（1）按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为微孔，细孔和大孔三种。（2）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为互相隔开的孤立孔，或互相贯通的连通孔。,1,9,一、与构造状态有关的物理性质,2-1 材料的物理性质,（3）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为与外界相连通的开口孔，或不相连通的封闭孔。若把开口孔的孔体积记为VOP，闭口孔的孔体积记为VCL，则有Vp=VOP+VCL。另外，定义开口孔孔隙率为POP=VOP/V0，闭口孔孔隙率为PCL=VCL/V0，则孔隙率P=POP+PCL。2空隙、空隙率和填充率空隙：散粒材料颗粒间的空隙。空隙率定义：散料材料颗粒间的空隙体积（VS）占堆积体积的百分率，因为VS=V0-V0，空隙率计算公式：与空隙率相对应的是填充率，填充率定义：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率，可按下式计算,1,10,1.密度（又称为真密度、绝对密度，absolute density）定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量，单位：g/cm3；kg/m3,式中材料的密度（g/cm3、kg/m3）m材料在干燥状态下的质量（g、kg）；V材料的绝对密实状态下的体积（cm3、m3）,二、与质量状态有关的物理性质,2-1 材料的物理性质,2.表观密度（又称为视密度、近似密度，apparent density）定义：材料单位细观外形体积（包括内部封闭孔隙）的质量称为表观密度，单位：kg/m3，,式中材料的表观密度（kg/m3）；m 材料的质量（kg）；V材料在自然状态下的体积（m3）。,1,计算公式：,计算公式：,11,式中 材料的容积密度（kg/m3）m 材料的质量（kg）V0 材料的自然体积（m3）,定义：散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度，单位：g/cm3；kg/m3,式中 散粒材料的堆积密度（kg/m3）m 散料材料的质量（kg）V0/散粒材料的自然堆积体积（m3）,二、与质量状态有关的物理性质,2-1 材料的物理性质,4.堆积密度（bulk density）,1,3.容积密度（又称为体积密度、表观毛密度、容重，volume density）,定义：材料单位宏观外形体积（包括内部封闭孔隙和开口孔隙）的质量称为容 积密度，单位：g/cm3；kg/m3,计算公式：,计算公式：,12,二、与质量状态有关的物理性质,2-1 材料的物理性质,同种材料:密度表观密度容积密度堆积密度,1,13,三、与水有关的性质,2-1 材料的物理性质,1.亲水性和憎水性当固体材料与水接触时，由于水分与材料表面之间的相互作用不同，会产生如图所示两种情况。图中在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿边角。当90时，材料能被水润湿表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料；当90时，材料不能被水润湿表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。由此可见，润湿边角越小，材料亲水性越强，越易被水润湿，当=0时，表示该材料完全被水润湿。大多数土木工程材料，如砖、木、混凝土等均属于亲水性材料；沥青、石蜡等则属于憎水性材料。,1,14,三、与水有关的性质,2-1 材料的物理性质,2材料的含水状态亲水性材料的含水状态可分为如图所示四种基本状态：干燥状态材料的孔隙中不含水或含水极微；气干状态材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡；饱和面干状态材料表面干燥，而孔隙中充满水达饱和；湿润状态材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜。除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态之间的过渡状态中。（a）干燥状态（b）气干状态（c）饱和面干状态（d）湿润状态,1,15,三、与水有关的性质,2-1 材料的物理性质,3材料的吸湿性和吸水性1）吸湿性和含水率吸湿性定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示，含水率计算公式：,式中Wh材料含水率（%）ms材料吸湿状态下的质量；mg材料干燥状态下的质量。,1,16,三、与水有关的性质,2-1 材料的物理性质,1,材料的含水率随环境的温度和湿度变化发生相应的变化，在湿度较大，温度较低时，材料含水率变大，反之变小。,平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率称为 平衡含水率。材料开口的微孔越多，吸湿性越强。影响因素：亲水性、孔隙率、孔特征,17,三、与水有关的性质,2-1 材料的物理性质,2）吸水性和吸水率吸水性定义：是指材料在水中吸水的性质。材料的吸水性用吸水率表示，它有以下两个定义：质量吸水率材料吸水饱和时，吸收的水分质量占材料干燥时重量的百分率。计算式：,式中Wm材料的质量吸水率（%）mb材料吸水饱和时的质量（g）mg材料在干燥状态下的质量（g）,1,18,三、与水有关的性质,2-1 材料的物理性质,式中W=1g/cm3为水在常温下的密度。材料的开口孔越多，吸水量越多。虽然水分很易进入开口的大孔，但无法存留，只能润湿孔壁，所以吸水率不大。而开口细微连通孔越多，吸水量就越大。,体积吸水率材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状态时体积的百分率，计算式：,影响因素：亲水性、孔隙率、孔特征。亲水性、孔隙率、微细连通孔吸水性,1,19,四、与热有关的性质,2-1 材料的物理性质,1导热性、导热系数和热阻定义：材料的导热性是指材料两侧有温差时，热量由高温侧流向低温侧传递的能力，常用导热系数表示。计算公式：,式中导热系数（W/m.k）；Q传导热量（J）；材料厚度（m）；A材料传热面面积（m2）；T1T2材料两侧温差（K）；t传热时间（S）材料的导热性与孔隙特征有关，增加封闭孔隙能降低材料的导热能力。的影响因素：组成、结构，孔隙率、孔隙特征、受潮、受冻绝热材料定义：0.23 w/mk,20,四、与热有关的性质,2-1 材料的物理性质,热阻定义 热量通过材料时所受到的阻力，定义为材料层厚度与导热系数的比值。热阻计算：单位：m2K/W,2热容（量）和比热同种材料的热容性差别，常用热容量比较，热容量定义：热容量是指材料在温度变化时的吸收或放出热量的能力。计算公式：,式中：Q热量（kJ）m材料的质量（kg）T1T2材料受热或冷却前后的温差（K）；C材料的比热（kJ/kgK）不同材料间的热容性，可用比热作比较。,21,四、与热有关的性质,2-1 材料的物理性质,比热定义：比热是指单位质量的材料升高单位温度时所需热量。计算公式如下：,3热变形性和线膨胀系数热变形性定义：材料的热变形性是指温度变化时的材料尺寸变化。除个别的如水结冰之外，一般材料均符合热胀冷缩这一自然规律。材料的热变形性常用线膨胀系数表示，计算公式如下：式中：线膨胀系数（1/K）；L材料的原来长度（mm）；L材料的线变形量（mm）；T2T1材料在升、降温前后的温度差（K）。土木工程，总体上要求的材料是热变形不要太大，在有隔热保温要求的工程中，设计时应尽量选用热容量（或比热）大，导热系数小的材料。,22,五、与声有关的性质,2-1 材料的物理性质,1、吸声性和吸声系数材料能吸收声音的性质称为吸声性，以吸声系数来表示：式中：吸声系数；E1 被材料吸收的声能；E0入射到材料表面的总声能。吸声材料定义：吸声系数 0.2的材料,2、隔声性和隔声量材料隔绝声音的性质称为隔声性，以隔声量R表示：式中：R隔声量，分贝（dB）;E2 透过材料的声能；E0入射到材料表面的总声能。室内隔声效果取决于：材料、结构,返回键,23,2-2 材料的力学性质一、强度与比强度,1、强度定义：分类：影响因素：,抵抗外力破坏的最大应力值 抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度材料内因组分、结构试验条件试件(尺寸、形状、含水率)温度、加荷速度等,2、比强度定义：作用：实例：,强度/表观密度轻质高强的指标,24,材料的抗拉、抗压、抗剪强度可用下式计算：,式中：f抗拉或抗压或抗剪强度（MPa）；P材料破坏时的最大荷载（N）；A受力面面积（mm2）,1,25,抗弯（折）强度计算公式为：,式中：ff抗弯（折）强度（MPa）；P试件破坏时的最大荷载（N）；L二支点之间距离（mm）；b、h试件截面的宽度和高度（mm）。,1,26,2-2 材料的力学性质二、弹性和塑性,弹性定义：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来形状的性质。这种可恢复的变形称弹性变形，如图（a）。塑性定义：若去除外力，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性，此种不可恢复的变形称为塑性变形。如图（b）。,（a）弹性变形曲线（b）塑性变形曲线（c）弹塑性变形曲线,1,27,2-2 材料的力学性质二、弹性和塑性,材料在弹性范围内应力与应变之间的关系符合如下虎克定律：=E式中应力（MPa）；应变；E弹性模量（MPa）。弹性模量是材料刚度的度量，反映了材料抵抗变形的能力，是结构设计中的主要参数之一。,实际材料较小外力作用下，表现为弹性变形；受力超过限度后，表现为塑性变形。受力后，弹性变形与塑性变形同时产生,1,28,2-2 材料的力学性质三、脆性和韧性,脆性：材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料，它的变形曲线如右图。韧性（冲击韧性）：材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。它可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示。由下式计算：aK=AK/A式中aK材料的冲击韧性（J/mm2）；AK试件破坏时所消耗的功（J）；A试件受力净截面积（mm2）,1,29,2-2 材料的力学性质四、徐变,定义：固体材料在恒外力长期作用下，变形随时间延长而逐渐增大的变形，称为徐变。原因：对非晶体材料，徐变是由于内部产生粘性流动而造成的；对晶体材料，徐变是由于内部晶格错动和滑移而造成的。,1,30,2-2 材料的力学性质五、硬度和耐磨性,1硬度定义：硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力。测定方法：测定硬度的方法很多，常用刻划法和压入法。莫氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。布氏法是在布氏硬度机上用一规定直径的硬质钢球，加以一定的压力，将其压入钢材表面，使形成压痕，将压力除以压痕面积，所得应力值为该钢材的布氏硬度值（HB）。数值越大表示钢材越硬。洛氏法是在洛氏硬度机上根据测量的压痕深度来计算硬度值。2耐磨性定义：耐磨性是材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示，计算公式：,式中M耐磨率，g/cm2;m0磨前质量，g;m1磨后质量，g；A试样受磨面积，cm2。,1,返回键,31,2-3 材料的耐久性,破坏作用：物理作用温湿度、冻融、流水、紫外线 化学作用酸碱盐水溶液、有害气体、水 生物作用虫、菌,1耐水性定义：材料的耐水性是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。耐水性用软化系数表示，如下式：,式中：KR材料的软化系数 fb材料在饱和吸水状态下的抗压强度（MPa）fg材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）一般材料吸水后，强度均会有所降低，强度降低越多，软化系数越小，说明该材料耐水性越差。材料的KR在01之间，工程中将KR0.85的材料，称为耐水材料。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须KR0.85，次要结构中不宜小于0.75。,定义材料在各种使用环境中，能长久地保持其性能的性质。,1,32,2-3 材料的耐久性,2抗渗性定义：材料的的抗渗性，是指其抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性常用渗透系数或抗渗标号表示：渗透系数按照达西定律以公式表示为：,式中：K渗透系数（cm/h）；Q渗水总量（cm3）A渗水面积（cm2）；d试件厚度（cm）；t渗水时间（h）H静水压力水头（cm）。对混凝土材料我国目前采用抗渗等级（记为S）来衡量。材料的抗渗性与孔隙率及孔隙特征（孔径、孔的连通性）有关。开口的连通大孔越多，抗渗性越差；闭口孔隙率大的材料，抗渗性仍可良好。材料的渗透系数越小，或抗渗标号越高，表明材料的抗渗性越好。地下建筑、压力管道等设计时都必须考虑材料的抗渗性。,1,33,2-3 材料的耐久性,3抗冻性定义：抗冻性是指材料在饱水状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。材料的抗冻性常用抗冻标号（记为D）表示。抗冻标号越高，抗冻性越好。材料受冻融破坏原因，是材料孔隙内所含水结冰时体积膨胀（约增大9%），对孔壁造成的压力使孔壁破裂所致。影响因素：孔隙率、孔特征、孔隙充水程度、材料强度、冻结温度、冻融循环次数。因此，在寒冷地区和环境中结构设计和材料选用时，必须考虑到材料的抗冻性能。,4耐候性定义：暴露在大气中的材料，经常受阳光、风、雨、露、温度变化和腐蚀气体（CO2、SO2）等侵蚀。材料对这些自然侵蚀的耐受能力称为耐候性。俗称老化。如外墙涂料对耐候性有很高的要求。,1,34,2-3 材料的耐久性,5抗化学腐蚀性定义：材料抵抗使用环境中化学物质（水溶液、气体）的腐蚀能力。酸碱及其盐类对矿物质和金属材料均会产生化学腐蚀，其原因有：材料中某些成分被溶蚀；材料中某些成分与化学物质起化学反应，生成有害物质,1,返回键,35,第三章 气硬性胶凝材料,3-1 石 灰,3-2 石 膏,返回键,36,第三章 气硬性胶凝材料,1、胶凝材料定义:凡是经过一系列物理、化学作用，能由液体或半固体（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。,2、胶凝散粒材料(砂、石等)块状材料(砖、石块),37,3、胶凝材料分类胶凝材料根据其化学组成分为有机 气硬性只能在空气中硬化无机 水硬性不仅能在空气中硬化,而且能在水中硬化。,气硬性胶凝材料定义：气硬性胶凝材料只能在空气中（干燥条件下）硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度，如石灰、石膏、菱苦土和水玻璃等。这类材料耐水性差，只能用于干燥环境。一般只适用于地上结构，而不宜用于潮湿环境中，更不可用于水中。水硬性胶凝材料定义：水硬性胶凝材料则不仅能在空气中、而且能更好地在水中硬化，保持和继续发展其强度，如各品种水泥，它们既适用于地上工程，也适用于地下或水中工程。,第三章 气硬性胶凝材料,38,3-1 石 灰,1原材料：石灰主要有两个来源：一是以碳酸钙CaCO3为主要成分的矿物、岩石（如方解石、石灰岩、大理石）或贝壳，经煅烧而得生石灰CaO；另一个来源是化工副产品，如用碳化钙（电石）制取乙炔时产生的电石渣，其主要成分是Ca(OH)2，即熟石灰。或者用氨碱法制碱所得的残渣，其主要成分为碳酸钙。2、生产原料：石灰石（主要成份CaCO3）生产：CaCO3 CaO（生石灰）CO2,生石灰：白色或灰色的块状物质（含MgO）。按照JC/T47992建筑生石灰：MgO含量5时，称为钙质生石灰；MgO含量5时，称为镁质生石灰。,39,3-1 石 灰,3、熟化（消化）CaOH2O Ca(OH)2(熟石灰)64.88 kJ(体积增大1.02.0倍)粉状消石灰：只用少量水(约70)(理论值为 31.2%)浆状石灰浆：加过量水(2.53倍),过烧石灰危害：熟化缓慢，浆体硬化后仍在熟化，体积膨胀，导致硬化浆体开裂。消除危害方法：“陈伏”两星期,消石灰粉也需放置一段时间，使其进一步熟化后使用。消石灰粉可用于拌制灰土及三合土，因其熟化不一定充分，一般不宜用于拌制砂浆及灰浆。按照JC/T48192建筑消石灰粉规定：MgO4的，称为钙质消石灰粉；4%MgO24的，称镁质消石灰粉；24%MgO30的，称为白云石消石灰粉。,40,4、硬化,3-1 石 灰,1）结晶作用 2）碳化作用,碳化主要发生在与空气接触的表层上，表层生成的致密CaCO3膜层，阻碍空气中CO2进一步地渗入，同时也阻碍了内部水分向外蒸发，使Ca(OH)2结晶作用也进行得较慢，随着时间的增长，表层CaCO3厚度增加，阻碍作用更大，在相当长的时间内，仍然是表层为CaCO3，内部为Ca(OH)2。所以，石灰硬化是个相当缓慢的过程。,41,5、石灰技术性质1）质量评定指标,2）石灰性质可塑性好 凝结硬化慢、强度低耐水性差 体积收缩大,3-1 石 灰,42,6石灰的应用 1）制作石灰乳涂料 将熟化好的石灰膏或消石灰粉加入过量的水稀释成的石灰乳，是一种传统的涂料，主要用于室内粉刷。掺入少量佛青颜料，可使其呈纯白色；掺入107胶或少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高粉刷层的防水性；掺入各种耐碱颜料，可获得更好的装饰效果。2）配制砂浆石灰膏和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成石灰砂浆或混合砂浆，可用于墙体砌筑或抹面工程；也可掺入纸筋、麻刀等制成石灰浆，用于内墙或顶棚抹面。3）拌制石灰土和三合土石灰土为消石灰粉与粘土按2：8或3：7的体积比加少量水拌成。三合土为消石灰粉、粘土、砂按1：2：3的体积比，或者消石灰粉、砂、碎砖（或碎石）按1：2：4的体积比加少量水拌成。夯实，密实度，而且粘土颗粒表面的少量活性SiO2和Al2O3与Ca(OH)2发生反应，生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，胶结，粘土的强度和耐水性，主要用于建筑物、路面或地面的垫层，地基的换土处理及地下建筑物的防水。另外石灰与粉煤灰、碎石拌制的“三渣”也是目前道路工程中经常使用的材料之一。,3-1 石 灰,43,4）生产硅酸盐制品用生石灰粉生产石灰板。将生石灰粉与纤维材料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如炉渣）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，多制成碳化石灰空心板，它的导热系数较小，保温绝热性能较好，可锯，可钉，宜用作非承重内隔墙板、天花板等。将生石灰粉或消石灰粉与含硅材料，如天然砂、粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等，加水拌合、陈伏、成型后，经蒸压或蒸养等工艺处理，可制得其他硅酸盐制品，如灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块等。,3-1 石 灰,返回键,44,3-2 石膏,建筑石膏及其制品具有轻质，高强，隔热，吸声，美观及易于加工等优点，因此用途广泛，是一种有发展前途的新型建筑材料之一。自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水石膏CaSO42H2O。在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏经过加工而成的半水石膏CaSO41/2H2O，又成熟石膏。天然二水石膏在加工时随温度和压力等条件的不同，会得到结构和性能不同的产物。高强度石膏硬化后，密实度大，强度高，可用于建筑抹灰或者制成石膏制品，但成本高，建筑石膏生产方便，成本低，可在建筑工程中广泛大量使用。,45,3-2 石膏,一、建筑石膏的凝结硬化 建筑石膏与适量水混合后，最初成为可塑的浆体，但很快就失去可塑性产生强度，并发展成为坚硬的固体。发生这种现象的实质，是由于浆体内部经历了一系列的物理化学变化。首先半水石膏溶解于水，很快成为不稳定的饱和溶液。溶液中的半水石膏与水反应形成二水石膏。水化反应按下式进行。CaSO4.1/2H2O+3/2H2OCaSO4.2H2O 由于水化产物二水石膏的溶解度比型半水石膏小得多（仅为型半水石膏溶解度的1/5），型半水石膏的饱和溶液对二水石膏就成了过饱和溶液，逐渐形成晶核，当晶核大到某一临界值以后，二水石膏就结晶析出。这时溶液浓度降低，使新的一批半水石膏又可继续溶解和水化。如此循环进行，直到 型半水石膏完全耗尽。随着水化的进行，二水石膏生成量不断增加，水分逐渐减少，浆体开始失去可塑性，这称为初凝。而后浆体继续变稠，颗粒间的摩擦力、粘结力增加，并开始产生结构强度，表现为终凝。其间晶体颗粒也逐渐长大、连生和互相交错，使浆体强度不断增长，直至剩余水分完全蒸发后，强度才停止发展。这就是建筑石膏硬化过程。,46,二、建筑石膏的技术要求及特性（一）建筑石膏的等级及质量标准 根据建筑石膏（GB9776-88）的规定，建筑石膏按抗折强度、抗压强度和细度分为优等品、一等品和合格品三个等级，具体质量指标见表建筑石膏的技术要求所示。建筑石膏的密度一般为2.60g/cm32.75g/cm3，堆积密度为800kg/m31000kg/m3。建筑石膏产品标记的顺序为：产品名称、抗折强度、标准号。例如抗折强度为2.1MPa的建筑石膏，其标记为：建筑石膏2.1GB9776。,47,（二）建筑石膏的特性1、凝结硬化快。在自然干燥的条件下，建筑石膏达到完全硬化的时间约需一星期。2、建筑石膏硬化后孔隙率大、强度低。半水石膏水化反应，理论上所需水分只占半水石膏质量的18.6。为了使石膏浆具有必要的可塑性，通常加水60%80。石膏浆体硬化后，多余的水分蒸发，内部具有很大的孔隙率（约达总体积的50%60），故其强度低。3、建筑石膏硬化体隔热性和吸声性能良好、耐水性较差。建筑石膏制品的导热系数较小，一般为0.1210.205W/(mK)。在潮湿条件下吸湿性强，水分削弱了晶体粒子间的粘结力，故耐水性差，软化系数为0.30.45，长期浸水还会因二水石膏晶体溶解而引起溃散破坏。在建筑石膏中加入适量水泥、粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣以及各种有机防水剂，可提高制品的耐水性。4、防火性能良好。建筑石膏硬化后的主要成分是带有两个结晶水分子的二水石膏，当其遇到火时，二水石膏脱出结晶水，结晶水吸收热量蒸发时，在制品表面形成水蒸气幕，有效地阻止火的蔓延。制品厚度越大，防火性能越好。5、微膨胀 建筑石膏硬化时体积略有膨胀。一般膨胀率约为1%，这可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，且能使制品造型棱角很清晰，有利于制造复杂图案花型的石膏装饰件。,48,三、建筑石膏的应用(一)室内抹灰及粉刷建筑石膏加水、砂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。这中抹灰墙面具有绝热，阻火，隔音，舒适，美观等特点。抹灰后的墙面和天棚还可以直接涂刷尤其及贴墙纸。建筑石膏加水调成石膏浆体，还可以掺如部分石灰用于室内粉刷涂料。粉刷后的墙面光滑，细腻，洁白美观。（二）装饰制品以石膏为主要原料，掺加少量的纤维增强材料和胶料，加水搅拌成石膏浆体，利用石膏硬化时体积微膨胀的性能，可制成各种石膏雕塑，饰面板及各种装饰品。,49,（三）石膏板我国目前生产的石膏板，主要有纸面石膏板，石膏空心板，石膏装饰板，纤维石膏板等。（1）纸面石膏板 它是石膏作芯材，两面用纸做护面而制成的，主要用于内墙，隔墙，无花板等处。（2）石膏空心条板 这种石膏板强度高，可用作住宅和公共建筑的内墙和隔墙等，安装时，不需要龙骨。（3）石膏装饰板 石膏装饰板有平板，多孔板，花纹板，浮雕板等多种，它尺寸精确，线条清晰，颜色鲜艳，造型美观，品种多样，施工简单，主要用于公共建筑，可作为墙面和无花板等。（4）纤维石膏板 以建筑石膏为主要原料掺加适量的县委增强材料而制成。这种板的抗弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可用来替代木材制作家具。将玻璃纤维、纸筋或矿棉等纤维材料先在水中松解，然后与建筑石膏及适量的浸润剂混合制成浆料，在长网成型机上经铺浆、脱水而制成纤维石膏板。它的抗折强度和弹性模量都高于纸面石膏板。纤维石膏板主要用于建筑物的内隔墙和吊顶。此外，还有石膏蜂窝板，防潮石膏板，石膏矿棉复合板等品种，可分别用做绝热板，吸声板，内墙和隔墙板，天花板，地面基层板等。,50,四、建筑石膏的存储在存储建筑石膏时应注意防雨防潮，存储期一般不要超过 三个月。石膏制品表面如未做防潮处理则只能在干燥环境中使用，其存储期也不宜超过三个月，在存储运输及施工过程中要严格注意防水防潮。返回键,51,返回键,52,第四章 水 泥,返回键,53,水泥是一种良好的矿物胶凝材料，它与石灰、石膏、水玻璃等气硬性胶凝材料不同，不仅能在空气中硬化，而且在水中能更好地硬化，并保持和发展其强度，因此，水泥是一种水硬性胶凝材料。水泥是制造各种形式的混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构筑物的最基本组成材料，广泛用于建筑、道路、水利和国防工程中，素有“建筑业的粮食”之称。水泥的品种很多，按化学成分可分为：硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等多种系列水泥，其中应用最广的是硅酸盐系列水泥。硅酸盐系列水泥按其性能和用途，可作如下分类：,硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥,常用水泥 矿渣水泥 火山灰水泥硅酸盐系列水泥 粉煤灰水泥 复合水泥 特种水泥 以上常用水泥是指大量用于一般土木建筑工程中的水泥，特种水泥是指具有独特的性能，用于各类有特殊要求的工程中的水泥。,第四章 水 泥,54,4-1 硅酸盐类水泥4-2 掺混合材料的硅酸盐水泥 4-3 其他品种水泥,返回键,55,4-1 硅酸盐类水泥,.定义硅酸盐类水泥是硅酸盐类水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，即国外统称的波特兰水泥。.分类不掺混合材料的称型硅酸盐水泥；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥重量5%石灰石或矿渣混合材料的称为型硅酸盐水泥。,56,一、硅酸盐类水泥的生产及熟料矿物组成（一）硅酸盐类水泥的生产 硅酸盐类水泥的生产过程是“两磨一烧”，即：（1）将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料：（2）将生料煅烧使之部分熔融形成熟料；（3）将熟料与适量的石膏共同磨细成为硅酸盐类水泥。其主要过程如下图：硅酸盐水泥生产过程,57,硅酸盐水泥的生产过程,58,（二）熟料矿物及其特性,59,矿物组成 水泥性能 应用C3S 高强 结构工程C3A、C3S,C2S 水化热低 大体积砼C3S、C3A 快硬高强 抢修工程,组成-性能-应用,60,二、硅酸盐类水泥的凝结硬化水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。然后逐渐产生强度不断提高，最后变成坚硬的石状物水泥石，这一过程称为硬化。水泥的凝结和硬化是人为划分的，实际上是一个连续、复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥石的某些性质，对水泥石的应用有着重要意义。,61,1.水泥的水化,1）铝酸盐水化 石膏存在时:C3A+CSH2+H C3A3(CS)H31(钙矾石AFt,三硫型)石膏用完时:C3A+C3A3(CS)H32C3ACSH12(AFm,单硫型)水化硫铝酸钙晶体 C3A+6H C3AH6 水化铝酸三钙晶体 C4AF+7H C3AH6+CFH 水化铁酸钙凝胶2）硅酸盐水化2C3S+6H C3S2H3+3CH 水化硅酸钙凝胶 氢氧化钙晶体 2C2S+4H C3S2H3+CH,加入的石膏，在凝结硬化的初期与水化铝酸三钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体，又称钙矾石。在凝结硬化的后期，因石膏的浓度减少，生成的产物为低硫型水化硫铝酸钙晶体，二者合称水化硫铝酸钙晶体。因此，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：水化硅酸钙、水化铁酸钙凝胶；氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70，CH约占20，水化硫铝酸钙约占7。,62,2.水泥的凝结和硬化 当水泥加水拌合后，在水泥颗粒表面即发生化学反应，生产的胶体水化产物聚集在颗粒表面，使化学反应减慢，并使水泥浆体具有可塑性。由于生产的胶体状水化产物不断增多并在某些点接触，构成疏松的网状结构，使水泥浆体失去流动性及可塑性，这就是水泥的凝结。此后由于生成的水化硅酸钙，氢氧化钙，水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体等水化产物不断增多，它们相互接触连生，到一定程度，建立起较为紧密的网状结晶结构，并在网状结构内部不断充实水化产物，使水泥具有初步的强度，此后水化产物不断增加，强度不断提高，最后形成具有较高强度的水泥石，这就是水泥的硬化。硬化后由水泥石水化产物，未水化完的水泥熟料颗粒，水及大小不等的孔隙所组成。,63,电镜下的水泥水化产物,64,幻灯片1,65,幻灯片2,66,幻灯片3,67,幻灯片4,68,幻灯片5,69,幻灯片6,70,三、硅酸盐水泥的技术要求国家标准GB175-92规定，硅酸盐水泥有不溶物、氧化镁、三氧化硫含量、烧失量、细度、凝结时间、安定性、强度和碱含量等九项技术要求。1.不溶物 型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%；型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%。2.烧失量 型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.0%，型硅酸盐水泥中烧失量不得大于3.5%。,71,3.细度 水泥的细度表示水泥磨细的程度，通常用比表面积法或筛粉法来确定。国家标准规定，硅酸盐水泥比表面积大于300m2/kg。水泥的细度对水泥的性能影响很大，水泥颗粒越细，与水接触面积越大，水化反应越快，这对强度的发展，尤其是早期强度的发展是非常有利的。但是也不宜过细，水泥磨得过细一方面在存储期间容易细潮而降低强度，另一方面也会大大增加粉磨的能耗。,72,4.凝结时间 凝结时间分为初凝和终凝。由加水搅拌到水泥开始失去苏醒的时间称为初凝时间，由加水拌合到水泥浆体完全失去塑性并开始产生强度的时间称为终凝时间。水泥的初凝不宜太早，以便施工时有足够的时间来完成混凝土或砂浆的搅拌，运输，浇注和砌筑等操作，水泥的终凝不宜过迟，以便使混凝土能尽快地硬化，达到一定的强度，以利于下道工序的进行。国家标准规定，硅酸盐水泥初凝不得早于45分钟，终凝不得迟于390分钟。影响水泥凝结的因素很多，如熟料的矿物组成，水泥的细度，环境的温度和湿度，拌合水量等。使用时可加入调凝剂来调整水泥的凝结速度。,73,5.安定性 安定性是指标准稠度的水泥浆在凝结硬化过程中体积均匀变化的性质。如果在工程中使用安定性不合格的水泥，将使水泥制品产生膨胀性裂缝，甚至使构件破坏，引起严重的事故。安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含有的游离氧化钙或游离氧化镁过多，也可能是掺入石膏量过多而造成的。熟料中所含有的游离氧化钙或游离氧化镁都是过烧的，水化缓慢，往往在水泥硬化后才开始水化，这些氧化物在水化时体积剧烈膨胀使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，石膏与水化铝酸钙反应生产水化硫铝酸钙，使体积膨胀，也会引起水泥石开裂。,74,安定性是水泥在施工中保证质量的一项重要的技术指标，国家标准规定，水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。但沸煮法只能检验由于游离氧化钙所引起的安定性不良，所以，氧化镁及石膏的数量在水泥生产时加以控制。国标中规定，水泥中氧化镁含量不得超过5.0%。如果水泥经过压蒸喊定性实验合格，则水泥中氧化镁含量允许放宽到6.0%。水泥中的石膏含量常用三氧化硫含量控制，国标规定，水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。,75,6.强度 水泥的强度是表明水泥质量的重要指标。根据国家标准水泥胶砂强度检验方法GB177-85规定，水泥和标准砂按1：2.5混合，加入规定数量的水，按规定的方法制成试件，在标准温度（1822）的水中养护，测定其规定的龄期的强度。国家标准GB175-92中规定，水泥标号按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分。,76,7.碱含量 在水泥中含是引起混凝土产生碱-骨料反应的条件，为了避免碱-骨料反应的发生，国标中规定若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量（按a2O+0.658K2O计算）不得大于0.60%。,77,国标规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任何一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限度和强度低于商品标号规定的指标时称为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。,78,四、水泥石的腐蚀及防止方法 已经硬化的水泥制品在一般条件下，具有良好的耐久性，但在某些腐蚀性液体和气体（统称侵蚀介质）的作用下，有时也会逐渐遭到破坏，引起强度降低甚至造成建筑物结构破坏，这样的现象叫做侵蚀对水泥石的腐蚀。1.产生水泥石腐蚀的主要原因有以下几种：,79,淡水侵蚀（溶出型）雨水、雪水及许多江河湖水都属于软水。长期作用，CH会不断溶出，当水泥石碱度降低到一定程度，会使其它水化产物发生溶蚀，导致水泥石破坏。在流水作用下，侵蚀加重；如果水中有较多的碳酸盐，它与CH反应生成难溶的CaCO3堵塞水泥石的毛细孔，阻止水分侵入和CH溶出。酸侵蚀 酸与水泥石中的CH反应，生成水和钙盐；pH值越小，侵蚀越强烈。碳酸侵蚀 碳酸与水泥石中的CH作用，生成难溶的CaCO3；碳酸进一步与碳酸钙作用，生成易溶于水的碳酸氢钙Ca(HCO3)2，使CH不断溶失，从而引起水泥石解体。,80,硫酸盐侵蚀 硫酸盐都能与水泥石中的CH作用生成硫酸钙，再和水化铝酸钙C3AH6反应生成钙矾石，从而使固相体积增加很多，使水泥石膨胀开裂。镁盐侵蚀 海水或地下水中的镁盐与水泥石中的CH反应，生成松软无胶凝能力的氢氧化镁。而且Mg(OH)2的碱度低，会导致其它水化产物不稳定而离解。强碱侵蚀 水泥混凝土能够抵抗一般碱类的侵蚀，但会被强碱腐蚀。NaOH与水化铝酸钙反应生成氢氧化钙、铝酸钠（胶结力弱、易溶）和水。NaOH渗入浆体孔隙后又在空气中干燥，在空气中二氧化碳作用下形成含大量结晶水的碳酸钠(Na2CO310H2O)，在结晶时也会造成浆体结构胀裂。,81,2.水泥石腐蚀的原因与防止 水泥石易受腐蚀的基本原因：硅酸盐水泥石中含有较多易受腐蚀的成分，即氢氧化钙和水化铝酸钙等；水泥石本身不密实含有大量的毛细孔隙。防止腐蚀的措施：提高水泥石的密实度；根据环境特点，选择适宜的水泥品种或掺入活性混合材；对于强腐蚀介质，建议为混凝土加做保护层。,82,五、水泥的运输及保管 水泥很容易吸收空气中的水分，发生水化作用凝结成块状，从而失去胶结能力。因此水泥在运输和保管中应特别注意防水，防潮。工地存储水泥应有专用仓库，库房要干燥。存放袋装水泥时，地面垫板要离地30cm，四周离墙 30cm，堆放高度一般以10袋为宜，水泥的储存应按照到货先后依次堆放，尽量作到先到先用，防止存放过久。不同品种不同标号的水泥要分别存放，不得混杂，并要防止其他杂务混入。一般水泥的储存气为三个月，三个月后的强度降低约1020%，时间越长，强度降低越多，使用存放三个月以上的水泥，必须重新检验其强度，否则不得使用。对于受潮水泥可以进行处理，然后再使用。,返回键,83,4-2 掺混合材料的硅酸盐水泥,掺混合材料的硅酸盐水泥，是用硅酸盐熟料加入一定比例的混合材料和适量石膏，经过共同磨细而制成的。加入混合料后，可以改善水泥的性能，调节水泥的标号，增加品种，提高产量和成本，同时可以综合利用工业废料和地方材料。这类水泥根据掺入的混合材料的数量和品种的不同有：普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。,84,一、混合材料混合材料一般为天然矿物材料或工业废料，根据其性能分为活性混合材料和非活性混合材料。1.活性混合材料 这类混合材料掺入硅酸盐水泥后，能与水泥水化产物氢氧化钙起化学反应，生成水硬性胶凝材料，凝结硬化后具有强度并能改善硅酸盐水泥的某些性质，常用的有粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料和粉煤灰。2.非活性混合材料 这类混合材料又被称为填充材料，它不能与水泥起化学反应或化学作用很小，仅能起调节水泥标号，增加产量，降低水化热等作用，常用的有：磨细的石英砂，石灰石、黏土等。窑灰也是一种混合材料，它是从水泥的回转窑窑尾废气中收集的粉尘，其性能介于活性混合材料和