土木工程材料教程ppt课件.ppt

2023年3月15日星期三,土木工程材料PPT教程课件,策 划：蔡德民主编：欧志华出版监制：刘永坚 责任编辑：吴正刚 汪浪涛 出 版：武汉理工大学出版社,制 作 群,返回,版 权 声 明,该多媒体课件(或电子教案)为正式出版的电子出版物，出 版号为：ISBN 978-7-900700-97-1，其版权归武汉理工大学出版社所有，著作权归课件制作者及配套教材编写者共同所有，版权及著作权(包括网络信息传播权)受法律保护，任何单位或个人未经允许不得翻录或在网上传播，否则将追究其法律责任。,目 录,1 绪言,2 气硬性胶凝材料,3 水泥,4 混凝土,5 建筑砂浆,6 烧结砖,7 建筑钢材,8 建筑塑料,9 沥青材料,10 木材,11 其它工程材料,12 土木工程材料试验,1.绪 言,1.1 概 述,土木工程材料是土木工程的物质基础,材料科学与工程简介,土木工程材料的发展历程及前沿,土木工程材料的分类,土木工程材料的标准化,学习目的与意义,学习内容,一、土木工程材料是土木工程的物质基础,秦砖汉瓦,画像砖、瓦当,金字塔及狮身人面像,应用火山灰？,古罗马斗兽场,应用火山灰！,故宫(“玉砌朱栏”),汉白玉:纯白色的大理石,三峡工程,预计混凝土浇筑约2 800万m3,“鸟巢”,总用钢量11万吨,“水立方”,世界最大的膜结构工程,四氟乙烯聚合物ETFE,玻璃幕墙,玻璃改变世界,新型干粉砂浆,自流平砂浆,瓷砖粘结砂浆,无收缩灌浆,你想拥有吗？,再装修一下呢,陶瓷的魅力,石拱桥,赵州桥,“天下第一桥”,小桥流水人家,西湖断桥,枫桥,洛阳桥,我国第一座跨海大石桥，被誉为“海内第一桥”,高速公路,水泥混凝土和沥青混合料,悬索式双塔结构,中国目前最大城市立交桥,材料：用于结构、机器、器件等产品的具有某些性能的物质。是冶金、机械、化工、建筑、信息、能源、航天航空等工业的支撑，是社会发展与技术进步的物质基础和技术先导。土木工程材料：应用于土木工程中使用的各种材料和制品。材料科学与工程是属于工学门类的一级学科。以数学、力学以及物理、化学等自然科学学科为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合，多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学以及工程学。,二、材料科学与工程简介,按种类及化学成分：,按用途：,三、土木工程材料的分类,石、土、木；秦砖汉瓦；波特兰水泥的发明（1824年）及随后混凝土的问世；炼钢技术（19世纪中叶）及钢材的应用；人工合成高分子材料（20世纪初）及化学建材；预应力混凝土；特殊功能材料；机敏材料、智能材料。自感知、自调节、自修复材料；材料取旧利废。环境友好型材料、绿色建材；轻质、高强、耐久、复合。计算材料学。,四、土木工程材料发展历程及前沿,五、学习内容,课堂讲授40学时：,学习每种材料生产原理（工艺）或配制技术、技术性质、产品品种和标准、检测方法及应用情况。,实验课16学时：,土木工程材料密度实验（2）水泥实验（4）混凝土实验（4）砂浆实验（2）沥青及沥青混合料实验（4）钢材实验（材料力学中开出）,六、土木工程材料的标准化,技术标准的代号,推荐性标准（T）。如GB/T、JC/T、JG/T。,土木工程材料：专业技术基础课,理解土木工程；设计；施工、监理、检测；新材料、新产品研制开发。材料费用一般占建筑工程总造价的50-70。,七、学习目的与意义,1.绪 言,1.2 材料的基本状态参数,材料的密度、表观密度和堆积密度,材料的孔隙和空隙,1.密度（）,材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。,密度，g/cm3；m材料的质量，g；V材料在绝对密实状态下的体积，cm3。,一、材料的密度、表观密度和堆积密度,绝对密实:不包括孔隙。,如何测？,磨成细粉，用李氏瓶；排液置换法。,李氏密度瓶,实际上，自然界完全密实的材料不存在（近似密度）。,2.表观密度（0）,材料在自然状态下，单位体积的质量。,0表观密度，g/cm3或kg/m3；m材料的质量，g或kg；V0材料在自然状态下的体积，或称 表观体积，cm3或m3。,表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积孔隙体积。,如何测？,排液、蜡封,3.堆积密度（0/）,粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。,0/堆积密度，kg/m3；m材料的质量，kg；V0/材料的堆积体积，cm3或m3。,堆积体积:散粒材料填充容器的体积。固体体积孔隙体积颗粒间空隙。,一般针对粉状或粒状材料。,如何测？,常用土木工程材料的密度、表观密度及堆积密度,密度的应用,干粉砂浆生产线,密实度（D）：表观体积中固体物质充实的程度。,或,孔隙率（P）：表观体积（V0）中孔隙体积（VP）占的比例。,二、材料的孔隙和空隙,1.材料的孔隙,孔隙特征对材料性能影响很大,2.（散粒）材料的空隙,填充率（P/）。堆积体积中，颗粒填充的程度。,或,空隙率（P/）：堆积体积（V0/）中空隙体积（VS）占的比例。,1.绪 言,1.3 材料的力学性质,材料的强度：外力作用下不破坏时能承受的最大应力。,按外力作用方式：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度。,抗压 抗拉 抗弯 抗剪,一、强度、比强度,材料强度的计算公式,（1）抗拉、抗压、抗剪强度：,f材料的强度，N/mm2或MPa；Fmax材料破坏时的最大荷载，N；A受力截面面积；,（2）抗弯强度：,常用土木工程材料的强度（N/mm2或MPa）,材料强度的影响因素：,材料组成、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、表面状况。,比强度,材料强度与表观密度之比。衡量材料轻质高强性能的主要指标。,钢材、木材和混凝土的强度比较,1.弹性：,弹性变形：可完全恢复的变形,材料的弹性变形曲线,外力作用变形外力除去 变形保持,塑性变形：不能恢复的变形,材料的塑性变形曲线,二、弹性与塑性,外力作用变形外力除去变形完全恢复,2.塑性：,真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料不存在。,3.弹塑性变形：,材料的弹塑性变形曲线,外力作用变形；卸载后弹性变形恢复，塑性变形保留。,1.脆性：外力达到一定限度材料突然破坏（无明显塑性变形）,脆性材料的变形曲线,常见脆性材料：砖、玻璃、生铁、混凝土、陶瓷、石材、砂浆,2.韧性：冲击、振动荷载作用材料吸收较大的能量而不发生破坏,三、脆性和韧性,1.硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。,回弹法测混凝土的抗压强度。,2.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。,四、硬度和耐磨性,莫氏硬度（刻划，测定天然矿物）布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度（压入法）,1.绪 言,1.4 材料与水有关的性质,亲液材料、憎液材料,一、材料的亲水性和憎水性,亲水性（900）憎水性（900）,亲水性材料：砖、木、混凝土憎水性材料：沥青、石蜡,：湿润边角,二、材料的含水状态,干燥状态 气干状态 饱和面干状态 湿润状态,三、材料的吸湿性和吸水性,平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。,1.吸湿性：材料在空气中吸收水分的性质。,含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。,Wh材料的含水率，%；ms材料在吸湿状态下的质量，g；mg材料在干燥状态下的质量，g；,练习：含水率为10的100g湿砂，其中干砂多少？,2.吸水性：材料与水接触时吸收水分的性质。,吸水率：材料吸水达到饱和面干时的含水率。,Wm材料的（质量）吸水率，%；mb材料吸水饱和面干状态下的质量，g。mg材料在干燥状态下的质量，g；,材料吸水,吸水性的影响因素：材料成分（亲水、憎水）、孔隙率大小、孔隙特征（细微连通、粗大或封闭）。,材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。,四、耐水性,耐水性用软化系数KR表示：,fb材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。fg材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。,0KR1;常位于水中或潮湿环境的重要结构：KR 0.85（耐水材料）；受潮较轻或次要结构：KR 0.75。,材料抵抗压力水（或液体）渗透的性质。,压力水的渗透,常用渗透系数（K）或抗渗等级（P）来评价。,五、抗渗性,材料在含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。,常用抗冻等级（F）来评价。,六、抗冻性,1.绪 言,1.5 材料的热性质,一、热容性,热容量（C）：材料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。,比热容（c）：单位质量材料温度升高1K时所需热量。,导热系数（）：在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对两侧表面温度差为1K时，经单位面积（1m2）单位时间（1s）所通过的热量。,二、导热性,导热系数，；Q 传导热量，J；d 材料厚度，m；A 材料传热面积，m2；Z 热传导时间，s；t1-t2材料两侧温差，K。,三、热变形性,线膨胀系数：,1.绪 言,材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的性质。,土木工程材料耐久性与破坏因素有关。,破坏因素包括物理作用、化学作用和生物作用。如抗渗性、抗冻性、冲磨气蚀、碳化、化学侵蚀、老化、钢筋锈蚀、碱集料反应、腐朽、虫柱、耐热、耐火等。,1.6 材料的耐久性,材料的耐久性：,现代工程中，对耐久性的要求愈来愈高，提出耐久性指标的工程设计也愈来愈多。对材料的质量评定也应逐渐由强度指标发展为耐久性指标。未来工程设计中将用耐久性设计取代目前按强度进行的设计。,本章结束！,2.气硬性胶凝材料,1.胶凝材料,能将散粒材料或块状材料胶结为整体并具有一定机械强度的物质。又称胶结料。如：水泥、石膏、石灰、沥青等。,概述：胶凝材料的定义与分类,2.胶凝材料的分类,胶凝材料,基本成分为天然的或合成的有机高分子化合物，如沥青、树脂。,基本成分为无机化合物。,只能在空气中硬化、保持或发展强度如：石膏、石灰、水玻璃等。,能在空气和水中硬化、保持和发展强度。如：水泥。,2.气硬性胶凝材料,2.1 石灰,一、石灰生产简介,1.生产原理：,煅烧时间过长或温度过高过火石灰；温度过低或煅烧时间不足欠火石灰降低产量。,2.石灰的品种,生石灰（块灰）：石灰石煅烧而成。生石灰粉（磨细生石灰）:块灰破碎、磨细而成。消石灰粉（熟石灰）：块灰淋水消解而得。石灰膏：块灰加入足量的水，淋制熟化而成（膏状）。石灰乳（石灰水）：石灰膏用水冲淡而成（浆液状）。,自行消解：热量促硬化，膨胀促致密；磨细：过火石灰消解加快，混合均匀；若条件许可，尽可能采用。,石灰的“熟化”或“消化”；自身粉化，不需磨细；大量放热，不断搅拌，减少逆反应；防潮，防火防爆；体积增大，注意容器匹配；,二、石灰的技术要求,1.建筑生石灰,产品标准：建筑生石灰（JC/T 479-92）钙质生石灰（MgO5%），镁质生石灰（MgO5%）。,建筑生石灰的技术指标,2.建筑生石灰粉,产品标准：建筑生石灰粉（JC/T 480-92）；分类：钙质生石灰粉（MgO5%），镁质生石灰粉（MgO5%）。,建筑生石灰粉的技术指标,3.建筑消石灰粉,产品标准：建筑消石灰粉（JC/T 481-92）；分类：钙质消石灰粉（MgO4%），镁质消石灰粉（4%MgO24%），白云石消石灰粉（24%MgO30%）。,建筑消石灰粉的技术指标,三、石灰的特性,1.可塑性和保水性较好。,高度分散的Ca(OH)2胶体表面吸附较厚水膜。,2.生石灰水化时水化热大，体积增大（增大1.02.5倍）。,石灰的“熟化”或“消化”,过火石灰：硬化后慢慢水化膨胀局部隆起和开裂需“预水化”（陈状）二周左右。,根据砌筑砂浆配合比设计规程（JGJ 98-2000）：生石灰熟化成石灰膏时，应用孔径不大于3mm3mm的网过滤，熟化时间不得小于7d；磨细生石灰粉的熟化时间不得小于2d。,石灰的陈伏,建筑装饰装修工程质量验收规范（GB 50203-2001）规定：抹灰用的石灰膏的熟化期不应小于15d；罩面用的磨细石灰粉的熟化期不应小于3d。,3.硬化缓慢。,石灰浆的硬化过程：,表层以CaCO3为主，内层以Ca(OH)2晶体为主，内部水分脱出缓慢，因而石灰凝结硬化缓慢。,4.硬化时体积收缩大。,游离水分蒸发所致。除调成石灰乳做薄层粉刷外，不宜单独使用。施工时常加入骨料或纤维材料（如麻刀、纸筋）。,6.耐水性差。,大部分尚未碳化的Ca(OH)2易溶于水所制。石灰不宜用于潮湿环境。,7.吸湿性强，是传统的干燥剂。,5.硬化后强度低。,生石灰消化理论需水量32.13%，实际消化用水量很大，多余水分在硬化后蒸发留下大量孔隙。1:3石灰砂浆28d抗压强度只有0.20.5MPa。,四、石灰的应用,2.气硬性胶凝材料,2.2 石膏,一、建筑石膏生产简介,1.生产原理：,2.原材料：,天然二水石膏。又称生石膏、软石膏。分子式。天然硬石膏。主要由无水硫酸钙 组成，又名无水石膏。工业副产石膏。如磷石膏、氟石膏、盐石膏、苏打石膏。,天然二水石膏,3.在 系统中公认的石膏相有5种形态、7个变种。,为建筑石膏，又称熟石膏。,为高强石膏。,4.石膏的脱水转变图,试验室理想条件,工业生产条件,二、石膏的技术要求,产品标准：建筑石膏（GB 9776-88），分为优等品、一等品和合格品。,建筑石膏技术指标,1.凝结硬化快。常温下完全水化的时间为515min，终凝时间不超过30min，7d左右完全硬化。,三、建筑石膏的特性,凝结硬化原理：,的溶解度很小，约半水石膏的1/5，很快达到饱和析出晶体，晶体长大、连生、交错，并产生强度。,建筑石膏凝结硬化示意图,石膏缓凝剂：硼砂、酒石酸钾钠、柠檬酸、聚乙烯醇、石灰活化动物骨胶或皮胶等。作用：降低半水石膏的溶解度和溶解速度。,2.硬化时体积微膨胀,膨胀率约为1%；注模后能真实反映模子的细致纹理；石膏制品表面光滑饱满、棱角清晰，表面洁白细腻，适用于浇注各种建筑花饰和雕塑；干燥时不开裂。,5.防火性好,石膏制品遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，并在表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层。不宜长期靠近65以上高温的部位，以免脱水分解。,3.孔隙率大，表观密度小，强度低。,半水石膏水化，理论需水量18.6%，实际加水量约为6080%，多余水分硬化后蒸发，留下孔隙。,4.隔热、吸声性良好。,孔隙率高，且为微细的毛细孔。,7.耐水性和抗冻性差。,潮湿条件晶粒间的结合力减弱，强度下降；水中浸泡水化物二水石膏晶体逐渐溶解而破坏；吸水受冻空隙中水分会结冰膨胀破坏。,提高石膏耐水性,6.具有一定的调温调湿性。,热容量大，吸湿性强，可以保持室内“小气候”均衡状态。,8.加工性能好。可锯，可刨，可钉，可打眼。,四、建筑石膏的应用,1.制备粉刷石膏。2.石膏砂浆。抹灰；3.建筑石膏制品。如石膏墙板、石膏砌块；4.艺术装饰石膏。如装饰石膏板、石膏浮雕花饰、雕塑制品；,3.气硬性胶凝材料,2.3 水玻璃,概述,水玻璃俗称泡花碱，化学通式为，其中，n 是二氧化硅与碱金属氧化物之间的摩尔比，为水玻璃的模数，一般在1.53.5之间。,按碱金属氧化物，分为钠水玻璃、钾水玻璃和钾钠水玻璃。,按含水程度的不同，分为以下三类：,块状或粉状水玻璃。溶解度很小，尤其是高模数的水玻璃；含有化合水的固体水玻璃或水合水玻璃。溶解度提高。块状水玻璃的水溶液，即液体水玻璃。,我国目前最常用的仍然是液体钠水玻璃，简称水玻璃。,一、水玻璃的生产,湿法：将磨细的石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2.061053.09105Pa）内用蒸气加热，并搅拌，使之直接反应而成液体水玻璃。干法：将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于13001400温度下熔化，生成固体水玻璃，再将它装进蒸压釜内，通入蒸汽熔（溶）化后，即制成液体水玻璃。,1.在空气中凝结硬化情况,（无定形硅胶）,空气中CO2浓度低，反应较慢，提高反应速度，可将水玻璃加热或加入氟硅酸钠 促硬剂。,二、水玻璃的特性,3.耐酸（不耐碱）：SiO2在强氧化性酸中化学稳定性高。,4.耐热：水玻璃不燃烧，在高温下不分解。,5.防水：水玻璃硬化时析出的硅胶能堵塞材料的毛细孔隙。,2.良好的粘结性能。,模数越大，粘结能力越强；模数相同，则浓度越高，粘结力越强；加入尿素，粘度不变，粘结力提高25%左右。,三、水玻璃的应用,涂刷在建材表面；配制耐酸浆体、耐酸砂浆和耐酸混凝土；配制耐热砂浆和耐热混凝土；土壤加固；配制快凝防水剂。,本章结束！,3.水泥,3.1 常用水泥（通用硅酸盐水泥）,1.按水泥的命名、定义和术语（GB/T 4131-1997）：水泥是指加水拌合成塑性浆体，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。,2.水泥是各种混凝土的最基本的组成材料，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。,我国近年水泥产量一览表,概述,3.水泥发明于1824年。由于它具有与英国波特兰城建筑岩石相似的颜色，故称之为波特兰水泥（我国称为硅酸盐水泥），首先取得这项专利技术权的是英国的JAspdin。,4.水泥的品种：,按矿物组成分：硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等系列水泥；按用途及性能可以分为通用水泥、专用水泥及特种水泥；目前，水泥品种已达到100多种。,一、常用水泥的生产,1.生产工艺：两磨一烧,硅酸盐水泥的生产工艺流程图,（1）原材料的破碎与粉磨,石灰质原料：提供CaO；粘土质原料：提供SiO2、Al2O3和Fe2O3；校正原料：铁质校正原料、硅质校正原料、铝质校正材料。,（2）硅酸盐水泥熟料的烧成,硅酸盐水泥熟料主要包括下列四种矿物：,硅酸三钙（3CaOSiO2，简写为C3S），含量37%60%；硅酸二钙（2CaOSiO2，简写为C2S），含量15%37%；铝酸三钙（3CaOAl2O3，简写为C3A），含量7%15%；铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3，简写为C4AF），含量10%18%。,煅烧窑：立窑、回转窑。,（3）水泥成品的磨制,磨制水泥成品的原材料包括：硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料。,二、常用水泥的水化、凝结、硬化,1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应,2.硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性,3.硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化,表面水化，形成水化物膜层，水泥浆具有可塑性和流动性。膜层长厚，并伴随破裂、扩展至连接，浆体形成絮凝结构。初凝：开始失去流动性，终凝。完全失去可塑性，并开始产生结构强度。硬化：水泥浆体逐渐转变为具有一定强度的水泥石固体。,水泥凝结硬化过程示意图,1水泥颗粒；2水分；3凝胶；4晶体；5水泥颗粒未水化内核；6毛细孔,4.石膏在水泥中的作用。,控制C3A的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间。掺量3左右。,C3A的水化：,反应迅速，产生急凝，或闪凝。,加入石膏：,高硫形水化硫铝酸钙,又称钙矾石（俗称水泥杆菌，针状），不溶于水，阻止C3A水化，延缓水泥凝结。,石膏耗完,C3A与钙矾石反应,单硫形水化硫铝酸钙,溶于水，水化继续,钙矾石显微形貌,（1）水泥混合材料,在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。,5.混合材料在水泥中的作用。,粒化高炉矿渣,炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒；直径一般为0.55mm，需磨细使用；急冷一般用水淬方法进行，故又称水淬高炉矿渣；成粒在于阻止结晶，形成玻璃体，具有较高的潜在活性；活性成分，一般认为是活性氧化铝和活性氧化硅，在常温下可与氢氧化钙起作用而产生强度。,火山灰质混合材料,火山灰质混合材料：泛指火山灰一类的物质。火山灰：火山喷发的熔岩急冷形成。含有玻璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝，使火山灰具有活性。,粉煤灰,火力发电厂煤粉燃烧的烟气中收集的灰渣，又称飞灰。颗粒直径0.0010.05mm，玻璃态的实心或空心球状。活性来自玻璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝。,（2）活性混合材料的作用,自身与水调和后，不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。在氢氧化钙溶液中，会发生显著的水化。若存在石膏，则石膏与铝酸钙反应生成硫铝酸钙而具有一定的强度。,（3）矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的水化反应,分两步进行,水泥熟料颗粒水化；矿渣（火山灰或粉煤灰）受熟料水化时析出的Ca(OH)2和外掺石膏的激发，生成新的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙。,水泥熟料矿物水化后的产物又与活性氧化物进行反应，生成新的水化物。,二次（水化）反应,（4）激发剂,Ca(OH)2和石膏起着激发水化（使活性混合材料的潜在活性得以发挥），促进凝结硬化的作用，故称为激发剂。,常用的激发剂有碱性激发剂和硫酸盐激发剂两类。,碱性激发剂：石灰，硅酸盐水泥熟料。硫酸盐激发剂：二水石膏、半水石膏和各种化学石膏。硫酸盐激发剂的激发作用必须在有碱性激发剂的条件下，才能充分发挥。,6.硬化水泥石中的组成,水化产物。忽略一些次要和少量的成分，水泥水化的最终产物是：水化硅酸钙（C-S-H凝胶，约70%）、水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙（约20%）、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙晶体；未水化的水泥颗粒、水（自由水和吸附水）和孔隙（毛细孔和凝胶孔）。,三、常用水泥的特性,水泥石的腐蚀,（1）软水的腐蚀（溶出性腐蚀）,软水:雨水、雪水、蒸馏水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水。水泥石中各水化物能稳定存在的极限石灰浓度：Ca(OH)2：1.3gCaO/L；水化硅酸三钙：1.2g CaO/L；水化铁铝酸四钙：1.06 gCaO/L；水化硫铝酸钙：0.045g CaO/L。如果水泥石长期处于流水或压力流水作用下，Ca(OH)2 将不断流失而使水泥石破坏。硬水中不腐蚀：,（2）盐类腐蚀,硫酸盐腐蚀,水化铝酸钙,钙矾石,体积增加1.5倍以上，膨胀破坏,硫酸盐浓度较高：结晶破坏,镁盐腐蚀。,硫酸镁对水泥石有镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用。,Na2SO4在混凝土孔隙中的结晶,（3）酸类腐蚀,碳酸腐蚀,“碳化”,一般酸腐蚀,因为水泥的水化产物呈碱性。,，CaCl2溶于水。,（4）强碱腐蚀,组成成分；细度；养护条件（温度、湿度和时间）；龄期；拌合用水量；贮存条件。,四、影响常用水泥性能的因素,养护对水泥强度发展的影响,五、常用水泥的选用,六、常用水泥的技术要求,1.细度,水泥颗粒不能太粗，也不宜太细。测定水泥的细度可以用筛析法和比表面积法。筛析法：用80m方孔筛的筛余百分数表示。比表面积法:测单位质量粉末的总表面积，以m2/kg表示。,2.凝结时间,初凝：标准稠度净浆开始失去可塑性；终凝：标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度；初凝时间不能过短，终凝时间不能过长；测定水泥凝结时间采用标准稠度的水泥净浆。,3.体积安定性,体积安定性不良,与水化铝酸钙反应生成钙矾石,沸煮法（饼法/雷氏法）,控制f-MgO含量,控制SO3含量,氧化镁、三氧化硫及安定性不良的水泥应作废品处理。,4.强度及强度等级,按抗压强度和抗折强度分为六个强度等级。,硅酸盐水泥各龄期的强度要求,水泥：标准砂：水1：3：0.5,注意与旧标准的标号对比！,5.碱含量:按Na2O+0.658K2O计算。,常用水泥的技术要求,3.水泥,高铝水泥,膨胀水泥,白色和彩色硅酸盐水泥,3.2 其它品种水泥,一、高铝水泥（矾土水泥）,以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧得到铝酸钙为主的熟料磨细制成。代号CA。按Al2O3的含量百分数分为四类：CA-50（50 Al2O3 60），CA-60（60 Al2O3 68），CA-70（68 Al2O3 77），CA-80（Al2O3 77）。,快凝、早强。用于紧急工程、抢修工程、冬季施工工程；耐热性好和耐硫酸盐腐蚀性强。配制耐热混凝土和耐硫酸盐混凝土；水化热大。不能用于大体积混凝土；长期强度会降低。注意施工温度（1525），按最低稳定强度设计；不得与硅酸盐水泥、石灰等混用；低收缩；耐碱性差;产品标准：铝酸盐水泥（GB201-2000）。,产品特性及应用,加水硬化后，体积膨胀而不是收缩。,二、膨胀水泥,硅酸盐膨胀水泥。硅酸盐水泥为主，外加高铝水泥和石膏配制而成。铝酸盐膨胀水泥。高铝水泥水泥为主，外加石膏配制而成。硫铝酸盐膨胀水泥。无水硫铝酸钙和硅酸二钙为为主要成分，外加石膏配制而成。铁铝酸钙膨胀水泥。铁相、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为为主要成分，外加石膏配制而成。,膨胀原理：生成钙矾石。调整组分比例，可得不同的膨胀值。若膨胀受限，则产生自应力。自应力2MPa，称为自应力水泥；自应力2MPa，称为膨胀水泥；应用：补偿收缩混凝土、自应力混凝土。产品标准：膨胀硫铝酸盐水泥（ZB Q 11007-87）、自应力硫铝酸盐水泥（JC 715-1996）：,三、白色和彩色硅酸盐水泥,1.白色硅酸盐水泥（白水泥）,硅酸盐水泥熟料中氧化铁等含量少。产品标准：白色硅酸盐水泥（GB/T 2015-2005）。技术要求：三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、水泥白度（87）、强度（32.5、42.5、52.5）。,2.彩色硅酸盐水泥,生料着色物质、熟料着色物质、白水泥着色物质。产品标准：彩色硅酸盐水泥（JC/T 870-2000）。技术要求：三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、强度、色差。,3.应用：用于各种装饰装修。,道路硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥抗硫酸盐水泥,水泥工业之遗憾,1.消耗资源,我国已初步探明的石灰石储量为542亿吨，可开采利用的约为250亿吨。如以2004年我国水泥总产量9.7亿吨、需消耗石灰质原料10亿吨记计，加上相关行业所用石灰石，则不需30年，即会出现石灰石资源枯竭的严重问题。一方面是水泥石灰石资源枯竭的严重问题，另一方面是消耗石灰石令人惊讶的高速度。（中国建材报2005年8月15日）,2.消耗能源,资料表明，2004年国产9.7亿吨水泥的能源消耗是燃煤1.6亿吨（标准煤）。专家预测，2010年我国水泥需求将达到13.5亿吨，原燃料消耗相应也会提高近40%。,3.破坏环境,2004年我国水泥工业CO2排放量达8亿多吨，SO3排放量超过100万吨，NOx排放量达262万吨，粉尘800万吨。,温室效应,酸雨,矽肺病等、土地碱化、破坏环境,4.我国目前的生产工艺落后,发达国家新型干法技术多在80%以上，甚至95%。我国1995年新型干法水泥2853万吨，仅占总产量的6%；2004年上升到3.2亿吨，占总产量的33%；2005年底，新型干法水泥产量达到4.73亿吨，新型干法水泥的比重已达到45%。,近年进展迅速,本章结束！,4.混凝土,混凝土：由胶凝材料和骨料加水拌合，经一定时间硬化而成的人造石材。“混凝土”简写“砼”，意为“人工石”。,4.1 混凝土概述,按胶结材料：水泥混凝土、沥青混凝土、聚合物浸渍混凝土、水玻璃混凝土、硫磺混凝土等。按表观密度：重混凝土、普通混凝土和轻混凝土。按施工工艺：泵送混凝土、喷射混凝土、离心混凝土等。按用途：防水混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土等。按水泥用量：贫混凝土、富混凝土。,混凝土的分类,普通混凝土的优点,可根据不同要求配制不同性质的混凝土；凝结前塑性好，可浇制成各种形状和尺寸；与钢筋有牢固的粘结力；硬化后抗压强度高，耐久性良好；就地取材、经济。,不足,抗拉强度低；受拉时变形能力小、容易开裂；自重大；一旦破坏修复困难；施工质量波动大。,4.混凝土,4.2 普通混凝土的组成材料,混凝土的组成材料：水泥，砂，石、水、外加剂、掺合料。,水泥浆：赋予混凝土流动性（润湿）、粘结、填充。砂石：骨架作用（阻止水泥石的干缩，减少水化热）、经济。称为骨料或集料。外加剂：改善混凝土的性能，量微作用大。掺合料：改善混凝土的性能。,一、水泥,水泥品种选择。由混凝土工程特点和所处环境条件而定。水泥强度等级选择。由混凝土强度等级确定。技术要求。满足相应水泥的标准。,二、骨料,细骨料：公称粒径小于5mm的岩石颗粒。包括天然砂（河砂、海砂、山砂）、人工砂和混合砂。粗骨料：公称粒径大于5mm的岩石颗粒。包括卵石（河卵石、海卵石、山卵石）和碎石。,产品标准：普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准（JGJ 52-2006）、建筑用砂（GB/T 14684-2001）。,河砂的生产,1.砂、石的质量要求,砂的颗粒级配及粗细程度,颗粒级配：大小颗粒的搭配情况。颗粒级配良好，砂粒间空隙小，可节约水泥、提高强度。,级配不好 级配良好,粗细程度：大小砂粒混合后的总体粗细情况。分粗砂、中砂、细砂和特细砂。相同质量条件，细砂总表面积大，需要水泥浆较多。,拌制混凝土，要同时考虑砂的颗粒级配及粗细程度。常用筛分析的方法进行测定。细度模数表示粗细，级配区表示颗粒级配。,筛分析法：用一套标准筛，将500g干砂过筛，计算分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6和累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5和A6。,累计筛余与分计筛余的关系,粗砂:f=3.73.1；中砂:f=3.02.3；细砂:f=2.21.6；特细砂：f=1.50.7。,细度模数,砂的颗粒级配区（累计筛余，按质量计，）,优先采用区砂；采用区砂，应提高砂率；采用区砂，宜降低砂率；颗粒级配不符合上述要求，应采用人工级配等措施。,按0.63mm筛孔的累计筛余量分为三个级配区；,石子的最大粒径,粗骨料中公称粒级的上限;最大粒径尽量选用得大些;要考虑结构形式、配筋疏密、运输条件和施工条件。根据混凝土结构工程施工及验收规范GB502042002：混凝土粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不能大于钢筋间最小净距的3/4；对于混凝土实心板，可允许采用最大粒径达1/2板厚的骨料，但最大粒径不得超过50mm。,石子的颗粒级配,采用筛分法测定。,碎石或卵石的颗粒级配(累计筛余,按质量计，%）,砂、石的质量要求,三、混凝土用水,产品标准：混凝土用水标准（JGJ63-2006）。,混凝土拌合用水水质要求,1.混凝土拌合用水,放射性（非饮用水）。与饮用水样进行水泥凝结时间对比试验。与饮用水样进行水泥胶砂强度对比试验。不应有明显的油脂、泡沫、颜色和异味。设备洗刷水。慎用海水。,可不检验不溶物、可溶物、水泥凝结时间和水泥胶砂强度。,2.混凝土拌合用水,四、外加剂,显著改善混凝土性能，掺量一般不大于水泥质量的5。混凝土的第五种必不可少的组分。,按其主要功能分为四类：,改善流变性能：减水剂、引气剂、泵送剂等。调节凝结时间、硬化性能：缓凝剂、早强剂和速凝剂等。改善耐久性：防水剂、阻锈剂和防冻剂等。改善其他性能：加气剂、膨胀剂、着色剂等。,按化学成分可分：无机化合物、有机化合物、有机和无机的复合物。,1.减水剂,混凝土坍落度基本相同，可减少拌合用水的量。一般为表面活性剂。表面活性剂可显著改变（通常为降低）液体表面能力或两相界面能力的物质。由亲水基团和憎水基团两个部分组成。,减水剂的作用机理,絮凝结构因水泥颗粒间斥力解体，释放包裹的游离水；水泥颗粒因水膜增厚而增强滑动能力。,减水剂的作用效果,水、水灰比不变，流动性增大；流动性、水泥不变，用水量减少，水灰比降低，强度提高；流动性、强度不变，用水量减少，水灰比降低，节约水泥；,减水剂的掺入方法,先掺法：减水剂与水泥混合后再与骨料和水一起搅拌。同掺法：减水剂溶于水后再加入拌合物中一起搅拌。后掺法：混凝土运送到浇筑地点后，加入减水剂再次搅拌。滞水法：在搅拌过程中减水剂滞后13min加入。,常用减水剂,木质素系、糖蜜系、萘系、树脂系、氨基磺酸盐、聚羧酸。,2.引气剂,搅拌混凝土时，能引入大量均匀、稳定而封闭的微小气泡；作用：改善和易性、抗冻性、抗渗性、保水性和粘聚性，降低强度；主要产品：松香热聚物、松脂皂和烷基磺酸盐等；不适宜用于蒸养混凝土及预应力混凝土。,3.早强剂,能加速混凝土早期强度发展；作用：改善和易性、抗冻性、抗渗性、保水性和粘聚性，降低强度；主要产品：氯盐类、硫酸盐类和有机胺类和复合等；Cl-会腐蚀钢筋，K+、Na+可能引起碱-骨料反应。,4.缓凝剂,能延缓凝结时间而不影响后期强度；作用：保坍、防冷缝、大体积混凝土施工；主要产品：木钙、糖蜜等；,其它外加剂,速凝剂；防冻剂；膨胀剂；泵送剂等。,外加剂的相关标准,混凝土外加剂GB 8076-1997;公路工程混凝土外加剂JT/T 523-2004;混凝土外加剂应用技术规范GB50119-2003；混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002。,外加剂的合成、复配及复合型外加剂。,五、掺合料,拌制混凝土时掺入的矿物粉状材料；常用的有粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、烧粘土、天然火山灰质材料（如凝灰岩、沸石岩粉）、磨细自然煤矸石和石灰石等；混凝土“第六组分”。产品标准：用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB1596-2005、用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉 GB/T 18046-2000 等。,掺合料对混凝土的作用,火山灰效应（活性效应）；形态效应。如：玻璃微珠的“滚珠轴承”作用；填充效应。密实与减水；,超细粉的作用更加明显,掺合料对混凝土的作用效果,增塑。坍落度经时损失少；增强。特别是长期强度；提高耐久性；保护环境。,粉煤灰库,4.混凝土,4.3 新拌混凝土的和易性,一、和易性的概念,混凝土拌合物易于施工操作，能够质量均匀、成型密实。包括三个方面：流动性、粘聚性（不分层和离析）、保水性（不严重泌水）。,二、和易性的测定方法（稠度试验）,1.坍落度法,以坍落度确定流动性，以直观经验评定粘聚性和保水性。试验方法：普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T 50080-2002）。适用范围：骨料最大粒径40mm，坍落度值10mm。,坍落度愈大，流动性愈大。,2.坍落扩展度,坍落度大于220mm时测；坍落度扩展值：最大直径和最小直径（两者之差小于50mm）的算术平均值。,根据混凝土质量控制标准（GB 50164-92），混凝土拌合物按坍落度不同可以分为4级。,3.维勃稠度法,适用干硬性混凝土（坍落度值小于10mm）。试验方法：普通混凝土拌合物性能试验方法标准（GB/T 50080-2002）。,根据混凝土质量控制标准（GB 50164-92），混凝土拌合物按其维勃稠度大小，可分为4级。,1.根据建筑施工手册，混凝土灌筑时的坍落度可参考下表。,三、流动性（坍落度）的选择,2.不同施工工艺与拌合物的工作度。,碾压混凝土,流动性合适 流动性过大,滑模摊铺混凝土,美国加州引水渠,商品混凝土,泵送混凝土,自密实混凝土,1.水泥浆的数量和水灰比的影响,水泥浆愈多，水灰比不变，流动性增加；水灰比增大，水泥、骨料用量不变，流动性增加；决定因素：用水量。固定用水量定则：采用一定骨料，若单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50100kg，坍落度大体上保持不变。,四、影响和易性的主要因素,普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）,干硬性混凝土的用水量（/m3）,塑性混凝土的用水量（/m3）,2.砂率,砂率，粗骨料间摩擦，流动性；砂率，骨料总表面积，湿润骨料的水分，流动性；应该选取合理砂率，获得最佳和易性。,合理砂率应由试验和经验确定，也可参考下表。,混凝土的砂率（中砂%）,普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）,3.组成材料,水泥骨料外加剂。表面活性+引气。掺合料。形态效应+填充置换。,坍落度经时损失,4.温度与时间。,4.混凝土,4.4 硬化混凝土的强度,一、混凝土的抗压强度与强度等级,1.混凝土立方抗压强度,标准方法制作。试块标准尺寸。150mm150mm150mm。非标准尺寸要乘以换算系数。边长100mm：0.95；边长200mm：1.05。标准养护条件：温度202。相对湿度95%。养护28d：是从搅拌加水开始计时。试验方法：普通混凝土力学性能试验方法标准（GB/T 50081-2002）采用标准试验方法是为了使试验具有可比性。,2.混凝土的强度等级,根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）混凝土划分为下列14个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值指是具有95%保证率的抗压强度，用fcu,k或fck表示。标准值不是平均值。,轴心抗压强度fcp，又称棱柱体抗压强度；抗拉强度。有抗压强度的1/101/20；劈裂抗拉强度（fts）；混凝土的抗折（弯曲抗拉）强度(fcf)；冲击强度；粘接强度；疲劳强度。,二、混凝土的其它强度,直接拉力强度劈裂抗拉强度弯曲抗拉强度（抗折强度）,三、影响混凝土抗压强度的主要