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第二章 建筑材料2.1 建筑材料概述1.定义：建筑材料是指各类建筑工程中应用的各种材料及其 制品。它是一切工程建设的物质基础。2.分类：（1）按使用性能：,建筑材料,（2）按成分划分,建筑材料,3.建筑材料在建筑工程中的地位1）建筑材料是各项基本建设的重要物质基础，一般工程总投资的60%以上。2）建材品种、质量及规格，直接影响工程的坚固、耐久、适用、美观和经济性，并在一定程度上影响工程结构形式与施工方法。3）建筑工程许多技术问题的突破，往往依赖于建材问题的解决。4）新材料的出现，又将促进结构设计及施工技术的革新。,4.建筑材料的发展趋势1）在原材料上，利用再生资源、工农业废渣、废料，保护土地资源。2）在工艺上，引进新技术，改造淘汰旧设备，降低原材料与能耗，减少环境污染，维护社会可持续发展。3）在性能上，力求产品轻质、高强、耐久、美观，并高性能化和多功能化。4）在形式上，发展预制装配技术，提高构件尺寸和单元化水平。5）在研究方向上，研究和开发化学建材和复合材料，促进新型建材的发展。,2.2 建筑材料基本性质1.建筑材料的物理参数（1）密度True Density材料在绝对密实状态下、单位体积干材料的质量称为材料的密度。按照下式进行计算。式中：材料的密度，gcm3；m材料在绝对干燥状态下的质量，g；v材料在绝对密实状态下的体积，cm3。,（2）表观密度-Apparent Density材料在自然状态下，单位体积材料的质量称为材料的表观密度（原称容重，道路工程中称为体积密度）。按照下式进行计算。式中：材料的表观密度，gcm-3或kgm3；材料在自然状态下的重量，g或；材料在自然状态下的体积，cm3或m3。,（3）堆积密度-Bulk Density散粒材料(粉状或粒状材料)在堆积状态下，单位体积材料的质量称为材料的堆积密度。按照下式进行计算。式中：散粒材料的堆积密度，kgm3；散粒材料在堆积状态下的质量，；散粒材料在堆积状态下的体积，m3。,（4）孔隙率与密实度孔隙率材料内部孔隙体积占材料自然状态下体积的百分率称为材料的孔隙率。按照下式进行计算。材料孔隙率的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率小，则密实程度高。密实度材料的固体物质体积占自然状态下体积的百分率称为材料的密实度。密实度反映了材料体积内被固体物质所填充的程度。按照下式进行计算：密实度与孔隙率之间的关系为：,（4）空隙率与填充率空隙率散粒材料颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率称为材料的空隙率。按下式进行计算：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒相互填充的程度填充率材料在自然状态下的体积占堆积体积的百分率称为材料的填充率。填充率反映了材料被颗粒填充的程度。按照式进行计算：密实度与空隙率之间的关系为：,2.建筑材料的力学性能1）材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。,2）弹性和塑性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）。材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能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）。,3）脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。,4）硬度和耐磨性硬度 材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级。耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。,3.建筑材料的物理性质1）材料的亲水性与憎水性 与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。,2）材料的吸湿性和吸水性 吸湿性 材料在潮湿空气中吸附水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性大小，用含水率来表示。含水率是指材料内部所含水的质量占干材料质量的百分率。在一定的温度和湿度条件下，材料中所含水分与周围空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。材料的吸水性 材料在水中(通过毛细孔隙)吸收水分的性质称为吸水性。土木工程材料吸水性的大小一般用质量吸水率表示。质量吸水率是指材料吸水饱和时，其内部吸收水分的质量占干材料质量的百分率。,3）材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。,4）抗冻性 材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为15、25、50、100、200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。,5）材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。,4.材料的耐久性 材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。,2.3 常用建筑材料性能1.石灰（1）石灰的生产生产石灰的原料主要是石灰石，石灰石的主要成分是碳酸钙（CaCO3），其次是碳酸镁（MgCO3）和少量粘土杂质。将石灰石置于窑内高温下煅烧，碳酸钙和碳酸镁受热分解，分解出二氧化碳（CO2）气体后，得到以氧化钙（CaO）为主要成分的呈白色或灰白色的块状成品即为生石灰，又称块灰。,（2）熟化 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”：注意:“陈伏”作用。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。,（3）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：1）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。2）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：,（4）石灰的应用1）石灰乳涂料和石灰砂浆2）灰土和三合土3）硅酸盐制品4）碳化石灰板5）无熟料水泥,石灰麻刀灰,石灰马赛克,2.水泥 按GB4131-84水泥命名原则，用于一般土木工程的水泥为通用水泥，如硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥，又号称五大水泥；适用专门用途的水泥称为专用水泥如道路水泥，砌筑水泥，油井水泥等；具有比较突出的某种性能的水泥，称为特性水泥，如快硬水泥，抗硫酸盐水泥，低热水泥等。每种水泥又按其胶砂强度的大小，分为若干强度等级。,（1）硅酸盐水泥 定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05%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,代号P,其又分为两种，不掺混合材的称P，掺5%混合材称P（2）普通硅酸盐水泥 代号PO，生产特点：硅酸盐水泥熟料中加入6%20%的混合材，技术要求：终凝时间小于10h,80um筛余小于10%。,凝结时间 水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间：从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间：从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。国标要求：硅酸盐水泥初凝时间45min；终凝时间390min,国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？答：水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝 土质量；初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为废品；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。,体积安定性基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。体积安定性不良的水泥为废品！,强度强度等级：根据3天和28天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级,水泥强度发展规律：早期增长快，随后逐渐减慢；28天，基本达到极限强度的80以上；在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续几十天 乃至几十年。,（3）其它水泥 1.定义：凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，称为混合材水泥。常用活性混合材有矿渣、火山灰、粉煤灰。2.意义：节约水泥熟料，提高产量，降低成本，调节标号，改善性能；还可利用工业废料，节约粘土和岩石资源。,（3）水泥的应用 1）水泥品种选择 考虑：（1）环境条件。（2）工程特点。（3）混凝土部位。2）水泥强度等级选择 原则：高标号水泥用于配制高强混凝土，低标号水泥用于配制低标号砼或砌筑砂浆。3）水泥的验收 包括标志验收、数量验收、外观质量验收。4）水泥的运输与保管*注意防潮。*不同品种、标号和出厂日期的水泥应分别储运，并应考虑先存先用。,用户需要水泥实验报告时，水泥厂应在水泥发货之日起7日内寄发除28d强度以外的各项实验结果，28d强度应在发货之日起32日内补报。水泥质量问题仲裁检验时，水泥厂同一编号水泥封存样进行。仲裁检验由国家指定的省级以上水泥质量监督检验机构进行。,3.混凝土 定义：水泥混凝土是由水泥、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。优点：使用方便：在凝结前具有良好的塑性，因此可以浇制成各种形状和大小的构件或结构物；匹配性好：它与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；高强耐久：经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特性；成本低廉：其组成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和经济的原则；性能可调：可根据工程要求改变材料的组成配合来满足要求。,缺点：抗拉强度低；由于干缩容易产生裂缝；自重较大；施工日期长；结构物拆除较困难。,改性：采用轻质骨料可以降低混凝土的自重；掺入纤维或聚合物，可提高抗拉强度，大大降低混凝土的脆性；掺入减水剂、早强剂等外加剂，可显著缩短硬化周期，改善力学性能,按抗压强度，水泥混凝土可分为3大类：低强度混凝土 抗压强度小于30MPa；中强度混凝土 抗压强度3060MPa；高强度混凝土 抗压强度大于60MPa；超高强混凝土 抗压强度大于100MPa。此外，可根据工程的特殊要求，配制各种特种混凝土。如：加气混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、道路混凝土、水工混凝土、纤维混凝土、补偿收缩混凝土等。,（1）普通混凝土 普通混凝土（简称为混凝土）是由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体。混凝土在未凝结硬化以前，称为混凝土拌合物（也叫新拌混凝土）。它必须具有良好的和易性，便于施工，以保证能获得良好的浇灌质量；混凝土拌合物凝结硬化以后，应具有足够的强度，以保证建筑物能安全地承受设计荷载；并应具有必要的耐久性。,和易性的概念 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。,混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性之间互相联系又存在矛盾。如粘聚性好则保水性往往也好，但当流动性增大时，粘聚性和保水性往往变差，反之亦然。所谓拌合物的和易性良好，就是要使这三方面的性能在某种具体条件下，达到均为良好，即使矛盾得到统一。,（2）其它混凝土 1）高强混凝土定义：强度等级达到或超过C50的混凝土称为高强混凝土。强度等级：从C50C80分为七个等级：C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。高强混凝土的早期强度、弹性模量、耐久性等都有所提高和改善，高强混凝土的拉压比和徐变较小。,2）轻骨料混凝土定义：表观密度不大于1950kg/m的混凝土称为轻混凝土。种类：轻骨料混凝土（全轻混凝土、砂轻混凝土）；多孔混凝土；大孔混凝土。特性:表观密度小、自重较轻、保温隔热、隔声和抗震等性能良好。长期以来，国内的轻骨料以粘土、粉煤灰等为原料煅烧的陶粒为主，质轻而强度低，配制出的轻混凝土强度也不高，作为结构工程材料的用途受到很大限制。近年来，国外先进技术及国内新技术，使强度较高、吸水率小的页岩轻骨料涌现，为配制较高强度的轻混凝土，用于桥梁、高层建筑等结构开辟了广阔的应用前景。,3）喷射混凝土1930铁路工程协会就提出了“喷射混凝土”（shotcrete）的术语，来描述混凝土的喷射法施工。1951年美国混凝土协会将这个术语用于干拌过程。现在“喷射混凝土（Shotcrete）”用于湿拌过程已被普遍接受。,喷射混凝土作用*地基密封：防治腐蚀和风化 阻止渗进和渗出*挖掘支挡体系的成分主支挡锚杆/喷射混凝土体系锚杆/喷射混凝土/网架体系*表面修饰实用、功能和艺术的考虑，并不形成混凝土。*修补,挡土墙加固,4）碾压混凝土,碾压混凝土RCC,碾压混凝土的性能特点强度高 收缩小 降低1/21/3；耐久性好 结构密实，抗渗性好节约水泥 节约30，200kg/m3;工效高 用于修路可提高2倍,4.砂浆 砂浆的分类：,技术性质 1）,2）强度及等级：以边长 70.7mm的立方体试件28d强度，分八个等级。,5.烧结砖1）烧结普通砖 按照外观指标、耐久性和强度划分为优等品A和合格品C两个产品等级，MU30、MU25、MU20、MU15、MU10、MU7.5六个强度等级。2）蒸压砖蒸压(养)砖是一种硅酸盐制品，它以石灰及硅质原料为主，在水热合成条件下产生强度，其内部的胶凝物质基本上是水化硅酸盐类矿物。原料：石灰、天然砂、粉煤灰、煤矸石、炉渣；生产工艺：将石灰与硅原料加水拌合，压制成坯，然后送入蒸养或蒸压，进行水热合成；主要产品有：灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖。强度等级：25、20、15、10、7.5；用途；可用于承重墙。,