《建筑材料学》PPT课件.ppt

建 筑 材 料Construction Materials,山东水利职业学院,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 混凝土第六章 建筑砂浆第七章 墙体与屋面材料第八章 建筑钢材第九章 木材第十章 防水材料 结束语,绪论,建筑材料的发展是随着人类社会生产力的不断发展和人民生活水平不断提高而向前发展的。随着社会生产力的发展，对建筑物的规模、质量等方面的要求愈来愈高，这种要求与建筑材料的数量、品种、质量等都有着相互依赖和相互矛盾的关系。建筑材料的生产与使用就是在不断的解决这个矛盾的过程中不断向前发展的。同时相关学科的进步也为建筑材料的发展提供了有利的条件。,古代人类最初是“穴居巢处”。火的利用使人类学会了烧制砖、瓦、陶瓷与石灰。铁器时代以后有了简单的工具，建筑材料（木材、砖、石等）才由天然材料进入人工生产阶段，为较大规模的土木工程和人类需要的其他建筑物建立了基本条件。在漫长的封建社会中，生产力停滞不前，建筑材料的发展也极为缓慢，长期限于砖、石、木材作为结构材料。资本主义的兴起，城市的出现于扩大，工业的迅速发展，交通的日益发达，需要建造大规模的建筑物构筑物和建筑设施，例如大跨度的工业厂房，高层的公用建筑以及桥梁、港口等，推动了建筑材料的前进，在1819世纪相继出现了钢材、水泥、混凝土以及钢筋混凝土成为了主要的结构材料。使建筑业的发展进入了一个新阶段。工业的发展使一些具有特殊功能的材料，如绝热材料，吸声材料、耐热、耐腐蚀、抗渗透以及防辐射材料应运而生。人民生活水平的提高，对建筑物修饰的要求愈来愈高，于是各种装饰材料层出不穷。,为了适应建筑工业的自动化和建议不提高土木工程质量的要求，建筑材料今后的发展将有以下几个趋势：1.尽可能的提高材料的强度，降低材料的自重；2.研究并生产多功能、高效能的材料；3.由单一材料向复合材料及其制品发展；4.对材料的耐久性将引起更大的重视；5.建筑制品的生产，讲向预制化、单元化发展，构件尺寸日益增大；6.大量利用工农业废料、废渣、生产廉价的、低性能的材料及制品；7.利用现代科学技术及手段，在深入认识材料的内在结构对性能影响的基础上，按指定的要求，设计与制造更新品种的建筑材料。,建筑材料种类繁多，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。见表建筑材料分类2建筑材料 是建筑施工专业的一门重要技术基础课，主要研究建筑材料的组成和构造，性质和应用，技术与标准，检验方法与保管等内容。在学习中，应主要以下几点：1.材料的组成和结构是决定材料性质的内在因素，只有了解材料性质与组成构造的关系才能掌握材料的性质。2.同类材料存在共性；同类材料的不同品种还存在着特性。学习时应掌握各种材料的共性，再运用对比的方法掌握不同品种材料的特性，便于理解。3.使用时材料的性质会受到外界环境条件的影响，学习时要运用已学过的物理，化学等基础知识加深理解，提高分析和解决问题的能力。4.材料实验是本门的一个重要环节，因此必须上好实验课，通过实验培养动手能力，获取感性知识，了解技术标准与检验方法。返回键,布达拉宫宫体主楼13层，高117.2米,东西长360米，全部为石木结构，宫墙厚达25米，墙身全部用花岗岩砌筑,仅五世达赖灵塔就用黄金11万9千两，大小珍珠4000多颗。返回键,返回键,万里长城,返回键,悉尼海上歌剧院是悉尼的标志，世界最豪华的文化建筑之一。这座“船帆屋顶剧院”是从66个国家233位设计师的蓝图中，选中丹麦乔恩-厄特宗的作品，从1959年施工到1973年，耗资1.04亿美元才得完成。返回键,第二章 建筑材料的基本性质,土木工程的各个部位都处于不同的环境条件并起一定的作用。如梁、板、柱以及承重的墙体主要承受各种荷载作用；房屋屋面要承受风霜雨雪的作用且能保温、防水；基础除承受建筑物全部荷栽外，还要承受冰冻及地下水的侵蚀；墙体要起到抗冻、隔声、保温隔热等作用。这就要求用于不同工程部位的材料应具有相应的性质。这些性质归纳起来可分为：一、物理性质 与各种物理过程（水、热作用）有关的性质；二、力学性质 材料在荷载作用下的变形及抵抗变形的能力；三、耐久性 材料在使用环境中，受到各种作用（物理作用、化学作用及生物作用等）而影响使用功能。建筑材料所具有的各种性质，主要取决于材料的组成和结构状态，同时还受到环境条件的影响。为了能够合理地选择和正确地使用材料，必须了解材料的各种性质以及性质与组成、结构状态的关系。,第一节 材料物理性质第二节 材料的力学性质,第一节 材料物理性质,材料的结构特征参数（一）材料的密度 密度是指材料的质量与其体积之比。根据材料所处状态不同，可分为密度、体积密度和堆积密度。密度材料在绝对密实状态下，单位体积的质量称为密度。按下式计算：=m/v式中密度,g/cm3或kg/m3；m-材料的质量，g或kg；v材料在绝对密实状态下的体积，（即材料体积内固态物质的实体积），cm3或m3。材料密度的大小取决于材料的组成及微观结构，因此相同组成及微观结构的材料其密度为一定值。在建筑材料中，除金属、玻璃等少数材料外，都含有一些孔隙。为了测得含孔材料的密度，应把材料磨成细粉，除去孔隙，经干燥后用李氏瓶测定其实体积。材料磨得越细，所测得的体积越接近绝对体积。,体积密度(表观密度)材料在自然状态下，单位体积的质量称为体积密度。按下式计算：0=m/vo式中 0-体积密度，g/cm3或kg/m3；m-自然状态下材料的质量，g或kg；v0材料在自然状态下的体积，cm3或m3。在自然状态下，材料体积内常含有孔隙。一些孔之间相互连通，且与外界相通称为开口孔。一些孔互相独立，不与外界相通称为闭口孔，如图1-1。一般材料在使用时，其体积为包括内部所有孔在内的体积即自然状态下的体积，如砖、混凝土、石材等。有的材料如砂、石，在拌制混凝土拌合料时，因其内部的开口孔被水所填入,因此体积内只包括材料的实体积及内部的闭口孔.为了区别这两种情况,常将包括所有孔隙在内的密度称为体积密度.把只包括闭口孔在内时的密度称为 视密度.用,表示。表观密度在计算砂、石在混凝土中的实际体积时有实用意义。在自然状态下，材料内往往含有水分，其质量将随含水程度而改变，故测定体积密度时应注明其含水程度。一般指的是材料在气干状态下的体积密度，干燥材料的体积密度称为干体积密度。材料的体积密度主要取决于材料的密度、宏观结构以及含水程度。,堆积密度 粉状或颗粒状材料在堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度。按下式计算：=m/v式中-材料的堆积密度，kg/m3；m-材料的质量，kg；v材料的堆积体积，m3。材料在堆积状态下，其堆积体积不但包括所有颗粒内的孔隙，而且还包括颗粒间的空隙。其值大小不但取决于材料颗粒的体积密度，而且还与堆积的疏密程度有关。在土木工程中，进行配料计算、确定材料堆放空间及运输量、材料用量及构件自重等经常用到的材料的密度、体积密度和堆积密度的数值，见表1-1 常用材料的密度、表观密度，堆积密度。,二)材料的密实度与孔隙率密实度密实度是指材料体积内，被固体物质充实的程度。以D表示，并按下式计算：D=V/V0孔隙率孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占有的比例。以P表示，并按下式计算：P=（V-V0）/V0=1-D=1-/0,孔隙率与密实度从两个不同侧面来反映材料的致密程度，即D+P=1。建筑材料的许多工程性质如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸声性等都与材料的致密程度有关。这些性质除取决于孔隙率的大小外，还与孔隙的构造特征密切相关。孔隙特征主要指孔隙的种类（开口孔与闭口孔）、孔径的大小及孔的分布等。实际上绝对的闭口孔是不存在的。在建筑材料中，常以在常温、常压下水能否进入孔中来区分开口与闭口。因此，开口孔隙率（Pk）是指常温常压下能被水所饱和的孔体积（即开口孔体积Vk）与材料体积之比。闭口孔隙率（PB）便是总孔率P与开口孔隙率Pk-之差。由于孔隙率的大小及孔隙特征对材料的工程性质有不同的影响，因此常采用改变材料的孔隙率及孔隙特征的方法来改善材料的性能，例如对水泥混凝土加强养护提高密实度或加入引气剂，引入一定数量的闭口孔，都可以提高混凝土的抗渗及抗冻性能。,二、材料与水有关的性质（一）亲水性与憎水性材料与水接触时出现两种不同的现象，如图1-6所示，这是由于水与固体表面之间的作用情况不同。若材料遇水后其表面能降低，则水在材料表面易于扩展。这种与水的亲合性称为亲水性。表面与水亲合能力较强的材料称为亲水性材料。亲水性材料遇水后呈图1-2（a）的现象，其润湿边角（固、气、液三态交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角）90o。与此相反，当材料与水接触时不与水亲合，这种性质称为憎水性。憎水性材料遇水呈图1-2（b）的现象，90o。建筑材料中，各种无机胶凝混凝土、石料、砖瓦等均为亲水性材料，它们为极性分子所组成，与极性分子水之间有良好的亲合性。沥青、油漆、塑料等为憎水性材料，这是因为极性分子的水与这些非极性分子组成的材料互相排斥的缘故。憎水性材料常用作为防潮、防水及防腐材料，也可以对亲水性材料进行表面处理，用以降低吸水性。,（二）吸湿性与吸水性吸湿性 材料在环境中，能自发地吸收空气中水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示，即吸入水与干燥材料的质量之比。材料的吸湿性主要取决于材料的组成及结构状态。一般说，开口孔隙率较大的亲水性材料具有较强的吸湿性。材料的含水率还受到环境条件的影响，它随环境的温度和湿度的变化而改变。最后材料的含水率将与环境湿度达到平衡状态，与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。此时的含水状态称为气干状态。吸水性 材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。吸水性大小用吸水率表示，吸水率常用质量吸水率，即材料吸入水的质量与材料干质量之比表示：W质=（m饱-m干）/m干式中 W质材料的质量吸水率，%；m饱材料吸水饱和后的质量，g 或kg；m干材料在干燥状态下的质量，g 或kg；,对于高度多孔的材料的吸水率常用体积吸水率表示，即材料吸入水的体积与材料自然状态下体积之比。W体=V水/V干=（m饱-m干）/0V干式中，W体材料的体积吸水率，%；w水的密度，g/cm3；V干材料在自然状态下的体积，cm3；V水材料吸水饱和时，水的体积，cm3。由于在自然状态下，吸入水的体积与开口孔体积相等，因此材料体积吸水率与开口孔隙率数值相等。将上式变换可导出体积吸水率与质量吸水率的关系,材料吸水率的大小不仅取决于材料对水的亲憎性还取决于材料的孔隙率及孔隙特征。密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水的；具有粗大孔的材料因其水分不易存留，其吸水率也常小于其开口孔隙率；而那些孔隙率较大，且具有细小开口连通孔的亲水性材料往往具有较大的吸水能力。材料在水中吸水饱和后，吸入水的体积与孔隙体积之比称为饱和系数。材料含水后，不但可使材料的质量增加，而且会使强度降低，保温性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显的体积膨胀。可见材料中含水对材料的性能往往是不利的。,（三）耐水性材料在水的作用下，其强度不显著降低的性质称为耐水性。一般材料含水后，将会以不同方式减弱材料的内部结合力，使强度有不同程度的降低。材料的耐水性用软化系数表示：K=f1/f式中 K材料的软化系数；f1材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；f材料在干燥状态下的抗压强度，Mpa。材料的软化系数波动在0-1之间，软化系数越小，说明材料吸水饱和后强度降低得越多，耐水性越差。处于水中或潮湿环境中的重要结构物所选用的材料其软化系数不得小于0.850.90。因此软化系数大于0.85的材料，可认为是耐水的。干燥环境下使用的材料可不考虑耐水性。返回键,返回键,第二节 材料的力学性质,一.强度及强度等级根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等，抗压、抗拉、抗剪强度的计算公式如下:f=F/A式中 f材料的强度，Mpa；F材料破坏时的最大荷载，N；A材料受力截面积，mm2。,材料的抗弯强度用下式计算f弯=3FL/2bh2不同种类的材料具有不同的抵抗外力的特点。相同种类的材料，其强度随孔隙率及宏观结构特征的不同有很大差异。一般说，材料的孔隙率越大，强度越低，两者有近似直线的比例关系，如图1-5所示。材料的强度除与组成和结构有关外，其强度值还受试件的形状、尺寸、表面状态、温度、湿度及试验时的加荷速度等因素影响，因此国家规定了试验方法，测定强度时应严格遵守。,强度等级强度等级 为了掌握材料的力学性质，合理选择材料，将材料按极限强度(或屈服点)划分成不同的等级，即强度等级。如石材、混凝土、红砖等脆性材料主要用于抗压，因此以其抗压极限强度来划分等级，而钢材主要用于抗拉，故以其屈服点作为划分等级的依据。“比强度”比强度是评价材料是否轻质高强的指标。它等于材料的强度与体积密度之比，其数值大者，表明材料轻质高强。,二、脆性与韧性脆性材料在外力作用下，直至断裂前只发生很小的弹性变形，不出现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。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达几倍到几十倍。脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差，故常用于承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子、墩座等。属于此类的材料如石材、砖、混凝土、铸铁等。韧性材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时也能产生一定的塑性变形而不致破坏的性质称为韧性（或冲击韧性）。建筑钢材、木材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击试验来检验。常用材料的强度表1-2,材料的理论强度与实际强度材料在外力作用下，抵抗破坏的能力称为强度。当材料受到外力、荷载、变形限制、温度等作用都可使其内部产生应力。当应力增大到一定数值时，不同的材料可出现两种情况：一种是当应力达到某一值（屈服点）后，应力不再增加就能产生较大的塑性变形，使构件失去使用功能，却并未达到极限应力值。另一种是应力未能使材料出现屈服现象就直接达到材料的极限应力值而出现断裂。这两种情况下的应力值都可称为材料的强度，前者如建筑钢材以屈服点值作为钢材的设计依据，而几乎所有的脆性材料都属于后者。从理论上讲，材料受外力作用产生破坏的原因主要是由于拉力造成质点间结合键断裂的缘故。或者产生脆裂，或者产生晶界面的滑移。材料受压破坏，实际上也是由于压力作用引起内部产生拉应力或剪应力而造成的破坏。,三.材料的受力变形材料受外力作用，其内部会产生一种用来抵抗外力作用的内力，同时还伴随着材料的变形。根据变形的特点，可将变形分为弹性变形和塑性变形。1）.弹性变形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。这种能够完全恢复的变形称为弹性变形。2）.塑性变形材料在外力作用下产生变形，当外力取消后仍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。实际上，只有单纯的弹性或塑性的材料是不存在的。各种材料在不同的应力下，表现出不同的变形性能。,四、硬度和耐磨性 硬度是材料抵抗其他物体刻划，压入其表面出现塑性变形的能力，通常，矿物的硬度采用刻划法测定其莫氏硬度，钢材，木材，混凝土采用钢球压入法测定其布氏硬度（HB）。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，通常用磨损率K表示，即K=M1-M2/A其中 M1，M2表示磨损前后的质量，g；A受损面积，cm2。返回键,返回键,第三章 无机气硬性胶凝材料,建筑上用来将散粒材料（如砂、石子）或块状材料（如砖、石块）粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料按其化学成分可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类，前者如水泥、石灰、石膏、菱苦土、水玻璃等，后者如沥青、有机高分子聚合物等。其中无机胶凝材料在建筑工程上应用更加广泛，用量也较大。无机胶凝材料按其硬化条件的不同又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料两大类。,所谓气硬性胶凝材料是只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高强度的胶凝材料。如石灰、石膏。水玻璃、菱苦土等。所谓水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化保持并继续提高其强度的胶凝材料。如各种水泥。下面将介绍集中在建筑工程中常用的气硬性胶凝材料，这类材料只能在空气中（干燥条件下）硬化，产生并增长强度。,第一节 石膏第二节 石灰第三节 菱苦土第四节 水玻璃 返回键,第一节 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，可用语建筑抹灰或者 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。,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b型半水石膏小得多（仅为b型半水石膏溶解度的1/5），b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 b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。尔后浆体继续变稠，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。,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41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。,（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。,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。,（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。,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,返回键,第四章 水 泥,水泥是最主要的建筑材料之一，广泛应用于工业民用建筑、道路、水利和国防工程。作为胶凝材料与骨料及增强材料制成混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土构件，也可配制砌筑砂浆、装饰、抹面、防水砂浆用于建筑物砌筑、抹面、装饰等。水泥品种繁多，按其主要水硬性物质，可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等系列，其中以硅酸盐系列水泥生产量最大，应用最为广泛。硅酸盐系列水泥是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，共同磨细制成。按其性能和用途不同，又可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。,第一节 硅酸盐类水泥第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第三节 其他品种水泥 返回键,第一节 硅酸盐类水泥,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。硅酸盐类水泥分两种型号：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。,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,硅酸盐水泥的生产过程,（二）硅酸盐类水泥的矿物组成在煅烧过程中，配成生料的各种原料首先要分解，然后在更高的温度下形成各种新的矿物。硅酸盐类水泥熟料的主要矿物有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）,铝酸三钙C3A），铁铝酸四钙（C4AF），以上矿物中硅酸钙约占70%以上。水泥熟料是以上四种矿物的混合物，其中每种矿物单独水化都具有一定的特点。如果改变熟料中矿物成分的比例，水泥的性质也将随着改变。,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。,1.水泥的水化 水泥加水后，水泥颗粒被水包围，熟料矿物颗粒表面立即与水发生化学反应，生成水化产物，并放出一定的能量。为了调节水泥的凝结时间，在熟料磨细时，应掺有适量的（3%左右）石膏，这些石膏与部分水化铝酸钙反应，生成难溶的水化硫铝酸钙的针状晶体并伴有明显的体积膨胀。综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生产的主要水化产物有水化硅酸钙，水化铁酸钙凝胶体，氢氧化钙，水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥石中，水化硅酸盐约为50%，氢氧化钙约为25%。,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。,电镜下的水泥水化产物,水泥浆凝结硬化前后,水泥水化示意图1,水泥水化示意图2,水泥水化示意图3,水泥水化示意图4,水泥水化示意图5,水泥水化示意图6,水泥水化示意图7,水泥水化示意图8,幻灯片1,幻灯片2,幻灯片3,幻灯片4,幻灯片5,幻灯片6,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%。,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，水化反应月快，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。,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，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。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，将使水泥制品差事膨胀性裂缝，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。,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%。,6.强度 水你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度）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，各标号水泥的各龄期强度不得低于表3-2的数值。,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（按氧化钠+0.658氧化钾计算）不得大于0.60%。国标还规定：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。,（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。产生水泥石腐蚀的主要原因有以下几种：,1.淡水腐蚀 水泥石中氢氧化钙等易溶于水的成分，在淡水中有较大的溶解度，水质越纯，溶解度越大。特别是在流动水的冲刷或压力水的渗透作用下会加速其溶解，致使水泥石的孔隙增大强度降低，逐渐被破坏。2.酸性腐蚀 在工业废水、地下水、沼泽水中常含有不同种类的酸，这些酸与水泥石中的氢氧化钙作用，生成的化合物有的易溶于水，有的体积膨胀，使水泥石受到腐蚀以至破坏。,3.硫酸盐腐蚀 在海水、地下水或某些工业废水中常含有钠、钾、铵等硫酸盐，它们与水泥石中的氢氧化钙起置换作用，在水泥石的孔隙中形成石膏，石膏进一步与水泥石中水化铝酸钙起作用，生成针状结晶的水化硫驴酸钙，体积增大22.5倍，从而对水泥石产生巨大的破坏作用。因水化硫铝酸钙的针状结晶与细菌中的杆菌外形相似，所以被称为“水泥杆菌”。此外，镁盐、碳酸水及强碱等对水泥石均有一定的腐蚀作用。,根据产生腐蚀的原因可采取下列防止措施：（1）根据工厂所处的环境，选用适当的水泥；（2）提高水泥制品本身的密实度，减少侵蚀介质的渗透；（3）当侵蚀作用很强时，在水泥结构物表面加做防护层，如涂刷沥青、粘贴瓷砖等。,五、硫酸盐水泥的特征及应用硫酸盐水泥具有一些良好的特征，因此应用广泛。六、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，处理方法和使用范围见表5-3。,第二节 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一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。,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非活性混合材料之间。,二、普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、615%的混合材料，、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，都称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥，代号P.O。,普通水泥的标号的范围比较宽，使用范围也比较广，其标号分为325、425、425R、525、525R、625、625R。各种标号水泥在各个龄期的强度见表5-4。国标GB175-92中规定：普通硅酸盐水泥中烧失量不得大雨5.0%，细度用80m方空筛，筛余量不得超过10.0%，初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。其余技术要求与硅酸盐水泥相同。,三、矿渣硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥，代号P.S。粒化高炉矿渣的掺加量按质量的百分比计为2070%，它比普通硅酸盐水泥中混合材料的掺加量要大得多。,四、火山灰质硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥，简称火山灰水泥，代号P.P。火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为2050%。,五、粉煤灰硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称为粉煤灰水泥，代号 P.F，粉煤灰水泥 掺加量按按质量百分比计为2040%。矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥分为275、325、425、425R、525、525R和625R七个标号。水泥各龄期的强度应该符合表5-5的规定。,对矿渣水泥、粉煤灰水泥和火山灰水泥，除了矿渣水泥中三氧化硫含量不得超过4.0%外，其他技术要求均与普通水泥相同。以上五大品种水泥的的重要特性及适用范围见表5-6。,六、水泥的质量等级根据建材行业标准水泥质量分等原则JC/T452-92规定，水泥产品水平划分为优等品，一等品和合格品三个等级。返回键,第三节 其他品种水泥,在实际建筑施工中，往往会遇到一些有特殊要求的工程，如紧急抢修工程、具有鲜艳色彩的工程，耐热耐酸工程，新旧混 凝土搭接工程等，前面介绍的五个品种的水泥已不能满足这些工程的要求，这就需要采用其他品种的水泥，如快硬硅酸盐 水泥，高铝水泥，白色硅酸盐水泥等。,一、快硬硅酸盐水泥凡以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏磨细而成的，以3d抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥。这种水泥凝结硬化快，根据快硬硅酸盐水泥GB199-90规定，初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于10h，并以3d抗压强度表示标号。分为325、375、425三个标号。各种标号水泥各龄期强度不得低于表3-8数值。这种水泥可用来配制早强、高标号混凝土，适用于紧急抢修工程，低温施工工程和高标号混凝土预制件等，在存储和运输中要特别注意防潮。,二、高铝水泥高铝水泥也称为矾土水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以铝酸钙为主要成的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料。高铝水泥早期强度增长快，水化热大而且强度高，并以3d抗压强度表示标号，分为425、525、625、725四个标号。高铝水泥不仅强度高，而且耐硫酸盐腐蚀和高温，在运输和储存过程中要注意高铝水泥防潮，否则吸湿后强度下降快，在施工中不得与硅酸盐水泥、石灰等混用，否则使水泥迅速凝结，强度降低。,三、白色硅酸盐水泥由白色硅酸盐水泥熟料加入矢量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。白水泥的基本性质与普通水泥相同，根据标准划分为325、425、525、625四个标号，各龄期的强度不得超过低于表3-10所列数值。,表3-11水泥的白度等级,此外白水泥的一个重要指