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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,黎明职业大学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章,绪 论,一、土木工程材料的定义与分类土木工程材料,是指用于建筑工程中所有材料的总称。不仅包括构成建筑物的材料，而且包括在建筑工程施工中的一些辅助性材料。,建筑工程 是指一般的工业与民用建筑的房屋建筑工程，以及与房屋建筑工程构造形式类似的构筑物。,构筑物,建筑物,一、土木工程材料的定义与分类,按化学成分分,土木工,程材料,无机材料,有机材料,复合材料,金属材料,非金属材料,植物性材料,沥青材料,高分子材料,一、土木工程材料的定义与分类,按使用功能分,土木工,程材料,建筑结构材料,墙体材料,建筑功能材料,如钢筋、,混凝土等,如砖、砌块,如装饰、,绝热材料等,二、土木工程材料在建筑工程中的地位和作用,土木工程材料是建筑业的物质基础。在建筑工程总投资中，土木工程材料投资占50%-70%。,二、土木工程材料在建筑工程中的地位和作用,建筑艺术的发挥，建筑功能的实现，必须有品种多样质量良好的土木工程材料。,土木工程材料的质量直接关系到建筑工程的质量。,三、我国,工程材料,及,工程材料,工业的发展,历史上传统土木工程材料的应用,建国以来工程材料,及其,工业的发展,改革开放以后工程材料工业的发展,我国建材工业的现状及发展方向,三、我国,工程材料,及,工程材料,工业的发展,历史上我国土木工程材料的应用,我国的,土木工程,材料主要是天然石材、木材、砖、石灰等一些材料。古代劳动人民在,土木工程,材料的生产和使用方面，取得了许多重大成就。例如：,建成于公元前7世纪的万里长城；,福建泉州的洛阳桥；,山西五台山木结构的佛光寺大殿；,河北赵州桥。,我国古代的建筑成就（选）,万里长城,福建泉州的洛阳桥,建成于公元857年的木结构佛光寺大殿,河北赵州桥,三、我国,工程材料,及,工程材料,工业的发展,建国以来工程材料,及,其工业的发展,解放后，,工程材料,工业的发展随着国民经济的发展而迅猛发展。,名 称,解放前,解放后,备注,水 泥,100万,4亿多,钢 材,几十万吨,1000多万,建筑陶瓷,单一品种,上千品种,普通玻璃,108万标箱,1亿多标箱,三、我国,工程材料,及,工程材料,工业的发展,改革开放后工程材料工业的发展,改革开放后，我国工程材料,工业更是得到突飞猛进的发展。在世界,工程材料,生产中占的比例大幅度地提高。特别是装饰材料的发展，更是日新月异。,土木工程材料的发展方向的总趋势。,三、我国,工程材料,及,工程材料,工业的发展,在材料性能方面:,需要轻质、高强、多功能和耐久；,在产品形式方面:,要求大型化、构件化、预制化和单元化；,在生产工艺方面:,要求采用新工艺和新技术，改造和淘汰陈旧设备和工艺，提高产品质量；,在资源利用方面:,既要研制和开发新材料，又要充分利用工农业废料和地方材料；,在经济效益方面:,需降低材料消耗方面，进一步提高劳动生产率和经济效益。,四、土木工程材料技术标准,土木工程材料的标准及其作用,材料工业企业必须严格按技术标准进行设计、生产，以确保产品质量，生产出合格的产品。,土木工程材料的使用者必须按技术标准选择、使用质量合格的材料，使设计、施工标准化，以确保工程质量，加快施工进度，降低工程造价。,供需双方，必须按技术标准规定进行材料的验收，以确保双方的合法权益。,土木工程材料的技术标准,分为国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等，分别由相应的标准化管理部门批准并颁布。,四、土木工程材料技术标准,各级标准均有相应的代号，,其表示方法,由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组成。例如：,普通混凝土小型空心砌块,GB,8239,1993,标准名称：普通混凝土小型空心砌块,标准代号：GB发布顺序号：8239,发布年号：1997年,四、土木工程材料技术标准,国家及行业标准的相应代号,标准级别,标 准 代 号 及 名 称,国家标准,GB国家标准；GBJ建筑工程国家标准；GB/T推荐国家标准,行业标准,（部分）,JGJ建设部行业标准；JC国家建材局行业标准；,JT交通部行业标准；YB冶金部行业标准；,SD水电部行业标准；LY林业部行业标准;,JG 建工行业标准；SH 石化行业标准,地方标准,DB地方标准,企业标准,QB企业标准,四、土木工程材料技术标准,国际组织及几个主要国家标准,标准名称,代号,标准名称,代号,国际标准,国际材料与结构实验研究学会,英国标准,法国标准,ISO,RILEM,ASTM,BS,NF,德国工业标准,韩国国家标准,日本工业标准,加拿大标准学会,瑞典标准,DIM,KS,JIS,CSA,SIS,五、本课程的作用、内容和学习方法,本课程的作用,土木工程材料科学与工程，本身是一门科学技术。对于建筑类高等职业学校的各相关专业，土木工程材料课程是学好其它专业课的基础。因此，她它是一门必修的专业技术基础课。,本课程的内容,本课程主要讲述建筑工程中常用土木工程材料的原材料及生产工艺、品种与规格、主要建筑性能、质量标准、检验方法、应用和保管等基本知识。,掌握土木工程材料的性能和应用，是学习本课程的重点。必须懂得如何选择和使用土木工程材料。,五、本课程的作用、内容和学习方法,本课程的学习方法,1.了解或掌握材料的组成、结构和性质间的关系。,2.应用对比的方法。,3.密切联合工程实际，重视试验课并做好试验。,4.抓住“土木工程组成土木工程建筑性能土木工程的实际应用”一条主线的学习方法。,第2章 材料的基本性质,一、材料与质量有关的性质,材料的体积构成,体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。,一、材料与质量有关的性质,绝对密实体积,干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以,表示。,一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。,表观体积,对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。一般以 表示。,材料的自然体积,材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以,V,0,表示。,形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。,材料的堆积体积,粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以 表示。,一、材料与质量有关的性质,（一）材料的密度,1.密度（工程上称比重）,指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：,式中：,密度，g/cm,3,或 kg/m,3,；,m,材料的质量，g 或 kg；,V,材料的绝对密实体积，cm,3,或 m,3,。,2.表观密度（视密度）,材料单位表观体积的质量。按下式计算：,式中：体积密度，g/cm,3,或 kg/m,3,；,m,材料的质量，g 或 kg；材料的表观体积，cm,3,或 m,3,。,（一）材料的密度,（一）材料的密度,表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。,因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。,工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积,（一）材料的密度,砂表观密度,s,的测定,（kg/m,3,）,式中：,m,0,砂试样的烘干质量，g；,m,0,300g；,m,1,砂试样、水及容量瓶总质量，g;,m,2,水及容量瓶总质量，g。,测定瓶+砂+水的质量,m,1,测定瓶+水的质量,m,2,3.体积密度（工程称容重）,体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算,：,式中：,0,材料的体积密度,g/cm,3,或 kg/m,3,；,m,材料的质量，g 或 kg；,V,0,材料的自然体积，cm,3,或 m,3,。,（一）材料的密度,4.堆积密度,堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：,式中：,0,材料的堆积密度,g/cm,3,或 kg/m,3,；,m,材料的质量，g 或 kg；,材料的堆积体积，cm,3,或 m,3,。,（一）材料的密度,（一）材料的密度,砂堆积密度的测定,将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积,（一）材料的密度,几种密度的比较,在工程中，计算材料和构件的自重、材料的用量，以及计算配料、运输台班和堆放场地时，经常要用到材料的密度、表观密度以及堆密度等数据。,比较项目,实际密度,表观密度,体积密度,堆积密度,材料状态,绝对密实,表观状态,自然状态,堆积状态,材料体积,V,V,0,计算公式,应用,判断材料性质,用量计算、体积计算,（二）材料的密实度,密实度,是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下：,式中：,密度；,0,材料的体积密度。对于绝对密实材料，因,0,=,，故密实度,D,=1 或100%。对于大多数土木工程材料，因,0,，故密实度,D,1 或,D,100%。,材料的孔隙率,是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率,P,按下式计算：,式中：,V,材料的绝对密实体积，cm,3,或 m,3,；,V,0,材料的自然体积，cm,3,或 m,3,；,0,材料的体积密度,g/cm,3,或 kg/m,3,；,密度,g/cm,3,或 kg/m,3,。,空隙率大小反映材料密实程度。,（三）孔隙率,（四）空隙率,空隙率,是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率 按下式计算：,式中：,0,材料的体积密度；,材料的堆积密度。,空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。,（四）空隙率,孔隙率与空隙率的区别,比较项目,孔隙率,空隙率,适用场合,个体材料内部,堆积材料之间,作 用,可判断材料性质,可进行材料用量计算,计算公式,二、材料与水有关的性质,1.材料的亲水性与憎水性,与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。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作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。,二、材料与水有关的性质亲水性材料,（）憎水性材料,二、材料与水有关的性质,2.材料的吸水性,材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率来表示。,（1）质量吸水率,质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以Wm 表示。质量吸水率Wm 的计算公式为：,式中：,m,b,材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；,m,g,材料在干燥状态下的质量（g或kg）。,（2）体积吸水率,体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以,W,V,表示。体积吸水率,W,V,的计算公式为：,式中:,m,b,材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；,m,g,材料在干燥状态下的质量（g或kg）。,V,0,材料在自然状态下的体积，（cm,3,或 m,3,）；,w,水的密度,（g/cm,3,或 kg/m,3,）。,二、材料与水有关的性质,二、材料与水有关的性质,（3）影响材料吸水性的因素,材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。,（4）质量吸水率与体积吸水率之间的关系,WW,m=,水,材料的体积吸水率就是材料开口空隙率。,二、材料与水有关的性质,3.材料的吸湿性,材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率,h,表示，其计算公式为：,式中m,s,材料吸湿状态下的质量（g或kg）,m,g,材料在干燥状态下的质量（g或kg）。,当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率。,二、材料与水有关的性质,吸水率与含水率的区别,比较项目,吸水率,含水率,适用场合,在水中吸收水分,在空气中吸收水分,表示方法,吸收水分的质量比或体积比,吸收水分的质量比,吸收水量,达到饱和,与空气中水分平衡通常小于吸水率,4.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。材料耐水性的指标用软化系数,K,R,表示：,式中：,K,R,材料的软化系数；,f,b,材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；,f,g,材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。,二、材料与水有关的性质,二、材料与水有关的性质,软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。,一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。,二、材料与水有关的性质,软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将,K,R,0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。,二、材料与水有关的性质,5.抗冻性,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。,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，体积膨胀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。,二、材料与水有关的性质,抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失分别不超过5%和25%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F15、F25、F50、F100、F200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。,二、材料与水有关的性质,影响抗冻性的因素,1.材料的密实度（孔隙率）：密实度越高则其抗冻性越好。,2.材料的孔隙特征:开口孔隙越多则其抗冻性差。,3.材料的强度:强度越高则其抗冻性越好。,4.材料的耐水性:耐水性越好则其抗冻性也越,好。,5.材料的吸水量大小:吸水量越大则其抗冻性越差。,二、材料与水有关的性质,6.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。用渗透系数或抗渗等级表示。,（1）渗透系数,材料的渗透系数,K,可通过 计算。,式中：,K,渗透系数,（cm/h）;,Q,渗水量，（cm,3,）；,A,渗水面积,（cm,2,）,H,材料两侧的水压差，（cm）,d,试件厚度（cm）；,t,渗水时间（h）。,二、材料与水有关的性质,（2）抗渗等级,对于混凝土砂浆等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。,二、材料与水有关的性质,（3）影响材料抗渗性的因素,材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；,材料的密实度 ：密实度高的材料其抗渗性也较高；,材料的孔隙特征：具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。,三、材料的热工性质,1.导热性,当材料两面存在温度差时，热量提高建筑材料传递的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数,表示。,物理意义：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1K时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1 m,2,）的热量。,值越小，材料的绝热性能越好。习惯上把,0.175w/(m,)的材料称为绝热材料。,三、材料的热工性质,式中：,导热系数，W/（mK）；,Q,传导的热量，J；,d,材料厚度，m；,F,热传导面积，m,2,；,Z,热传导时间，h；（,t,2,t,1,）材料两面温度差，K。,2.热容量和比热容,性质称为材料的热容量。用热容量或比热容表示。,热容量（cm）较大，导热系数较小的材料才是良好的绝热材料。,三、材料的热工性质,三、材料的热工性质,比热容的计算式如下所示：,式中：,C,材料的比热容，J/（gK）；,Q,材料吸收或放出的热量(热容量)；,m,材料质量，g；,（,t,2,t,1,）材料受热或冷却前后的温差，K。,三、材料的热工性质,3.材料的耐燃性,材料的耐燃性是指建筑物失火时，材料能经受高温与火的作用不破坏，强度不严重下降的性能。,(1)不燃烧类,材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，如混凝土。,三、材料的热工性质,(2)难燃烧类,材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，只有在火源存在时继续燃烧阴燃，火焰熄灭后，而停止燃烧或阴燃，如沥青混凝土。,(3)难燃类,材料遇火遇高温而起火或阴燃，在火源扑灭后，能继续燃烧或阴燃，如木材。,三、材料的热工性质,4.材料的耐火性,材料的耐火性是指材料长期高温作用下，保持不溶性并能工作的性能。,(1)耐火材料,耐火度580的材料，如耐火砖中硅砖。,(2)难溶材料,耐火度在1350 1580，如耐火混凝土。,(3)易溶材料,耐火度1350，如普通粘土砖。,四、材料的力学性质,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。,根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯（抗折）强度等。,抗压,抗拉,抗剪,抗弯,四、材料的力学性质,-,抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：,式中：,f,材料强度，MPa；,F,max材料破坏时的最大荷载，N；,A,试件受力面积，,mm,2,。,四、材料的力学性质,抗弯强度的计算：,式中：,f,w材料的抗弯强度，MPa；,F,max材料受弯破坏时的最大荷载，N；,A,试件受力面积，,mm,2,；,L、b、h,两支点的间距，试件横截面的宽及高，mm。,四、材料的力学性质,2.弹性和塑性,（1）弹性,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）。,（2）塑性,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）。,四、材料的力学性质,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。,四、材料的力学性质,4.硬度和耐磨性,（1）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10个硬度等级。,回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。,（2)耐磨性,耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：,式中：,G,材料的磨耗率，（g/cm,2,）；,m,1,材料磨损前的质量，（g）；,m,2,材料磨损后的质量，（g）；,A,材料试件的受磨面积（cm,2,）。,四、材料的力学性质,五、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。,五、材料的耐久性,物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。,化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。,机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。,生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。,第3章 天然石材的检测与应用,天然岩石,名 称,成岩情况,主要品种,岩浆岩,熔融岩浆上升到地表附近或喷出地表，冷却凝结而成岩。,花岗岩,玄武岩,辉绿岩,沉积岩,岩石风化后，再经沉积、胶结而成岩。,石灰岩,砂岩,变质岩,岩石在温度、压力或化学的作用下，经变质而成岩,大理岩,片麻岩,建筑中常用石材品种,砌筑用石材,拌合混凝土用石材,装饰用石材,砌筑用石材,一、,主要品种,（一）毛石：,山体爆破直接得到的石块。,1.乱毛石：,形状布规则，主要用于砌筑基础、勒角、墙身、堤坝、挡土墙等；,2.平毛石,：乱毛石经粗略加工而成，主要用于砌筑基础、墙身、勒角、桥墩、涵洞等。,（二）料石（条石）：,具有较规则六面体形的石块。,1.毛料石：,外观大致方正,2.粗料石：,3.细料石：,经过细加工，外观规则,砌筑用石材,二、砌筑用石材的强度,强度指标：立方体抗压强度（MPa）,立方体试件：505050mm（1组3个）,强度等级：,（9个）,MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10,装饰用石材,品 种,性 能,应 用,天然大理石板材,耐化学腐蚀和抗风化性能较差,主要应用于室内装饰,天然花岗石板材,强度高、耐磨、抗风化、耐腐蚀性能好,用于室内、室外装饰,细面板材,镜面板材,粗面板材,青石装饰板材,属于砂岩,具有古建筑的独特风格,常用装饰用石材的品种、性能及应用,天然石材的应用举例,天然花岗石、大理石装饰板（室内）,天然花岗石装饰板,第5章 水泥混凝土及砂浆的检测与应用,51 概 述,正在施工的秦山核电站,一、混凝土的定义,混凝土,由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材,。,普通混凝土,由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为20002800kg/m,3,，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。,三峡工程钢筋混凝土重力坝,二、混凝土的分类,按体积密度分,重混凝土,0,2800kg/m,3,。,普通混凝土,0,20002800kg/m,3,。,轻混凝土,0,2000kg/m,3,。,按胶凝材料分,水泥混凝土、硅酸盐混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝土等。,按用途分,结构混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐酸混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土等。,二、混凝土的分类,按流动性分,干硬性砼、塑性砼、流动性砼及大流动性砼。,生产和施工方法分,按生产方式可分为预拌砼和现场搅拌砼；按施工方法分为泵送砼、喷射砼、碾压砼、挤压砼、离心砼、压力灌浆砼等。,按强度等级分,低强度砼C30、中强度砼C30C60、高强度砼 C60和超高强度砼 100MPa。,喷射混凝土施工,三、混凝土的特点,优点,易塑性：具有良好工作性，可塑性高；,经济性：成本低，维护费用也较低；,安全性：具有较好的力学强度，与钢筋有牢固黏结力，使结构安全性得到保证；,耐火性：混凝土具有h的防火时效。,多用性：砼选用于多种结构形式满足多种施工要求，它是“万用之石”；,耐久性：古罗马经几千年屹立不倒，它应该“厉久弥坚”；,三、混凝土的特点,缺点,抗拉强度低（约为抗压强度的1/101/20）、变形性能差；,导热系数大约为1.8W/（mK）；,体积密度大（约为2400kg/m,3,左右）；,硬化较缓慢。,四、混凝土五个基本要求或准则,满足与使用环境相适应的耐久性要求；,满足与设计强度要求；,满足与施工相规定所规定的工作要求；,满足业主或施工单位渴望经济性要求；,满足可持续发展所必需的生态性要求,五、混凝土性能优化途径及采取措施,性能优化途径：,降低水泥用量，由水泥、粉煤灰或磨细矿粉等共同组成合理的胶凝材料体系；,依靠减水剂实现砼低水胶比；,使用引气剂减少砼内部的应力集中现象；,通过改变加工工艺，改变骨料的粒径或级配；,减少单方砼用水量及水泥浆量；,五、混凝土性能优化途径及采取措施,主要措施：,大量使用工业废弃资源；,扶植再生砼产业使建筑垃圾作为骨料再利用；,大力发展中、低等级耐久性好砼。,52 水泥混凝土组成材料,混凝土的结构,混凝土的结构,水泥+水水泥浆+砂水泥砂浆+石子混凝土拌合物硬化混凝土,组成材料的作用,水泥+水：填充作用、润滑作用和胶结作用。,砂+石子：骨架作用、降低成本作用和稳定体积作用。,混凝土体积构成,水泥石25左右；,砂和石子70以上；,孔隙和自由水15%。,一、水泥的选择,品种的选择,配制水泥混凝土的水泥品种，应根据混凝土的工程特点或所处的环境条件，结合水泥性能，且考虑当地生产的水泥品种情况等，进行合理地选择。,强度等级的选择,原则上，配制高强度等级的混凝土，选择高强度等级的水泥；,一般情况下，水泥强度等级为混凝土强度等级的1.52.0倍；,配制高强混凝土时，可选择水泥强度等级为混凝土强度等级的0.91.5倍左右。,二、砂的技术质量要求,定义,砂是指粒径在0.154.75mm的岩石颗粒。,分类,按产源分,砂,天然砂,人工砂,机制砂,混合砂,河砂、湖砂、山砂、和淡化海砂等,二、砂的技术质量要求,按技术要求分,类 宜用于强度等级大于C60的混凝土；,类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；,类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,二、砂的技术质量要求,1.表观密度、堆积密度及空隙率,表观密度,s,2500kg/m,3,；,松散堆积密度,so,1350kg/m,3,；,空隙率,P,47%。,2.含泥量、泥块含量及石粉含量,含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；,泥块含量是指粒径大于1.18mm，经水洗、手捏后小于600,m的颗粒含量；,石粉含量是指人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。具体指标见表。,二、砂的技术质量要求,项 目,指 标,类,类,类,含泥量（质量计，%）,1.0,3.0,5.0,泥块含量（质量计，%）,0,1.0,2.0,天然砂含泥量和泥块含量,二、砂的技术质量要求,项 目,指 标,类,类,类,亚甲蓝试验,MB值1.40或合格,石粉含量（%）,3.0,5.0,7.0,泥块含量（%）,0,1.0,2.0,MB值1.40或不合格,石粉含量（%）,1.0,3.0,5.0,泥块含量（%）,0,1.0,2.0,人工砂石粉含量和泥块含量,二、砂的技术质量要求,3.有害物质含量,砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料等杂物，有害物质主要是云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯化物等。见下表。,项 目,指 标,类,类,类,云母（%)（质量计）,1.0,2.0,2.0,轻物质（%)（质量计）,1.0,1.0,1.0,有机物（比色法）,合格,合格,合格,硫化物及硫酸盐（SO,3,质量计）,0.5,0.5,0.5,氯化物（氯离子质量计）,0.01,0.02,0.06,二、砂的技术质量要求和粗细程度,4.颗粒级配和粗细程度,（1）颗粒级配是指不同粒径颗粒搭配的比例情况。,（2）级配良好的砂，不同粒径颗粒搭配比例适当，其空隙率小，且总表面积小，可以节约水泥或改善混凝土拌合物的和易性。,（3）颗粒级配采用筛分法确定，详见实验部分。,（4）颗粒级配的指标,级配区:按600m筛的累计筛余率的大小，可分为1区、2区、3区共三个级配区。详见下页表。,级配合格判定:砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和600,m筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。二、砂的技术质量要求,方筛孔,累计筛余率，,1区,2区,3区,9.50mm,4.75mm,2.36mm,1.18mm,600m,300m,150m,0,100,355,6535,8571,9580,10090,0,100,250,5010,7041,9270,10090,0,100,150,250,4016,8555,10090,砂的颗粒级配区,二、砂的技术质量要求,（5）级配的选择,宜优先选择级配在2区的砂；当采用1区砂时，应适当提高砂率；当采用3区砂时，应适当减小砂率。,5.规格,砂按细度模数大小分为粗砂、中砂、细砂：粗砂,M,x,=3.73.1；中砂,M,x,=3.02.3；细砂,M,x,=2.21.6。,细度模数按下式计算：,式中：,M,x,细度模数；,三、石子的技术质量要求,定义,粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料。,分类,按产源分：卵石和碎石,按技术要求分：,类 宜用于强度等级大于C60的混凝土；,类 用于强度等级为C30C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；,类 宜用于强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。,三、石子的技术质量要求,1.表观密度、堆积密度及空隙率,表观密度,g,2500kg/m,3,；,松散堆积密度,go,1350kg/m,3,；,空隙率,P,47%。,2.含泥量、泥块含量及石粉含量,含泥量是指粒径小于0.075mm的颗粒含量；,泥块含量是指卵石、碎石中粒径大于4.75mm经水洗手捏后小于2.36mm的颗粒含量。具体指标见表。,三、石子的技术质量要求,项 目,指 标,类,类,类,含泥量（质量计，%）,0.5,1.0,1.5,泥块含量（质量计，%）,0,0.5,0.7,碎石、卵石含泥量和泥块含量,三、石子的技术质量要求,3.针片状颗粒含量,针状颗粒是指颗粒长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者；,片状颗粒是指颗粒厚度小于平均粒径0.4倍者。,针片状颗粒不仅本身容易折断，而且会增加骨料的空隙率，使拌合物和易性变差，强度降低。见表。,三、石子的技术质量要求,项 目,指 标,类,类,类,针、片状颗粒（%）（质量计）,5,15,25,碎石、卵石针片状颗粒含量,4.有害物质含量,卵石、碎石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块和炉渣等杂物。见下表。,项 目,指 标,类,类,类,有机物,合格,合格,合格,硫化物及硫酸盐（%）（SO,3,质量计）,0.5,1.0,1.0,三、石子的技术质量要求,5.强度,采用岩石抗压强度和压碎指标两种检验：,岩石抗压强度是将母岩制成50mm50mm50mm立方体试件（或50mm50mm圆柱体），在水饱和状态下（浸水48h）测定其极限抗压强度值。,三、石子的技术质量要求,压碎指标是将一定质量风干状态下9.5019.0mm的颗粒装入标准圆筒内，在压力机上按1kN/s速度均匀加荷至200kN并稳定5s，卸荷后用2.36mm的筛筛除被压碎的细粉，称出筛余量。按下式计算：,式中：,Q,c,压碎指标值；,G,1,试样的质量，g；,G,2,压碎后的筛余量，g。,三、石子的技术质量要求,项 目,指 标,类,类,类,碎石压碎指标（%）,10,20,30,卵石压碎指标（%）,12,16,16,碎石、卵石的压碎指标,质量损失（）,三、石子的技术质量要求,6.颗粒级配,为减少空隙率，改善混凝土拌合物和易性及提高混凝土的强度，粗骨料也要求有良好的颗粒级配。,粗骨料的继配也采用筛分法试验,用12种孔径的方孔筛进行筛分,其原理与砂基本相同.,粗骨料的颗粒级配有连续级配与间断级配两种。,连续级配是石子由小到大连续分级；,间断级配是指用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配，中间为不连续的级配，由于易产生离析，应用较少。,三、石子的技术质量要求,7.最大粒径,粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒级的最大粒径。,从结构上考虑,根据规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4；对混凝土实心板，不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。,三、石子的技术质量要求,7.最大粒径,从施工上考虑,对泵送混凝土，粗骨料最大粒径与输送管内径之比碎石不宜大于1：3，卵石不宜大于1：2.5，高层建筑宜在1：31：4，超高层建筑宜在1：41：5。,从经济上考虑,当最大粒径小于80mm时，水泥用量随最大粒径减小而增加，当大于150mm后，节约水泥的效果却不明显。,三、石子的技术质量要求,8.,碱活性,骨料中若含有活性SiO2或含有碳酸盐,在一定条件下会与水泥中的碱发生碱骨料反应,生成凝胶,吸水产生膨胀,导致混凝土开裂.,若骨料含有活性SiO2,采用化学法和砂浆棒法进行检验。,若骨料含有活性碳酸盐,采用岩石柱法进行检验。,四、拌合用水的技术质量要求,混凝土拌合和养护用水按水源不同分为饮用水、地表水、地下水和经适当处理的工业用水。,拌制和养护混凝土宜采用饮用水，当采用其它来源水时，应符合混凝土拌合用水标准（JGJ63,1989）的规定。,五、外加剂,定义,混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。,五、外加剂,按主要功能的分类,（1）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。,（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。,（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。,（4）改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等,。,五、外加剂,（一）、减水剂,混凝土减水剂是种在保持混凝土拌合物坍落度相同条件下，能减少拌合用水量的外加剂，又称为“塑化剂”，高效减水剂又称为“超塑化剂”。,五、外加剂,1.减水剂的作用机理减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成，可以降低表面能；,掺入减水剂前：,当水泥加水拌合形成水泥浆的过程中，水泥颗粒把一部分水包裹在颗粒之间而形成絮凝状结构，水的作用不能充分发挥；,五、外加剂,絮凝状结构,五、外加剂,掺入减水剂后：,表面活性剂在水泥颗粒表面作定向排列使水泥颗粒表面带有同种电荷，这种排斥力远远大于水泥颗粒之间的分子引力，使水泥颗粒分散，絮凝状结构中的水分释放出来，混凝土拌合用水的作用得到充分的发挥，拌合物的流动性明显提高，这是减水剂分子吸附产生的分散作用。,五、外加剂,表面活性剂的极性基与水分子产生缔合作用，使水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，阻止了水泥颗粒之间直接接触，起到润滑作用，改善了拌合物的流动性。,减水剂在水泥颗粒表面的吸附，使水泥颗粒表面能较低且带有相同电荷而相互电斥，导致水泥颗粒在液相中分散，絮凝结构中被水泥颗粒包围的水被释放出来，这就是减水剂的作用机理。,五、外加剂,2.减水剂的作用效果,（1）在保持一定和易性时，减少混凝土拌合物的用水量，提高混凝土的强度。在混凝土拌合物坍落度基本一定的情况下，减少混凝土的单位用水量525（普通型515，高效型1030）。,（2）在不减少单位用水量情况下，提高混凝土拌合物的流动性。在用水量和强度一定的条件下，坍落度可提高100200mm。,五、外加剂,2.减水剂的作用效果,（3）在保持一定强度