土木工程材料课件.ppt

,*,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,绪 论,一、土木工程材料的定义,1.,广义：指建造建筑物和构筑物的所有材料，包括使用的各种原材料、半成品、成品等的总称。如粘土，生石灰，混凝土等。,2.,狭义：指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。如混凝土、水泥、钢筋、粘土砖、玻璃等。,两个基本要求：,2,、在其使用过程中，能抵御周围环境的影响与有害介质,的侵蚀，保证建筑物和构筑物的合理使用寿命。同时也,不能对周围环境产生危害。,1,、满足建筑物和构筑物本身的技术性能要求，保证能正,常使用。,二、土木工程材料的分类,（一）按组成,物质和化学成,份分类,无机材料,有机材料,复合材料,金属材料,非金属材料,金属与非金,属复合,无机与有机复,合材料复合,绪 论,（二）按材料,来源,天然材料,人造材料,（三）按实用,功能分,结构材料,功能材料,绪 论,绪 论,三、土木工程材料的技术标准,1,、标准：对某项技术实行统一的执行要求。,2,、标准的分类,（一）我国的土木工程材料技术标准：,（,1,）国家标准,强制性标准代号,GB,推荐性标准代号,GB/T,，它表示,也可以执行其他标准，是非强制性的。,（,2,）行业标准,建筑工程行业标准代号,JG,土木工程材料行业标准代号,JC,（,3,）地方标准（,DB,）和企业标准（,QB,）,（二）国际标准及其他国家标准：,团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的,标准。如美国材料与实验协会标准（,ASTM,）等。,区域性标准。如德国工业标准,(DIN),等。,国际标准化组织标准，代号,ISO,。,绪 论,例：,国家标准（强制性）,钢筋混凝土用热轧带肋钢筋,GB14991998,建筑行业标准（推荐性）,建筑石灰,JC/T47992,GB,强制性国家标准代号,1499,标准发布顺序号,1988,标准发布年代,其他标准只是前面的代号变，表示方式均与例子中表示 一样。,绪 论,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(,GB17592),四、土木工程材料的发展及发展趋势,1,、土木工程材料的发展：随生产力发展而发展,原始时代,天然材料：木材、岩石、竹、粘土,石器、铁器时代,金字塔（,2000-3000 BC),：石材、石灰、石膏,万里长城（,200 BC):,条石、大砖、石灰砂浆,布达拉宫：石材、石灰砂浆,18,世纪中叶,钢材、水泥,19,世纪,钢筋混凝土（,1890-1892,）；,中国，,1898,绪 论,20,世纪,预应力混凝土、高分子材料,21,世纪,轻质、高强、节能、高性能绿色建材,2,、土木工程材料的发展趋势：,（,1,）轻质、高强；（,2,）发展多功能材料；,（,3,）廉价、低耗能（,4,）由单一材料向复合材料及制品发展,（,5,）扩大装配式预制构件的工厂化生产；,（,6,）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环,保方向发展；（,7,）发展更多花色品种的装饰材料。,绪 论,第一章 土木工程材料的基本性质,材料的基本性质：,是指材料处于不同的使用条件和使用,环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木工程材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。,第一章 土木工程材料的基本性质,1-1 材料的物理状态参数,一、,材料的密度、表观密度及体积密度,：,1.,密度：,m,-,材料在干燥状态下的质量,V-,材料在绝对密实状态下的体积,测定办法：,1,）测质量：烘干（烘箱）,称量（天平）；,2,）测体积：,（,a,）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻 璃等,;,（,b,）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，将其磨成细粉后，可由排水法测得。,第一章 土木工程材料的基本性质,表观密度的测定：,质量测定用天平,体积测定可采用排水法,2.表观密度：,-,-,材料的质量,-,材料在自然状态下的表观体积,注意：1.,V,b,=V+V,闭孔,2.表观密度须注明含水状,态，常是一个范围内的值。,第一章 土木工程材料的基本性质,3.,体积密度：,-,-,材料的质量,-,材料在自然状态下的体积,注意：1.,V,0,=V+V,闭孔,+,V,开孔,体积密度的测定：,1,）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到；,2,）外形不规则的砂石等，可采用封腊排水法测定体积；,第一章 土木工程材料的基本性质,二、,材料的密实度与孔隙率,1.密实度：,2.孔隙率：,第一章 土木工程材料的基本性质,孔隙大小,孔隙状态：,孔径 0.01 极细孔隙,孔径,1.0 细小孔隙,孔径 1.0 粗大孔隙,封闭孔隙指常压下吸不到水，当水压太大时可以通过材料内部的毛细通道进入其中,第一章 土木工程材料的基本性质,三、,散粒材料：,m,-,材料的质量,-,材料的堆积体积,1.,堆积密度：,2.,填充率：,3.,空隙率：,空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。,第一章 土木工程材料的基本性质,材料名称,密度,g/cm,3,表观密度（,kg/m,3,）,堆积密度（,kg/m,3,）,孔隙率（）,钢材,7.8,7.9,7850,0,花岗岩,2.7,3.0,2500,2900,0.5,3.0,石灰岩,2.4,2.6,1800,2600,1400,1700,（碎石）,砂,2.5,2.6,1500,1700,粘土,2.5,2.7,1600,1800,水泥,2.8,3.1,1200,1300,烧结普通砖,2.6,2.7,1600,1900,20,40,表,1.2,常用土木工程材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率,第一章 土木工程材料的基本性质,例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为,24%,，此试样在自然状态下的体积为,40cm,3,，质量为,85.50g,，吸水饱和后的质量为,89.77g,，烘干后的质量为,82.30g,。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率。,解：密度,=,干质量,/,密实状态下的体积,=82.30/40,（,1-0.24,）,=2.7g/cm,3,开口孔隙率,=,开口孔隙的体积,/,自然状态下的体积,=,（,89.77-82.3,）,1/40=0.187,闭口孔隙率,=,孔隙率,-,开口孔隙率,=0.24-0.187=0.053,表观密度,=,干质量,/,表观体积,=82.3/40,（,1-0.187,）,=2.53,第一章 土木工程材料的基本性质,1-2 材料的力学性质,一、,材料的变形性质：,1、材料的弹性变形和塑,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。这种完全恢复的变形称为弹性变形,(,或瞬时变形,),。,材料的力学性质：,指材料在外力作用下所引起的变化的性质。,例：钢筋受力变形,2),塑性变形：,在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，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,(,或永久变形,),。,第一章 土木工程材料的基本性质,2,、,脆性和韧性,1）脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。,2）韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。,脆性材料的抗压强度比其抗拉强度往往要高很多倍。它对承受震动作用和抵抗冲击荷载是不利的。在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,二、强度、强度等级和比强度,1,、强度：在外力作用下不破坏时能承受的最大应力称为强度。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）及抗剪强度等形式。,(,),抗压,(,),抗拉,(,),抗折,(,),抗剪,1,）抗压强度、抗拉强,度、抗剪强度计算公式：,2,）抗弯强度：,第一章 土木工程材料的基本性质,2,、强度等级,:,大多数土木工程材料根据其极限强度的大小，划分成若干不同等级，即强度等级。将土木工程材料划分若干标号，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。,塑性和韧性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行分级，如钢材分为,Q195,，,215,，,235,，,255,，,275,等；,脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的，混凝土强度等级：,C10,、,C20、C25、C30、C35、C40,。,第一章 土木工程材料的基本性质,3,、比强度：,材料强度与其表观密度之比。是衡量材料是否轻质、高强的指标。,钢材、木材和混凝土的强度比较,材料,表观密度,(kg/m,3,),抗压强度,(MPa),比强度,低碳钢,7860,415,0.053,松木,500,34.3(,顺纹,),0.069,普通混凝土,2400,29.4,0.012,可知，木材是轻质高强的高效能材料，而普通混凝土为质量大而强度较低的材料，所以努力促进普通混凝土这一当代最重要的结构材料向轻质、高强方向发展，是一项十分重要的工作。,第一章 土木工程材料的基本性质,三、材料的硬度和耐磨性：,1,、硬度：材料抵抗其他物体压入或刻划的能力称为硬度。,即受压时抵抗局部塑性变形的能力。,测定法：金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。,第一章 土木工程材料的基本性质,2,、,耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用,耐磨率表示,（,道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的部位，选择材料需考虑其耐磨性）。,耐磨率，,磨前质量，,磨后质量，,试件受磨面积，,一般硬度越大耐磨性越好，工程上也常用硬度来换算出材料的耐磨性,第一章 土木工程材料的基本性质,1-3 材料与水有关的性质,一、材料的亲水性与憎水性：,材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现,为,亲水与憎水,两种不同的性质。用润湿角判断。,润湿角：,亲水性材料有：砖、混凝土砌块等。,憎水性材料有：沥青、石蜡和塑料等，常用做防水、防,潮材料。,90,o,180,o,憎水材料,90,o,亲水材料,第一章 土木工程材料的基本性质,二、材料的吸水性与吸湿性：,1、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。,质量吸水率,:,体积吸水率,:,各种材料的吸水率相差很大，如花岗等致密岩石的吸水率（质量吸水率）仅为,0.5%0.7,，普通混凝土为,2,3,，粘土砖为,8,20,。而木材或其他轻质材料的吸水率则常大于,100,。,m,b,吸水饱和后质量,m,g,干燥状态下质量,V,0,干燥时自然体积,干燥时体积密度,第一章 土木工程材料的基本性质,2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。,含水率,吸湿作用一般是可逆的，也就是说材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。潮湿材料在干燥的空气中会放出水分，此称还湿性。,含水率，,%,m,s,吸湿状态下的质量,m,g,干燥状态下质量,第一章 土木工程材料的基本性质,平衡含水率：,材料中所含水分与空气湿度达到平衡时的含水率。,干燥的材料,吸收空气中的水分,潮,湿,的,材,料,平衡含水率,释放水分,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,三、耐水性：材料长期处于水的作用下不破坏，其强度,也不严重降低的性质。用软化系数表示。,四、抗渗性：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。,软化系数,:,材料在吸水饱和状态下的抗压强度,f,g,材料在干燥状态下的抗压强度,（软化系数,0.85,的材料，认为是耐水的材料。）,混凝土、砂浆等的抗渗性用抗渗等级表示。例如：,P4、P6、P8,分别表示材料能承受 0.4、0.6、0.8,MPa,的水压而不透水。,抗渗系数越小、抗渗等级越高抗渗性越好。对地下建筑、水工建筑物、压力管等，要求材料具有一定的抗渗性。,抗渗系数,:,第一章 土木工程材料的基本性质,1-4 材料的耐久性,一、耐久性的概念：,材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素作用而不破坏，且能保持原有性质的性能。材料在使用过程中会受到各种外力的作用，还受到环境中各种自然因素的破坏作用如物理作用、化学作用、生物作用。,不同材料所处的工作环境不同，耐久性包含的内容不同。所以，要提高材料的耐久性，应根据材料种类特点即建筑物所处的环境条件进行具体分析，选择正确的材料。,抗冻性,耐久性是一个综合性质：抗渗性,抗化学侵蚀性,抗碳化性能 等等,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,例：图为莫大楼的外表面，从中可以看见墙壁发黑，在有些地方可见白色,流迹线，还有凸凹不平的现象是分析其原因,第一章 土木工程材料的基本性质,1-5 材料的热工性质（了解）,一、导热性：,三、热容量：,指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力,。,二、比热：,热容量高的材料，能对室,内温度起调节作用。,导热系数越小，材料的保温隔,热性能越好。,导热系数,：,1,kg,材料温度升高（或降低）1,K,时所吸收或放,出的热量。用,C,表示。,材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递,的能力。,第一章 土木工程材料的基本性质,四、材料的温度变形性,式中,:,材料在常温下的平均线膨胀系数,(,),线膨胀或线收缩量（,mm,或,cm,）,材料升（降）温前后的温度差（）,L,材料原来的长度（或）,线膨胀系数,:,材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。,第一章 土木工程材料的基本性质,1-,6,材料的装饰性能,（了解）,一、装饰材料的基本要求,1,、颜色,2,、光泽,3,、质感,4,、表面组织及形状尺寸,二、装饰材料的选用原则,1,、满足使用功能,2,、满足装,饰效果,3,、材料的安全性,4,、有,利于人的身心健康,5,、合理的,耐久性,6,、经济性原则,7,、便,于施工,第一章 土木工程材料的基本性质,1-,7,材料的组成、结构和构造（了解）,一、材料的组成,化学组成：,是指构成材料的化学成分。不同化学成分组成的材料其性质不同。,矿物组成：,是指元素组成相同，单分子团形成形式各异的现象。,材料的化学组成不同，则材料的矿物组成就不同。材料的化学组成相同，可以有不同的矿物组成。,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,二、材料的结构,1,、宏观结构：,指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在,10,-3,m,级以上。,2,、亚微观结构（显微或细观结构）,：,指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在,10,-3,10,-6,m,。,3,、微观结构：,指通过用电子显微镜、,X-,射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在,10,-6,-10,-10,m,。,第一章 土木工程材料的基本性质,宏观结构,1.,散粒结构 由单独的颗粒组成。,2.,聚集结构 材料中的颗粒通过胶结材料彼此牢固地结,合在一起。,3.,多孔结构 材料中含有大量的,大的,或微小的均匀分布,的孔隙。,4.,致密结构 材料在外观上和结构上都是致密的。,5.,纤维结构 是木材,玻璃纤维制品所特有的结构。,6.,层状结构 是板材常见的结构。,大理石,材料的宏观结构及其相应的主要特征,第一章 土木工程材料的基本性质,习题：,1,、同种材料，如孔隙率越大，则材料的强度越,，保温性越,，吸水率越,。,2,、软化系数表明材料的（）。,A,、抗渗性,B,、抗冻性,C,、耐水性,D,、吸湿性,3,、新建的房屋保暖性差，到冬季更甚，这是为什么？,(,提示：从导热系数的影响因素考虑。,),4,、破碎的岩石试件经完全干燥后，其质量为,482g,，将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子吸水饱和后，量筒的水面由原来的,452cm,3,上升至,630cm,3,。取出石子，擦干表面水分后称得质量为,487g,。试求该岩石的表观密度、吸水率？,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,解：,1,）体积密度：,=2487/1462.8=1.7g/cm,3,孔隙率,=37%,V,孔,/,1462.8100%=37%,故孔的体积：,V,孔,=,541.236cm3,，,求绝对密实体积：,V=V,o,-V,孔,=,1462.8-541.236=921.6cm3,2,）求密度：,=,2487/921.6=2.7g/cm3,3,）求含水率：,W=(m,2,-m,1,)/,m,1,100%=(2984-2487)/2487100%,=20%,5,、烧结普通砖的尺寸为,240mm115mm53mm,，已知其孔隙率为,37%,，,干燥质量为,2487g,，浸水饱和后质量为,2984g,。试求该砖的绝对密实体积、,密度、吸水率。,第二章 气硬性胶凝材料,一、胶凝材料的定义,经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个整体的材料。,二、胶凝材料的分类,胶凝材料,无机胶凝材料,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,第一节 绪 论,无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分。,(,绝大多数的无机化合物可以归入,氧化物、酸、碱、盐,四大类,),有机胶凝材料以天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分，常用的有沥青、各种合成树脂等,。,第二章 气硬性胶凝材料,（,1,）气硬性胶凝材料：,只能在空气中（干燥条件下）硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如石灰、石膏、水玻璃；,（,2,）水硬性胶凝材料：,既能在地上或空气中硬化，又能在水中或地下硬化并保持和发展其强度的胶凝材料，如水泥；,在土木工程材料中，胶凝材料是基本材料之一，通过它的胶结作用可配制出各种混凝土及建筑制品，衍生出许多新型材料，不同胶凝材料衍生出材料及制品将会有不同的性质。,第二章 气硬性胶凝材料,第二节 石 灰,一,、,石灰的原料及生产：,（一）原料：,以碳酸钙为主要成分的天然岩石，常用,的有石灰石，白云石，贝壳等。,（二）生产工艺：,欠火石灰,过火石灰,正火石灰,为了加速分解过程，煅烧温度常提高至,10001100,左右。,9001000,(,三,),石灰的另一来源,是利用化学工业副产品。如：用电石（碳化钙）制取乙炔时的电石渣（,Ca,（,OH,）,2,）。,CaCO,3,CaO+CO,2,石灰岩,生石灰,第二章 气硬性胶凝材料,二、,石灰的熟化,(,消化、工地称为,“,淋灰,”,),：,（一）石灰熟化原理：,注意：,1、,熟化反应是放热反应,2、熟化反应过程体积膨胀1,-2.5,倍,（二）石灰的陈伏：,过火石灰熟化较慢，当石灰已经硬化后才开始熟化，引起隆起和开裂，为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰池中存放两周以上，使未曾熟化的石灰颗粒充分熟化，这一过程叫做,“,陈伏,”,。,CaO+H,2,O=Ca(OH),2,十,64.910,3,J,第二章 气硬性胶凝材料,（三）石灰的熟化方法及用途：,按石灰用途，我国工地上熟化石灰的方法有两种：,消石灰浆法和消石灰粉法（淋灰法和化灰法）。,1),用于调制石灰砌筑砂浆或抹灰砂浆时，需将生石灰加水熟化成消石灰浆。生石灰在化灰池中熟化后，通过筛网流入储灰坑储存两周以上。,2),用于拌制石灰土,(,石灰、粘土,),、三合土,(,石灰、粘土、砂石或炉渣等,),时，将生石灰加水熟化成消石灰粉。,现在多用机械方法在工厂中将生石灰熟化成消石灰粉，在工地调水使用。,三、石灰的硬化,（一）干燥硬化,浆体中大量水分蒸发，但尚留一部分游离水，水表面张力将石灰粒子紧密,连接到一起，具有一定的强度。,第二章 气硬性胶凝材料,（二）结晶硬化,Ca,（,OH,）,2,从饱和溶液中析出，逐渐由胶体转变成晶体的过程，主要作用力为分子力，晶体互相交叉连生，从而提高强度。,（三）碳化硬化,Ca,（,OH,）,2,与空气中的,CO,2,发生化学反应，形成,CaCO,3,使石灰的强度逐渐提高。,四、石灰的品种,1,）按石灰中的氧化镁含量的高低分,2,）按成品的加工方法分,块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。,生石灰,钙质石灰,镁质石灰,MgO5%,5%,MgO24%,第二章 气硬性胶凝材料,石灰石,块状,生石灰,熟石灰粉,生石灰粉,石灰膏,石灰乳,煅烧,加适量水熟化,磨细,加水为石灰质量的,2.5-3,倍,沉淀除去表,层多余水分,第二章 气硬性胶凝材料,五、石灰的技术标准,建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效,CaO,MgO,及杂质的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见,表,2.1-2.3,。,六、石灰的应用及储存,（一）石灰的特点,1,、良好的保水性；,熟化生成的氢氧化钙颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚的水膜，即石灰的保水性好。,2,、生石灰水化时水化热大，体积增大；,3,、凝结硬化慢、强度低；,表,2.1,建筑生石灰的技术指标,项目,钙质生石灰,镁质生石灰,优等品,一等品,合格品,优等品,一等品,合格品,CaO+MgO,含量,(%,，不小于）,90,85,80,85,80,75,未消化残渣含量（,5mm,圆孔筛筛余量）,%,，不大于,5,10,15,5,10,15,产浆量，,L/kg,，不小于,2.8,2.3,2.0,2.8,2.3,2.0,第二章 气硬性胶凝材料,表,2.2,建筑生石灰粉的技术要求,项目,钙质生石灰粉,镁质生石灰粉,优等品,一等品,合格品,优等品,一等品,合格品,CaO+MgO,含量,(%,，不小于）,85,80,75,80,75,70,细度,0.90mm,筛筛余,(%,，不大于）,0.2,0.5,1.5,0.2,0.5,1.5,0.125mm,筛筛余,(%,，不大于）,7.0,12.0,18.0,7.0,12.0,18.0,第二章 气硬性胶凝材料,表,2.3,建筑消石灰粉的技术要求,项目,钙质消石灰粉,镁质消石灰粉,优等品,一等品,合格品,优等品,一等品,合格品,CaO+MgO,含量,(%,，不小于）,70,65,60,65,60,55,游离水，,%,0.42,0.42,0.42,0.42,0.42,0.42,细度,0.90mm,筛筛余,(%,，不大于）,0,0,0.5,0,0,0.5,0.125mm,筛筛余,(%,，不大于）,3,10,15,3,10,15,第二章 气硬性胶凝材料,第二章 气硬性胶凝材料,4,、硬化后体积收缩大，易开裂；,5,、耐水性差；,6,、化学稳定性差。,（二）石灰的应用,1,、配制石灰砂浆和石灰乳涂料,石灰砂浆由石灰膏和砂、水拌合而成，可用作内墙、顶棚的抹面。,石灰乳由石灰膏稀释而成，常用作内墙和顶棚的粉刷涂料。,2,、配制灰土和三合土,灰土：熟石灰粉,+,粘土。,三合土：熟石灰粉,+,粘土,+,砂、石或炉渣等填料。（,三七灰土、四六灰土）,可广泛用作建筑物的基础、路面或地面的垫层。,第二章 气硬性胶凝材料,例,既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？,解,(1),石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。,(2),再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。,第二章 气硬性胶凝材料,3,、制作碳化石灰板,碳化石灰板是将磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料（如矿渣）搅拌、成型，然后经人工碳化而成的一种轻质板材，适宜作非承重内墙板、天花板等。,4,、制作硅酸盐制品,磨细生石灰或消石灰粉与砂或粒化高炉矿渣、炉渣、粉煤灰等硅质 材料经配料、混合、成型，再经常压或高压蒸汽养护，就可制得密实或多孔的硅酸盐制品。如灰砂砖、粉煤灰砖及砌块、加气混凝土砌块等。,第二章 气硬性胶凝材料,（三）石灰的储存,1,、生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。作到“随到随化”。,2,、生石灰不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。,3,、熟石灰在使用前必须陈伏,15d,以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。,工程实例,某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判该石灰的品质？,1.,检测石灰中,CaO,和,MgO,的含量,细度。,2.,根据,MgO,含量，判定该石灰的类别,(,属钙质,/,镁质石灰,),3.,查表判定该石灰的等级。,第二章 气硬性胶凝材料,第三节 石 膏,一、建筑石膏的原料及生产,二水石膏,CaSO,4,2H,2,O,CaSO,4,0.5H,2,O,CaSO,4,0.5H,2,O,107,170,加热、脱水,125 0.,13MPa,蒸压锅,型,建筑石膏,型,高强石膏,天然的原材料,（一）,原材料,化学工业副产品,天然的二水石膏（软石膏）,磷石膏和盐田石膏,（二）生产过程,第二章 气硬性胶凝材料,生石膏,熟石膏,天然石膏,建筑石膏,第二章 气硬性胶凝材料,二、建筑石膏的水化与硬化,建筑石膏（半水石膏）重新水化放热生成二水石膏的化合反应过程：,建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。,建筑石膏凝结硬化很快，一般初凝不小于,6,分钟，终凝不超过,30,分钟。,三、建筑石膏的技术性质,第二章 气硬性胶凝材料,（一）技术指标,建筑石膏色白，密度,2.60,2.75g/cm,3,堆积密度,800,1000kg/cm,3,根据国标,建筑石膏,的规定，按其凝结时间、细度及强度指标分为三级。优等、一等和合格。,等级,指标,优等品,一等品,合格品,强度（,MPa,）,抗折强度,2.5,2.1,1.8,抗压强度,4.9,3.9,2.9,细度,(,以,0.2mm,方孔筛筛余百分数计，不大于）,5.0,10.0,15.0,凝结时间,(min),初凝时间,不小于,6,终凝时间,不大于,30,表,2.4,建筑石膏的技术要求,(GB 977688),第二章 气硬性胶凝材料,（二）技术特性,1,、强度低；,2,、凝结硬化快，初凝,6分，终凝,30分；,3,、孔隙率大（,5060%,），热导率小（,0.1210.205W/(m.k),）；,4,、凝结时体积产生微膨胀（,0.05%0.15%,）；,5,、吸湿性强，耐水性差,(,软化系数为,0.20.3),；,6,、具有较好的防火性能；,7,、加工性能好；,8,、隔热、吸声性良好；,9,、具有一定的调温、调湿性。,四、建筑石膏的应用,1,、室内抹灰与粉刷；,2,、生产建筑,石膏制品,3,、生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中,纸面石膏板,第二章 气硬性胶凝材料,装饰石膏板,吸声用穿孔石膏板,第二章 气硬性胶凝材料,五、高强石膏,1、高强石膏特点,由于高强石膏晶体较粗大，比表面积小,(1g,固体所占有的总表面积,),，拌制石膏浆时，需水量（需水量约为35%-45%）比建筑石膏（需水量高达60%-70%）小，故硬化后有较高的强度，,7,天的抗压强度可达,15-40MPa,。,2、高强石膏应用,（1）强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板,（2）掺入防水剂，可用于湿度较高的环境。,（3）做粘结剂，须加入聚乙烯醇水溶液。其特点是无,收缩。,第二章 气硬性胶凝材料,第四节 水 玻 璃（了解）,一、水玻璃（泡花碱）的原料及生产,是一种碱金属气硬性胶凝材料。,（一）原料,石英砂、纯碱或含碳酸钠的原料,（二）生产,二、水玻璃的硬化,液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并,逐渐干燥硬化，速度较慢。具体反应式如下：,Na,2,O,nSiO,2,+CO,2,+mH,2,O,Na,2,CO,3,+nSiO,2,mH,2,0,1300,1400,Na,2,CO,3,+nSiO,2,Na,2,OnSiO,2,+CO,2,第二章 气硬性胶凝材料,为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入,12%-15%,的促硬剂氟硅酸钠或加热以加快其硬化。,三、水玻璃的性质,1,、粘结力强,2,、耐酸性好,3,、耐热性好,四、水玻璃的用途,1,、涂刷或浸渍材料（除浸渍石膏之外，因会生成硫酸钠晶体，体积膨胀，产生破坏），可增加材料的密实度和强度，增强抗风化能力。,2,、加固地基；将水玻璃和氯化钠溶液交替灌入土壤中，发生化学反应，析出硅酸胶体，起到胶结和填充土壤的作用，并可以阻止水渗入，增加土壤的密实度和强度。,3,、修补裂缝、堵漏；将水玻璃溶液掺入砂浆或混凝土中，可使其急速凝结硬化。,4,、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；,5,、配制耐热砂浆和耐热混凝土。,第二章 气硬性胶凝材料,例,3-0,建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？,解建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质：（,1,）石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；（,2,）硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。,（,3,）硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出,21%,左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。,第二章 气硬性胶凝材料,（,4,）建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、抗冻性差,所以不适用于室外使用。,第二章 气硬性胶凝材料,例,3-1,某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许,多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。,试分析上述现象产生的原因。,解,石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。,石灰砂浆,A,石灰砂浆,B,第三章 水泥,概 述,2,、我国水泥工业的现状：,我,国,水,泥,年,产,量,增,长,图,表,1,、水泥,水硬性胶凝材料,9520,18000,36300,81204,138831.56,第三章 水泥,第三章 水泥,3,、水泥的分类：,(1),按照用途与性能分类,水泥,硅酸盐系列水泥,铝酸盐系列水泥,硫铝酸盐系列水泥,氟铝酸盐系列水泥,铁铝酸盐系列水泥,(2),按主要水硬性物质分类,第三章 水泥,3-1,硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥：,凡由硅酸盐水泥熟料、0,5%石灰或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为,硅酸盐水泥,（波特兰水泥）,二、硅酸盐水泥的分类：,第三章 水泥,（一）,活性混合材料：,常温下能与氢氧化钙和水发生水化反应，生成水硬性的水化产物，并能逐步凝结硬化产生强度的混合材料。,其主要作用是改善水泥的某些性能，还具有调节水泥强度标号、降低水化热、增加产量和降低成本的作用。如,粒化高炉矿渣、粉煤灰,等（硅、铝、铁、钙、镁的氧化物）。,（二）,非活性混合材料：,它们掺入水泥，不与水泥成分起化学反应或化学反应很弱，主要起填充作用，可调节,水泥强度标号,，降低水化热及增加水泥产量等。如,磨细石英砂,、,石灰石、粘土,等。,第三章 水泥,三、硅酸盐水泥的生产工艺,石灰质原料,CaO,黏土质原料,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,校正原料,(,铁粉,),生料,熟料,石膏,不超过,5%,的混合材料,按比例,混合磨细,煅烧,1450,水泥,磨细,“两磨一烧”,第三章 水泥,四、硅酸盐水泥熟料矿物组成,生料,SiO,2,CaO,化合反应,800,1450,800,左右,分解反应,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,2CaOSiO,2,3CaOSiO,2,3 CaO Al,2,O,3,4 CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,第三章 水泥,硅酸盐水泥熟料矿物组成,化合物名称,氧化物成分,缩写符号,含量,(%),硅酸三钙,3CaOSiO,2,C,3,S,45,65,硅酸二钙,2CaOSiO,2,C,2,S,15,30,铝酸三钙,3 CaO Al,2,O,3,C,3,A,7,15,铁铝酸四钙,4 CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,C,4,AF,10,18,在以上的主要熟料矿物中，硅酸三钙和硅酸二钙的总含量在,70%,以上，铝酸三钙与铁铝酸四钙的含量在,25%,左右，,故称为硅酸盐水泥,。,第三章 水泥,五、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,（一）水泥的水化反应,（,1,）,2(C,3,S)+6H,2,O,3CaO2SiO,2,3H,2,O+3Ca(OH),2,（,2,）,2(C,2,S)+4H,2,O,3CaO2SiO,2,3H,2,O+Ca(OH),2,（,3,）,C,3,A+6H,2,O,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O,（,4,）,C,4,AF+7H,2,O,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O+CaOFe,2,O,3,H,2,O,（,5,）,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O+3(CaSO,4,2H,2,O)+20H,2,O,3CaO Al,2,O,3,3CaSO,4,32H,2,O,第三章 水泥,凝结：,水泥加水拌和后，成为可塑的水泥浆，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的“凝结”。,硬化：,随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的人造石,水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。,水泥水,（水泥浆）,水泥浆失去,塑性但无强度,水泥石,凝结过程,硬化过程,（二）水泥的凝结与硬化,注意：,凝结和硬化是人为地划分的。实际上是一个连续的复杂的物理化学,变化过程。,第三章 水泥,第三章 水泥,水泥凝结硬化过程示意,1水泥颗粒 2水份 3凝胶 4晶体 5水泥颗粒的未水化内核 6毛细孔,a）,分散在水中未水,化的水泥颗粒,b）,在水泥颗粒表面,形成水化物膜层,c）,膜层长大并互相,连接（凝结）,d）,水化物进一步发,展，填充毛细孔,(硬化),第三章 水泥,（三）水泥凝结硬化的特点,1,放热反应,2,凝结硬化速度,3,7,天内较快，大致,28,天完成基本部分，,完成全过程需几年，,甚至几十年时间。,第三章 水泥,（四）各种熟料矿物单独与水作用的强度变化,第三章 水泥,性质,C,3,S,C,2,S,C,3,A,C,4,AF,凝结硬化速度,快,慢,最快,较快,水化时放出热量,大,小,最大,中,强度,高低,高,早期低、后期高,低,中,发展,快,慢,快,较快,（五）各种熟料矿物单独与水作用性质,第三章 水泥,（六）影响水泥凝结硬化的因素,1),熟料矿物的组成,C,3,S,、,C,2,S,、,C,3,A,、,C,4,AF,的含量不同水泥的性质变化很大。,C,3,S,、,C,3,A,含量提高，水泥的凝结硬化速度加快，早期强度高，同时水化热也增大。,2),水泥的细度,水泥颗粒越细，其比表面积越大，水化反应越快越充分，早期强度和后期强度都较高。但水泥太细，粉磨能耗大，水泥成本高。,第三章 水泥,国家标准规定：硅酸盐水泥的细度比表面积应大于,300m,2,/kg,。否则为不合格。,3),储存条件,水泥在运输和贮存过程中应做到,（,1,）,按标明的标号、类型及出厂日期分别进行贮运。,（,2,）防潮、防水。,（,3,）散装水泥应分库存放，袋装水泥的堆放高度不得超过,十袋,(50kg/,