建筑工程通用知识讲座(建筑工程材料)

建筑工程通用知识讲座常德职业技术学院土建系陈贤清2013年3月第二篇建筑工程材料第一章材料基本性质一、材料与质量有关的性质1、密度：是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。质量是指材料在干燥状态下的质量。体积是指干燥材料在绝对密实状态下的体积，是指材料不包括材料内部孔隙体积在内的固体物质所占的体积。（建筑材料中，除了钢材、玻璃等材料可近似地直接量取其密实体积外，其它绝大多数材料都含有一定的孔隙，如砖石、木材、混凝土及其制品等）mV2、表观密度：是指材料在自然状态下单位体积的质量。材料的表观密度可按下式计算：00mV材料在自然状态下的体积，是指包括孔隙体积在内的材料体积。表观密度又根据其开口孔分为体积密度和视密度。3、散粒材料的堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量，称为堆积密度。自然堆积状态下的体积，包括颗粒之间的空隙体积在内，通常用容器的标定容积表示。材料的堆积密度可按下式计算：'0'0mV工程上常用的砂、石材料，其颗粒内部孔隙极少，用排水法测出的颗粒体积与其实体积基本相同，所以，砂、石的表观密度可近似地视作其密度，常称视密度。材料表观密度的大小与含水量的关。当材料的孔隙中含有水分时，其质量（包括水的质量）和体积均会发生变化，影响材料的表观密度，故所测的表观密度必须注明其含水状态。通常材料的表观密度是指材料在气干状态（长期在空气中的干燥状态）下的表观密度。材料在烘干状态下的表观密度称为干表观密度。4、密实度与孔隙率1）密实度：是指材料体积内被固体物质所充实的程度。密实度D可表示为：00100%100%VDV2）孔隙率：是指材料中孔隙体积占材料总体积的百分数。孔隙率可表示为：000100%(1)100%VVPV5、填充率与空隙率对于松散颗粒状态材料，如砂、石子等，可用填充率和空隙率表示互相填充的疏松致密程度。1）填充率填充率是指散粒状材料在堆积体积内被颗粒所填充的程度。2）空隙率散粒状材料颗粒之间的空隙体积占材料堆积状态下总体积的百分数，称为散粒材料的空隙率。二、与水有关的性质1、亲水性与憎水性建筑材料在使用过程中常与水或水蒸气接触。材料在空气中与水接触时，根据其表面能否被水润湿，可分亲水性材料与憎水性材料两种。材料的亲水性与憎水性可用润湿角来说明，如图11中所示。在材料、水、空气三相交点处，沿水滴表面所作切线与材料表面的夹角，称为润湿角。润湿角愈小，表明材料愈易被水湿润，润湿角=0时，材料完全被水浸润；润湿角愈大，表明材料愈难被水湿润。2、吸水性与吸湿性1）吸水性：材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。由于材料的亲水性及开口孔隙的存在，大多数材料具有吸水性。吸水性的大小常以吸水率表示，可用质量吸水率和体积吸水率来表示：2）吸湿性：材料吸收空气中水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性可用含水率表示，材料的吸湿性主要与材料的组成、孔隙率，特别是孔隙特征有关，还与周围环境的温度与湿度有关。一般，环境中温度越高，湿度越低，含水率越小。材料吸湿后，除了本身质量增加外，还会降低其绝热性、强度及耐久性，对工程产生不利的影响。3、耐水性材料长期在水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性：材料的耐水性以软化系数表示：软化系数的取值范围在0—1之间，其值越大，表明材料的耐水性越好。软化系数的大小，有时被作为选择材料的依据。长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物，必须选用软化系数大于0.85的材料。用于受潮湿较轻或次要结构的材料，则软化系数不宜小于0.70。通常认为软化系数大于0.85的材料是耐水性材料。第二章无机胶凝材料1.1无机胶凝材料的种类和特性土木工程中常常需要将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖和石块）粘结成为整体，具有这种粘结作用的材料，统称为无机胶结材料或无机胶凝材料。胶凝材料按其化学成分可分为有机和无机两大类。无机胶凝材料按其硬化时的条件又可分为：气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高其强度，如石灰、石膏、水玻璃等。水硬性胶凝材料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，如各种水泥。1.2通用硅酸盐水泥一、水泥的主要技术性质1.密度与堆积密度:(前面讲了)2.细度:是指水泥颗粒的粗细程度。水泥的细度既可用筛余量表示，也可用比表面积来表示。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。3.标准稠度用水量标准稠度用水量是指水泥拌制成特定的塑性状态（标准稠度）时所需的用水量（以占水泥重量的百分数表示），也称需水量。硅酸盐水泥的标准稠度需水量与矿物组成及细度有关，一般在21%～28%之间。4.凝结时间:初凝和终凝。初凝时间为自水泥加水拌合时起，到水泥浆（标准稠度）开始失去可塑性为止所需的时间。终凝时间为自水泥加水拌合时起，至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。初凝时间不宜过快，以便有足够的时间对混凝土进行搅拌、运输和浇注。当施工完毕之后，则要求混凝土尽快硬化，产生强度，以利下一步施工工作的进行。为此，水泥终凝时间又不宜过迟。水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和温度条件下，用凝结时间测定仪进行。硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于6.5小时。实际上，硅酸盐水泥的初凝时间一般为1～3小时，终凝时间为5～8小时。凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。5.体积安定性:水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。使用安定性不良的水泥，能使构件产生膨胀性裂缝，降低工程质量，甚至引起严重事故。国家标准规定,水泥安定性必须合格。安定性不良的水泥应作废品处理,不得用于工程中。6.强度:目前我国是将水泥、标准砂及水按规定比例拌制成塑性水泥胶砂，并按规定方法制成40×40×160mm的水泥胶砂试件，在标准温度（20℃±1℃）的水中养护，测定其抗拉、抗折、抗压强度。抗压强度一般是抗拉强度的10--20倍。强度主要取决熟料矿物的比例和水泥细度、还与试验方法、试验条件、养护龄期有关。7.水化热:水泥在水化过程中所放出的热量，称为水泥的水化热。冬季施工时，水化热有利于水泥的正常凝结硬化。但对大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化热大是不利的。因积聚在内部的水化热不易散的。因积聚在内部的水化热不易散出，常使内部温度高达50～60℃。由于混凝土表面散热很快，内外温差引起的应力，可使混凝土产生裂缝。因此对大体积混凝土工程，应采用水化热较低的水泥。8.不溶物和烧失量不溶物是指水泥经酸和碱处理后不能被溶解的残余物。烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率。不溶物和烧失量不符合规定者为不合格品。9.碱含量碱含量高时，会发生碱骨（集）料反应，所以水泥碱含量一般不得大于0.6%，二、硅酸盐水泥的特性1.强度高2.水化热高3.抗冻性好4.碱度高，抗碳化能力强5.干缩小6.耐磨性好7.耐腐蚀性差8.耐热性差9.湿热养护效果差三、普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料6％～15％混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）。普通水泥中混合材料掺加量按重量百分比计：掺活性混合材料时，不得超过15%，掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10%。普通硅酸盐水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5和52.5R等三个等级两种类型（普通型和早强型）。普通水泥初凝不得早于45分钟，终凝不得迟于10小时。对体积安定性要求与硅酸盐水泥相同。普通硅酸盐水泥中掺入少量混合材料的作用，主要是调节水泥强度等级。但普通硅酸盐水泥早期硬化速度稍慢，其3天强度较硅酸盐水泥稍低，抗冻性及耐磨性也较硅酸盐水泥稍差。普通硅酸盐水泥被广泛应用于各种混凝土工程中，是我国主要水泥品种之一。四、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（简称矿渣水泥）。特点：1）早期强度低，后期强度高2）具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力3）水化热低五、火山灰质硅酸盐水泥火山灰水泥和矿渣水泥在性能方面有许多共同点：如早期强度较低，后期强度增长率较大，水化热低，耐蚀性较强，抗冻性差等。其本身的特点。1、抗渗性及耐水性高2、在干燥环境中易产生裂缝3、耐蚀性较强六、粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰水泥各龄期的强度要求与矿渣水泥和火山灰水泥相同。细度、凝结时间、体积安定性的要求与硅酸盐水泥相同。粉煤灰本身就是一种火山灰质混合材料，因此实质上粉煤灰水泥就是一种火山灰水泥。其特点：1、早期强度低2、干缩小，抗裂性高七、复合硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上混合材料、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（简称复合水泥），代号P•C。见P123表2-1-41.3特性水泥一、高铝水泥高铝水泥也称矾土水泥，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分的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料。这种水泥与上述的硅酸盐水泥不同，属于铝酸盐系列的水泥。它是一种耐腐蚀、耐热的水泥。高铝水泥的特性与应用：1、快硬、早强2、水化热大3、抗硫酸盐侵蚀性强4、耐碱性差5、耐热性高二、快硬硅酸盐水泥凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成具有早期强度增长率较高的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。凝结时间初凝规定不得早于45分钟，终凝不得迟于10小时。特点：凝结硬化快，早期强度增长率高，适用：紧急抢修工程，军事工程，冬季施工的工程及预应力钢筋混凝土构件。保管：快硬水泥在运输及储存过程中容易风化、受潮，因此须特别注意防潮。一般保存期不应超过一个月，否则应重新进行检验，合格后方可使用。三、膨胀类水泥在水泥硬化过程中产生体积膨胀的水泥属膨胀类水泥。按膨胀值不同分为膨胀水泥和自应力水泥（自应力值大于2MPa）用途：1、硅酸盐膨胀水泥制造防水砂浆和防水混凝土2、低热微膨胀水泥用于抗渗和抗硫酸盐侵蚀的工程3、硫酸铝盐膨胀水泥应用浇筑构件节点及应用于抗渗和补偿收缩的混凝土工程4、自应力水泥用于自应力钢筋混凝土压力管及其配件1.4石灰一、石灰的品种1、生石灰按氧化镁的含量不同：钙质生石灰氧化镁的含量小于5%镁质生石灰氧化镁的含量5%--24%2、建筑用石灰：生石灰（块灰）、生石灰粉、熟石灰粉、石灰膏二、石灰的熟化与硬化1、石灰的熟化生石灰加水之后水化为熟石灰的过程称为熟化（消解）其反应如下：CaO+H2O=Ca（OH）2熟化时放出大量热量，体积增大1～2.5倍。生石灰熟化的方法有淋灰法和化灰法。熟石灰有两种形式：石灰膏和熟石灰粉。石灰熟化成石灰浆使用时为何要陈伏?石灰在烧制过程中，往往由于煅烧温度过高或时间过长，会使石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，块体密度大，消化缓慢，这种石灰叫“过火石灰”。它用在建筑结构中仍能继续缓慢的消化，基于上述原因从而引起体积膨胀，导致墙面鼓胀、地基胀裂等破坏现象，危害极大。所以生石灰在使用前要经过消解，并在洗灰池中“陈伏”14天以上2、石灰的硬化石灰浆体的硬化过程：1）干燥硬化2）结晶硬化3）碳酸化硬化三、石灰的特性：1．保水性好2．凝结硬化慢，强度低，3．耐水性差4．体积收缩大5、吸湿性强6、化学稳定性差1.5石膏一、石膏的生产及品种生产石膏的主要原料为天然石膏、或称生石膏，属于沉积岩，其化学式为CaSO4。2H2O也称二水石膏。化学工业副产物的石膏废渣（如磷石膏、氟石膏、硼石膏）其成分也是二水石膏。其品种：建筑石膏和模型石膏高强度石膏硬石膏二、建筑石膏的特征（1）凝结硬化快。（2）硬化时体积微膨胀。石灰和水泥等胶凝材料硬化时往往产生收缩，而建筑石膏却略有膨胀（膨胀率约为1%），这能使石膏制品表面光滑饱满，棱角清晰，干燥时不开裂。（3）硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低。（4）隔热吸声性能良好。（5）防火性能良好。(遇火时石膏硬化后的主要成分二水石膏中的结晶水蒸发并吸收热量，制品表面形成蒸汽幕，能有效阻止火的蔓延)。（6