整理-建筑材料与构造

1建筑材料与构造(一级)精讲班第1讲讲义大纲第一章建筑材料大纲1、建筑材料的基本性质：物理性质、力学性质、化学性质、耐久性等。材料的组成、结构和构造与材料性质。2、气硬性无机胶凝材料：石灰和石膏的组成、性质和应用；3、水泥：包括水泥的组成、水化与凝结硬化机理、性能与应用；4、混凝土：包括原材料技术要求、拌合物的和易性及影响因素、强度性能与变形性能耐久性-抗渗性、抗冻性、碱-集料反应、混凝土外加剂与配合比设计；5、建筑钢材：包括建筑钢材的组成、组织与性能关系、加工处理及其对钢材性能的影响、建筑钢材种类与选用。6、木材、建筑塑料、防水材料、绝热材料、吸声材料、装饰材料等的组成、性质和应用。材料的结构第一节建筑材料的基本性质1、材料的结构①微观结构：物质的原子、分子层次的微观结构。材料的结构可以分为晶体、玻璃体和胶体。晶体分为原子晶体、分子晶体、金属晶体和离子晶体。②亚微观结构：用光学显微镜所能观察的材料结构。③宏观结构：用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。建筑材料的物理性质(上)2、建筑材料的物理性质①材料的密度、表观密度、堆积密度⑴密度：材料在绝对密度状态下单位体积的重量。（与材料孔隙无关）⑵表观密度：材料在自然状态下单位体积德重量。（与材料内部孔隙有关）⑶堆积密度：粉状或散粒材料在堆积状态下单位体积德重量。（与材料内部孔隙和颗粒之间的空隙都有关）②材料的孔隙率空隙率⑴孔隙率：材料体积内空隙体积所占的比例（与空隙率相对应的是密实度）。空隙可分为连通孔和封闭孔。⑵空隙率：散装粒状材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比列。③材料的亲水性和憎水性⑴润湿角θ≤90°的材料为亲水材料，如建材中的混凝土、木材、砖等。亲水材料表面做憎水处理，可提高其防水性能。⑵润湿角θ90°的材料为亲水材料，如建材中的沥青、石蜡等。2建筑材料与构造(一级)精讲班第2讲讲义建筑材料的物理性质(下)④材料的吸水性和吸湿性⑴吸水性：在水中能吸收水分的性质。吸水率，m0－干燥状态下的重量，m－吸水状态下的重量。⑵吸湿性：材料吸收空气中水分的性质。含水率，m0－干燥状态下的重量，m1－含水状态下的重量。⑤材料的耐水性、抗渗性和抗冻性⑴耐水性：材料长期在饱和水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。软化系数，R饱－吸水饱和状态下的抗压强度，R干－干燥状态下的抗压强度，K软≥0.85的材料认为是耐水材料。⑵抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质。一般用渗透系数K或抗渗等级P表示。混凝土材料的抗渗等级P=10H-1，H-六个试件中三个试件开始渗水时的水压力。K越小或P越高，表明材料的抗渗性越好。⑶抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏、强度又不明显降低的性质，常用抗冻等级F表示。孔隙率小及具有封闭孔的材料有较高的抗渗性和抗冻性；具有细微而连通的空隙对材料的抗渗性和抗冻性不利。⑥材料的导热性导热性：材料传到热量的性质。用导热系数λ表示，通常将λ≤0.23的材料称为绝热材料。孔隙率越大、表观密度越小，导热系数越小。建筑材料的力学性能3、建筑材料的力学性能①强度与比强度强度是材料抵抗外力破坏的能力。强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。孔隙率越大，强度越低。比强度是按单位重量计算的材料强度，等于材料的强度与其表观密度之比。②弹性与塑性⑴弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来形状的性质。⑵塑性：当外力去除后，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质。⑶徐变：材料受到某一载荷的长期作用，其变形会随时间延长而增加。普通混凝土在长期载荷下会产生徐变。③脆性与韧性⑴脆性：材料在外力作用下，无明显变形而突然破坏的性质。具有这种性质的材料为脆性材料，如砖、石材、玻璃、陶瓷、铸铁等。3⑵韧性：材料在冲击或震动载荷下能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。钢材和木材等均属于韧性材料。建筑材料的耐久性4、建筑材料的耐久性材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质统称材料的耐久性，受到物理作用、化学作用、生物作用等影响，是一种复杂、综合的性质。4建筑材料与构造(一级)精讲班第3讲讲义分类气硬性无机胶凝材料建筑上凡是经过一系列物理、化学作用，能将松散物质粘结成整体的材料为胶凝材料。无机胶凝材料按照硬化条件分为气硬性和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或发展其强度，如石灰、石膏、水玻璃等。水硬性胶凝材料可在空气和水中硬化，并保持和继续发展强度，如水泥。石膏1、石膏石膏具有凝结、硬化速度快，导热性低、吸声性强等特点。①石膏胶凝材料的生产原料是天然二水石膏CaSO4.2H2O，还有天然无水石膏等。生产石膏胶凝材料的主要工序是破碎、加热与磨细，生产原理是二水石膏脱水生成半水石膏或无水石膏。根据加热方式不同可得到α型和β型两种形态的半水石膏，建筑工程常用的是β型半水石膏。②建筑石膏的硬化机理：建筑石膏的凝结和硬化主要是由于半水石膏与水相互作用还原成二水石膏。③建筑石膏的技术性质：密度、品种、强度测试条件、产品标记、储存等。④建筑石膏的应用：用装饰、保温绝热、吸声、阻燃等，石膏具有长期徐变的性质，在潮湿的环境中更严重，不宜用于承重结构。⑤其他品种的石膏材料：⑴高强度石膏；⑵无水石膏水泥；⑶高温煅烧石膏石灰2、石灰①石灰的生产⑴石灰的原材料是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰石、白云石、白垩等。将石灰石在适当温度下煅烧，碳酸钙分解，释放二氧化碳，得到氧化钙。MgO含量≤5%为钙质生石灰，MgO5%为镁质生石灰。⑵石灰的熟化：石灰使用前，一般先加入水，使之消解为熟石灰，其主要成分为氢氧化钙。在熟化过程中，放出大量的热，而且体积增大1-2倍。⑶石灰的硬化包括结晶作用和碳化作用两个同时进行的过程，是一个相当缓慢的过程。⑷石灰的技术性质：生石灰熟化后形成的石灰浆具有良好的可塑性，用于配制建筑砂浆可显著提高砂浆的和易性；石灰不宜长期在潮湿环境中或有水的环境中使用；石灰在使用过程中一般要掺入砂、麻刀等材料，可限制收缩，并节约石灰。⑸石灰的应用：石灰乳涂料、石灰土、硅酸盐制品、碳化石灰板材等。建筑工程中所用石灰为建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。产品各项技术指标需达到相应要求，一项低于合格产品则为不合格产品。菱苦土53、菱苦土菱苦土地面保温性好，无噪声、不起灰、弹性良好、防火、耐磨，宜用于纺织车间及民用建筑等，但不适用于经常受潮、遇水和遭受酸类侵蚀的地方。水玻璃4、水玻璃水玻璃有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细空隙而防止水渗透的作用，可涂刷于粘土砖及混凝土等制品表面，提高其表层密实度与抗风化能力。硬化后的水玻璃耐碱性差。建筑材料与构造(一级)精讲班第4讲讲义6水泥基本组成一、常用水泥主要品种有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。1、水泥基本组成①熟料基本组成：主要包括硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF⑴C3S含量通常为50%左右。28天或一年后的强度，在四种矿物中最高。水化凝结时间正常，水化热较高。⑵C2S在熟料中以β型存在，含量为20%左右。β-C2S水化热较小，水化较慢，在一年后强度可以超过C3S。⑶C3A含量7-15%。水化迅速，放热量大，凝结时间很快，需加石膏作缓凝剂，防止水泥的急凝。硬化块，强度3天就发挥出来。C3A含量高的水泥浆体干缩变形大，抗硫酸盐性能差。⑷C4AF含量10-18%，水化速度介于C3A和C3S。C4AF抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热较C3A低。水泥使用中的过程和特性2、水泥的水化硬化水泥加水拌合后，随着水化反应的进行，水泥浆逐渐变稠失去流动性而具有一定的塑性强度，称为水泥的凝结。随着水化进程的推移，水泥浆凝固具有一定的机械强度并逐渐发展而成为坚固的水泥石，这过程称为硬化。①硅酸盐水泥的水化硬化；②矿渣水泥的水化硬化；③火山灰水泥的水化硬化3、水泥品质的要求①凝结时间：分为初凝和终凝⑴初凝时间：水泥加水拌合始至标准稠度净浆开始，失去可塑性所经历的时间。⑵终凝时间：浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间国家标准规定：常用水泥的初凝时间不得早于45min；终凝时间硅酸盐水泥不得迟于6h30min，复合水泥不得迟于12h，其他品种不得迟于10h。一般要求混泥土搅拌、运输、浇捣应在初凝之前完成。因此初凝时间不宜过短；当施工完毕则要求尽快硬化并具有强度，故终凝时间不宜过长。②强度：由按质量计的一份水泥、三份中国ISO标准砂，用0.5的水灰比拌制的一组4cm×4cm×16cm塑性胶砂，在20±1℃水中养护，再测定3d和28d的强度。③体积安定性：已硬化水泥石产生不均匀的体积变化现象。引起体积安定性的因素：过量f-CaO、过量f-MgO和过多石膏掺量。④细度：水泥颗粒粒径越细，与水起反应得表面积越大，水化越快，其早期强度和后期强度都较高。⑤水化热：水泥水化过程放出的热。水化热对大体积混凝土是有害的因素。水泥的水化放热量大部分在3-7d放出，以后逐渐减少，水化热和放热率为C3A〉C3S〉C4AF〉C2S⑥水泥化学品质指标⑴不溶物；⑵烧失量；⑶氧化镁；⑷SO3；⑸碱含量⑦抗蚀性：对水泥石耐久性有害的环境介质主要为：⑴淡水，主要考虑Ca(OH)2的溶解；⑵酸与酸性水；⑶硫酸盐（硫酸钡除外）；⑷含碱溶液7水泥混合材二、掺混合材料的硅酸盐水泥1．水泥混合材⑴活性混合材：粒化高炉矿渣（化学成分主要为CaO、Al2O3、SiO2，含量达90%）、火山灰质混合材（分为天然和人工两类，天然的含有大量的酸性氧化物，SiO2+Al2O3含量占75-85%）、粉煤灰（主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，其中CaO10%为低钙粉煤灰，CaO15-30%为高钙粉煤灰）⑵非活性混合材：磨细的石英砂、石灰石等建筑材料与构造(一级)精讲班第5讲讲义8常用水泥的基本特性与用途2．常用水泥的基本特性与用途⑴硅酸盐水泥与普通水泥：用于重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程；适用于要求早期强度高、凝结快的工程、有抗冻融要求和冬季施工的工程。不宜用于水工和海港工程、大体积混凝土工程。⑵矿渣水泥：宜用于水工和海港工程、耐热混凝土工程。其抗冻性、抗渗性等均不及硅酸盐水泥与普通水泥。⑶火山水泥：适宜地下或水下工程、适用于地面工程、宜用于浇筑大体积混凝土工程、宜蒸汽养护、不宜低温（冬季）施工。⑷粉煤灰水泥：适宜承受载荷较迟的工程、适用大体积混凝土工程、适用于水工和海港工程。其抗碳化能力差，抗冻性较差。⑸复合水泥：性能取决于其所掺两种混合材的种类、掺量及相对比列等。铝酸盐水泥三、铝酸盐水泥1．铝酸盐水泥常指以铝酸钙为主要成分的水泥，包括铝酸钙水泥、铝酸钡水泥和铝酸钡锆水泥等。铝酸盐水泥的性质取决于其矿物铝酸一钙（CA）、二铝酸钙（CA2）、七铝酸十二钙（C12A7）、钙黄长石（C2AS）等的性质。2．特性：⑴快凝早强，1d强度可达最高度的80％以上；⑵水化热大，且放热集中；⑶抗硫酸盐性能很强，抗碱性极差；⑷长期要强度，一般降低40－50％。3．适用于紧急军事工程、抢修工程、临时工程等。不能在高温季节施工，适宜温度为15℃，应控制在不大于25℃，也不能进行蒸汽养护。其他品种水泥四、其他品种水泥1．白色硅酸盐水泥：主要用于建筑物的内外装饰工程。2．快硬水泥：包括快硬硅酸盐水泥和快硬硫铝酸水泥。3．膨胀水泥及自应力水泥。建筑材料与构造(一级)精讲班第6讲讲义9混凝土的概念和分类一、普通混凝土的组成材料由胶凝材料将粗、细骨料胶结而成的固体材料为混凝土。按表观密度可分为重混凝土、普通混凝土、轻混凝土。普通混凝土的组成材料普通混凝土是以水泥为胶结材料，以天然砂、石为骨料，加水拌合，经浇筑成型，凝结硬化形成的固体材料。水泥占10-15%，其余为砂、石骨料，砂石比例为1∶2左右，孔隙体积约为1-5%。1．水泥：①根据工程特点和所处环境条件选择水泥的品种；②应与混凝土的设计强度等级相适应。一般水泥强度等级28