土木工程材料课件2

建筑材料复习混凝土砌筑材料沥青胶凝材料高分子木材钢材 第1章土木工程材料的基本性质1.1材料的基本物理性质(physicalproperties)1.1.1材料的密度、表观密度与堆积密度***(1)密度(density)***P8近似密度（视密度）(apparentdensity)(2)＊材料的体积密度（density）(3)表观密度(apparentdensity)(4)堆积密度（散粒体）(bulkdensity)(forparticles)压实密度（compacteddensity）表1-1常用材料的密度、表观密度、堆积密度 第1章土木工程材料的基本性质1.1.2材料的密实度与孔隙率(1)密实度(density)(2)孔隙率(porosity)1.1.3材料的填充率与空隙率（散粒体）(1)填充率(fillingratio)(2)空隙率(voidsratio,voidcontent,voidvolume) 第1章土木工程材料的基本性质1.2材料与水有关的性质1.2.1材料的亲水性与憎水性hydrophilicity***(1)亲水性QINGSHUI.SWF（被水润湿P8）(hydrophilicproperty)(2)憎水性（润湿角θ>90°）(hydrophobicnature)1.2.2材料的含水状态（材料的含水状态）1.2.3材料的吸水性与吸湿性***(1)吸水性(waterabsorptivity)——用吸水率表示质量吸水率(waterabsorption)材料体积的吸水率(2)吸湿性(hydroscopicnature)——用含水率表示****含水率(moisturecontent)**** 1.2.3材料的耐水性(抗水性)(waterresistance)P12***软化系数(softeningcoefficient)***1.2.4材料的抗冻性与抗渗性(1)抗冻性(frostresistance)水结冰时体积约增大9％，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环(freezingandthawingcircle)抗冻标号(grade)（等级）D15(Dong)→F15(Freeze)(2)抗渗性(impermeability)渗透系数(coefficientofpermeability)抗渗等级（抗渗标号）S(Shen)→P(Permeate) 第1章土木工程材料的基本性质1.3材料的基本力学性质1.3.1材料的强度(strength)(1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(2)材料的抗弯强度表1.2常用材料的强度/MPa1.3.2材料的弹性与塑性1.3.3材料的脆性与韧性1.3.4材料的硬度和耐磨性1.3.4.1材料的硬度1.3.4.2材料的耐磨性 第1章土木工程材料的基本性质1.4材料的热工、声学、光学性质及材料的耐久性1.4.1材料的热工性质(1)材料的导热性导热系数**影响材料导热系数的主要因素①物质构成、微观结构②表观密度与孔隙构造③湿度④温度⑤热流方向 第1章土木工程材料的基本性质(2)材料的热容量(heatcapacity)比热容1.4.2材料的声学性质(1)吸声性(soundabsorption)吸声系数(sound-absorptioncoefficient)(2)隔声性（材料的隔声性）(soundinsulation) 材料的密度材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ——密度，g／cm3；m——材料在干燥状态的质量，g；V——材料的绝对密实状态下的体积，cm3。 材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0——表观密度，kg／m3；m——材料的质量，kg；V0——材料在自然状态下的体积（含材料实体及闭口空隙体积），m3。 材料的体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0——表观密度，kg／m3；m——材料的质量，kg；V0——材料在自然状态下的体积（含材料实体及闭口空隙、闭口空隙体积），m3。 材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在自然堆积状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：——材料的堆积密度，kg／m3；m——材料的质量，kg；——材料的自然(松散)堆积体积(包括材料固体颗粒体积及其闭口、开口空隙体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。材料的堆积密度 材料的密实度材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算： 材料的孔隙率材料体积内，孔隙体积所占总体积的百分率。按下式计算：密实度与孔隙率的关系可表示为：D＋P=1即密实度＋孔隙率=1。 材料的孔隙率对应开口孔和闭口孔的孔隙率分别称为开口孔隙率和闭口孔隙率。 材料的填充率散粒材料堆积体积中，被颗粒所填充的程度。按下式计算： 材料的空隙率散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算：即：D’＋P’=1或填充率＋空隙率=1。 材料的质量吸水率材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：1、质量吸水率指材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料干质量的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下式表示：式中：Wm——材料质量吸水率，%；mg——材料干燥状态下质量，g；mb——材料吸水饱和状态下质量，g。 材料的含水率材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示，即式中：W——材料质量吸水率，%；ms——材料含水时的质量，g；mg——材料干燥状态下的质量，g。 材料的软化系数**材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即式中：KR——材料的软化系数；fw——材料在吸水饱和状态下的强度，MPa；f——材料在干燥状态下的强度，MPa。材料的软化系数≥0.85的材料称为耐水材料 材料的渗透系数材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，用渗透系数表示，即式中：K——渗透系数，cm／h；Q——透水量，cm3；d——试件厚度，cm；A——透水面积，cm2；t——渗水时间，h；H——静水压力水头，cm。 材料的抗渗等级表示混凝土抗渗能力的指标。即28天龄期的混凝土标准试件在标准试验方法下能承受的最大水压力值。P=10H－1(1--15)式中：P——抗渗等级；H——试件开始渗水时的水压力，MPa。S(Shen)→P(Permeate) 材料的抗压、抗拉及抗剪强度(compressive,tensileandshearstrength)材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算：式中：f——材料的强度，MPa；Fmax——破坏时最大荷载，N；A——受力截面面积，mm2。 材料的抗弯强度(bendingstrength)1)二分法。将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则抗弯强度按下式计算：2)三分法。在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载，则抗弯强度按下式计算：式中：fm——抗弯强度，MPa；Fmax——弯曲破坏时最大荷载，N；b、h——试件横截面的宽及高，mm；L——两支点间的距离，mm。 材料的弹性与塑性、脆性与韧性弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，变形能完全消失的性质。(elasticity)塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状，并不产生裂缝的性质。(plasticity)脆性：材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。(brittleness,fragility)韧性：材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。(fracturetoughness) 材料的导热系数**(coefficientofthermalconduction)材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即式中：λ——导热系数，W／(m·K)；Q——总传热量，J；a——材料厚度，m；A——热传导面积，m2；t——热传导时间，h；T2—T1——材料两面温度差，K。可将本式与材料的渗透系数定义式比较理解和记忆 材料的吸声系数(acousticalcoefficient)声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数(α)，即式中：Ea——穿透材料的声能；Eτ——材料消耗的声能；E0——入射到材料表面的全部声能。 ＊材料的体积密度(density)材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：——材料的堆积密度，kg／m3；m——材料的质量，kg；V’——材料的自然外形体积(包括材料固体颗粒体积、开口及其闭口空隙体积体积)，m3。 材料体积的吸水率材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：2、质量吸水率指材料在吸水饱和状态下，所吸水的体积占干燥材料自然状态下体积的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下式表示：式中：Wv——材料体积吸水率，%；V’——干燥材料自然状态下体积，cm3；ρw——水的密度，g/cm3。 材料的隔声性隔声性（soundinsulation）：材料隔绝声音的能力。材料的隔声性用隔声量来表示：R——材料的隔声量（分贝，dB）Eo——入射到材料表面的总声能Ea——透过材料的声能 基础知识2.1建筑钢材的生产2.2.1炼钢（炼钢2.2.2、浇注（浇注、脱氧2.2.3、脱氧（脱氧2.2.4、加工（钢材的加工钢材轧制*钢材的轧制钢材热处理钢材的热处理钢材的生产过程（钢材的生产过程第二章钢材的生产 基础知识2.2钢的分类钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。2.1.1按化学成分分类2.1.2按品质（杂质含量）分类2.1.3按冶炼时脱氧程度分类 2.2.1按化学成分分类1.碳素钢(carboncontent=0.02%～2.06%的铁碳合金)低碳钢：含碳量<0.25％　　中碳钢：含碳量为0.25％～0.60％　　高碳钢：含碳量>0.60％2.合金钢（碳素钢中加入合金元素Si,Mn,Ti,V)低合金钢：合金元素总含量alloycontent<5.0％　　中合金钢：合金元素总含量为5.0％～10％　　高合金钢：合金元素总含量>10％建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，主要使用非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加工成的产品。 2.2.2按品质（杂质含量）分类1.普通钢：含硫量(sulphurcontent)≤0.050％；含磷量(sulphurcontent)≤0.045％。2.优质钢：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。3.高级优质钢：含硫量≤0.025％；含磷量≤0.025％。4.特级优质钢：含硫量≤0.015％；含磷量≤0.025％。 2.2.3按冶炼时脱氧程度分类1.沸腾钢rimmedsteel;rimmingsteel炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为“F”。其冲击韧性和可焊性较差。2.镇静钢(fully-killedsteel;killedsteel)炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为“Z”。3.半镇静钢balancedsteel;semikilledsteel指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为“b”。4.特殊镇静钢比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为“TZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。 基础知识2.3建筑钢材的力学与工艺性能2.3.1抗拉性能2.3.2冲击韧性2.3.3耐疲劳性2.3.4工艺性能 2.3.1抗拉性能 3.1.2.1抗拉性能——弹性阶段为OA弹性：卸去拉力，试件能完全恢复原状。与A点对应的应力称为弹性极限，用σp表示（fE)。elastic此阶段应力与应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示。弹性模量反映钢材的刚度。土木工程中常用的碳素结构钢Q235的弹性模量E为(2.0-2.1)×105MPa。 3.1.2.1抗拉性能——屈服阶段为AB应力超过A点后，应变的速度大于应力的速度卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。B上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，B下点为屈服下限。B下点比较稳定，容易测定，所以一般以B下点对应的应力，作为屈服强度(yieldstrength)σs(fy)Q235钢的屈服点应在235MPa以上。 2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能P26硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。（f0.2)条件屈服点σ0.2（f0.2)：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。书Fig.3.3σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。 2.3.1抗拉性能——弹性阶段为OA弹性：卸去拉力，试件能完全恢复原状。与A点对应的应力称为弹性极限，用σp表示。此阶段应力与应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示。弹性模量反映钢材的刚度。土木工程中常用的碳素结构钢Q235的弹性模量为(2.0-2.1)×105MPa。 2.3.1抗拉性能——屈服阶段为AB应力超过A点后，应变的速度大于应力的速度卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。B上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，B下点为屈服下限。B下点比较稳定，容易测定，所以一般以B下点对应的应力，作为屈服强度σs（fy)。Q235钢的屈服点应在235MPa以上。 2.3.1抗拉性能——强化阶段为BC内部组织发生晶格畸变、错位等，使其抵抗塑性变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应C点的应力称为抗拉强度，用σb表示。Q235的抗拉强度在375MPa以上。伸长率：断面收缩率： E为常量，低碳钢有明显屈服点，fy作为破坏标志，fy/fu—强屈比***抗拉强度与屈服强度之比（P26）为强度储备，伸长率δ、ψ表示塑性变形能力。 2.3.2冲击韧性***P27钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。钢材的冲击韧性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧，在试样中间开V形缺口。 2.3.3耐疲劳性受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。 关于疲劳的几个概念疲劳极限(fatiguelimit;fatiguevalue)：试件在交变荷载作用下，在规定的周期基数N内(一般为200万次或400万次以上)不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳强度(fatiguestrength)：金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。此时，N称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示。 2.3.4工艺性能1.冷弯性能(cold-bendperformance):指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验时的弯曲角度α和弯心直径d为指标表示，如下图所示。 2.3.4工艺性能2.焊接性能(weldingperformance)钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度应不低于原有钢材的强度。 2.4.3钢材的成分对性能的影响（1）除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能有重要影响。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。ReferingP32Table2-2 2.4.3钢材的成分对性能的影响（2）●碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2以下时，可焊性良好。●硫（S）：热脆性。不得超过0.05%。●磷（P）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。●锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，（熔点为1600℃），可以消除一部分S的有害作用。●硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。●钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。●氧（O）：有害杂质。●氮（N）：有害杂质。 冶金缺陷、构造、加荷速度对性能的影响2.4.4钢材的冶金缺陷对性能的影响常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。偏析——化学成分分布的不均匀程度。2.4.5构件的构造对性能的影响试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力——应力集中。2.4.6加荷速度对性能的影响加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。因此，（1）性试验要求缓慢加载（2）要考虑动荷载对结构的不利影响 **例题：从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果，屈服下限荷载分别为45kN，46kN，抗拉极限荷载分别为62.0kN，63kN，钢筋公称直径为12mm，标距为60.0mm，拉断时长度分别为70mm，71mm。试计算该钢筋的屈服强度，抗拉强度及伸长率。解： 解： 基础知识2.5钢材的强化与加工2.5.1冷加工强化2.5.2时效处理2.5.3热处理 2.5.1冷加工强化**P30钢材在常温下进行冷加工(冷拉、冷拔或冷轧)使其产生塑性变形，而屈服强度得到提高，这个过程称为冷加工强化。**冷加工的结果：产生塑性变形，晶格缺陷增多，发生畸变，对进一步变形起到阻碍作用，因此，钢材的屈服点提高（冷拉可提高15%~20%，冷拔可提高40%～60%。），塑性、韧性和弹性模量下降。** 2.5.2时效处理将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15～20d，或加热至100～200℃后保持一定时间（2～3h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。时效处理方法有两种：在常温下存放15～20d，称为自然时效，适合用于低强度钢筋；加热至100～200℃后保持一定时间（2～3h），称人工时效，适合于高强钢筋。 2.5.3热处理热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保温和冷却处理，以改变其晶格组织，得到所需要的性能的一种工艺。热处理包括淬火、回火、退火和正火，见下图。钢的热处理工艺 基础知识2.6土木工程常用金属材料的性质及应用2.6.1建筑常用钢种2.6.2钢结构用钢2.6.3混凝土结构用钢2.6.4铝合金2.6.6实例——钢材的选用2.6.5黄铜 2.6.1建筑常用钢种1.碳素结构钢碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢和较高锰含量钢两组。3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于5％的合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。 2.6.1碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成如Q235-A·F表示屈服点强度为235N/mm2的A级沸腾钢？Q275-C 2.6.1低合金高强度结构钢的牌号 2.6.1低合金高强度结构钢的选用特点：强度高，塑性、韧性和可焊性好，抗冲击性强、耐低温和腐蚀。轧制成型钢、钢板、钢管及钢筋，用于钢筋混凝土结构和钢结构中，特别是重型、大跨度、高层结构和桥梁中。 2.6.3混凝土结构用钢混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。 2.6.3混凝土结构用钢***P35热轧钢筋的表面形状光圆(代号HPB=HotrolledPlainBar）带肋(代号HRB=HotrolledRibbedBar)月牙肋等高肋 2.6.3混凝土结构用钢——热轧钢筋的级别和代号***I级：用Q235碳素结构钢轧制而成，光圆。用于普通钢筋混凝土的主要受力钢筋、构造筋和箍筋等。代号：HPB235（HotRolledPlainSteelBar热轧光面钢筋）Ⅱ级：用低合金镇静钢和半镇静钢轧制而成，带肋。用于大、中型钢筋混凝土结构。经冷拉后，可用做预应力钢筋。代号：HRB335（HotRolledRibbedSteelBar热轧带肋钢筋）Ⅲ级：同Ⅱ级钢。代号：HRB400Ⅳ级：用中碳低合金钢轧制而成，带肋。用做预应力钢筋。代号：HRB500 2.6.3混凝土结构用钢——冷轧扭钢筋的级别用光圆低碳钢用专用冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型。特点：刚度大、不易变形，与混凝土握裹力大，无需弯钩，节约钢材。 2.6.3混凝土结构用钢——冷轧带肋钢筋的级别用光圆低碳钢经冷轧后，在其表面上轧出三面或两面的横肋。根据《冷轧带肋钢筋》（GB13788-2000)规定，钢筋牌号由CRB和钢筋最小抗拉强度值表示：CRB550,CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170五个牌号，CRB550用于钢筋混凝土，其他宜用于预应力混凝土（CRB=ColdRolledRibbedSteelBar)。说明：为改善预应力结构的力学性能，现行《钢筋混凝土设计规范》已不再收入冷加工钢筋。 基础知识2.7钢材的腐蚀与防护***P34_352.7.1钢材的腐蚀2.7.2钢材的防护 2.7.1钢材的腐蚀**钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。**化学腐蚀:钢与周围介质（氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物。**电化学腐蚀：钢中不同成分的电极电位不同，有电解质（如水）存在时，就会在钢表面形成许多微小的原电池，使钢中的铁逐渐失去。（为主） 2.7.2钢材的防护3.钢材的防腐***p35具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈。（1）耐候钢（耐蚀钢）“耐蚀钢”是一个统称，包括高性能耐蚀钢，（如不锈钢）和中等程度的耐蚀钢。不锈钢虽好，但由于资源、价格等因素，大量应用于主体结构，在未来很长的时期内，都是困难的（仅部分使用于附属、围护结构与装饰）。因此，介于碳钢与不锈钢之间的不同程度、不同用途的耐蚀钢，成为发展的方向之一。 2.7.2钢材的防护（2）涂层防护——最大限度地隔绝腐蚀环境：这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的技术路线，也是目前国内外最普遍应用的防护方法。涂层品种繁多，有金属涂（镀）层——包括电镀、浸镀、化学转化层等金属层、非金属涂层——涂料、搪瓷和塑料（镀塑）等。用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的，因为涂层总会有缺陷，并且涂层本身性能也随时间而变化（如老化）。 2.7.2钢材的防护（3）电化学防护技术——阴极保护（牺牲阳极）（Cathodic(al)Protection）这是一种电化学保护方法。按照电化学腐蚀原理，处于腐蚀电池的“阳极”是受腐蚀者，而“阴极”则不腐蚀。如果使钢结构处于阴极状态，则可实现不腐蚀（被保护）的目的。可用“外加电流”或“牺牲阳极”两种方法，就能够使其进入“免蚀区”（变成阴极而不腐蚀），使被保护的钢结构处于阴极状态。阴极保护技术已经是一项常规性应用技术，其新的发展主要是阳极材料、辅助电极的创新等方面。阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、钢结构，如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。 2.7.2钢材的防护2.钢结构的防火保护温度对钢材的影响：100℃以内对钢材性能无影响；100℃以上随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大。250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加——兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。250～350℃产生徐变现象。≥400℃钢材的强度、弹性模量都显著降低600℃左右弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧失。 2.7.2钢材的防护钢结构的防火保护方法（1）截流法：截断或阻滞火灾产生的热量向构件传输，从而使构件在规定的时间内温度不超过临界温度☆幻灯片喷涂法包覆法复合法蔽屏法（2）疏导法：允许热量传到构件上，然后设法把热量导走火消耗掉，同样可以构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。 2.7.2钢材的防护喷涂法：目前，我国在大型钢结构防火工程中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点及桁架的处理，但施工时对环境略有污染。防火涂料包括以无机材料为主的厚型非膨胀涂料——厚型涂料呈颗粒状，涂层厚度通常在8毫米以上，一般在10～40mm，，施工方法为喷涂，高温时依靠涂料本身的厚度及较低的导热率起到对钢构件的隔热作用。 胶凝材料:指进过一系列物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘接成整体并具有一定强度的材料。分类：**气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。**水硬性胶凝材料：既能在空气中，还能更好地在水中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。第3章无机胶凝材料P44基础知识 基础知识3.1石灰3.1.1石灰的生产及分类3.1.2石灰的熟化与硬化3.1.3石灰的性质与技术要求3.1.4石灰的应用 3.1.1石灰的生产及分类1、石灰的生产采用石灰石、白云石、白垩、贝壳等原料(CaCO3)经900～1100℃煅烧后，即得到块状的生石灰CaO。2、石灰的分类“欠火石灰”：温度过低或煅烧时间不足，CaCO3未完全分解，(CaO)含量低。“过火石灰”：温度过高或煅烧时间过长，CaO表面有一层玻璃体，使水解速度极慢。“钙质石灰”：石灰中MgO的含量≤5%。“镁质石灰”石灰中MgO的含量＞5%。 3.1.1石灰的生产及分类生石灰粉：由块状生石灰磨细而成。消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2,称为消石灰粉。石灰膏：将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的3～4倍)消化，或将消石灰粉和水拌和，所得的一定稠度的膏状物，主要成分为Ca(OH)2和水。 3.1.2石灰的熟化与硬化1.石灰的熟化***生石灰与水反应生成氢氧化钙，称为石灰的熟化。又称消化或消解。CaO+H2O==Ca(OH)2+64.9×103J石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1～2.5倍。为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。***陈伏是指石灰乳在储灰坑中放置一段时间（7d、14d）的过程(P48)。陈伏期间，石灰膏表面应有一层水，以防与空气中CO2发生钙化反应。 3.1.2石灰的熟化与硬化2.石灰浆体的硬化石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化，后者过程缓慢。（1）干燥结晶硬化过程石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，使石灰粒子更紧密，并使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。（2）碳化过程Ca(OH)2与空气中的CO2和水反应，形成碳酸钙。由于碳化作用主要发生在颗粒表层，且生成的CaCO3膜层较致密，阻碍了空气中CO2的渗入，也阻碍了内部水分蒸发，因此硬化缓慢。 3.1.3石灰的性质与技术要求石灰的性质是①可塑性好；②硬化较慢，强度低，③硬化时体积收缩大，④耐水性差，⑤吸湿性强。建筑生石灰技术指标P55Table3-1P56Table3-23-3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含量不少于（％）908580858075CO2含量不大与（％）5796810未消化残渣含量（5mm圆孔筛余）不大于（％）5101551015产浆量不少于（L/kg）2.82.32.02.82.32.0 3.1.4石灰的贮运1.生石灰在贮存运输时要防止受潮，且贮存时间不能过长。否则，会吸收空气中水分自行消化成石灰粉，然后与CO2作用形成碳化层，失去胶凝能力。2.生石灰不宜与易燃易爆品装运、存放在一起。因石灰受潮熟化要放出大量的热且体积膨胀。 3.2石膏3.2.4建筑石膏的应用3.2.1石膏的种类3.2.2建筑石膏的水化硬化3.2.3建筑石膏的性质与技术要求基础知识 3.2.1石膏的种类**P441.天然二水石膏（CaSO4•2H2O）：天然二水石膏又称生石膏**或软石膏。它是生产石膏胶凝材料的主要原料。纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，黑色等颜色。2．化工石膏：化工石膏是指一些含有CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品及废渣，如磷石膏是制造磷酸时的废渣，此外还有盐石膏、硼石膏、钛石膏等。3．天然无水石膏（CaSO4）：天然无水石膏结晶紧密，结构比天然二水石膏致密，质地较硬，难溶于水，又称天然硬石膏。天然硬石膏一般作为生产水泥的原料。 3.2.1石膏的种类4．建筑石膏（β-CaSO4•H2O）：建筑石膏是以β半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。5．高强石膏（α-CaSO4•H2O）：将二水石膏置于0.13MPa、124℃的过饱和蒸压条件下，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的α型半水石膏即高强石膏。 3.2.2建筑石膏的水化硬化1、凝结：石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，粒子总表面积增加，因而浆体可塑性逐渐减小，浆体渐渐变稠，这一过程称为凝结。2、硬化：石膏开始凝结后，浆体继续变稠，逐渐凝聚成为晶体。晶体逐渐长大，共生和相互交错，浆体逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥。晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止发展。这一过程称为建筑石膏的硬化。 3.2.2建筑石膏的水化硬化3、凝结时间**石膏浆体的凝结和硬化是一个连续的过程。凝结可以分为初凝和终凝两个阶段：初凝和终凝。（1）初凝：将浆体开始失去可塑性的状态称为浆体初凝。（2）初凝时间：从加水至初凝的这段时间称为初凝时间。（3）终凝：浆体完全失去可塑性，并开始产生强度称为浆体终凝。（4）终凝时间：从加水至终凝的时间称为终凝时间。 3.2.3建筑石膏的性质建筑石膏及其制品具有以下特性：①凝结硬化快；②硬化时体积微膨胀；③硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低，吸声性良好；λ小，隔热性能好；具有一定的调温调湿性；④防火性能良好，遇火灾时，二水石膏中的结晶水蒸发吸收大量的热、蒸汽形成汽幕阻碍火势蔓延、脱水后石膏隔热性能更好且无有害气体产生；⑤耐水性和抗冻性差；⑥加工性能好。 3.2.4建筑石膏的应用1.制备石膏砂浆和粉刷石膏建筑石膏加水、砂、缓凝剂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。建筑石膏加水、缓凝剂拌合成石膏浆体，可用于室内的粉刷涂料。石膏粉刷层表面坚硬、光滑细腻、洁白美观、不易起灰，便于再装饰（墙纸、涂料）、调节室内温湿度。2.建筑石膏制品建筑石膏制品的种类很多，如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙、内隔墙、吊顶及装饰。 基础知识3.3其他气硬性胶凝材料3.3.1水玻璃 3.3.1水玻璃1.水玻璃的组成和硬化水玻璃俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。建筑常用的为硅酸钠(Na2O·nSiO2)水溶液，又称钠水玻璃。要求高时也使用硅酸钾(K2O·nSiO2)的水溶液，又称钾水玻璃。液体水玻璃是一种具有胶体特征，又具有溶液特征的胶体溶液。**水玻璃的模数(P51):水玻璃分子式中的n，即二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比，称为水玻璃的模数，一般在1.5-3.5之间。 3.3.1水玻璃2.水玻璃的性质与应用水玻璃在凝结硬化后，粘结力强,强度较高,耐酸性好,耐热性好,耐碱性和耐水性差。利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下几方面用途：涂刷材料表面，提高抗风化能力；加固土壤；配制速凝防水剂；修补砖墙裂缝。 基础知识5.1通用硅酸盐水泥的定义及生产概况5.2通用硅酸盐水泥的组成材料3.2通用硅酸盐水泥的组成与技术要求5.3通用硅酸盐水泥的技术要求 5.1通用硅酸盐水泥的定义及生产概况水泥(Cement)：加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。一、通用硅酸盐水泥的定义和分类1、定义：通用硅酸盐水泥（CommonPortlandCement）是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、或/和混合材料制成的水硬性胶凝材料。2、分类（1）按组成成分，可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥。（2）按性质和用途，可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。建筑中常用的是通用水泥。 5.1通用硅酸盐水泥的定义及生产概况通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥（P.Ⅰ、P.Ⅱ）、普通硅酸盐水泥（P.O）、矿渣硅酸盐水泥（P.S）、火山灰质硅酸盐水泥（P.P）、粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）、和复合硅酸盐水泥（P.C）。通用硅酸盐水泥的组成见表。代号的意义：P.Ⅰ=PortlandCementⅠP.Ⅱ=PortlandCementⅡP.O=ＯrdinaryPortlandcementP.S=SlagPortlandCementP.P=PozzolanPortlandCementP.F=FlyAshPortlandCementP.C=ＣompoundPortlandCementP.L=LimestonePortlandCement 5.1通用硅酸盐水泥的定义及生产概况2.通用硅酸盐水泥的生产概述(两磨一烧) 5.2通用硅酸盐水泥的组成材料1.硅酸盐水泥熟料2.石膏3.水泥混合材料 1.硅酸盐水泥熟料**P54硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、含量及特性如下：硅酸三钙，矿物成分为3CaO•SiO2，简称为C3S，含量为37%～60%，其水化速度较快，硅酸盐水泥强度的主要来源，水化热较高，干缩较小。硅酸二钙，矿物成分为2CaO·SiO2，简称为C2S，含量为15%～37%；其水化速度慢，早期强度低，后期强度增进率较高，水化热低，干缩较小。铝酸三钙，矿物成分为3CaO•Al2O3，简称为C3A，含量为7%～15%，水化速度快，早期强度高，后期强度较低，水化热高，干缩大。铁铝酸四钙，矿物成分为4CaO•Al2O3•Fe2O3，简称为C4AF，含量为10%～18%，水化速度较快，早期强度较高，水化热较低，干缩小。其他组分包括少量的游离氧化钙、硫酸盐等。 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、含量及特性**P54矿物组成矿物特性矿物名称简写式含量%密度g/cm3强度水化热J/g凝结硬化速度耐腐蚀性干缩硅酸三钙3CaO•SiO2C3S37~603.25高大快中中硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15~373.28早期低后期高小慢好中铝酸三钙3CaO•Al2O3C3A7~153.04低最大最快最差大铁铝酸四钙4CaO•Al2O3•Fe2O3C4AF10~183.77低中中好小 (1)天然石膏：符合GB/T5483中规定的G类或M类二级（含）以上的石膏或混合石膏。(A类：硬石膏产品）(2)工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。***石膏作用：石膏在水泥中主要是为了延缓水泥的凝结时间，提高早期强度，有利于混凝土的搅拌、运输和施工。**掺量要控制，掺量太大，SO3会引起安定性不良（用化学分析法检验）水泥中SO3的含量不得超过3.5％。2.石膏 5.3几种通用硅酸盐水泥的技术要求*P57~601.化学要求2.物理要求(2)标准稠度包括：不溶物（定义：P68）、烧失量（定义：105～110℃烘干的原料，在1000～1100℃灼烧后失去的重量百分比）、三氧化硫、氧化镁、氯离子、碱含量等。水泥凝结时间测定水泥标准稠度用水量测定(4)安定性水泥安定性实验(5)强度(1)细度(3)凝结时间 1.化学要求(1)不溶物：P.I硅酸盐水泥不大于0.75﹪；P.Ⅱ硅酸盐水泥不大于1.50﹪。(2)烧失量：P.I硅酸盐水泥不大于3.0﹪；P.Ⅱ硅酸盐水泥不大于3.5﹪；普通硅酸盐水泥不大于5.0﹪。(3)三氧化硫：硅酸盐水泥、普通水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和复合水泥不大于3.5﹪；矿渣水泥不大于4.0﹪。(4)氧化镁：硅酸盐水泥和普通水泥不大于5.０﹪。a.如果水泥压蒸试验合格，则放宽至6.0%。其它通用硅酸盐水泥不大于6.０﹪，若水泥中氧化镁的含量大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。(5)氯离子：通用硅酸盐水泥不大于0.06﹪。(6)碱含量：水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不大于0.60﹪或由供需双方商定。 (1)细度定义：水泥的细度是指水泥的粗细程度。细度对水泥的性质影响很大。一般认为：7～200微米，水化程度随细度增加而增加；<40微米，活性较高；>100微米，活性很小一般情况下，水泥颗粒越细，水泥水化速度越快，强度也越高。但水泥太细，其硬化收缩较大，且磨制成本也高。国家规定：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以（勃氏）比表面积表示，不小于300m2／kg。***矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥0.080mm方孔筛筛余≤10%或0.045mm方孔筛筛余≤30%。 (2)标准稠度及标准稠度用水量定义：（1）水泥净浆标准稠度是对水泥净浆以标准方法拌制、测试并达到规定的可塑程度时的稠度。（2）水泥净浆标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度用水量时所需加的水量，常以水和水泥质量百分数表示。各种水泥的矿物成分、细度不同，拌合成标准稠度时的用水量也各不相同，水泥的标准稠度需水量一般为24％～33％（为水泥质量的百分数）。 2.物理要求(1)凝结时间***硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min(6.5h)；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、复合硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min(10h)。初凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完成，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。 2.物理要求(2)安定性沸煮法合格。安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。**引起安定性不良的因素（P58）（1）熟料中游离氧化镁过多（2）石膏掺量过多（3）熟料中游离氧化钙过多 (5)强度及强度等级***按照《通用硅酸盐水泥》的规定，采用规定的方法，将水泥、标准砂和水按１∶3.0∶０.５的比例，制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准养护条件下（１d内为20±1摄氏度、相对湿度为90％以上的空气中，１d后为20±1摄氏度的水中）养护至规定的龄期，分别按规定的方法测定其3ｄ和28ｄ的抗压强度和抗折强度。根据测定的结果划分水泥强度等级。各强度等级的各龄期强度值不得低于P69Table3-8的要求。***国家标准规定：凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。若水泥仅强度低于规定时，可降级使用。 5.3通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防P601.通用硅酸盐水泥石的腐蚀2.通用硅酸盐水泥石腐蚀的预防 1.通用硅酸盐水泥石的腐蚀引起水泥石腐蚀的原因很多，作用机理也很复杂，但主要是下面几种典型的腐蚀：①软水的侵蚀；②硫酸盐的腐蚀；③镁盐的腐蚀；④一般酸的腐蚀；⑤碳酸腐蚀。**需说明的是，水泥石腐蚀的主要内因有两方面：一是水泥石中存在易被腐蚀的组分，**主要是氢氧化钙和水化铝酸钙；二是水泥石本身不够密实。5.3通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防** 2.腐蚀的预防根据以上腐蚀原因的分析，可采用下列措施，减少或防止水泥石的腐蚀：①根据侵蚀环境特点，合理选用水泥及熟料矿物组成。②提高水泥石的密实度，改善孔结构。硬化水泥石是一多孔体系，腐蚀性介质通常是靠渗透进入水泥石内部，从而使水泥石腐蚀。③加做保护层。当腐蚀作用较强时，可用耐腐蚀性好的涂料等材料，在混凝土及砂浆表面做不透水的保护层，防止腐蚀性介质与水泥石接触。5.3通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防 6.1普通混凝土概述普通混凝土(concrete)一般是由胶凝材料（水泥Cement)、骨料(aggregate砂、石）和水按适当的比例配合、拌制，经一定时间的硬化而成的人造石材（砼）。1、按胶凝材料不同：⑴水泥混凝土；⑵石膏混凝土；⑶水玻璃混凝土；⑷沥青混凝土；⑸聚合物混凝土。BuildingMaterials第4章水泥混凝土P76 6.1普通混凝土概述2、混凝土按照表观密度大小分为三类：(1)重混凝土；(2)普通混凝土；(3)轻混凝土；①轻骨料混凝土；②多孔混凝土(泡沫混凝土、加气混凝土)；③大孔混凝土。3、混凝土按施工工艺可分为：泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、造壳混凝土(裹砂混凝土)、碾压混凝土、压力灌浆混凝土(预填骨料混凝土)、热拌混凝土、太阳能养护混凝土等多种。BuildingMaterials 6.1普通混凝土概述4、混凝土按掺合料可分为：粉煤灰混凝土；硅灰混凝土；磨细高炉矿渣混凝土；纤维混凝土等多种。5、混凝土也可按功能或材料分类如防水混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；纤维混凝土和聚合物混凝土。BuildingMaterials 6.1普通混凝土概述普通混凝土(Concrete)一般是由水泥(Cement)、骨料(Aggregate)（砂、石）和水（Water）所组成。为改善混凝土的某些性能，经常还加入适量的外加剂和掺合料。图4.1普通混凝土结构示意图1—石子；2—砂子；3—水泥浆；4—气孔BuildingMaterials 基础知识6.1.1水泥1.水泥品种的选择配制混凝土时，应根据混凝土工程的性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性作出合理的选择。如大坝工程,宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。2.水泥强度等级的选择BuildingMaterials 2.水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经济。因此，根据经验一般选择以水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的1.5～2.0倍为宜。高强砼选等级水泥。BuildingMaterials 基础知识6.1.2骨料1、骨料的分类骨料（也称骨料aggregate）总体积占混凝土体积的60％～80％，按粒径大小分为粗骨料(coarseaggregate）和细骨料（fineaggregate——砂sand）。粒径≤4.75mm的骨料称为细骨料，俗称砂。有天然砂（河砂、湖砂、山砂、淡化海砂）人工砂（机制砂、混合砂）。粒径＞4.75mm的骨料称为粗骨料俗称石子。常用的有卵石和碎石。BuildingMaterials 基础知识6.1.2骨料2.骨料的技术性质3.细骨料4.粗骨料BuildingMaterials 1.骨料的技术性质骨料的各项性能指标将直接影响混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技术性质包括：1、颗粒级配及粗细程度、2、颗粒形态和表面特征、3、强度、4、坚固性、5、含泥量、6、有害物质及7、碱骨料反应等。BuildingMaterials 2.细骨料Fineaggregate粒径4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂是由于自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。国家标准GB/T14684-2001《建筑用砂》规定了建筑用砂的技术要求。BuildingMaterials 2.细骨料Fineaggregate(1)砂的粗细程度和颗粒级配①砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的总体粗细程度。图4—2骨料颗粒级配筛分法表4—1累计筛余与分计筛余的关系图4—3砂的级配区筛分曲线砂的细度模数及级配评定BuildingMaterials 图4-2骨料颗粒级配示意图(a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径2.细骨料Fineaggregate—骨料颗粒级配②砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由中颗粒填充，空隙率会减小，若再填充以小颗粒，空隙率更小，如图4.2所示。BuildingMaterials 2.细骨料Fineaggregate—筛分法砂的粗细程度与颗粒级配的评定。砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。用一套孔径(方孔)为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛筛分。称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表4-1。BuildingMaterials 砂的累计筛余与分计筛余的关系Table4-1筛孔尺寸分计筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)×100%A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)×100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)×100%A3=a1+a2+a3600μmm4a4=(m4/500)×100%A4=a1+a2+a3+a4300μmm5a5=(m5/500)×100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150μmm6a6=(m6/500)×100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6细骨料FineaggregateBuildingMaterials 砂的级配区筛分曲线图4-3砂的级配曲线细骨料FineaggregateBuildingMaterials 细骨料Fineaggregate**砂的细度模数：砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下：建筑用砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂：3.7～3.1；中砂：3.0～2.3；细砂：2.2～1.6。BuildingMaterials 细骨料Fineaggregate(2)颗粒形状及表面特征天然砂(naturalsand)：河砂、海砂人工砂(artificialsand)：山砂、机制砂从流动性上看，人工砂的颗粒形状及表面特征不及天然砂好从粘结力上看，天然砂的颗粒形状及表面特征不及人工砂好BuildingMaterials （3）含泥量与泥块含量含泥量是指天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量。天然砂的含泥量应符合表4-3的规定。人工砂的石粉含量应符合表4-4的规定。砂中泥块含量应符合表4-3和表4-4的规定。2.细骨料FineaggregateBuildingMaterials （5）砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经5次循环后其质量损失应符合表4-6的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合表4-7的规定。2.细骨料FineaggregateBuildingMaterials （6）表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3，松散堆积密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%。（7）碱骨料反应碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。经碱骨料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。2.细骨料FineaggregateBuildingMaterials 3.粗骨料粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石是由于自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒（平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值）。建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》的技术要求。卵石碎石BuildingMaterials 基础知识6.1.4外加剂**P89混凝土外加剂，是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。除特殊情况外，掺量一般不超过水泥用量的5%（掺量小，效果大）。外加剂的分类P89国家标准GB8076—2008中按外加剂的主要功能将混凝土外加剂分为四类：(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，其中包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。BuildingMaterials (2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，其中包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。(3)改善混凝土耐久性的外加剂，其中包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4)改善混凝土其他性能的外加剂，其中包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。混凝土外加剂BuildingMaterials基础知识 土木工程常用外加剂：(1）减水剂减水剂是应用最广的混凝土外加剂。它属于表面活性剂，是由亲水基团和憎水基团二个部分组成。加入水后，其亲水基团会电离出离子，使表面活性剂分子带有电荷。亲水基团指向溶剂，憎水基团指向水泥颗粒，并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面张力。这种表面活性作用是减水剂起减水增强作用的主要原因。(2）缓凝剂缓凝剂是指延长混凝土凝结时间的外加剂。(3）早强剂早强剂可加速混凝土硬化，提高早期强度。(4）引气剂引气剂与减水剂相似，都是表面活性剂。使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡。(5）膨胀剂混凝土膨胀剂是指与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石、钙矾石和氢氧化钙或氢氧化钙，使混凝土产生膨胀的外加剂。(6）防冻剂能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂为混凝土防冻剂。(7）钢筋阻锈剂加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的外加剂。混凝土外加剂BuildingMaterials基础知识 4、引气剂：在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。常用的产品有松香热聚物、松香皂等，此外还有烷基磺酸钠及烷基苯磺酸钠等。引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.05~1.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，降低混凝土强度、弹性模量。适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。不能用于预应力砼、蒸养砼。5、膨胀剂：在搅拌混凝土的过程中，能使混凝土产生膨胀的外加剂称为膨胀剂。常用的产品有硫铝酸钙类、硫铝酸钙—氧化钙类、氧化钙等。NOTE：硫铝酸钙类温度不得长期处于80度以上、不宜和氯盐类同时使用。混凝土外加剂P89BuildingMaterials 4.2.2混凝土拌合物性能的影响因素4.2.1混凝土拌合物性能的涵义与测定6.2混凝土拌合物的性能P100BuildingMaterials 基础知识6.2.1混凝土拌合物性能的涵义与测定1.和易性的涵义与测定**P1012.混凝土凝结时间测定从混凝土拌合物中筛出砂浆用贯入阻力法来测定坍落度值不为零的混凝土拌合物凝结时间。贯入阻力达到3.5MPa和28.0MPa的时间分别为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。和易性(workablity)——混凝土拌合物的和易性又称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作(拌和、运输、浇灌、捣实)并能获得质量均匀，成型密实的性能。它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。BuildingMaterials 1.和易性的涵义与测定(1)坍落度(slump)**P101及坍落扩展度试验　　将混凝土拌合物分3次按规定方法装入坍落度筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍落度筒。拌合物因自重而坍落，测量坍落的值(mm)，即为该拌合物的坍落度(如图4-9)。坍落扩展度值：当混凝土拌合物的坍落度大于220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，当二者的差小于50mm时，用其算术平均值作为坍落扩展度值。最大最小差大于50mm时试验结果无效。BuildingMaterials 1.和易性的涵义与测定(2)维勃稠度试验**P101维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪(见图4-10)。所用的时间(以秒计)称为该混凝土拌合物的维勃稠度。维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小分为4级，见表5-17。BuildingMaterials 1.和易性的涵义与测定(1)坍落度及坍落扩展度试验图4-9坍落度测定BuildingMaterials坍落度筒 1.和易性的涵义与测定图6-5维勃稠度仪BuildingMaterials维勃稠度仪 基础知识6.2.2混凝土拌合物性能的影响因素1.混凝土和易性的影响因素2.混凝土凝结时间影响因素BuildingMaterials 1.混凝土和易性的影响因素***P103-107**和易性的影响因素有：水泥浆量、水灰比、砂率、骨料的品种、规格和质量、外加剂、温度和时间及其他影响因素。本小节着重讨论水泥浆量、水灰比和砂率对混凝土和易性的影响。水泥浆量——水泥浆量是指混凝土中水泥及水的总量。水灰比——拌制水泥浆、砂浆和混凝土混合料时，水与水泥的质量比称为水灰比（W/C）。砂率——砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比，它表示混凝土中砂、石的组合或配合程度。BuildingMaterials 1.影响和易性的主要因素**（1）原材料的性质①水泥品种和细度不同品种的水泥，颗粒粗细、特征不同，需水量也不同。在其他条件相同时，硅酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合物的和易性好。用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好，保水性和粘聚性也较好。②骨料　如其他条件相同，卵石混凝土比碎石混凝土流动性大，河砂比山砂流动性大。较大粒径、级配好的比级配差的流动性大。（2）水泥浆的数量——浆骨比浆骨比：拌合物中水泥浆与骨料的重量比。流动性由水泥浆而来。BuildingMaterials 1.影响和易性的主要因素（3）水泥浆的稠度水泥浆的稠度主要取决于水灰比(1m3混凝土中水与水泥用量的比值)大小。水灰比过大，水泥浆太稀，产生严重离析及泌水现象；过小，因流动性差而难于施工，通常水灰比在0.40～0.75之间，并尽量选用小的水灰比。（4）砂率(βS)选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，并保持良好的粘聚性和保水性；或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值称为合理砂率(如图4.6、图4.7)。BuildingMaterials 1.影响和易性的主要因素（5）其他因素①外加剂　拌制混凝土时，掺入少量外加剂，有利于改善和易性②温度　混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低。③时间　随着时间的延长，拌和后的混凝土坍落度逐渐减小。④工艺拌合好，塌落度(slump)大。BuildingMaterials ***和易性的调整与改善（P107）①流动性小：保持W/C不变，增加水泥浆用量。②坍落度大：保持砂率不变，增加砂石用量，实际上减少水泥浆用量。选择合理得浆骨比。③改善骨料级配，可改善和易性（既可增加流动性，也能改善粘聚性和保水性）。④加外加剂（掺减水剂或引气剂是改善和易性的有效措施。BuildingMaterials 2.混凝土凝结时间及其影响因素(1)混凝土凝结时间测定从混凝土拌合物中筛出砂浆用贯入阻力法来测定坍落度值不为零的混凝土拌合物凝结时间。贯入阻力达到3.5MPa和28.0MPa的时间分别为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。混凝土的初凝时间一般为：2~4h。终凝时间为：6~10h。BuildingMaterials 2.混凝土凝结时间及其影响因素(2)水泥的水化是混凝土产生凝结的主要原因，但是，混凝土的凝结时间与所用水泥的凝结时间并不一致。因为水灰比的大小会明显影响水泥的凝结时间，水灰比越大，凝结时间越长，一般混凝土的水灰比与测定水泥凝结时间的水灰比是不同的，凝结时间便有所不同。而且混凝土的凝结时间还受温度、外加剂等其他各种因素的影响。BuildingMaterials 基础知识6.3硬化后混凝土的性能4.3.3混凝土的耐久性4.3.1混凝土的强度P1084.3.2混凝土的变形BuildingMaterials 基础知识6.3.1混凝土的强度P108-1181.立方体抗压强度2.混凝土强度等级3.混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度4.混凝土的弯拉强度5.影响混凝土强度的因素BuildingMaterials 1.立方体抗压强度**P111国家标准GB/T50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定，将混凝土拌合物制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度20℃±2℃，相对湿度95％以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以fcu表示。CubiccompressivestrengthBuildingMaterials 2.混凝土强度等级**P112按照国家标准GB50010－2002《混凝土结构设计规范》，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95％保证率的抗压强度，以fcu，k表示。普通混凝土划分为十四个强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等级的混凝土，一般有一定的选用范围。BuildingMaterials 例题施工中制作一组标准混凝土立方体试件，经标准养护28d，上机进行力学性能试验，测得抗压破坏荷载分别为700kN、720kN、740kN，试判断该混凝土的强度等级。即该组试件的立方体抗压强度等级为C30。 3.混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土的轴心抗压强度的测定采用150mm×150mm×300mm棱柱体作为标准试件。轴心抗压强度设计值以fcp表示，轴心抗压强度标准值以fcp,k表示。**混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之间具有一定的关系，通过大量试验表明：在立方体抗压强度fcu为10~55MPa的范围内，fcp=(0.7~0.8)fcu。轴心抗拉强度axialtensilestrength（棱柱体抗压强度prismaticcompressivestrength）BuildingMaterials 3.混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft可按劈裂抗拉强度fts换算得到，换算系数可由试验确定。混凝土劈裂抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度fts。fts=2F/πA=0.637F/A劈裂抗拉强度tensilesplittingstrengthBuildingMaterials 3.混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度BuildingMaterials 5.**影响混凝土强度的因素P114-118影响混凝土强度的因素很多，包括三方面：(2)生产工艺因素(3)实验因素(1)原材料因素BuildingMaterials (1）原材料因素A.水泥强度水泥强度的大小直接影响混凝土强度。在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度也越高。试验证明，混凝土强度与水泥强度成正比关系。B.水灰比当用同一种水泥时，混凝土的强度主要决定于水灰比。满足和易性要求时，水灰比越小，水泥石的强度越高。混凝土强度与水泥强度等级、水灰比的关系可以用下述公式表达（保罗米公式***P115）：*已知水泥强度、水灰比，可估算混凝土强度。*已知水泥强度、要求混凝土强度，计算水灰比。5.影响混凝土强度的因素P114-118 5.影响混凝土强度的因素Fig.４－１４混凝土强度与水灰比、灰水比的关系 (1）原材料因素C.骨料与骨料尤其是粗骨料的表面状况有关。碎石表面粗糙，粘结力比较大，卵石表面光滑，粘结力比较小。在其它相同的条件下，碎石混凝土的强度较高。D.外加剂和掺合料加入外加剂可按要求改变混凝土的强度及强度发展规律，如掺入减水剂可减少拌合用水量，提高混凝土的强度。超细的掺合料可配制高强度的混凝土。5.影响混凝土强度的因素 (2)生产工艺因素这里所指的生产工艺因素包括混凝土生产过程中涉及到的施工（搅拌、捣实）、养护条件、养护时间等因素。A.施工条件在施工中须将混凝土拌合物搅拌均匀，浇注后必须捣固密实，才能使混凝土达到预期强度。采用机械搅拌比人工搅拌的拌合物更均匀，采用机械捣实比人工捣实的混凝土更密实。B.养护条件混凝土的养护条件主要指所处的环境温度和湿度，它们是通过影响水泥水化过程而影响混凝土强度。养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度较高。C.龄期龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常养护条件下，混凝土强度将随着龄期增长而增长。5.影响混凝土强度的因素 (3)实验因素A.试件形状尺寸试件尺寸会影响到混凝土强度实验的测试结果。试件尺寸越大，测得的强度值越低。当采用非标准尺寸试件时，应将其抗压强度折算为标准试件抗压强度。B.表面状态当混凝土受压面非常光滑时（如有油脂），由于压板与试件表面的磨擦力减小，使环箍效应减小，试件将出现垂直裂纹而破坏，测得的混凝土强度值较低。C.含水程度混凝土试件含水率越高，其强度越低。D.加荷速度在进行混凝土试件抗压试验时，若加荷速度过快，材料裂纹扩展的速度慢于荷载增加速度，会造成测得的强度值偏高。故在进行混凝土立方体抗压强度试验时，应按规定的加荷速度进行。5.影响混凝土强度的因素 基础知识6.3.2混凝土的变形P1181.化学变形2.干湿变形3.温度变形4.荷载作用下的变形混凝土在硬化和使用过程中，由于受物理、化学等因素的作用，会产生各种变形，这些变形是导致混凝土产生裂纹的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的强度和耐久性。 1.化学变形混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水泥与水）的体积，导致混凝土在硬化时产生收缩，称为化学收缩。混凝土的化学收缩是不可恢复的，收缩量随混凝土的硬化龄期的延长而增加，一般在40d内逐渐趋向稳定。2.干湿变形混凝土在环境中会产生干缩湿胀变形。水泥石内吸附水和毛细孔水蒸发时，会引起凝胶体紧缩和毛细孔负压，从而使混凝土产生收缩。当混凝土吸湿时，由于毛细孔负压减小或消失而产生膨胀。影响混凝土干湿变形的因素有多种。 3.温度变形对大体积混凝土工程，在凝结硬化初期，由于水泥水化放出的水化热不易散发而聚集在内部，造成混凝土内外温差很大，有时可达40~50℃以上，从而导致混凝土表面开裂。混凝土在正常使用条件下也会随温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的热膨胀系数与混凝土的组成材料及用量有关，但影响不大。混凝土的热膨胀系数一般为（0.6～1.3）×10－5/℃。 4.**荷载作用下的变形(1)混凝土在短期荷载作用下的变形混凝土是一种非均质弹塑性体。在外力作用下，既产生弹性变形，又产生塑性变形，即混凝土的应力与应变的关系不是直线而是曲线。混凝土的塑性变形是内部微裂纹产生、增多、扩展与汇合等的结果。(2)混凝土在长期荷载作用下的变形——徐变**混凝土在长期不变荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形称为混凝土的徐变(P121)。 基础知识6.3.3**混凝土的耐久性(P122_127)1.**混凝土耐久性的概念混凝土的耐久性是混凝土在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。混凝土的耐久性直接影响结构物的安全性和使用性能。耐久性包括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和碱骨料反应（P98)等。下图是被腐蚀的混凝土。2.提高混凝土耐久性的措施氯离子腐蚀酸雨腐蚀 （7）碱骨料反应（P98)碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。经碱骨料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。2.细骨料FineaggregateBuildingMaterials 6.3.3混凝土的耐久性——混凝土的碳化4、混凝土的碳化（***P125）⑴定义：混凝土的碳化作用是空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙在有水存在的条件下发生化学作用，生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。⑵利弊①弊：碳化对混凝土最主要的影响是使混凝土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀（钝化作用消失）。碳化还会引起混凝土收缩(碳化收缩)，容易使混凝土的表面产生微细裂缝。 ★★2.提高混凝土耐久性的措施P126(1)选用适当品种的水泥及掺合料；(2)适当控制混凝土的水灰比及保证水泥用量；(3)掺用外加剂（减水剂、引气剂、防冻剂），改善抗渗性和抗冻性；(4)选用较好的砂、石骨料，改善粗细骨料的颗粒级配；(5)改善混凝土的施工操作方法，加强浇捣和养护，以提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象；(6)进行表面处理。采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层。BuildingMaterials 4.4混凝土的质量控制及配合比设计4.4.2普通混凝土配合比设计4.4.1混凝土的基本要求与质量控制 基础知识6.4.1混凝土的基本要求与质量控制1.混凝土的基本要求2.混凝土的质量控制3.混凝土生产质量水平评定 1.混凝土的基本要求建筑工程中所使用的混凝土须满足以下四项基本要求：(1)混凝土拌合物须具有与施工条件相适应的和易性。(2)满足混凝土结构设计的强度等级。(3)具有适应所处环境条件的耐久性。(4)在保证上述三项基本要求前提下的经济性。 2.混凝土的质量控制混凝土质量控制的目标是使所生产的混凝土能按规定的保证率满足设计要求。质量控制过程包括以下三个过程：(1)混凝土生产前的初步控制，主要包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定与调整等项内容。(2)混凝土生产过程中的控制，包括控制称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等项内容。(3)混凝土生产后的合格性控制，包括批量划分，确定批取样数，确定检测方法和验收界限等项内容。 3.混凝土生产质量水平评定用数理统计方法可求出几个特征统计量:强度平均值（）、强度标准差(σ)以及变异系数(Cv)。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝土质量越不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，混凝土质量越均匀。我国《混凝土强度检验评定标准》根据强度标准差的大小，将混凝土生产单位的质量管理水平划分为“优良”、“一般”及“差”三等。 观察与讨论讨论6.4.1混凝土的基本要求与质量控制混凝土强度的波动规律请观察下图中A、B两种混凝土的离散程度不同的强度分布曲线，讨论其生产管理水平及强度保证率。离散程度不同的两条强度分布曲线 1、混凝土立方体抗压强度标准值是指具有95％强度保证率的标准立方体抗压强度值，也就是指在混凝土立方体抗压强度测定值的总体分布中，低于该值的百分率不超过5％。6.4.1混凝土的基本要求与质量控制 2、用数理统计方法可求出几个特征统计量:强度平均值（mfcu）、强度标准差(σ)以及变异系数(Cv)。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝土质量越不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，混凝土质量越均匀。BuildingMaterials6.4.1混凝土的基本要求与质量控制 ⑴强度平均值⑵标准差：能反应混凝土的质量均匀性⑶变异系数：能反应混凝土的质量均匀性6.4.1混凝土的基本要求与质量控制 3、混凝土的强度保证率⑴定义：制混凝土的强度总体中大于等于设计强度等级所出现的概率⑵计算①概率度法：概率度6.4.1混凝土的基本要求与质量控制 概率为：②统计周期内：4、混凝土的配制强度：6.4.1混凝土的基本要求与质量控制 例题配制C25混凝土，要求强度保证率95%，则混凝土的配制强度为多少（已知σ=3.0N/mm2）?若采用普通水泥，碎石来配制，试求混凝土的水灰比，已知:水泥实际强度为40MPa，A=0.46，B=0.07解（1）fcu,o=fcu,k+1.645σ=25+4.935=29.935(MPa)（2）fcu,o=A×fce(C/W-B) 三、混凝土强度的检测评定方法㈠混凝土强度的检验1、一般规定（混凝土强度检验评定标准GBJ107－87）第2.0.1条混凝土的强度等级应按立方体抗压强度标准值划分，混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值（以N/m㎡计）表示。第2.0.2条立方体抗压强度标准值系指对按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%。BuildingMaterials6.4.1混凝土的基本要求与质量控制 2、混凝土的取样，试件的制作、养护和试验第3.0.1条混凝土试样应在混凝土浇筑地点随机抽取，取样频率应符合下列规定：一、每100盘，但不超过100的同配合比的混凝土，取样次数不得少于一次；二、每一工作班拌制的同配合比的混凝土不足100盘时其取样次数不得少于一次。注：预拌混凝土应在预拌混凝土厂内按上述规定取样。混凝土运到施工现场后，尚应按本条的规定抽样检验。BuildingMaterials6.4.1混凝土的基本要求与质量控制 6.4.2普通混凝土配合比设计P133一、定义混凝土配合比，是指混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。混凝土配合比设计，是根据材料的技术性能、工程要求、结构形式和施工条件，来确定混凝土各组成材料之间的配合比例。通常有两种表示方式：一种是以每立方米混凝土中各种材料的用量来表示。另一种是以各种材料相互间质量比来表示(以水泥质量为1)。BuildingMaterials 二、混凝土配合比的表示方法1、以每lm3混凝土中各项材料的质量比表示。例如lm3混凝土：水泥300kg，水180kg，砂720kg，石子1200kg，每lm3混凝土总质量为2400kg。2、以各项材料间的质量比来表示(以水泥质量为1)。例如，将上例换算成质量比为：水泥∶砂∶石=1∶2.4∶4.0，水灰比0.60。6.4.2普通混凝土配合比设计BuildingMaterials 三、混凝土配合比设计的基本要求(1)满足设计要求的强度；(2)满足施工要求的和易性；(3)满足与环境相适应的耐久性；(4)在保证质量的前提下，应尽量节约水泥，降低成本。6.4.2普通混凝土配合比设计BuildingMaterials ***四、混凝土配合比设计中的三个基本参数P1331、水与水泥之间的比例关系，用水灰比表示；2、砂与石子之间的比例关系，用砂率表示；3、水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量来反映(1m3混凝土的用水量)。混凝土配合比设计就是要正确地确定这3个参数。6.4.2普通混凝土配合比设计BuildingMaterials 【例题】某工程制作室内用的钢筋混凝土大梁（不受风雪影响），混凝土设计强度等级为C25，施工要求坍落度为30~50mm，采用机械振捣。该施工单位无历史统计资料。采用材料：普通水泥，32.5级，实测强度为35.0MPa，密度为3100kg/m3；中砂，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1500kg/m3；碎石，最大粒径20mm，表观密度为2.70g/cm3，堆积密度为1550kg/m3；自来水。试设计混凝土的配合比(按干燥材料计算)。若施工现场中砂含水率为3%，卵石含水率为1%，求施工配合比。普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials 【解】设计步骤：(1)确定配制强度。(2)确定水灰比(W/C)(3)确定用水量(mW0)(4)计算水泥用量(mC0）(5)确定砂率(6)计算砂、石用量mS0、mG0(7)计算初步配合比(8)配合比调整(9)试验室配合比(10)施工配合比普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials (1)确定配制强度。该施工单位无历史统计资料，查表4-20，混凝土强度等级为C25时，取σ=5.0MPa。fcu,o=fcu,k+1.645σ=25+8.2=33.2(MPa)(2)确定水灰比(W/C)①利用强度经验公式计算水灰比（要求记忆）：普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials ②复核耐久性查表4-19规定最大水灰比为0.65，因此W/C=0.47满足耐久性要求。普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials (3)确定用水量(mW0)此题要求施工坍落度为30~50mm，碎石最大粒径为20mm，查表4-22得每立方米混凝土用水量：mW0=195kg(4)计算水泥用量(mC0）mC0=mW0×/(C/W)=195/0.47≈414.9(kg)查表4-19规定最小水泥用量为260kg，故满足耐久性要求。(5)确定砂率　　根据上面求得的W/C=0.47，碎石最大粒径20mm，查表4-23，选砂率βS=30%。普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials (6)计算砂、石用量mS0、mG0①按质量法：强度等级C20的混凝土查表5.23，取混凝土拌合物计算表观密度=2400kg/m3，mCP=2400kg，列方程组即：解得：mSO=537.2kgmGO=1253.3kg普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials ②按体积法列方程组（不使用外加剂α=1）即：解得：mSO=532.3kgmGO=1242.0kg普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials (7)计算初步配合比①质量法mC0∶mS0∶mG0：mwo=414.9∶537.2∶1253.3：195=1∶1.29∶3.02：0.47即：W/C=0.47②体积法mC0∶mS0∶mG0：mwo=414.9∶532.3∶1242.0：195=1∶1.28∶2.99：0.47即：W/C=0.47两种方法计算结果相近。普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials (8)配合比试配、调整按初步配合比称取15L混凝土拌合物的材料：水泥414.9×15/1000=6.22kg水195×15/1000=2.93kg砂子537.2×15/1000=8.06kg石子1253.3×15/1000=18.80kg①和易性调整将称好的材料均匀拌和后，进行坍落度试验。假设测得坍落度为20mm，小于施工要求的30~50mm，应保持原水灰比不变，增加5%水泥浆。再经拌和后，坍落度为40mm，粘聚性、保水性均良好，已满足施工要求。普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials **此时（和易性调整后）各材料实际用量为：　水泥6.22+6.22×5%=6.53kg水2.93（1+5%）=3.07kg砂8.06kg石18.80kgM拌=6.53+3.07+8.06+18.80=36.46kg并测得每立方米拌合物质量为mCP=2420kg/m3调整后各材料用量（配合比）：普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials ②强度调整方法如前所述，采用：W/C=0.42、W/C=0.47和W/C=0.52三个水灰比（W/C=0.42、W/C=0.52的两个配合比，坍落度均满足要求），测得表观密度分别为：2415kg/m3、2420kg/m3、2425kg/m3。强度实测结果如下：W/CC/W强度实测值MPa0.422.3838.60.472.1335.60.521.9232.6普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials 绘出fcuo与C/W的关系图从图上找出恰好满足要求的fcuo=33.2MPa对应的灰水比C/W=2，即W/C=0.5。修正每1m3混凝土各材料的用量：水203.7kg，水泥砂535.0kg，石子1247.8kg。该配合比为最佳配合比。普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials (9)试验室配合比按照所确定的最佳配合比重新试配，并检验新拌混凝土的表观密度为2412kg/m3。计算该混凝土的表观密度：则其配合比校正系数为则前面计算的配合比即为确定的设计（实验室）配合比，mCmS∶mG：mw=407.4∶535.0∶1247.8：203.7=1∶1.31∶3.06：0.5BuildingMaterials (10)施工配合比1m3拌合物的实际材料用量(kg)：mC′=mC=407.4kgmS′=mS(1+a%)=535×(1+3%)=551.0kgmG′=mG(1+b%)=1247.8×(1+1%)=1260.2kmW′=mW-mS·a%-mG·b%=207.3-553×3%-1247.8×1%=175.2kg普通混凝土配合比设计——实例BuildingMaterials 例题：某混凝土经过试配调整后，各材料的用量分别为水泥3.12kg,砂6.52kg，卵石12.52kg，水1.82kg，并测得拌合物的表现密度为2420kg/m3。（1）计算1m3混凝土中各种材料的用量？（2）若采用实测强度为43MPa的普通水泥，河砂，碎石来配制，试估算该混凝土的28天强度(A=0.46，B=0.07)。解:⑴3.12+6.52+12.52+1.82=23.98m3混凝土中各材料用量分别为:水泥:2420х3.12/23.98=314.86kg砂子:2420х6.52/23.98=657.98kg石子:2420х12.52/23.98=1263.49kg水:2420х1.82/23.98=183.672420-314.86-657.98-1263.49=183.67kg⑵fcu=0.46×43×(314.86/183.67-0.07)=32.5MPa 6.6砂浆4.6.3抹面砂浆4.6.1砂浆的分类组成材料及技术性质4.6.2砂浆的配合比设计BuildingMaterials 6.6.1砂浆的分类组成材料及技术性质1.砂浆的分类组成材料2.砂浆的技术性质基础知识BuildingMaterials 砂浆（mortar）砂浆是由胶凝材料、细骨料、水或外加剂按一定的比例配制而成的建筑材料。砂浆在土木结构工程中不直接承受荷载，而是传递荷载。砂浆按所用的胶凝材料可分为水泥砂浆、水泥混合砂浆、石灰砂浆、石膏砂浆和聚合物砂浆等。砂浆按用途分为砌筑砂浆、抹面砂浆和特种砂浆。砌筑砂浆将块体(砖石、砌块等)、散粒的材料粘结(称为砌筑)为整体，修建各种建筑物，如桥涵、堤坝和房屋的墙体等。(部分表面的抹灰及勾缝等。)在砌体中起着传递荷载的作用。1.砂浆的分类组成材料 用于砌筑砂浆的水泥用六大通用水泥来配制，一般水泥强度等级为砂浆强度等级的4~5倍。如M20、M15、M10、M7.5等。用通用水泥来配制砂浆，其强度等级和砂浆标号的比值已超过4倍～5倍的技术经济原则。为了满足砌筑砂浆和易性的要求，往往需多加水泥而造成砌筑砂浆超标号的浪费现象，因此配制M5.0、M2.5、M1.0低标号砂浆使用低标号的筑砌水泥更为必要。1.砂浆的分类组成材料 1.砂浆的分类组成材料建筑砂浆按用途不同，可分为砌筑砂浆、抹面砂浆。按所用胶结材不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆等。建筑砂浆的组成材料主要有：胶结材料、砂、掺加料、水和外加剂等。 2.**砂浆的技术性质P163(1)砂浆的和易性砂浆的和易性包括流动性和保水性。(2)砂浆强度等级砂浆强度等级是以边长为7.07cm的立方体试块，按标准条件[在（20±3）℃温度和相对湿度为60％～80％的条件下或相对湿度为90％以上的条件下］养护至28d的抗压强度值确定。(3)收缩性能收缩性能是指砂浆因物理化学作用而产生的体积缩小现象。(4)粘结力砂浆的粘结力主要是指砂浆与基体的粘结强度的大小。BuildingMaterials 新拌砂浆的流动性砂浆的流动性是指砂浆在重力或外力的作用下流动的性能。砂浆的流动性用“稠度”来表示。砂浆稠度的大小用沉入量表示，单位mm，用砂浆稠度仪测定。沉入量大的砂浆流动性好。新拌砂浆的保水性砂浆的保水性是指新拌砂浆保持内部水分不流出的能力。砂浆的保水性是用分层度来表示，单位mm。一般控制在10-30mm。加入掺合料(石灰膏、粉煤灰、石膏等)和外加剂，可以改善砂浆的保水性。2.**砂浆的技术性质P163 观察与讨论讨论不同基层的砂浆强度6.6.1砂浆的分类组成材料及技术性质把相同配比的砂浆分别抹在加气混凝土砌块及陶瓷玻化砖表面，从图A和图B中可见，经半分钟后，于加气混凝土砌块表面的砂浆已变得相当干硬；而于陶瓷玻化砖表面的砂浆则仍相当润湿。请讨论砂浆的水灰比对其强度的影响。图A陶瓷玻化砖表面的砂浆图B加气混凝土砌块表面的砂浆BuildingMaterials 不同基层的砂浆强度⑴**不吸水基层砂浆强度P163砂浆置于致密材料表面上，因基材基本不吸水，砂浆水灰比亦基本不变，故其强度主要取决于胶凝材料的强度及水灰比。⑵吸水基层砂浆强度当基层吸水后，砂浆中保留水分的多少就取决于其本身的保水性，因而具有良好保水性的砂浆，不论拌和时间用多少水，经底层吸水后，保留在砂浆中的水大致相同，而与初始水灰比关系不大。BuildingMaterials 6.6.2砂浆的配合比设计基础知识1.砌筑砂浆的技术条件2.砌筑砂浆配合比设计步骤BuildingMaterials 1.砌筑砂浆的技术条件将砖、石及砌块粘结成为砌体的砂浆称为砌筑砂浆。它起着粘结砖、石及砌块构成砌体，传递荷载，并使应力的分布较为均匀，协调变形的作用。按国家行业标准JGJ98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》规定，砌筑砂浆需符合以下技术条件：①砌筑砂浆的强度等级宜采用M20，M15，M10，M7.5，M5，M2.5。②水泥砂浆拌合物的密度不宜小于1900kg/m3；水泥混合砂浆拌合物的密度不宜小于1800kg/m3。③砌筑砂浆稠度、分层度、试配抗压强度必须同时符合要求。砌筑砂浆的稠度应按有关规定选用。砌筑砂浆的分层度不得大于30mm。④水泥砂浆中水泥用量不应小于200kg/m3；水泥混合砂浆中水泥和掺加料总量宜为300～350kg/m3。⑤具有冻融循环次数要求的砌筑砂浆，经冻融试验后，质量损失率不得大于5％，抗压强度损失率不得大于25％。BuildingMaterials **硬化后砂浆的强度及强度等级P163砂浆的抗压强度是确定砂浆强度等级的重要依据。砂浆抗压强度是以标准立方体试件(70.7mm×70.7mm×70.7mm)，一组6块，在标准养护条件下，测定其28d的抗压强度值而定的。根据砂浆的抗压强度，将砂浆分为M20、M15、M10、M7.5、M5.0、M2.5、M1.0等7个强度等级。1.砌筑砂浆的技术条件 2.砌筑砂浆配合比设计步骤①计算砂浆试配强度fm,0，MPa；②计算出每立方米砂浆中的水泥用量Qc，kg；③按水泥用量Qc计算每立方米砂浆掺加料用量QD，kg；④确定每立方米砂浆砂用量Qs，kg；⑤按砂浆稠度选用每立方米砂浆用水量QW，kg；⑥进行砂浆试配；⑦配合比确定。BuildingMaterials 粘结力提高砂浆的抗压强度充分润湿、干净、粗糙的基面砂浆的变形砂浆有较大的收缩变形。为了减小收缩，可以在砂浆中加入适量的膨胀剂。 第九章沥青1.沥青的分类沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的、黑色或深褐色、不溶于水而几乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料。分地沥青和焦油沥青两大类，其分类如下所示。 2.沥青的基本组成结构(1)石油沥青的组分由于沥青是由复杂化合物组成的混合物，对其组成进行分析十分困难。同时化学组成还不能反映沥青物理性质的差异，因此，一般不作沥青化学分析，只从使用角度，将沥青中化学成分及性质极为相近并与物理性质有一定联系的成分，划分为若干组，称为组分。不同组分对石油沥青性能影响不同。三组分分析法（油份、树脂、沥青质）、四组分分析法（饱和分、芳香分、胶质、沥青质）。 2.沥青的基本组成结构(1)石油沥青的组分油分：分子量最小、密度最小的组分。含量为40％－60％。油分赋予沥青以流动性。（影响柔软性、抗裂性、施工难度）石油沥青的树脂(脂胶)：分子量比油分大。含量为15％－30％。使沥青具有良好的塑性、可流动性和粘性。（量增，粘聚力、延伸性增）地沥青质：分子量比树脂更大。含量在10％－30％。降低石油沥青的温度敏感性，增加粘性、粘结力和硬脆性。（沥青碳、似碳物和蜡分子量最大。降低石油沥青的粘结力和塑性。） 6.1.1沥青的分类与与基本组成结构观察与讨论沥青的胶体结构与性能请观察沥青的三种胶体结构，图中的黑色部分为沥青质，讨论其性能的差异。（a）溶胶结构（b）溶-凝胶结构（c）凝胶结构讨论 讨论从上图可见，黑色为沥青质，随沥青质含量增加，沥青的胶体结构从溶胶结构变为溶－凝胶结构，再变为凝胶结构。当沥青质含量相对较少时，油分和树脂含量相对较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。这时沥青形成溶胶结构。当沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力，这时沥青形成溶胶－凝胶结构。其性能可作如下对比：①具有溶胶结构的石油沥青粘性小而流动性大，温度稳定性较差。②具有凝胶结构的石油沥青弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。③溶胶－凝胶型石油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。沥青的胶体结构与性能 基础知识6.1.2沥青的主要性质及其测试方法1.石油沥青的主要性质及其测试方法2.石油沥青的技术要求3.其他沥青的主要性质 沥青憎水，具有良好的防水性；具有较强的抗腐蚀性；具有很好的粘结力；具有很好的塑性，能适应基材的变形。6.1.2沥青的主要性质及其测试方法 1.石油沥青的主要性质及其测试方法(1)**粘滞性（P190)粘滞性是指沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力。它是沥青材料最为重要的性质。用针入度仪测定。针入度是在25±0.1℃条件下，以规定质量的标准针，在5s内贯入试样中的深度，以1／10mm为单位表示。针人度测定示意图 （2）、粘滞度定义：是在规定温度t，规定直径d的孔流出50cm3所需的时间，以秒表示。表示方法：常用符号“CdtT”表示粘滞度。例如：C525100粘滞度测定示意图1.石油沥青的主要性质及其测试方法 1.石油沥青的主要性质及其测试方法(2)延性和脆性沥青的延性是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，通常是用延度作为条件指标来表征。延度测定：把沥青制成“8”字形标准试件，置于延度仪内(25±0.5)℃水中，以(5±0.25)cm／min的速度拉伸，用拉断时的伸长度(cm)表示。延度越大，塑性越好。沥青的脆性：指沥青从高弹态转变到玻璃态过程中的某一规定状态的相应温度。沥青材料在低温下，受到瞬时荷载时，常表现为脆性破坏。费拉斯(Frass)脆点：涂于金属片的试样薄膜在特定条件下，因被冷却和弯曲而出现裂纹时的温度，以℃表示。 1.石油沥青的主要性质及其测试方法(3)温度敏感性　温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能，是沥青的重要指标之一。(4)大气稳定性　大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。（5）防水性 石油沥青的软化点从固态转变到粘流态的起点温度，称为沥青的软化点。沥青软化点一般采用环球法测定。把沥青试样装入规定尺寸的铜环内，上置一直径为9.5mm、质量为(3.50±0.05)g的标准钢球，浸入水或甘油中，以规定的速度升温(5℃／min)，当沥青软化下垂至规定距离(25.0mm)时的温度即为软化点，以℃计。详见试验演示 定义：石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，称为大气稳定性。也是沥青材料的耐久性。表征指标：蒸发损失百分率和蒸发后针入度比检验方法：先测定沥青试样的重量和针入度，后沥青试样在160℃条件下，加热蒸发5h，等待冷却后再测其重量及针入度。意义：大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。决定沥青的耐久性。(4)大气稳定性 在大气因素的综合作用下，沥青各组分会不断递变：（1）轻质油分挥发（2）低分子化合物转变为高分子物质，即油分和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多。且树脂转变为地沥青质比油分转变为树脂的速度快得多（约50%）。因此，使石油沥青随着时间的进展而流动性和塑性逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，这个过程称为石油沥青的“老化”。所以大气稳定性即为石油沥青的抗“老化”性，也即沥青材料的耐久性。(4)大气稳定性 石油沥青的闪点(flashpoint)也称闪火点，指加热沥青至挥发出的可燃气体与空气的混合物在规定条件下与火焰接触，初次闪火(有蓝色闪光)时的沥青温度(℃)。石油沥青的燃点(firepoint)也称着火点，指加热沥青产生的气体与空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧5s以上，此时沥青的温度即为燃点(t)。燃点温度比闪点温度高约10℃。闪点和燃点的高低表明沥青引起火灾或爆炸的可能性大小，关系到运输、贮存和加工的安全。施工安全性 2.石油沥青的技术要求及选用建筑石油沥青（GB/T494—1998）石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青、防水防潮石油沥青和普通石油沥青。建筑石油沥青、道路石油沥青和普通石油沥青的牌号主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，并以针入度值表示。例如针入度指标为25～40的建筑石油沥青，其牌号为30（即30号沥青）。同一品种的石油沥青材料，牌号越高，则粘性越小，针入度越大，塑性越好，延度越大，温度敏感性越大，软化点越低。防水、防潮石油沥青按针入度指数划分牌号，还增加了保证低温变形性能的脆点指标。 **石油沥青的选用根据工程性质(房屋、道路、防腐等)及当地气候条件，所处工程部位(屋面或地下等)来选用不同品种和牌号的沥青。**为避免夏季流淌，用于屋面沥青的软化点应高于当地最高气温20℃以上(P175)。道路石油沥青用于道路工程。建筑石油沥青用于建筑防水和防腐工程。防水、防潮石油沥青用于防水工程。 PE(polyethylene)聚乙烯PP(polypropylene)[化]聚丙烯PVC(poly(vinylchloride))][n.聚氯乙烯CPVC(chlorinatedpoly(vinylchloride))氯化聚氯乙烯ABS(acrylonitrile-butadiene-styrenecopolymer)丙烯腈丁二烯[化]苯乙烯[化]共聚物）烯苯乙烯共聚物（丙烯腈丁）PPRpentatricopeptiderepeats无规共聚聚丙烯APP=atactic（不规则的;无规立构的）polypropylene（聚丙烯）无规聚丙烯SBS=styrene苯乙烯-butadiene丁二烯-styrene苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物第8章合成高分子材料 高分子化合物又称高分子聚合物（简称高聚物polymer），高聚物是组成单元相互多次重复连接而构成的物质，因此分子量很大，但化学组成都比较简单，都是由许多低分子化合物聚合而形成的。例如，聚乙烯分子结构为：CH2-CH2…CH2-CH2…-[-CH2-CH2-]n-聚合高聚物的低分子化合物称为“单体(monomer)”。组成高聚物的最小重复单元称为“链节”。高聚物所含连接的数目称为“聚合度”，一般为1×103~1×107，因此高聚物分子量均较大。-mer基体poly-多，聚合成高分子材料 7.1.1合成高分子材料的分子特征高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为线型聚合物和体型聚合物两类，其中线型聚合物包括线型和支链型，见下图。线型结构的合成树脂可反复加热软化，冷却硬化，故称为热塑性树脂。体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，并且分子间产生化学交联而固化，以后再加热不会软化，故称为热固性树脂。聚合物的合成是将小的有机单体，通过聚合反应，连接成分子量很大的聚合物，按聚合反应方式的不同，分为加聚聚合与缩聚聚合。 7.1.2合成高分子材料的性能特点一般合成高分子材料有七方面的性能优点（P220)：①优良的加工性能；②质轻；③导热系数小；④化学稳定性较好（耐腐蚀）；⑤功能的可设计性强；⑥出色的装饰性能；⑦电绝缘性好。需说明的是，高分子材料经特殊工艺改性也可导电。合成高分子材料有三方面的性能缺点（P220)：①易老化。②可燃性。高分子材料一般属于可燃的材料，部分高分子材料燃烧时发烟，还会产生有毒气体。一般可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品，但其防火性仍比无机材料差。③耐热性较差。使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；有的塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。 一、建筑塑料塑料是以聚合物为基本材料，加入各种添加剂后，在一定温度和压力下混合、塑化、成型的材料或制品的总称。塑料具有以下特性：质量轻、比强度高、可塑性好、耐腐蚀性好、耐水性好、耐热性差、热膨胀系数高、易老化、可燃等。高分子材料在土木工程中的应用 1.**建筑塑料的基本组成(P216)建筑塑料绝大多数是以合成树脂（即合成高分子化合物）和添加剂组成的多组分材料，但也有例外，如有机玻璃是聚甲基丙烯酸甲酯PMMA《poly(methylmethacrylate)(glass)》的合成树脂，不加其它成分的具有较高机械强度和良好的抗冲击性能、且高度透明的有机高分子材料。2.建筑塑料的分类及主要性能常用塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料*，主要性能见表7-1高分子材料在土木工程中的应用 热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型两种类型。热塑性塑料是指在加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。高分子材料在土木工程中的应用 1.胶粘剂的基本组成材料胶粘剂的基本组成材料有粘料、固化剂、填料和稀释剂等。此外，为使胶粘剂具有更好的性能，还应加入一些其他的添加剂，如增韧剂、抗老化剂、增塑剂等。2.胶粘剂的基本要求胶粘剂是能将各种材料紧密地粘结在一起的物质的总称。基本要求：适宜的粘度；适宜的流动性；良好的浸润性；可调的固化性；足够的强度和较好的其他性能。胶粘剂必须对人体无害。表7-3、7-4。高分子材料在土木工程中的应用 3.胶粘剂的基本组成材料粘结料、固化料、增韧剂、填料、稀释剂、改性剂。4.土木工程常用的胶粘剂性能及应用（1）热塑性树脂胶粘剂聚醋酸乙烯胶粘剂（白乳胶）（2）热固性树脂胶粘剂不饱和聚酯树脂胶粘剂、环氧树脂胶粘剂（3）合成橡胶胶粘剂氯丁橡胶胶粘剂、丁晴橡胶胶粘剂高分子材料在土木工程中的应用 8.1.1木材的分类按树木成长的状况分为外长树与内长树外长树exogentree是指树干的成长是向外发展的，由细小逐渐长相成材，而且成长情况因季节不同而形成年轮；内长树的成长则是内部木质的充实。热带的木材几乎都是内长材。按树叶的外观形状针叶树木材和阔叶树木材针叶树树干直而高大，易得大材，纹理平顺。材质均匀而且较软，易加工，属软木材。其材质强度较高，容量和胀缩变形较小，耐腐蚀性强、广泛用于制作承重构件。第9章木材 按树叶的外观形状针叶树木材和阔叶树木材阔叶树的树干通直部分一般较短，材质较硬，较难加工，属于硬木材。阔叶树一般较重，强度、胀缩、翘曲变形大、易开裂，故建筑上用于制作尺寸较小的构件。有的阔叶树具有美丽的纹理，适用于作内部装饰、家具及胶合板等。按用途和加工的不同原条、原木、普通锯材和枕木原条是指已经去皮、根及树梢，但尚未加工成规定尺寸的木料；原木是指由原条按一定尺寸加工成规定直径和长度的木材，分为直接使用原木和加工用原木；普通锯材是指已经加工锯解成材的木料；枕木是指按枕木断面和长度加工而成的木材。8.1.1木材的分类 8.1.2木材的结构1.木材的宏观构造2.木材的微观构造从木材三个不同切面观察木材的宏观构造可以看出（右图），树干由树皮、木质部、髓心组成。从木材的横切面上看，有许多树种的木材，靠近树皮的部分材色较浅，水分较多，称为边材。在髓心周围部分，材色较深，水分较少，称为心材。 1.木材的宏观构造 (1)边材、心材在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材。心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强；外面部分颜色较浅，称为边材。边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如心材。(2)年轮、春材、夏材横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为。年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材(早材)；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，称为夏材(晚材)。每一年轮内就是树木一年的生长部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。1.木材的宏观构造 8.2木材的性能及应用8.2.2木材及其制品的应用8.2.1木材的性能 基础知识8.2.1木材的性能1.密度2.含水率3.湿胀干缩性4.强度 1.密度(1)密度与表观密度木材的实质密度是指构成木材细胞壁物质的密度。约为1.50～1.56g／cm3，各材种之间相差不大，实际计算和使用中常取1.53g/cm3。木材表观密度的大小随木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的变化而不同，通常以含水率为15%（标准含水率）时的表观密度为准。 2.含水率(1)含水率及吸湿性木材的含水率是木材中水分质量占干燥木材质量的百分比。木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位置，可分为自由水、吸附水和化学结合水。自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。自由水的变化只与木材的表观密度、含水率、燃烧性等有关。吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。吸附水的变化是影响木材强度和涨缩变形的主要因素。结合水：形成细胞化学成分的化合水。常温下不变化，对木材常温下性质无影响。 2.含水率(2)木材的纤维饱和点木材受潮时，首先形成吸附水，吸附水饱和后，多余的水成为自由水；木材干燥时，首先失去自由水，然后才失去吸附水。当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材含水率称为木材纤维饱和点。纤维饱和点随树种而异，一般为23%~33%，平均为30%。木材的纤维饱和点是木材物理、力学性质的转折点。 (3)木材的平衡含水率木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改变的，当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，，其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸气压与周围空气的压力达到平衡，木材中的含水量最后会达到与周围环境湿度相平衡，这时木材的含水率称为平衡含水率。它与周围空气的温度、相对湿度的关系如图8-10所示。根据周围空气的温度和相对湿度可求出木材的平衡含水率。2.含水率 木材细胞壁内吸附水的变化而引起木材的变形，即湿胀干缩。图9-13是木材含水率与胀缩变形的关系。由于木材构造的不均匀性，木材具有各向异性，在不同的方向干缩值不同。顺纹方向(纤维方向)干缩率最小，平均为0.1%～0.35%；径向较大，平均为3%～6%；弦向干缩率最大，平均为6%～12%。一般来讲，表观密度大、夏材含量多的木材，湿胀变形较大。木材在干燥的过程中会产生变形、翘曲和开裂等现象，木材的干缩湿胀变形还随树种不同而异。3.湿胀干缩性 图9-13木材含水率与胀缩变形的关系3.湿胀干缩性 为了避免木材湿涨干缩的不利影响，在木材使用前预先将木材进行干燥处理，使木材含水率达到与使用环境湿度相适应的平衡含水率。3.湿胀干缩性 4.强度工程上常利用木材以下几种强度：抗压、抗拉、抗弯和抗剪。由于木材是一种非均质材料，具有各向异性，使木材的强度有很强的方向性。木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的50％～60％。　木材强度的影响因素主要有含水率、环境温度、负荷时间、表观密度、疵病等。 (1)木材的各种强度按受力状态，木材的强度分为抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度。木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标准试件，按《木材物理力学试验方法》(GB1927—1943—91)进行测定。木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维方向的不同，可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种，如图8-14所示。当以木材的顺纹抗压强度为1时，木材理论上各强度大小关系见表9-1(P234)。4.强度**P233~236 (2)影响木材强度的主要因素①含水率当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。如图8-15所示。我国木材试验标准规定，以标准含水率(即含水率12%)时的强度为标准值，其他含水率时的强度，可按下式换算成标准含水率时的强度。4.强度 图8-15含水率对木材强度的影响1—顺纹抗拉；2—抗弯；3—顺纹抗压；4—顺纹抗剪4.强度 ②负荷时间木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期负荷而破坏。木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的50%~60%，如图8-16所示***。木结构设计时以持久强度作为计算依据。4.强度 图8-16木材持久强度4.强度 ③环境温度温度对木材强度有直接影响。当温度由25℃升至50℃时，将因木纤维和其间的胶体软化等原因，使木材抗压强度降低20%~40%，抗拉和抗剪强度降低12%~20%；当温度在100℃以上时，木材中部分组织会分解、挥发，木材变黑，强度明显下降。因此，长期处于高温环境下的建筑物不宜采用木结构。4.强度 ④缺陷a.节子　节子能提高横纹抗压和顺纹抗剪强度。b.木材受腐朽菌侵蚀后，不仅颜色改变，结构也变得松软、易碎，呈筛孔和粉末状形态。c.裂纹会降低木材的强度，特别是顺纹抗剪强度。而且缝内容易积水，加速木材的腐烂。d.构造缺陷木纤维排列不正常均会降低木材的强度，特别是抗拉及抗弯强度。4.强度 观察与讨论8.2.1木材的性能木材的干缩变形观察湿木材不同位置的干缩变形情况，讨论产生干缩变形的原因。木材为非匀质构造，边材干缩大于心材。 基础知识8.2.2木材及其制品的应用木材，按供应形式可分为原条、原木、板材和方材。原条是指已经除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定尺寸加工成规定木料。原木是原条按一定尺寸加工而成的规定直径和长度的木料，可直接在建筑中作木桩、格栅、楼梯和木柱等。板材和方材是原木经锯解加工而成的木材，宽度为厚度的3倍和3倍以上的为板材，宽度不足厚度的3倍者为枋材。1.胶合板2.胶合木3.刨花板4.木屑板、木丝板、水泥木屑板 木材的综合利用木材的综合利用就是将木材加工过程中的大量边角、碎料、刨花、木屑等，经过再加工处理，制成各种人造板材。这类板材与天然木材相比，板面宽，表面平整光洁，没有节子，不翘曲、开裂，经加工处理后还具有防水、防火、防腐、防酸性能。常用人造板材有胶合板、纤维板、刨花板8.2.2木材及其制品的应用 **胶合板是用原木旋切成薄片，经干燥处理后，再用胶粘剂按奇数层数，以各层纤维互相垂直的方向粘合热压而成的人造板材。一般为3~13层，建筑工程中常用的有三合板和五合板。一般可分为阔叶树普通胶合板和松木普通胶合板两种。胶合板厚度为2.4mm、3mm、3.5mm、4mm、5.5mm、6mm，自6mm起按1mm递增。胶合板幅面尺寸见表9.5。其特性及适用范围见表9.6。1.**胶合板 观察与讨论讨论8.2.2木材及其制品的应用胶合板构造与木材性能请观察胶合板的构造。讨论此对改善木材的性能有何好处。 纤维板是以植物纤维为原料经破碎、浸泡、研磨成浆，然后经热压成型、干燥等工序制成的一种人造板材。纤维板所选原料可以是木材采伐或加工的剩余物(如板皮、刨花、树枝)，也可以是稻草、麦秸、玉米秆、竹材等。纤维板按其体积密度分为硬质纤维板(体积密度＞800kg/m3)、中密度纤维板(体积密度500~800kg/m3)和软质纤维板(体积密度＜500kg/m3)三种。4.纤维板 木质地板木材具有天然的花纹，良好的弹性，给人以淳朴、典雅的质感。用木材制成的木质地板作为室内地面装饰材料具有独特的功能和价值。木地板是由软木树材（如松、杉等）和硬木树材（如水曲柳、榆木、柚木等）经加工处理而制成的木板拼铺而成。木地板可分为：条木地板、拼花木地板、漆木地板、复合木地板等。木质地板 8.3.1木材的腐朽与防腐1.木材的腐朽***(P237)木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分霉菌、变色菌和腐朽菌三种，前两种真菌对木材质量影响较小，但腐朽菌影响很大。真菌在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个条件：①适宜的温度；②木材含水率适当；③有足够的空气；④适当的养料。2.木材的防腐根据木材产生腐朽的原因，木材防腐有两种方法：一种是创造条件，控制温度、含水率和隔绝空气，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；另一种方法是在木材中加入一些物质，使其不能作真菌的养料。 木材防腐的基本原理在于破坏真菌及虫类生存和繁殖条件，常用方法有以下两种：(1)结构预防法在结构和施工中，使木结构不受潮湿，要有良好的通风条件；在木材与其他材料之间用防潮垫；不将支点或其他任何木结构封闭在墙内；木地板下设通风洞；木屋架设老虎窗等。(2)防腐剂法这种方法是通过涂刷或浸渍水溶性防腐剂(如氯化钠、氧化锌、氟化钠、硫酸铜)、油溶性防腐剂(如林丹五氯酚合剂)、乳剂防腐剂(如氟化钠、沥青膏)等，使木材成为有毒物质，达到防腐要求。8.3.1木材的腐朽与防腐 8.3.3木材的防火一般木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过程中，析出可燃气体，随着温度不同，析出的可燃气浓度也不同，此时若遇火源，析出的可燃气也会出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，也会发生自燃现象。对木材及其制品的防火保护常用种方法：(1)表面处理法：金属、水泥砂浆、石膏及防火涂料(2)溶液浸注法常压浸注加压浸注