土木工程材料课件1

土木工程材料 绪论一.土木工程材料的定义及分类1.定义土木工程材料是土木工程中所使用的各种材料及其制品的总称。2.分类（1）根据材料来源分：天然材料和人造材料（2）根据使用部位分：承重、屋面、墙体和地面材料等（3）根据其功能分：结构材料和功能材料（4）根据组成物质的种类及化学成分分： 分类实例无机材料金属材料黑色金属铁、钢等有色金属铝、铜、锌及其合金等非金属材料天然石材砂、石及石材制品等烧土制品黏土砖、瓦、陶瓷制品等胶凝材料及制品石灰、石膏及制品、水泥及水泥混凝土制品、硅酸盐制玻璃普通平板玻璃、安全玻璃、绝热玻璃等无机纤维材料玻璃纤维、矿物棉、岩棉等有机材料植物材料木材、竹材、植物纤维及制品等沥青材料煤沥青、石油沥青及其制品等合成高分子材料塑料、涂料、树脂、胶黏剂、合成橡胶等复合材料有机材料与无机非金属材料复合沥青混凝土、聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等金属与无机非金属材料复合钢筋混凝土、钢纤维混凝土、cY板等金属与有机材料复合铝塑管、有机涂层铝合金板、塑钢等 二．土木工程材料在建设工程中的地位和作用(1)土木工程的物质基础(2)土木工程质量的保证(3)影响土木工程的造价(4)促进土木工程技术的进步和发展材料决定建筑结构形式和施工方式。新的建筑材料的出现，往往会促进结构设计及施工技术的革新和发展，使一些无法实现的构想变成现实。材料费用占工程总造价的50～70%。要降低工程造价必须优化选择和正确使用材料，充分利用材料的各种性能，提高材料的利用率。 三．土木工程材料的发展概况发展经历：从无到有，从天然材料到人工材料，从手工业生产到工业化生产。 未来建筑材料的发展趋势：大力发展功能型材料，提供更多更好的绿色化和智能化建筑材料是目前发展的趋势。首先，建立节约型的生产体系，做到节能、节土、节水和节约矿产资源等。其次，建立有效的环境保护与监控管理体系，大力发展无污染、环境友好型的绿色建筑材料产品，充分利用再生资源及工农业废料；再次，积极采用高科技成果推进建筑材料工业的现代化。 四．土木工程材料的检验与技术标准土木工程材料的技术标准包括产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、标志、运输和储存注意事项等方面内容。1.标准化的意义为了保证材料的质量，保证现代化生产和科学管理，或者是作为设计应用和研究时的依据。 (3)地方标准DB(4)企业标准QB(2)行业(或部)标准行业名称建材建工水利冶金电力标准代号JCJGSLYBDL2.土木工程材料标准的类别我国现行的土木工程材料标准的类别(1)国家标准强制性标准(代号GB)和推荐性标准(代号GB／T) 3.标准的表示方法标准的一般表示方法是由标准名称、标准代号、标准编号和颁布年份等组成。其他现行标准法国标准NF国际标准ISO德国DIN标准美国材料试验协会标准ASTM日本工业标准JIS英国标准BS《通用硅酸盐水泥》GB175-2007 五．本课程的内容、学习目的和基本要求1.学习目的2.主要内容除介绍了建筑材料的一些基本性质外，主要讲述了建筑工程中常用的气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、建筑砂浆、墙体材料和屋面材料、土木工程用钢材和铝合金、木材、高分子建筑材料、沥青材料。获得有关土木工程材料科学的基础理论和基本技能，为后续课程提供建筑材料的基础知识；为将要从事土木工程建设工作的技术人员合理选择和正确使用材料奠定基础。 3.基本要求（1）掌握常用建筑材料的组成、基本性能及技术要求，理解材料组成及结构对材料性质的影响，能够根据工程实际条件合理地选择和使用各种建筑材料；（2）注意外界条件对材料性能的影响；（3）在学习中要避免死记硬背，要注意理解，运用对比方法来学习；既要学习材料的共性，更要掌握材料的特性。（4）了解各种材料的原料、生产等方面的知识；（5）掌握常用建筑材料贮藏和运输时的注意事项。 第一章土木工程材料的基本性质土木工程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。材料所处的环境和部位不同，所起的作用也各不相同，为此要求材料必须具备不同的性质。土木工程材料的基本性质一般包括物理性质、力学性质、化学性质和耐久性等。 第一节材料的物理性质一.与质量状态有关的物理性质1．密度(ρ)密度(真密度)是材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。式中ρ密度(g/cm3)或(kg/m3)；m材料在干燥状态下的质量(g)或(kg)；V材料在绝对密实状态下的体积(cm3)或(m3)。绝对密实状态下的体积是指不含有任何孔隙的体积。测量时，材料必须在干燥状态下。含孔材料磨成细粉，干燥至恒重后，用李氏瓶测定其体积，然后按上式计算得到密度值。钢材、玻璃等少数材料可直接采用上式计算获得。 2．表观密度(ρ′)表观密度(又称视密度、近似密度)是指材料在自然状态下，不含开口孔时单位体积的质量。式中ρ′表观密度(g／cm3)或(kg／m3)；V′材料在自然状态下不含开口孔隙时的体积(cm3)或(m3)；Vb材料内部闭口孔隙的体积(cm3)或(m3)。测定材料的表观密度时，材料必须绝对干燥。 3．容积密度(ρ0，(g／cm3)或(kg／m3))式中V0材料在自然状态下的宏观外形体积，Vk材料内部开口孔隙的体积，单位均为(cm3)或(m3)。容积密度(又称体积密度，俗称容重)是指材料在自然状态下，单位宏观外形体积的质量。测量容积密度时，材料的质量可以是在任意含水状态下，但应注明其含水情况，未特别标明时，常指气干状态下的容积密度。在材料对比试验时，则在绝干状态下进行。对于形状不规则的材料，可采用蜡封排水法测定其体积。粉状材料在绝干状态下的容积密度与密度值近似相等。 4．堆积密度堆积密度是指散粒材料或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。式中堆积密度(g／cm3)或(kg／m3)；堆积体积(cm3)或(m3)；Vv材料内部开口孔隙的体积(cm3)或(m3)。材料的堆积体积指在自然、松散状态下，按一定方法装入一定容器的容积，包括颗粒体积和颗粒之间空隙的体积。若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。注意对比几种密度的异同点 二.与构造状态有关的物理性质1．孔隙率与密实度1.1孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙体积占其总体积的百分率，即材料内部孔隙构造上的特征，如大小、形状、分布、连通等统称为孔隙特征。在一般工程应用上，材料的孔隙特征通常是指孔隙的连通性。 开口孔隙(简称开孔)是指材料内部孔隙不仅彼此互相贯通，并且与外界相通。开口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸声性，并降低材料的抗冻性。闭口孔隙(简称闭孔)是指材料内部孔隙彼此不连通，而且与外界隔绝。闭口孔隙能提高材料的保温隔热性能和耐久性。材料的孔隙率也可分为开口孔隙率Pk和闭口孔隙率Pb，即1.2密实度D密实度即材料体积内被固体物质充实的程度。 2．空隙率和填充率2.1空隙率P′空隙率是指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占其自然堆积体积的百分率。填充率即散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。2.2填充率D′ 三.材料与水有关的性质1.亲水性与憎水性材料与水接触时，水可以在材料表面铺展开，能被水润湿的性质称为亲水性。（1）定义亲水性材料：钢材、混凝土、木材等憎水性材料：石蜡、聚氯乙烯管材、沥青基防水材料材料与水接触时，水不可以在材料表面铺展开，不能被水润湿的性质称为憎水性。 （2）润湿角液滴在固体表面上不完全展开时，在气液固三相汇合点，固液界面的水平线SL与气液界面的切线GL之间的夹角，称为润湿角θ。当润湿角θ≤90°时，这种材料称为亲水性材料；当润湿角θ>90°时，这种材料称为憎水性材料。(a)亲水性材料(b)憎水性材料 2．吸水性与吸湿性2.1吸水性(1)质量吸水率Wm指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率。(2)体积吸水率WV指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体积的百分率。ρw为水的密度。常温下取ρw=l(g／cm3) 质量吸水率与体积吸水率的关系为：材料的吸水率与孔隙率和孔隙构造有很大关系：材料具有微细而连通的孔隙，则吸水率就较大；材料具有封闭孔隙或具有较粗大开口的孔隙，则吸水率就较小；2.1吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性常以含水率W含（变值）表示：与空气温湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。 四.材料与热有关的性质1.导热性材料传导热量的性质称为导热性，常用导热系数表示材料的导热能力的大小。匀质材料的导热系数的计算公式为：式中λ为材料的导热系数(W／(m·K))；Q为传热量(J)；δ为材料厚度(m)；A为传热面积(m2)；t为传热时间(s)。通常将λ≤0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料。常用绝热材料有：矿棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等 2.热阻材料层厚度δ与导热系数λ的比值，称为热阻R=δ/λ，单位为m2·K／W，它表明热量通过材料层时所受到的阻力。在多层平壁导热条件下，平壁的总热阻等于各单层材料的热阻之和。影响导热系数或热阻的主要因素有：（1）材料的组成（2）孔隙率和孔隙结构（3）含水状况（4）温度（除金属材料外） 3.热容量材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量，它等于比热c与材料质量m的乘积。比热是指单位质量材料在温度升高或降低1K时所吸收的或放出的热量，即式中c为材料的比热(J／(g·K))；Q为材料吸收或放出的热量(J)；m为材料的质量(g)；（T1-T2）为材料受热或冷却前后的温差(K)。建筑设计时应选用导热系数较小而热容量较大的材料。 五.材料与声有关的性质1.吸声性材料能吸收声音的性质称为吸声性，用吸声系数α表示。通常规定以125Hz，250Hz，500Hz，1000Hz，2000Hz，4000Hz等6个特定频率，从不同方向入射，测得的平均吸声系数α，表示材料的吸声特性。吸声系数α越大，表示材料吸声效果越好，一般将α≥0.20的材料称为吸声材料。具有细微而连通的孔隙且孔隙率较大的材料，其吸声效果较好；若具有粗大的或封闭的孔隙，则吸声效果较差。 2.隔声性材料隔绝声音的性质，称为隔声性。对于隔空气声，主要取决于其单位面积的质量，质量越大，则隔声效果越好，因此应选择密实，沉重的材料作为隔声材料，如粘土砖、钢板、钢筋混凝土等。对于隔固体声，最有效的措施是采用不连续的结构处理，即在墙壁和承重梁之间、房屋的框架和墙板之间加弹性衬垫，如毛毡、软木、橡皮等材料或在楼板上加弹性地毯、木地板等柔软材料。 第二节材料的基本力学性质一．强度和比强度1.强度1.1强度的定义和分类材料的强度通常以材料在外力作用下失去承载能力时的极限应力值来表示，亦称极限强度。根据外力的作用方式，材料强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度。 强度类别受力示意图强度计算式附注抗拉强度f材料的抗拉、抗压或抗剪强度(MPa)；Pmax材料破坏时的最大荷载(N)；A材料受力面积(mm2)；fb材料的抗弯强度(MPa)；L试件两支点间距(mm)；b、h分别为试件截面的宽度和高度(mm)抗压强度抗剪强度抗弯强度 1.2影响材料强度的因素（1）材料的组成材料名称抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）抗弯强度（MPa）花岗岩120～2505～810～14普通粘土砖7.5～301.8～4.0普通混凝土7.5～601.0～4.0松木(顺纹)30～5080～12060～100建筑钢材235～600235～600组成不同的材料，强度差别很大，因为不同材料的内部质点的排列方式、质点间距及结合强度有很大不同。表l一2常用结构材料的强度（单位MPa） （2）材料的结构，包括孔隙率、孔隙结构、内部质点结合方式、晶粒尺寸等。（3）材料的含水状态，含有水分的材料，其强度较干燥时的低。（4）外部因素，如温度、测试条件和方法等。1.3强度等级在工程使用上，结构材料常根据强度值的大小划分为若干强度等级，具体划分方法视材料而异。2.比强度—衡量材料轻质高强的重要指标比强度是按单位体积的质量计算的材料强度，其值等于材料强度与其容积密度之比，即用f/ρ0表示。 二．弹性与塑性1.弹性材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，变形能完全消失的性质称为弹性。材料的这种可恢复的变形称为弹性变形。某些材料的弹性变形大小与外力成正比，其比例系数在一定范围内为常数，称为材料的弹性模量E。式中σ为材料所承受的应力（MPa），ε为材料的应变。弹性模量值越大，材料抵抗变形的能力越强，其刚度也越好。 2.塑性材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，材料仍保留一部分残余变形，且不产生裂缝的性质称为塑性。这部分残余变形称为塑性变形。有的材料在受力一开始，弹性变形和塑性变形便同时发生，外力除去后，弹性变形完全消失，而塑性变形则残留下来，这类材料称为弹塑性材料，如混凝土材料有的材料在受力不大时，仅产生弹性变形，当外力超过一定数值后，便出现塑性变形，如建筑钢材。 三．脆性与韧性外力作用于材料并达到一定限度后，材料无明显塑性变形而发生突然破坏的性质称为脆性。脆性材料的特点：抗压强度远大于其抗拉强度；承受冲击或震动荷载的能力很差。在冲击或震动荷载作用下，材料能吸收较大能量，同时产生较大变形，而不发生突然破坏的性质称为材料的冲击韧性(简称韧性)。韧性材料的特点：变形大，特别是塑性变形大；抗拉强度接近或高于抗压强度。2.韧性1.脆性脆性材料：天然石材、陶瓷、玻璃、粘土砖、普通混凝土 第三节材料的耐久性材料在长期使用过程中，抵抗各种环境因素的作用而不破坏的性质，称为耐久性。（1）机械作用。包括载荷的持续作用或交变作用引起材料的疲劳、冲击、磨损等破坏。（2）物理作用。干湿、冷热、冻融等变化导致材料体积发生收缩或膨胀，或产生内应力，造成材料内部裂缝扩展。（3）化学作用。包括大气和环境水中的酸、碱、盐等溶液或其他有害物质，以及日光、紫外线等对材料的作用。（4）生物作用。包括昆虫或菌类等的侵害作用，导致材料发生虫蛀、腐朽等而破坏。 一．耐水性材料长期在饱和水作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质称为耐水性。式中K软为材料的软化系数，f饱、f干分别为材料在吸水饱和状态下和在干燥状态下的抗压强度(MPa)。软化系数愈小，表示材料的耐水性愈差。工程上，通常将k≥0.85的材料称为耐水性材料。材料的耐水性主要与其组成成分在水中的溶解度和材料的孔隙率有关。溶解度很小或不溶的材料，则软化系数较大。 二．抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(不透水性)。对一些防渗、防水材料，如油毡、瓦、沥青混凝土等，常用渗透系数K表示其抗渗性。式中Qw是总渗透水量(cm3)；d材料的厚度(cm)；A渗水面积(cm2)；t渗水时间(h)；H静水压力水头(cm)。砂浆、混凝土等材料的抗渗性能常用抗渗等级P来表示。抗渗等级是指在规定试验方法下材料透水前所能承受的最大水压。例如：P6表示材料能承受0.6MPa的水压而不渗水。 渗透系数愈小或抗渗标号愈大，表示材料的抗渗性愈好。（1）绝对密实的材料和具有闭口孔隙的材料，或具有极细孔隙(孔径小于1μm)的材料抗渗性好。（2）开口大孔最易渗水，故其抗渗性最差。材料抗渗性的好坏，与其孔隙率、孔隙特征、材料的亲水性或憎水性有关：（3）亲水性材料易渗水。 三．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，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。抗冻等级愈高，材料的抗冻性愈好。抗冻等级F是将材料吸水饱和后，按规定方法进行冻融循环试验，所能经受的最大冻融循环次数。例如：F25表示在经受了25次冻融循环后，材料仍可满足使用要求。孔隙率低、孔径小、开口孔隙少的材料，其抗冻性较好。另外，抗冻性还与材料吸水饱和的程度、材料本身的强度以及冻结条件有关。 第四节材料的组成与结构一.材料的组成1．化学组成化学组成指构成材料的基本元素与化合物。2．矿物组成矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量。一些土木工程材料，如无机胶凝材料，其矿物组成是在其化学组成确定的条件下决定材料性质的主要因素。矿物是指在无机非金属材料中，某些元素或化合物以特定的结合形式存在并具有特定的物理化学性质的组织结构。 二．材料的结构材料的结构是指其内部质点的排列是否有序，堆积是否紧密、均匀等组织形态。根据所研究的材料内部组织结构的尺度范围，一般可分为三个结构层次：1．宏观结构宏观结构(或称构造)是指材料宏观存在的状态，即用肉眼或放大镜就可分辨的粗大组织。其尺寸在1mm以上。材料的宏观结构直接影响材料的密度、孔隙率、渗透性、抗冻性、保温性和强度、吸声性等性质。 宏观结构结构特征常用的土木工程材料举例按孔隙特征致密结构无宏观尺度的孔隙钢铁、玻璃、塑料等微孔结构主要具有微细孔隙石膏制品、烧土制品等多孔结构具有较多粗大孔隙加气混凝土、泡沫玻璃、泡沫塑料等按构造特征纤维结构主要由纤维状材料构成木材、玻璃钢、岩棉、GRC等层状结构由多层材料迭合构成复合墙板、胶合板、纸面石膏板等散粒结构由松散颗粒状材料构成砂石材料、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等聚集结构由骨料和胶结材料构成各种混凝土、砂浆、陶瓷等 2．细观结构细观结构(也称显微或亚微观结构)是指用光学显微镜所能观察到的材料结构，其尺寸范围在10-3～10-6m。材料的各种组织特征、数量、分布以及界面之间的结合情况等都影响土木工程材料的整体性质。3．微观结构微观结构是指材料原子、分子层次的结构，其尺寸范围在10-6～10-10m。（1）晶体结构特征是由其内部质点(离子、原子、分子)按特定的规则在空间呈有规律的排列。 （2）玻璃体（非晶体）具有化学不稳定性，内部质点排列无规律，各向同性，没有固定的熔点。（3）胶体胶体是物质以极微小的质点(粒径为1～l00μm)分散在介质中所形成的两相体系。胶体具有高度分散性和多相性、具有很大表面能，流变性。胶体分为溶胶和凝胶。溶胶经脱水或质点的凝聚作用便形成凝胶，凝胶具有固体的性质，但在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。 第五节材料的环境负荷性及其使用的健康安全性一.概述材料的环境负荷性即材料在生命周期内对生态环境的影响，包括：（1）材料在不同阶段对资源、能源的消耗及对生态环境的影响；（2）材料在使用过程中对人类的健康和生态环境的影响；（3）材料在解体、废弃时对生态环境的影响等。 绿色土木工程材料就是环境负荷最小的一类材料，是指在全寿命周期内(即包括原材料开采、运输与加工、建造、使用、维修、改造和拆除等各个环节)，不仅具有满意的使用性能、所用的资源和能源的消耗量最少，而且在生产与使用过程对生态环境的影响最小，再生循环率最高。绿色土木工程材料需要满足四个目标：（1）基本目标包括功能、质量、寿命和经济性；（2）环保目标要求从环境角度考核土木工程材料在生产、运输、废弃等各环节对环境的影响；（3）健康目标需要考虑到土木工程材料使用过程中必须对使用者健康无毒无害；（4）安全目标包括材料的燃烧性能和材料燃烧时释放气体的安全性。 二.材料的环境负荷性及其使用的健康安全性1．满足国家产业政策的要求2．所用的土木工程材料要就地取材在工程实践中，一般要求500km范围内(产品生产现场到使用现场的距离)生产的土木工程材料的重量与所有材料的总重量的比值不小于70％。选用的材料或部品必须是国家产业政策允许生产的，且符合国家有关的产品标准、施工及验收等相关标准。 对于建筑工程，在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料的使用重量要求达到所用建筑材料总重量的10％以上。3．选材时考虑土木工程材料的循环利用性能材料的循环利用包含“减量化、再利用、资源化”等三方面的要求。4．采用废弃物生产的土木工程材料对于建筑工程，要求使用以废弃物生产的建筑材料的重量占同类建筑材料的总重量比例不低于30％。 第二章气硬性无机胶凝材料一.胶凝材料的分类无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分）有机胶凝材料（天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分）按凝结硬化条件分类气硬性胶凝材料：石灰、石膏水硬性胶凝材料：水泥（沥青、树脂） 经过自身的一系列物理、化学作用，能由液体、固体(或半固体泥膏状)变为坚硬的固体，并能把松散物质粘结成整体的材料称为胶凝材料。二.概念只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度。这类材料只适用于地上或干燥环境中，而不宜用于潮湿环境和水中。不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持和继续发展其强度，它们既适用于地上，也适用于地下或水中工程。1.胶凝材料2.气硬性胶凝材料3.水硬性胶凝材料 第一节石膏一．石膏的原材料（1）天然二水石膏（软石膏或生石膏），是以二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)为主要成分的矿石。（2）天然无水石膏(CaSO4)，又称天然硬石膏。（3）含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品也可用作生产石膏胶凝材料的原料，常称之为化工石膏。石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。 二.石膏胶凝材料的制备（1）建筑石膏天然二水石膏在常压、107～170℃下加热时，CaSO4·2H2O脱水转变为β型半水石膏，再经磨细成白色粉末即建筑石膏，又称熟石膏。（2）高强石膏天然二水石膏在具有0.13MPa、125℃过饱和蒸汽条件下的蒸压釜中蒸炼，得到α型半水石膏(即高强石膏)。特点：晶体较粗，结构致密，水化速度慢，水化后的强度、密实度较高，调制成可塑性浆体的需水量少。应用：强度要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板。 （3）可溶性硬石膏当加热温度为170～200℃时，石膏继续脱水，成为可溶性硬石膏（III-CaSO4）。可溶性硬石膏与水调和后仍能很快凝结硬化，但结构疏松，需水量大，凝结快，强度低，不易直接使用。当温度升至200～250℃时，石膏中只残留很少的水分，凝结硬化非常缓慢。（4）不溶性硬石膏当温度超过400℃时，完全失去水分，形成不溶性硬石膏（II-CaSO4），也称死烧石膏。特点：难溶于水、无凝结硬化能力，应用：加入适量激发剂混合磨细后可制成无水石膏水泥。 （5）煅烧石膏温度超过800℃时，部分石膏分解出的氧化钙起到催化剂作用，使产物又具有凝结硬化的能力，这种产品称煅烧石膏(过烧石膏)，其主要成分为CaSO4和CaO。特点：凝结、硬化速度慢，硬化后，具有较高的强度和耐磨性，抗水性较好。（6）当温度超过1600℃时，全部分解为石灰。无水石膏水泥凝结速度较慢，需水量较少，孔隙率较小。宜用于室内，主要用作石膏板、石膏建筑制品、抹面灰浆等，具有良好的耐火性和抵抗酸碱侵蚀的能力。应用：宜用作地板，故也称地板石膏 三．建筑石膏的凝结硬化过程（1）溶解、沉淀及析出胶粒半水石膏与水拌和后，与水发生水化反应生成二水石膏，即二水石膏从过饱和溶液中以胶体微粒析出。1-半水石膏;2-二水石膏胶体微粒 （2）形成晶体二水石膏的析出促进了半水石膏不断地溶解和水化，二水石膏胶体微粒不断增加，浆体中的游离水分逐渐减少，使得浆体稠度增大，可塑性逐渐降低，此时称之为“凝结”。随着浆体继续变稠，胶体微粒逐渐凝聚成为晶体。3-二水石膏晶体 （3）晶体长大、共生并相互交错晶体逐渐长大、共生并相互交错，使浆体产生强度并不断增长，这个过程称为“硬化”。4-交错的晶体 四.建筑石膏的技术性质1．凝结硬化速度快与水拌和后，在常温下一般数分钟即可初凝，30min以内即可达终凝。在室内自然干燥状态下，约一星期可完全硬化。掺入缓凝剂或促凝剂可延缓或加速凝结。2．硬化时体积略有膨胀，具有很好的装饰性和可加工性3．硬化后孔隙率较大，表观密度、强度及导热性较低，吸声4．防火性能良好5．具有一定的调温、调湿作用6．耐水性、抗冻性和耐热性差性较好 7．储存及保质期建筑石膏在贮运过程中，应防潮防水及混入杂物；不同等级的建筑石膏应分别贮运；一般贮存期为3个月，超过贮存期限的石膏应重新进行质量检验，以确定其等级。8．技术标准(《建筑石膏》（GB9776—88）)产品等级技术指标优等品一等品合格品强度（MPa）抗折强度不小于2.52.11.8抗压强度不小于4.93.92.9细度（%）0.2mm方孔筛筛余，≤5.010.015.0凝结时间（min）初凝时间不小于666终凝时间不大于303030建筑石膏按产品名称、抗折强度及标准号的顺序进行产品标记，例如：抗折强度为2.5MPa的建筑石膏表示为：“建筑石膏2.5GB9776。 五.建筑石膏的应用1．制备粉刷石膏2．石膏板材具有轻质、保温绝热、吸声、不燃和可锯可钉等性能，还可调节室内温湿度，但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，主要用作室内墙体、墙面装饰和吊顶等。3．装饰制品4.作为重要的外加剂，广泛应用于水泥、水泥制品及硅酸盐制品 第二节石灰一．石灰的原材料（1）以碳酸钙为主要成分的石灰石、白云石、白垩等天然岩石。（2）化学工业副产品二．石灰的制备1.生石灰石灰石在1000~1200℃经高温煅烧分解，得到白色或灰色的以CaO为主要成分的块状生石灰，即 2.镁质生石灰和钙质生石灰生石灰中MgO含量≤5％时，称为钙质生石灰；MgO含量>5％时，称镁质生石灰。3.欠火石灰和过火石灰若煅烧温度过低、煅烧时间不充分，则CaCO3不能完全分解，生成的生石灰中含有石灰石，这类石灰称为欠火石灰。欠火石灰产浆量较低，质量较差，降低了石灰利用率。若煅烧温度过高，将生成结构比较致密、颜色较深、晶粒粗大的过火石灰，其表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆。过火石灰熟化很慢，使得石灰硬化后它仍继续熟化而产生体积膨胀，引起局部隆起和开裂而影响工程质量。 三．石灰的熟化生石灰加水，使之消解为熟石灰（或称为消石灰），其主要成分为Ca(OH)2，这个过程为石灰的熟化或消化，即1．石灰膏法将块状生石灰在化灰池中用过量的水熟化成石灰浆，然后通过筛网进入储灰坑。石灰浆在储灰坑中陈伏一段时间，沉淀后，除去上层水分即可得到石灰膏。 （2）为了使石灰熟化得更充分，消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中存放两星期以上，这个过程称为石灰的陈伏。（1）为了保证生石灰熟化顺利进行，要加人大量的水，并不断搅拌散热，控制温度不至过高。采用石灰膏法熟化石灰时应注意：（3）陈伏期间，石灰浆表面应保持有一层水，使之与空气隔绝，避免Ca(OH)2碳化。 2.消石灰粉法这种方法是将生石灰加适量的水(约为生石灰质量的60～80％)熟化成消石灰粉。工地上常采用分层喷淋方法对生石灰进行消化或在工厂中用机械加工方法将生石灰熟化成消石灰粉。消石灰粉在使用之前，也需要陈伏。MgO<4％：钙质消石灰粉4％≤MgO<24％：镁质消石灰粉24％≤MgO<30％：白云石消石灰粉消石灰粉分类 四.石灰的硬化1．结晶作用水分蒸发，Ca(OH)2过半饱和而结晶析出——结晶强度2.碳化作用失水收缩，产生毛细管压力，压紧石灰粒子——附加强度碳化强度蒸发消失碳化作用的过程不能在没有水分的全干状态下进行。石灰硬化相当缓慢，石灰硬化体由表（少量CaCO3）里（Ca(OH)2）两种不同晶体组成。 3.耐水性差、硬化时体积收缩大4.吸湿性强5.存储与运输不易长期贮存，要防潮；运输时不准与易燃、易爆和液体物品混装，并要采取防水措施，注意安全；到工地或处理现场后马上进行熟化和陈伏处理。6.技术标准建筑工程中所用的石灰，分成建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉三个品种。根据建材行业标准JC／T47992可将其各分成优等品、一等品和合格品三个等级。2.硬化慢、强度低1．可塑性和保水性好五.石灰的技术性质 六.石灰的应用1．配制砂浆和石灰乳涂料2．拌制石灰土和三合土石灰膏和消石灰粉可以单独与水泥一起配制成石灰砂浆或混合砂浆，用于墙体砌筑或抹面工程；掺人纸筋、麻刀等制成石灰浆，可用于内墙或顶棚抹面。石灰膏或消石灰粉与粘土按一定比例拌和制成石灰土，或与粘土、砂石、炉渣等填料拌制成三合土，可用于道路工程的基层、底基层和垫层或简易面层、建筑物的地基基础等。 灰砂砖成分为水化硅酸钙微晶、Ca(OH)2和CaCO3晶体、无定型硅胶共同交织、凝聚，并将砂粒粘结起来而成的整体。3．生产灰砂砖灰砂砖是将磨细生石灰或消石灰粉与天然砂加水拌和，再经陈伏、加压成型和经压蒸处理而成，可作墙体材料。4．碳化石灰板将生石灰粉与纤维材料或轻质骨料加水搅拌、成型，然后用二氧化碳进行人工碳化，可制成轻质的碳化石灰板材，宜用作非承重内隔墙板、天花等。 第三节菱苦土一．菱苦土的原材料和制备菱苦土是一种主要成分是氧化镁的白色或浅黄色的粉末，属镁质气硬性胶凝材料。天然菱镁矿(MgCO3)天然白云石(MgCO3·CaCO3)蛇纹石(3MgO·2SiO2·2H2O)从冶炼镁合金的熔渣(MgO≥25％)或从海水中提取1.菱苦土的原材料菱苦土原材料 2.菱苦土的制备菱镁矿经750～850℃煅烧，分解得到的块状产物氧化镁，经磨细后，即可得到菱苦土，即将白云石在650～750℃温度下煅烧，可生成以MgO和CaCO3的混合物为主的苛性白云石，它也属于镁质胶凝材料。二．菱苦土的硬化1.菱苦土单独与水拌和单独用水拌和的浆体，水化过程缓慢，硬化后强度也很低。同时，结构易出现裂缝。 氧氯化镁和Mg(OH)2从溶液中逐渐析出，并凝聚结晶，使浆体凝结硬化。采用调和剂后，不仅凝结硬化速度加快，而且硬化后强度也得到明显提高。2.氯化镁溶液调和菱苦土氯化镁的用量要严格控制，一般氯化镁与菱苦土的适宜重量比为0.55～0.60。 2.用氯化镁溶液调和菱苦土，硬化后抗压强度可达40MPa～60MPa，但其吸湿性较大，耐水性较差。1.菱苦土用密度为1.2的氯化镁溶液调制成标准稠度的净浆，初凝时间不得早于20min，终凝时间不得迟于6h；体积安定性要合格；硬化24h的抗拉强度不应小于1.5MPa；菱苦土的MgO含量不应小于75％。三．菱苦土的技术性质3.菱苦土碱性较弱，不会腐蚀纤维体，而且与植物纤维粘结性好。4.菱苦土在使用过程中，常用氯化镁溶液调制，所以菱苦土制品中不宜配置钢筋。5.菱苦土运输和储存时应防潮，存期不宜过长。 1.将菱苦土与木屑按1:0.7～4配合，用氯化镁溶液调拌，可制成菱苦土木屑地板，宜用于室内场所、车间等处。四．菱苦土的应用2.将刨化、木丝等纤维状的有机材料与调制好的菱苦土混合，经加压成型、硬化后，可制成多种刨花板和木丝板，常用作内墙板、天花板、门窗框和楼梯扶手等。3.用氯化镁调制好菱苦土加人发泡剂等材料，还可制成多孔轻质的绝热材料。4.将菱苦土与锯木屑、颜料及其他填料混合，再用氯化镁溶液拌和，经压制成为各种菱苦土木屑材。可用于底层，经压实、修饰成为无缝地板。 第四节水玻璃水玻璃（泡花碱）是一种能溶于水的碱金属硅酸盐，由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅组成。水玻璃的化学通式为，其中为碱金属氧化物，n为水玻璃的模数，即氧化硅和碱金属氧化物的分子比。一．水玻璃的原材料和制备1.湿法制备将石英砂和苛性钠溶液在压蒸釜（2～3个大气压)内用蒸汽加热，并加搅拌，使直接反应而成液体水玻璃。即 2.干法制备以纯碱和石英砂(或石英粉)为原料，将其磨细拌匀后，在1300～1400℃的熔炉中熔融，经冷却后生成块状或粒状的固体水玻璃，即二．水玻璃的硬化水玻璃溶液在空气中吸收二氧化碳，形成碳酸钠和无定形硅酸，即反应在进行过程中，水分逐渐被消耗和蒸发，硅酸逐渐凝聚成硅酸凝胶而析出，产生凝结和硬化。 水玻璃的硬化过程很慢，常掺入促硬剂氟硅酸钠加速硅酸凝胶的析出，从而促进水玻璃的硬化，氟硅酸钠的适宜掺量为水玻璃重量的12％～15％，氟硅酸钠具有毒性，使用过程中应注意安全防护。三．水玻璃的技术性质水玻璃的模数在1.5～3.5之间，其大小决定着水玻璃的品质和性能。模数低的固体水玻璃易溶于水；模数低的水玻璃，晶体组分较多，粘结能力较差，模数升高，胶体组分相应增加，粘结能力增大。 水玻璃溶液可与水按任意比例混合，不同的用水量可使溶液具有不同的密度和粘度，同一模数的水玻璃溶液，密度越大，则粘度越大，粘结力愈强。水玻璃具有很强的耐酸腐蚀性，能抵抗多数无机酸、有机酸的侵蚀性气体的腐蚀。水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶还能堵塞材料的毛细孔隙，起到阻止水分渗透的作用。水玻璃具有良好的耐热性能，在高温下不分解，强度不降低，甚至有所增加。水玻璃对眼睛和皮肤有一定的灼伤作用。 四．水玻璃的应用1．用于建筑物表面涂刷2．用于土壤加固利用水玻璃溶液可涂刷建筑材料表面或浸渍多孔材料，可增加材料的密实度和强度，并可提高材料的抗风化能力。但不能对石膏制品进行涂刷或浸渍，将模数为2.5～3的液体水玻璃和氯化钙溶液通过金属管轮流向地层压人，两种溶液发生化学反应，析出硅酸胶体，将土壤颗粒包裹并填实其空隙，不仅阻止水分的渗透，而且还增加了土的密实度和强度。 3．配制速凝防水剂以水玻璃可与多种矾配制成速凝防水剂，这种防水剂凝结迅速，一般不超过1min，故常与水泥浆调和，进行堵漏、填缝等局部抢修。4．配制水玻璃矿渣砂浆将水玻璃、氟硅酸钠、磨细粒化高炉矿渣与砂按一定比例配合，可配制成水玻璃矿渣砂，适用于砖墙裂缝修补等工程。5．配制耐酸、耐热砂浆及混凝土可配制成耐酸混凝土和耐酸砂浆，用于冶金、化工等行业的防腐工程中；配制耐热砂浆和耐热混凝土，用于高炉基础、热工设备基础及围护结构等耐热工程中。 第三章水泥水泥的分类1.按水泥熟料的矿物组成，一般分为：硅酸盐系水泥，铝酸盐系水泥，氟铝酸盐水泥，铁铝酸盐水泥和无熟料水泥等。水泥的定义水泥与水混合后形成具有可塑性和流动性的浆体，随着时间的延长，水泥浆体经过物理化学过程，由可塑性浆体变为坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结为整体。水泥浆体不但能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并继续增长其强度，故水泥是一种的水硬性胶凝材料，呈粉末状。 2.按用途和性能，水泥分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥油井水泥大坝水泥道路水泥快硬硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥膨胀水泥 第一节硅酸盐水泥一．硅酸盐水泥生产工艺1.硅酸盐水泥的定义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0～5%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。I型硅酸盐水泥（P·I）Ⅱ型硅酸盐水泥（P·II）硅酸盐水泥（不掺加混合材料)(掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料) 2.硅酸盐水泥的原材料钙质原材料—石灰石、白垩、泥灰岩等→钙的来源校正原料（少量）—铁矿粉：调整化学成分矿化剂（少量）—萤石、石膏等：提高熟料质量硅质原材料—粘土、页岩等→硅的来源3.水泥生产工艺两磨一烧——生料的制备、熟料的煅烧和水泥的粉磨三个部分。 二．硅酸盐水泥基本组成1．熟料矿物名称矿物分子式简写硅酸三钙3CaO·SiO2C3S硅酸二钙2CaO·SiO2C2S铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF（1）水泥熟料中主要矿物组成表3-2：水泥熟料的矿物组成 表3-3：硅酸盐水泥熟料主要矿物的特性矿物特性硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙C3SC2SC3AC4AF相对含量36%～60%最多15%～37%次之7%～15%少10%～18%少水化速度较快慢最快快强度早期高低低低后期高高低低水化热中小大小耐化学侵蚀性中良差优干缩中小大小 2．石膏主要用于调节凝结时间。同时还能提高早期强度，降低干缩变形。改善耐久性、抗渗性等一系列性能。对于掺混合材的水泥，石膏还对混合材起活性激发剂作用。一般采用二水石膏、无水石膏或工业副产品石膏。作用采用的品种石膏的掺量熟料中C3A愈多，石膏需多掺；掺混合材的水泥应比硅酸盐水泥多掺石膏；石膏的掺量以水泥中SO3含量作为控制指标。 二．硅酸盐水泥的水化、凝结硬化1.硅酸盐水泥的水化定义水泥加水拌和后，水泥中的各矿物组分与水发生反应，称为水泥的水化。（1）硅酸三钙的水化水化硅酸钙是大小与胶体相同的、结晶较差的、呈薄片或短纤维状颗粒，称为C-S-H凝胶，是水泥强度的主要来源。水化硅酸钙氢氧化钙以六方晶体形式从过饱和溶液中析出。各矿物组分的水化是在石灰饱和溶液中进行的。CH2 （2）硅酸二钙的水化C-S-H凝胶（3）铝酸三钙的水化水化铝酸三钙C3AH6C3A水化凝结快的原因：C3AH6晶体在CH2饱和溶液中能与CH2反应生成六方片状的水化铝酸四钙(4CaO·Al2O3·l3H2O），大量的片状产物相互连接形成网状结构，阻碍水泥浆体内粒子的相对移动，造成水泥浆体瞬时快凝。CH2 石膏缓凝机理在有石膏存在的情况下：针状的三硫型水化硫铝酸钙晶体（俗称钙矾石，简写Aft)难溶于水，覆盖于未水化的C3A晶体周围，阻止其继续水化，因而延缓了水泥的凝结时间。当石膏被耗尽后，单硫型水化硫铝酸钙(AFm)（4）铁铝酸四钙的水化水化铝酸三钙水化铁酸一钙 硅酸盐水泥的主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶(C-S-H，约70%)，Ca(OH)2晶体（约20%），三硫型和单硫型水化硫铝酸钙（约7%），水化铝酸钙晶体，水化铁酸钙凝胶。2．硅酸盐水泥的凝结硬化（1）水泥凝结和硬化的定义水泥加水拌合后，成为可塑性的水泥浆，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，水泥浆凝固并逐渐发展而成为具有一定的机械强度和黏结力的固体水泥石，这一过程称为“硬化”。 （2）硅酸盐水泥凝结硬化的过程a)加水后，水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆体；b)开始时，包有水化产物膜层的水泥颗粒之间是分离着的，水泥浆具有良好的塑性；c)凝胶体膜层不断增厚、破裂、扩展并形成了网状结构，水泥浆体逐渐变稠，失去塑性，即水泥的凝结过程；d)水化产物不断生成，颗粒间隙和毛细孔越来越少，结构更加紧密，水泥浆体逐渐产生强度而进入硬化阶段。1.水泥颗粒；2.水分；3.凝胶；4.晶体；5.水泥颗粒的未水化内核；6.毛细孔图3-2水泥凝结硬化过程示意图 3.硬化后水泥石的结构及其对性能的影响水泥水化初期，反应速度快，水化产物多，故早期强度增长较快。随着水化反应进行，堆积在水泥颗粒周围的水化物阻碍水泥颗粒内部的水化，因此，后期的强度发展逐渐减慢。若温度和湿度适宜，水泥石的强度在几年，甚至数十年后仍可缓慢增长。硬化后的水泥石结构是由未水化的水泥颗粒、水化产物以及孔隙组成，水化产物晶体共生和交错，形成结晶网络结构，在水泥石中起重要的骨架作用，水化硅酸钙凝胶填充于其中，发展了水泥石的强度。水泥石的强度主要取决于水泥的强度等级、水灰比、孔隙率、养护条件及龄期等。一般说，降低水灰比、温度适宜、湿度越大、水化和养护时间越长，则水泥石强度越高。 四．硅酸盐水泥品质要求1．凝结时间凝结时间是指水泥从加水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到较致密的固体状态所需时间。水泥从开始加水拌和起至标准稠度净浆开始失去可塑性所经历的时间。标准稠度：是测定水泥的凝结时间、体积安定性等性能时，为了使其具有准确的可比性，水泥净浆以标准方法测试所达到统一规定的浆体可塑性程度。初凝：（1）定义水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间。终凝： （2）工程意义水泥初凝时间不宜过短，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇捣或砌筑等操作；终凝时间不宜太长，当施工完毕，应尽快硬化并达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。（3）国家标准要求硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min；终凝时间不得迟于6.5h（其他品种水泥不得迟于10h）。水泥的凝结时间是在标准温湿度的实验室内，采用维卡仪对标准稠度水泥净浆进行测定获得的。 （4）影响凝结时间的因素水泥的凝结时间与水泥品种、水灰比、细度、温度有关。掺混合材的水泥凝结时间较缓慢，水泥颗粒越细，水灰比增加，则凝结时间延长。环境温度升高，凝结时间则缩短。2.强度水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm×40mm×160mm棱柱体试件，标准条件下养护，分别测定3d、28d抗折和抗压强度。（1）强度检验《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671-1999） （2）强度等级硅酸盐水泥根据其3d和28d抗压、抗折强度，可分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。通过胶砂强度试验测得的各龄期的强度值均不得低于标准中相应强度等级所要求的数值，并依照此原则确定所测水泥的强度等级。根据早期强度可将水泥分为早强型（R）和普通型。3．体积安定性（1）定义体积安定性指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。 国家标准规定水泥安定性必须合格，安定性不良的应作废品处理，不得用于工程中。（2）引起体积安定性不良的原因石膏掺量过多游离CaO或游离MgO过多游离CaO、游离MgO呈死烧状态，它们在水泥硬化后还在慢慢水化成并产生体积膨胀，导致水泥石开裂破坏。石膏掺量过多时，在水泥硬化后还会继续与固态水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，也会引起体积安定性不良。已硬化水泥石产生不均匀的体积变化现象，即体积安定性不良，它会使构件产生膨胀裂缝，降低建筑物质量。 （3）体积安定性的检验沸煮法雷氏夹法：测量试件的膨胀量试饼法：对于游离CaO引起的水泥体积安定性观察试饼有无裂纹和变形当试饼法与雷氏夹法结果有争议时，以雷氏夹法为准。游离MgO和石膏不便于快速检验，所以通常对其含量进行严格控制。国家标准规定水泥熟料中游离MgO含量不得超过5.0%，SO3含量不得超过3.5%。 水泥的细度是指水泥的磨细程度或分散度，对水泥的水化速度、凝结硬化时间、需水量及强度有较大的影响。4.细度水泥颗粒粒径愈细，水化越快，强度越高，但硬化收缩也大，且水泥在储运工程易受潮而降低活性。此外，粉磨能耗增大，因此应控制水泥在合理的细度范围。细度指标比表面积：透气式比表面积仪，适用于硅酸盐水泥，其比表面积>300m2/kg80μm方孔筛筛余量:筛析法，适用于其他五类水泥，筛余量≤10%，并以负压筛法为准。 5．水化热定义：水泥的水化反应所放出的热称为水泥的水化热。水化热对混凝土工艺的意义：易导致大体积混凝土开裂有害因素：有利因素：促进水泥水化进程，有益于冬季混凝土施工硅酸盐水泥在水化3d龄期内，水化热大致为总放热量的50%，7d龄期为75%，而3个月可达90%。b.细度:水泥颗粒愈细，水化放热速率愈大影响水泥水化热和放热速率的因素：a.水泥的矿物组成:含C3A和C3S多的水泥的水化热大c.混合材种类和数量：可降低水泥水化热和放热速率 6．水泥化学品质指标(1)不溶物熟料中未参与矿物形成反应的粘土和结晶SiO2，是煅烧不均匀、化学反应不完全的标志。国家标准：I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%，Ⅱ型不得超过1.50%。(2)烧失量反映熟料烧成质量，同时也反映了混合材掺量是否适当，以及水泥风化的情况。烧失量不合格的水泥，会引起水泥强度下降和粘结性降低。国家标准：I型硅酸盐水泥烧失量不得大于3.0%，Ⅱ型硅酸盐水泥不得大于3.5%，普通水泥不得大于5.0%。 (3)氧化镁熟料中粗大的游离氧化镁含量偏高会导致水泥长期安定性不良。国家标准：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的MgO含量必须≤5.0%，若水泥压蒸安定性合格允许MgO含量≤6.0%SO3主要来自石膏，SO3含量过量将造成水泥体积安定性不良。(4)SO3国家标准：矿渣水泥中SO3含量不得超过4.0%，其他五类水泥中SO3含量不得超过3.5% (5)碱含量若水泥中碱含量高，当选用含有活性SiO2的骨料配制混凝土时，会产生碱骨料反应，严重时会导致混凝土不均匀膨胀破坏。国家标准：水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示，若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，则水泥中的碱含量应不大于0.60%或由双方商定。(6)氯离子含量氯离子对钢筋会产生腐蚀作用。国家标准规定各类硅酸盐水泥中氯离子含量不得超过水泥的0.06%。 7．产品质量评定GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准取消废品判定。合格品是符合化学品质以及凝结时间、安定性和强度要求。上述指标中任一项不符合的不合格品。GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》：废品水泥：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。不合格水泥：凡细度、终凝时间中任一项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级指标时为不合格品。 五．抗蚀性1.水泥石的腐蚀现象（1）淡水侵蚀（溶出性侵蚀）水泥石不断受到淡水的浸析时，其中一些水化产物如Ca(OH)2等将按照溶解度的大小，依次逐渐被水溶解，产生溶出性侵蚀，最终会导致水泥石损坏。水的硬度高，对水泥石的腐蚀较小。因为水中含有较多的重碳酸盐时，可与水泥石中的Ca(OH)2作用生成不溶于水的碳酸钙，生成的碳酸钙积聚在水泥石的孔隙内，形成密实的保护层，阻止介质水的渗入。 当水中溶有一些无机酸或有机酸时，可与水泥石所含Ca(OH)2，OH-和Ca2+组合生成水和易溶盐类，侵蚀明显加速。pH值越小，侵蚀就越强烈。(2)酸与酸性水侵蚀一般酸侵蚀碳酸侵蚀当CO2过多并超过平衡浓度（溶液中PH<7）时，上述反应向右进行，则水泥石中的使氢氧化钙不断转变为易溶的重碳酸钙而溶失，从而引起水泥石的解体。 (3)盐类侵蚀a．硫酸盐侵蚀硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙作用生成硫酸钙，再和水化铝酸钙反应生成比原体积增加1.5倍以上的钙矾石。由于是在已经固化的水泥石中发生的，产生相当的结晶压力，造成膨胀开裂以至毁坏。水化硫铝酸钙是否引起破坏，要依据反应时所处的条件而定。我们常把引起水泥石破坏的钙矾石被称为“水泥杆菌”。 b．镁盐侵蚀镁盐与水泥石中的氢氧化钙发生复分解反应，生成的氢氧化镁松散、无胶凝能力，氯化钙易溶于水，二水石膏又将引起硫酸盐的破坏作用。因此硫酸镁溶液对水泥石产生硫酸盐和镁盐双重侵蚀，危害特别严重。 水泥混凝土长期处于较高浓度的含碱溶液中，也会发生缓慢的破坏。碱溶液侵蚀包括化学侵蚀和结晶侵蚀两种作用。(4)强碱侵蚀化学侵蚀是碱溶液与硬化水泥浆水化铝酸钙产生化学反应，生成胶结力弱、易溶的铝酸钠。结晶侵蚀是因碱液渗入浆体孔隙，如NaOH渗入后，在空气中二氧化碳作用下形成含大量结晶水的碳酸钠，然后蒸发呈结晶析出，产生结晶应力引起浆体结构胀裂。2.水泥石腐蚀的原因内在原因：水泥石内部存在Ca(OH)2、水化铝酸钙等易受被侵蚀的组分；同时，水泥石结构不致密，使侵蚀性介质易于进入水泥石内部，从而导致水泥石受损破坏。 3.防止水泥石腐蚀的措施（1）根据侵蚀介质类型，合理选择水泥品种（2）提高水泥石的密实度为了提高水泥混凝土的密实度，应合理进行混凝土配比设计，降低水灰比，选择良好级配的骨料及掺外加剂等方法。也可以在水泥石表面进行碳化或氟硅酸处理，提高表面密实度，（3）施加保护层。采用陶瓷、玻璃、塑料、沥青等覆盖于水泥石表面形成一层耐腐蚀性高且不透水的保护层。 六．硅酸盐水泥的基本特性和用途（1）凝结硬化较快，早期和后期强度均较高。适用于要求早期强度高、凝结快的工程，可用于配制高强混凝土和预应力混凝土。（2）抗冻性好。适用于有抗冻融要求和冬季施工的工程。（3）水化热大。适用于冬季施工，不宜用于大体积混凝土工程。（4）抗淡水、海水侵蚀和抗硫酸盐侵蚀能力差不适用于受流动水和压力水、海水及其他侵蚀性介质作用的工程。（5）耐热性差。不适用于耐热、高温要求的工程。（6）抗碳化性好（7）干缩小，不易产生干缩裂纹，适用于干燥环境。 第二节掺混合材的硅酸盐水泥一．水泥混合材料生产水泥时，为改善水泥性能，调解水泥等级，而加入到水泥中去的人工的和天然的矿物材料，称为水泥混合材料。1．活性混合材定义：混合材磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空气中硬化的称为活性混合材。目的：改善水泥性能，调解水泥等级和增加水泥品种以扩大使用范围，增加水泥产量以降低成本，同时节约熟料和燃料，又充分利用工业废渣，减少环境污染。(1)粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣具有较高的化学潜能，物相组成大部分为玻璃体，高炉矿渣的化学成分主要为CaO，Al2O3，SiO2。 (2)火山灰质混合材以Al2O3，SiO2为主要成分的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。人工火山灰质：烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰和烧页岩天然火山灰质火山生成：火山灰、火山凝灰岩、浮石等沉积生成：硅藻土、硅藻石及蛋白石含有大量SiO2+Al2O3，CaO和Fe2O3含量较低可溶性无定形SiO2和Al2O3为主要活性成分粉煤灰颗粒中大部分为实心或空心玻璃态球粒，10%～30%结晶化合物和5%左右的未燃尽碳，主要化学成分为SiO2，Al2O3，Fe2O3和CaO。(3)粉煤灰 活性混合材的作用：活性混合材与水调和后，本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度极低，但在氢氧化钙溶液中会发生显著的水化，生成具有水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙。当液相中有石膏存在时，将与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙。这些水化物能在空气中凝结硬化，并能在水中继续硬化，具有相当高的强度。①活性混合材一定要在水泥水化生成一定量的氢氧化钙之后才能发挥活性，发生水化硬化反应。②如果将水泥水化作为一次水化，则活性混合材的水化反应可以看作二次水化。活性混合材的二次水化使水泥强度不至于明显降低，同时有利于提高水泥石的抗蚀性和结构密实性。③氢氧化钙和石膏的存在使活性混合材料的潜在活性得以发挥，即氢氧化钙和石膏起着激发水化，促进凝结硬化的作用。 2．非活性混合材石英砂、石灰石、慢冷矿渣及不符合质量标准的活性混合材等均可以磨细后作为非活性混合材使用。它们与水泥成分不起化学作用或化学作用很小。目的：提高水泥产量，降低水泥等级，减少水化热等。二．普通硅酸盐水泥定义：由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥，代号P·O）。性能：与硅酸盐水泥相近。与同标号硅酸盐水泥相比，普通水泥的早期硬化稍慢、3d强度稍低、抗冻性稍差、水化热稍小、抗蚀性稍好。 三．矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥1．定义矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥，代号P·S）：由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣（20%～70%）和适量石膏共同磨细而成的水硬性胶凝材料。P·S·A：矿渣掺量≥20且≤50P·S·B：矿渣掺量≥50且≤70火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥，代号P·P）：由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料（>20%且≤40%）和适量石膏组成。粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥，代号P·F）：由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰混合材料（>20%且≤40%）和适量石膏蒸成。 2．特性与应用（1）三种水泥的共性a.早期强度低，后期强度发展高，适用于承受荷载较迟的工程。b.环境的温湿度条件较为敏感，宜于高温养护。c.抗淡水、海水和硫酸盐侵蚀能力较强，宜用于地下、水工和海港工程。d.水化热较低，尤其早期放热量少，适用于水库大坝等大体积混凝土工程。e．抗冻性差f．抗碳化性差 （2）三种水泥的特性A．矿渣水泥矿渣水泥的标准稠度用水量较大，保水性较差，与水拌和时易泌水，水泥石内部易形成毛细管通道或粗大孔隙，因此矿渣水泥具有一定的耐热性，但抗渗性差且干缩性较大，因此，矿渣水泥适用于耐热混凝土工程，不适用于有抗渗要求的的混凝土工程。B．火山灰水泥火山灰水泥的需水量和泌水性与所掺混合材的种类关系甚大。火山灰水泥保水性高、泌水性降低；火山灰水泥硬化后结构致密，抗渗性好，但收缩变形大，因此，火山灰水泥不宜用于干燥地区，宜用于地下或水下工程，特别是用于需要抗渗、抗淡水或抗硫酸盐侵蚀的工程， C．粉煤灰水泥粉煤灰水泥的需水量小，干缩性小，抗裂性较好配制成的混凝土和易性好，水泥石内部结构较致密，抗渗性较好，但保水性差、泌水性大。六．复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥（简称复合水泥，代号P·C）：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上混合材料和适量石膏组成。混合材料总掺量为>20且≤50。复合水泥的特性取决于其所掺两种混合材的种类、掺量及相对比例；其特性与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似，但复合水泥具有更好的使用效果，早期强度较高，与硅酸盐水泥相近。 第三节其他品种水泥一．铝酸盐水泥铝酸盐水泥（代号CA）是以矾土和石灰石作为原料，按适当比例配合进行烧结或熔融，得到一铝酸钙为主要成分的熟料，再经粉磨而成。1．铝酸盐水泥的组成(1)化学组成与硅酸盐水泥相比，铝酸盐水泥CaO和SiO2含量低，Al2O3含量高。 矿物水化硬化速度强度铝酸一钙CA凝结缓慢，硬化较快早期强度较高，后期强度增长不显著二铝酸一钙CA2较慢早期强度低，后期强度不断增长七铝酸十二钙Cl2A7水化速度快，凝结迅速低强度不高铝方柱石C4AF水化非常慢早期强度较低硅酸二钙C2S(2)矿物组成表：铝酸盐水泥的矿物组成及特性 2．铝酸盐水泥的特性(1)铝酸盐水泥的水化硬化过程15℃<温度<20℃时，主要水化产物是水化铝酸一钙CAH10；20℃<温度<30℃时，主要水化产物是水化铝酸二钙C2AH8、CAH10、氢氧化铝AH3凝胶，并且随着温度升高，C2AH8含量增加；温度>30℃时，其主要水化产物是水化铝酸三钙C3AH6和AH3。铝酸一钙水化产物呈板块状或针状的水化产物CAH10、C2AH8晶体互相交错攀附重叠结合形成结晶连生体骨架，AH3凝胶填充于晶体骨架的空隙，形成比较致密的结构，使水泥石有较高的强度。 在水化5～7d后，水化产物的数量就很少增加，因此铝酸盐水泥硬化初期强度增长很快，以后强度增加则不显著。在自然条件下，铝酸盐水泥石的强度倒缩，其长期强度下降，并达到最低值。因为随着时间的推移，亚稳相CAH10和C2AH8会逐渐转化为强度较低的稳定相C3AH6，结果使固相体积减缩并析出游离水分，水泥石孔隙率增大。(2)铝酸盐水泥的品质要求（《铝酸盐水泥》(GB201-2000)）性能指标CA–50CA–60CA–70CA-80细度比表面积不小于300m2/kg或0.045mm方孔筛筛余不大于20%凝结时间初凝时间，不得早于30min60min30min30min终凝时间，不得迟于6h18h6h6h （3）铝酸盐水泥性能和应用A．快凝早强，适用于紧急抢修工程。B．水化热大且放热量集中，不宜用于大体积混疑土工程。C．铝酸盐水泥的标准用水量不大且水化时需要较多结合水，故硬化后有较高密实度。D．耐热性好，可作为耐热混凝土的胶结材，配制1300℃以下的耐热混凝土。E．30℃以上的潮湿环境易导致水化产物的晶型转变，引起强度下降，因此铝酸盐水泥制品不宜蒸养和在高温季节施工，也不宜用于长期承载结构。F.铝酸盐水泥抗硫酸盐及抗海水侵蚀性能良好，同时具有一定的抵抗弱酸侵蚀能力，但对浓酸及碱溶液的耐蚀性差。G．与硅酸盐水泥或石灰相混会产生闪凝现象，且产生膨胀开裂，施工时应避免。 二．硫铝酸盐水泥将铝质原料和石灰质原料适当配合，煅烧成以无水硫铝酸钙矿物为主的熟料，掺适量石膏共同磨细，即可制得硫铝酸盐水泥。1．水泥组成矿物组成水化产物无水硫铝酸钙石膏较多时三硫型水化硫铝酸钙和氢氧化铝凝胶石膏极少时先生成钙矾石，再生成低硫型水化硫铝酸钙不掺石膏时低硫型水化硫铝酸钙和氢氧化铝凝胶β–C2SC-S-H(I)凝胶CA水化铝酸钙和Al(OH)3C12A7 2．水泥特性及应用（1）硫铝酸盐水泥凝结时间较快，早期强度高发展快，后期强度发展缓慢，但不倒缩。可用于抢修工程、冬季施工工程、地下工程、配制膨胀水泥和自应力水泥。（2）在空气中收缩小，水泥石抗冻和抗渗性能良好。水泥石致密度高，抗硫酸盐性良好。（3）硫铝酸盐水泥因水泥液相碱度小，可用于配制玻璃纤维砂浆，同时适用手堵漏工程和预制件拼装接头等。 三．氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥是以铝质原料、石灰质原料、萤石（或再加石膏）经适当配合，煅烧成以氟铝酸钙(C11A7·CaF2)起主导作用的熟料，再与石膏一起磨细而成。1．矿物组成及其水化主要是C3S，早强矿物C11A7·CaF2，此外还尚有部分C2S和少量的C4AF，CaS，游离石灰和游离石膏。C3SC-S-H凝胶和Ca(OH)2C2SC11A7·CaF2水化铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙钙矾石和氢氧化铝凝胶 2．基本性能和应用（1）氟铝酸盐水泥的凝结时间很快，可制成铸造业用的型砂水泥和锚喷用的喷射水泥，特别适用于雨天快速施工、抢修堵漏和水中工程，也可用于制作钢筋混凝土预制件等。（3）具有小时强度，5～20min就可硬化，2～3h后抗压强度即可达20MPa。（4）具有良好的抗化学侵蚀性。（2）不仅早强高，而且后强稳定。 普通硅酸盐水泥在空气中硬化，通常表现为收缩，而膨胀水泥和水混和硬化后，体积不但不收缩反而有所膨胀。四．膨胀水泥1．膨胀水泥的组成（1）膨胀组分膨胀组分在水化初期生成具有膨胀性的水化物，在未加限制的情况下，使水泥石或混凝土产生显著的膨胀。制作膨胀水泥时，广泛应用形成钙矾石的组分为膨胀组分。（2）强度组分有三种类型：①硅酸盐水泥熟料，②高铝水泥熟料，③硫铝酸盐水泥熟料。基本要求：①有适当的膨胀值，②有高的强度及增长率。 2．用途（1）配制收缩补偿混凝土，以防止混凝土收缩裂缝以及防止混凝土构件最初尺寸变化的场合。主要用于制造混凝土构件、堵漏工程、修补工程、大型机械基座固定等。（2）配制自应力混凝土，主要用于制造管子、墙板、楼板、屋面板等需要低预应力值的构件。五．白色和彩色硅酸盐水泥（1）白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥（简称白水泥）是由白色硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料。其主要矿物成分是硅酸盐，只是水泥中着色氧化物的含量极少。 （2）彩色硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料及适量石膏（或白水泥）、混合材及着色剂磨细或混合制成的带有色彩的水硬性胶凝材料称为彩色硅酸盐水泥。（3）应用白色和彩色硅酸盐水泥主要用于建筑物的内外装饰工程，常用于配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土，用以制造各种水磨石、水刷石等饰面和装饰部件等制品。 第四章混凝土第一节概论一．定义及分类1.定义混凝土是由胶结材料将粗、细骨料及其他材料，按适当比例配制经硬化而成的具有所需形体、强度和其他性能的固体复合材料。2.分类（1）按所用胶结材料分类水泥混凝土、沥青混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物水泥混凝土、水玻璃混凝土、石膏混凝土、硫磺混凝土等。 （2）按表观密度大小分类种类干表观密度（kg/m3）用途重混凝土大于2600防辐射工程普通混凝土2000～2500承重结构材料轻混凝土小于1950保温和轻质结构（3）按生产和施工工艺分类泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、碾压混凝土、压力灌浆混凝土、预拌混凝土等。（4）按功能及用途分类结构混凝土、防水混凝土、防射线混凝土、耐酸混凝土、装饰混凝土、耐火混凝土、大体积混凝土、补偿收缩混凝土、水下浇筑混凝土等。 （5）按掺合料类型分类粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、磨细高炉矿渣混凝土、纤维混凝土等多种。（6）按抗压强度大小分类低强混凝土：抗压强度小于30MPa中强混凝土：抗压强度30～60MPa高强混凝土：抗压强度≥60MPa超高强混凝土：抗压强度大于l00MPa（7）按每立方米水泥用量分类贫混凝土：水泥用量不超过170kg富混凝土：水泥用量不小于230kg 二．混凝土的特点(1)原材料来源广泛，造价低廉，能耗少；(2)可调整性强。可根据使用性能要求，通过改变混凝土组成成分及其数量比例，配制出具有不同物理力学性能的产品；(3)易于加工成型。(4)表面可做成各种花饰，具有一定的装饰效果；(5)与钢筋匹配性好。(6)可浇筑成整体建筑物以提高抗震性，也可预制成各种构件再行装配；(7)经久耐用，维修费用低。(8)缺点是自重大，比强度小，抗拉强度低，变形能力差，易开裂和脆性大 (1)各组成材料经拌和后形成的拌合物应具有一定的和易性。(2)混凝土应在规定龄期达到设计要求的强度。(3)硬化后的混凝土应具有适应其所处环境的耐久性。(4)经济合理，在保证质量前提下，节约造价。三．混凝土的基本要求本章的主要内容和具体要求：1.掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用；2.熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法；3.熟练掌握硬化混凝土的力学性质、变形性质和耐久性质及其影响因素；4.熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法（难点）；5.了解混凝土技术的新进展及发展趋势 第二节普通混凝土的组成材料普通混凝土（简称混凝土）是以水泥为胶结材料；以天然砂、石为骨料加水拌合，经过浇筑成型、凝结硬化形成的固体材料。 一、水泥1．水泥品种的选择配制混凝土时，应根据工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性合理选择水泥的品种。2．水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择，应与混凝土的设计强度等级相适应。一般以选择的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。用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，不经济且会对混凝土产生不利影响用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，可能影响耐久性能或不经济。 二、骨料细骨料粗骨料天然砂：河砂、海砂和山砂人工砂：岩石经机械破碎、筛分而成混合砂：天然砂与人工砂按一定比例混合而成人工碎石：天然岩石或大卵石经破碎筛分得到天然卵石骨料为颗粒状材料，一般占混凝土总体积的70%～80%骨料公称粒径大于5mm 1．含泥量、泥块含量和石粉含量砂、石中的含泥量：泥块含量指公称粒径大于1.25mm、经水洗、手捏后变成小于630μm的颗粒的含量；在砂中：指公称粒径大于5mm、经水洗、手捏后变成小于2.5mm的颗粒的含量。在石中：石粉含量：指人工砂中公称粒径小于80μm，且其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的颗粒含量。指骨料中公称粒径小于80μm颗粒的含量。必须严加限制砂、石中泥和泥块含量 2．有害物质含量有抗冻、抗渗要求的混凝土用砂中云母含量不应大于1.0%。混凝土用砂、石中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、炉渣、煤块等杂物。骨料中的有害物质：妨碍水泥水化的有机物、易解理的云母、强度极低的轻物质、导致混凝土膨胀开裂的硫化物、硫酸盐，易使钢筋锈蚀的氯盐。钢筋混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.06%；预应力钢筋混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.02% 3．坚固性骨料的坚固性是指骨料子自然风化和其他物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。骨料密实、强度高、吸水率小时，其坚固性好；而结构疏松、矿物成分复杂、构造不均匀，其坚固性差。骨料的坚固性用硫酸钠饱和溶液浸泡法检验，试样经5次循环后测量其质量损失率。4．碱活性砂、石中若含有活性氧化硅，会与水泥中的碱发生碱-骨料反应，在骨料表面生成膨胀性的凝胶体物质而导致混凝土开裂。 5．级配和粗细程度砂、石的级配指砂、石中不同粒径颗粒的分布情况。图：砂、石中颗粒级配示意abc良好的级配应当能使砂、石的空隙率和总表面积均较小，从而不仅使所需水泥浆量较少，而且还可以提高混凝土的密实度、强度及其他性能。 砂、石的粗细程度指不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。相同的水泥浆量，包裹在大粒径砂、石表面的水泥浆层就厚。相同重量的砂、石，粒径小，总表面积大；粒径大，总表面积小。(1)砂的颗粒级配和粗细程度筛分试验：筛孔的公称直径为5.00mm，2.50mm，1.25mm，630μm，315μm，160μm的一套方孔筛。①500g干砂由粗到细依次过筛；②称留在各筛上的砂重（筛余量）mi；③计算各筛的分计筛余百分率ai=mi/m；④计算累计筛余百分率Ai；（i=1，2，3，4，5，6，m为总的砂重） 公称直径筛孔边长筛余量（g）分计筛余（%）累计筛余（%）5.0mm4.75mmm1a1=m1/mA1=a12.5mm2.36mmm2a2=m2/mA2=a1+a21.25mm1.18mmm3a3=m3/mA3=a1+a2+a3630μm600μmm4a4=m4/mA4=a1+a2+a3+a4315μm300μmm5a5=m5/mA5=a1+a2+a3+a4+a5160μm160μmm6a6=m6/mA6=a1+a2+a3+a4+a5+a6表：累计筛余与分计筛余的关系砂按630μm筛孔的累计筛余百分率计，分成三个级配区任意一组累计筛余(A1～A6)则表征了一个级配。 级配区累计筛余（%）公称直I区II区III区5.0mm10～010～010～02.5mm35～525～015～01.25mm65～3550～1025～0630μm85～7170～4140～16315μm95～8092～7085～55160μm100～90100～90100～90①根据砂样630μm筛孔的累计筛余百分率值判断该砂属于哪个级配区；②砂的实际颗粒级配与表中的累计筛余百分率相比；③除5.00mm和0.630mm筛号外，其他筛上的累计筛余百分率值允许稍有超出分区界线，但超出的总量百分率不应大于5%；④普通混凝土用砂的颗粒级配处在表中所示的任何一个级配区，则符合级配要求。 筛分曲线：以累计筛余百分率为纵坐标，以筛孔尺寸为横坐标，根据表4-7的规定数值画出砂的I，Ⅱ，Ⅲ三个级配区上下限。筛分曲线偏向右下方时，砂较粗；偏向左上方时，砂较细。配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂；当采用I区砂时，应提高砂率并保持足够的水泥用量；当采用Ⅲ区砂时，宜适当降低砂率。 砂的粗细程度用细度模数(Mx)：细度模数越大，表示砂越粗。普通混凝土用砂的细度模数一般为3.7～1.6，Mx=3.7～3.1为粗砂，Mx=3.0～2.3为中砂，Mx=2.2～1.6为细砂。配制混凝土时宜优先选Mx在3.0～2.3的中砂。砂的细度模数并不能反映其级配的优劣，细度模数相同的砂，级配可以很不耦同。所以，配制混凝土时必须同时考虑砂的颗粒级配和细度模数。 (2)石的颗粒级配和最大粒径筛分试验：一套方孔筛，筛孔的公称直径为2.50mm，5.00mm，10.0mm，16.0mm，20.0mm，25.0mm，31.5mm，40.0mm，50.0mm，63.0mm，80.0mm，100mm共12个筛子，计算每个筛号的分计筛余百分率和累计筛余百分率。连续粒级：石的级配单粒级：颗粒由小到大，每级石子占一定比例。配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，使骨料级配不连续，以降低石子的空隙率。配制混凝土，可以节约水泥。但容易产生离析现象，导致施工困难。 粗骨料的最大粒径限制粗骨料中公称直径的上限称为该骨料的最大粒径。经济性：当骨料粒径增大时，表面积减小，水泥用量减少。所以若条件许可，Dmax应尽量大些。结构限制Dmax≤结构截面最小尺寸的1/4，同时≤钢筋间最小净距的3/4；Dmax≤板厚的1/2，且≤50mm施工限制：Dmax过大，搅拌、运输以及振捣时易产生离析或损坏叶片、堵塞泵管或振捣不实。 6．骨料的形状和表面特征骨料的颗粒形状近似球状或立方体形时比较好对石中针、片状颗粒含量的要限量，由于针、片状颗粒受力时易折断且增加骨料间的空隙。骨料表面的粗糙程度及孔隙特征等影响骨料与水泥石之间的黏结性能，进而影响混凝土的强度。骨料表面光滑时，对混凝土流动牲有利，但与水泥石粘结较差。7．强度碎石：抗压强度和压碎指标值卵石：压碎指标值强度指标 碎石的抗压强度测定：将其母岩制成边长为50mm的立方体（或直径与高均为50mm的圆柱体）试件，在水饱和状态下测定其极限抗压强度值。一般要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5或根据岩石种类确定。碎石和卵石的压碎指标值测定：将一定量气干状态的粒径10～20mm石子装入标准筒内，按规定的加荷速率，加荷至200kN，卸荷后称取试样重量m0，再用2.5mm孔径的筛筛除被压碎的细粒，称出留在筛上的试样重量m1，则压碎指标值为：压碎指标值越小，说明粗骨料抵抗受压破碎能力越强。 三、混凝土用水标准规定：混凝土用水需保证pH>4，不溶物、可溶物、氯化物和硫酸盐含量。质量要求：不影响混凝土的凝结和硬化，无损于混凝土强度发展及耐久性；不加快钢筋锈蚀，不引起预应力钢筋脆断，不污染混凝土表面。海水不得拌制钢筋混凝土、预应力混凝土及有饰面要求的混凝土。工业废水须经处理并经检验合格后才能使用。 四、外加剂混凝土外加剂是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的，用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料，其掺量一般不大于水泥质量的5%。1．分类(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂：各种减水剂和泵送剂等。(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂：缓凝剂、促凝剂和速凝剂等。(3)改善混凝土耐久性的外加剂：引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等。(4)改善混凝土其他性能的外加剂：膨胀剂、防冻剂、着色剂等。 2．常用化学外加剂的组成与特性(1)减水剂减水剂主要作用：减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。a.在水泥用量、坍落度一定时，可减少用水量，改善强度、抗渗性（不透水性）以及耐久性；b.在坍落度一定条件下，可减少水泥用量而不需改变水灰比，有利于降低成本；c.降低水化热，防止大体积混凝土因内外温差而引起裂缝；d.在水泥和水的用量不变情况下，可提高混凝土拌合物流动性，易于浇注。 减水剂的主要种类：种类木质素系多环芳香族磺酸盐系水溶性树脂系聚羧酸类类别普通减水剂高效减水剂高效、早强、非引气型高效减水剂适宜掺量0.2%～0.3%0.2%～0.5%0.5%～1.0%0.15～0.4%减水率10～15%15%以上10%～24%18%～40%早强效果显著显著适用范围适用于大模板、大体积浇注滑模施工，泵送混凝土及夏季施工等。不利于冬季施工和蒸汽养护。适用于早强、高强的混凝土及流态混凝土适用于高强混凝土、早强混凝土、蒸养混凝土及流态混凝土等。适用于高强、早强、流态、防水、抗冻混凝土等。特别适用于商品混凝土和高性能混凝土 减水剂的作用机理当水泥加水拌合后，水泥浆形成絮凝结构将一部分拌合水包裹在水泥颗粒之间，降低了混凝土拌合物的流动性。减水剂分子的亲水基团指向溶液，憎水基团指向空气、非极性液体或固体，作定向排列组成吸附膜，这种表面活性作用降低了水的表面张力，并降低了水与其他液相或固相之间的界面胀力，是减水剂有减水效果的重要原理。 分散作用：减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，使颗粒表面带有相同的电荷，产生斥力使水泥颗粒分开，从而将絮凝结构内的游离水释放出来。润滑作用：减水剂还能在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂膜层，阻止了水泥颗粒间的直接接触，在水泥颗粒间起到很好的润滑作用。 (2)引气剂引气剂是在混凝土搅拌过程中能引人大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡且能保留在硬化混凝土中的外加剂。引气剂主要类型：松香树脂类，烷基苯磺酸盐类，脂肪醇类，非离子型表面活性剂，木质素磺酸盐类。引气剂主要作用①改善混凝土拌合物的和易性③降低混凝土的强度和耐磨性②提高混凝土的抗渗性、抗冻性 引气剂的作用机理引气剂属于憎水性表面活性剂，能显著降低混凝土拌合物中水的表面张力，使水在搅拌作用下，容易引入空气并形成大量微小的气泡。同时，由于引气剂分子定向排列在气泡表面，使气泡坚固而不易破裂，均匀分布于混凝土中。引气剂适用于强度要求不太高、水灰比较大的混凝土，如混凝土道路、桥梁、大坝、港口等大体积混凝土工程中，可大大延长它们使用寿命。对于抗冻性要求较高的混凝土，也需掺入引气剂。引气剂的应用 (3)早强剂早强剂指加速混凝土早期强度发展的外加剂。多用于冬季施工和抢修工程，或用于加快模板的周转率。早强剂的种类、作用机理和特性早强剂按化学成分可分为无机、有机及复合三大类。①氯盐类早强剂作用机理：氯化钙水溶液与水泥中C3A和氢氧化钙反应分别生成不溶性水化氯铝酸钙和氧氯化钙。因此增加了水泥浆中固相的比例，形成坚强的骨架，有助于水泥浆结构的形成。最终表现为硬化快、早期强度高。缺点：氯离子会加速混凝土中钢筋的锈蚀，而且还会降低混凝土的抗硫酸盐性，因此对氯盐的掺量有所限制。 ②硫酸盐类早强剂作用机理：硫酸钠掺入混凝土中后，与氢氧化钙反应生成二水石膏，生成的二水石膏呈高度分散性，均匀分布于混凝土中，与C3A的反应比外掺石膏更快，能更迅速生成水化硫铝酸钙，大大加快了混凝土的硬化过程，起早强作用。特性：对钢筋无锈蚀作用，可提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性，不可用于含有活性骨料的混凝土。若掺入量过多时，会导致混凝土后期性能变差，且混凝土表面易析出“白霜”。③三乙醇胺类早强剂三乙醇胺是一种较好的络合剂，在水泥水化的碱性溶液中，能与Fe3+和A13+等形成络离子，这种络离子与水泥水化物作用形成溶解度小的络盐，使水泥石中固相比例增加，提高了早期强度。 ④复合类早强剂复合类早强剂由有机一无机早强剂复合或早强剂与其他外加剂复合而成。复合类早强剂的性能及早强效果取决于其组成成分和掺量，且性能一般优于单一的早强剂。早强剂的应用早强剂适用于冬季施工、紧急抢修工程，有早强或防冻液去的混凝土。(4)缓凝剂缓凝剂是能够延长混凝土凝结时间的外加剂缓凝剂种类：羟基羧酸盐，多羟基碳水化合物，无机化合物，木质磺酸盐等 缓凝剂的作用机理作用机理：有机类缓凝剂大多是表面活性剂，吸附于水泥颗粒以及水化产物新相颗粒表面，形成同种电荷的亲水膜，阻碍水泥水化产物凝聚，起延缓作用；无机类缓凝剂，在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的水化起屏障作用，阻碍了水泥水化。多用于大体积混凝土、泵送及滑模混凝土施工，以及高温炎热气候下远距离运输的商品混凝土。在分层浇灌混凝土时，为防止出现冷缝，也常掺加缓凝剂。不宜用于5℃以下施工的混凝土工程。缓凝剂应用 (5)速凝剂速凝剂是能够加快混凝土凝结硬化的外加剂。作用机理：掺入混凝土中的速凝剂可使水泥中的石膏变成硫酸盐，失去其缓凝作用，从而使C3A迅速水化，并在溶液中析出其水化物，导致水泥浆迅速凝固，使混凝土在几至十几分钟内凝结并产生强度。温度升高对速凝作用有增强效果；水灰比增大，速凝效果降低。速凝剂使混凝土的后期强度下降应用：主要用于矿山井巷、铁路隧洞、引水涵洞、地下厂房等工程以及喷射混凝土。 4.矿物外加剂（掺合料）矿物外加剂又称为混凝土掺合料，是指在配制混凝土拌合物过程中，直接加入的质量大于水泥质量5%的具有一定活性的天然或人造的矿物细粉材料。活性矿物外加剂：如粉煤灰、硅灰、粒状高炉矿渣等，非活性矿物外加剂：作用：可促进水泥水化产物的进一步转化，又可节约水泥、改善混凝土性能、调节混凝土强度等级；改善环境、减少二次污染、推动可持续发展的绿色混凝土，具有十分重要的意义。如磨细的石英砂、石灰石或活性指标不合格的矿渣等。 (1)磨细粉煤灰作用：①节约水泥；②提高混凝土流动性、减少泌水、改善混凝土拌和物的和易性、可泵性和抹面性；③降低混凝土水化热；④提高混凝土致密性，因而显著提高混凝土抗渗性和抗蚀性；⑤抑制碱骨料反应。磨细粉煤灰是用干燥的粉煤灰经粉磨达到规定细度的产品品质要求：细度、需水量比、烧失量、含水量、安定性等。I级粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰：适用于钢筋混凝土和无钢筋混凝土Ⅲ级粉煤灰：主要用于中低强度等级的无筋混凝土适用于钢筋混凝土和跨度小于6m的预应力钢筋混凝土 (2)硅灰冶炼硅铁合金或工业硅的副产品，以无定形二氧化硅为主要成分的超细粉末，可配制高强、超高强混凝土硅灰作为混凝土掺合料须配以减水剂方可保证混凝土的和易性。1）改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性。故适宜配制高流态混凝土、泵送混凝土及水下灌注混凝土。2)提高混凝土强度，配制高强超高强混凝土3)改善混凝土的孔结构，提高混凝土抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性4)抑制碱骨料反应硅灰的作用： (3)磨细矿渣磨细矿渣是由粒状高炉矿渣经干燥、粉磨等工艺达到规定细度的产品。作用：①改善混凝土拌合物的和易性；②降低水化热的温升；③提高混凝土的抗蚀能力和耐久性；④增长混凝土的后期强度。配制高强高性能混凝土、中强混凝土、大体积混凝土以及各类地下河水下混凝土工程应用： (4)沸石粉沸石粉具有很大的内表面积和开放性结构，含有一定量活性二氧化硅和三氧化铝，能与水泥水化析出的氢氧化钙作用，生成胶凝物质。作用：1)提高混凝土强度，配制高强混凝土。2)改善混凝土和易性，配制流态混凝土及泵送混凝土。4．外加剂应用技术(1)外加剂品种的选择应根据工程需要、现场的材料和施工条件，并参考外加剂产品说明书及有关资料进行全面考虑。 (2)外加剂掺量的确定(3)外加剂掺入方法①先掺法将粉状外加剂先与水泥混合，然后与粗、细骨料和水一起搅拌。适用于减水剂、早强剂、早强减水剂及防冻剂。②同掺法将外加剂预先溶解成一定浓度的溶液，然后在搅拌时同水一起掺入。适用于采用普通减水剂、引气剂、缓凝剂。③滞水法：搅拌过程中减水剂滞后1～3min加入。④后掺法减水剂不是在搅拌站搅拌时加入，而是在运输途中或施工现场分几次或一次加入，再经搅拌。适用于运输距离较远，运输时间较长，混凝土的坍落度较大等场合。 第三节混凝土的性能一.新拌混凝土的性能新拌混凝土是由混凝土的组成材料拌合而成的尚未凝固的混合物，也称为混凝土拌合物。1．新拌混凝土的和易性（l）和易性的概念新拌混凝土的和易性（工作性）是指混凝土拌合物易于施工操作并获得质量均匀、成型密实的性能。流动性粘聚性保水性 （2）和易性的测定方法通常是测定混凝土拌合物的流动性，辅以其他方法或直观观察（结合经验）评定混凝土拌合物的粘聚性和保水性，然后综合评定混凝土拌合物的和易性。A.坍落度试验（1）将搅拌好的混凝土拌合物装入坍落度筒，并插捣，待装满刮平后，垂直平稳地向上提起坍落度筒，量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，即坍落度值。（2）粘聚性的检查：用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，观察试体变化（3）保水性：观察混凝土拌合物中稀浆析出的程度来评定。 根据坍落度的不同，可将混凝土拌合物分为：干硬性混凝土：坍落度小于10mm塑性混凝土：坍落度为10～90mm流动性混凝土：坍落度为100～150mm大流动性混凝：坍落度大于160mm坍落度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土拌合物。注意：实际施工时，混凝土拌合物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。 B.维勃稠度试验（1）将混凝土拌合物装入坍落度筒内，捣实，装满刮平后，提起坍落度筒，把透明盘转到混凝土圆台体顶，开启振动台，并计时；（2）当振动到透明圆盘的底面被水泥浆布满的瞬间停表计时，并关闭振动台，所读秒数即为该混凝土拌合物的维勃稠度值。维勃稠度试验仅适用于骨料最大粒径不大于40mm、维勃稠度在5～30s的混凝土拌合物稠度测定。注意： (3)影响和易性的主要因素1)混凝土拌合物单位用水量混凝土拌合物单位用水量增大，其流动性增大，但用水量过大，会使拌合物粘聚性和均匀性变差，产生严重泌水、分层或流浆，并有可能使混凝土强度和耐久性降低。在采用一定的骨料情况下，如果单位用水量一定，单位水泥用量增减不超过50～100kg，坍落度大体上保持不变，这一规律通常称为固定用水量定则。2)水泥浆的数量在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内，水泥浆愈多，则拌合物的流动性也愈大。若水泥浆过多，会出现流浆现象，粘聚性变差；若水泥浆过少，则易使拌合物发生离析和崩坍。 3)水灰比水泥用量、骨料用量一定时，水灰比愈大，则拌合物流动性增大。但水灰比过大，会造成拌合物粘聚性和保水性不良；水灰比过小，会使拌合物流动性过低。4)砂率砂率有一合理值。砂率对拌合物流动性的影响：a.砂浆在拌合物中起着润滑作用，减少粗骨料之间的摩擦力，可以提高流动性；b.砂率增大时，骨料的总表面积随之增大，需水量增多，在用水量一定的条件下，拌合物流动性降低，所以当砂率增大超过一定范围后，流动性反而随砂率增加而降低。用水量和水泥用量一定时，采用合理砂率，可使拌合物获得所要求的流动性和良好的粘聚性与保水性。 5)组成材料特性①水泥水泥对拌合料和易性的影响主要反映在水泥的需水性上。需水性大的水泥比需水性小的水泥配制的拌合物，在其他条件一定的情况下，流动性变小，但其黏聚性和保水性较好。②骨料骨料对拌合物和易性有较大影响，包括骨料级配、颗粒形状、表面状态及最大粒径。级配好的骨料，其拌合物流动性较大，粘聚性与保水性较好，扁平和针状骨料较少而球形骨料较多时，拌合物流动性较大；骨料表面光滑、最大粒径增大，拌合物流动性也较大。③外加剂加入减水剂可提高拌合物的流动性，改善粘聚性，降低泌水性。 6)温度和时间混凝土拌合物的流动性随温度的升高而降低，所以施工时为了保证一定的和易性，必须注意环境温度变化。混凝土拌合物随时间的延长而变得干硬。所以浇注时的和易性更具实际意义。2．新拌混凝土的凝结时间采用贯入阻力仪测定混凝土的凝结时间，是从实用意义的角度人为确定的两个特定点，初凝时间表示施工时间极限，终凝时间表示混凝土力学强度的开始发展。通常混凝土需6～10h凝结，但水泥的组成、环境温度和缓凝剂等都会对凝结时间产生影响。水泥浆体凝结时间往往与所配混凝土凝结时间不同。 二、硬化混凝土的性能混凝土的抗压强度不仅是结构设计的主要参数，也是评定和控制混凝土质量的重要指标。1．混凝土的抗压强度以边长为150mm的立方体试件，在标准条件下（温度20±3℃，相对湿度>90%或水中）养护至28d龄期，在一定条件下加压至破坏时，试件单位面积所承受的压力称为混凝土的抗压强度。（1）混凝土立方体试件抗压强度试件尺寸不同，会影响试件的抗压强度值。 （2）混凝土立方体抗压强度标准值混凝土立方体抗压强度标准值（fcu，k）是按标准方法测得的，按数理统计方法确定的具有95%保证率的立方体试件抗压强度。（3）混凝土的强度等级混凝土的强度等级是根据混凝土立方体抗压强度标准值划分的。强度等级：C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55和C60等12个等级。如C30，表示fcu，k=30MPa （4）混凝土轴心抗压强度采用150mm×150mm×300mm的棱柱体为试件进行抗压强度试验，测得的抗压强度称为棱柱体抗压强度，又称轴心抗压强度（fck）。在结构设计中，考虑到受压构件多为柱体而很少是立方体，采用棱柱体试件抗压强度比立方体试件抗压强度能更好地反映混凝土的实际受压情况。当标准立方体抗压强度在10～50MPa时，轴心抗压强度与同截面的立方体抗压强度两者之间的换关系近似为： 影响混凝土抗压强度的因素（1）水泥强度等级和水灰比在水灰比一定时，水泥强度等级越高，对骨料的黏结力越强，配制成的混凝土强度也越高。在原材料一定的情况下，混凝土28d龄期抗压强度（fcu，0）与水泥28d龄期抗压强度实测值(fce)及水灰比(W/C)之间的关系：式中αa、αb回归系数，与骨料的品种、水泥品种等因素有关在水泥强度相同的情况下，混凝土强度将随水灰比的降低而增加。但在一定的捣实成型条件下，如果水灰比过小，反而会使强度下降。 （2）骨料骨料强度降低时，其配制的混凝土强度较低；水泥强度等级和水灰比相同的条件下，表面粗糙的骨料配制的混凝土比表面光滑的骨料配制的混凝土强度较高。骨料中有害杂质少，且级配良好、砂率适当时，会使混凝土获得较高强度。（3）龄期混凝土在正常养护条件下，其强度随龄期的增加而增长。中等强度等级的普通水泥混凝土，在标准养护条件下，混凝土强度大致与龄期的对数成正比关系：式中fn是n天（n≥3）龄期时混凝土抗压强度，f28为28d龄期时的混凝土抗压强度。 （4）养护（温度和湿度）养护环境保持较高的湿度是水泥正常水化、混凝土强度增长的必要条件。如果湿度不够，则混凝土强度下降，渗水性增大，影响耐久性。养护温度高，可以增大初期水化速度，混凝土早期强度也高。但养护温度过高（40℃以上），混凝土后期强度发展减弱。（5）其他（外加剂、混合材、施工方法等）2．混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度比其抗压强度小得多，且随抗压强度的增高而减小。混凝土抗拉强度是混凝土的开裂性能、韧性大小的重要指标，有时也可以间接衡量混凝土与钢筋的黏结强度。 3．混凝土的变形（1）非荷载作用下的变形在未受荷载作用的情况下，由于各种物理的或化学的因素作用会引起局部或整体的体积变化，产生变形。1)化学减缩混凝土体积的化学收缩是指由于水泥水化物的固体体积小于水化前反应物（水和水泥）的总体积而引起的收缩。化学减缩是不能恢复的，其收缩率一般很小，但收缩过程中在混凝土内部会产生微细裂缝。 混凝土干燥时会引起体积收缩，受潮后体积又会膨胀，即为干缩湿胀。2）干缩湿胀经过第一次干燥一再潮湿后的混凝土的后期干燥收缩将减小，改善了混凝土的体积稳定性。但过大的干缩会产生干缩裂缝，使混凝土性能变差。降低水泥用量，减小水灰比、加强振捣、保证骨料洁净和级配良好以及在水中养护或者潮湿条件下养护可大大减小混凝土的收缩。3）自收缩如果在养护期间除了拌和时所加的水之外没有补充水分，即使没有水分向周围散失，由于水分被水化所消耗，混凝土也将开始内部干燥。体积收缩只有在低水灰比(<0.3)的混凝土中出现，而且由于掺人活性火山灰而增大。这种现象被称之为自干燥并以自收缩的形式出现。 4）温度变形混凝土热胀冷缩称为温度变形，主要取决于温度变化的程度、组成材料的热膨胀系数及内外温差。当温度变化引起的骨料颗粒体积变化与水泥石体积变化相差很大时，或者骨料颗粒之间的膨胀系数有很大差别时，都会产生有破坏性的内应力。当温度降低时，混凝土因受约束而不能正常收缩，可能产生较大的内应力，将导致抗拉强度低的混凝土开裂。大体积混凝土内部由于水泥水化热积蓄，造成内外温差很大，导致表面产生裂缝。 （2）荷载作用下的变形1）短期荷载作用下的变形混凝土的受压变形与破坏特征第一阶段：压应力-应变曲线近似呈直线。原生界面裂缝和极少量新的微裂缝基本稳定，没有扩展趋势。第二阶段：压应力-应变曲线产生弯曲。裂缝在过渡区内稳定缓慢地伸展，但在砂浆基体中尚未发生开裂。第三阶段：整个裂缝体系变得不稳定，过渡区裂缝和砂浆基体裂缝开始搭接；混凝土是一种弹塑性体。其应力与应变之间的关系不是直线而是曲线。第四阶段：基体和过渡区中的裂缝处于不稳定状态，迅速扩展成为连续的裂缝体系。 硬化混凝土的静弹性模量①初始切线模量：为混凝土应力-应变曲线的原点对曲线所作切线的斜率，该值不易求得，无实用意义；②切线模量：为应力-应变曲线上任一点对曲线所作切线的斜率。仅适用于考察某特定荷载处，较小的附加应力所引起的应变反应；③割线模量：为应力一应变曲线原点与曲线上相应于40%极限应力的点所作连线的斜率，较易测准，适宜于工程应用。混凝土强度等级为C10～C60时，其弹性模量约为(1.75～3.60)×104MPa。 2）长期荷载作用下的变形——徐变混凝土承受持续荷载时，随时间的延长而增加的变形，称为徐变。混凝土徐变在加荷早期增长较快，然后逐渐减缓，当混凝土卸载后，一部分变形瞬时恢复，还有一部分要过一段时间才恢复，称徐变恢复。剩余不可恢复部分，称残余变形。有利影响：削弱由温度、干缩等引起的变形，防止裂缝产生；不利影响：在预应力结构中，徐变引起预应力损失影响混凝土徐变的因素：环境湿度，水灰比，水泥用量和品种，骨料含量，加荷时间等产生徐变的原因：水泥石凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动或滑移，同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力而向毛细管渗出。 3．混凝土的耐久性混凝土抵抗环境介质作用并保持其形状、质量和使用性能的能力称为耐久性。(1)混凝土的抗渗性混凝土的抗渗性是指抵抗液体在压力作用下渗透的性能，主要与混凝土的密实度和孔隙率及孔隙结构有关。混凝土的抗渗性以抗渗等级来表示。采用标准养护28d的标准试件，按规定的方法进行试验，以其所能承受的最大水压力来计算来其抗渗标号。提高混凝土抗渗性的措施：降低水灰比、采用减水剂、掺加引气剂、选择适当水泥品种、加强振捣、加强养护等。 (2)混凝土的抗冻性混凝土的抗冻性以抗冻等级来表示。抗冻等级是以龄期28d的试块的吸水饱和后承受（-15～-20)℃至(15～20)℃反复冻融循环，以同时满足抗压强度下降不超过25%，重量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数来确定。混凝土的抗冻性是指混凝土在含水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时强度也不严重降低的能力。提高混凝土的抗冻性措施：合理选择水泥品种、质量好的原材料、降低水灰比、加强振捣、提高混凝土的密实度；延长冻结前的养护时间、掺加引气剂、尽量减少施工缺陷等。混凝土抗冻性的影响因素：水分和冻融条件，混凝土的密实度、孔隙特征、组成材料、养护龄期及掺加引气剂等。 (3)混凝土的抗侵蚀性提高抗蚀性措施：合理选择水泥品种，降低水灰比，提高混凝土的密实度，改善混凝土的孔隙结构，采用外部保护措施以隔离侵蚀介质不与混凝土相接触。(4)混凝土的碳化混凝土的碳化是指环境中的CO2，与水泥水化产生的Ca(OH)2作用，生成碳酸钙和水，从而使混凝土的碱度降低的现象（也称为中性化）。不利影响：会使混凝土出现碳化收缩，强度下降，还会使混凝土中的钢筋因失去碱性保护而锈蚀。有利影响：碳化时生成的碳酸钙，可减少水泥石的孔隙，对防止有害介质的入侵具有一定的缓冲作用。影响混凝土碳化的因素有：水泥品种，水灰比，环境条件 (5)混凝土中的碱骨料反应碱-硅酸反应：混凝土中含有活性氧化硅的骨料与所用水泥或其他材料中的碱发生化学反应，形成碱一硅酸凝胶，此凝胶吸水肿胀，可能导致混凝土胀裂。发生碱骨料反应必须具有三个条件：混凝土骨料中含有活性氧化硅，水泥或其他材料中含碱量高，有一定湿度。抑制碱骨料反应的措施：尽量选择非活性骨料、采用低碱水泥、降低水泥用量或采用能抑制碱-骨料反应的化学外加剂及矿物掺合料 第四节混凝土质量控制与强度评定一．混凝土强度的波动规律混凝土强度的波动规律符合正态分布，可用强度平均值和强度标准差σ作出描述。式中n为试验组数（n≥25）；为第i组试件的抗压强度(MPa)；为n组抗压强度的算术平均值(MPa)；σ为n组抗压强度的标准差(MPa) 平均强度水平不同的混凝土之间质量稳定性的比较，可用变异系数cv表征，cv值越小，说明混凝土强度质量越稳定。二．混凝土强度保证率强度保证率是指在混凝土强度总体中，不小于设计要求的强度等级标准值（）的概率P(%)先计算出概率度t，再根据t值，查表得保证率P 三．混凝土配制强度（）设计要求的保证率越大，配制强度就要越高；强度质量稳定性越差，配制强度就提高得越多。强度保证率为95%时，混凝土的配制强度为：σ值可根据混凝土配制强度的历史统计资料得到。若无资料时，可根据混凝土设计强度等级取值。设计强度等级≤C20C20～C35≥C35σ值4.05.06.0 四．混凝土强度评定1．标准差已知时的统计方法评定当混凝土长时间稳定生产时，由连续的三组试件组成一个验收批，强度应满足：同时，强度的最小值尚应满足下式要求：当混凝土强度等级不高于C20时，当混凝土强度等级高于C20时，且是第i批试件立方体抗压强度中，最大值与最小值之差；m为总批数。 2.标准差未知时的统计方法评定对于非稳定生产的混凝土，由不少于10组的试件组成一个验收批，强度应满足：且式中为同一验收批混凝土立方体抗压强度的标准差(MPa)。当时，取；λ2、λ1是合格判定系数。为第i组混凝土试件的立方体抗压强度值(MPa)，n为一个验收批混凝土试件的组数 3．非统计方法评定对于零星生产的混凝土，强度应满足：4．混凝土的强度的合格判定混凝土强度应分批进行检验评定，当检验结果能满足上述要求时，则该批混凝土强度判为合格。 第五节普通混凝土配合比混凝土配合比是指混凝土中各组成材料的重量比例，常用的配合比的表示方法有：（1）以1m3混凝土中各材料的质量表示，例如：水泥300kg、水180kg、砂720kg、石子1200kg；（2）以各材料的质量比表示，水泥:水:砂:石子=300:180:720:1200，水灰比为0.6。一、混凝土配合比设计的任务混凝土配合比设计就是根据原材料的技术性能及施工条件，合理选择原材料，通过计算确定水泥、水、砂子和石子这四项基本组成材料用量之间的三个比例关系，使所配制的混凝土满足强度、和易性、耐久性和经济性的要求。 二．配合比设计参数1.水灰比（W/C）：混凝土中水与水泥的比值2.砂率（βs）：砂与石子之间的比例关系3.单位用水量（mw）：1m3混凝土的用水量对混凝土的强度和耐久性起关键性作用。在满足强度和耐久性要求的前提下，应尽量选择较大的水灰比对混凝土拌合物和易性，特别是其中的粘聚性和保水性有很大影响。在满足粘聚性的前提下，应尽量选择较小的砂率反映了水泥浆与骨料之间的比例关系。在水灰比一定的条件下，单位用水量是控制混凝土拌合物流动性的主要因素，在满足流动性的前提下，应尽量较小的用水量 三、混凝土配合比设计的算料基准①计算1m3混凝土中各材料的用量，以质量计。②计算时，以干燥状态（细骨料含水率小于0.5%，粗骨料含水率小于0.2%）时的质量为基准。四、混凝土配合比设计的步骤1．计算配合比的确定(1)计算配制强度当具有近期同一品种混凝土资料时，σ可计算获得。并且当混凝土强度等级为C20或C25，计算值<2.5MPa时，应取σ=2.5MPa；当强度等级≥C30，计算值低于<3.0MPa时，应取用σ=3.0MPa。否则，按规定取值。 (2)初步确定水灰比(W/C)（混凝土强度等级小于C60）αa、αb回归系数，应由试验确定或根据规定选取：石子品种αaαb碎石0.460.07卵石0.480.33fce水泥28d抗压强度实测值，若无实测值，则fce，g为水泥强度等级值，γc为水泥强度等级值的富余系数。若水灰比计算值大于表4-24中规定的最大水灰比值时，应取表中规定的最大水灰比值 (3)选取1m3混凝土的用水量(mw0)干硬性和塑性混凝土用水量：①根据施工条件按表4-25选用适宜的坍落度。②水灰比在0.40～0.80时，根据坍落度值及骨料种类、粒径，按表4-26选定1m3混凝土用水量。流动性和大流动性混凝土的用水量：以表4-26中坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大20mm用水量增加5kg计算出未掺外加剂时的混凝土的用水量；掺外加剂时的混凝土用水量：mwa是掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量；mw0未掺外加剂混凝土每立方米混凝土的用水量；β外加剂的减水率。 (4)计算混凝土的单位水泥用量(mc0)如水泥用量计算值小于表4-24中规定量，则应取规定的最小水泥用量。(5)选用合理的砂率值(βs)坍落度为10～60mm的混凝土：如无使用经验，砂率可按骨料种类、粒径及水灰比，参照表4-27选用；坍落度大于60mm的混凝土：在表4-27的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整；坍落度小于10mm的混凝土：砂率应经试验确定。 (6)计算粗、细骨料的用量(mg0，ms0)A.重量法：mc0、mg0、ms0、mw0为1m3混凝土的水泥用量、粗骨料用量、细骨料用量和用水量。mcp为1m3混凝土拌合物的假定重量，取2350～2450kg/m3。B．体积法：ρc、ρg、ρs分别为水泥密度、粗骨料、细骨料的表观密度；ρw为水的密度，α混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，α可取为1。 2．基准配合比的确定（调整和易性）①若流动性太大，在砂率不变的条件下，适当增加砂、石；②若流动性太小，保持水灰比不变，增加适量水和水泥；③若粘聚性和保水性不良，可适当增加砂率④调整后，测拌合物的实际表观密度ρc,t，计算1m3混凝土各材料的用量：mc，b、mw，b、ms，b、mg，b是按计算配合比试配的混凝土中水泥、水、砂、石子的用量，Mb调整后拌合物的总质量，mc，j、mw，j、ms，j、mg，j是基准配合比中每立方米混凝土的水泥用量。 3．实验室配合比的确定（1）强度校核检验强度时，在基准配合比基础上，增加两个配合比，其水灰比较基准配合比分别增加和减少0.05，其用水量与基准配合比相同，砂率可分别增加或减小1%。每个配合比制作一组试件，标准养护28d测抗压强度。根据三组强度与灰水比作图或计算，求出混凝土配制强度相对应的灰水比。最后按以下法则确定1m3混凝土各材料用量：①用水量(mw)：在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定，。②水泥用量(mc)：以用水量乘以选定的灰水比计算确定。③粗、细骨料用量(mg、ms)：取基准配合比的粗、细骨料用量基础上，按选定的灰水比作适当调整后确定。 (2)1m3混凝土中各材料用量的校正①计算混凝土拌合物的计算表观密度ρc,c值：②计算出校正系数：③当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2%时，则按上述方法计算确定的配合比为确定的设计配合比；④当二者之差超过2%时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数δ值，即为最终确定的设计配合比。 4．混凝土的施工配合比的确定现场材料的实际称量应按工地砂、石的含水情况进行修正，修正后的配合比，叫做施工配合比。设工地测出砂的含水率为a%、石子的含水率为b%，则施工配合比为（每立方米混凝土的各材料用量）： 五、普通混凝土配合比设计实例1）确定混凝土的计算配合比确定配制强度(fcu,0)②确定水灰比(W/C)水泥28d抗压强度：在干燥环境中要求W/C≤0.65，所以可取水灰比为0.60。③确定用水量(mw0)：mw0=175kg④确定水泥用量(mc0)：在干燥环境中，要求最小水泥用量为260kg/m3。所以，取水泥用量为mc0=292kg 根据W/C=0.60和碎石最大粒径40mm，查表取βs=33%⑤确定砂率(βs)⑥确定1m3混凝土砂、石用量(mg0，ms0)解得：ms0=635kg；mg0=1289kg。混凝土计算配合比（1m3混凝土的材料用量）为：水泥：292kg；水：175kg；砂：635kg；石子：1289kg。或mc0∶mw0∶ms0∶mg0=1∶0.60∶2.04∶4.15，mc0=292kg/m3 2)进行和易性和强度调整①调整和易性25L拌合物中各材料用量水泥：0.025×292=7.30(kg)；水：0.025×175=4.38(kg)；砂：0.025×635=15.88(kg)；石子：0.025×1289=32.23(kg)由于坍落度低于规定值要求，增加水泥浆3%，和易性良好。调整后各材料实际用量为：水泥：7.30×1.03=7.52kg；水：4.38×1.03=4.51kg；砂：15.88kg；石子：32.23kg；总重量60.14kg根据拌合物实际表观密度，基准配合比 ②校核强度组别W/CC/W材料用量（kg/m3）fcu28（MPa）ρc，t（kg/m3）mwmgmsmc10.551.82181129263632937.8242020.601.67181129263630133.4241030.651.54181129263627828.22400配制强度要求fcu，0=33.2MPa，故第2组满足要求3)计算混凝土实验室配合比拌合物计算表观密度ρc，c=181+1292+636+301=2410（kg/m3）配合比校正系数：实验室配合比（1m3混凝土中各材料用量）为： 4)计算混凝土施工配合比（1m3混凝土中各材料用量）为： ②校核强度若配制强度要求fcu，0=34.6MPa水用量固定：根据作图法，由配制强度得到灰水比。采用所确定的水灰比重新计算各项组成材料的用量：水泥用量：砂、石用量采用体积法：， 3)计算混凝土实验室配合比拌合物计算表观密度ρc，c=181+1267+624+312=2384（kg/m3）实验室配合比（1m3混凝土中各材料用量）为：以与选定灰水比较为接近的一组拌合物表观密度实测值为准，即ρc，t=2410kg/m34)计算混凝土施工配合比（1m3混凝土中各材料用量）为： 第六节水泥混凝土技术进展发展趋势－－高性能、多功能和智能化一．混凝土第五组分（化学外加剂）二．混凝土第六组分改性型：超细矿物外加剂、纤维、聚合物等功能性：导电混凝土、磁性混凝土、屏蔽混凝土智能性：应变和损伤自检混凝土、温度自测混凝土、调湿混凝土和仿生自愈伤混凝土三．高性能混凝土高性能混凝土技术特性：高密实性、高抗渗性、高体积稳定性、适当的高抗压强度、良好的施工性等。高强混凝土不等于高性能混凝土 第五章建筑砂浆建筑砂浆是由胶凝材料、细骨料、外加剂以及水按一定比例配制而成的建筑材料。用于胶结建筑工程中的砌筑材料、结构表面的抹面与装饰、砌体勾缝、陶瓷墙、地砖及板材的胶结等，起到黏结、衬垫、传递应力、保护主体结构、装饰装修的作用定义：作用：分类按胶凝材料：水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆按其用途：砌筑砂浆、抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂按生产形式：现场拌制砂浆和预拌砂浆浆以及特种用途砂浆 第一节建筑砂浆基本组成与性质一、建筑砂浆基本组成1．胶凝材料（1）水泥一般选用中、低等级的水泥，水泥等级应为砂浆强度等级的4～5倍为宜。（2）石灰、石膏和粘土与水泥混用配制混合砂浆，可节约水泥并改善砂浆和易性。 2．细集料作用：起骨架与填充作用，影响砂浆的流动性和强度，抑制砂浆的收缩开裂。砂应符合混凝土用砂的技术性能要求，且有砌体种类毛石砌体砂浆砖砌体抹灰及勾缝砂浆最大粒径<砂浆层厚度的1/4～1/5Dmax≤2.5mmDmax≤1.2mm砂浆强度等级≥5.0MPa<5.0MPa含泥量，不得超过5.0%10.0%含泥量限制：最大粒径限制： 3．外加剂现场拌制砂浆：常掺入微沫剂和纤维素醚。预拌砂浆：塑化剂、可再分散乳胶粉、纤维素醚、早强剂、引气剂、缓凝剂、速凝剂等，目的增加砂浆的流动性、保水性、黏结力和强度。干粉砂浆：加入纤维，改善砂浆抗裂、抗渗、抗爆裂、抗冻融、抗冲击以及耐磨损、耐老化、耐紫外线等方面的功能。4.掺和料石灰膏、粘土、粉煤灰等。改善砂浆和易性，降低水泥用量。5.水 二、建筑砂浆基本性能1．砂浆拌合物的密度砌筑砂浆拌合物：水泥砂浆≥1900kg/m3；水泥混合砂浆≥1800kg/m3。2．新拌砂浆的和易性（1）流动性砂浆流动性表示砂浆在重力或外力作用下流动的性能，用稠度值表示。稠度值用砂浆稠度测定仪测定。稠度值大的砂浆表示流动性较好。 砂浆流动性的选择要考虑：砂浆流动性的影响因素：胶凝材料的种类与用量、用水量、砂的粒径、形状和级配、搅拌时间、环境温度和湿度。砂浆流动性好，便于操作，密实填充基底；但流动性过大，易产生分层、泌水，导致砂浆的粘结力和强度下降。砌体材料种类施工方法天气情况 （2）保水性砂浆保水性是指砂浆能保持水分的能力，以分层度表示。保水性良好的砂浆，其分层度值较小，一般分层度值以10～20mm为宜，在此范围内砌筑或抹面均可使用。保水性好：水分不易流失，易于摊铺成均匀密实的砂浆层；保水性差：易泌水、分层离析、使流动性变坏；同时由于水分易被砌体吸收，影响水泥正常硬化，降低砂浆粘结强度。保水性的影响： 3．硬化砂浆的性质（1）砂浆强度砂浆强度是以边长为70.7mm的立方体试件一组6块、标准养护28d的抗压强度表示。砌筑砂浆的强度等级分为M20，M15，M10，M7.5，M5，M2.5。M10以上强度等级主要用于确定要求较高的重要建筑物及结构部位。影响砂浆强度的因素：砂浆组成材料、配合比和施工工艺等。同种砂浆在配比相同的情况下，砂浆强度还与基体材料的吸水性能有关。不吸水基体：砂浆的强度主要取决于水泥强度和水灰比；吸水基体：砂浆的强度主要取决于水泥强度和用量； (2)砂浆粘结力粘结力与砂浆的抗压强度、基底表面的粗糙程度，洁净程度、润湿情况及施工养护条件等因素有关。(3)耐久性包括砂浆与基体材料有良好的粘结力，较小的收缩变形。对于水工砂浆应考虑抗渗、抗冻、抗侵蚀性。(4)砂浆的变形砂浆变形过大或者不均匀，会引起沉降或裂缝，降低砌体的质量。砂浆的抗压强度增大，其粘结力随之提高。在充分润湿的、粗糙的、清洁的表面上使用且养护良好的条件下砂浆与表面粘结较好。 第二节常用建筑砂浆一、砌筑砂浆水泥砂浆多用于砌筑潮湿环境和强度要求较高的砌体，而混合砂浆多用于砌筑干燥环境中1．水泥混合砂浆的配合比计算①计算砂浆试配强度fm，0(MPa)fm，0、f2、σ分别为砂浆的配制强度，砂浆设计强度，砂浆现场强度标准差，精确至0.01MPa。fm,i，μfm，N分别为统计周期内同一品种砂浆第i组试件的强度，N组试件强度平均值，试件的总组数，N≥25。不具有近期统计资料时，σ可按表5-2取用。 ②计算出砂浆中的水泥用量QC(kg)fm，0砂浆的试配强度，fce水泥的实测强度，精确至0.1MPa；α和β砂浆的特征系数。无水泥的实测强度时最小水泥用量限制：当Qc≤200kg/m3时，取Qc=200kg/m3。③砂浆掺加料用量QD(kg)QD、QC、QA分别为1m3砂浆中掺加料用量，水泥用量，胶结料和掺加料的总量，精确至1kg；一般QA=300～350kg。 ④确定砂浆中砂的用量Qs(kg)以干燥状态（含水率小于0.5%）的堆积密度值作为每立方米砂浆中的砂子用量的计算值，若砂的含水率为a%：⑤选用砂浆的用水量QW(kg)一般混合砂浆选用240～310kg，水泥砂浆选用270～330kg注意：混合砂浆中的用水量不包括石灰膏或粘土膏中的水；用水量应根据砂的粗细、稠度大小和施工时的具体情况选取。2.水泥砂浆的配合比确定水泥砂浆的配合比可以根据工程类别、砌体部位确定砂浆的设计强度等级，然后按表5-3直接选用。 3．砂浆试配和调整和易性按计算配合比进行试拌，测定拌合物的稠度和分层度。当不能满足要求时，应调整材料用量，直到符合要求为止；得到砂浆基准配合比。4．施工配合比确定（强度校核）采用三个不同的配合比，一为砂浆基准配合比，另两个配合比的水泥用量按基准配合比分别增加及减少10%，在保证稠度、分层度合格的条件下，可将用水量和掺加料用量作相应调整。然后按规定成型试件并养护28d，测定砂浆强度等级；选定符合强度要求且水泥用量最低的配合比作为砂浆配合比。 解：砂浆的配制强度水泥用量：掺加料用量：砂子用量：用水量：Qw=240～310kg【例】配制用于砌筑的强度等级为M7.5的水泥混合砂浆。采用水泥为32.5强度等级的普通硅酸盐水泥,实测28d抗压强度为35MPa，堆积密度为1300kg/m3；石灰膏表观密度为1350kg/m3；砂干燥堆积密度为1450kg/m3；该工程队施工水平优良。 二、抹面砂浆特点：不承受荷载，它与基底层应具有良好的粘结力，以保证其在施工或长期自重或环境因素作用下不脱落、不开裂，且不丧失其主要功能，面层要求平整细致。1．普通抹面砂浆作用：用于室外时，抵抗自然因素以及有害介质的侵蚀，提高建筑物或墙体的抗风化、防潮和保温隔热的能力。用于室内则改善建筑物的适用性，使表面平整、光洁、美观。底层砂浆中层砂浆面层砂浆砂浆作用使砂浆与底面牢固粘结找平装饰抹面砂浆种类混合砂浆麻刀石灰砂浆混合砂浆石灰砂浆混合砂浆、麻刀石灰砂浆或纸筋石灰砂浆 2．装饰砂浆特点：其面层选用具有不同颜色的胶凝材料和集料并采用特殊的施工操作方法，如拉毛、水刷石、水磨石、斩假石、干粘石，以便表面呈现出各种不同的色彩线条和花纹等装饰效果。3．防水砂浆适用于不受振动和具有一定刚度的混凝土或砖石砌体的表面，应用于地下室、水塔、水池、储液罐等防水工程，不适用于变形较大或可能发生不均匀沉降的建筑物。水泥砂浆掺防水剂的水泥砂浆膨胀水泥或无收缩水泥配制砂浆4．其他特种砂浆 第三节商品砂浆一．预拌砂浆预拌砂浆由水泥、砂、保水增稠材料、水、粉煤灰或其他矿物掺合料和外加剂等组分按一定比例，在集中搅拌站经计量、拌制后，用搅拌运输车运至使用地点，放人密闭容器储存，并在规定时间内使用完毕的砂浆拌合物。二．干粉砂浆干粉砂浆是由水泥、细集料、矿物外加剂和诸多功能性外加剂按一定比例，在生产线于干燥状态下通过专用混合机的搅拌，混合成的一种颗粒状或粉状均态的混合物，然后以干粉包装或散装的形式运至工地，按照规定比例加水拌和后即可直接使用施工的功能性建筑材料。特点：品质稳定、施工性能良好、抗变形能力强、使用方便、文明施工、品种丰富。 第六章墙体材料和屋面材料用来砌筑、拼装或用其他方法构成承重或非承重墙体（起围护或分隔作用）的材料称为墙体材料。砖：粘土砖、页岩砖、灰砂砖、煤矸石砖、粉煤灰砖等；砌块：混凝土砌块、硅酸盐砌块和加气混凝土砌块等；板材：混凝土大板、石膏板、加气混凝土板、复合板。墙体材料的类型墙体材料的定义第一节墙体材料发展的方向限制使用粘土砖，大力开发和使用轻质、高强、耐久、大尺寸和多功能的节土、节能和可工业化生产的新型墙体材料。 一．砖（一）烧结砖凡是经成型及高温焙烧而制得的砖，称为烧结砖。按主要原料分：粘土砖(N)、粉煤灰砖(F)、煤矸石砖(M)、页岩砖(Y)；按有无穿孔分：烧结普通砖、烧结多孔砖及烧结空心砖。工艺流程：采土－配料调制－制坯－干燥－焙烧－成品定义：分类：生产工艺： 1.烧结普通砖（1）主要技术性质①规格尺寸外形：直角六面体尺寸：240mm×115mm×53mm若考虑砖之间约10mm厚的砌筑灰缝，1m3的砖砌体需用砖数为：4×8×16=512块。 ②强度等级根据10块砖样的抗压强度平均值划分强度等级：MU30、MU25，MU20，MU15，MU10当变异系数δ≤0.21时，按抗压强度平均值、强度标准值来评定砖的强度等级。当变异系数δ>0.21时，按抗压强度平均值、单块最小抗压强度值评定砖的强度等级。强度等级评定： ③抗风化性能抗风化性能指砖在干湿变化、温度变化和冻融变化等物理因素作用下，材料长期保持其原有性质而不被破坏的能力。抗风化性能指标：抗冻性：经15次冻融循环后每块砖样不允许产生冻坏现象且重量损失率小于2%、强度损失率小于规定值。5h沸煮吸水率饱和系数：常温24h吸水率与5h沸煮吸水率之比。砖的抗风化性能要求应根据各地的风化程度确定。国家标准规定，严重风化区中的1，2，3，4，5地区的砖必须进行冻融试验。其它地区的砖的5h沸煮吸水率和饱和系数符合规定时可不做冻融试验。 泛霜是指粘土原料中的可溶性盐类，随砖内水分蒸发而沉积于砖的表面，形成的白色粉状物（又称盐析）。④泛霜后果：影响建筑物的外观，会产生体积膨胀引起砖的表层酥松起粉，破坏砖与砂浆的黏结，泛霜严重者会导致粉化剥落GB5101-2003规定：优等品：无泛霜；一等品：不允许出现中等泛霜；合格品：不允许出现严重泛霜。 ⑤石灰爆裂石灰爆裂是指砖的坯体中夹杂有石灰石，当砖焙烧时，石灰石分解为生石灰留置于砖中，砖吸水后体内生石灰熟化产生体积膨胀而使砖发生胀裂现象。欠火砖：色浅声哑、强度低、耐久性差。⑥不允许有欠火砖、酥砖和螺旋纹砖酥砖：大量的网状裂纹的砖，强度和抗冻性严重降低。螺旋纹砖：砖受力时易产生应力集中，使砖的强度下降。⑦质量等级根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂分为优等品、一等品、合格品三个质量等级。 （2）应用基本参数：表观密度为l800～1900kg/m3，孔隙率为30～35%，吸水率为8～16%，导热系数为0.78W/(m﹒K)。特点：强度较高、保温绝热、隔声和耐久性较好、价格低廉，但自重大、尺寸小、施工效率低、抗震性能差，且对土地资源和能源消耗巨大。应用：墙体材料，用于砌筑柱、拱、窑炉、烟囱、沟道及基础等，用于预制振动砖墙板，以及在砌体中配置适当的钢筋或钢丝网以代替钢筋混凝土柱、梁等。 2.烧结多孔砖和烧结空心砖特点：资源和能源消耗小、自重轻，成本低，绝热及隔声性能好。（1）烧结多孔砖1）主要技术性质规格形状：大面有孔的直角六面体尺寸孔洞特点：大面有孔，孔形有圆形或非圆形，孔多而孔径小，孔洞率在25%以上。长度：290mm，240mm，190mm；宽度：240mm，190mm，180mm，175mm，高度：90mm140mm，115mm；砌筑时孔洞垂直于受压面。 ②强度等级烧结多孔砖根据砖抗压强度平均值和标准值或单块最小抗压强度值，分为MU30，MU25，MU20，MU15和MUl0。③质量等级强度和抗风化性能合格的烧结多孔砖，根据尺寸偏差、外观质量、孔型及孔洞排列、泛霜、石灰爆裂等状况分为优等品、一等品、合格品三个质量等级。2)应用烧结多孔砖强度较高，主要用于砌筑六层以下建筑物的承重墙或高层框架结构填充墙（非承重墙）。不宜用于基础墙、地面以下或室内防潮层以下的砌体砌筑。 （2）烧结空心砖形状：顶面有孔洞的直角六面体特点：顶面有孔，孔平行于大面和条面，孔大而少，孔洞为矩形条孔或其他孔形，孔洞率较大，一般大于40%，砌筑时孔洞水平方向放置。密度级别：根据表观密度分为800，900，1000和1100四个密度级别。强度等级：根据抗压强度分为MU10.0，MU7.5，MU5.0，MU3.5和MU2.5。质量等级：优等品(A)、一等品(B)、合格品(C)应用：烧结空心砖强度不高，主要用于非承重墙体，如框架结构填充墙、非承重内隔墙。 （二）蒸养（压）砖蒸养（压）砖是以含钙和含硅材料加水拌合、经成型、蒸养或蒸压而制成的。(1)粉煤灰砖粉煤灰砖是以粉煤灰和石灰为主要原料，掺入适量石膏和炉渣，加水混合拌成坯料，经陈伏、轮碾、加压成型，再经常压或高压蒸汽养护而制成的实心砖。应用：用于工业与民用建筑的墙体和基础，但用于基础或用于易受冻融和干湿交替作用的建筑部位，必须使用一等砖和优等砖。在长期受热（200℃以上）、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位禁止使用粉煤灰砖。质量等级：按尺寸偏差、外观质量、强度等级、干燥收缩分为优等品(A)、一等品(B)和合格品(C)。 (2)煤渣砖煤渣砖是以煤渣为主要原料，配以一定数量的石灰和少量石膏，加水搅拌、陈伏、轮碾、成型和蒸汽养护而制成的砖。强度等级：根据抗压和抗折强度分为MU20，MU15，MU10和MU7.5质量等级：据外观质量和物理性能分为优等品(A)、一等品(B)和合格品(C)。应用：用于一般工程的内墙和非承重外墙，但不得用于长期受热(200℃以上)、受高温、受急冷怠热交替作用或有酸性介质侵蚀的部位。强度等级低于MU15级不适用于防潮层以下的建筑部位。 (3)灰砂砖灰砂砖是用石灰和天然砂，经混合搅拌、陈伏、轮碾、加压成型、蒸压养护而制得的砖。强度等级：按抗压和抗折强度分为MU25，MU20，MU15和MU10。质量等级：根据砖的尺寸偏差、外观质量、强度及抗冻性分为优等品(A).、一等品(B)和合格品(C)。应用：可用于工业与民用建筑的墙体和基础。不得用于长期受热高于200℃，受急冷急热交替作用或有酸性介质侵蚀的建筑部位，也不宜用于有流水冲刷的部位。 二．砌块砌块是用于砌筑的、规格尺寸比砖大的人造块材。规格尺寸主要规格的长、宽、高有一项或一项以上分别大于365mm、240mm、115mm。但高度一般不大于长度或宽度的6倍，长度不超过高度的3倍。分类按产品主规格尺寸按用途分：承重砌块和非承重砌块大型砌块：高度大于980mm中型砌块：高度为380—980mm小型砌块：高度115—380mm按空心率大小分：实心砌块和空心砌块按制作用原材料分： 1．混凝土小型空心砌块混凝土砌块是以水泥为胶结材料，砂、石或炉渣、煤矸石等为骨料，经加水搅拌、成型、养护而成的块体材料。规格：390mm×190mm×190mm，最小外壁厚应不小于30mm，最小肋厚应不小于25mm，空心率不小于25%。强度等级：根据抗压强度分为MU3.5～MU20.0六个等级质量等级：按其尺寸偏差、外观质量分抗冻性与抗渗性使用环境条件抗冻标号指标非采暖地区不作规定采暖地区一般环境F15重量损失率小于5%，强度损失不大于25%湿交替环境F25砌块抗渗性测定时其水面下降高度在三块试件中任一块应不大于10mm。 应用：可用于多层建筑的内墙和外墙，高层建筑的填充墙及其他围墙、挡土墙等。保温隔热性能较好砌体的收缩：混凝土小型空心砌块的重要特征标准规定混凝土小型空心砌块的相对含水率，对于潮湿、中等、干燥地区应分别不大于45%，40%，35%。2.轻骨料混凝土小型空心砌块以浮石、火山渣、煤渣、陶粒等为粗骨料制作的混凝土小型空心砌块按所用轻骨料分按排孔数分特点：自重轻、保温性好、抗震性能好、防火及隔音性能好 主规格：390mm×190mm×190mm强度等级和密度等级耐久性抗冻性：抗冻标号抗碳化性：碳化系数耐水性：软化系数应用：适用于多层或高层的非承重及承重保温墙、框架填充墙及隔墙。三．墙板特点：质轻、节能、施工便捷、使用面积大、开间布局灵活等种类：预制混凝土大板，石膏板、加气硅酸盐板，各种植物纤维板及复合板材等。 第二节屋面材料屋面材料的主要作用：防水、隔热保温、防渗漏等。一、瓦粘土瓦、水泥瓦、塑料瓦、沥青瓦等。二．板材彩色压型钢板、钢丝网水泥夹芯板、预应力空心板、金属面板与隔热芯材组成的复合板等。 第七章土木工程用钢材有色金属：铝及其合金土木工程用金属材料黑色金属：铁、钢材等钢材的特点：土木工程用钢材：用于各类钢结构用的型钢、钢板、钢管和钢筋混凝土中用的各种钢筋和钢丝等土木工程用铝合金：用于门窗、隔断等方面，具有质量轻、可装配化生产等特点。优点：强度高、品质均匀，弹性和塑性变形能力强，能够承受冲击、振动等荷载；钢材的可加工性能好。缺点：易锈蚀，维修费用高 第一节钢的生产和分类钢和铁的主要成分是铁和碳。含碳量大于2.11%的为生铁，含碳量小于2.11%的为钢。钢材的生产过程：原料生铁钢锭高炉还原氧化钢浇注加工建筑钢材将铁矿石、石灰石、焦炭和少量锰矿石一起投入高炉，在高温的作用下进行还原反应和其他的化学反应，铁矿石中的氧化铁形成金属铁，然后再吸收碳而成生铁。原料中的杂质硅、锰、硫、磷等和石灰石等化合成高炉矿渣。铁的冶炼： 一、钢的冶炼以铁水或生铁作为主要原料，用氧化的方法来除去铁中的碳及部分杂质，有时会加入一些其他成分，这样使钢具有所需要的特殊性质。冶炼原料吹入气体冶炼时间钢材质量成本应用氧气转炉法熔融铁水氧气5～45min好低优质碳素钢和合金钢平炉法铁液或生铁、废钢铁和适量铁矿石空气4～12h好高同上及特种钢电炉法废钢空气短最好最高同上冶炼方法对钢材质量的影响二、钢材的加工方法轧制、锻造、拉拨、挤压 三、钢的分类1．按化学成分分类（1）碳素钢（碳钢）按含碳量分类低碳钢：<0.25%中碳钢：0.25%～0.60%高碳钢：>0.60%（2）合金钢：在碳素钢基础上特别添加合金元素按合金元素的总量分低合金钢：<5%中合金钢：5%～10%高合金钢：>10%。 2．按钢材品质分类普通钢：≤0.050≤0.045优质钢：≤0.035≤0.035高级优质钢：≤0.025≤0.025牌号后加“高”或“A”特级优质钢：≤0.015≤0.015牌号后加“E”含硫量含磷量S%p%高低 3．按用途分类特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢等结构钢工具钢：制造工具、量具及模具的中高碳钢、合金钢机械用钢：轴类零件、弹簧、齿轮、轴承等建造用钢：中低碳钢和低合金钢4．按冶炼时脱氧程度分类沸腾钢F：脱氧不完全镇静钢Z：脱氧完全半镇静钢B：脱氧程度介于F和Z之间特殊镇静钢TZ：脱氧彻底致密度高低钢材质量优差 四、钢材的分类1．型钢类2．钢板类3．钢管类4．钢丝类圆钢、方钢、扁钢、六角钢和角钢、钢轨、工字钢、槽钢、窗框钢和异型钢等；薄板(厚度<4mm)、中板(厚4～25mm)和厚板（厚度>25mm)按其截面形状分：圆形、方形、六角形和各种异形截面钢管按加工工艺分：无缝钢管和焊管钢管按截面形状不同分：圆钢丝、扁形钢丝和三角形钢丝等。除直接使用外，钢丝还用于生产钢丝绳、钢纹线和其他制品。 第二节化学成分对钢材性能的影响1.碳钢的抗拉强度（C<1%）、硬度塑性、韧性、可焊性、抗腐蚀性含碳量2.硅：脱氧剂强度、疲劳极限、耐蚀性、抗氧化性可焊性和冷加工性能3.磷：有害杂质塑性和韧性显著，引起冷脆性钢的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性能4.硫：有害杂质当含硫量过高，增加钢的热脆性，显著降低钢的热加工性能、可焊性、韧性、耐疲劳性及耐腐蚀性能。 5.氧：有害杂质钢的强度、塑性和韧性，时效作用、热脆性，使焊接性能。6.氮：对钢的性能影响与碳、磷相似塑性、韧性、可焊性强度、时效敏感性和冷脆性氮若与铝、钛元素化合能使晶粒细化，可改善钢的性能7.锰：脱氧去硫强度、硬度、耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性抗腐蚀能力，焊接性能，热脆性8.铬强度、硬度、耐磨性塑性和韧性 第三节钢材的技术性质一、力学性能1．抗拉性能低碳钢到拉伸过程经历了四个阶段：OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段 拉伸性能指标：（1）弹性模量E（2）屈服强度σs在弹性阶段内，应力与应变的比值为常量，称为弹性模量应力超过σp后，开始塑性变形。应力到达B上之后，变形急剧增加，应力则在不大的范围内波动，直到B下点止，即屈服现象。上屈服点B上：试样首次屈服前的最大应力；下屈服点B下：不计初始瞬时效应的最小应力。一般以B下点所对应的应力称为屈服点，也称为屈服强度σs。 对于在外力作用下屈服现象不明显的硬钢类，规定产生残余变形为0.2%时的应力作为屈服强度，用σ0.2表示。注意：在设计中一般屈服强度作为强度取值的依据。σ0.2屈服强度的意义：弹性与塑性变形的转折点；外力小于σs时，钢材不会发生较大的塑性变形； （3）抗拉强度σb过B点后，抵抗塑性变形的能力又重新提高，变形发展速度比较快，随着应力的提高而增加。对应于最高点C的应力，称为抗拉强度，用σb表示。屈强比的概念值越大，可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大。安全可靠程度和利用率的参数Fb是C点对应的载荷，S0是试件受力截面面积。σb的意义：当外力大于σb，钢材断裂，所以σb不能直接利用 （4）伸长率A：将拉断的钢材拼合后，测出标距部分的长度，则伸长率为：L0、Lu分别为试件原始标距和拉断后标距部分的长度意义：A值反映塑性大小。塑性良好的钢材，可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。值有两种：5——表示L0=5d0d0——钢材直径10——L0=10d0 2．冲击韧性:钢材抵抗冲击荷载作用的能力试验方法：用标准试件（中部加工有V形或U形缺口），在摆锤式冲击试验机上进行。指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作αk,J/cm2。αk值愈大，钢材的冲击韧性愈好。 3．耐疲劳性疲劳极限是指钢材在交变荷载作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。钢材在交变荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生突然破坏，这种破坏叫疲劳破坏。4．硬度软硬程度的指标。表示钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力(1)布氏硬度(HBW)测量试样表面压痕的直径(2)洛氏硬度(HR)测量在初试验力下的残余压痕深度(3)维氏硬度(HV)测量试样表面压痕对角线长度例：350HBW5／75，表示布氏硬度值为350。 二、工艺性能1.冷弯性能冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。试验：按规定的弯曲角和弯心直径进行，若试件弯曲部位的外表面和两侧面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。装好的试件弯曲180°弯曲90° 冷弯试验意义：1.能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。2.也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。指标：试件被弯曲的角度及弯心直径d对试件厚度（或直径）的比值(d/a)。若弯曲角度越大，d/a值越小，则表示钢材的冷弯性能越好。 2.可焊接性焊接对钢材的影响：会使焊缝及附近的晶体组织及结构变化，产生局部变形及内应力，使焊缝周围的钢材产生硬脆倾向。可焊接性：在一定的焊接工艺条件下，①在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，②焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。影响因素：化学成分、冶炼质量及冷加工等。钢材焊接质量保证：采用预热和焊后处理，采用适宜的焊接工艺及参数、适宜的焊条材料。含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性。硫、磷及气体杂质，或合金元素过多降低可焊性 第四节钢材的冷加工和热处理一、冷加工强化冷加工是在常温下进行机械加工。改变钢材的形状和尺寸，而且还能改变钢的晶体结构，使强度、硬度明显提高而塑性和韧性及弹性模量有所下降。这一过程也称冷加工强化。提高屈服点，减小钢筋混凝土结构设计截面，或减小混凝土中配筋数量，以节约钢材。特点：目的: 1.冷拉冷拉加工就是将钢筋拉至强化阶段的某一点K，然后松弛应力，钢筋则沿KO′恢复部分弹性，保留OO′残余变形。钢筋经冷拉后，一般屈服点提高20%左右。钢筋第一次冷拉后，松弛应力并经时效处理，当再度加载时，其屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性相应降低。 2.冷拔冷拔加工是强力拉拔钢筋使其通过截面小于钢筋截面积的拔丝模。拉拔模孔特点：①钢筋不仅受拉，同时还受到挤压作用②一般而言经过一次或多次冷拔后钢筋的屈服点可有较大提高，但其已失去软钢的塑性和韧性，具有硬钢的性质。 3.冷轧冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成断面按一定规律变化的钢筋特点：提高强度、与混凝土的粘结力，冷轧时，钢筋纵向与横向同时产生变形，因而能较好地保持其塑性和内部结构均匀性4．冷加工强化的机理冷加工变形时，由于在滑移区域，晶粒破碎，晶格歪扭，从而对继续滑移造成阻力，要使它重新产生滑移就必须增加外力，这就意味着屈服强度有所提高，但由于减少了可以利用的滑移面，故钢的塑性降低。另外，在塑性变形中产生了内应力，钢材的弹性模量降低。 二、时效处理钢材经冷加工后，随着时间的延长，钢的屈服强度和抗拉强度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象时效。人工时效：加热到100℃～200℃并保持一定时间时效处理自然时效：钢筋冷拉后在常温下存放15～20d作用：屈服点和抗拉强度提高，塑性降低，弹性模量基本恢复。时效强化的原因：时效处理过程中，溶于α-Fe中的N、C原子逐渐向缺陷处富集，使晶格歪扭和畸变加剧，阻碍了位错的进一步滑移，因此进一步提高了屈服强度，同时使抗拉强度有所提高，但塑性和韧性进一步降低。 三、钢材的热处理热处理是将钢材按规定的温度制度进行加热、保温一定时间后以一定速度冷却，以改变其组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。退火正火淬火回火加热按规定的温度制度进行加热保温按规定的时间保温冷却炉冷空冷急冷空冷目的减少缺陷、减轻晶格畸变、消除内应力细化晶粒，消除缺陷。正火后钢的强、硬度提高而塑性减小。得到高强高硬组织，但钢的塑性和韧性显著降低促进不稳定组织转变，消除内应力，降低脆性，改善机械性能等