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土木工程材料绪论 绪论土木工程材料的定义与分类土木工程材料的发展趋势土木工程材料在工程建设中的重要性土木工程材料的技术标准学习本课程的目的和要求 绪论一、土木工程材料的定义与分类（一）定义1.土木工程：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称，如房屋、道路、铁路、隧道、桥梁、飞机场等（如图0-1所示）。2.土木工程材料：一般是指用于土木工程中的各种材料及其制品。（二）分类1．按材料来源不同分：天然材料、人造材料；如下图所示。2．按化学成分分，见表0-1。3。按使用功能分类：结构材料、功能材料。天然石材人造石材（混凝土） 绪论图0-1土木工程图片房屋道路铁路隧道桥梁飞机场 绪论表0-1土木工程材料按化学成分分类金属材料黑色金属钢、铁有色金属铝、铜、锌及其合金非金属材料有机材料动植物材料：木材、竹材、植物纤维、毛毡及其制品等沥青材料：石油沥青、煤沥青及其制品等高分子材料：塑料、涂料、胶黏剂、合成橡胶等无机材料天然石材：砂、石及各种岩石的石材制品烧土及熔融制品：砖、瓦、陶瓷、玻璃等胶凝材料及其制品：石灰、石膏、水玻璃、水泥、混凝土、砂浆及硅酸盐制品等复合材料金属与非金属复合钢筋混凝土、钢纤维混凝土、塑铝复合板等有机与无机复合沥青混凝土、聚合物混凝土、玻纤混凝土等其它复合材料水泥石棉制品、不锈钢包覆钢板等 绪论二、土木工程材料的发展趋势（一）土木工程材料发展史土木工程材料是人类物质文明的重要标志，它反映每一时代科学文化的特征，也是社会生产力发展水平的标志。人类从最早穴居巢处，到利用木、草、土、石等天然材料以及简单工艺制造的人造材料建造古代建筑，后来随着钢铁、水泥、混凝土及其他材料的出现，为现代工程建筑奠定了基础。其发展史如图所示： 绪论古代建筑利比亚穴居处（易守难攻）墨西哥的古玛雅建筑（石器时代）日本锦带桥（木桥）雅典卫城 绪论古代建筑古镇建筑物中国万里长城赵州桥世界上最古老的铸铁拱桥 绪论武汉长江大桥武汉长江二桥现代建筑 绪论上海世贸大夏鸟巢现代建筑 绪论（二）土木工程材料发展趋势 绪论三、土木工程材料在工程建设中的重要性图图 绪论混凝土裂缝混凝土蜂窝麻面钢筋混凝土锈蚀桥墩垮塌质量基础 绪论混凝土强度不足导致返工外加剂使用过量导致质量事故房屋垮塌桥梁垮塌质量基础 绪论砌体结构框架结构技术（发展）基础 绪论砌筑施工悬臂施工技术（发展）基础 绪论四、土木工程材料的技术标准我国标准按发布单位不同分为：国家标准、行业标准、地方标准和企业标准，共四级；其标准代号见表0-2。国家标准和行业标准是全国通用标准，地方标准和企业标准所制定的技术要求应高于国家标准。另外世界范围内统一使用的标准是“ISO”国际标准。标准的表示方法由标准名称、标准代号、编号及发布年份等四部分组成。如：标准编号发布年份标准代号标准名称《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107—2010） 绪论表0-2我国各级标准代号标准名称代号示例国家标准GB、GB/T《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107—2010）行业标准铁路行业TB《铁路特殊路基设计规范》（TB10035—2006）交通行业JT《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30—2005）建材行业JC《行星式水泥胶砂搅拌机》（JC/T684—2005）建筑工程行业JG《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）水利行业SL《砌石坝设计规范》（SL25—2006）地方标准DB《建筑基坑支护技术规程》（DB11-489-2007）企业标准QB《冷连轧低碳钢板及钢带》（Q/BQB403-2003） 绪论五、学习本课程的目的和要求目的：为后续专业课程的学习提供工程材料的基本知识。为今后在工作中了解和应用其他材料奠定基础。要求：始终以“应用为目标、性能为切入点”，充分运用已学过的数学、物理和化学等知识，学会分析材料的组成、结构、构造与其性能的内在联系，以及影响这些性能的因素，掌握各种常用材料的性能检测和验收方法，达到能正确合理的选择和使用材料。 END 土木工程材料第一章土木工程材料的基本性质 第一章土木工程材料基本性质课题引入：通过两座桥梁（如图1-1所示）在材料应用上的比较，导入土木工程材料基本性质，并明确学生在本章学习中应掌握的主要内容，即材料的物理性质、力学性质和耐久性（包含基本概念、指标及其应用）。a）赵州桥b）杭州湾跨海大桥图1-1我国著名桥梁 第一章土木工程材料基本性质本章主要内容一、物理性质与质量体积有关的物理性质与水有关的物理性质与热有关的物理性质二、力学性质三、耐久性 第一章土木工程材料基本性质——物理性质材料的体积组成：块状材料：堆积材料：a）块状材料b）堆积材料图1-2材料的体积组成示意图1—实体部分；2—闭口孔隙；3—开口孔隙；4—空隙第一节土木工程材料的物理性质 第一章土木工程材料基本性质——物理性质一、基本物理性质——与质量、体积有关的物理性质（一）密度定义：密度是指单位体积物质的质量；单位：可用g/cm3、kg/L或kg/m3来表示；密度是材料的基本属性，根据所研究的对象不同将其分为以下四种密度，在实际应用中根据精度要求不同采取相应的密度。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质1．真密度定义：真密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。公式：试验方法：李氏密度瓶（如图1-3所示）法。图1-3李氏密度瓶（尺寸单位：ml） 第一章土木工程材料基本性质——物理性质2．视密度定义：视密度是指材料在自然状态下不包含开口孔隙时单位体积的质量。公式：试验方法：李氏密度瓶法（简易法）和容量瓶法（标准法）。注意：一般对于自身较为密实的颗粒堆积材料如混凝土用的砂、石等，其视密度值与密度值或表观密度值相差甚小，为应用方便，对这类材料常用视密度代替密度或表观密度。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质3．表观密度定义：表观密度是指材料在自然状态下单位体积（含材料实体部分和孔隙部分体积）的质量，又称体积密度。公式：试验方法：规则形状（量尺计算法）、不规则形状（蜡封排液法） 第一章土木工程材料基本性质——物理性质4．堆积密度定义：堆积密度是指颗粒材料或纤维材料在堆积状态下单位体积的质量。堆积密度又根据散粒材料在堆积时的紧密程度分为松散堆积密度（自然堆积状态）和紧密堆积密度（紧密堆积状态）。公式：试验方法：额定容器法，即将堆积状态下的散粒材料装满一定容积的容器中，则容器的容积即为散粒材料的堆积体积。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质注意：在土木工程中，材料的密实密度、表观密度、体积密度和堆积密度是材料的基本物理性质，通常可用于计算材料的孔隙率或空隙率以及质量与体积之间的换算。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（二）密实度与孔隙率1．密实度D定义：密实度是指材料固体物质充实的程度，即材料实体体积V占材料自然体积V0的百分率。公式：2．孔隙率P定义：孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。公式：注意：材料的密实度和孔隙率一般是针对块状材料进行研究的，是从不同角度反映材料的同一个性质即密实程度，即： 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（三）填充率和空隙率1．填充率定义：填充率是指颗粒材料或纤维材料的堆积体积中，被颗粒或纤维所填充的程度。公式：2．空隙率定义：空隙率是指颗粒材料或纤维材料的堆积体积中，颗粒或纤维间的空隙体积所占的百分率。公式： 第一章土木工程材料基本性质——物理性质图1-4开口孔隙转变为空隙注意：材料的填充率和空隙率是针对堆积材料进行研究的，是从不同角度反映了堆积材料的紧密程度，即：。空隙率常作为控制混凝土集料级配和计算砂率的依据，在计算时要注意单块材料的开口孔隙在堆积材料中已转变为空隙（见图1-4） 第一章土木工程材料基本性质——物理性质二、材料与水有关的物理性质（一）亲水性与憎水性1.亲水性：材料对水的吸附力≥水分子之间的内聚力，即润湿角θ≤900（见图1-5a))。2.憎水性：材料对水的吸附力＜水分子之间的内聚力，即润湿角θ＞900（见图1-5b))。a）亲水性b）憎水性图1-5材料的亲水性和憎水性 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（二）吸水性定义：材料在水中吸收水分的性能即为材料的吸水性。指标：吸水率1.质量吸水率：材料在吸水饱和时，其吸水量占材料在干燥状态下的质量的百分率；即：2．体积吸水率：体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其吸水的体积占材料自然体积的百分率；即：影响因素：主要取决于其亲水性、孔隙率和孔隙特征。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（三）吸湿性定义：材料的吸湿性是指材料在潮湿环境中吸收水分的性能。指标：含水率计算公式：影响因素：主要取决于材料的孔隙率、孔隙特征和环境温湿度等。注意：由于环境的温湿度一般处于变化状态，因此材料的含水率往往处于变化状态，这一点在混凝土施工中要引起注意。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（四）耐水性定义：材料的耐水性是指材料长期在饱和水作用下保持其性质不易改变的性质。指标：软化系数计算公式：应用：工程中通常把≥0.85的材料称为耐水材料，可用于长期处于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要部位的工程部位时，材料的软化系数不得小于0.75。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（五）抗冻性定义：抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏（一般指质量损失较小，强度不显著降低）的性能。指标：抗冻等级Fn；即指材料在吸水饱和后其质量损失不超过5%、强度损失不超过25%时所能经受的最大冻融循环次数为n次，可分为F10、F15、F25、F50、F100、F200等。影响因素：主要取决于其强度、孔隙率和孔隙特征等。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（六）抗渗性定义：材料抵抗压力液体渗透材料本体的性能。指标：抗渗等级Pn；即用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力为0.1nMPa；可分为P4、P6、P8、P10、P12等。影响因素：主要取决于其亲水性、强度、孔隙率和孔隙特征等。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质三、与热有关的物理性质（一）导热性定义：导热性是指材料传递热量的性能。指标：导热系数λ（常用材料的λ见表1-1）计算公式：应用：导热系数越小的材料，其导热性越差，保温性能就越好。一般认为，导热系数λ≤0.23W/（m·K）的材料，可作为保温隔热材料，这种材料一般是多孔轻质的，为发挥其保温隔热的效能，应在干燥环境中使用。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质表1-1几种常见材料的热工性质指标材料导热系数［W/（m·K）］比热容［J/（g·K）］材料导热系数［W/（m·K）］比热容［J/（g·K）］铜3700.38绝热用纤维板0.051.46钢550.46玻璃棉板0.040.88花岗石2.90.80泡沫塑料0.031.30普通混凝土1.80.88冰2.202.05普通黏土砖0.550.84水0.604.19松木（横纹）0.151.63密闭空气0.0251.00导热性热容量 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（二）热容量定义：材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，即材料能容纳热量的性质。指标：比热容C（见表1-1）；1g材料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。计算公式：应用：材料的比热容越大其保温性能越好，因此用于建筑外围的材料宜采用导热系数小或比热容大的材料以防止由于室内外温差较大时导致室内温度发生较大变化，对于采暖或供冷的建筑，可起到节约能源的效果。 第一章土木工程材料基本性质——物理性质（三）热膨胀定义：指一般材料所具有的热胀冷缩的性质。指标：线膨胀系数α；即固体物质的温度每改变1℃时，其长度的变化和它在0℃时长度之比。应用：钢轨轨缝（见下图）、桥梁伸缩缝（见右图）。 第一章土木工程材料基本性质——力学性质第二节土木工程材料的力学性质一、材料的强度定义：材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，它是材料在临界破坏状态下所能承受的最大应力；即：分类：根据外力作用力方式不同，材料的强度有抗压强度、抗剪强度、抗拉强度和抗折（弯）强度等。其计算图示和公式见表1-2。应用：凡是用于承重的各种材料，都规定了有关强度的测定方法和计算方法，都以其主要强度的大小划分为若干个强度等级，以供结构设计和施工时合理选用。 第一章土木工程材料基本性质——力学性质表1-2材料的强度及其计算公式材料强度图示计算公式抗压强度抗抗拉强度抗剪强度折（弯）强度 第一章土木工程材料基本性质——力学性质二、弹性与塑性1.弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，变形随即消失，材料恢复到原来形状的性质为弹性，这种能恢复的变形称为弹性变形（瞬时变形）。2.塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，仍保持已发生的变形，即材料不能恢复到原来形状的性质为塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形（永久变形）。 第一章土木工程材料基本性质——力学性质三、脆性与韧性1.脆性：材料在外力作用下破坏前没有明显的变形，即突然断裂的性质称为脆性；如混凝土。2.韧性：材料在冲击荷载作用下，发生较大变形而不破坏的性质称为韧性；如建筑钢材。四、硬度与耐磨性1.硬度：材料表面抵抗其他硬物压入或刻划的性质称为硬度；一般可用刻痕法、压痕法或回弹法测定材料的硬度。2.耐磨性：材料抵抗外物磨损的性质称为耐磨性。一般来说，硬度大、强度高的材料其耐磨性就好。 第一章土木工程材料基本性质——耐久性第三节土木工程材料的耐久性一、主要作用：二、耐久性定义：材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，受到各种内在或外来因素的作用，能保持其性质不易改变的性质。 第一章土木工程材料基本性质——小结本章小结土木工程材料是组成土木工程建筑物的基本元素，它直接影响着土木工程建筑的技术发展、工程质量和经济效益。而能否正确合理的选择使用材料，这依赖于我们是否能真正掌握材料的各项技术性质。本章重点介绍了土木工程材料物理性质、力学性质和耐久性等，我们必须掌握这些性质的基本概念、重要指标的计算和工程应用等。 END 土木工程材料第二章天然石材 第二章天然石材课题引入：现代土木工程广泛使用混凝土，普通混凝土的集料来自天然石材，现代建筑中广泛使用花岗岩、大理岩等天然石材作为装饰材料，石材在土木工程中应用十分广泛。为了在土木工程中正确使用石材，我们应该了解天然石材的形成原因及其分类，掌握天然石材的主要技术性质及常用石材的应用。 第二章天然石材本章主要内容一、岩石的主要类型天然岩石的分类土木工程常用的天然石材二、石材的主要技术性质三、石材的主要品种和应用 第二章天然石材第一节岩石的主要类型一、天然岩石的分类岩石是一种固体物质，它是不同地质作用形成的矿物集合体。矿物是不同地质作用形成的单质或化合物，具有一定的形状、化学成分和物理性质。由于岩石的形成原因和条件不同，组成岩石的矿物成分不同，因此不同的岩石具有不同的性质。根据岩石的形成原因不同。岩浆岩变质岩沉积岩岩石 第二章天然石材（一）岩浆岩又称火成岩，它是地壳内处于高温高压而又熔融状态的岩浆，当周围应力平衡被打破后，向压力较低的方向流动，侵入到地面以下或喷出地表并沿地面流动，冷凝形成的岩石（见图2-1）a)火山喷发b)岩浆流动图2-1岩浆岩的形成过程 第二章天然石材（一）岩浆岩分类：1、岩石中SiO2含量不同分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩。2、岩浆岩形成的位置不同，将其分为深成岩、浅成岩和喷出岩SiO2含量酸性岩中性岩超基性岩基性岩形成的位置喷出岩浅成岩深成岩 第二章天然石材（二）沉积岩露出地表或接近地表的岩石，由于遭受物理因素和化学因素的作用，经过风化，岩石变成碎屑，再经过搬运、沉积、压固、胶结等成岩过程，形成新的岩石，或者由溶液结晶沉淀形成的岩石，叫沉积岩（见图2-2）。沉积岩又叫水成岩。（三）变质岩地壳内部原先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩和先形成的变质岩）在岩浆活动或构造运动变质作用下，岩石内矿物成分、结构和构造产生一系列的变化，形成新的岩石，叫变质岩（见图2-2）。变质岩的形成一般是在固体状态下进行。 第二章天然石材图2-2沉积岩和变质岩的形成过程 第二章天然石材（一）常用岩浆岩1.花岗岩（见图2-3）花岗岩是深成岩，呈酸性，主要矿物成分是石英、正长石、斜长石，含少量云母和角闪石等。颜色较杂，有灰白色、浅红色、浅黄色等，表观密度一般为2500~2700kg/m3，抗压强度高达120~250MPa。由于矿物全结晶，结构致密，所以孔隙率和吸水率较小，硬度高，耐磨性、耐酸性、耐水性、抗冻性、抗风化性能好。花岗岩经锯、磨、抛光后具有较好的装饰效果，广泛应用于装饰工程中。土木工程中常用花岗岩砌筑基础、墩台、墙体、挡土墙等，还可用作铁路道砟和混凝土的骨料。二、土木工程常用的天然石材图2-3花岗岩板材 第二章天然石材2.辉绿岩（见图2-4）花岗岩是深成岩，呈酸性，主要矿物成分是石英、正长石、辉绿岩属于浅成岩，颜色主要呈深灰、灰绿、墨绿等，结构致密，主要呈块状构造，强度高，耐酸性能好，能劈裂成规则的块材。主要用途是：作为耐酸混凝土或普通混凝土的骨料，作为建筑物的衬面及高质量路面。因熔点为1400～1500℃，可熔化浇铸成铸石，制成需要的型材制品。图2-4辉绿岩 第二章天然石材3.玄武岩（见图2-5）玄武岩是一种普通的喷出岩，颜色主要呈深灰色、黑色、棕黑色，无光泽。具有隐晶质结构或斑状结构，呈块状构造或气孔状。结构致密的玄武岩硬度高、脆性大，抗风化能力强，表观密度达2900～3500kg/m3，抗压强度为100～500MPa，主要用途是：作为高强度混凝土的粗骨料，砌筑基础、桥梁墩台，铺筑道路路面，制造铸石和岩棉。图2-5玄武岩 第二章天然石材（二）常用沉积岩1.石灰岩（见图2-6）石灰岩是CaCO3结晶沉淀形成的岩石，俗称灰岩或青石，是化学沉积岩，化学成分为CaCO3,主要矿物为方解石，常伴随有白云石、黏土矿物等，颜色常为灰白、浅灰色，含杂质而呈深灰、灰黑、浅红、浅黄等色，野外观察呈层状构造。抗压强度较高，吸水率为2%~10%；当黏土矿物含量不超过3%~4%，有较好的耐水性和抗冻性。主要用途是：用于挡土墙、基础、墩台、路面等砌体工程，作为混凝土的粗骨料，作为烧石灰和水泥的原材料。图2-6石灰岩板材 第二章天然石材2.砂岩（见图2-7）砂岩是由粒径为2～0.05mm的砂粒被天然胶结物胶结而成的岩石。砂岩的矿物成分主要为石英和长石，天然胶结物分别为硅质胶结物（二氧化硅）、钙质胶结物（碳酸钙）、铁质胶结物（氧化铁）、泥质胶结物（黏土矿物）。胶结方式有基底式、孔隙式和接触式。由于胶结方式和胶结物不同，砂岩的性能差别较大，强度为5～200MPa，耐水性差别也较大。图2-7砂岩 第二章天然石材（三）常用变质岩1.大理岩（见图2-8）大理岩是石灰岩、白云岩在变质作用（岩浆活动）下形成的岩石，属变晶结构，因原产于我国云南大理而得名。大理岩色彩丰富，当含杂质不同时呈玫瑰色、粉红色、灰色、黑色、绿色等，且常呈网脉状花纹。纯大理石是雪白的，叫“汉白玉”。大理岩表观密度为2500～2700kg/m3，抗压强度为50～140MPa，硬度低，耐磨性较差，耐酸能力差，容易雕琢，通过锯切、打磨、抛光，可制成需要的装饰构件和板材，是高级装饰材料，一般用于室内装饰，用于室外装饰时容易被空气中的SO2腐蚀。图2-8大理岩 第二章天然石材2.石英岩（见图2-9）石英岩是由硅质石英砂岩在变质作用（岩浆活动）下形成的岩石，变晶结构，强度高（高达400MPa）,硬度大，加工较困难，耐久性好，主要用作耐磨耐酸的材料，以及纪念性建筑、重要建筑的贴面材料。图2-9石英岩 第二章天然石材图2-10片麻岩3.片麻岩（见图2-10）片麻岩是由花岗岩经变质作用形成，粒状变晶或斑状变晶结构，片麻状构造，不同方向的物理性质和力学性质相差较大，垂直于片理方向的抗压强度（120～200MPa）远高于沿片理方向。沿片理方向容易开采和加工，在冻融循环过程中易裂解、剥落成片状，抗冻性、抗风化能力远不如花岗岩。片麻岩主要用于不重要的建筑工程，用于基础、勒脚和人行道板，碎石可用作混凝土骨料。 第二章天然石材第二节石材的主要技术性质天然石材的主要技术性质包括物理性质、力学性质和工艺性质。天然岩石由于形成原因、条件、矿物成分、杂质含量等不同，所以即便是同一类岩石，它们的技术性质差别也很大。在使用之前，必须对天然石材进行鉴定和检验，保证石材的质量。 第二章天然石材一、物理性质（一）表观密度天然石材根据表观密度大小分为轻质石材：表观密度≤1800kg/m3；重质石材：表观密度>1800kg/m3。轻质石材可作为墙体材料和轻混凝土的粗骨料，重质石材可用作基础、桥梁墩台、挡土墙、道路、衬面等。表观密度间接反映石材的致密程度和孔隙率大小。一般情况下，同种岩石的表观密度越大，则抗压强度越高，吸水率越小，导热性、耐久性越好。 第二章天然石材深成侵入岩和部分变质岩，由于自身比较致密，孔隙率很小，吸水率很小，如花岗岩吸水率不到0.5%。沉积岩由于形成条件、胶结方式、致密程度不同，孔隙率和孔隙特征不一样，导致此类石材的吸水率变化较大。例如，多空隙的贝壳石灰岩吸水率达15%，而密实的石灰岩吸水率不到1%。石材的耐久性和强度受吸水性大小影响较大。石材吸水后，不但降低内部颗粒之间的黏结力，还可能使部分矿物溶解并流失，降低石材的强度和耐久性。（二）吸水性 第二章天然石材（三）耐水性石材耐水性的大小用软化系数表示。岩石中含有较多易容于水的物质和黏土成分时，则软化系数较小。根据软化系数大小，将岩石的耐水性分成高、中、低三个等级，软化系数大于0.90为高耐水性，软化系数在0.75～0.90之间为中耐水性，软化系数在0.60～0.75之间为低耐久性，软化系数小于0.8的岩石，不能用于重要建筑物中。根据《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》规定，浸水和潮湿地区主体工程的石材软化系数不得低于0.8。 第二章天然石材（四）抗冻性石材的抗冻性，是指其抵抗冻融循环破坏的能力。石材的抗冻性指标用抗冻等级表示，经过规定的冻融循环次数后，如果质量损失不超过5%，强度损失不超过25%，无剥落、裂缝、分层及掉角等现象，认为抗冻性合格。岩石的抗冻性与其矿物成分、结构特征、吸水率大小密切有关，更是取决于岩石中大开口孔隙的发育情况、亲水性矿物含量、可溶性物质含量及矿物颗粒间连接力。若岩石中大开口孔隙较多，亲水性和可溶性矿物含量较多，矿物颗粒间连接力较小，则岩石抗冻性差。 第二章天然石材（五）耐热性石材的耐热性与其化学成分、矿物组成和结构有关。岩石受热升温后，体积膨胀，一些矿物发生分解变异，矿物在达到熔点后开始熔化，岩石的结构遭到破坏。石英等结晶矿物组成的石材（如花岗岩），当温度达到700℃以上时，由于石英矿物膨胀，强度迅速下降。岩石中含有石膏时，当温度在100℃以上时开始破坏。 第二章天然石材（六）抗风化性能岩石因物理因素（温度变化、冻融循环等）和化学因素（水侵蚀、有害液体或气体侵蚀等）作用，逐渐崩解碎裂成小块或生成新矿物的现象，叫做风化。岩石的抗风化性能与软化系数、抗冻性、结构、矿物组成、胶结物种类等有关，将其分为不易风化岩石和易风化岩石两类，见表2—1。 第二章天然石材表2—1石材抗风化性能分类表分类不易风化岩石易风化岩石软化系数>0.75≤0.75抗冻性好差岩浆岩结构细晶粒粗晶粒造岩矿物以石英为主橄榄石、辉石、角闪石较多长石、黑云母、黄铁矿较多胶结物硅质钙质铁质、泥质耐风化时间暴露1～2年后尚不易风化暴露数日至数月后即出现风化 第二章天然石材（七）安全性部分天然石材中可能含有放射性元素，当射线超标时对人体健康有害。用于室内装饰和人口密集处的石材，应该通过检测，合格后方能使用。通常情况下，通过测定镭－226、钍－232、钾－40三种核素的比活度大小，就可整体判定石材产品的放射性水平。 第二章天然石材二、力学性质（一）抗压强度石材的抗压强度是以规定尺寸的立方体（或圆柱体）试件通过标准方法测得的抗压破坏强度平均值。如《铁路混凝土和砌体工程施工质量验收标准》规定：石材的抗压强度是以边长70mm的立方体试件在浸水饱和状态下的抗压极限强度表示。当采用边长为200mm、150mm、100mm或50mmm立方体抗压试件时，其抗压极限强度分别乘以1.43、1.28、1.14或0.86的换算系数。石材的抗压强度是划分强度等级的依据。《砌体结构设计规范》（GB50003—2001）规定，石材共分为七个强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。 第二章天然石材（二）冲击韧性石材的冲击韧性好坏取决于其矿物组成和结构构造特征。具有结晶结构特征的石材冲击韧性优于玻璃质结构；石英含量较多的石英岩、硅质砂岩脆性大，韧性差；暗色矿物含量较多的辉绿岩、辉长岩等韧性较好。手动冲击试验机 第二章天然石材（三）硬度石材的硬度用莫氏硬度表示。通常用刻画法来鉴定石材的硬度。已知硬度的十种矿物分别是：1滑石、2石膏、3方解石、4萤石、5磷灰石、6正长石、7石英、8黄玉、9刚玉、10金刚石。用以上十种矿物来刻画石材，鉴定出石材的硬度大小。石材的硬度与矿物成分、结构和构造特征等有关。由高硬度矿物组成，则石材硬度高；结构致密，则石材硬度高。 第二章天然石材（四）耐磨性石材的耐磨性是指抵抗摩擦、边缘剪切、冲击等联合作用的能力，通常用洛杉矶磨耗率表示。耐磨性取决于石材的矿物硬度、岩石强度和结构构造特征。若组成石材的矿物硬度高、石材的抗压强度高、结构致密，则耐磨性好。用于地面和其它可能遭受磨损部位的石材，应具有较高的耐磨性。 第二章天然石材三、工艺性质（一）加工性石材的加工性主要是指对岩石进行开采、锯切、凿琢、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。硬度、强度和韧性较高的石材，加工性差。石材质脆又粗糙，结构上颗粒交错，具有层状或片状构造，岩石风化等，都难满足加工要求。 第二章天然石材（二）磨光性磨光性是指石材能否被磨成平整光滑表面的性质。磨光性与石材的硬度、致密程度、颗粒均匀和粗细程度等有关。硬度中等、致密、均匀、细粒的石材，具有良好的磨光性；而结构疏松、有气孔或鳞片状构造的岩石，磨光性差。对于使用环境和用途不同的石材，所要求的技术指标也不同。土木工程中所使用的石材，一般要求抗压强度、耐水性和抗冻性达到规定的指标要求。常用天然石材的指标及用途见表2—2。 第二章天然石材表2—2常用天然石材的性能及用途主要技术指标花岗岩石灰岩砂岩大理岩表观密度（kg/m3）2500～27001000～26002200～25002500～2700强度（MPa）抗压120～25022.0～44.047～14047～140抗折8.5～15.01.8～20.03.5～14.02.5～16.0抗剪13～198.5～18.08.5～18.08.0～12.0吸水率(%)＜12～6＜10＜1膨胀系数(10-6/℃)5.6～7.346.75～6.779.02～11.26.5～11.2平均韧性(cm)871010平均质量磨耗(%)1181212耐用年限(年)75～20020～4020～20030～100主要用途用于基础、墙身、桥梁墩台、台阶、路面、海港、装饰等。用于基础、墙身、桥梁墩台、台阶、路面、石灰及水泥原材料。用于基础、墙身、桥梁墩台、台阶、路面、海港、装饰等。用于地面、墙面、柱面、踏步、台面等装饰。 第二章天然石材第三节石材的主要品种和应用一、砌筑用石材铁路工程用于砌筑的石材分为片石、块石和料石三类，对其类别、形状、规格和质量要求见表2—3。 第二章天然石材表2—3砌筑工程所用石料的类别、规格和质量要求（TB10424—2003）序号类型形状规格和质量要求1普通片石形状不规则石块中部厚度不小于15cm2镶面片石形状不规则有两个大致平行面，厚度不小于15cmm，其他尺寸大于厚度3块石形状规则大致方正稍加修整，厚度不得小于20cm，长度及宽度不小于厚度。4镶面块石形状规则大致方正外露面稍加修凿，凹入深度不大于2cm，尺寸同块石，外露面向内修凿的进深不小于7cm,但尾部的宽度和厚度不大于修凿的部分。丁石的长度不小于顺石宽度的1.5倍。5粗料石形状规则的六面体经粗加工，表面不允许凸出，凹入深度不大于2cm，厚度不小于20cm，宽度不小于厚度，长度不小于厚度1.5倍。外露面向内修凿进深不得小于10cm，修凿面应与外露面垂直，每10cm应凿切4～5条纹。丁石的长度比相邻顺石宽度大于15cm6细料石形状规则的六面体或按设计要求经细加工，表面不允许凸出，凹入深度不大于1cm，尺寸如同粗料石 第二章天然石材二、饰面板材板材是用致密的岩石经凿平、锯断、磨光等各种加工方法制作而成的板状石材（厚一般20mm），如花岗石、大理石等。品种性能应用备注天然大理石板材耐化学腐蚀和抗风化性能较差主要应用于室内装饰天然花岗石板材强度高、耐磨、抗风化、耐腐蚀性能好用于室内、室外装饰细面板材镜面板材粗面板材青石装饰板材属于砂岩具有古建筑的独特风格 第二章天然石材三、颗粒状石料建筑工程中的散状石材，主要指碎石、卵石和石渣三种。碎石、卵石可用作骨料、装饰铺砌材料；石渣是由天然大理石或花岗岩等残碎料加工而成，可作人造大理石、水磨石、水刷石等骨料 第二章天然石材（一）碎石碎石是由天然岩石经过人工锤击或机械破碎而成，粒径大于4.75mm。碎石可作为混凝土的粗骨料，或者作为铁路道砟，也可铺筑基础和道路的垫层，或者用于加固地基（如碎石桩）。作为加工碎石的岩石，必须经过检验其强度、耐磨性、抗冻性等指标合格后方能使用。 第二章天然石材（二）卵石卵石是天然岩石经过长时间搬运后形成的圆状或次圆状的颗粒，粒径大于4.75mm，表面光滑，有少量片状、针状颗粒，主要用作混凝土的粗骨料，其各项指标必须满足混凝土粗骨料的要求。 第二章天然石材（三）石渣石渣是由天然花岗石或大理石等石材的残碎料进一步加工而成，具有多种颜色和装饰效果，可作为人造大理石、水磨石、斩假石、水刷石等的骨料，也用于制作干粘石制品。 第二章天然石材四、石材的选用原则（一）适用性原则根据石材在建筑物中的用途、部位及环境，所选用石材的技术性能要能满足使用要求。作为承重用的石材，主要满足强度、耐久性等技术性能要求；作为围护结构的石材要满足保温隔热和耐久性要求；装饰用石材应考虑石材色彩与环境的协调性和加工性；用于高温、高湿环境的石材，要满足耐高温、耐腐蚀要求。 第二章天然石材（二）经济性原则选用石材要经济合理，要考虑石材的开采、加工、运输等成本，在满足使用要求条件下，尽量就地取材。 第二章天然石材（三）安全性天然石材是地壳演变过程中形成的，可能含有镭、钍等放射性元素，在衰变过程中产生对人体有害的物质和射线。通过国家质量技术监督部门对全国花岗石、大理石等天然石材的放射性抽查，合格率占73.1%，其中花岗石放射性较高，大理石放射性较低。一般来说，红色、深红色的石材放射性超标较多。在选用石材时，应该选择放射性检测合格的。 第二章天然石材由于石材具有抗压强度高、耐久性好、可就地取材等特点，广泛应用与土木工程中。为了保护环境和持续发展，在开采石材时应该注意节约土地、减少污染，在开采前应先检测岩石的各项物理性质、力学性质指标和放射性是否满足使用要求。天然岩石根据成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。由于形成原因、环境、条件不同，岩石的结构和构造也不相同，性质不一样，要注意选择。本章小结 第二章天然石材天然石材的主要技术性质包括物理性质（表观密度、吸水性、抗冻性、耐水性等）、力学性质（强度、硬度、耐磨性、冲击韧性）和可加工性。所选用石材的以上性质要满足建筑物的要求。石材的主要品种有砌筑用石材（毛石、料石）、饰面板材（花岗石板材、大理石板材）、颗粒状石料（碎石、卵石），每一种石材都有各自的适用范围。 第二章天然石材1.天然岩石划分为哪几类？天然岩石分类的依据是什么？2.花岗岩、大理岩各有什么特点？分别用于什么地方？3.天然石材的主要技术性质包括哪些内容？4.天然石材的强度等级根据什么划分？划分为哪几级？5.选用天然石材的原则有哪些？6.天然石材根据放射性分为哪几类？使用要求有哪些？思考与练习 END 土木工程材料第三章气硬性胶凝材料 第三章气硬性胶凝材料课题引入：在我国，室内装修、装饰、建筑物的基础工程等，都广泛应用石灰、石膏等。例如：墙体的砌筑、室内墙体抹灰或粉刷等。若干燥硬化后出现了墙皮开裂及局部脱落现象，也就影响了工程质量，这些都是因为使用材料不当，而造成的事故现象。因此，我们必须掌握气硬性胶凝材料的使用和鉴别，对它们的共性和各自的特性全面理解。所以本章详细介绍了石灰、石膏、水玻璃三种气硬性胶凝材料的生产、成分、特性和应用。（如图3-1为石膏板造型的天花板） 图3-1石膏板造型的天花板第三章气硬性胶凝材料 第三章气硬性胶凝材料石灰石膏水玻璃本章主要内容 第三章气硬性胶凝材料一、概述第一节石灰胶凝材料在土建工程中，能把散粒材料(如砂、石子)或块状材料(如砖、石、砌块)胶结成为整体的材料，统称为胶凝材料。分类有机胶凝材料无机胶凝材料化学成分气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料硬化特点只能在空气中硬化不仅能在空气中硬化，且在水中硬化更好 （一）生产定义：它是以碳酸钙为主要成分的石灰岩为原料，在低于烧结温度下煅烧而成。CaCO3CaO+CO2↑（石灰石）（生石灰）（二）主要成分：氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)900～1100˚C第三章气硬性胶凝材料二、石灰的生产、成分和分类 第三章气硬性胶凝材料（三）分类：MgO含量镁质石灰（MgO＞5%）钙质石灰（MgO≤5%）煅烧程度欠火石灰过火石灰正火石灰 三、石灰的消解(熟化)定义：生石灰与水化合生成氢氧化钙，此化学反应过程称为消解，工程上称为熟化，所产生的氢氧化钙称为消石灰或称熟石灰。其化学反应：CaO+H2OCa(OH)2+64.9kJ反应特点：放热反应、可逆反应、膨胀反应第三章气硬性胶凝材料 三、石灰的消解(熟化)分类（按熟化速度分）1、快熟石灰：可在10min内熟化完毕。2、中熟石灰：可在10～30min内熟化完毕3、慢熟石灰：在30min后才发现有熟化现象，熟化速度缓慢。注意：为了避免过火石灰的危害，在施工中对石灰必须正确使用。其措施有两种：一是将生石灰磨成细粉，即使用磨细生石灰粉；二是将生石灰洗灰人池，陈伏半月，使之充分熟化后再使用。第三章气硬性胶凝材料 第三章气硬性胶凝材料洗灰陈伏的方法对于运来工地的块灰，先用适量的水淋洒，使块灰吸水，部分熟化胀碎成小颗粒，再将其在洗灰池中加水搅拌成浆，通过3mm×3mm方孔的筛网，使细灰和细小颗粒流入贮灰池中，如图3-2所示，并在池中存放一段时间(一般为半个月)，使石灰充分熟化，这个过程称为“陈伏”。经过陈伏的石灰就成为细腻的石灰浆(又称石灰膏)，可用来拌制各种灰浆和砂浆图3-2贮灰池图3-2贮灰池 四、石灰浆的凝固硬化石灰浆体失水凝固并逐渐硬化，是由于下面两个作用相继进行而完成的。（一）结晶作用石灰浆中的游离水分被砌体吸收或蒸发，氢氧化钙从过饱和溶液中析出结晶。这一过程在砖砌体上进行得很快，使石灰浆体很快失去塑性，并具有微弱的强度，以后随着水分蒸发而不断硬化。（二）碳化作用潮湿的氢氧化钙与空气中的二氧化碳起化学反应，生成碳酸钙晶体，即：Ca(OH)2+CO2+nH2OCaCO3十(n+1)H2O注意：石灰浆硬化缓慢，强度增加也较慢，施工后的石灰浆体在较长时间内处于潮湿软弱状态，最终强度也不高。第三章气硬性胶凝材料 第三章气硬性胶凝材料五、石灰的品种和技术指标（一）品种1、建筑生石灰(JC／T479—92）2、建筑生石灰粉(磨细生石灰)(JC／T480—92)3、建筑消石灰粉(熟石灰粉)(JC／T481—92)（二）技术指标：详见表3—1、3—2、3—3注：判定时，产品技术指标均达到要求中相应等级时判定为该等级，有一指标低于合格品要求时，判为不合格产品。 表3—1建筑生石灰的技术指标(JC／T479—92)项目钙质生石灰（MgO≤5%）镁质生石灰（MgO＞5%）优等品一等品合格品优等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于908580858075未消化残渣含量（5mm圆孔筛余），%不大于5101551015CO2，%不大于5796810产浆量，L/kg不小于2.82.32.02.82.32.0第三章气硬性胶凝材料 表3-2建筑生石灰粉的技术指标(JC／T480—92)项目钙质生石灰粉（MgO≤5%）镁质生石灰粉（MgO＞5%）优等品一等品合格品优等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于858075807570CO2含量，%不大于791181012细度0.9mm筛的筛余，%不大于0.20.51.50.20.51.50.125mm筛的筛余，%不大于7.012.018.07.012.018.0第三章气硬性胶凝材料 表3-3建筑消石灰粉的技术指标(JC／T481一92)项目钙质消石灰粉MgO含量＜4%镁质消石灰粉4%≤MgO含量＜24%白云石消石灰粉24%≤MgO含量＜30%优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品(CaO+MgO)含量，%不小于706560656055656055游离水，%0.4～20.4～20.4～2体积安定性合格合格—合格合格—合格合格—细度0.9mm筛的筛余，%不大于000.5000.5000.50.125mm筛的筛余，%不大于310153101531015第三章气硬性胶凝材料 六、石灰的特性和应用（一）石灰的特性1．良好的保水性和可塑性2．凝结硬化慢、强度低3．凝硬收缩大4．耐水性差（二）石灰的应用1．砂浆和石灰乳2．灰土和三合土3．硅酸盐建筑制品4．碳化制品5、加固软土地基第三章气硬性胶凝材料 第三章气硬性胶凝材料七、石灰的贮运保管石灰在贮存、运输中应注意以下事项：1．磨细生石灰粉应贮存于干燥的仓库内，不宜长期存贮。2．石灰在运输贮存过程中应采取防水措施，3．袋装消石灰粉应按类别、等级分别贮存，贮存期不宜过长。4．如需较长时间贮存生石灰，最好将其消解成石灰浆、石灰膏并使表面隔绝空气以防碳化。野外存放时，石灰应堆放在高堆并用篷布和土覆盖，然后，边使用边揭盖。5、堆放于室外，但场地应平整、不积水，6．不得与易燃、易爆及液体物品混存、混运，以免引起火灾或爆炸事故。7．在进行施工及装卸石灰时，应披戴必要的防护用品。 八、铁路路基工程改良土用石灰的要求外掺石灰的品种、规格、质量应符合设计要求。1、检验数量：施工单位对同一产地、厂家、品种且连续进场的石灰每4000t做一次有效氧化钙+氧化镁含量检验；监理单位在掺用量每10000t时，平行检验1组，且每分部工程不少于1组。2、检验方法：应符合《铁路工程土工试验规程》（TB10102-2010）的有关规定。第三章气硬性胶凝材料 第三章气硬性胶凝材料第二节石膏石膏的简介：特点应用轻质、隔热、声、抗火等良好性能我国的石膏资源极其丰富，储量大、分布广。石膏及其制品，尤其是各种石膏板材，在建筑上广泛应用，并且发展迅速。 第三章气硬性胶凝材料第二节石膏一、建筑石膏生产和成分：将纯净天然二水石膏破碎，在窑内加热至107～170℃(低温煅烧)，使部分结晶水脱去，可得到β型半水硫酸钙(半水石膏)，再磨成细粉，便得到建筑石膏。其化学反应如下：CaSO4·2H2OCaSO4·H2O+H2O建筑石膏为白色粉末，俗称石膏粉，密度为2.5～2.8g／cm3，松散堆积密度为800～1000kg／m3。 第三章气硬性胶凝材料(一)建筑石膏的凝结硬化建筑石膏使用时需加水调制，成为具有一定可塑性的浆体，石膏浆在较短时间内就会失去塑性，继而产生强度，又较快发展成具有一定强度的固体，这个过程称为石膏的凝结硬化。半水石膏在水中发生溶解，很快形成饱和溶液，并与水发生水化反应，生成二水石膏。其反应如下：CaSO4·H2O+H2OCaSO4·2H2O 第三章气硬性胶凝材料实际上石膏的凝结和硬化是一个连续的复杂的化学物理变化过程。如图3-3所示：二水石膏胶体颗粒二水石膏晶体交错的晶体半水石膏图3-3石灰浆的凝固硬化 第三章气硬性胶凝材料(二)建筑石膏的特性和技术标准与石灰相比，建筑石膏具有一些更为优良的技术性能：1．凝结硬化快2．凝硬过程体积微膨胀3．孔隙率大、体积密度小4．保温隔热、吸声性能好5．强度不高，但发展快6．耐水性差、抗冻性差7．耐火性好 第三章气硬性胶凝材料《建筑石膏》(GB9776—88)规定：建筑石膏根据其细度、凝结时间和2h的抗折强度和抗压强度等技术要求，分为优等品、一等品、合格品三个等级(见表3-4)。注意：指标中有一项不符合者，应于降级或报废。 表3-4建筑石膏的技术性质(GB9776—1988)技术指标优等品一等品合格品细度：孔径0.2mm筛，筛余量不超过（%）5.010.015.0抗折强度：从加水起2h,(MPa)不小于2.52.11.8抗压强度：从加水起2h,(MPa)不小于4.93.92.9凝结时间(min)初凝：不早于6终凝：不迟于30第三章气硬性胶凝材料 第三章气硬性胶凝材料(三)建筑石膏的应用和保管应用1.用于室内墙面、顶棚的高级抹灰饰面，具有色白细腻、光滑美观、没有裂纹等良好效果。2．制作成各种石膏板，用于建筑内的隔墙板、墙体的覆面板、顶棚板、吸音板等。3．掺入泡沫剂、加气剂，制成多孔石膏制品，或掺人膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、锯末等填充料，制成复合石膏制品，用作建筑物墙体的填充料，能改善墙体的保温、隔热、吸音的性能。 第三章气硬性胶凝材料保管1．建筑石膏一般采用袋装，可用能防潮且不易破损的纸袋或其它复合袋包装。2．在运输和贮存中应注意防水防潮，不同等级的建筑石膏应分别贮运。3．贮存期一般不超过三个月。 第三章气硬性胶凝材料二、其他品种的石膏(一)高强石膏高强石膏是天然二水石膏在0.13MPa(1.3个大气压)、124℃的蒸压锅内蒸炼而得到的a型晶体的半水石膏。特点：石膏的晶体较粗，用水量较少，硬化后的石膏较为密实，强度较高。应用：（1）主要用于要求较高的室内抹灰、装饰制品和石膏板。（2）也可代替白色水泥使用于室内饰面。（3）常加入防水剂制成高强度耐水石膏，可用于较潮湿的环境中。 第三章气硬性胶凝材料(二)模型石膏(又称塑像石膏)模型石膏是选用较纯的二水石膏作原料，在190℃的温度下煅烧，再磨细而成。其主要成分是半水石膏和部分无水石膏（CaSO4·H2O+CaSO4)。特点：凝结硬化快，强度较高，它的制品表面色白、光洁、细腻、美观。应用：主要用来制作装饰浮雕、模型、工艺品、标本等，医疗上牙科、骨科也多用此石膏。 第三章气硬性胶凝材料一、水玻璃的成分水玻璃又名泡花碱，主要成分为硅酸钠(Na2O·nSiO2)或硅酸钾（K2O·nSiO2)。通常为无色或淡黄色的、透明或半透明的粘稠液体。工程上主要用硅酸钠水玻璃。1、生产：水玻璃的生产有干法和湿法两种干法是以石英砂(SiO2)、纯碱(Na2CO3)磨细后均匀混合，高温煅烧至1300～1400℃，使其在熔融状态下发生反应，冷却后得到固体水玻璃，再在0.4MPa(4个大气压)的沸水中溶解成液态水玻璃。其化学反应为：Na2CO3+nSiO2Na2O·nSiO2+CO2↑第三节水玻璃 第三章气硬性胶凝材料湿法是将石英砂与氢氧化钠溶液放入蒸压锅中通入0.2～0.3MPa(2～3个大气压)的高压蒸汽，在搅拌中直接生成液态水玻璃。其反应为：2NaOH十nSiO2Na2O·nSiO2+H2O 第三章气硬性胶凝材料2、水璃模数（n)水玻璃Na2O·nSiO2中的n为所含氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)的摩尔比，称为水玻璃模数。工程上用水玻璃的n值一般为2.5～3.0。n值越大，说明SiO2的含量越多，水玻璃的粘度越大，粘结力越强，但对水的溶解度降低。同一模数的水玻璃，稠者密度大，粘结力强。但n值过大或水玻璃过稠均不便于施工。当水玻璃过稀或过稠时，可采用加热浓缩或加水稀释的方法来调整，使之粘度适宜。如果加入一些尿素，可不改变稠度，而提高粘结力。 第三章气硬性胶凝材料二、水玻璃的凝结硬化水玻璃为气硬性胶凝材料，在空气中与二氧化硅凝胶，因凝胶脱水而逐渐硬化。其化学反应如下：Na2O·nSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2.·mH2OnSiO2.mH2O为无定形的二氧化硅凝胶因脱水硬化的速度很慢，往往需要几个月才能完成，不适合工程需要。所以在使用水玻璃时，需掺入一种硬化剂氟硅酸钠，其掺入量为水玻璃质量的12%～15%，可以加速二氧化硅凝胶析出，从而可以加快其硬化速度。 第三章气硬性胶凝材料三、水玻璃的特性和应用水玻璃具有良好的黏结性能，且耐热性好，耐酸性强，但耐碱性和耐水性较差，用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理，可以提高其耐水性。水玻璃在工程中常用于：1、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土2、配制耐热砂浆和耐热混凝土3、作防酸、防风化的涂料4、加固土壤地基5、修补砌体缝隙6、加入几种矾料配制的水玻璃和速凝防水剂，可制作防水堵漏砂浆。7、作膨胀蛭石、膨胀珍珠岩制品的粘结剂，制成保温、吸声装饰板材。 本章小节建筑工程中主要应用的气硬性胶凝材料有石灰、石膏和水玻璃。本章重点介绍了石灰的原料、化学成分及生产方式和种类，及烧制和原料对石灰品质的影响,石灰的熟化、硬化、技术要求及应用等；建筑石膏的化学成分及生产方式,主要性质技术要求应用,其他石膏制品的品种和应用。水玻璃的特性与主要的应用等。第三章气硬性胶凝材料 END 土木工程材料第四章水硬性胶凝材料—水泥 第四章水硬性胶凝材料——水泥课题引入：1796182420世纪英国人J.帕克用泥灰岩烧制一种棕色水泥，称罗马水泥或天然水泥。英国人阿斯普丁（JosephAspdin）用石灰石和粘土烧制成水泥，被命名为波特兰水泥，并取得了专利权。在不断改进波特兰水泥的同时，研制成功一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥、硫酸盐水泥等，水泥品种已发展到100多种。 第四章水硬性胶凝材料——水泥本章主要内容基本要求水泥简介4-1通用硅酸盐水泥4-2特性水泥和专用水泥 第四章水硬性胶凝材料——水泥基本要求了解水泥的分类、优点和生产；特性水泥和专用水泥的成分、特点及应用。熟悉掌握通用硅酸盐水泥的成分、凝结与硬化过程；水泥石的腐蚀与防治；硅酸盐系水泥的特性、应用及验收保管方法。硅酸盐系水泥的主要技术性质及指标。 第四章水硬性胶凝材料——水泥水泥简介水泥因具备以下优点，故得以在土木工程中得到广泛应用：水泥的优点多样性低成本工艺简单耐久性可塑性水硬性与钢筋黏结性好 第四章水硬性胶凝材料——水泥水泥简介水泥按用途可分为通用水泥、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水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥砌筑水泥油井水泥快硬水泥膨胀水泥抗硫酸盐水泥中热水泥 第四章水硬性胶凝材料——水泥水泥简介水泥按化学成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫酸盐水泥：硅酸盐水泥一般工程铝酸盐水泥快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程硫酸盐水泥早强、膨胀。适用于抢修工程、锚固和地下工程等。 第四章水硬性胶凝材料——水泥水泥简介尽管水泥品种很多，但是，工程中90%以上使用的是硅酸盐系水泥。所以，在学习本章内容时，以硅酸盐系水泥的内容为主，在此基础上，再了解其他类型水泥的内容。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥第一节通用硅酸盐水泥硅酸盐系水泥的生产简述及矿物组成硅酸盐系水泥的水化、凝结和硬化硅酸盐系水泥的技术性质水泥石的腐蚀与防护硅酸盐系水泥的特性与应用 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥水泥是如何制成的？石灰石铁矿粉黏土磨细生料熟料石膏混合材料磨细 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥有哪六种通用的硅酸盐系水泥？熟料石膏磨细0%~5%混合材料硅酸盐水泥(P·I&P·II)6%~20%混合材料普通硅酸盐水泥(P·O)20%~70%粒化高炉矿渣矿渣硅酸盐水泥(P·S)20%~40%火山灰材料火山灰硅酸盐水泥(P·P)20%~40%粉煤灰材料粉煤灰硅酸盐水泥(P·F)20%~50%两种及以上混合材料复合硅酸盐水泥(P·C) 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥矿物组成3Ca·SiO2(C3S)2CaO·SiO2(C2S)3CaO·Al2O3(C3A)4CaO·Al2O3·Fe2O3(C4AF)含量范围37～60%15～37%7～15%10～18%凝硬速度快慢最快较快水化热大小最大中强　　度高早期低、后期高低低强度发展快慢最快中熟料矿物组成：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥混合材料：活性混合材非活性混合材粒化高炉矿渣火山灰质混合材粉煤灰高炉炼铁时，浮在铁水表面的熔融矿渣，经过水淬急冷成粒后即为粒化高炉矿渣。火山喷发时，随同熔岩一起喷发的大量的碎屑沉积在地面或水中的松软物质，称为火山灰。粉煤灰石从燃煤火力发电厂得烟道气体中收集得粉尘，又称飞灰。常温下不能与氢氧化钙和水发生水化反应或反应很弱，也不能产生凝结硬化的混合材料称为非活性混合材料。非活性混合材料在水泥中主要其填充作用， 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥水泥的水化、凝结及硬化水化水化机理石膏调节凝结时间的原理活性混合材料参与的反应凝结与硬化何谓凝结、硬化？凝结硬化过程影响因素 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥水化机理水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立即与水发生水化作用，生成新的水化产物并放出一定热量的过程。硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体；该水化反应的速度快，形成早期强度并生成早期水化热。2(3CaO·SiO2)+6H2O══3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化的速度慢，对后期混凝土强度的发展起关键作用，水化热释放缓慢。2(2CaO·SiO2)+4H2O══3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体；该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量；如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥将无法正常使用；通常通过在水泥中掺有适量石膏，可避免上述问题发生。3CaO·Al2O3+6H2O══3CaO·Al2O3·6H2O铁铝酸四钙水化生成水化铝酸钙晶体、水化铁酸钙凝胶；该水化反应的速度和水化热均属中等。4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O══3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥石膏调节凝结时间的原理石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体(钙矾石)；该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了闪凝现象；故，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+19H2O══3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥二次反应若在水泥中掺入活性混合材料，在水泥水化的过程中，活性混合材料所含的活性SiO2和活性Al2O3与硅酸三钙、硅酸二钙的水化产物Ca(OH)2发生反应(称为二次反应)。活性混合材料所参与的反应，使水泥石中的Ca(OH)2数量大为减少，这样对增强水泥石的抗腐蚀性能是非常有利的。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥何谓凝结？何谓硬化？凝结：水泥加入适量的水可调成可塑性的水泥浆，经过一段时间后，由于水泥与水发生一系列的化学物理变化(称为水化)，会逐渐变稠失去可塑性，但尚不具有强度，这一过程称为“凝结”。硬化：随后水泥明显产生强度并继续发展，逐渐变成坚硬的石状物——水泥石，这一过程称为“硬化”。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥硅酸盐水泥凝结硬化过程初始反应期初始的溶解和水化，约持续5-10min。潜伏期流动性可塑性好，水化物膜逐渐增厚，约持续30-60min凝结期膜层破裂，形成疏松的空间网状凝聚结构，开始失去塑性，6h。硬化期胶凝体填充毛细管，形成密实空间网，石状体。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥影响凝结硬化的因素影响因素水泥细度外加剂龄期用水量温度湿度 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥水泥的技术性质细度凝结时间体积安定性强度其他技术性质 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥细度细度是指粉体材料的粗细程度。过细易受潮成本高过粗化学惰性细度指标 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥细度品种测定方法评定规则硅酸盐水泥普通水泥比表面积法比表面积应不小于300m2/kg矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥筛析法在0.08mm(80μm)方孔筛上的筛余量不超过10% 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥细度比表面积仪负压筛析仪 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥细度比表面积法原理 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥凝结时间初凝终凝从水泥加水拌和起到水泥浆开始失去塑性所需时间。从水泥加水拌和起到水泥浆完全失去塑性，并开始具有强度的时间。为何要记录这两个时间？施工操作工期初凝终凝 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥凝结时间加多少水拌制水泥浆？怎样评定水泥浆达到了初凝或者终凝？这两个时间在多少限制内水泥才算合格？ 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥凝结时间加多少水拌制水泥浆？寻找标准稠度标准稠度是采用按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪(如右图)上，当标准试杆在规定时间沉入净浆距底板(6±1)mm时，其拌和用水量为水泥的标准稠度用水量P。P=W/C调整水量法 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥凝结时间凝结时间测定方法：PS:终凝针头与初凝不同，动画中未显示！针头形状可参见上图。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥凝结时间品种初凝规定终凝规定硅酸盐水泥不早于45min不迟于6.5h普通水泥不迟于10h矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥体积安定性定义水泥在凝结硬化过程终体积变化是否均匀的性质。体积安定性不良使用安定性不良的水泥，水泥制品表面将鼓包、起层、产生膨胀性的龟裂等，强度降低，甚至引起严重的工程质量事故。不良的原因水泥体积安定性是由于熟料中含有过多的游离氧化钙，游离氧化镁或掺入的石膏过多等原因造成的。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥体积安定性安定性测定方法试饼沸煮法雷氏沸煮法标准圈圈里的是水泥哦！饼饼做得有点丑，嘿嘿 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥体积安定性其他仪器设备：沸煮箱雷氏夹测定仪主要用于检测雷氏夹质量是否符合要求也用于测量沸煮前后水泥试件在雷氏夹两指针间距离的增值来判定水泥的安定性。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥体积安定性注意：上述测试测试方法仅能测试游离氧化钙(f-CaO)是否过量；游离氧化镁(f-MgO)和石膏(SO3)是否过量不能通过加速实验的方法检测，所以他们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。标准规定：MgO≯5%石膏SO3≯3.5% 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥强度将水泥、ISO标准砂和水按规定比例(1:3:0.5)配制成水泥胶砂，制成160mm×40mm×40mm的试件，经标准条件下(温度20±1℃的水中)养护至3d和28d，测定两个龄期的抗折强度和抗压强度，根据测定结果，对水泥的强度等级进行划分。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥强度制作试件相关仪器设备：水泥胶砂搅拌机水泥胶砂振实台 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥强度强度试验相关仪器设备：水泥抗压试验机水泥抗折试验机 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥水泥品种强度等级抗压强度(MPa)不小于抗折强度(MPa)不小于3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5普通水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥32.510.032.52.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.542.5R19.04.052.521.052.54.07.052.5R23.04.5强度等级 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥技术性质分析水泥在出厂和使用前必须检验的技术指标有四项：细度、凝结时间、体积安定性和强度。凡细度、凝结时间及安定性任意一项不合格的为不合格品，不能使用。如上述3项合格，但强度达不到相应等级要求的，可按实际强度等级使用。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥其他技术性质水化热水泥的水化是放热反应，放出的热量称为水化热。大部分热量是在早期放出，特别是在最初3d或7d内。对于一般结构，水化热能使内温升高，有利于水泥的凝结硬化和冬季施工。但对于大型基础、桥墩桥台、隧道边墙、大坝等大体积混凝土(厚大结构)，由于水化热积聚在内部不易散发，形成内外温差过大，引起的温度应力可使混凝土产生裂缝。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥其他技术性质不溶物和烧失量不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物。它是水泥中非活性组分的反映，主要由生料、混合材和石膏中的杂质产生。烧失量是指水泥经高温灼烧以后的质量损失率。碱含量水泥除含主要矿物成分外，还含有少量Na2O、K2O等。当用于混凝土中的水泥碱含量过高，同时集料具有一定的碱活性时，会发生有害的碱—集料反应。国家标准规定：若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.6%或由供需双方商定。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥水泥石的腐蚀与防护硬化后的水泥石在通常使用条件下具有较好的耐久性。但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构会逐渐遭到破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥水泥石的腐蚀与防护常见腐蚀类型：软水腐蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀、碳酸盐腐蚀、酸的腐蚀、碱的腐蚀。腐蚀的主要诱因：成分因素：Ca(OH)2、水化铝酸钙构造因素：不够密实，开口孔隙多腐蚀效果：生成易溶物质或膨胀物质防止措施根据环境特点，合理选择水泥品种提高水泥石的密实度在混凝土表面加做表面防护 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥特性与应用硅酸盐水泥的特性及应用1、强度高：其成本高，主要用于重要结构的高强度混凝土。2、快硬早强：其3d强度是同等级的六种通用水泥中最高的。适用于早期强度要求高的、需要快拆模的、冬季施工的混凝土工程和预应力混凝土工程。3、耐冻性好：适用于寒冷地区和严寒地区遭受反复冻融作用的工程。4、水化热大：适用于冬期施工的混凝土工程，但不适用于大体积工程(厚大结构)。5、耐腐蚀性差：不适用于经常受到流动淡水冲刷及有水压力作用的工程，也不适用于其他受腐蚀性介质作用的工程。6、耐热性差：当受热到250～300℃时，由于水化物脱水收缩，强度开始下降；400～600℃时强度明显下降；700～1000℃时完全破坏。因此，不适用于长期受200℃以上高温作用的工程。7、抗碳化性能好：水泥石中的Ca(OH)2的含量较多，不容易被空气中的CO2完全碳化，能保持一定的碱度，对钢筋提供良好的碱性保护。故适用于CO2浓度较高的环境。8、干缩性小，耐磨性好：可用于干燥环境和路面、地面等工程。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥特性与应用普通水泥的特性及应用普通水泥，由于掺入的混合材料较少，因此，特性与硅酸盐水泥接近，但由于成本较低，故可广泛应用于一般的、高强度的、有早强要求的、冬期施工的、受冻融作用的、要求抗碳化的、要求耐磨等各种混凝土工程，还广泛用于建筑砂浆，是土木工程中应用面最广、使用量最大的水泥品种。但不适合于受流水冲刷、压力水作用和化学腐蚀作用的工程和大体积工程。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第一节通用硅酸盐水泥特性与应用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥1、早期强度低，后期强度发展快：不适用于有早强要求的工程。2、水化热低：适用于大体积混凝土工程。3、抗腐蚀性强：Ca(OH)2被活性混合材料吸收转化，含量减少，增强了水泥石对淡水、酸类的抗腐蚀能力，适用于受淡水冲刷、酸类腐蚀的环境。矿渣水泥由于C3A成分少，抗硫酸盐腐蚀的性能较好。一般火山灰水泥的抗硫酸盐腐蚀性能较差。4、温度敏感性强：这三种水泥在低温下凝结硬化较慢，水化热又低，故不适宜于冬期施工，若需在冬期施工使用，则需掺用早强剂和采用冬期施工措施。5、抗冻性差：这三种水泥不适用于受冻融作用的工程。6、抗碳化能力差：这三种水泥的水泥石中Ca(OH)2含量很少，很容易被CO2碳化，当碳化深度达到钢筋表面时，钢筋便失去碱性保护而易锈蚀，这对钢筋混凝土是不利的，故这三种水泥不宜用于CO2浓度较高的环境。7、其他：由于粒化高炉矿渣是一种耐热材料，故矿渣水泥耐热性能好，可耐700℃高温，可用于热工窑炉的基础工程。但其保水性差、容易泌水干缩性大、抗渗性差。火山灰水泥的保水性好、泌水性小、抗渗性好，可优先用于抗渗工程。但在干燥环境中干缩性大，易形成干缩裂纹，表面容易起粉，耐磨性差，故不宜用于干燥环境和有耐磨要求的工程。粉煤灰水泥的保水性好，干缩小，抗渗性、抗裂性好。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第二节特性水泥和专用水泥快硬水泥凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥(简称快硬水泥)。快硬水泥的特点是凝结硬化快，早期强度发展快，可用来配制早强、高强度等级的混凝土，适用于紧急抢修工程、低温施工工程和高等级混凝土预制构件等。快硬水泥易受潮变质，在运输和储存时必须注意防潮，存放期一般不超过一个月。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第二节特性水泥和专用水泥抗硫酸盐水泥主要用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧道、引水、道路和桥梁基础等工程。按其抗硫酸盐侵蚀的程度分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两类。抗硫酸盐水泥的抗蚀能力以抗硫酸盐腐蚀系数F来评定，它是指水泥试件在人工配制的硫酸根离子浓度分别为2500mg/L和8000mg/L的硫酸钠溶液中，浸泡6个月后强度与同时浸泡在饮用水中的试件强度之比。抗硫酸盐水泥的抗硫酸盐腐蚀系数不得小于0.8。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第二节特性水泥和专用水泥中热水泥、低热水泥、低热矿渣水泥三种水泥的氧化镁、三氧化硫、安定性、碱含量要求同普通水泥。细度用比表面积表示，其值应不小于250m2/kg。凝结时间中初凝不得早于60min，终凝应不迟于12h。中热水泥和低热水泥的强度等级为42.5，低热矿渣水泥强度等级为32.5。中热水泥水化热较低，抗冻性与耐磨性较高；低热矿渣水泥水化热更低，早期强度低，抗冻性差；低热水泥性能处于两者之间。中热水泥和低热水泥适用于大体积水工建筑物水位变动区的覆面层及大坝溢流面，以及其他要求低水化热、高抗冻性和耐磨性的工程。低热矿渣水泥适用于大体积建筑物或大坝内部要求更低水化热的部位。 抗渗性、抗酸性、抗硫酸盐性能好：高铝水泥水化后几乎不产生Ca(OH)2，且硬化后结构比较密实，故具有较好的抗渗性、抗酸性和抗硫酸盐性能，可用于要求抗渗的、抗酸性和抗硫酸盐腐蚀的工程。易受碱性腐蚀：若与硅酸盐水泥、石灰等含有Ca(OH)2的材料混用，强度将会降低，体积发生膨胀。因此高铝水泥可以用于配制膨胀水泥、自应力水泥。此外，不得与硅酸盐水泥、石灰等产生Ca(OH)2的材料混用，不得用于碱性溶液接触的工程，不得与未硬化的硅酸盐混凝土接触使用。第四章水硬性胶凝材料——水泥第二节特性水泥和专用水泥高铝水泥凡以铝酸盐为主，氧化铝含量约50%的熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥(以前称为矾土水泥)。快硬高强，但长期强度下降：高铝水泥适用于紧急抢修抢建、冬期施工、早期强度要求特高的工程，但不宜用于长期承载的结构工程，若用于抢建抢修结构工程，应按其最低稳定强度进行设计。需要在低温下施工和养护：最适宜的硬化温度为15℃左右，通常不超过25℃，且不得用蒸汽养护。水化热大：水化热几乎集中在第一天放出，达总量的70%～80%，不得用于厚度超过450mm的大体积工程。硬化后能耐高温：最高使用温度可达1300～1400℃。可用于受高温的工程，配制耐热混凝土和不定型的耐火材料。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第二节特性水泥和专用水泥膨胀水泥和自应力水泥一般硅酸盐水泥在空气中凝结和硬化时，体积发生收缩。收缩使水泥石结构产生微裂缝或裂缝，降低水泥制品的密实性，影响结构的抗渗、抗冻、耐腐蚀性和耐久性。膨胀水泥按照膨胀值的大小分为膨胀水泥和自应力水泥。膨胀水泥的线膨胀率在1%以下，抵消或补偿了水泥的收缩，这种水泥又称为无收缩水泥或补偿收缩水泥。当水泥膨胀率较大时(1%～3%)，混凝土受到钢筋的约束应力，这种压力是水泥水化产生的体积变化所引起的，所以称为自应力水泥。膨胀水泥在约束条件下所形成的水泥制品结构致密，所以具有良好的抗渗性和抗冻性。膨胀水泥可用于配制防水砂浆和防水混凝土，浇灌构件的接缝及管道的接头，堵塞与修补漏洞与裂缝等。自应力水泥主要用于自应力钢筋混凝土结构和制造自应力压力管等。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第二节特性水泥和专用水泥白色水泥白色硅酸盐水泥要严格控制氧化铁的含量，一般应低于水泥质量的0.5%。此外，其他有色金属氧化物，如氧化锰、氧化钛和氧化铝的含量也要加以控制。白色水泥的生产成本较高，价格较贵。白色硅酸盐水泥熟料与适量的石膏和耐碱矿物颜料共同磨细，可制成彩色硅酸盐水泥，简称彩色水泥。白色和彩色水泥与其他材料相比，具有耐久性好、价格较低和能够使装饰工程机械化等优点。主要用于建筑内外装饰的砂浆和混凝土，如水磨石、水刷石、斩假石和人造大理石等。 第四章水硬性胶凝材料——水泥第二节特性水泥和专用水泥砌筑水泥凡由一种或一种以上的水泥混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成的和易性较好的水硬性胶凝材料，称为砌筑水泥。砌筑水泥的主要特点是硬化慢、强度低，但和易性好和保水性较好，适合用于拌制砌筑砂浆，故命名砌筑水泥。它还可以用于内墙抹面砂浆，但不得用于钢筋混凝土，若作其他用途时，必须通过试验。 End 土木工程材料第五章混凝土用集料 第五章混凝土用集料课题引入：集料是由不同粒径矿物质颗粒组成的混合料，它包含各种天然砂、人工砂、卵石和碎石，以及各种工业冶金矿渣。它是各类建筑工程中用量最大的一种建筑材料，可用于道路或桥梁等的圬工结构，也可以作为水泥混凝土、沥青混合料的集料，特别是在混凝土中，起骨架和填充作用。由于集料具有一定的强度，而且分布范围广，取材容易，加工方便，价格低廉，所以在混凝土施工中得到广泛应用。 第五章混凝土用集料本章主要内容细集料粗集料 第五章混凝土用集料第一节细集料集料种类粒径大小细集料粗集料粒径在0.15mm～4.75mm之间的岩石颗粒粒径大于4.75mm的岩石颗粒 第五章混凝土用集料砂的分类来源天然砂、人工砂、混合砂粗、中、细和特细砂技术要求Ⅰ：宜用于强度等级≥C60的混凝土Ⅱ：宜用于强度等级C55～C30，及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土Ⅲ：宜用于强度等级≤C25的混凝土粗细程度 第五章混凝土用集料根据《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210—2001）和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)对砂子的质量要求和技术要求主要作了明确规定。一、有害杂质有害物质会影响混凝土的强度和耐久性。（一）含泥量和泥块含量1、概念含泥量：指粒径小于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：指砂中粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600µm的颗粒含量。2、砂石的含泥量的测定：一般用冲洗法（流程图），求黏土杂质总量占集料质量百分比。天然砂的含泥量和泥块含量符合表5-1的规定。 第五章混凝土用集料表5-1天然砂含泥量和泥块含量项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25含泥量(按质量计)，％≤2.0≤3.0≤5.0泥块含量(按质量计)，％≤0.5≤1.0≤2.0注：①对于有抗冻、抗渗或其他要求的小于或等于C25混凝土的用砂，其含泥量不应大于3.0%，②对于有抗冻、抗渗或其他要求的小于或等于C25混凝土的用砂，其含泥块量不应大于1.0%。 第五章混凝土用集料砂含泥量测试流程图含泥量取样水洗试样水洗试样烘干试样 第五章混凝土用集料（二）有害物质含量砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂物。如含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等，影响混凝土的强度和耐久性等。当砂中有害物质含量多，但又无合适砂源时，可以过筛并用清水或石灰水(有机物含量多时)冲洗后使用，以符合就地取材原则。其含量应符合表5-2的规定。 第五章混凝土用集料项目质量指标云母(按质量计），％≤2.0轻物质含量（按质量计)％≤1.0硫化物及硫酸盐(折算成SO3，按质量计)，％≤1.0有机物含量（用比色法试验）颜色应不深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95表5-2砂中有害物质含量注：①对于有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土用砂，其云母含量不应大于1.0%，②当砂中发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求时，方可采用。 第五章混凝土用集料（三）氯离子含量按照标准要求，应符合下列规定：1.对于钢筋混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.06%（以干砂质量的百分率计）；2.对于预应力混凝土用砂，其氯离子含量不得大于0.02%（以干砂质量的百分率计）。 第五章混凝土用集料（四）人工砂有害物质含量当采用机制砂（不宜采用砂岩轧制机制砂）、混合砂拌制强度等级低于C30的混时，其颗粒级配在Ⅰ、Ⅱ区内中150μm筛孔的累计筛余可酌情放宽5%～10%，有害物质含量应符合表5-3的规定。 第五章混凝土用集料（五）石粉含量通过研究和多年实践的结论认为，人工砂中适量的石粉对混凝土质量是有益的。因人工砂颗粒尖锐、多棱角，对混凝土的和易性不利，特别是低强度等级的混凝土和易性很差，而适量的石粉存在，可弥补这一缺陷。此外，由于石粉主要是由40～75µm的微粒组成，它能完善细集料的级配，从而提高混凝土密实性。所以当采用以专门机组生产的人工砂配置混凝土时，人工砂的石粉含量应符合表5-4。 第五章混凝土用集料项目混凝土强度等级小于C30泥块含量（按质量计），％≤0.5云母(按质量计），％≤1.0硫化物及硫酸盐(折算成SO3，质量计)，％≤1.0有机物含量（用比色法试验）颜色应不深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95表5-3机制砂、混合砂有害物质含量 第五章混凝土用集料项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25亚甲蓝试验MB值<1.4（合格）石粉含量(按质量计)(％)≤5.0≤7.0≤10.0MB值≥1.4（不合格）石粉含量(按质量计)(％)≤2.0≤3.0≤5.0表5-4人工砂或混合砂中石粉含量注：亚甲蓝MB值用于判定人工砂中粒径小于75µm颗粒，含量主要是泥土被加工母岩化学成分相同的石粉的指标。 第五章混凝土用集料（六）海砂中贝壳含量按标准规定，海砂中的贝壳含量应符合表5-5的规定：表5-5海砂中贝壳含量混凝土强度等级≥C40C35～C30C25～C15贝壳含量(按质量计)，％≤3≤5≤8 第五章混凝土用集料项目（所处的环境条件及其性能要求）5次循环后的质量损失（%）在严寒及寒冷地区室外使用并经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土；对于有抗疲劳、耐磨、抗冲击要求的混凝土；有腐蚀介质作用或经常处于水位变化区的地下结构混凝土≤8其他条件下使用的混凝土≤10二、砂的坚固性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。按《普通混泥土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)，用硫酸钠溶液检验，试样经5次循环后，其质量损失应符合表5-6的规定。表5-6砂的坚固性指标 第五章混凝土用集料项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25单级最大压碎指标，％<20<25<30人工砂采用压碎指标法进行检验，压碎指标值应符合表5-7的规定。表5-7砂的压碎指标 第五章混凝土用集料三、砂的颗粒级配及粗细程度（一）砂的颗粒级配定义：是指砂中大小不同的颗粒混合后相互搭配的情况。如图5-2所示：a）b）c）图5—2集料的颗粒级配（二）砂的粗细程度定义：砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合后总体的粗细程度。 第五章混凝土用集料砂的选择原则在条件允许的情况下，宜尽量选择颗粒级配良好的较粗的砂，以达到减小孔隙率和总表面积，节省水泥用量，降低造价的目的。 第五章混凝土用集料（三）砂的颗粒级配和粗细程度的评定砂的颗粒级配和粗细程度常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细程度。1.筛分析的方法：1）主要工具：即一套孔径尺寸为9.5mm、4.75mm、2.36mm，1.18mm，0.60mm，0.30mm、0.15mm的标准筛(方孔筛)。 第五章混凝土用集料2）主要步骤：如图5-3所示。清理筛子称取500g的干砂试样筛分→m1、m2、m3、m4、m5、m6、（m7）计算分计筛余率和累计筛余率：见表5-8 第五章混凝土用集料5-8分计筛余率与累计筛余率的计算关系注：注：分计筛余率精确至0.1%，累计筛余率精确至0.1%。筛孔尺寸（mm）筛余质量（g）分计筛余率（%）累计筛余率（%）4.752.361.180.600.300.15 第五章混凝土用集料图5—3砂筛分析试验四分法取样倒入套筛中装摇筛机上振摇 第五章混凝土用集料颗粒级配评定按标准规定，根据各筛两次试验的累计筛余百分率的平均值（精确至1%），评定该试样的颗粒级配情况。即：除特细砂外，对细度模数为3.7～1.6的普通混凝土用砂，根据筛孔为0.60mm的累计筛余百分率分成Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区共三个级配区(表5-9)。一般而言，Ⅰ区为粗砂区，Ⅱ区为中砂区，Ⅲ区为细砂区。普通混凝土用砂的颗粒级配，应处于表5-9中的某一个级配区内，才符合级配要求；但除4.75mm和0.6mm筛号外，允许稍有超出分区界限，但其超出总量不应大于5％，否则级配不合格。 第五章混凝土用集料粗细评定砂的粗细程度用细度模数表示，即：注意：筛分析试验应采用两个试样平行试验。细度模数取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1；如两次试验的细度模数之差超过0.20时，须重新试验。µf越大，表示砂越粗。普通混凝用砂按细度模数不同分为四级，即：粗砂：µf=3.7～3.1中砂：µf=3.0～2.3细砂：µf=2.2～1.6特细砂：µf=1.5～0.7 第五章混凝土用集料表5-9砂颗粒级配区级配区累计筛余率/%公称粒径（方孔筛孔径）/mmⅠⅡⅢ10（9.5）0005.0（4.75）10～010～010～02.5（2.36）35～525～015～01.25（1.18）65～3550～1025～00.630（0.60）85～7170～4140～160.315（0.30）95～8092～7085～550.160（0.15）100～90100～90100～90 第五章混凝土用集料注：为了更直观地反映砂的级配情况，可按表5-9的规定画出级配区曲线图图5—4筛分曲线 第五章混凝土用集料【例5—1】某砂样500g经筛分试验，各筛上的筛余量见表5-10，试评定砂的粗细程度和颗粒级配。表5-10砂的筛分试验结果筛孔尺寸/mm4.752.361.180.600.300.150.15<筛余量/g2080100100758540分计筛余率/%4.016.020.020.015.017.08.0累计筛余率/%4.020.040.060.0750.92.0100 第五章混凝土用集料【解】根据表5-10给定的各筛上的筛余量，计算出各筛上的分计筛余率和累计筛余率，填入表5-10内。计算细度模数： 第五章混凝土用集料注：实际测试中，要进行两次试验，结果取2次试验数值的算术平均值作为测定值。对照砂的细度模数范围，μf=2.78在2.3～3.0之间，可知该砂属于中砂。根据表5-9可知，此砂在0.60mm筛上的累计筛余率为60%，落在Ⅱ区范围，而该筛的其它各筛的累计筛余率均未超出Ⅱ区砂的规定范围，因此，该砂属于Ⅱ区砂，颗粒级配合格。四、表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度、堆积密度、空隙率符合如下规定：表观密度大于2500kg/m3；松散堆积密度大于1350kg/m3；空隙率小于47%。 第五章混凝土用集料第二节粗集料来源技术要求粗集料分类天然卵石人工碎石Ⅰ：宜用于强度等级≥C60的混凝土Ⅱ：宜用于强度等级C55～C30，及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土Ⅲ：宜用于强度等级≤C25的混凝土和易性好；水泥用量少；混凝土强度低。和易性差；水泥用量多；混凝土强度高。拌混凝土区别 第五章混凝土用集料根据《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210—2001）和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)对石子的质量要求和技术要求做了明确规定。一、含泥量和泥块含量卵石、碎石的含泥量是指粒径小于75µm的颗粒含量。泥块含量是指粒径大于4.75mm，经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量。粗集料中含泥量及泥块含量应符合表5-11中的规定。二、有害杂质含量石子中所含的有害杂质及其对混凝土造成的危害基本上与砂子相同。粗集料中常含有一些有害杂质，如硫化物、硫酸盐、氯化物和有机质。它们的含量应符合表5-12的规定。 第五章混凝土用集料注：①对于有抗冻、抗渗或其他特殊要求的混凝土，其所用碎石或卵石中，含泥量不应大于1.0%。当碎石或卵石中的含泥量是非黏土质的石粉时，其含泥量由表5-11的0.5%、1.0%、2.0%，分别提高到1.0%、1.5%、3.0%。②对有抗冻、抗渗或其他特殊要求的强度等级小于C30的混凝土，，其所用碎石或卵石中，含泥块量不应大于0.5%。项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25含泥量(按质量计)，％≤0.5≤1.0≤2.0泥块含量(按质量计)，％≤0.2≤0.5≤0.7表5-11碎石、卵石中含泥量和泥块含量 第五章混凝土用集料项目质量要求硫化物及硫酸盐含量(折算成SO3，按质量计)(％)≤1.0卵石中有机物质含量(用比色法试验)／(％)颜色应不深于标准色，当颜色深于标准色，应配置成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95注：当碎石或卵当集料用量一定时，其比表面积随着粒径的增大而减小，因而包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥；而且在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高强度。因此，粗集石中发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求后，方可采用。表5-12碎石、卵石中有害物质含量 第五章混凝土用集料粒形要求理想粒形：从提高混凝土强度和减小集料空隙的角度，粗集料比较理想的颗粒形状是三维长度相等或相近的球形或立方体形颗粒。针片状颗粒：针状颗粒是指颗粒长度大于集料所属粒级平均粒径2.4倍者；片状颗粒是指颗粒厚度小于集料所属粒级平均粒径的2/5者。平均粒径是指该粒级上、下限粒径的算术平均值。根据标准规定，卵石和碎石的针、片状颗粒含量应符合下表规定。表5-13碎石、卵石的针、片状颗粒含量项目混凝土强度等级≥C60C55～C30≤C25针、片状颗粒(按质量计)，％≤8≤15≤25 第五章混凝土用集料三、最大粒径及颗粒级配（一)最大粒径1、定义：粗集料公称粒级的上限（dm）称为该粒级的最大粒径，如级配为5～40mm的石子，其dm=40mm。2、选择：当集料用量一定时，其比表面积随着粒径的增大而减小，因而包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥；而且在一定和易性和水泥用量条件下，能减少用水量而提高强度。因此，粗集粗集料的最大粒径应在条件许可的情况下，尽量选大些。 第五章混凝土用集料规范规定混凝土用粗集料的最大粒径不得超过板厚的1/2或结构截面最小尺寸的1/4，也不得大于钢筋间最小净距的3/4,且不得超过100mm；对于建筑用混凝土实心板,集料最大粒径不得超过板厚的1/3，且不得超过40mm。对泵送混凝土，粗集料最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于l：3，卵石不宜大于1：2.5。 第五章混凝土用集料（二）颗粒级配粗集料的级配好坏对节约水泥、保证混凝土拌和物良好的和易性及混凝土强度有很大关系。特别是配制高强混凝土，粗集料级配特别重要。对于粗集料，有连续级配和间断级配之分。 第五章混凝土用集料1、连续级配:就是指颗粒由小到大，每级粗集料都占有一定比例,相邻两级径之比为N=2。天然河卵石都属于连续级配。但是这种连续级配的粒级之间会出现干扰现象。如果相邻两级粒径之D:d=6，直径小的一级集料，正好填充大一级的集料的空隙，这时集料的空隙率最低。2、间断级配:是指在连续级配中剔除一个或几个粒级，大粒径集料间的空隙由比其小很多的小粒级颗粒来填充，从而降低空隙率；因此，用间断级配的石子拌制的混凝土可以节约水泥，但由于粒径相差较大，易使混凝土拌和物出现分层离析现象，故在工程中应用较少。 第五章混凝土用集料3、粗集料的级配也是通过筛分析试验来确定。根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)的规定，采用标准方孔筛，其孔径为2.36mm、4.75mm、9.5mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、75.0mm、90.0mm等十二个。分计筛余百分率及累计筛余百分率的计算与砂相同。普通混凝土用碎石或卵石的颗粒级配应符合表5-14的规定。 第五章混凝土用集料表5-14碎石或卵石的颗粒级配范围级配情况公称粒级mm累计筛余率（%）方孔筛筛孔边长尺寸（mm）2.364.759.516.019.026.531.537.553637590连续级配5～1095～10080～1000～150————————5～1695～10085～10030～600～100———————5～2095～10090～10040～80—0～100——————5～2595～10090～100—30～70—0～50—————5～31.595～10090～10070～90—15～45—0～50————5～40—95～10070～90—30～65——0～50——— 第五章混凝土用集料表5-14碎石或卵石的颗粒级配范围级配情况公称粒级（mm）累计筛余率（%）方孔筛筛孔边长尺寸（mm）2.364.759.516.019.026.531.537.553637590单粒粒级10～20—95～10085～100—0～150——————16～31.5—95～100—85～100——0～100————20～40——95～100—80～100——0～100———31.5～63———95～100——75～10045～75—0～100—40～80————95～100——70～100—30～600～100 第五章混凝土用集料四、集料的强度为保证混凝土强度的要求，粗集料都必须是质地坚实、具有足够的强度。碎石和卵石的强度可采用岩石立方体强度和压碎指标两种方法来检验。(一)岩石立方体强度检验适用条件：在选择石子时，对其有严格的要求时，采用抗压强度检验。测试步骤：制作试件（一组6块，边长50mm）→浸泡48h吸水饱和→强度测试→数据处理。规范规定：根据《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52一2006)规定，岩石的抗压强度与设计要求的混凝土强度之比不应小于1.5，对于火成岩其强度不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60MPa，水成岩不宜低于30MPa。 第五章混凝土用集料(二)压碎指标检验（如图5-5所示）方法是：将一定质量的气干状态下10.0～20.0mm的石子除去针、片状颗粒，装入一定规格的圆筒内，在压力试验机上在160～300s内均匀加荷至200kN，并稳定5s，然后卸荷，取出测定筒，倒出筒中的试样并称其重量（m0），用孔径为2.36mm的筛筛去被压碎的细粒，称量剩留在筛上试样的重量（m1），则：式中——压碎指标，％，精确至0.1%；——试样质量，——压碎试验后筛余的试样质量，g。； 第五章混凝土用集料对多种岩石组成的卵石，应对公称粒径20.0mm以下和20.0mm以上的标准粒级（10.0～20.0mm）分别进行检验，则其总的压碎指标值应按下式计算：式中：——压碎指标值，％；,——试样中20.0mm以下和20.0mm以上两粒级的颗粒含量百分率；,——两粒级以标准粒级试验的分计压碎指标值。注意：以三次试验结果的算术平均值作为压碎指标测定值。压碎指标表示粗集料抵抗受压破坏的能力，其值越小，表示抵抗压碎的能力越强。压碎指标应符合表5-15和5-16的规定。 第五章混凝土用集料注：沉积岩包括石灰岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩、石英岩等；深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等；喷出的火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。表5-15普通混凝土用碎石的压碎指标岩石品种混凝土强度等级碎石压碎指标(%)沉积岩C60～C40≤10≤C35≤16变质岩或深成的火成岩C60～C40≤12≤C35≤20喷出的火成岩C60～C40≤13≤C35≤30 第五章混凝土用集料注：岩石立方体强度的检验，常用于配制C60以上混凝土，或在选择采石场对粗集料强度有严格要求，或对粗集料质量有争议，以及需经常对生产质量进行控制的混凝土。其测试流程如图5-5所示：表5-16普通混凝土用卵石的压碎指标混凝土强度等级C60～C40≤C35压碎指标(%)≤12≤16 第五章混凝土用集料四分法取样试样装入圆筒中整平筒内试样放置试验机上盖好加压头图5-5压碎指标测试流程 第五章混凝土用集料五、坚固性当集料由于干湿循环或冻融交替等风化作用引起体积变化而导致混凝土破坏时，即认为体积稳定性不良。具有某种特征孔结构的岩石会表现出不良的体积稳定性。曾经发现由某些页岩、砂岩等配制的混凝土较易遭受冰冻以及集料内盐类结晶所导致的破坏。集料的体积稳定性，可用硫酸钠溶液浸渍法检验其坚固性来判定。集料越密实，强度高，吸水率小时，其坚固性越好；结构疏松，矿物成分越复杂不均匀，其坚固性越差。采用硫酸钠溶液法检验，碎石和卵石经5次循环后，其质量损失应符合表5-17的规定。 第五章混凝土用集料表5-17碎石、卵石的坚固性指标混凝土所处的环境条件及其性能要求5次循环后的质量损失(％)在严寒及寒冷地区室外使用，并经常处于潮湿或干湿交替状态下的混凝土；有腐蚀介质作用或经常处于水位变化区的地下结构或有抗疲劳、耐磨、抗冲击等要求的混凝土≤8其他条件下使用的混凝土≤12 第五章混凝土用集料六、表观密度、堆积密度、空隙率表观密度、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%。七、碱活性反应1、碱活性：指混凝土集料与水泥中的碱起膨胀反应的特性。就是水泥中的碱与混凝土集料中的活性二氧化硅发生反应，生成新的硅酸盐凝胶而产生膨胀的一种破坏作用，由于它对混凝土的耐久性有极大危害，所以世界各国都对其十分重视。 第五章混凝土用集料2、规定：对于长期处于潮湿环境的重要结构混凝土，其所使用的碎石或卵石应进行碱活性检验。进行碱活性检验时，首先应采用岩相法检验碱活性集料的品种、类型和数量。当检验出集料中含有活性二氧化硅时，应采用快速砂浆棒法和砂浆长度法进行碱活性检验；当检验出集料中含有活性碳酸盐时，应采用岩石柱法进行碱活性检验。经上述检验，当判定集料存在潜在碱-碳酸盐反应危害时，不宜用作混凝土集料；应通过专门的混凝土试验，作最后的判定。当判定集料存在潜在碱—碳酸盐反应危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3，或采用能抑制碱-集料反应的有效措施。 第五章混凝土用集料八、集料的含水状态集料的含水状态可分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态等四种，如图5-6所示。干燥状态下的集料含水率等于或接近于零，气干状态的集料含水率与大气湿度相平衡，但未达到饱和状态；饱和面干状态的集料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥；湿润状态的集料不仅内部孔隙含水达到饱和，而且表面还附着一部分自由水。计算普通混凝土配合比时，一般以干燥状态的集料为基准，而大型水利工程常以饱和面干状态的集料为基准。 第五章混凝土用集料a)干燥状态b)气干状态c)饱和面干状态d)湿润状态图5—6集料的含水状态 第五章混凝土用集料本章小结混凝土组成材料的质量直接影响着混凝土的质量。本章以介绍组成混凝土材料的集料(砂、石)为主,重点讲解了不同种类、规格的粗细集料以及它们的各项技术性质和指标。详细介绍了各项试验检测的方法和操作过程，并插入操作的流程图片，给人直观的视觉，提高了接受能力。 END 土木工程材料第六章混凝土 第六章混凝土课题引入：通过案例分析指出混凝土质量是影响工程质量的关键因素，并导出混凝土质量控制所包含的内容，即材料的选择与配制、和易性、强度和耐久性等等。该桥梁在某桥墩的混凝土浇筑过程中取样送检时，结果表明桥墩抗压强度不达标而不得不返工。 第六章混凝土本章主要内容混凝土概述普通混凝土主要技术性质（和易性、强度、变形性能、耐久性）普通混凝土配合比设计掺外加剂和掺合料混凝土混凝土质量控制其他混凝土 第六章混凝土——概述第一节概述一、混凝土定义混凝土是指通过胶凝材料将大小不等的粗细集料胶结成为具有一定形状、尺寸和强度的人造石材，工程上常用“砼”来表示。它是目前世界上用途最广、用量最大的建筑材料。如下图所示：混凝土试件混凝土离析所致钢筋混凝土预制件 第六章混凝土——概述二、混凝土分类1．按胶凝材料不同分：主要有水泥混凝土（图）、沥青混凝土（图）、水玻璃混凝土和聚合物混凝土等。其中水泥混凝土是建筑结构中使用最多的混凝土，沥青混凝土是目前广泛使用的道路混凝土。2．按表观密度分：有重混凝土、普通混凝土和轻混凝土，其中普通混凝土是目前使用最广泛的混凝土（主要用作承重结构），它主要由水泥、砂、石、水配制而成，必要时可掺入适量的外加剂和掺合料等。 第六章混凝土——概述二、混凝土分类3．按用途分：主要有结构混凝土、道路混凝土、防水混凝土、防辐射混凝土、耐酸混凝土、膨胀混凝土等。4．按强度等级分：普通混凝土（＜C60）、高强混凝土（≥C60）、超高强混凝土（≥C100）。 第六章混凝土——概述水泥混凝土路面钢筋混凝土框架结构 第六章混凝土——概述沥青混凝土路面 第六章混凝土——主要技术性质普通混凝土 第六章混凝土——概述三、混凝土主要特点（以普通混凝土为例）成本低廉主要优点可塑性好抗压强度高耐久性好与钢筋等材料粘结性能较好性能可调整性好自重大；抗拉强度低；质量受人为影响；施工周期长；破坏后不易修复等。主要缺点 第六章混凝土——概述四、混凝土组成材料的选用品种、等级砂、石 第六章混凝土——概述五、混凝土的形成过程（以普通混凝土为例）按一定比例拌合水泥浆流动、填充并包裹砂子水泥水水泥浆砂水泥砂浆石水泥砂浆流动、填充并包裹石子混凝土拌合物凝结硬化混凝土通过上图分析可知：在混凝土形成过程中，水泥浆在混凝土凝结硬化前主要起润滑作用，在硬化过程中主要起粘结作用；砂石主要起骨架的作用。 第六章混凝土——主要技术性质第二节普通混凝土的主要技术性质一、混凝土拌合物的和易性定义混凝土的和易性（又称工作性）是指在一定施工条件下，便于施工操作（拌合、运输、浇筑和捣固等）且能得到均匀密实混凝土的综合性能。 第六章混凝土——主要技术性质第二节普通混凝土的主要技术性质一、混凝土拌合物的和易性指混凝土拌和物在自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动并能均匀密实地填满模板的性能含义指混凝土拌和物在施工过程中能保持水分而不致产生严重泌水现象的性能流动性保水性粘聚性指混凝土拌和物在施工过程中，各组成材料之间具有一定的粘聚力，不致分层离析使混凝土保持整体均匀性的性能 第六章混凝土——主要技术性质（二）测试与评定方法基本原则：根据我国《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）规定，混凝土拌和物和易性以测流动性为主，辅助观测黏聚性和保水性，即塑性混凝土的流动性用坍落度与坍落度扩展度表示，干硬性混凝土用维勃稠度来表示，辅以直观经验来评定黏聚性和保水性。 第六章混凝土——主要技术性质（二）测试与评定方法1．坍落度法（T≥10mm）适用范围：适用于集料最大粒径不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土拌和物。其测试流程如图6-4所示。按坍落度分级：见表6-1。坍落度选择原则：在方便施工且能得到均匀密实混凝土的前提下，宜尽可能选择坍落度较小的，以节省水泥、降低成本。按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）规定，混凝土浇筑时的坍落度宜按表6-2选用。 第六章混凝土——主要技术性质材料称量机械搅拌出料混凝土入筒混凝土捣固提起坍落筒量测坍落度观测黏聚性观测保水性图6-4混凝土拌和物和易性测试流程图 第六章混凝土——主要技术性质表6-1混凝土按坍落度的分级级别名称坍落度（mm）级别名称坍落度（mm）T1低塑性混凝土10～40T3流动性混凝土100～150T2塑性混凝土50～90T4大流动性混凝土≥160表6-2混凝土浇筑时的坍落度（mm）项目结构种类坍落度（mm）1基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构10～302板、梁和大型或中型截面柱子等30～503配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）50～704配筋特密的结构70～90注：本表适用于机械振捣。当人工捣实时，表中数据应酌情增大20～30mm。 第六章混凝土——主要技术性质2．维勃稠度法（T＜10mm）适用范围：该种方法适用于集料最大粒径不大于40mm，维勃稠度为5~30s的混凝土拌和物，其主要仪器设备和测试流程如图6-5、6-6所示。按维勃稠度分级：见表6-3.表6-3混凝土按维勃稠度的分级级别名称维勃稠度（mm）级别名称维勃稠度（mm）V0超干硬性混凝土≥31V2干硬性混凝土20～11V1特干硬性混凝土30～21V3半干硬性混凝土10～5 第六章混凝土图6-5维勃稠度仪启振振动过程中振平图6-6维勃稠度的测试 第六章混凝土——主要技术性质（三）影响混凝土拌和物和易性的主要因素水灰比水泥浆量单位用水量含砂率时间和环境条件材料的用量及其比例关系组成材料性质影响因素集料性质外加剂、掺合料水泥品种 第六章混凝土——主要技术性质（四）改善混凝土拌合物和易性的主要措施1．改善集料（特别是粗集料）级配，尽量采用较粗的砂石。2．采用合理含砂率。3．适当调整水泥浆量和集料用量。4．掺用外加剂（如减水剂、引气剂等）或掺合料（如粉煤灰、硅灰等）。 第六章混凝土——主要技术性质案例分析【案例6-1】某工程试验人员在进行混凝土拌和物和易性测试中，发现拌和物坍落度偏小而不符合施工要求，于是直接往拌和物中加入适量水，重新拌和后测试其坍落度满足要求；后来该混凝土在施工过程中，发现泌水现象严重且混凝土强度偏低不符合设计强度要求。原因分析：根据以上资料不难发现，该工程试验人员在调整和易性时，采用直接加水的办法，无疑增大了该混凝土水灰比，导致混凝土用水量过多产生泌水现象，同时降低强度。调整措施：应保持水灰比不变，适当增加水泥浆量，即同时增加水泥和水的用量。此案例告诉我们在进行混凝土拌和物和易性调整时，一定要综合考虑该方案的可行性，即在改善某方面性能的同时，不能随意将其它性能改变尤其是变差。 第六章混凝土——主要技术性质二、混凝土的强度（一）强度类型按照国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）的规定，混凝土强度主要有立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度等。1．立方体抗压强度试件制作：标准边长150mm；一组三块（如右图所示）。标准养护：温度为20±2℃，相对湿度95%以上；龄期28天。强度测试：如右图所示。模具试件强度测试 第六章混凝土——主要技术性质强度数据处理：（1）确定三个抗压强度测值中的中间值，即；（2）判断：三个测值中最大值和最小值分别与中间值比较，不允许超出中间值的±15%，即：（3）结论：①若最大值和最小值均满足上式要求，取②若最大值或最小值超限，即仅一值不满足上式要求，取③若最大值和最小值均超限，即均不满足上式要求，则该组试件的试验结果无效，应重做试验。 第六章混凝土——主要技术性质强度等级划分与判断：（1）混凝土抗压强度标准值：指按标准试验方法制作和养护的边长为150mm的立方体试件，在28天龄期用标准方法测得的强度总体分布中，具有不低于95%保证率的立方体抗压强度值，用表示，单位为MPa。（2）强度等级划分：混凝土强度等级是根据立方体抗压强度标准值来确定的，用符号C与立方体抗压强度标准值表示。根据我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）规定，普通混凝土立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80共14个等级。 第六章混凝土——主要技术性质（3）强度等级判断：①标准尺寸:以抗压强度代表值所属两强度等级之间的下限值为强度等级；如：，属于C25～C30之间，则取下限值为C25。②非标准尺寸:按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）规定，混凝土立方体试件的尺寸应根据粗集料的最大粒径确定，当采用非标准尺寸试件时，应将其抗压强度乘以换算系数（见表6-4）转换成标准强度后再按①确定。表6-4混凝土试件尺寸及强度的尺寸换算系数1.05200×200×200≤631.00150×150×150≤400.95100×100×100≤31.5强度尺寸换算系数试件尺寸（mm）集料最大粒径（mm） 第六章混凝土——主要技术性质2．混凝土的轴心抗压强度（棱柱体抗压强度）定义：现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）规定，采用150mm×150mm×300mm棱柱体试件，在标准条件下养护28d，测得的抗压强度值称为轴心抗压强度，又称棱柱体抗压强度。大小：意义：为了更准确的反映实际工程构件的强度或受压情况。 第六章混凝土——主要技术性质3．混凝土抗拉强度大小：抗压强度的1/10～1/20；意义：作为确定混凝土抗裂能力的重要指标；测试方法：轴心抗拉和劈裂抗拉试验两种，目前国内外普遍采用劈裂拉伸法。4．混凝土的抗折强度工程实际中，对于道路路面或机场跑道用水泥混凝土，往往以抗折强度（有时也称抗弯拉强度）作为主要强度指标，而抗压强度仅作为参考指标。 第六章混凝土——主要技术性质（二）影响混凝土强度的因素混凝土结构的破坏形式有三种：集料与水泥石的界面破坏（黏结破坏）——易发生水泥石的破坏——易发生集料的破坏——不易发生由此可见：混凝土的强度主要取决于集料与水泥石的黏结强度和水泥石自身的强度，而此两种强度又与水泥强度等级、水灰比以及集料的性质等有很大关系。除此之外，混凝土强度还受到施工质量、养护条件及硬化龄期等的影响。 第六章混凝土——主要技术性质1．水泥强度与水灰比根据大量对混凝土材料的研究和工程实践经验统计表明：在原材料一定的情况下，混凝土28d的立方体抗压强度与水泥强度、水灰比之间的关系，可用保罗米公式表述为：式中：——混凝土龄期为28d的立方体抗压强度，MPa；——水泥28d的实际抗压强度值，MPa；——灰水比，即水灰比的倒数；——回归系数，其值与集料和水泥品种有关，按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）由下表确定。0.330.070.480.46卵石碎石系数石子品种 第六章混凝土——主要技术性质2．集料品种与质量：与其表面特征、粗细、级配、针片状颗粒及其他有害物质含量等有关。3．施工质量：施工设备和施工工艺4．养护条件：（1）环境温度一般情况下：当环境温度在4～40℃时，提高养护温度可以促进水泥的水化和硬化，显著提高混凝土的初期强度。日平均温度低于5℃的寒冷地区：为了防冻，一般就不宜浇水了，而应采用塑料布（如右图所示）等覆盖保温；覆盖塑料布 第六章混凝土——主要技术性质（2）环境湿度由于水泥属于水硬性胶凝材料，环境湿度的大小对混凝土强度也有显著影响。实践表明，对于高温干燥的环境，若采用自然养护，其混凝土强度要下降达40%～50%。混凝土强度与保湿日期的关系，如图6-8所示。为了使混凝土能正常硬化，规范规定，新浇混凝土在成型后一定时间内（一般在浇筑后12h以内）进行覆盖，待达到一定强度后开始浇水养护（图）；其保湿时间应根据水泥品种、环境湿度、外加剂类型以及混凝土性能要求等确定。工程中常采用在混凝土表面覆盖草袋（图）、麻袋、湿砂等吸湿性较好的材料，在养护期间应经常检查保持其润湿； 第六章混凝土——主要技术性质图6-8混凝土强度与保湿日期的关系 第六章混凝土——主要技术性质浇水养护 第六章混凝土——主要技术性质覆盖草袋 注意：由于混凝土强度早期发展较快，后期发展较慢，因此其计算结果早期偏低，后期偏高，因此仅能作一般估算参考。第六章混凝土——主要技术性质5．龄期在标准养护条件下，混凝土强度与龄期的对数成正比关系，可按下式估算：式中：——龄期为n天的混凝土抗压强度，MPa；——龄期为28天的混凝土抗压强度，MPa；——养护龄期，≥3d。 第六章混凝土——主要技术性质6．试验条件1）试件形状由于环箍效应（如下图）的影响，棱柱体强度比立方体强度低。2）试件大小试件越大，出现孔隙、裂缝的概率越大，因而破坏的概率就越大，测得的强度也就越低 第六章混凝土——主要技术性质3）试件平整度和含水状态试件表面不平整，所测强度偏低；因此规范规定在测混凝土抗压强度时只能压光滑面，且受压面上不能有碎片、砂粒等；由材料耐水性知识可知，混凝土含水越多时所测强度也越低。4）加荷速度由于材料在外力作用下将产生滞后于荷载的变形，若加荷速度越快，所测强度就越高。因此在测混凝土强度时必须按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）规定控制加荷速度，即当Cn＜C30时，按每秒0.3～0.5MPa速度加荷；当C30≤Cn＜C60时，按每秒05~0.8MPa的速度加荷；当Cn≥C60时，按每秒0.8～1.0MPa的速度加荷。 第六章混凝土——主要技术性质（三）提高混凝土强度的主要措施1．采用高强度等级的水泥；2．降低水灰比；3．采用坚实洁净、级配良好的集料，选用合理的砂率；4．加强养护，确保施工适量；5．掺用外加剂（如减水剂）和掺合料（如粉煤灰、硅灰等）。注意：在实际工程中，有的混凝土有早强要求，如抢修工程、严寒地区冬季施工、桥梁拼装接头等，此时可通过采用早强水泥、采用蒸汽养护、使用早强剂等措施来提高其早期强度。 第六章混凝土——主要技术性质案例分析【案例6-2】某桥梁混凝土工程从夏季开始施工，混凝土强度一直较为稳定合格；但一进入冬季后，发现混凝土试件强度偏低，甚至不符合设计要求，后用非破损试验检测工程部位混凝土，其强度是合格的。原因分析：经现场调查分析发现，该工程试验人员一直以来将混凝土试件直接堆放在室内地面，即进行自然养护而非标准养护；夏季环境温度高，混凝土试件强度能得到保证；然而，进入冬季后，混凝土在施工中采用了相应的保温措施，而混凝土试件所处环境温度过低，水泥水化、凝结硬化受到严重影响，因此强度发展无法保证而降低。整改措施：作为实验室试验人员，必须经严格考核持证上岗，在试验过程中必须熟悉试验规程，并严格执行。 第六章混凝土——主要技术性质三、混凝土的变形性能（一）非荷载作用下的变形1．化学变形：化学变形是指混凝土中水泥水化前后体积变化所导致的变形，它包括化学收缩和化学膨胀。2．干湿变形干缩：由于环境干燥所致，对结构有破坏作用；湿涨：由于环境潮湿所致，对工程无影响。应用：工程实际中可通过选用适宜的水泥品种、坚实洁净且级配良好的集料，尽量减少水泥浆量，采用合理的砂率，加强捣固和养护，确保施工质量等措施来减少混凝土的干缩。 第六章混凝土——主要技术性质3．温度变形温度变化所引起的变形：一般是指混凝土随外界环境温度变化而发生的整体的热胀冷缩，对工程往往有不利影响。应用：对于延长型混凝土构件如水泥混凝土路面、桥梁梁体等，工程实际中一般采取设置伸缩缝（如图）。混凝土自身内外温差所引起的变形：一般是指混凝土在硬化初期，水泥水化放出较多的热量，而混凝土是热的不良导体，使混凝土内外散热极不均衡，往往导致内部温度高、外部温度低，最高温差可达到50～70℃（一般不允许超过25℃），严重者将使混凝土由于内部膨胀、外部收缩过大而产生裂缝，影响混凝土的耐久性。应用：工程实际中可通过采用低水化热的水泥、减少水泥用量和人工降温等措施来控制这一变形。 第六章混凝土——主要技术性质施工中竣工后伸缩缝 第六章混凝土——主要技术性质（二）荷载作用下的变形1．短期荷载作用下的变形——弹塑性综合变形试验表明，一般混凝土由于化学收缩自身便带有细微的界面裂缝，在外力作用初期，混凝土主要产生可恢复的弹性变形，结构仅出现微小的弹性压缩，但随着外力的增加，内部裂缝由于出现应力集中开始产生扩张，而后水泥石出现裂缝，伴随着的则是弹塑性综合变形，最后裂缝出现贯通，混凝土发生横向膨胀而导致破坏。 第六章混凝土——主要技术性质（二）荷载作用下的变形2．长期荷载作用下的变形——徐变定义：混凝土在长期荷载作用下，沿作用力方向随时间而不断增长的塑性变形即为徐变（一般认为是由于水泥石凝胶体在长期荷载作用下发生缓慢的黏性流动并沿毛细孔迁移的结果）。影响因素：因素很多，但最根本的因素是水泥用量与水灰比。对工程的影响：有利有弊。 第六章混凝土——主要技术性质四、混凝土的耐久性（一）混凝土耐久性的主要表现1．抗渗性定义：混凝土抵抗压力液体渗透的性能。指标：抗渗等级Pn；即以龄期为28d的标准试件，按标准试验方法试验，以所能承受的最大静水压力来确定。混凝土抗渗等级共有P4、P6、P8、P10、P12五个等级，它们分别表示混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时不同的最大水压力。例如：P6表示能承受0.6MPa的水压而不渗透；抗渗等级≥P6的为抗渗混凝土。决定因素：密实度和孔隙特征 第六章混凝土——主要技术性质2．抗冻性定义：混凝土的抗冻性是指混凝土在吸水饱和状态下，经受多次冻融循环而不破坏的性能。指标：抗渗等级Fn，即以龄期为28d的试件在吸水饱和后，经受反复冻融循环，质量损失不超过5%、抗压强度损失不超过25%时所能承受的最大冻融循环次数为n次；分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等9个等级，抗冻等级≥F50的混凝土为抗冻混凝土。决定因素：密实度和孔隙特征 第六章混凝土——主要技术性质3．抗蚀性定义：主要是指混凝土中水泥石抵抗化学腐蚀的性能。决定因素：密实度、孔隙特征和水泥品种等。4．抗碳化碳化机理：空气中CO2和H2O对水泥石中的Ca(OH)2造成碳化作用，使钢筋逐步失去了碱性保护而锈蚀，导致钢筋混凝土结构逐渐破坏。决定因素：密实度、孔隙特征和水泥品种。应对措施：对于长期处在潮湿且CO2含量高的环境中的混凝土，工程中常采用降低水灰比、掺入减水剂或做表面防护等措施来提高其抗碳化的性能。 第六章混凝土——主要技术性质5．碱——集料反应定义：碱——集料反应（Alkali-AggregateReaction，简称AAR）指水泥中的碱与混凝土集料中的活性二氧化硅发生反应，生成新的硅酸盐凝胶吸水后产生膨胀的一种破坏作用。反应条件：①碱活性骨料②有足够量的碱（Na2O、K2O等）③水决定因素：水泥品质和集料品质。另外，对于道路和桥梁工程用混凝土，耐磨性也是影响其耐久性的重要性能。比如高等级路面的水泥混凝土，必须具有足够的抵抗车轮磨耗和磨光的性能，而大型桥梁墩台用混凝土也需要具有抵抗湍流冲刷的能力。 第六章混凝土——主要技术性质（二）提高混凝土耐久性的主要措施耐久性决定因素：密实度、孔隙特征和组成材料品质改善耐久性措施：1．根据工程地质和水文环境，合理选择水泥品种；2．使用坚实洁净、级配良好的集料，选择合理含砂率；3．严格控制单方混凝土最小水泥用量和最大水灰比。4．掺用减水剂，减少用水量，提高混凝土密实度；5．掺用引气剂，改善孔隙特征；6．加强捣固与养护，确保施工质量；7．加做表面防护，如涂刷涂料、防水砂浆、沥青等，防止混凝土的腐蚀和碳化。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计第三节　普通混凝土的配合比设计一、配合比的定义及表示方法（一）混凝土配合比的定义混凝土配合比是指混凝土中各种组成材料的数量及其比例关系。（二）混凝土配合比的表示方法1．以每m3混凝土各种组成材料的数量（质量或体积）来表示。工程中常用质量来表示，比如“1m3混凝土各种组成材料的质量分别为：318kg、710kg、1230kg、136kg”。2．以混凝土各组成材料的数量（质量或体积）比来表示。工程中常用质量比来表示，比如，这里需注意在计算比例时材料的排列顺序不能随意颠倒。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计二、混凝土配合比设计的基本要求（一）以“抗压强度”为主要指标的配合比设计应满足的基本要求1.满足结构设计和施工进度要求的混凝土强度等级要求；2.保证混凝土拌和物满足施工要求的工作性（和易性）；3.保证混凝土具有良好的耐久性，满足抗冻、抗渗、抗腐蚀的要求，从而使混凝土达到经久耐用的使用目的；4.在保证上述质量和施工方便的前提下，尽量节约水泥，合理使用原材料，从而降低工程成本，取得良好的经济效益。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（二）以“耐久性”为主要指标的配合比设计应满足的基本要求1.满足结构使用寿命的耐久性要求；2.满足施工的和易性要求；3.满足结构承载的强度等级要求；4.符合综合经济性原则（包括寿命期内维修加固费用）。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计三、混凝土配合比设计的三个重要参数（一）水与水泥的比例，即水灰比。它是决定混凝土强度的重要参数，同时对和易性、耐久性和经济性都要重要影响。（二）砂与石的比例关系，用含砂率来表示。它主要决定混凝土的和易性。（三）水泥浆量与集料量的比例关系，常用单位用水量来表示。它决定了混凝土和易性和经济性。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计由此可知，要想配制出符合各项技术性能和经济要求的混凝土，控制好这三个参数是关键，其确定原则如下图所示。水泥浆集料满足各项技术要求且经济的的混凝土水水泥砂石子水灰比砂率在满足强度和耐久性要求下，取较小值在满足黏聚性要求下，取较小值单位用水量在满足流动性要求下，取较小值 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计四、混凝土配合比设计步骤（以抗压强度为主要指标）规范：《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）设计资料：Cn();选材水泥（品种→、等级→）；砂子（品种，，或→粗细程度，）；石子（品种→，，，）；水（化学检验，）;根据杆件尺寸和配筋情况并结合混凝土施工捣固条件，选定所需坍落度T。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（一）初步配合比（计算配合比）1．计算试配强度（）式中：:——混凝土配制强度，MPa；——混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；——混凝土强度标准差，MPa；其确定方法有两种：6.05.04.0（MPa）＞C35C20～C35＜C20混凝土强度等级（1）当施工单位无近期同类混凝土统计资料时，其值应按《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-2002）的规定按照下表选用。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（2）当施工单位具有近期同类混凝土（强度等级、配合比和生产工艺等相同的混凝土）28d抗压强度的统计资料不少于25组时，可按下式确定：式中：——统计周期内同类混凝土第组试件的抗压强度代表值，MPa；——统计周期内同类混凝土组试件抗压强度平均值，MPa；——统计周期类同类混凝土试件组数，≥25。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计2．计算水灰比（W/C）强度要求：耐久性要求：查表6-6得到。兼顾强度和耐久性要求，上述两值比较,取较小值。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计环境条件结构物类别最大水灰比最小水泥用量[kg/(m3混凝土)]素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土预应力混凝土干燥环境正常的居住或办公用房屋内不作规定0.650.60200260300潮湿环境无冻害1、高湿度的室内；2、室外部件；3、在非侵蚀性土和（或）水中的部件。0.700.600.60225280300有冻害1、经受冻害的室外部件；2、在非侵蚀性土和（或）水中且经受冻害的部件；3、高湿度且经受冻害的室内部件。0.550.550.55250280300有冻害和除冰剂的潮湿环境经受冻害和除冰剂作用的室内和室外部件0.500.500.50300300300表6-6建筑混凝土的最大水灰比和最小水泥用量（JGJ55—2000）例题6-1W/C例题6-1C0例题6-3W/C例题6-3C0W/CC0 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计3．确定用水量（kg/m3混凝土）1）干硬性、塑性混凝土：当水灰比在0.4～0.8范围内时，应根据集料的品种、粒径及施工要求所需的混凝土拌合物稠度，按表6-8选用；对于水灰比＜0.4的混凝土及采用特殊成型工艺的混凝土用水量，应通过试验确定。2）流动性、大流动性混凝土：以表中坍落度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；对于掺外加剂的混凝土用水量见第四节掺外加剂和掺合料混凝土。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计拌合物稠度卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）项目指标102031.540162031.540干硬性混凝土维勃稠度（s）16～20175160—145180170—15511～15180165—150185175—1605～10185170—155190180—165塑性混凝土坍落度（mm）10～3019017016015020018517516535～5020018017016021019518517555～7021019018017022020519518575～90215195185175230215205195表6-8干硬性和塑性混凝土的用水量（kg/m3混凝土）注：①本表用水量是采用中砂时的平均值。采用细砂时，混凝土用水量可增加5～10kg/（m3混凝土）；采用粗砂时，则可减少5～10kg/（m3混凝土）。②掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整。例题（W0） 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计4．计算水泥用量（kg/m3混凝土）考虑耐久性要求查表6-6得，与计算值比较取较大值。5．选取合理含砂率1）T=10～60mm:查表（6-9）内插法；2）T＞60mm：可由试验确定，也可在表6-9的基础上，按坍落度每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以调整。3）T＜10mm及掺用外加剂和掺合料的混凝土的砂率，应由试验确定。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计水灰比(W/C)卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）1020401620400.4026～3225～3124～3030～3529～3427～320.5030～3529～3428～3333～3832～3730～350.6033～3832～3731～3636～4135～4033～380.7036～4135～4034～3939～4438～4336～41表6-9混凝土的砂率（%）注：①本表数值系中砂的选用砂率，对于细砂或粗砂，可相应的减少或增大砂率。②只用一个单粒级粗集料配制混凝土时，砂率应适当增加。③对薄壁构件，砂率取偏大值。例题（） 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计6．计算砂、石用量、绝对体积法：即认为混凝土拌合物总体积等于各组成材料的密实体积与及其所含空气体积之和，可按式6-8计算确定，即： 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计重量法（质量法）：即认为1m3混凝土总质量等于各种组成材料的质量和，此时假定空气质量为零，则可按式6-9计算确定，即：注意：以上两种方法在实际工程中根据具体情况选用，一般只要知道混凝土各组成材料的密度（或表观密度），宜选择体积法，这种方法虽然工作量大，但计算结果更为精确。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计7．归纳初步配合比配合比表示方法组成材料水泥砂子石子水1m3混凝土各种材料用量（kg）质量比1：/：/：/ 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（二）试验配合比（设计配合比）1．和易性检验与调整→基准配合比1）混凝土试配用量的确定：应符合表6-11要求。表6-11混凝土试配的最小搅拌量集料最大粒径（mm）拌合物数量（L）31.5及以下154025注：当采用机械搅拌时，其搅拌量不应小于搅拌机额定搅拌量的1/4。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计2）和易性检验与调整实测结果调整方法坍落度偏大①保持W/C不变，减少水泥浆量；②保持不变，增加砂石用量。坍落度偏小保持W/C不变，增加水泥浆量（根据经验，每增加水泥浆2%～3%，坍落度增大10mm左右）。黏聚性、保水性不好①若保水性不好，可适当增大砂率；②若黏聚性不好，可根据砂浆包裹石子的情况适当增大或减小含砂率。需注意的是，若按上述方法在调整过程中始终达不到指标要求，可考虑改善集料级配、掺用外加剂或掺合料等方法进行调整，直到符合要求为止。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计3）基准配合比的计算经和易性调整合格后，混凝土拌和物各种材料实际用量为、、、，并测出拌和物湿表观密度，则可通过下式计算出该混凝土的基准配合比如下：1m3混凝土各种材料用量（kg)质量比::::= 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计2．强度检验与调整→试验配合比1）制作试件、检验强度强度检验时应至少采用三个不同的配合比，其一为基准配合比，另外两个配合比采用水灰比较基准配合比分别增加和减少0.05，砂率可分别增加和减少1%，并按照用水量和混凝土湿表观密度不变的原则进行计算调整，调整后如表6-13所示。组别水灰比含砂率用水量混凝土配合比强度1-0.052（基准配合比）3+0.05表6-13混凝土强度复核时的三组配合比 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计2）确定试验室配合比将以上三组配合比各制作一组（3块）试件，标准养护到28d时试压得出相应的强度代表值如表6-13所示。制作混凝土试件时，应检验混凝土的和易性及测定表观密度，并以此结果作为代表相应配合比的混凝土拌和物的性能。（1）由试验得出混凝土强度与其相对应的灰水比（C/W）关系，用作图法或内插计算法求出与混凝土配制强度相对应的灰水比。并按下列原则确定1m3混凝土的材料用量：①用水量（）：取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行适当调整；②水泥用量（）：以用水量乘以选定的灰水比计算确定；③粗、细集料用量（和）：通过体积法（或质量法）计算确定； 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（2）混凝土表观密度的校正①计算混凝土表观密度计算值（）②计算混凝土配合比校正系数（δ）式中：——混凝土表观密度实测值（kg/m3） 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（3）确定试验室配合比①当≤2%时：试验配合比为：②当＞2%时：试验配合比为： 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（三）施工配合比假设现场测得砂、石含水率分别为、，则换算后施工配合比为：1．1m3混凝土各种材料用量为：见表6-14表6-14施工配合比中1m3混凝土各种材料用量2.质量比：= 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计【例题6-1】混凝土配合比设计算例已知某桥梁工程的桥墩为钢筋混凝土结构（温和地区），相关资料如下：①混凝土设计强度等级为C30，施工要求坍落度为35～50mm（混凝土由机械搅拌/机械振捣），该施工单位无历史统计资料。②采用的材料为：普通水泥，水泥强度等级为42.5，密度为3.1g/cm3，水泥强度富余系数为1.08；砂为中砂，表观密度=2.70g/cm3；碎石的表观密度=2.65g/cm3，最大粒径为40mm；自来水。假定混凝土拌和物表观密度为2400kg/m3。③现场测得砂子含砂率为3.5%，石子含砂率为1.5%。试设计该混凝土的配合比。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计【解】（一）计算初步配合比1．确定试配强度=30+1.645×5.0=38.2MPa由于无历史统计资料，按下表选用。混凝土强度等级＜C20C20～C35＞C35（MPa）4.05.06.0 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计2．计算水灰比===0.53为保证混凝土的耐久性，根据混凝土所处环境为温和地区，查表6-6可知，允许最大水灰比为0.60，与上述计算值比较，取较小值0.53。 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计3．确定单位用水量根据设计资料，混凝土拌合物坍落度为35～50mm，碎石最大粒径40mm，查表6-8得混凝土单位用水量为175kg/m3，由于为中砂，因此不需增减。4．计算水泥用量为保证混凝土的耐久性，根据混凝土所处环境为温和地区，查表6-6可知，允许最小水泥用量为280kg/m3，与上述计算值比较，取较大值330kg/m3。==330kg/m3 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计5．选取合理含砂率根据设计资料，混凝土拌和物坍落度为35～50mm，碎石最大粒径为40mm，查表6-9，用内插法计算如下：根据0.53介于0.50和0.60之间，先分别查出0.50和0.60所对应的含砂率范围，并计算其平均值，列表如下，再通过内插法计算得出含砂率，即：35.533～380.600.5332.530～350.50（%）含砂率（%）水灰比 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计6．计算砂、石用量1）绝对体积法2）质量法、=623kg/m3=1265kg/m3=625kg/m3=1270kg/m3 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计7．归纳初步配合比（体积法），见表6-15。表6-15混凝土初步配合比配合比表示方法组成材料水泥砂子石子水1m3混凝土各种材料用量（kg）3306231265175质量比1：1.89：3.83：0.53 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（二）试配调整→试验配合比1．和易性调整，确定基准配合比1）计算混凝土拌和物试配用量因石子最大粒径为40mm，则混凝土最小搅拌量为25L，试拌混凝土各种材料用量为：水泥：330×2.5%=8.25kg砂子：623×2.5%=15.58kg石子：1265×2.5%=31.62kg水：175×2.5%=4.38kg 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（二）试配调整→试验配合比1．和易性调整，确定基准配合比2）检验混凝土拌和物和易性按照以上计算用量将混凝土拌和好后，测得其坍落度为25mm，黏聚性和保水性良好。因此保持水灰比不变，根据经验，增加水泥浆5%，经拌合后，测定其坍落度为45mm，黏聚性和保水性均良好，和易性满足施工要求。此时混凝土拌和物各种材料实际用量为：=8.25×（1+5%）=8.66kg=15.58kg=31.62kg=4.38×（1+5%）=4.60kg拌合物总量为=8.66+15.58+31.62+4.60=60.46kg 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计3）确定基准配合比经实际测得该混凝土拌和物湿表观密度=2405kg/m3，则和易性调整合格后，1m3混凝土各种材料用量分别为：=344kg==620kg==1258kg==183kg==：：：344:620:1258:183=1:1.80:3.66:0.53质量比 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计2.强度调整，确定试验配合比1）调整配合比在基准配合比的基础上，按单位用水量和表观密度不变，将水灰比分别增减0.05，砂率相应增减1%，调整出其他两组配合比。调整后的三组配合比如下表所示。=589kg/m3=1252kg/m3砂石用量算例（1）组别水灰比含砂率用水量混凝土配合比10.4832%183381:589:1252:1832（基准配合比）0.5333%183344:620:1258:18330.5834%183316:648:1258:183 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计2）制作试件、强度测试并计算代表值将三组不同的配合比分别拌制混凝土拌和物，通过和易性测试并满足要求后各制作试件一组，标准养护28d后，测定其立方体抗压强度，见下表。组别水灰比（W/C）灰水比（C/W）10.482.0845.420.531.8939.830.581.7234.4强度代表值 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计注：此处的含砂率变化很小，忽略不计，因此仍为33%3）计算试验配合比根据表6-17的结果，可通过内插法(同含砂率计算方法)计算得出配制强度=38.2MPa对应的水灰比为0.54，即灰水比为1.85。则1m3混凝土各种材料用量分别为：（1）用水量：=183kg（2）水泥用量：=183×1.85=339kg（3）砂石用量（质量法）：=621kg/m3=1262kg/m3 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计①计算表观密度：=339+621+1262+183=2405kg/m3；混凝土表观密度校正②实测其湿表观密度：=2420kg/m3③计算混凝土配合比校正系数：δ==1.01，即=0.6%＜2%=339:621:1262:183=1:1.83:3.72:0.54④计算试验配合比为： 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计（三）计算施工配合比根据设计资料，现场砂子含砂率为3.5%，石子含砂率为1.5%，则换算后1m3混凝土各种材料用量分别为：==339kg==643kg==1281kg==142kg施工配合比=339:643:1281:142=1:1.90:3.78:0.42 第六章混凝土——普通混凝土配合比设计五、以“耐久性”为主要指标的混凝土配合比设计（简介）规范：《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476—2008）区别：在初步配合比设计中：1．在选用混凝土强度等级（）时，除应满足承载力需求外，还应根据结构耐久性对混凝土最低强度等级的要求进行确定。2．混凝土最大水灰比和胶凝材料（水泥）最小用量应满足耐久性对不同使用年限和环境条件等级作用下的要求。此外，对于钢筋混凝土，在选取水灰比时还需考虑与钢筋保护层厚度相匹配。对于试验配合比和施工配合比同前。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土第四节掺外加剂和掺合料混凝土一、混凝土外加剂（一）概述1.定义：混凝土外加剂是指在混凝土拌和物中加入不超过水泥质量5%，能显著改善混凝土性能的材料。2.主要作用：1.改善新拌混凝土的工作性能，达到易于施工的目的；2.调整混凝土的硬化速度，缩短混凝土养护时间；3.改善硬化混凝土的性能，如提高混凝土强度、改善混凝土耐久性等。4.节省水泥，降低成本。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（二）外加剂主要类型1．减水剂1）定义：减水剂是指在新拌混凝土坍落度基本相同的条件下，能明显减少拌和用水量的外加剂。它是目前工程建设中用途最广泛的外加剂之一。2）作用机理（如图所示）a）减水剂分子模型b）未掺减水剂的絮凝结构c）d）掺减水剂后的水泥颗粒被分散图6-14减水剂作用原理 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3）技术经济效果（1）增大流动性。思路：保持水泥用量和水灰比不变→用水量不变→增大流动性。（2）提高强度。思路：保持流动性和水泥用量不变→减少用水量→水灰比降低→提高强度。（3）改善耐久性。思路：流动性不变→用水量减少→提高密实度、改善耐久性。（4）节省水泥。思路：（流动性不变→用水量减少，且强度不变→水灰比不变）→水泥用量减少。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土4）常用减水剂类型按凝结时间分：标准型、早强型和缓凝型；按是否引气分：引气型和非引气型；按减水剂减水及增强能力分：（1）普通减水剂（减水率＜15%）：宜用于日最低气温5℃以上施工的混凝土，（2）高效减水剂（减水率为18%～25%）：宜用于日最低气温0℃以上施工的混凝土，并适用于制备大流动性混凝土、高强混凝土以及蒸养混凝土。目前市场上常用高效减水剂有萘系减水剂，氨基磺酸盐系减水剂，聚氰胺系减水剂和羧酸盐系减水剂等。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土目前世界上最前沿、科技含量最高、应用前景最好、综合性能最优的一种混凝土减水剂，即羧酸盐系减水剂。其性能特点主要表现为：（1）掺量低、减水率高，增强效果好；（2）混凝土和易性好，且坍落度损失小，90min内基本无损失；配制高强度混凝土时，黏聚性好且易于搅拌。（3）含气量适中，对混凝土弹性模量无不利影响，抗冻性好；（4）能降低水泥早期水化热，有利于大体积混凝土和夏季施工；（5）适应性优良，与水泥、掺合料和其他类型外加剂相容性好； 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（6）低收缩，可明显降低混凝土收缩，显著提高混凝土体积稳定性和耐久性；（7）碱含量极低，可有效地防止碱集料反应的发生（8）产品稳定性好，高性能化潜力大；（9）产品绿色环保，不含甲醛，对环境无污染；（10）经济效益好，使用该减水剂可用更多的矿渣或粉煤灰取代水泥，降低成本。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2．早强剂定义：早强剂是指能加速混凝土硬化，提高其早期强度的外加剂。类型：1）氯盐类早强剂氯盐类早强剂主要有氯化钙、氯化钾、氯化铝等，其中氯化钙使用最广泛，为白色粉状物，适宜掺量为0.5%～1%，能使混凝土3d强度提高10%～50%，7d强度提高20～40%；除此之外，还有促凝、防冻、价低、使用方便等作用。主要缺点：是Cl—会使钢筋锈蚀，并导致混凝土开裂；为防止出现这一现象，通常与阻锈剂NaNO2复合使用。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2）硫酸盐类早强剂硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠、硫酸铝、硫酸铝钾等，其中硫酸钠使用较广泛，又名元明粉，为白色粉状物，适宜掺量为0.5%～2%，多为复合使用，如NC，是硫酸钠、糖钙与青砂混合磨细而成的一种复合早强剂。硫酸钠对钢筋无锈蚀作用，可用在不允许掺用氯盐的混凝土。注意：硫酸钠要与氢氧化钙作用生成强碱NaOH，导致碱集料反应，因此不得用于含有活性集料的混凝土中；同时硫酸钠掺量不宜过多，以免导致混凝土产生膨胀开裂而破坏。。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3）有机胺类早强剂有机胺类早强剂主要有三乙醇胺、三异丙醇胺等等，其中最常用的是三乙醇胺。三乙醇胺为无色或淡黄色透明油状液体，易溶于水对钢筋无腐蚀作用，一般掺量为0.02%～0.05%，有缓凝作用，一般不单独使用，常与其他早强剂复合使用。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3．引气剂定义：引气剂是指在混凝土搅拌过程中，能引入大量、微小、均匀而封闭的气泡的外加剂，主要类型有松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。主要作用：1）改善和易性。2）提高混凝土抗渗、抗冻性，改善混凝土耐久性。3）降低混凝土强度。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土4．缓凝剂1）定义：缓凝剂是指能缓解混凝土拌和物凝结速度，延长其凝结时间的外加剂。其具有缓凝、减水、降低水化热和增强的作用。2）适用范围：大体积混凝土、炎热气候下施工的混凝土以及需长时间停放或运输的混凝土。3）主要类型：糖类、羟基羧酸及其盐类、木质素磺酸钙盐类和无机盐类，其中糖蜜的缓凝效果最好。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土5．速凝剂1）定义：速凝剂是指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。2）应用：其主要用于公路、铁路、桥梁、矿山、井巷、隧道、国防、水利等工程的喷射混凝土施工及防漏堵漏，地面混凝土快速施工和混凝土紧急抢险工程。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土6．防冻剂1）定义：防冻剂是指能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂。2）原理及应用：防冻剂能降低水的冰点，使水泥在负温下仍能继续水化，提高混凝土早期强度以防早期受冻破坏，同时所产生的水化热对后期混凝土的进一步硬化起到促进作用，这对北方冬季施工是非常有利的。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土7．膨胀剂1）定义：膨胀剂是指能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀的外加剂。2）原理：由于六种通用硅酸盐系水泥在凝结硬化过程中体积要收缩，导致混凝土内部出现收缩裂缝，影响混凝土抗渗和抗裂性能；若适量掺入膨胀剂，可减少混凝土在硬化过程中的收缩量（若掺入膨胀剂量较大，还会使混凝土适当膨胀，进一步提高其密实程度）。3）应用：因此膨胀剂可用于防水混凝土，接缝、地脚螺栓灌浆混凝土等。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（三）外加剂使用注意事项1．根据混凝土工程的需要，合理选择外加剂品种，防止误用或用错。2．确定合适的外加剂掺量。3．采用合适的掺加方法。4、防止人身伤害。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土案例分析【案例6-3】某混凝土为提高强度采用了较小的水灰比，导致混凝土拌和物坍落度过小而无法正常施工，因此掺用了高效减水剂；后来在施工过程中发现坍落度偏大且有严重泌水现象。原因分析：经现场调查分析发现，该混凝土搅拌站部分计量设备失控，导致减水剂掺量过多，因而出现严重泌水现象。总结：①用于试验、生产和施工中的仪器设备要按照规定进行定期或不定期的检修和保养；②外加剂剂量小，对混凝土性能影响大，称量精度要求高，不能随意增减其用量。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土二、混凝土掺合料主要类型活性掺合料非活性掺合料概述为改善混凝土的性能、节约水泥，在搅拌混凝土过程中掺入的无机矿物粉状材料，称为混凝土掺合料，有的又叫矿物外加剂，其掺量一般大于水泥重量的5％； 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土1．粉煤灰1）定义：粉煤灰是从燃烧煤粉的电厂锅炉烟气中收集的微细粉末，其颗粒呈灰色球形，表面光滑，主要活性成分是SiO2、Al2O3，含量越多，活性越高。2）分类：按其排放方式不同：有干排灰和湿排灰；湿排灰含水率大，活性较低，质量不如干排灰。按煤种分：F类和C类，F类是由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰，C类是由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。按含CaO含量多少分：有高钙灰（CaO＞10%）和低钙灰（CaO≤10%）。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3）技术标准我国根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596—2005），按粉煤灰的细度、烧失量、需水量比、含水率及三氧化硫含量等将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个级别，见表6-18。指标级别ⅠⅡⅢ细度（45μm方孔筛筛余率）（%）F类粉煤灰C类粉煤灰≤12≤25≤45需水量比（%）≤95≤105≤115烧失量（%）≤5≤8≤15含水率（%）≤1≤1≤1三氧化硫（%）≤3≤3≤3游离氧化钙（%）F类粉煤灰≤1；C类粉煤灰≤4安定性，雷氏夹沸煮后增加距离（mm）C类粉煤灰≤5 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土4）主要功效（1）强度效应（活性效应）（2）形态效应（3）微集粒效应（4）稳定效应 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土5）掺入方法（1）等量取代法：即用等质量的粉煤灰取代混凝土中的水泥，但往往会降低混凝土强度。（2）超量取代法：即以较多的粉煤灰取代混凝土中的水泥，此时混凝土强度保持不变。（3）外掺法：即在原混凝土中水泥质量不变的情况下，额外掺加一定量的粉煤灰，以改善混凝土拌合物和易性。6）注意事项（1）选择适合的使用部位和掺量（2）避免过振（3）加强养护 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2．粒化高炉矿渣粉1）定义：粒化高炉矿渣粉是以经水淬、粒化工艺处理后富含玻璃体的高炉矿渣为原材料，再经过干燥和磨细制成的细粉材料。是优质的混凝土掺合料和水泥混合材料，是当今世界公认的配制高耐久性混凝土结构的首选混合材料之一。2）功效：可以取代部分水泥，增大混凝土拌合物流动性能，提高混凝土后期强度和耐久性。3）掺量：试验表明，磨细矿渣的最佳掺量是30%～50%，最大掺量可达70%，此时水化热可降低，收缩亦可减小。4）注意事项：此种掺合料一般需磨细使用才能充分发挥其活性，减小泌水性，但是不宜磨得太细，否则早期水化热过大不宜降低混凝土温升，且混凝土自身收缩也会增大，同时也会提高矿渣成本。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3．硅灰硅灰又称硅粉，是指在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO2和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料。硅灰是一种无定形圆球状颗粒，且表面较为光滑，有些则是多个圆球颗粒粘在一起的团聚体；又是一种比表面积很大，活性很高的火山灰物质；掺有硅灰的物料，微小的球状体可以起到润滑的作用。硅灰可用于铁路、公路、桥梁、高层建筑等配制高强、超高强混凝土，是高强混凝土中应用最早、技术最成熟的活性矿物掺合料，但其资源有限，成本较高，包装运输不便。一般认为，硅灰的最佳掺量为10%左右。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土三、掺外加剂和掺合料混凝土配合比设计（一）掺外加剂配合比设计（以减水剂为例）基本原则：掺减水剂的混凝土配合比设计可在不掺外加剂混凝土配合比的基础上加以调整，减水剂的质量和体积可忽略不计。1．混凝土试验配合比计算：与前述普通混凝土配合比计算方法相同，即试验配合比为： 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2．掺减水剂混凝土配合比的调整1）当混凝土的流动性和强度不变（W/C不变）时：（1）计算掺减水剂后单位用水量式中：——外加剂的减水率，%。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（2）计算水泥用量（3）计算外加剂掺量 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（4）按体积法计算1混凝土砂（）、石（）用量：2）保持混凝土强度不变（W/C不变），提高混凝土拌和物流动性：计算外加剂掺量：（此时需注意水泥用量不变） 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3）保持混凝土流动性不变，提高混凝土强度：（1）计算掺减水剂后混凝土单位用水量：（2）水泥用量不变：（3）计算减水剂掺量：（4）按体积法计算1混凝土砂（）、石（）用量： 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土【例题6-2】设计资料同例题6-1，现掺入减水剂UNF-5，其掺量为水泥质量的0.5%，减水率为10%，试计算调整掺入减水剂后，在不同条件和要求下1m3混凝土各种材料的用量。 二、计算掺减水剂后的1m3混凝土各种材料的用量（一）当混凝土的流动性和强度不变（W/C不变）时：第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土=339:621:1262:1831．计算掺减水剂后单位用水量：=165kg【解】一、计算试验配合比：其计算方法同例题6-1，即该混凝土试验配合比： 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2．计算水泥用量：=306kg3．计算外加剂掺量：=1.53kg 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土4。按体积法计算1混凝土砂（）、石（）用量：=639kg=1297kg（二）保持混凝土强度不变（W/C不变），提高混凝土拌和物流动性：计算减水剂掺量：kg 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（三）保持混凝土流动性不变，提高混凝土强度：1．计算掺减水剂后混凝土单位用水量：==165kg2．水泥用量不变：=339kg 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3．计算减水剂掺量：=kg4。按体积法计算1混凝土砂（）、石（）用量：=630kg=1279kg通过计算调整后，须进行试配检验和调整，直至符合要求为止，然后根据现场砂、石含砂率换算出相应的施工配合比。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（二）掺粉煤灰混凝土配合比设计规范：《粉煤灰混凝土应用技术规范》（GBJ146—90）和《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》（JGJ28-86）基本原则：以基准混凝土(即未掺粉煤灰的混凝土)的配合比为基础，按等稠度、等强度的原则进行设计。具体方法：可采用等量取代法、超量取代法或外加法。这里重点介绍目前常用的超量取代法，即指粉煤灰总掺量中，一部分取代等体积的水泥，超量部分取代等体积的砂。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土1．基准混凝土配合比设计：与前述普通混凝土设计不同之处：1）混凝土用水量和砂率按表6-19采用。粗集料最大粒径（mm）204080150混凝土用水量（kg/m3混凝土）165～185145～165125～145105～125混凝土砂率（%）38～4232～3624～2819～23表6-19粉煤灰混凝土用水量和砂率（GBJ146—90）例题6-3W0例题6-3βs 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2）要用体积法计算砂石量，不掺引气性外加剂时，其含气量按表6-20选用。表6-20掺粉煤灰混凝土含气量选用表（GBJ146—90）粗集料最大粒径（mm）含气量202%401%80或150忽略不计，即0%由上，可算得混凝土基准配合比用量为 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2．选定粉煤灰取代率β：按表6-21选择粉煤灰取代水泥率β，但不得超出表6-22的最大限量βmax，再按表6-23规定选择超量系数δ。3．取代调整计算：1）水泥用量：2）粉煤灰掺入量：3）计算粉煤灰水泥浆体积的增加量： 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土4）减少同样体积的砂子，故砂子用量减少为：5）加水量不变：6）石子量不变：7）得粉煤灰混凝土的初步配合比：4．经试配检验和调整，得试验配合比。5．现场施工时，根据砂石含水率进行调整，得施工配合比。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土表6-22粉煤灰取代水泥的最大限值（βmax）（GBJ146—90）混凝土种类粉煤灰取代水泥的最大限值（%）硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥预应力钢筋混凝土251510-钢筋混凝土、高强度混凝土、高抗冻融性混凝土、蒸养混凝土30252015中低强度混凝土、大体积混凝土、水下混凝土、地下混凝土、泵送混凝土、压浆混凝土50403020碾压混凝土65554535例题6-3 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土表6-23粉煤灰的超量系数（δ）（GBJ146—90）粉煤灰等级超量系数Ⅰ1.1~1.4Ⅱ1.3~1.7Ⅲ1.5~2.0表6-21粉煤灰取代水泥百分率（β）（JGJ28—86）混凝土强度等级普通硅酸盐水泥（%）矿渣硅酸盐水泥（%）C15以下15~2510~20C2010~1510C25~C3015~2010~15注：①以32.5级水泥配制的混凝土取表中下限值；以42.5级水泥配制的混凝土取上限值。②C20及以上的混凝土宜采用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰，C15及以下的素混凝土可采用Ⅲ级粉煤灰。例题6-3 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土【例题6-3】某钢筋混凝土工程需用C30粉煤灰混凝土，拌和物坍落度为35～50mm，强度标准差σ=5.0MPa。所用原材料为：普通水泥，水泥强度等级为42.5，密度为3100kg/m3，强度富余系数为1.08；砂为中砂，表观密度=2.65g/cm3；碎石的表观密度=2.70g/cm3，最大粒径为20mm；Ⅰ级粉煤灰，=2.3g/cm3；自来水。试确定混凝土初步配合比。=30+1.645×5.0=38.2MPa【解】（一）基准配合比设计1．确定配制强度 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土2．计算水灰比===0.53为保证混凝土的耐久性，根据混凝土所处环境为温和地区，查表6-6可知，允许最大水灰比为0.60，与上述计算值比较，取较小值0.53。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土3．确定用水量根据设计资料，采用碎石最大粒径为20mm，查表6-19，取=175kg/m3。4．计算水泥用量kg/m3为保证混凝土的耐久性，根据混凝土所处环境为温和地区，查表6-6可知，允许最小水泥用量为280kg/m3，与上述计算值比较，取较大值330kg/m3。 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土5、计算合理含砂率根据设计资料，采用碎石最大粒径为20mm，查表6-19，=40%。=748kg=1124kg7．基准配合比为:=330:748:1124:1756、计算砂、石用量由设计资料，石子最大粒径为20mm,故取α=2%，则： （三）取代调整计算1．水泥用量：2．粉煤灰掺入量：3．计算粉煤灰水泥浆体积的增加量：第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土（二）选定粉煤灰取代水泥率β和超量系数δ根据设计资料，查表6-21、6-22，β取15%～20%，取上限值β=20%；查表6-23，δ为1.1～1.4，取δ=1.2。=330×（1-20%）=264kg/m3=330×20%×1.2=79kg/m3==0.013m3 第六章混凝土——掺外加剂和掺合料混凝土4．减少同样体积的砂子，故砂子用量减少为：=748-0.013×2650=714kg/m35．加水量不变：6．石子量不变：7．得粉煤灰混凝土的初步配合比：=264:79:714:1124:175=1:0.30:2.70:4.26:0.66 第六章混凝土——混凝土质量控制第五节　混凝土的质量控制一、混凝土质量波动因素 第六章混凝土——混凝土质量控制二、混凝土质量控制计量、搅拌、运输、浇筑、捣固、养护1．组成材料的质量控制2．混凝土配合比的确定和控制 第六章混凝土——混凝土质量控制组成材料的质量控制 第六章混凝土——混凝土质量控制混凝土配合比设计应按照国家现行规定进行，在施工过程中不得随意改变。混凝土配合比在使用过程中，应根据混凝土质量的动态信息，及时进行调整。混凝土配合比的确定和控制 第六章混凝土——混凝土质量控制生产控制——计量包括计量设备的校核与检定、集料含水率的测定、材料的称量等；混凝土各种组成材料计量结果应符合下表的规定。组成材料分散搅拌集中搅拌水泥、水、外加剂、掺合料±2%±1%粗细集料±3%±2% 第六章混凝土——混凝土质量控制生产控制——搅拌人工搅拌机械搅拌强制式自落式适用于干硬性类混凝土适用于塑性类混凝土搅拌方法混凝土坍落度（mm）搅拌机机型搅拌机容量（L）＜250250～500＞500≤30强制式6090120自落式90120150＞30强制式606090自落式9090120搅拌时间 第六章混凝土——混凝土质量控制生产控制——运输基本原则混凝土拌和物在运输过程中，应控制其运至浇筑地点后，不分层、不离析、不露浆，并能保证所需要的稠度。保障措施必须控制混凝土运输时间和周转次数，严格检查运输设备的容器和管道，并注意道路的平整度等，若出现离析现象须在浇筑前进行二次搅拌。 第六章混凝土——混凝土质量控制生产控制——浇筑准备工作认真做好支架、模板、钢筋和预埋件等的检查，清除模板内杂物和钢筋上的油污，严堵模板缝隙和孔洞，并将模板涂刷脱模剂等基本原则原则上应均匀连续进行，并注意控制卸料高度，确保混凝土自由倾落高度不超过2m，否则必须采取过渡措施，防止出现分层离析现象。浇筑—续 第六章混凝土——混凝土质量控制气温(℃)延续时间（min）采用搅拌车采用其它运输设备≤C30＞C30≤C30＞C30≤25120909075＞2590606045混凝土从搅拌机卸出到浇筑完毕的延续时间，不宜超过下表规定 第六章混凝土——混凝土质量控制生产控制——捣固捣固方式附着式适用于钢筋配置较密的狭长型混凝土构件平板式适用于大面积混凝土构件人工捣固机械捣固插入式适用于体积大、钢筋配置稀疏的混凝土构件平板式附着式插入式 第六章混凝土——混凝土质量控制生产控制——养护混凝土养护时间、温湿度要求等在前面混凝土强度影响因素中已讲到，这里不再赘述。这里需要提醒：对于炎热夏季和寒冷冬季施工时一定要采取合理措施控制混凝土的温度，防止出现温度裂缝，影响混凝土强度和耐久性等。 第六章混凝土——其他混凝土第六节　其他混凝土一、轻混凝土凡表观密度小于1950kg/m3的混凝土称为轻混凝土，包括轻集料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土。（一）轻集料混凝土定义：轻集料混凝土是指用轻粗集料、轻细集料或普通砂、水泥和水配制而成的混凝土。性能：它是一种轻质、多功能的新型建筑材料，有利于减轻结构自重，改善保温隔热和吸声性能。 第六章混凝土——其他混凝土1．轻集料种类及技术性质1）种类轻粗集料轻细集料集料粒径在4.75mm以上，堆积密度小于1000kg/m3的轻质集料粒径小于4.75mm，堆积密度小于1200kg/m3的轻质集料集料圆球形按粒形分普通型碎石型细集料分类按来源分天然轻集料工业废料轻集料人造轻集料2）技术性质：包括粒形、颗粒级配、堆积密度、筒压强度、吸水率及有害物质含量等。 第六章混凝土——其他混凝土2．轻集料混凝土的技术性质1）表观密度表观密度等级轻集料混凝土干表观密度分为12个等级，即800～1900kg/m3，其间以“100”递增。等级号代表密度范围的中值，如800表示轻集料混凝土的干表观密度范围为750~850kg/m3，900表示轻集料混凝土的干表观密度范围为850~950kg/m3，以此类推。密度标准值即某轻集料混凝土密度等级变化范围的上限值，如1000的密度等级，其密度标准值为1050kg/m3。 第六章混凝土——其他混凝土2）和易性和易性和前述普通混凝土属同一概念，只是轻集料表观密度小、总表面积大、孔隙多、吸水性强，在拌制混凝土时，若用水量过少则容易干稠，用水量过多时集料容易上浮、离析。在考虑该混凝土拌和物和易性要求时，其拌合用水量应由两部分组成，一部分满足拌和物应有的流动性要求，一部分为轻集料1h的吸水量，称为附加水量。3）抗压强度及其等级轻集料混凝土按其立方体抗压强度标准值（同普通混凝土）划分为CL5.0.、CL7.5、CL10、CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL50共11个等级。 第六章混凝土——其他混凝土4）弹性模量与变形轻集料混凝土弹性模量较小，约为普通混凝土的50%～75%，因而受力后变形较大，这对于受冲击荷载的建筑物有利。但其干燥收缩和徐变较大，对结构又会产生不良影响。5）热工性能轻集料混凝土导热系数小，比热容大，因此常用作保温隔热材料。 第六章混凝土——其他混凝土3．轻集料混凝土的分类全轻混凝土砂轻混凝土粗细集料均为轻集料粗集料为轻集料，细集料为部分轻集料加普通砂或全部为普通砂按细集料品种分浮石混凝土粉煤灰陶粒混凝土按粗集料品种分页岩陶粒混凝土……保温轻集料混凝土结构保温轻集料混凝土按用途分结构轻集料混凝土见表6-27 第六章混凝土——其他混凝土表6-27轻集料混凝土按用途分类类别名称混凝土强度等级的合理范围混凝土密度等级的合理范围用途保温轻集料混凝土CL5.0800主要用于保温的围护结构或热工构筑物结构保温轻集料混凝土CL5.0.、CL7.5、CL10、CL15800~1400主要用于既承重又保温的围护结构结构轻集料混凝土CL15、CL20、CL25、CL30、CL35、CL40、CL45、CL501400~1900主要用于承重结构或构筑物 第六章混凝土——其他混凝土（二）多孔混凝土分类多孔混凝土定义多孔混凝土是指内部充满大量微小、均匀的气孔，而没有粗细集料的轻质混凝土。指以钙质材料（石灰、水泥）、硅质材料（粉煤灰、粒化高炉矿渣、石英砂等）和加气剂（铝粉、双氧水、漂白粉等）为基本原料，经混合搅拌、浇筑成型和压蒸养护硬化而成的混凝土。加气混凝土泡沫混凝土由水泥、部分掺合料（如粉煤灰）、泡沫剂（常用松香泡沫剂和水解牲血泡沫剂）与水混合搅拌，经浇注成型并养护硬化而成的轻质多孔材料。 第六章混凝土——其他混凝土（三）大孔混凝土概念大孔混凝土是指由水泥、粒径相近的粗集料和水混合搅拌，浇筑成型并经养护硬化而形成的一种内部多孔的混凝土，也称无砂大孔混凝土。为了提高大孔混凝土的强度，有时也加入少量细集料（普通砂），称轻集料大孔混凝土。应用它常用作墙体小型空心砌块和各种板材，也可作为环保生态型透水路面材料，以及制作市政工程中的滤水管、滤水板等。 第六章混凝土——其他混凝土二、高强混凝土概念：通常把强度等级≥C60的混凝土称为高强混凝土。性能特点：抗压强度高且早强、抗变形能力强、密实度大、抗渗、抗冻及抗腐蚀性能好等特点。应用：广泛使用于高层建筑、大跨度桥梁或跨空结构中。该种混凝土在原材料、配合比、外加剂和掺合料等方面都与普通混凝土有所不同，应遵循以下基本要求： 第六章混凝土——其他混凝土（一）原材料的选用1．水泥应选用质量稳定，强度等级不低于42.5MPa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥用量不宜超过500kg/m3，胶凝材料总量不应超过600kg/m3。以防止水化热过大、收缩徐变增大。2．集料1）粗集料：对强度等级为C60的混凝土，其粗集料的最大粒径不应大于31.5mm，对强度等级高于C60的混凝土，其粗集料的最大粒径不应大于25mm；针片状颗粒含量不宜大于5.0%，含泥量不宜大于0.5%，泥块含量不宜大于0.2%。 第六章混凝土——其他混凝土2）细集料：细集料的细度模数宜大于2.6，含泥量不宜大于2.0%，泥块含量不超过0.5%。3）砂率：由于高强混凝土胶凝材料用量较大，因此可适当降低砂率。3．外加剂宜选择非引气的高效减水剂或缓凝高效减水剂。4．掺合料应掺用活性较好的矿物掺合料，如硅粉、超细粒化高炉矿渣或粉煤灰等，且宜复合使用。 第六章混凝土——其他混凝土（二）配合比设计配合比计算除应按现行《普通混凝土配合比设计规程》进行外，还应符合下列要求：1．基准配合比中水灰比可根据经验或试验资料确定，不宜按保罗米公式计算；2．配制高强混凝土所用砂率及所用的外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试验确定；3．计算配合比时，其用水量可按前述方法计算；但要与高效减水剂等配合使用，达到所要求的流动性要求。4．高强混凝土的试配与调整中，水灰比的调整不宜过大，一般在0.02～0.03之间调整。5．高强混凝土配合比确定后，还应用该配合比进行不少于6次的重复试验，以验证该配合比，6次验证试验中，强度平均值不应低于配制强度。 第六章混凝土——其他混凝土三、高性能混凝土由来：20世纪80年代末至90年代初，美国、日本等发达国家发现大量钢筋混凝土建筑物在一些恶劣环境条件下，在远低于原设计使用年限就出现不同程度的损坏，致使结构后期维修费用逐年递增。美国国家标准与技术研究所（NIST）与美国混凝土协会（ACI）在1990年5月在研讨会上提出了高性能混凝土的概念，即高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。 第六章混凝土——其他混凝土设计要求：它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对混凝土的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性重点予以保证。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。 第六章混凝土——其他混凝土主要优点：1．具有一定的强度和高抗渗能力2．高性能混凝土具有良好的工作性3．高性能混凝土的使用寿命长4．高性能混凝土具有较高的体积稳定性概括起来说：高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。 第六章混凝土——其他混凝土四、商品混凝土（一）定义商品混凝土又称预拌混凝土，是指由水泥、集料、水以及根据需要掺入的外加剂和掺合料等组分按一定比例，在集中搅拌站经计量、拌制后作为商品出售的，并采用运输车在规定时间内运至使用地点的混凝土拌和物。（二）分类及标记1.分类：根据国家标准《预拌混凝土》（GB/T14902—2003）规定：预拌混凝土根据特性要求分为通用品和特制品： 第六章混凝土——其他混凝土1）通用品通用品应在下列范围内规定混凝土强度等级、坍落度及粗集料最大公称粒径，即：（1）强度等级：不大于C50。（2）坍落度(mm)：25，50，80，100，120，150，180。（3）粗集料最大公称粒径：(mm)：20、25、31.5、40。 第六章混凝土——其他混凝土2）特制品特制品应规定混凝土强度等级、坍落度、粗集料最大公称粒径或其他特殊要求。混凝土强度等级、坍落度和粗集料最大公称粒径除通用品规定的范围外，还可在下列范围内选取：（1）强度等级：C55，C60，C65，C70，C75，C80。（2）坍落度：大于180mm（3）粗集料最大公称粒径：小于20mm，大于40mm。 第六章混凝土——其他混凝土2.标记1）用于预拌混凝土标记的符号，应根据其分类及使用材料不同按下列规定选用：（1）通用品用A表示，特制品用B表示；（2）混凝土强度等级用C和强度等级值表示；（3）坍落度用所选定以毫米为单位的混凝土坍落度值表示；（4）粗集料最大公称粒径用GD和粗集料最大公称粒径值表示；（5）水泥品种用其代号表示；（6）当有抗冻、抗渗及折强度要求时，应分别用F及抗冻等级值、P及抗渗等级值、Z及抗折强度等级值表示。抗冻、抗渗及抗折强度直接标记在强度等级之后。 第六章混凝土——其他混凝土2）预拌混凝土标记为：XCXX-XXX-GDXX-P·X其中：（1）X：预拌混凝土类别（2）CXX：强度等级，抗冻、抗渗或抗折等级值（有要求时）（3）XXX：坍落度（4）GDXX：粗集料最大公称粒径（5）P·X：水泥品种 第六章混凝土——其他混凝土示例①：预拌混凝土的强度等级为C20，坍落度为150mm，粗集料最大公称粒径为20mm，采用矿渣硅酸盐水泥，无其他特殊要求，其标记为：AC20-150-GD20-P·S。示例②：预拌混凝土的强度等级为C30，坍落度为180mm，粗集料最大公称粒径为25mm，采用普通硅酸盐水泥，抗渗要求为P8，其标记为：BC30P8-180-GD25-P·0。 第六章混凝土——其他混凝土（三）主要特点与现场搅拌混凝土相比，商品混凝土是由专业的生产企业生产，这些企业大多配有先进的生产设备和完善的质检系统，因此具有以下特点：1．由于是集中搅拌，因此能严格控制原材料质量和配合比，能保证混凝土的质量要求；2．要求拌和物具有好的和易性，即高流动性、坍落度损失小，不泌水不离析、可泵性好；3．经济性，要求成本低，性价比高。 第六章混凝土——其他混凝土五、碾压式水泥混凝土（一）定义碾压式水泥混凝土是以较低的水泥用量和很小的水灰比配制而成的超干硬性混凝土，经机械振动碾压密实而成，通常简称碾压混凝土，主要用来铺筑路面和坝体，如图所示。 第六章混凝土——其他混凝土1．强度高。2．超干硬性、收缩小。3．耐久性好。4．节省水泥。5．施工进度快、费用低。（二）主要特点 第六章混凝土——其他混凝土六、泵送混凝土定义：泵送混凝土是指混凝土拌和物的坍落度不低于100mm，可用混凝土泵通过管道输送施工的混凝土，如图所示。 第六章混凝土——其他混凝土原材料选择和配合比设计要求：1．水泥：宜选择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，不宜选择火山灰硅酸盐水泥；水泥用量较多，可达350～550kg/m3。2．外加剂和掺合料：为改善混凝土性能，增强混凝土拌和物的可泵性，并节约水泥和降低造价，混凝土中常掺加减水剂、加气剂等外加剂和粉煤灰、矿渣、沸石粉等掺合料。3．集料：宜采用连续级配的碎石、卵石（优先），粗集料最大粒径根据泵送高度和输送管径确定；为保证混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性，便于运输、泵送和浇筑，宜适当增大砂率，约为38～45%； 第六章混凝土——其他混凝土七、绿色混凝土概念绿色材料指在原材料采取、产品制造、使用或者在循环以及废料处理等环节中，对地球负荷最小和有利于人类健康的材料。绿色混凝土绿色混凝土一般是指具有比传统混凝土更高的强度和耐久性，可以实现非再生性资源的可循环使用，降低有害物质的排放，既能减少环境污，又能与自然生态系统协调共生；即“节约资源、能源；不破坏环境，更有利于环境；可持续发展，既满足当代人的衡求，又不危害子孙后代，且能满足其需要”。 第六章混凝土——其他混凝土主要类型主要特点1）采用绿色水泥，大大降低熟料水泥，减少环境污染。2）掺加更多的以“工业废渣”为主的掺合料。3）更大程度的发挥混凝土的高质量和高性能优势，通过其耐久性能，减少水泥和混凝土用量。这种混凝土具有普通混凝土不具备的高质量和高性能，从生产制造使用到废弃的整个周期中，能最大限度的减少资源和能源的消耗，最有效的保护生态环境，并可再回收循环利用。绿色高性能混凝土（GHPC） 第六章混凝土——其他混凝土主要类型利用废旧混凝土、废砖块、废砂浆、工业废弃物以及海砂等经加工处理作为集料而配制的混凝土。指通过材料筛选、添加功能性添加剂、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与功能，能改善、美化环境，提高与生态环境协调性的混凝土。（图6-18）再生集料混凝土生态混凝土 第六章混凝土——其他混凝土图6-18某河流生态整治工程 第六章混凝土——其他混凝土主要类型机敏混凝土指具有感知、调节和修复性能的混凝土，它是智能混凝土的初级阶段，是混凝土材料发展的高级阶段。主要类型自诊断混凝土自调节混凝土自修复混凝土 第六章混凝土——其他混凝土本章小结混凝土是土木工程建设中应用最广泛的材料之一，也是本课程最重要的内容之一。本章以“结构用混凝土”为主线，“普通混凝土”为基础，重点介绍了混凝土的主要技术性能（包括混凝土的和易性、强度、变形性能和耐久性等），混凝土配合比设计的一般方法和步骤（包括材料选用和设计计算等），外加剂和掺合料在混凝土中的应用以及配合比调整，混凝土的质量控制等内容；简要介绍了各种新型混凝土的特点以及在工程建设中的应用。 END 土木工程材料第七章建筑钢材 第七章建筑钢材课题引入：通过新型建筑（如图7-1所示）对钢材的应用，引出本章的主要内容—钢材的冶炼、分类、技术性能、技术标准与应用以及钢材的腐蚀与防锈等内容。图7-1国家体育馆第七章建筑钢材 第七章建筑钢材本章主要内容一、钢材的冶炼与分类钢、铁的冶炼与区别钢材的分类二、钢材的技术性能力学性能工艺性能化学成分对钢材性能的影响热处理对钢材性能的影响钢材冷加工技术及应用三、钢材的技术标准及应用碳素结构钢优质碳素结构钢低合金高强度结构钢钢筋和钢丝 第七章建筑钢材本章主要内容四、桥梁用钢与钢轨用钢桥梁结构钢钢轨钢五、钢材的腐蚀与防腐措施钢材的腐蚀类型钢材的防护 第七章建筑钢材一、钢和铁的冶炼（一）铁的冶炼定义：铁通称生铁，是由铁矿石、焦炭和助熔剂（石灰石）在高炉中经高温冶炼，从铁矿石中还原出来的；冶炼步骤：第一节钢材的冶炼与分类 （二）钢的冶炼定义：炼钢就是将生铁通过平炉、转炉进行精炼，使熔融的铁水氧化，将碳的含量降低到规定范围（小于2.11%），并清除有害杂质，添加必要的合金元素。冶炼步骤：冶炼方法:氧气转炉法、电炉法和平炉法第七章建筑钢材 第七章建筑钢材二、钢与铁的区别钢和铁的主要区别在于含碳量不同铁：生铁的含碳量为2.11～6.69％，并含杂质较多的铁碳合金。钢：钢是以铁为主要元素，含碳量为0.02～2.11％，并含少量其他元素的铁碳合金。 三、钢材的分类（一）按化学成分分类1．碳素钢：主要化学成分是铁，其次是碳，故也称碳钢或铁碳合金，其含碳量为0.02%～2.06%。分为低碳钢、中碳钢、高碳钢2．合金钢：合金钢是在炼钢过程中，为改善钢材的性能，特意加入某些合金元素而制得的一种钢。分为低合金钢、中合金钢、高合金钢第七章建筑钢材 （二）按有害杂质含量分类1．普通钢：磷含量≤0.045%，硫含量≤0.050%；2．优质钢：磷含量≤0.035%，硫含量≤0.035%；3．高级优质钢：磷含量≤0.025%，硫含量≤0.025%；4．特级优质钢：磷含量≤0.025%，硫含量≤0.015%。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（三）按用途分类1．结构钢：主要用于建筑结构，如钢结构用钢、钢筋混凝土结构用钢等。2．工具钢：主要用于各种刀具、量具及模具的钢，一般为高碳钢。3．特殊钢：具有特殊的物理、化学及机械性能的钢。4．专用钢：具有专门用途的钢，如铁道用钢、压力容器用钢、建筑装饰用钢等。 第二节钢材的技术性能钢材的性能主要包括力学性能(抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度和硬度等)和工艺性能(冷弯性能、焊接性能和热处理性能等)两个方面。一、力学性能（一）拉伸性能实验方法：使用万能试验机在试件两端施加一对缓慢增加的拉伸荷载，观察试件的受力与变形过程，直至被拉断，如图7-2所示。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材低碳钢受拉时，其应力－应变关系曲线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段，见图7-3。图7-2钢材的拉伸试件1.钢材应力－应变关系曲线图7-3低碳钢单轴拉伸应力-应变示意图 第七章建筑钢材1）弹性阶段－OB段如卸去荷载，试件将恢复原状，不产生残留塑性变形。与A点相对应的应力为比例极限；与B点相对应的最大应力称为弹性极限。2）屈服阶段－BC段定义：在BC曲线范围内，应力与应变不成比例，不再是弹性变形，而是产生了塑性变形，应变增加的速度大于应力增长速度，这一阶段称为屈服阶段。表现：该阶段在材料万能试验机上表现为指针不动(即使加大送油)或来回窄幅摇动。 3）强化阶段－CD段当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高点D点的应力为抗拉强度，又称强度极限，用表示。4）颈缩破坏阶段－DE段过D点后，材料变形迅速增大，而应力反而下降。试件在拉断前，于薄弱处截面显著缩小，产生“颈缩现象”，直至断裂，如图7-4所示。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材图7-4钢材颈缩拉断示意图2.主要指标1）弹性模量(E)定义：在弹性阶段的OA段内，应力与应变的比值为一常量，称为弹性模量，用E表示。公式：2）屈服强度定义：以屈服阶段的最低应力点作为材料抗力的指标，称为屈服强度或屈服点，用表示。公式： 应用：钢材在结构中的受力不得进入屈服阶段，在结构设计中以屈服强度作为钢材设计强度取值的依据，施工选材验收也以屈服强度作为重要的技术指标。硬钢性质：中碳钢与高碳钢(硬钢)，拉伸时的应力－应变曲线无明显屈服现象，伸长率小，断裂时呈脆性破坏，其应力－应变曲线如图7-5所示。规范规定以试件在拉伸过程中产生0.2%塑性变形时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度第七章建筑钢材 第七章建筑钢材图7-5硬钢的应力-应变曲线3）抗拉强度定义：称强度极限D点对应的应力为抗拉强度公式：4）屈强比定义：钢材的屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比公式： 5）伸长率定义：试件拉断后有效长度的伸长量与原有效长度的比率。公式：6）断面收缩率定义：试件断口处断面面积的收索量与原断面面积的比率。公式：第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（二）冲击韧性表示方法：以摆锤冲断V形缺口试件时，单位面积所消耗的功来表示，如图7-6所示。公式：图7-6钢材冲击韧性试验示意图及试验机样图 第七章建筑钢材影响钢材冲击韧性的主要因素：化学成分、冶炼质量、冷作硬化及时效、环境温度等。温度对冲击韧性有重大影响，如图7-7。当温度降低到一定程度时，冲击韧性大幅度下降而使钢材呈脆性，这一现象称为冷脆性，这一温度范围称为脆性转变温度。图7-7温度对低合金钢冲击韧性的影响 （三）硬度钢材的硬度是指钢材抵抗硬物压入表面的能力。1.布氏硬度（HB）试验方法：布氏法是用一定的压力把淬火钢球压入钢材表面（如图7-8），将压力除以压痕面积即得到布氏硬度值，用符号HB表示。HB越大表示钢材越硬。图7-8布氏硬度试验示意图第七章建筑钢材 2.洛氏硬度（HR）试验方法：在洛氏硬度试验机上，用1200的金刚石圆锥压头或淬火钢球对钢材进行压陷，通过测量压痕深度来计算硬度值，用HR表示。3.维氏硬度（HV）试验方法：在维氏硬度试验机上，用1360的金刚石棱锥压头对钢材进行压陷，如图7-9所示，以单位凹陷面积上所承受的压力表示的硬度作为维氏硬度，用HV表示。图7-9维氏硬度试验示意图第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（四）疲劳强度钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度甚至小于屈服强度的情况下就突然发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低，如图7-10所示。图7-10钢材疲劳强度示意图 第七章建筑钢材二、工艺性能（一）冷弯性能定义：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形而不断裂的能力。试验要求：钢材试件绕着指定弯心弯曲至指定角度后，如试件弯曲处的外拱面和两侧面不出现断裂、起层现象，即认为冷弯合格。如图7-11和图7-12所示：a）弯曲准备b）弯曲至a角度c）弯心d，弯曲1800d）弯心0，弯曲1800图7-11钢材的冷弯试验示意图 图7-12钢材按规定弯心直径冷弯大样图（二）焊接性能可焊性定义：指钢材在焊接后，所焊部位连接的牢固程度和硬脆倾向大小的性能。影响因素：化学成分、冶炼质量、冷加工、焊接工艺及焊条材料等。注意事项：：冷拉钢筋的焊接应在冷拉之前进行；焊接部位应清除铁锈、熔渣、油污等；应尽量避免不同国家的进口钢筋之间的焊接或进口钢筋与国产钢筋之间的焊接。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材二、化学成分对钢材性能的影响钢中除含有主体元素铁和碳之外，还含有锰、硅、钒、钛等有益元素及硫、磷、氮、氧、氢等有害元素，这些元素对钢材的性能都有不同程度的影响。（一）碳（C）随着含碳量的增加，钢材的强度增加（含碳量大于1%则相反），硬度提高，塑性、韧性下降，冷脆性增大，可焊性变差，抵抗大气腐蚀的性能也下降，如图7-13,图7-14所示。图7-13不同含碳量时钢材拉伸 第七章建筑钢材1.硅（Si）当含硅1%以内时，能显著提高钢材的强度，而对塑性、韧性没有显著影响。A）B）图7-14含碳量对碳素钢力学性能的影响 2.锰（Mn）当锰的含量在0.8%～1%时，可显著提高钢材的强度和硬度，而对塑性、韧性没有显著影响。3.钒（V）、钛(Ti)、铌(Nb)加入适量的钒、钛或铌，能够改善钢的组织结构，细化晶粒，提高钢材的强度和硬度，改善塑性和韧性。1.硫(S)硫与铁化合形成低熔点的夹杂物硫化亚铁（FeS），钢材在进行热轧加工或焊接加工时硫化亚铁熔化，致使钢内晶粒脱开，形成细微裂缝，钢材受力后发生脆性断裂，这种现象称为热脆性。（三）有害杂质第七章建筑钢材 第七章建筑钢材2.磷(P)磷显著地提高了钢材的脆性转变温度，增加钢材的冷脆性，降低钢材的塑性、韧性、冷弯性和可焊性。3.氮(N)氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。4.氧(O)氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊性变差。 第七章建筑钢材四、热处理对钢材性能的影响定义：热处理是将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金相组织和显微结构组织，获得需要性能的一种综合工艺。处理方式：退火、正火、淬火、回火、调质处理。如图7-15。 （一）退火定义：将钢材加热到一定的温度，并保持一定的时间后，随炉缓慢冷却的热处理工艺。作用：降低钢材的硬度，提高钢材的塑性和韧性，并能消除冷加工、热加工或热处理所形成的内应力。图7-15钢材热处理工艺示意图（二）正火定义：正火是退火的一种特例，正火在空气中冷却。作用：提高钢材的塑性和韧性，消除钢材在热轧过程中造成的组织不均匀和内应力。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（三）淬火定义：将钢材加热到相变临界点以上，保温后放入水、油或其他介质中快速冷却。作用：显著提高钢材的硬度和耐磨性。（四）回火定义：将钢材加热到相变温度以下，保温后在空气中冷却的处理工艺。作用：消除钢材的内应力，降低其硬度和脆性。（五）调质处理定义：淬火＋高温回火作用：使钢材具有很高的强度，又具有一定的塑性和韧性。 第七章建筑钢材（一）概念定义：将钢材在常温下进行强力的拉或压，使之超过屈服，产生一定的塑性变形，以达到提高其机械强度和钢材利用率（同时降低塑性和韧性）的加工方法，称为钢材的冷加工；包括冷加工强化和冷加工时效。五、钢材冷加工技术及应用1．冷加工强化定义：钢材经冷加工（冷拉）后，若立即再拉伸，会发现屈服点明显提高，而塑性、韧性和弹性模量明显降低，这种现象称为冷加工强化；如图7-16曲线对应的应力－应变关系曲线所示。 图7-16钢材冷拉时效强化示意图2．冷加工时效定义：钢材经冷加工（冷拉）后，若放置一段时间，会发现屈服强度进一步提高、极限抗拉强度也提高，塑性和韧性进一步降低、弹性模量得到一定恢复的现象称为冷加工时效；如图7-16曲线对应的应力－应变关系曲线所示。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（二）应用常利用冷加工、时效作用来提高其强度，增加钢材的品种规格，节约钢材。常见的冷加工方式有冷拉、冷拔、冷轧等。1.冷拉定义：将钢筋用拉伸设备在常温下拉长至超过屈服点某处，使之产生一定的塑性变形，然后缓慢卸去荷载的加工方式。作用：通过冷拉，能使钢筋的强度提高，长度增加，从而达到矫直、除锈、节约钢材的目的。 2.冷拔定义：在常温下将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，如图7-17所示。作用：提高钢材的屈服强度。图7-17冷拔加工示意图3.冷轧工艺：将圆钢在轧钢机上轧成刻痕。作用：增大钢筋与混凝土间的黏结力。第七章建筑钢材 第三节钢材的技术标准及应用目前，我国用于建筑工程和铁道工程的建筑钢材主要有碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢三大类一、碳素结构钢碳素结构钢指一般结构钢和工程用热轧板、管、带、型、棒材等。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（一）碳素结构钢的牌号表示方法：碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母Q、屈服强度特征值、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度符号(F、b、Z、TZ)四个部分按顺序组成。示例：Q235-A．F，表示此碳素结构钢是屈服强度为235MPa的A级沸腾钢；Q235-C，表示此碳素结构钢是屈服强度为235MPa的C级镇静钢。（二）碳素结构钢的技术标准各牌号的碳素结构钢均应符合《碳素结构钢》(GB/T700－2006)的规定，其力学性能见表7-2，冷弯性能见表7-3。（表见教材） （三）碳素结构钢的应用Q195和Q215钢的强度低，塑性、韧性很好，易于冷加工，可制作冷拔低碳钢丝、铁钉、铆钉、螺栓。Q235具有较高的强度和良好的塑性、韧性、可焊性和冷加工性能，能较好地满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要求。Q275强度虽高，但塑性、韧性和可焊性较差，加工难度增大，可用于结构中的配件、螺栓配件、预应力锚具等。二、优质碳素结构钢碳素结构钢指一般结构钢和工程用热轧板、管、带、型、棒材等。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（一）优质碳素结构钢的牌号表示方法：优质碳素结构钢的牌号是由两位数字和字母两部分组成。两位数字表示平均碳含量的万分数；字母分别表示锰含量、冶金质量等级、脱氧程度。示例：15F号钢表示平均碳含量为0.15%、普通锰含量的优质沸腾钢；45Mn号钢表示平均碳含量为0.45%、较高锰含量的优质镇静钢。（二）优质碳素结构钢的技术标准优质碳素结构钢的技术性能应符合(GB/T699-1999)的规定。（表见教材） 第七章建筑钢材（三）优质碳素结构钢的应用优质碳素结构钢在工程中适用于高强度、高硬度、受强烈冲击荷载作用的部位和作冷拔坯料等。三、低合金高强度结构钢低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入总量不超过钢质量5%的锰(Mn)、硅(Si)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)等合金元素或稀土元素(RE)而成的。加入合金元素后，可使其强度、塑性、耐腐蚀性、耐磨性、低温冲击韧性等性能得到显著提高和改善。 第七章建筑钢材（一）低合金高强度结构钢的牌号表示方法：由代表屈服点的字母(Q)、屈服点的数值(MPa)和质量等级(A、B、C、D、E)符号三部分组成。示例：Q345C表示屈服点为345Mpa,质量等级为C级的低合金高强度结构钢。（二）低合金高强度结构钢的技术标准各牌号的低合金高强度结构钢的技术标准，见表7-5、7-6、7-7。（表见教材）（三）低合金高强度结构钢的应用低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及大柱网结构等。 第七章建筑钢材四、钢筋和钢丝钢筋的主要品种有热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋、热处理钢筋等。钢丝的主要品种有冷拔低碳钢丝、预应力混凝土用钢丝、钢绞线等。（一）热轧钢筋根据钢筋的表面特征将热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋。 1.钢筋混凝土用热轧光圆钢筋牌号：HPB235、HPB300两个牌号符号意义：H、P、B分别为热轧(Hotrolled)、光圆(Plain)、钢筋(Bars)3个词的英文首位字母，后面的数值代表钢筋的屈服强度特征值。2.热轧带肋钢筋带肋钢筋分为月牙肋钢筋和等高肋钢筋，见图7-18。图7-18带肋钢筋第七章建筑钢材 第七章建筑钢材牌号：热轧带肋钢筋分为HRB335、HRB400、HRB500、HRBF335、HRBF400、HRBF500六个牌号.符号意义：H表示热轧(hotrolled)，R表示带肋(ribbed)，B表示钢筋(bars)，F表示细（Fine）4个词的英文首位字母，后面的数值代表钢筋的屈服强度特征值。3.热轧钢筋的选用光圆钢筋：广泛用作普通钢筋混凝土结构；HRB335和HRB400带肋钢筋：广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500带肋钢筋：强度高，但塑性和焊接性较差，适宜用作预应力钢筋。 （二）冷轧带肋钢筋工艺：冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的二面或三面横肋的钢筋，见图7-19。牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四个牌号。符号意义：C、R、B分别为冷轧(Coldrolled)、带肋(Ribbed)、钢筋(Bar)三个词的英文首位字母，后面的数值代表钢筋的抗拉强度最小值。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材（三）预应力混凝土用热处理钢筋工艺：预应力混凝土用热处理钢筋是由热轧螺纹钢筋（即普通热轧中碳低合金钢筋）经淬火和回火等调质处理制成的螺纹钢筋。用途：主要用于预应力混凝土桥梁轨枕，还用于预应力梁、板结构及吊车梁等。（四）预应力混凝土用钢丝工艺：预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢盘条，经冷拉或消除应力等处理后制成的高强度钢丝。a）二面肋b）三面肋c）冷轧带肋钢筋实物图图7-19冷轧带肋钢筋横截面上月牙肋分布情况 第七章建筑钢材分类：用途：主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。 （五）预应力混凝土用钢绞线工艺：以数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除内应力的热处理而制成。分类：按结构分为五类，其代号为：1×2（用两根钢丝捻制）、1×3（用三根钢丝捻制）、1×3I（用三根刻痕钢丝捻制）、1×7（用七根钢丝捻制的标准型）、(1×7)C（用七根钢丝捻制又经模拔），如图7-20所示。标示：产品标记是由预应力钢绞线、结构代号、公称直径、抗拉强度级别、标准号五部分组成。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材示例：预应力钢绞线1×7-15.20-1860-GB/T5224-2003，表示预应力钢绞线是用七根钢丝捻制的标准型钢绞线，其公称直径为15.20mm，抗拉强度为1860MPa，执行标准为GB/T5224-2003。a）1×7钢绞线及截面示意图b）钢绞线实物图图7-20钢绞线示意图 【案例7-1】钢绞线用于预应力钢筋混凝土梁和桥梁斜拉索，如图7-21所示。图7-21钢绞线的工程应用实例第七章建筑钢材 第七章建筑钢材第四节桥梁用钢与钢轨用钢一、桥梁结构钢（一）桥梁结构钢的牌号牌号意义：由代表屈服点的字母“Q”、屈服点数值、桥梁钢的汉语拼音字母“q”、质量等级符号4部分组成。示例：例如：Q345qC代表屈服点为345MPa、质量等级为C级的桥梁钢。 （二）桥梁结构钢的类型和规格1.钢板表示方法：用符号“□”表示。示例：例如□200×12×1000表示板宽200mm，厚度12mm，长度1000mm。2.型钢类型：常用的型钢有工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等，如图7-22。表示方法：第七章建筑钢材 第七章建筑钢材a）工字钢b）槽钢c）H型钢d）等边角钢e）不等边角钢图7-22型钢断面示意图1）工字钢规格：以“腰高×腿宽×腰厚”（mm）表示，或用“腰高＃”（cm）表示。3）槽钢规格：规格以“腰高×腿宽×腰厚”（mm）或“腰高＃”（cm）表示。 第七章建筑钢材2）H型钢和T型钢分类：H型钢分为宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）、窄翼缘H型钢（HN）、薄壁H型钢（HT）四种。规格：用“代号腹板高×翼板宽×腹板厚×翼板厚”（mm）表示，或用“代号腹板高×翼板宽”表示。示例：例如：HM150×100表示中翼缘H型钢的腹板高为150mm，翼板宽度为100mm。T型钢：由H型钢剖分而成，分为宽翼缘（TW）、中翼缘（TM）和窄翼缘（TN）型三种。 第七章建筑钢材4）角钢规格：等边角钢的两个边宽相等，规格用“边宽×厚度”（mm）或“边宽＃”（cm）表示。不等边角钢的两个边宽不相等，规格用“长边宽×短边宽×厚度”（mm）或“长边宽/短边宽”（cm）表示示例：∟100×12表示边宽100mm、厚度12mm的等边角钢。L100×80×10表示长边宽100mm、短边宽为80mm、厚度10mm的不等边角钢。 （三）桥梁结构钢的特点及应用Q235q钢：是优质碳素结构钢，可焊性好，是专用于焊接桥梁的钢。Q345q和Q370q钢：具有良好的综合机械性能，不仅强度较高，而且塑性、韧性、可焊性等都较好，是建造钢梁主体结构的基本钢材。Q420q钢:强度、塑性、韧性和可焊性均很好，并具有较小的冷脆性和时效敏感性。【案例7-2】:①南京长江大桥主要是使用Q345q钢建造的；②芜湖长江大桥钢梁是使用Q370q钢建造的；③Q420q钢用于九江长江大桥桥梁结构中。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材二、钢轨钢（一）钢轨的基本要求1.足够的强度和耐磨性。2.较高的抗疲劳强度和冲击韧性3.一定的弹性4.良好的可焊性5.光滑的顶面6.高速铁路钢轨的高平直度 （二）钢轨长度及允许偏差类型：我国主要有38kg/m、43kg/m、50kg/m、60kg/m和75kg/m五种规格。长度：标准轨定尺长度为12.5m、25m、50m和100m，经供需双方协商，亦可供应其他长度的钢轨，目前有些工程局已经开始部分使用500m长度的钢轨铺设新线，以减少焊接接头，提高钢轨的平直度。（三）钢轨的技术要求钢轨的牌号及化学成分见表7-10、力学性能见表7-11（见教材）。钢轨接头处轮轨的冲击力很大，为提高接头处的耐磨性，应对钢轨两端进行轨顶淬火处理，淬火层形状应呈帽形，无淬火裂纹。第七章建筑钢材 第七章建筑钢材第五节钢材的腐蚀与防腐措施腐蚀的定义：钢材表面与周围介质发生化学反应而引起破坏的现象称作腐蚀或锈蚀。腐蚀的危害：使钢材的有效截面积减小、产生锈坑应力集中、锈蚀膨胀混凝土胀裂、削弱混凝土对钢筋的握裹力等，使结构性能降低或加速结构破坏。 第七章建筑钢材一、钢材的腐蚀类型根据钢材表面与周围介质的不同作用，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。（一）化学腐蚀定义：指钢材与周围介质(如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等)发生化学反应，生成疏松的氧化物而产生的锈蚀。示例：钢材表面FeO保护膜被氧化成Fe3O4等。（二）电化学腐蚀定义：指钢与电解质溶液接触后，由于形成许多微电池，进而产生电化学作用，引起锈蚀。比较：电化学锈蚀比化学锈蚀进行得更快。 第七章建筑钢材二、钢材的防护根据钢材表面与周围介质的不同作用，腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。（一）钢材的防腐1.采用耐候钢耐候钢在大气作用下，能在表面形成一种致密的防腐保护层，起到耐腐蚀作用的同时保持钢材良好的焊接性能。2.金属覆盖用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表而。3.非金属覆盖在钢材表面用非金属材料作为保护膜。如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。 第七章建筑钢材（二）混凝土用钢筋的防锈为防止钢筋锈蚀，应限制原材料中氯的含量，保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度。此外，采用环氧树脂涂层钢筋或镀锌钢筋也是一种有效的防锈措施。（三）钢材的防火超过300℃以后，钢材的弹性模量、屈服强度和极限抗拉强度均开始显著下降，应变急剧增大；到达600℃时已失去承载能力。没有防火保护层的钢结构是不耐火的。【案例7-4】钢材的耐火性能不足而导致世贸大厦倒塌美国纽约世贸大厦（俗称双塔）整个倒塌的主要原因不是飞机撞击和爆炸，大火的高温燃烧才是罪魁祸首。 END 土木工程材料第八章土的工程性质 第八章土的工程性质课题引入：随着人类文明及科学技术的发展,土木工程材料也不断进步与改善。现代土木工程中,尽管传统的土、石等材料的主导地位已逐渐被新型材料所取代，但是土作为传统的一种材料，其在工程中所起的作用也是不可忽视的，它是道路路基填筑的最基本、最常用的大宗建筑材料，如图8-1所示。 a）路基用土b）级配碎石图8-1路基用土与级配碎石 第八章土的工程性质本章主要内容一、土的三相组成土的概念土的三相组成 本章主要内容二、土的物理性质土的基本物理性质指标指标间的换算粘性土的物理性质第八章土的工程性质 第八章土的工程性质本章主要内容三、土的颗粒级配粒组的划分颗粒级配及其表示方法 第八章土的工程性质本章主要内容四、土的工程分类土的分类原则和分类方法土的分类 第一节土的三相组成第八章土的工程性质一、土的概念地壳中原来整体坚硬的岩石经风化、剥蚀，成为岩屑或矿物颗粒，又经搬运、堆积（沉积）等过程而形成的疏松沉积物称为“土”。包括土壤、粘土、砂、岩屑、岩块和砾石。除火山灰、硅藻土等外，绝大多数土都是岩石经物理、化学、生物风化作用的产物. 第一节土的三相组成第八章土的工程性质二、土的三相组成土的三相组成是指土由固体颗粒、液体水和气体三部分组成（即固相、液相和气相）。注意：土的状态和工程性质也随之各异。例如：固体+气体（液体为0）为干土。此时粘土呈坚硬状态，砂土呈松散状态。固体+液体+气体为湿土。此时粘土多为可塑状态。固体+液体（气体为0）为饱和土。 第八章土的工程性质(一)土的固相物质土的固相物质包括矿物颗粒和有机质，它组成土的主体部分，构成土的“骨架”，也叫做“土粒”。这些物质成分与化学成分的差异，及其不同分量的组合，就构成了不同类型的各种土的性质和特征。 (二)土的液相土的液相是指填充在土颗粒间的孔隙内的水。按照水与土相互作用程度的强弱，可分为结合水和自由水两大类.1.结合水结合水是指受电分子吸引力吸附在土粒表面的土中水。可分为强结合水和弱结合水两种。2.自由水自由水是指离土粒较远，存在于土粒表面电场以外的水。可以传递净水压力，可在土的孔隙中流动，冰点为0℃,有溶解盐类的能力。按所受作用力的不同，可分为重力水和毛细水两种。第八章土的工程性质 第八章土的工程性质3.气态水和固态的冰气态水是以水汽状态存在于孔隙中。由于水结成冰不是冷缩而是冻胀，因此，寒冷地区基础的埋深要考虑冻胀问题。（三）土中的气相土体中存在一定量的气体，如空气，它们可能是与大气连通的，也可能是封闭的。封闭气体的存在，就会降低土的透水性和产生弹性变形等。 第八章土的工程性质第二节土的物理性质土的物理性质就是指土的各组成部分（固相、液相和气相）的数量比例、性质和排列方式以及所表现的物理状态.土的三相组成比例关系，为了分析和计算方便，一般将土的三相关系用简图加以表达。（见图8-2）土的物理性质指标可分两类，：一类是通过试验实测直接获得，称为实测指标，包括土的天然密度、含水率和相对密度；另一类是通过实测指标计算所得，称为计算指标。 第八章土的工程性质VvVVsVwVamsmwmV:土的总体积（cm3或m3）Vs:土的固体颗粒的体积（cm3或m3）Vv:孔隙（包括水及气体部分的体积cm3或m3）Vw:水所占据的体积（cm3或m3）Va：空气的体积（cm3或m3）m：土样的总质量（g）ma:土的气体质量，一般ma≈0Mw:土中水的质量（g）ms：土中固体颗粒的质量（g）图8-2土的三相关系 公式：一、土的基本物理性质指标（一）土的天然密度ρ(湿密度)定义：土的天然密度是指天然土单位体积的质量（单位为g/cm3），即土粒的质量（ms）和孔隙中天然水分(mw)的质量。第八章土的工程性质（8-1）可采用环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法等方法测定。 (二）土的相对密度Gs（旧称土粒比重）定义：土的相对密度是指土在105-110℃下烘干至恒重时的质量与同体积4℃蒸馏水质量的比值。第八章土的工程性质公式：（8-2）可采用比重瓶法、浮称法与虹吸筒法。 第八章土的工程性质（三）土的含水率w定义：土中水的质量与土颗粒质量的比值即为含水率，用百分数表示公式：（8-3）标准测量方法是烘干法，也可采用酒精燃烧法，比重法或碳化钙气压 第八章土的工程性质（四）土的干密度ρd定义：土的干密度是指在干燥状态下土中固体颗粒的质量（ms）与土的体积（V）的比值公式：（8-4）工程上常用干密度来评价土的密实程度，以控制填土的施工质量。 (五)土的饱和密度ρf定义：土的饱和密度是指土孔隙中全部被水充满时单位体积土的质量。公式：（8-5）第八章土的工程性质 （六）土的孔隙率n定义：土的孔隙率表示土中孔隙大小的程度，为土样中孔隙的体积占总体积的百分比。第八章土的工程性质公式：（8-6） 孔隙比是一个重要的物理指标，用小数表示，它可以用来评价天然土层的密实程度，孔隙比e<0.6的土是密实的，具有压缩性，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。第八章土的工程性质（七）孔隙比e定义：土的孔隙比是指土中孔隙体积与土粒体积的比值。公式：（8-7） 第八章土的工程性质（八）土的浮密度ρ′定义：土的浮密度也叫水下密度，是指土浸没在水下，单位土体中土粒的重力扣除浮力后的有效重力，又等于土的饱和密度减去水的密度。公式：（8-8） （九）土的饱和度Sr定义：土的饱和度是指土孔隙中被水充满的体积与孔隙总体积的之比公式：（8-9）Sr=0为完全干燥的土，Sr=1为完全饱和土，按饱和度可以把砂土划分为三种状态：0＜Sr≤0.5为稍湿；0.5＜Sr≤0.8潮湿（很湿），0.8＜Sr≤1.0饱和。第八章土的工程性质 二、指标间的换算在土的三项指标中，可以根据土的三个试验指标，换算其他指标，也可以用某几个指标换算其他的指标,在应用中，只要掌握每个指标的物理意义，运用三相图就能推导出这些公式。第八章土的工程性质 三、粘性土的物理性质（一）粘性土的界限含水率对于同一种粘土，当其含水率发生变化时，其状态也会发生相应的变化我们把粘性土从一种状态变化到另一种状态的分界含水率称为界限含水率。界限含水率分为液限、塑限和缩限。（如图8-3所示）土由可塑状态变到流动状态的界限含水率称为液限，用wL表示；土由半固态变到可塑状态的界限含水率称为塑限，用wP表示第八章土的工程性质 第八章土的工程性质图8-3界限含水率常用液塑限联合测定仪同时测定液限和塑限。在工程实际中也可用搓条法测定塑限。 第八章土的工程性质（二）粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数是指土的液限和塑限的差值。表示土处于塑性状态的含水率的变化范围，以此来反映粘性土的塑性大小。塑性指数用IP来表示.公式：（8-10） 第八章土的工程性质对于不同的土，即使具有相通的含水率，它们所处的物理状态也不一定相同，还要考虑各自的液限和塑限。因此还需要一个能够表示天然含水率与界限含水率关系的指标，即液性指数，用IL表示，即：公式：（8-11） 第八章土的工程性质注意：IL＜0时，w＜wP，天然土处于坚硬状态；IL＞1时，w＞wL，天然土处于流动状态；0＜IL＜1时，wP＜w＜wL，则天然土处于可塑状态。因此，可以用液性指数来描述粘性土的状态。 第八章土的工程性质第三节土的颗粒级配土的骨架是由土粒组成。自然界中的土，土粒的大小很不均匀，不同粒径的土粒在土中的相对含量是决定土的工程性质的重要指标。一、粒组的划分土的粒度是指土颗粒的大小，以粒径表示，通常以mm为单位。为了确定各种大小土粒的相互关系，在工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。每个粒组的区间内常以其粒径的上、下限给粒组命名. 二、颗粒级配及其表示方法（一）颗粒级配不同粒组在土中的相对含量在很大程度上决定着土的工程特性，因此常作为土的工程分类的依据。在我国，土的颗粒分析目前有两种方法：一种是筛析法，适合于粒径大于0.074mm的粗粒土；另外一种是静水沉降法，适合于粒径小于0.074mm的细粒土；若土中粗细颗粒兼有时，则可联合使用上述两种方法。第八章土的工程性质 第八章土的工程性质（二）颗粒级配的表示方法颗粒级配经分析后，常用的表示方法有表格法、累积曲线法和三角坐标法。1.表格法：以列表形式直接表达各粒组的相对含量。2.累计曲线法：横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径di；纵坐标表示小于某一粒径得土粒的累计百分含量。如图8-4。 图8-4颗粒级配曲线第八章土的工程性质 累计曲线的用途主要有以下两个方面：第一：由累计曲线可以直观地判断土中各粒组的分布情况。第二：由累计曲线可确定两个土粒的级配指标。不均匀系数公式：Cu=d60/d10（8-12）第八章土的工程性质 不均匀系数Cu反映土大小不同粒组的分布情况。Cu越大，曲线越平缓，表示土粒大小分布范围广，土的级配良好。曲率系数值Cc越大，表明土的均匀程度高；反之，均匀程度低。当同时满足不均匀系数Cu≥5和曲率系数Cc=1~3这两个条件时，土为级配良好的土；如不能同时满足，土为级配不良的土。第八章土的工程性质曲率系数公式：Cc=d302/d10d60（8-13） 3.三角坐标法：三角坐标法也是一种图示方法，可用来表达粘粒、粉粒和砂粒三种粒组的百分含量。如图8-5所示。上述三种方法各有其特点和适用条件，其中累计曲线法能用一条曲线表示一种土的粒度成分，而且可以在一张图上同时表示多种土的粒度成分，能直观地比较其级配状况。第八章土的工程性质 自然界的土类众多，工程性质各异。为了能大致地判断土的基本性质，合理地选择研究内容及方法，以及在科学技术交流中有共同的语言，有必要对土进行科学的分类。一、土的分类原则和分类方法(一）分类原则一般对粗粒土（包括碎石土和砂类土）主要按粒度成分进行分类；细粒土则按塑性指数分类；有机土和特殊土则分别单独各列为一类。第八章土的工程性质第四节土的工程分类 （二）分类方法在进行土的工程分类时，应根据土类、土组和土名的次序区分，首先按相应的粒级含量超过50%来划分土类。（三）土类名称的表示方式1.土类名称可用一个基本代号表示。2.当由两个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示土的副成分（土的液限或级配）第八章土的工程性质 3.当由三个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示液限的高低（或级配的好坏），第三个代号表示土中所含次要成分第八章土的工程性质 二、土的分类本分类将土分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，分类总体系见图8-6。土巨粒土粗粒土细粒土特殊土漂石土卵石土砾类土砂类土粉质土粘质土有机质土黄土膨胀土盐渍土红粘土图8-6土的分类体系第八章土的工程性质 （一）巨粒土分类试样中巨粒组质量多于总质量50%的土称巨粒土。（二）粗粒土分类试样中巨粒组和粗粒组土粒质量之和多于总土质量50%，且巨粒组土粒质量不多于总质量15%的土称粗粒土（三）细粒土分类试样中细粒土质量多于或等于总质量50%的土称细粒土类。第八章土的工程性质 第八章土的工程性质细粒土应按塑性图分类：见图8-7。图8-7土的塑性图 (四）特殊土分类从目前工程实践来看，大体可分为：软土、红粘土、黄土、膨胀土、多年冻土、盐渍土等。软土是指主要由细粒土组成的孔隙比大（e≥1）、天然含水率高红粘土红粘土是指碳酸盐系的岩石经第四纪以来的红土化作用，形成并覆盖于基岩上，呈棕红、褐黄等色的高塑性粘土。第八章土的工程性质 第八章土的工程性质黄土黄土是一种含大量碳酸盐类、且能以肉眼观察到大孔隙的黄色粉状土。膨胀土膨胀土是指土体中含有大量的亲水性粘土矿物成分（如梦脱石、伊利石等），在环境温度及湿度变化影响下，可产生强烈的胀缩变形的土。多年冻土多年冻土是指土的温度等于或低于摄氏零度，固态冰，且这种状态在自然界连续保持3年或3年以上的土。盐渍土盐渍土是指易溶盐含量大于0.5%，且具有吸湿、松胀等特性的土。 END 土木工程材料第九章无机结合料稳定材料 第九章无机结合料稳定材料课题引入：随着我国国民经济的发展，近几年为解决人们交通不便的问题，国家大力投资建设一大批高等级公路、铁路。而高等级公路路面基层、底基层目前采用较广泛的湿无机结合料稳定材料，即半刚性基层、底基层材料。如下图路路面基层、底基层目前采用较广泛的湿无机结合料稳定材料，即半刚性基层、底基层材料。如下图示。图9-1无机结合料稳定土 第九章无机结合料稳定材料本章主要内容一、概述无机结合料稳定材料的概念无机结合料稳定材料的分类无机结合料稳定材料的优缺点二、无机结合料稳定材料的组成水泥稳定类组成材料要求 本章主要内容石灰稳定类组成材料的要求三、无机结合料稳定材料的技术性质无机结合料稳定材料的压实性无机结合料稳定土的强度无机结合料稳定土材料的缩裂特性第九章无机结合料稳定材料 本章主要内容四、无机结合料稳定材料的组成设计无机结合料稳定材料的组成设计步骤无机结合料稳定材料配合比设计例题第九章无机结合料稳定材料 一、无机结合料稳定材料的概念无机结合料稳定材料是指采用一定的技术措施，在粉碎的或原来松散的土中，掺入适量的无机结合料（如水泥、石灰、粉煤灰等）和水，经拌合均匀、压实和养生后得到的一种强度和耐久性符合规定要求的复合混合料，又称无机结合料稳定土。一般作为高等级公路路面基层、底基层。第一节概述第九章无机结合料稳定材料 工程上用于无机结合料稳定的土，通常按照土中单个颗粒（指碎石、砾石和砂颗粒）的粒径大小和组成，将土分为下列三种：细粒土：颗粒的最大粒径小于9.5mm，且其中小于2.36mm的颗粒含量不小于90%。中粒土：颗粒的最大粒径小于26.5mm，且其中小于19mm的颗粒含量不小于90%。粗粒土：颗粒的最大粒径小于37.5mm，且其中小于31.5mm的颗粒含量不小于90%。第九章无机结合料稳定材料 二、无机结合料稳定材料的分类（一）按无机结合料的种类分1.石灰稳定土类：用石灰稳定各类土而得到的混合料。2.水泥稳定土类：用水泥稳定各类土而得到的混合料。3.综合稳定类土：同时用石灰和水泥稳定某种土得到的混合料。水泥用量占石灰水泥总用量30%以上的，称为水泥综合稳定土；反之称石灰综合稳定土。4.石灰工业废渣稳定土类：用石灰稳定工业废渣或稳定工业废渣与某种土的混合物而得到的混合料。可分为石灰粉煤灰稳定土类和石灰其它废渣稳定土类。第九章无机结合料稳定材料 （二）按土的粒径大小和组成分1.无机结合料稳定土：用无机结合料稳定细粒土而得到的混合料，如石灰土、水泥土、石灰粉煤灰土（简称二灰土）等。2.无机结合料稳定粒料：用无机结合料稳定中粒土或粗粒土而得到的混合料。可分为无机结合料稳定砂粒和无机结合料稳定碎石。第九章无机结合料稳定材料 三、无机结合料稳定材料的优缺点它具有良好的力学性能，其抗压强度和抗弯强度较高，而且水稳性好，具有抗冻性，在外力作用下变形小；便于就地取材，，易于实现机械化施工，养护费用低；利用工矿企业废渣符合当前节能环保的要求。但最大缺点是干缩或低温收缩容易产生裂缝，耐磨性较差，一般不宜用于路表面。第九章无机结合料稳定材料 第二节无机结合料稳定材料的组成一、水泥稳定类组成材料要求（一）水泥普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥都可用于稳定土，但应选用初凝时间3h以上和终凝时间6h以上的水泥。不得使用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。宜采用强度等级为32.5或42.5的水泥。第九章无机结合料稳定材料 （二）土1.宜选用均匀系数大于10，塑性指数小于12的土。2.土的压碎值的要求基层：高速公路和一级公路不大于30%二级和二级以下公路不大于35%底基层：高速公路和一级公路不大于30%二级和二级以下公路不大于40%第九章无机结合料稳定材料 第九章无机结合料稳定材料3.土的级配要求各级公路均可将悬浮密实型水泥稳定类材料用于基层，底基层。基层材料的颗粒最大粒径不大于31.5mm，底基层颗粒最大粒径不大37.5mm（三）水凡人或牲畜饮用的水源，均可用于无机结合料稳定材料的拌和与养护用水。 第九章无机结合料稳定材料二、石灰稳定类组成材料的要求（一)石灰各种化学组成的石灰均可用于稳定土。但其质量必须符合合格品以上的标准。对于高速公路和一级公路，通常采用磨细生石灰粉。（二）粉煤灰干粉煤灰和湿粉煤灰都可以使用。湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。2.土的压碎值的要求（三）煤渣煤渣的最大粒径不应大于30mm，颗粒组成宜有一定级配，且不宜含杂质。 第九章无机结合料稳定材料（四）土1.宜采用塑性指数为12～20的粘土（亚粘土）；土块的最大粒径不应大于15mm；有机质含量超过10%土不宜选用。2.土的压碎值要求同水泥稳定类。3.土的级配要求高速公路、一级和二级公路将骨架密实型石灰粉煤灰稳定集料用于上基层或基层时，集料级配宜符合级配范围的要求。混合料中粗集料的用量应控制在75%以上，2.36mm以下细集料含量宜控制在20%左右。基层材料的颗粒最大粒径不大于31.5mm，底基层颗粒最大粒径不大于37.5mm。 第九章无机结合料稳定材料第三节无机结合料稳定材料的技术性质一、无机结合料稳定材料的压实性压实性在我国一般采用重型击实试验确定无机结合料稳定材料的最佳含水量和最大干密度。同时，为确定制备无机结合料稳定材料强度试验和耐久性试验的试件应该用的含水量和干密度，以及制备承载比试验试件的材料含水量。二、无机结合料稳定土的强度抗拉强度是路面结构设计的主要指标，抗压强度是材料组成设计的主要指标。采用无机结合料稳定材料无侧限抗压强度指标来表示稳定土的强度，不同公路等级、稳定剂类型和公路层次的无机结合料稳定材料的抗压强度标准也不一样. 第九章无机结合料稳定材料注意：影响无机结合料稳定材料强度的因素：土的类别和性质：一般不同成因的土都可以用石灰来稳定。水泥稳定级配良好的碎（砾）石和砂砾效果最好，既可节约水泥，又可取得满意的稳定效果。含水率：实际施工中尽可能达到最佳含水率，并注意控制养护水分的蒸发，以保证稳定剂的水化。密实度：一般来讲，密实度增加，其强度也会增加，水稳性和抗冻性也会提高，缩裂现象亦会减少。因此要通过选材和施工工艺来控制密实度的大小。 第九章无机结合料稳定材料稳定剂的品种和剂量：石灰的剂量对稳定土的强度影响显著，石灰稳定土中石灰存在一个最佳剂量，其最佳剂量随土质不同而异，同时也与养生龄期有关。生产实践中，最佳剂量的选用范围，对于粘性土及粉性土为8%～16%,对于砂性土为10%～18%。当采用水泥做稳定剂时，水泥的矿物成分和分散度对其稳定效果有明显影响。水泥剂量控制在5%～10%较为合理。 第九章无机结合料稳定材料施工工艺过程：稳定土拌得越均匀，且能在最佳含水率下压实，其密实度越大，密度和强度就高。水泥稳定土从加水拌合到完全压实的时间要尽可能短，一般不要超过6h。养生条件：强度的发展都需要一定的温度和湿度，都要在潮湿的条件下进行养护，强度才会提高。同时也需要一定的温度，养生温度越高，强度增长越快。 第九章无机结合料稳定材料三、无机结合料稳定土材料的缩裂特性无机结合料稳定材料的缩裂现象主要有干缩裂缝和温缩裂缝两种。（一）干缩裂缝石灰稳定土比水泥稳定土容易产生干缩裂缝。故应加强初期养护，保证石灰土表面潮湿，减轻稳定土的干缩裂缝（二）温缩裂缝定义：无机结合料稳定土具有热胀冷缩的性质。随着气温的降低，稳定土会产生冷却收缩变形，收缩变形受到约束时，逐渐会形成裂缝，称为温缩裂缝。 第九章无机结合料稳定材料裂缝防治措施有：1.改善土质土越粘，则缩裂越严重，故应采用粘性较小的土，或在粘性土中掺入砂土、粉煤灰等，以降低土的塑性指数。2.控制压实含水量及压实度压实度小时产生的干缩要比压实度大时严重。稳定土因含水量过多产生的干缩裂缝显著，因此，稳定土压实时含水率比最佳含水率略小为好，并尽可能达到最佳压实效果。3.掺加粗集料掺入一定数量的粗粒料，使混合料满足最佳组成要求，可以提高其强度和稳定性，减少缩裂产生，同时可以节约结合料和改善碾压时的拥挤现象。4.其它措施加强初期养护，设立隔裂过渡层等。 第九章无机结合料稳定材料第四节无机结合料稳定材料的组成设计所谓材料组成设计是指：根据对某种材料规定的技术要求，选择合适的原材料，确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水率。通过设计，在铺筑的路面在技术上可靠，经济上合理。注意：无机结合料稳定材料的组成设计必须遵循以下原则：具有合适的强度和耐久性；用作高等级道路路面基层时，具有小的收缩变形和强抗冲刷能力；就地取材，便于施工；技术可行，经济合理 第九章无机结合料稳定材料一、无机结合料稳定材料的组成设计步骤（一）原材料试验原材料主要进行下列试验：颗粒分析；液限和塑性指数；相对密度；击实试验；压碎值稳定剂性质试验(包括测定石灰的钙、镁含量和水泥的强度等级及终凝时间)注意：有机质含量和硫酸盐含量（必要时做） 第九章无机结合料稳定材料（二）拟定混合料配合比1.选定不同的石灰或水泥剂量，制备同一种土样的混合料试件若干石灰粉煤灰稳定土，采用石灰粉煤灰土做基层或底基层时，石灰与粉煤灰的比例常用1:2～1:4（对于粉土，以1:2为宜）石灰粉煤灰与细粒土的比例可以是30:70～10:90；采用石灰粉煤灰集料做基层时，石灰与粉煤灰的比例常用1:2～1:4石灰粉煤灰与集料（中粒土和粗粒土）的比应是20:80～15:85。 第九章无机结合料稳定材料2.确定各种混合料的最佳含水率和最大干密度，至少应做三个不同剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量，其余两个混合料的最佳含水率和最大干密度用内插法确定。3.按规定的压实度，分别计算不同剂量的试件应有的干密度。4.按最佳含水率和计算得到的干密度制备试件。 5.试件在规定温度下保温养生6d，浸水24h后，进行无侧限抗压强度试验6.计算试验结果的平均值和偏差系数。7.选定合适的水泥或石灰剂量。8.考虑到室内试验和现场条件的差别，工地实际采用的结合料剂量应较室内试验确定的剂量多0.5%～1.0%。拌合机械的拌合效果好，可只增加0.5%；如拌合机械的拌合效果较差，则需要增加1.0%。9.水泥的最小剂量第九章无机结合料稳定材料 二、无机结合料稳定材料配合比设计例题【例题】某地区一级公路路面底基层设计为石灰稳定土，试按现行技术规范所要求的方法进行石灰稳定土混合料配合比设计。【设计资料】该路面底基层设计为30cm厚石灰稳定土，要求7d无侧限抗压强度为0.8MPa。该路石灰土混合料生产采用集中厂拌法，分两层铺筑，压实度指标按95%控制。第九章无机结合料稳定材料 【设计步骤】（一）原材料检验及选定1.石灰材料：该路段沿线盛产钙质石灰，经试验检测该土料的各项技术指标均符合现行有关规范要求。2.土料：该路土场的土质为低塑限粘土，经试验检测该土料的各项技术指标均符合现行有关规范要求。（二）确定石灰剂量的掺配范围参照当地的试验，石灰土的石灰剂量按8%、10%、12%、14%和16%5种比例配制。第九章无机结合料稳定材料 第九章无机结合料稳定材料（三）确定最佳含水率和最大干密度用重型击实试验法确定各种不同石灰剂量的石灰土混合料最佳含水率和最大干密度.（四）测定7d无侧限抗压强度1.制作试件：对石灰稳定土路面底基层混合料强度试件的制备，按现行技术规范规定采用Φ50mm×50mmm的圆柱体试件，每种石灰剂量按6个试件配制，工地压实度按95%控制，现将制备试件所需的基本参数计算如下: 第九章无机结合料稳定材料(1)制备一个试件需要混合料的数量（以8%剂量为例）(2)配制同种石灰剂量6个试件所需的各种原材料的总量。①首先测定风干土和消石灰粉的原始含水率，分别为3%和2%。②对于细粒土来讲可以一次配制6个试件所需混合料，再按以上每个试件质量分别称取，成型6个试件。2.测定无侧限抗压强度，按规定方法测得7d无侧限抗压强度 （五）最佳石灰剂量确定1.比较强度平均值和设计要求值，根据试验结果，石灰剂量为8%、10%2.考虑到试验数据的偏差的施工中的保证率，对石灰剂量8%、10%、12%、14%和16%时的强度验算，石灰剂量为8%时强度不能满足强度指标要求。3.通过计算结果看来，采用大于8%的石灰剂量去稳定这种低塑限粘土，就能满足强度指标要求，以技术经济观点分析，最终石灰剂量应取10%比较合理。第九章无机结合料稳定材料 END 土木工程材料第十章沥青及沥青混合料 第十章沥青及沥青混合料课题引入：在工程实际中我们经常会遇到因沥青的技术性质掌握不当或沥青混合料配比设计性能不符合要求导致路面破坏的案例。例如：我们常可看到一种现象，以相同沥青混合料铺筑的道路，多雨、地下水较多的地段往往损坏更快、更严重。水是如何损害沥青混凝土路面的？首先水的渗入使沥青粘附性减少，导致沥青混合料的强度和劲度减小。此外，水可进入沥青薄膜与集料之间，阻断沥青与集 料表面的相互粘结，集料表面对水的吸附比沥青强，从而使沥青与集料表面接触角减小，沥青从集料表面剥落造成的。在交通高速发展的今天，车辙和水损害已成为一些地区沥青路面的主要破坏形式，占到了沥青路面产生病害类型的70%以上。如何能得到符合质量要求具有良好的综合路用性能的沥青混合料路面呢，这就要求我们通过实例的分析要掌握沥青材料和沥青混合料的组分、技术性质、性能要求及其应用.（见图10-1、10-2） 图10-1高速公路沥青路面图10-2沥青防水卷材 第十章沥青及沥青混合料本章主要内容一、沥青材料石油沥青的组成和结构石油沥青的技术性质沥青胶结料评价方法其他沥青 第十章沥青及沥青混合料本章主要内容二、沥青混合料沥青混合料的分类沥青混合料组成结构沥青混合料的技术性质沥青混合料的配合比设计 第十章沥青及沥青混合料沥青材料是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物及其非金属(氧、硫、氮)衍生物；组成的混合物。沥青在常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液体。在土木工程中主要用于道路工程、土木工程的防水、防渗、防潮、防腐工程等。（见图10-3、10-4）第一节沥青材料一、石油沥青的组成和结构（一)石油沥青的分类 第十章沥青及沥青混合料图10-3沥青防水卷材施工图10-4水库的沥青混凝土防渗护面图10-5沥青的分类 1.不同基属原油炼制的石油沥青分第十章沥青及沥青混合料石蜡基沥青环烷基沥青中间基沥青注意：蜡是沥青中的有害成分,会给高含蜡量沥青制备的路用沥青混合料路用性能带来不良的影响。油分中含蜡,故在组分分析时应用沥青含蜡量测定仪将油蜡分离。2.沥青常温下的稠度分类根据用途的不同，要求石油沥青具有不同的稠度，一般可分为粘稠沥青和液体沥青两大类。粘稠沥青在常温下 又分为半固体或固体状态。液体沥青在常温下多呈粘稠液体或液体状态.(二)石油沥青的组分我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052--2000T0617-0617-93)中规定有三组分和四组分两种分析法。第十章沥青及沥青混合料1.三组分分析方法油分树脂沥青质 第十章沥青及沥青混合料2.四组分分析方法饱和分芳香分胶质沥青质注意：我国建筑行业多用沥青三组分分析法，其最大优点是组分界限明确，但三组分分析法流程复杂、分析时间长；交通行业更多采用沥青四组分分析法.(三)石油沥青的胶体结构绝大多数沥青是以沥青质为核心，吸附胶质形成的胶团作为分散相，分散在饱和分与芳香分的分散介质中，呈 第十章沥青及沥青混合料胶体结构。1.胶体结构的分类根据沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同，沥青可分为溶胶型、凝胶型和溶一凝胶型三种胶体结构类型a）溶胶型结构b)溶-凝胶型结构c)凝胶型结构图10-6沥青胶体结构类型 第十章沥青及沥青混合料注意：溶胶型沥青粘性小而流动性大，温度稳定性较差在道路工程中很少采用，多为建筑沥青。修筑现代高等级公路路面的沥青，都应属于溶胶－凝胶型沥青.2.胶体结构的判定通常采用针入度指数法根据针人度指数PI值来判定沥青胶体结构（见图10-7）<-2溶胶-2～+2溶凝胶>+2凝胶图10-7路面开裂 第十章沥青及沥青混合料二、石油沥青的技术性质（一)物理性质1.密度定义：密度是指单位体积物质的质量单位为t／m3或g／cm32.体膨胀系数意义：沥青体膨胀系数是沥青储罐设计、沥青用作填缝或密封材料时十分重要的计算数据。公式： 第十章沥青及沥青混合料注意：体膨胀系数大，沥青路面在夏季易泛油，冬季易因收缩而产生裂缝。（二)沥青的路用性能1.黏滞性定义：沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗剪切变形的能力。测定方法：一类为“绝对粘度法”，另一类为“相对粘度”法，实际应用上多测定沥青的相对粘度。 第十章沥青及沥青混合料测定液体石油沥青、煤沥青和乳化沥青等的黏度，采用标准黏度计法。该法试验条件表示为CT，d，其中C表示黏度，T表示试验温度，d为流孔直径。相同温度和相同流孔条件下，流出时间越长、即CT，d越大，表示沥青黏度越大。（见图10-8）图10-8标准粘度计测定液体沥青示意图1.沥青试样；2.活动球杆；3.流孔；4-水 第十章沥青及沥青混合料针入度法：是国际上普遍采用的测定黏稠沥青稠度的一种方法.图10-9沥青针度测定仪试验条件表示为P(T,m,t)其中P为针入度，其中T为试验温度，m为标准针(包括连杆及砝码)的质量，t为贯入时间.针入度值越大，表示沥青越软，即稠度越小。我国液体沥青采用黏度来划分技术等级。（见图10-9） 第十章沥青及沥青混合料软化点：我国现行试验法(T0604--93)是采用环与球法软化点测定沥青在固、液态转变的固化点或液化点.（见图10-10）软化点既是反映沥青稳定性的一个指标,也是反映沥青条件黏度的一个指标。图10-10沥青软化点试验示意图2.延性定义：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.用延度作为条件延性指标来表征。《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)规 第十章沥青及沥青混合料定，A、B级沥青采用10℃延度，C级沥采用l5℃延度评定沥青的低温塑性指标。（见图10-11）图10-11沥青延度试验示意图3.低温性能沥青的低温延性与低温脆性是重要的性能，多以沥青的低温延度和脆点试验来表征。脆点试验：脆点是测量沥青在低温不引起破坏时的温度，即达到临界硬度时发生脆裂的温度。（见图10-12、10-13） 第十章沥青及沥青混合料弯曲梁流变试验：通过试验获得两个评价指标，蠕变劲度模量和劲度变化率，要求不小于0.3。（见图10-14、10-15）直接拉伸试验：测试沥青在低温时的极限拉伸应变。试验温度为0～36℃，沥青呈脆性特征。（见图10-16、10-17）公式： 第十章沥青及沥青混合料图10-12弗拉斯脆点仪(尺寸单位：mm)1.外筒；2.夹钳；3.硬塑料管；4.真空玻璃管；5.试样管；6.橡胶管；图10-13弯曲器(尺寸单位：mm) 第十章沥青及沥青混合料7.橡胶管；8.通冷却液管道；9.橡胶管；10.温度计；11.摇把图10-14弯曲梁流变试验模式示意图图10-15蠕变劲度与时间关系示意图 第十章沥青及沥青混合料图10-16直接拉伸试验示意图图10-17破坏应变与应力关系直接拉伸试验示意图4.沥青的感温性感温性的评价指标：针入度指数(PI)和针人度一温度指数(PTI)。工程中用于评价沥青感温性的常用指标还有针入度-黏度指数(PVN)、黏-温指数(VTS)、黏度 第十章沥青及沥青混合料-温度指数(VTN)、沥青等级指数(CI)等。感温性评价指标的工程应用：PI、PVN、VTS、CI等指标越大越好。这些指标越大，表明沥青对温度变化不敏感，感温性低。5.沥青的粘附性工程意义：沥青的黏附性不强，易从集料表面剥落，造成沥青路面的水损害性坑洞，见图10-18。改进措施：其一，采用碱性集料；其二，掺抗剥落剂。评价方法：Dmax>13．2mm者采用水煮法；Dmax≤l3.2mm者采用水浸法。 第十章沥青及沥青混合料图10-18沥青与集料黏附性不良图10-19水煮法评定沥青黏附性的示意图a)沥青黏附性好b)沥青黏附性差图10-20水煮法试验后试样 第十章沥青及沥青混合料图10-18沥青与集料黏附性不良图10-19水煮法评定沥青黏附性的示意图a)沥青黏附性好b)沥青黏附性差图10-20水煮法试验后试样 第十章沥青及沥青混合料6.沥青的耐久性老化现象：沥青的性质将随着时问的推移而发生变化，沥青老化和路面达到使用寿命、荷载过大等因素均会导致沥青路面网裂。（见图10-21）图10-21沥青老化导致路面网裂 第十章沥青及沥青混合料老化现象：沥青老化的诱因主要包括热老化、光(紫外线)老化和氧老化三方面。7.安全性用来评价沥青施工安全性的指标主要有两项：其一，闪点，定义为加热沥青初次闪火的温度（℃）；其二，燃点，定义为加热沥青能持续燃烧5s以上的温度（℃）。沥青的闪点和燃点之间相差10℃左右。沥青闪点和燃点通常采用克利夫兰开口杯(简称COC)法或泰格式开口杯(简称T0C)法测定，前者适用于黏稠沥青、后者适用于液体沥青。 第十章沥青及沥青混合料三、沥青胶结料评价方法(一)道路石油沥青的评价方法1.我国现行道路石油沥青指标体系是采用针入度分级，以沥青的针入度、软化、延度三大指标为核心的经验性指标体系。2.我国与道路石油沥青相关的现行技术标准主要包括：《道路石油沥青》(SH／T05222000)、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052--2000)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40--2004)。 第十章沥青及沥青混合料(二)建筑石油沥青的评价方法与道路石油沥青相比，建筑石油沥青针人度较小(黏性较大)、软化点较高(耐热性较好)、延度较小(塑性较小)四、其他沥青(一)改性沥青方法当前我国改性沥青用量大的原因主要在于两个方面：其一，路面要求提高；其二，建设投资充足。1.常用改性沥青 第十章沥青及沥青混合料聚合物改性沥青：基质沥青中掺加高分子聚合物来改善基质沥青的技术性能。按所掺加高分子聚合物类型的不同，分为树脂和橡胶两大类。改性沥青的性能与选用注意：PE、EVA类主要改善沥青的高温性能，在我国多用于南方高温地区；SBR类可改善沥青的低温性能，在我国多用于北方寒冷地区或加工成改性乳化沥青用于微表处；SBS类我国南、北方地区均可用；A型主要用于寒冷地区；C型、D型则主要用于高温、重载地区。 第十章沥青及沥青混合料2.乳化沥青乳化沥青得到广泛的应用。不仅可用于路面的维修与养护，而且可用于铺筑表面处治、贯入式、沥青碎石、乳化沥青混凝土等各种结构形式的路面，还可用于旧沥青路面的冷再生，防尘处理。乳化沥青的组成材料：乳化沥青由沥青水和乳化剂组成，可加入少量添加剂。乳化剂的分类：阴离子型乳化剂较为便宜；微表处多用性能较好的阳离子乳化剂，其最大优点在于与石子的黏 附性好。3.煤沥青煤沥青是由煤干馏的产品煤焦油经再加工获得的，煤焦油分为高温焦油和低温焦油两类。（见图10-22）第十章沥青及沥青混合料图10-22煤沥青 第十章沥青及沥青混合料工程中鉴别煤沥青与石油沥青的最简单方法是将其加热，石油沥青有松香味、而煤沥青则为刺鼻臭味。第二节沥青混合材料沥青混合料是矿质混合料(简称矿料)与沥青结合料经拌制而成的混合料的总称，沥青混合料经摊铺、压实成型后成为沥青路面。我国在建或已建的高速公路路面有90％以上采用半刚性基层沥青路面。一、沥青混合料的分类沥青混合料的分类方法取决于矿质混合料的级配、集料的最大粒径、压实空隙率和沥青品种等。 第十章沥青及沥青混合料（一）按矿料级配类型分类根据沥青混合料所用矿料级配类型的不同，其可分为连续级配沥青混合料和间断级配沥青混合料两类。（二）按矿料空隙率分类根据沥青混合料所用矿料压实空隙率或密实度的不同，其可分为密级配沥青混合料、半开级配沥青混合料、开级配沥青混合料三类。目前连续型密级配沥青混合料在我国应用最多。（三）按矿料公称最大粒径分类集料的最大粒径是指通过百分率为100%的最小标准筛筛孔尺寸，集料的公称最大粒径是指全部通过或允许少量不通过(一般容许筛余量不超过l0%)的最小一级标 第十章沥青及沥青混合料准筛筛孔尺寸，通常比最大粒径小一个粒级。根据集料的公称最大粒径，沥青混合料分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式。二、沥青混合料组成结构（一）沥青混合料的结构类型沥青混合料主要是由沥青黏结矿料形成的，材料与级配的不同使得沥青混合料具有不同的组成结构，主要包括三种结构，即悬浮-密实结构、骨架-空隙结构、骨架-密实结构。（见图10-23） 第十章沥青及沥青混合料a)悬浮-密实结构b)骨架-空隙结构c)骨架-密实结构图10-23沥青混合料的典型组成结构悬浮-密实结构：沥青混合料的密实度和强度高，水稳定性、低温抗裂性、耐久性等均较好；高温稳定性较差。骨架-空隙结构：具有良好的排水、降噪效果（图10-24）。 第十章沥青及沥青混合料骨架-密实结构：构造深度深、抗滑性好(图10-25)，特别适用于高等级路面的上面层。图10-24透水路段(前方)与不透水路段(后方)雨后效果对比图10-25SMA混合料的骨架一密实结构（二）沥青混合料的强度及其影响因素 第十章沥青及沥青混合料沥青混合料其强度主要来源于两方面：其一，沥青胶结料及其与矿料之间的黏聚力；其二，矿质颗粒之问的内摩阻力和嵌挤力。影响沥青混合料强度的因素包括沥青黏度的影响和沥青用量的影响两方面；矿料级配及矿料颗粒粒径及表面特征的影响；沥青与矿料界面的影响.见图10-26三、沥青混合料的技术性质沥青混合料作为沥青路面的面层材料，应具有足够的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗老化性、抗滑性等技术性能，以保证沥青路面优良的服务性能，经久耐用。 第十章沥青及沥青混合料图10-26沥青与矿粉交互作用示意图（一）高温稳定性1.沥青混合料高温稳定性不良的主要破坏形式有泛油、推移、拥包、搓板、车辙（见图10-27）等。 第十章沥青及沥青混合料a)荷载作用前b)荷载作用后图10-27沥青路面车辙的形成2.影响高温稳定性的主要因素沥青的高温粘度越大，与集料的粘附性越好，沥青混合料的抗高温变形能力就越高，对于细粒式和中粒式密级配沥青混合料，适当减少沥青用量有利于抗车辙能力的提高， 第十章沥青及沥青混合料对于粗粒式或开级配沥青混合料，不能简单地靠采用减少沥青用量来提高抗车辙能力。（二）沥青混合料的低温抗裂性1.沥青路面的常见裂缝包括低温收缩裂缝和荷载疲劳裂缝两类。见图(图10-28)及(图10-29)。这两种裂缝单从路表难以区分，需路面取芯后方可区别。2.影响沥青混合料低温性能的主要因素影响沥青混合料的低温劲度的最主要因素是沥青的低温劲度，沥青粘度和温度敏感性是决定沥青劲度的主要指标。 第十章沥青及沥青混合料图10-28沥青路面低温收缩裂缝图10-29沥青路面荷载疲劳裂缝(三)沥青混合料的耐久性耐久性包括沥青混合料的抗老化性、水稳定性、抗疲劳性等综合性质。1.水稳定性 第十章沥青及沥青混合料沥青混合料的水稳定性评价方法：沥青与集料黏附性试验、浸水试验、冻融劈裂强度试验等。沥青混合料水稳定性的影响因素：其一，沥青路面的压实空隙率过大导致沥青混合料透水性大、强度降低；其二，沥青用量不足导致沥青混合料水稳定性降低；其三，沥青与集料的黏附性不足，从而导致剥落与松散。（见图10-30）2.抗老化性沥青混合料老化取决于沥青的老化程度，与外界环境因素和压实空隙率有关。 第十章沥青及沥青混合料图10-30沥青路面水稳定性坑槽(四)沥青混合料的抗疲劳性定义：沥青混合料出现疲劳破坏的重复应力值称作疲劳强度。（见图10-31）沥青混合料的疲劳试验可分为四类：实际路面在真实汽车荷载下的疲劳试验，足尺路面结构在模拟汽车荷载作用下的疲 第十章沥青及沥青混合料劳试验，试板试验，试验室小型试件疲劳试验。图10-31沥青路面疲劳破坏(五)沥青混合料的表面抗滑性沥青混合料表面抗滑性的影响因素：其一，沥青路面的微观构造，用集料抗磨光值表征；其二，沥青路面的宏观构造，用压实后路表构造深度表征.（见图10-32） 第十章沥青及沥青混合料沥青混合料表面抗滑性的评价方法：其一，铺砂法，测定的是宏观构造深度；其二，摆式摩阻仪法；其三，集料磨光值法。图10-32沥青混合料表面抗滑性不良(六)沥青混合料施工和易性 第十章沥青及沥青混合料沥青混合料应具备良好的施工和易性，是保证沥青路面使用质量的必要条件。目前尚无直接评价沥青混合料施工和易性的方法和指标，一般是通过合理选择组成材料、控制施工条件等措施来保证沥青混合料的质量。组成材料的影响：粗细集料的颗粒尺寸相差过大，缺乏中间尺寸颗粒，沥青混合料容易离析。若细集料太少，沥青层不易均匀地分布在粗颗粒表面；细集料过多，则使拌和困难。沥青用量过少，或矿粉用量过多时，混合料容易产生疏松且不易压实；反之，沥青用量过多，或矿粉质量不好，则易使混合料粘结成团块，不易摊铺。 第十章沥青及沥青混合料沥青用量与黏度：沥青混合料的拌和与压实温度及沥青粘度有关，应根据沥青粘度与温度的关系曲线确定四、沥青混合料的配合比设计沥青混合料配合比设计的内容是确定粗集料、细集料、矿粉和沥青材料相互配合的最佳组成比例，使之既能满足沥青混合料的技术要求又符合经济性的原则。（一）沥青混合料配合比设计阶段试验室配合比设计：主要包括矿质混合料组成设计和沥青用量确定两大核心内容。 第十章沥青及沥青混合料生产配合比设计：利用实际施工的拌和机进行试拌以确定施工配合比。生产配合比验证阶段：按照规范规定的试验段铺设要求进行各种试验（马歇尔试验、车辙试验、浸水马歇尔试验）当全部满足要求时，便可进入正常生产阶段。（二）沥青混合料配合比设计方法不同沥青混合料的配合比设计方法有所差别，目前工程中最常用的热拌沥青混合料，沥青混合料的配合比设计方法请参照相应的技术规范。 土木工程材料第十一章建筑砂浆 第十一章建筑砂浆课题引入：我国的长城（TheGreatWall）是世界十大奇迹之一，历史悠久，历经两千多年战火和岁月的洗礼有相当部分依然完好，1987年被列入《世界遗产目录》。而建成这“上下两千年，纵横十万里”的伟大工程。保存较好的长城大多以砖、石为主体的，且用了黏结材料黏结和勾缝的城体保存更好的一点，这种黏结材料就属建筑砂浆(BuildingMortar)。 第十一章建筑砂浆本章通过对建筑砂浆材料组成、技术性质、配合比设计以及相关应用的学习，达到掌握其砌筑砂浆的配合比计算和抹面砂浆的选用以及技术性能的检测方法，使将来在实际工作中能合理和正确使用砌筑砂浆、抹面砂浆并进行质量评定打下一定的基础。 第十一章建筑砂浆本章主要内容第一节概述第二节砌筑砂浆第三节其它砂浆第四节砌筑砂浆试验 第十一章建筑砂浆第一节概述建筑砂浆的定义：建筑砂浆主要由胶凝材料、细集料、拌和水、有时还有掺加料和外加剂按一定比例拌制而成，在土木工程中主要起黏结、衬垫、接缝、敷面（装饰），达到传递荷载，保护主体，起一些特定功能的作用。 第十一章建筑砂浆第一节概述分类：按胶凝材料的不同分：有水泥砂浆、石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆、石灰黏土砂浆（砌筑长城部分段使用）、石膏砂浆、水玻璃砂浆、水泥乳化沥青砂浆（其组成的干料简称CA砂浆粉料）等。 第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆定义：主要将各种砖、石、砌块等砌筑成为一个整体的砂浆称为砌筑砂浆(MasonryMortar)。功能和作用：砌筑砂浆的作用是把各种块状建材砌筑成一个整体，满足砌体应有的使用要求；它主要完成均匀传递荷载，提高建筑物强度、稳定（剪力墙），由于填充了块体之间的缝隙，使建筑物达到一定的保温、隔音、防潮等功能。 第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆（一）、材料组成胶结材料：主要有水泥、石灰、石膏；其它还有树脂、水玻璃、硫磺等；细骨料：各类建筑用砂、矿渣、炉灰等；拌合水：洁净水； 第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆（一）、材料组成掺加料及外加剂：掺加料有石灰膏、粘土膏、电石膏、纸筋、麻刀、各种纤维、粉煤灰等；外加剂主要有微沫剂、减水剂、防水剂、引气剂、抗冻剂、保水剂（硅藻土）等。加入掺加料及外加剂都达到改善砌筑砂浆使用性能的作用。 第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆（二）、技术性质新拌砂浆的密度：新拌砂浆的密度是指经适度排除气泡后的新拌砂浆经容量筒测定出单位体积的质量位新拌砂浆的密度。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。 第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆（二）、技术性质新拌砂浆的和易性：新拌砂浆的和易性是指砂浆拌和料能在各种块状砌筑体上经摊铺、揉挤可成均匀、密实的薄层体，能和基层保持良好的黏结，在施工过程中不易产生离析、泌水。 第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆技术性质新拌砂浆的和易性由流动性和保水性来反映。流动性：砂浆的流动性是指砂浆在自重或外力作用下流动的性能，用砂浆稠度仪测定，用沉入度表示，因此流动性也通常称为稠度或沉入度。保水性：砂浆的保水性是指砂浆能保持内部水分不泌出流失的性质，用分层度筒测定，因此保水性也通常称为分层度。 砂浆的强度和强度等级：砂浆强度的定义：砂浆的强度是用6个70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试块，按标准养护28d后，用标准方法测得的抗压强度平均值（Mpa）来评定的。砂浆的强度等级分为Μ2.5、Μ2.5、Μ5、Μ7.5、Μ10、Μ15、Μ20六个等级。第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆技术性质 砂浆的黏结力定义：指砂浆与各种砌体块材黏结成为一体的能力。第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆技术性质【黏结条件】通常砂浆抗压强度越高，其黏结力越强；砂子越洁净，级配好，也能增加黏结力；砌块体表面越粗糙、洁净、湿润越能与砂浆黏结；反之亦然。 砂浆的耐久性定义：指砂浆在使用环境条件下，经久耐用的性质。水泥用量：为保证砌筑砂浆的基本黏结力和耐久性，水泥砂浆中水泥用量不应小于200kg/m3；水泥混合砂浆中水泥与掺合料总量宜为300～350kg/m3。第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆技术性质 【合格砂浆的条件】根据《建筑砂浆技术条件及配合比设计规程》（JGJ/T98—2000）规定，稠度、分层度和抗压强度这三项技术指标是砌筑砂浆的必检项目，三项都满足规程要求者，称为合格砂浆。第十一章建筑砂浆第二节砌筑砂浆技术性质 一、抹面砂浆（普通抹面砂浆）抹面砂浆的定义：凡涂抹在建筑物、构筑物或构件表面的砂浆，称为抹面砂浆，也称为抹灰砂浆。以薄层或多层抹于表面，可以保护墙体不受风雨、潮气等侵蚀，提高墙体的耐久性；同时也使建筑表面平整、光滑、清洁美观，起到维护作用。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆 一、抹面砂浆（普通抹面砂浆）特点：与砌筑砂浆不同，对抹面砂浆的要求不是抗压强度，而是和易性以及与基底材料的黏结力。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆 2．装饰抹面砂浆装饰抹面砂浆的定义：涂抹在建筑物内外墙表面，不但达到保护建筑物的作用，更以增加建筑物美观效果的砂浆称为装饰砂浆。特点：装饰砂浆与抹面砂浆的主要区别在面层。装饰砂浆的面层应选用具有一定颜色的胶凝材料和集料并采用特殊的施工操作方法，以使表面呈现出各种不同的色彩线条和花纹等装饰效果。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆一、抹面砂浆 2．装饰抹面砂浆常用材料：装饰砂浆常用的胶凝材料有白水泥和彩色水泥，以及石灰、石膏等。集料常用大理石、花岗岩等带颜色的细石渣或玻璃、陶瓷碎粒等。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆一、抹面砂浆 下图就是采用大理石、花岗岩等带颜色的细石渣或玻璃、陶瓷碎粒等集料与水泥和少量的矿石颜料成型凝结硬化后经磨制成的水磨石，展示出别样的装饰效果。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆装饰抹面砂浆 二、防水砂浆防水砂浆的定义：用作防水层的砂浆叫做防水砂浆。特点及应用：砂浆防水层又称为刚性防水层，适用于不受振动和具有一定刚度的混凝土或砖石砌体工程，应用于地下室、水塔、水池等防水工程。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆 防水机理：防水砂浆可以采用普通水泥砂浆，通过人工多层抹压法，以减少内部连通毛细孔隙，增大密实度，达到防水效果。也可以掺加防水剂使砂浆内部密实来制作防水砂浆。常用的防水剂有氯化物金属盐类防水剂、水玻璃防水剂和金属皂类防水剂等。在水泥砂浆中掺人防水剂，可促使砂浆结构密实，填充和堵塞毛细管道和孔隙，提高砂浆的抗渗能力。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆二、防水砂浆 防水砂浆的防水机理：①消除通裂隙；第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆二、防水砂浆 防水砂浆的防水机理：②加入防水剂，减少裂隙。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆一、抹面砂浆 防水砂浆；绝热砂浆；吸声砂浆；耐酸砂浆；防腐砂浆；防辐射砂浆；聚合物砂浆等等。第十一章建筑砂浆第三节其它砂浆 砌筑砂浆和易性测定试验砂浆流动性测定试验流程图：第十一章建筑砂浆第四节砌筑砂浆试验测试条件准备材料量取拌合测试实验室温度保持在（20±5）℃；配备砂浆稠度仪、拌合用具、计量仪器等。依次量取砂子、水泥、拌合水。人工拌合：润湿拌槽、铁铲。倒入砂子和水泥，先干翻拌砂子与水泥至颜色一致，再倒入拌合水翻拌5分钟。机械拌合：先用少量同配合比的砂浆淌缸（即润湿搅拌机内壁）；依次倒入砂子、水泥开机后徐徐倒入拌合水计时，拌合3分钟左右。均匀铲取已拌好的砂浆一次性装入稠度仪锥模内，低于模口10mm左右，用捣棍由中向边缘螺旋形垂直插捣25次，轻轻摇动或敲击锥模5~6下，放入测试锥下，调整锥尖与砂浆表面刚好接触，使圆锥自由下落10秒后拧紧试锥控制螺栓，读数以毫米记，取两次平均值为该砂浆的稠度值。调整水量，重复前面操作，直至稠度达标为止 砌筑砂浆和易性测定试验砂浆分层度测定试验流程图：第十一章建筑砂浆第四节砌筑砂浆试验测试条件准备材料量取装筒轻捣测试实验室温度保持在（20±5）℃；配备砂浆稠度仪、拌合用具、计量仪器等；用已稠度调整达标的砂浆。再人工稍加拌和一下,1分钟左右，一次性装满分层度筒，用木锤均匀在筒外壁4个部位轻轻敲击1~2下，如砂浆沉落低于筒口，则应随时添加并刮平。静止30分钟后，去掉上节200mm的砂浆，将剩余的100mm的砂浆倒进搅拌锅内翻拌2分钟，再用稠度仪测出其稠度值。用静置前的稠度减去静置后的稠度，该稠度差即为砂浆的分层度值。取值两次试验结果的算术平均值为最终试验结果值，若两次值之差大于20mm，应重新试验。结果确立 砌筑砂浆抗压强度制作试验多孔基底砌筑砂浆强度试件制作试验流程图：第十一章建筑砂浆第四节砌筑砂浆试验测试条件准备材料准备装填砂浆及捣实抹平实验室温度保持在（20±5）℃；备好铁铲、抹刀、砂浆试模、捣棍、油灰刀、干砖、隔离纸等。将已涂油的无底试模放在浸水的隔离纸上，纸下面预先垫上干的普通黏土砖。将调试好的砂浆一次性的装满试模，用捣棍均匀地由外向里螺旋式插捣25次，再用油灰刀沿模壁插捣数次，适当补装砂浆高出试模顶面6~8mm。静置15~30分钟左右，砂浆表面开始出现麻斑状态时，将高出试模顶面的砂浆刮出抹平，放入养护室停置一昼夜。当气温较低时可适当延长拆模时间，但不应超过两昼夜，然后对试件进行编号、拆模。再将试件放入养护室进行养护至28天。拆模养护标准养护条件：水泥混合砂浆养护温度为（20±3）℃，相对湿度为60%~80%；水泥砂浆的温度要求一致，相对湿度为90%以上。养护期间试件间隔不少于10mm。 砌筑砂浆抗压强度测定试验试验流程图：第十一章建筑砂浆第四节砌筑砂浆试验测试条件准备材料准备确定抗压面积试件放置实验室温度保持在（20±5）℃；调试好压力机，备好计量用具等。从养护室取出砂浆试件，不作停留进入下一个环节。测量尺寸，并检查其外观。试件尺寸测量精确至1mm，并据此计算试件的承压面积。如实测尺寸与公称尺寸的误差不超过1mm，可按公称尺寸计算试件的承压面积。将试件的承压面与成型时的顶面垂直，放在承压板中心处。开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触面均衡受压。整个加荷过程应均匀，加荷速度为0.5~1.5kN/s。加荷以6次试验结果的算术平均值为最终试验结果值。若最大值与最小值值之差与平均值的差超过20%时，以中间4个强度值取平均作为该组试件的抗压强度值。结果确立 土木工程材料第十二章防水材料 第十二章防水材料课题引入：某住宅工程屋面防水层铺设沥青防水卷材，施工是在7月份施工，并且铺贴沥青防水卷材全是白天施工，以后卷材出现鼓化、渗漏，分析这是什么原因造成的呢(见图12-1所示)。原因是夏季中午炎热，屋顶受太阳照射，温度较高。此时铺贴沥青防水卷材，基层中的水汽会蒸发，集中于铺贴的卷材内表面，并会使卷材鼓泡。此外，高温时沥青防水卷材软化，卷材膨胀，当温度降低后卷材产 生收缩，导致断裂，致使屋面出现渗漏。随着现代建筑空间和建筑用途的不断扩展，对建筑物的使用功能提出了更多、更新、更严的要求，而建筑物的使用功能在很大程度上要靠建筑功能材料来实现，防水材料是建筑工程中一种重要的功能材料之一，具有防止雨水、地下水与其他水分侵入建筑物的功能。在使用时如何能发挥材料的功能性作用，这就要求我们通过学习要掌握各防水材料类型、技术性能特点及应用. 第十二章防水材料本章主要内容一、防水卷材沥青防水卷材高聚物改性沥青防水卷材合成高分子防水卷材二、防水涂料三、防水密封材料 第十二章防水材料第一节防水卷材防水卷材是防水材料的重要品种之一，广泛应用于屋面、地下和构筑物的防水中.防水卷材主要包括沥青防水卷材、聚合物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三大系列。图12-1防水卷材铺粘 第十二章防水材料一、沥青防水卷材（一）石油沥青纸胎防水卷材石油沥青纸胎防水卷材包括石油沥青纸胎油毡和油纸。按原纸lm2的质量克数，分为200号、350号、500号三个标号。不同的标号在使用时适用于不同的位置。图12-2石油沥青纸胎油毡总体而言，石油沥青纸胎防水卷材低温柔性差，胎体易腐烂，耐用年限较短，因此，目前大部分发达国家已淘汰了纸胎，以玻璃布胎体、玻璃纤维胎体以及其他胎体为主。 第十二章防水材料(二)石油沥青玻璃布胎防水卷材定义：以玻璃纤维布为胎基，浸涂石油沥青，并在两面涂撒矿物隔离材料所制成的可卷曲片状防水材料。应用：地下工程作防水、防腐层，并用于屋面做防水层及金属管道(热管道除外)作防腐保护层。(三)石油沥青玻璃纤维毡胎防水卷材定义：玻纤油毡是采用玻璃纤维薄毡为胎基，浸涂石油沥青，在其表面涂撒以矿物材料或覆盖以聚乙烯薄毡等隔离材料，制成的一种防水卷材. 第十二章防水材料应用：适用于一般工业与民用建筑的多层防水，并用于包扎管道(热管道除外)，作防腐保护层.尤其适用于形状复杂的防水面施工，且容易粘贴牢固。二、高聚物改性沥青防水卷材(一)SBS改性沥青防水卷材定义：以SBS改性沥青为浸渍涂盖层，两面覆以隔离材料所制成的建筑防水卷材，简称SBS卷材。应用：适宜于在严寒的地区使用，也可用于高温地区。 第十二章防水材料(二)APP改性沥青防水卷材定义：利用沥青或者热塑性塑料改性沥青浸渍胎基，两面涂以塑性体沥青覆面层，上表面撒上细砂、矿物颗粒或覆盖聚乙烯膜，下表面撒细砂或覆盖聚乙烯膜所制成的防水材料。图12-3SBS改性沥青防水卷材(三)铝箔塑胶改性沥青防水卷材定义：铝箔塑胶改性沥青防水卷材以玻璃纤维或聚酯纤维(布或毡)为胎基，用高分子(合成橡胶树脂)改性沥青 第十二章防水材料为浸渍涂盖层，以银白色铝箔为上表面反光保护层，以矿物粒料和塑料薄膜为底面隔高层。图12-4铝箔塑胶改性沥青防水卷材三、合成高分子防水卷材高分子防水卷材具有拉伸强度高、断裂伸长率大、抗撕裂强度高、耐热性能好、低温柔性好、耐腐蚀、耐老化以及可以冷施工等一系列优异性能，是我国大力发展的新型高档防水卷材。其中三元乙丙橡胶(硫化型)防水卷材和聚氯乙烯防水卷材是推荐使用的产品. 第十二章防水材料图12-5三元乙丙橡胶防水卷材第二节防水涂料防水涂料又称涂膜防水材料，在常温下无固定形状的黏稠状液态或粉末状的可液化固态，具备整体防水性好、温度适应性强、操作方便，施工速度快等特点。 第十二章防水材料一、防水涂料的分类通过涂膜来阻挡渗透来进行防水的涂膜型利用聚合物憎水性达到防水目的的憎水型二、常用的防水涂料(一)沥青类防水涂料（以沥青为基料）溶剂型水乳型(二)高聚物改性沥青防水涂料（以高聚物改性沥青为基料）水乳型溶剂型 第十二章防水材料(三)合成高分子防水涂料高分子防水涂料指以合成橡胶或合成树脂为主要成膜物质，加入其他辅料配制而成的单组分或多组分的防水涂料。由于其抗变形能力强、耐老化性能好，是目前常用的中高档防水涂料。 第十二章防水材料图12-6常用建筑密封材料第三节防水密封材料防水密封材料是指嵌填于建筑物接缝、裂缝、门窗框和玻璃周边以及管道接头处起防水密封作用的材料。具有弹性的密封材料有时也称弹性密封胶或简称密封胶。 第十二章防水材料(二)嵌缝条嵌缝条是采用塑料或橡胶经挤出成型制成的一类软质带状制品，被用来密封伸缩缝和施工缝。常用嵌缝油膏有胶泥、有机硅橡胶、聚硫密封膏、丙烯酸密封膏等。(一)建筑防水沥青嵌缝油膏 土木工程材料第十三章墙体材料与装饰材料 第十三章墙体材料与装饰材料课题引入墙体是绝大部分建筑物所必备的结构体，墙体主要起到承重、维护、分隔作用；由于合理的使用墙体材料，就会使建筑物在牢固、耐久、功能分类这三方面上满足要求，同时还赋予建筑物节能高效（低碳）、绿色环保（变废为宝）、美观、与环境和谐、彰显其地域文化特色等内涵，这就要求其材料多样化、轻质、高强、多功能。 第十三章墙体材料与装饰材料本章主要内容第一节墙体材料普通烧结砖烧结多孔砖和烧结空心砖非烧结砖墙用砌块新型墙体材料第二节装饰材料天然装饰材料人工装饰材料 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料一、普通烧结砖普通烧结砖的定义：国家标准《烧结普通砖》（GB5101—2003）指出以粘土、页岩、粉煤灰、煤矸石为主要原料，经焙烧制成的孔洞率小于15%的砖，为烧结普通砖，按上面所使用原材料的不同就分为粘土砖(N)、页岩砖(Y)、粉煤灰砖(F)和煤矸石砖(M)。用于清水墙和带装饰面墙体装饰的砖，称为装饰砖。生产流程：配制坯料——制坯——干燥——焙烧——成品。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料一、普通烧结砖分类：有红砖与青砖；由炉室的氛围不同而焙烧制得，焙烧是制砖的关键过程，当焙烧供氧充足时，燃料燃烧完全，窑内为氧化气氛，砖坯将产生三氧化二铁(Fe203)成分而使砖呈红色，称为红砖。若将烧好的红砖再经浇水闷窑，使窑内形成还原气氛，促使砖内的红色高价氧化铁(Fe203)还原成青灰色的低价氧化铁(Fe0)，从而制得青砖。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料普通烧结砖 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料普通烧结砖欠火砖和过火砖：欠火砖是焙烧温度低，火候不足的砖呈现黄皮黑心，敲击声哑，强度较正火砖下降，且耐久性差。过火砖是焙烧温度过高的砖呈现颜色较深，敲击声脆，强度与耐久性均高，但砖体多有弯曲变形，砌筑时灰缝不易控制，且导热系数较大。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料一、普通烧结砖（三）技术性质规格尺寸:烧结普通砖为直角六面体具体尺寸规格为240mm×115mm×53mm。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料一、普通烧结砖（三）技术性质烧结普通砖的尺寸允许偏差应符合(GB5101—2003)下表规定。公称尺寸优等品一等品合格品样本平均偏差样本极差≤样本平均偏差样本极差≤样本平均偏差样本极差≤240±2.06±2.57±3.08115±1.55±2.06±2.5753±1.54±1.65±2.06 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料普通烧结砖技术性质砖的外观质量应符合下表的规定(单位：mm)项目优等品一等品合格两条面高度差≤234弯曲≤234杂质凸出高度≤234缺棱掉角的三个破坏尺寸，不得同时大于52030裂纹长度≤a．大面上宽度方向及其延伸至条面的长度306080b．大面上长度方向及其延伸至顶面的长度或条顶面上水平裂纹的长度5080100完整面：不得少于两条面和两顶面一条面和一顶面—颜色基本一致——注：为装饰而施加的色差，凹凸纹、拉毛、压花等不算作缺陷。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料普通烧结砖技术性质砖的强度等级：普通黏土砖的强度等级根据10块砖的抗压强度平均值、标准值或最小值划分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个等级。见下表。强度等级抗压强度平均值变异系数8≤0.21变异系数8>0.21强度标准值fk≥单块最小抗压强度值fmin≥MU3030.022.025.0MU2525.018.022.0MU2020.014.016.0MU1515.010.012.0MU1010.06.57.5 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料普通烧结砖技术性质耐久性：1）抗风化性能；2）泛霜；3）石灰爆裂。质量等级：按尺寸偏差和抗风化性能合格的烧结砖砖，根据外观质量、泛霜和石灰爆裂三项指标，可分为优等品(A)、一等品(B)、合格品(C)三个等级。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料普通烧结砖技术性质【应用】烧结普通砖本生具有较好的强度、耐久性、一定的保温隔热性能，在建筑工程中主要砌筑各种承重墙体和非承重墙体等围护结构，外观质量高的砖还可砌筑漂亮的各种组砌形式清水墙，体现出园林艺术特色。烧结普通砖还适用于砌筑砖柱、拱、烟囱、筒拱式过梁和基础等，也可与轻混凝土、保温隔热材料等配合使用。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料普通烧结砖技术性质【应用】在砖砌体中配置适当的钢筋或钢丝网，可作为薄壳结构、钢筋砖过梁等。碎砖可作为混凝土集料和碎砖三合土的原材料。废砖制成粉用于红土地网球场的地表层铺设，被水淋后排水迅速且不会泥泞以保证使用要求。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料【发展趋势】由于烧结黏土砖主要用黏土，大量消耗可耕地资源，焙烧能耗较大，成品自重大，体积小，造成施工效率低，同时还有抗震性能差等缺点，因此我国正大力推广墙体材料改革，以多空砖、空心砖、工业废渣砖及砌块、有机与无机结合变废为宝的墙体材料（植物纤维工业灰渣混凝土砌块）、轻质板材、各类墙板、各类板材与结构材料的复合墙体等代替实心黏土砖来优化墙体材料。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料【前沿技术】工厂集中生产的整体墙板，施工效率高；高分子材料应用的充气膜技术墙体（水立方墙体），外墙复合光伏板达到吸能功效的墙板等。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料烧结多孔砖和烧结空心砖我们来介绍近年来逐渐推广和使用多孔砖和空心砖。它同普通粘土砖一样以黏土、页岩、粉煤灰、煤矸石为原料烧制而成。【优点】相对普通烧结砖可节约耕地20%～30%；减轻墙体的自重30%～35%，施工效率可提高40%，降低造价近20%，并改善绝热性能（提高25%）和隔声性能（依其厚度不同可减少音量30—50分贝）。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料烧结多孔砖和烧结空心砖【特性、使用特点】一般来说，多孔砖的孔洞率超过25%，孔尺寸小而多，且为竖向孔使用（平行于受力方向）的砖称为多孔砖。孔率大于35%，孔尺寸大而少，且为水平孔使用（垂直于受力方向）的砖称为空心砖。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料烧结多孔砖图示说明（DM-P为配砖）规格尺寸：由于空心砖抗剪强度低，在地震断裂带不宜使用，就不作介绍，下面图示为烧结多孔砖的尺寸规格。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料烧结多孔砖实物图 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料烧结多孔砖强度等级：按国家标准《烧结多孔砖》（GB1354—2000）的规定，多孔砖根据抗压强度平均值和抗压强度标准值或抗压强度最小值分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10共5个强度等级。强度指标见表。强度等级抗压强度平均值≥变异系数d≤0.21变异系数d>0.21强度标准值≥单块最小值≥MU3030.022.025.0MU2525.018.022.0MU2020.014.016.0MU1515.010.012.0MU1010.07.57.5 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料烧结多孔砖外观质量和物理性能：按照《烧结多孔砖》(GB13544—2000)的有关规定，烧结多孔砖根据耐久性、外观质量、尺寸偏差和强度等级分为优等品、一等品、合格品三个等级。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料烧结多孔砖【应用】烧结多孔砖强度高，比普通砖块体增大表观密度减少，代替普通砖使用其施工效率明显提高，一般用于砌筑六层以下的建筑物承重墙。烧结空心砖强度较低，但重量轻，具有良好的保温、隔热功能，更多用于多层建筑的隔断墙和填充墙。由于强度低，抗剪差，不宜在地震断裂带使用。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料非烧结砖【定义】除了烧结砖因工艺的不同，不经焙烧而制成的砖均为非烧结砖，这类砖的强度是通过在制砖时掺人一定量胶凝材料或在生产过程中形成一定的胶凝物质而得到的。【主要品种】有灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖等。 蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖【生产工艺简介】蒸压灰砂砖是以砂配以石灰和石膏其他拌料（矿物颜料），经拌制磨细、混合搅拌、陈化、压制成型，在高压釜内蒸压养护（175～191℃,0.8～1.2Mpa的饱和蒸汽）制成的。【配方】一般石灰占10%～20%，砂占80%～90%，矿物颜料适量。第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料非烧结砖 规格尺寸：灰砂砖的尺寸规格与烧结普通砖相同，为240mm×115mm×53mm。颜色与密度：分为本色（N）,呈深灰色，彩色（CO）,随添加矿物颜料的颜色；体积密度约为l800～1900kg/m3。蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料非烧结砖 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压灰砂砖质量等级：按照国家标准《蒸压灰砂砖》(GB11945—1999)的规定，根据产品的尺寸偏差和外观质量分为优等品(A)、一等品（B）、合格品（C）三个等级，根据砖浸水24h后的抗压强度和抗折强度分为MU25、MU20、MU15、MU10四个强度等级。强度等级大于MU15的砖可用于基础及其他建筑部位。MU10砖可用于砌筑防潮层以上的墙体。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压灰砂砖【应用要求】制作出的砖开始干缩大，出釜后的灰砂砖应放置一个月以后，方能使用，严禁使用干砖或含水饱和砖，严禁与其它砖混用；由于灰砂砖中的一些组分如水化硅酸钙、氢氧化钙等不耐酸，也不耐热。因此灰砂砖不能用于长期使用温度高于200℃以及承受急冷、急热或有酸性介质侵蚀、受流水冲刷的建筑部位。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料非烧结砖蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖蒸压（养）粉煤灰砖【定义】利用电厂废料粉煤灰为主要原料，通过制胚、蒸压、养护制作的砖为蒸压（养）粉煤灰砖简称粉煤灰砖。【生产工艺简介】在粉煤灰中掺入适量的石灰和石膏或再加入部分炉渣等配料（矿物颜料）完成后拌和、压制成型、常压或高压蒸汽养护而成的实心砖。蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料非烧结砖规格尺寸：其外形尺寸同普通烧结砖相同，为长240mm、宽115mm、高53mm。颜色与密度：分为本色（N）,呈深灰色，彩色（CO）,随添加矿物颜料的颜色；体积密度约为l500kg/m3。蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖蒸压（养）粉煤灰砖蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料粉煤灰砖质量等级：按照《粉煤灰砖》(JC239—2001)规定，根据其外观质量、强度、抗冻性和干燥收缩缸灰砖分为优等品、一等品和合格品。粉煤灰砖的强度等级分为MU30、MU25、MU20、MU15和MU10五级。优等砖的强度等级应不低于MU15，同时要求优等品和一等品干燥收缩值不大于0.65mm/m，合格品干燥不大于0.75mm/m。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料粉煤灰砖【应用要求】粉煤灰砖在性能上与灰砂砖相近，可用于工业与民用建筑的墙体和基础，但用于基础或易受冻融和干湿交的建筑部位，必须使用一等品和优等品。粉煤灰砖不能用于长期使用温度高于200℃以及承受急冷、急热或有酸性介质侵蚀、受流水冲刷的建筑部位。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料粉煤灰砖【应用要求】由于其初始吸水能力差，后期的吸水能力较大，施工时应提前湿水，注意补湿水，保存砖的含水率在10%左右；为避免或减少收缩裂缝的产生，用粉煤灰砖砌筑的建筑物应适当增设圈梁及伸缩缝。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料非烧结砖炉渣砖【定义】炉渣砖是以煤燃烧后的炉渣（煤渣）为主要原料制成的砖。，【生产工艺简介】由煤燃烧后的炉渣（煤渣）为主要原料加入适量的石灰或电石渣、石膏等合、搅拌、成型、蒸汽养护等工艺完成。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料非烧结砖规格尺寸：其外形尺寸同普通烧结砖相同，为长240mm、宽115mm、高53mm。颜色与密度：呈黑灰色，体积密度为1500～2000kg/m3。质量等级：按其抗压强度和抗折强度分为MU20、MU15、MU10三个强度等级。其应用要求参照粉煤灰砖。炉渣砖 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块【定义】墙用砌块是形体大于砌墙砖的用于砌筑的人造块材简称砌块。【特点】砌块是一种新型墙体材料，可以充分利用地方资源和工业废渣，并可节省黏土资源和改善环境。具有生产工艺简单，原料来源广，适应性强，制作及使用方便，施工效率高，可改善墙体功能等特点，因此发展较快。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块【分类】一般为直角六面体。按产品主规格尺寸，可分为大型砌块(高度大于980mm)、中型砌块(高度为380～980mm)和小型砌块（高度大于115mm，小于380mm)。砌块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。根据需要也可生产各种异型砌块；按有无孔洞可分为实心砌块和空心砌块；按材质又分为加压混凝土砌块、蒸养粉煤灰砌块、普通混凝土小型空心砌块、混凝土中型空心砌块等，本节介绍几种常用砌块。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块蒸压加气混凝土砌块【定义】蒸压加气混凝土砌块是以钙质材料（水泥、石灰等）和硅质材料（砂、矿渣、粉煤灰等）以及加气剂（铝粉）等材料制成的多孔硅酸盐砌块。【生产工艺简介】经配料、搅拌、浇注、发气（由化学反应形成孔隙）、预养切割、蒸汽养护等工艺完成。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块蒸压加气混凝土砌块【分类】按养护方法分为蒸养加气混凝土砌块和蒸压加气混凝土砌块两种。【质量等级】砌块按尺寸偏差与外观质量、干密度、抗压强度和抗冻性分为：优等品(A)、和合格品(B)两个等级。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块蒸压加气混凝土砌块【特点】由于加气原因，其表观密度约为黏土砖的1/3，具有保温、隔热、具有一定吸声隔音能力、抗震性强、耐火性好、易于加工、施工方便，但干燥收缩大、吸水导湿缓慢等特点。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块产品标记：由产品名称(代号ACB)、强度等级、干密度等级、规格尺寸、产品等级和标准标号组成。比如强度等级为A7.5、体积密度等级为BO.7、优等品(A)，规格尺寸为600mm×200mm×150mm的蒸压加气混凝土砌块砌块，其标记为：ACBA7.5B0.7600×200×150(A)GB11968。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【应用要求】蒸压加气混凝土砌块广泛用于一般建筑物墙体，可用于低层建筑物的承重墙和多层及高层建筑物隔墙及填充墙，也可用于一般工业建筑的维护墙。体积密度级别低的砌块作为保温隔热材料用于复合墙板和屋面保温。蒸压加气混凝土砌块应用于外墙时，应进行饰面处理或憎水处理。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【应用要求】因为风化和冻融会影响蒸压加气混凝土砌块的寿命。长期暴露在大气中，日晒雨淋，干湿交替，蒸压加气混凝土砌块会风化而产生开裂破坏。在局部受潮时，冬季有时会产生局部冻融破坏。不得用于建筑物的基础和温度长期高于80℃的建筑部位。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块蒸养粉煤灰砌块【定义】蒸养粉煤灰砌块是由粉煤灰、石灰、石膏、煤渣或其他集料（矿渣）按一定比例组成的混合物，成型后经蒸气养护而得的一种墙体材料。【规格尺寸】砌块的主规格尺寸有880mm×380mm×240mm和880mm×430mm×240mm两种。砌块端面应加灌浆槽，坐浆面宜设抗剪槽。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块蒸养粉煤灰砌块【产品标示】砌块按其产品名称、规格、强度等级、产品等级和标准编号顺序进行标记。示例：某一粉煤灰砌块的规格尺寸为880mm×430mm×240mm，强度等级为13级，产品等级为一等品（B）时，标记为：FB880×430×240—13B—JC238 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸养粉煤灰砌块【质量等级】砌块按立方体试件的抗压强度、碳化后强度、分为MU10和MU13两个强度等级；按外观质量、抗冻性、尺寸偏差和干缩性能分为一等品(B)和合格品(C)两个质量等级。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸养粉煤灰砌块【应用要求】蒸养粉煤灰砌块属硅酸盐类制品，其干缩值比水泥混凝土大，弹性模量低于同强度的水泥混凝土制品。以炉渣为集料的粉煤灰砌块，其体积密度约为1300～l55CKg/m3，导热系数为0.465～0.582W/(m．K)。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸养粉煤灰砌块【应用要求】粉煤灰砌块适用于一般工业与民用建筑的墙体和基础。但不宜用于长期受高温、潮湿的承重墙，易受较大震动的建筑物以及有酸性介质侵蚀的建筑部位。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块墙用砌块【定义】砌块是形体大于砌墙砖的用于砌筑的人造块材。砌块是一种新型墙体材料，可以充分利用地方资源和工业废渣，并可节省黏土资源和改善环境。具有生产工艺简单，原料来源广，适应性强，制作及使用方便，施工效率高，可改善墙体功能等特点，因此发展较快。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块墙用砌块【分类】一般为直角六面体。按产品主规格尺寸，可分为大型砌块(高度大于980mm)、中型砌块(高度为380～980mm)和小型砌块（高度大于115mm，小于380mm)。砌块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。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块墙用砌块【分类】根据需要也可生产各种异型砌块；按有无孔洞可分为实心砌块和空心砌块；按材质又分为加压混凝土砌块、蒸养粉煤灰砌块、普通混凝土小型空心砌块、混凝土中型空心砌块等，本节介绍几种常用砌块。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块蒸压加气混凝土砌块【定义】蒸压加气混凝土砌块是以钙质材料（水泥、石灰等）和硅质材料（砂、矿渣、粉煤灰等）以及加气剂（铝粉）等，经配料、搅拌、浇注、发气（由化学反应形成孔隙）、预养切割、蒸汽养护等工艺过程制成的多孔硅酸盐砌块。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料墙用砌块蒸压加气混凝土砌块【分类】按养护方法分为蒸养加气混凝土砌块和蒸压加气混凝土砌块两种。【规格尺寸】根据《蒸压加气混凝土砌块》(GB11968-2006)规定，砌块的规格尺寸如下表所示。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【规格尺寸】根据《蒸压加气混凝土砌块》(GB11968-2006)规定，砌块的规格尺寸如下表所示。长度L宽度B高度H600100120125150180200240250300200240250300 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【强度等级】根据《蒸压加气混凝土砌块》(GB11968-2006)规定，砌块强度有7个级别：Al.O、A2.0、A2.5、A3.5、A5.O、A7.5、Al0．O，各级别立方体抗压强度见下表所示。强度级别立方体抗压强度(MPa)强度级别立方体抗压强度(MPa)平均值不小于单块最小值不小于平均值不小于单块最小值不小于Al.01.00.8A5.05.04.0A2.02.01.6A7.57.56.0A2.52.52.0Al0.010.08.0A3.53.52.8 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【质量等级】砌块按尺寸偏差与外观质量、干密度、抗压强度和抗冻性分为：优等品(A)、和合格品(B)两个等级。【产品标识】由产品名称(代号ACB)、强度等级、干密度等级、规格尺寸、产品等级和标准标号组成。比如强度等级为A7.5、体积密度等级为BO.7、优等品(A)，规格尺寸为600mm×200mm×150mm的蒸压加气混凝土砌块砌块，其标记为：ACBA7.5B07600×200×150(A)GB11968。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【特点】由于加气原因，其表观密度约为黏土砖的1/3，具有保温、隔热、具有一定吸声隔音能力、抗震性强、耐火性好、易于加工、施工方便，但干燥收缩大、吸水导湿缓慢等特点。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【应用要求】蒸压加气混凝土砌块广泛用于一般建筑物墙体，可用于低层建筑物的承重墙和多层及高层建筑物隔墙及填充墙，也可用于一般工业建筑的维护墙。体积密度级别低的砌块作为保温隔热材料用于复合墙板和屋面保温。蒸压加气混凝土砌块应用于外墙时，应进行饰面处理或憎水处理。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料蒸压加气混凝土砌块【应用要求】因为风化和冻融会影响蒸压加气混凝土砌块的寿命。长期暴露在大气中，日晒雨淋，干湿交替，蒸压加气混凝土砌块会风化而产生开裂破坏。在局部受潮时，冬季有时会产生局部冻融破坏。不得用于建筑物的基础和温度长期高于80℃的建筑部位。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展新型墙体材料【定义】在提倡低碳、高效、新技术应用、功能增强的前提下，使得新的墙体材料一般具有保温、隔热、轻质、高强、节土、节能、利废、保护环境、最终达到提高施工效率、改善建筑功能、增加房屋使用面积等一系列优点，且大多品种属于绿色建材的墙体材料。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展新型墙体材料【种类】我国目前可用于墙体的板材品种很多，目前我国生产和使用的墙板主要有建筑隔墙用轻质条板、含保温层的复合墙体材料、龙骨面板复合墙体，聚氨脂复合板。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展墙板（轻质条板）墙板的结构形式请见下图 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展墙板（轻质条板）墙板的结构形式请见下图 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展含保温层的复合墙体材料含保温层的复合墙体材料的结构形式请见下图 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展钢结构镶嵌ASA板（用作外墙）ASA保温外墙板结构 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展龙骨面板复合墙体用墙板【定义】这类复合墙板是以适用的各类薄板为面层材料，以轻钢龙骨为骨架，中间填充或不填保温材料，在现场拼装而成的轻质复合隔墙板。【分类】轻钢龙骨复合墙板按使用功能可分为：普通复合墙板，防水复合墙板、防火复合墙板三种。有保温或隔声要求时，可在复合墙板中间填充岩棉板、聚苯泡沫板或珍珠岩保温芯板。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展龙骨面板复合墙体用墙板【面层种类】此类复合墙板的面层材料，除纸面、布面石膏板（BSA、BSB）外，还可采用玻纤增强水泥板、纤维增强水泥板(TK板)见图示、纤维水泥加压板（FC板）、纤维水泥乎板（埃特利特板）、纤维增强硬石膏压力板(AP板)、洁净装饰板（BAU）、石棉水泥平板等。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展龙骨面板复合墙体用墙板下面图示为部分面板纸面、布面石膏板复合墙构造洁净装饰板（BAU）复合墙构造 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展龙骨面板复合墙体用墙板下面图示为部分面板纤维增强水泥板(TK板)构造图 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展聚氨脂复合板【定义】由两层预涂钢板及板间硬质聚氨酯泡沫隔热层在工厂预发泡成型的复合墙板。【种类】包括PUR、PIR两类硬质聚氨酯泡沫芯材，燃烧性能最高可达Bl级。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展聚氨脂复合板【特点】集质轻、高强、防震、节能、环保（不含甲醛，不受微生物侵蚀）、经济（减少材料损耗，施工高效）和美观（表面形式多样）等特点于一身的墙体材料。请见后面结构形式图。【使用特点】适宜作为非承重的各类隔墙，接口上密封胶，还可用于屋面板，还可用于建造全板房（1～2层），在快速应急方面有着明显优势。 第十三章墙体材料与装饰材料单元一墙体材料知识拓展请见结构形式图聚氨脂复合板 END