土木工程材料ppt教程課件

1、土木工程材料,策 劃：蔡德民主　　編：歐志華出版監(jiān)制：劉永堅 責任編輯：吳正剛 汪浪濤 出 版：武漢理工大學出版社,,制 作 群,返回,版 權 聲 明,該多媒體課件(或電子教案)為正式出版的電子出版物，出 版號為：ISBN 978-7-900700-97-1，其版權歸武漢理工大學出版社所有，著作權歸課件制作者及配套教材編寫者共同所有，版權及著作權(包括網(wǎng)絡信息傳播權)受法律保護，任

2、何單位或個人未經(jīng)允許不得翻錄或在網(wǎng)上傳播， 否則將追究其法律責任。,目 錄,1 緒言,2 氣硬性膠凝材料,3 水泥,4 混凝土,5 建筑砂漿,6 燒結磚,7 建筑鋼材,8 建筑塑料,9 瀝青材料,10 木材,11 其它工程材料,,12 土木工程材料試驗,1.緒 言,,,,1.1 概 述,土木工程材料是土木工程的物質(zhì)基礎,材料科學與工程簡介,土木工程材料的發(fā)展歷程及前沿,土木工程材料的分類,土木工程材料的標準化,學習目的與意義,學習內(nèi)容

3、,一、土木工程材料是土木工程的物質(zhì)基礎,,秦磚漢瓦,,畫像磚、瓦當,,金字塔及獅身人面像,應用火山灰？,,古羅馬斗獸場,應用火山灰！,,故宮(“玉砌朱欄”),漢白玉:純白色的大理石,,三峽工程,預計混凝土澆筑約2 800萬m3,,“鳥巢”,總用鋼量11萬噸,,“水立方”,世界最大的膜結構工程,四氟乙烯聚合物ETFE,,玻璃幕墻,玻璃改變世界,,新型干粉砂漿,自流平砂漿,瓷磚粘結砂漿,無收縮灌漿,,你想擁有嗎？,,再裝修一下呢,陶瓷的魅力

4、,,石拱橋,趙州橋,,“天下第一橋”,,小橋?流水?人家,西湖斷橋,楓橋,,洛陽橋,,我國第一座跨海大石橋，被譽為“海內(nèi)第一橋”,高速公路,水泥混凝土和瀝青混合料,,,懸索式雙塔結構,,中國目前最大城市立交橋,,材料：用于結構、機器、器件等產(chǎn)品的具有某些性能的物質(zhì)。是冶金、機械、化工、建筑、信息、能源、航天航空等工業(yè)的支撐，是社會發(fā)展與技術進步的物質(zhì)基礎和技術先導。土木工程材料：應用于土木工程中使用的各種材料和制品。材料科學與工程

5、是屬于工學門類的一級學科。以數(shù)學、力學以及物理、化學等自然科學學科為基礎，以工程學科為服務和支撐對象，是一個理工結合，多學科交叉的新興學科，其研究領域涉及自然科學、應用科學以及工程學。,二、材料科學與工程簡介,,按種類及化學成分：,按用途：,三、土木工程材料的分類,,石、土、木；秦磚漢瓦；波特蘭水泥的發(fā)明（1824年）及隨后混凝土的問世；煉鋼技術（19世紀中葉）及鋼材的應用；人工合成高分子材料（20世紀初）及化學建材；預應力

6、混凝土；特殊功能材料；機敏材料、智能材料。自感知、自調(diào)節(jié)、自修復材料；材料取舊利廢。環(huán)境友好型材料、綠色建材；輕質(zhì)、高強、耐久、復合。計算材料學。,四、土木工程材料發(fā)展歷程及前沿,,五、學習內(nèi)容,課堂講授40學時：,學習每種材料生產(chǎn)原理（工藝）或配制技術、技術性質(zhì)、產(chǎn)品品種和標準、檢測方法及應用情況。,,實驗課16學時：,土木工程材料密度實驗（2）水泥實驗（4）混凝土實驗（4）砂漿實驗（2）瀝青及瀝青混合料實驗（4）

7、鋼材實驗（材料力學中開出）,,六、土木工程材料的標準化,技術標準的代號,推薦性標準（T）。如GB/T、JC/T、JG/T。,,《土木工程材料》：專業(yè)技術基礎課,理解土木工程；設計；施工、監(jiān)理、檢測；新材料、新產(chǎn)品研制開發(fā)。材料費用一般占建筑工程總造價的50-70。,七、學習目的與意義,,,1.緒 言,,,,1.2 材料的基本狀態(tài)參數(shù),材料的密度、表觀密度和堆積密度,材料的孔隙和空隙,,1.密度（ ρ）,材料在絕對密實狀態(tài)下，單

8、位體積的質(zhì)量。,ρ——密度，g/cm3；m——材料的質(zhì)量，g；V——材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，cm3。,一、材料的密度、表觀密度和堆積密度,絕對密實:不包括孔隙。,如何測？,磨成細粉，用李氏瓶；排液置換法。,李氏密度瓶,實際上，自然界完全密實的材料不存在（近似密度）。,,2. 表觀密度（ρ0）,材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。,ρ0——表觀密度，g/cm3或kg/m3；m——材料的質(zhì)量，g或kg；V0——材料在自然狀態(tài)下的

9、體積，或稱 表觀體積，cm3或m3。,表觀體積:包括孔隙在內(nèi)的體積。即固體體積＋孔隙體積。,,如何測？,,排液、蠟封,3. 堆積密度（ ρ0/ ）,粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。,ρ0/——堆積密度，kg/m3；m——材料的質(zhì)量，kg；V0/——材料的堆積體積，cm3或m3。,堆積體積:散粒材料填充容器的體積。 固體體積＋孔隙體積＋顆粒間空隙。,一般針對粉狀或粒狀材料。,如何測？,

10、,常用土木工程材料的密度、表觀密度及堆積密度,,密度的應用,干粉砂漿生產(chǎn)線,,密實度（D） ：表觀體積中固體物質(zhì)充實的程度。,或,孔隙率（P） ：表觀體積（V0）中孔隙體積（VP）占的比例。,二、材料的孔隙和空隙,1.材料的孔隙,,孔隙特征對材料性能影響很大,,2.（散粒）材料的空隙,填充率（P/ ） 。堆積體積中，顆粒填充的程度。,或,空隙率（P/ ）：堆積體積（V0/）中空隙體積（VS）占的比例。,,,1.緒 言,,,,1.3 材

11、料的力學性質(zhì),,材料的強度：外力作用下不破壞時能承受的最大應力。,按外力作用方式：抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度及抗剪強度。,抗壓 抗拉 抗彎 抗剪,一、強度、比強度,,材料強度的計算公式,（1）抗拉、抗壓、抗剪強度：,f—材料的強度 ，N/mm2或MPa；Fmax—材料破壞時的最大荷載，N；A—受力截面面積；,（2）抗彎強度：,,常用土木工程材料的強度（ N/mm2或MPa

12、 ）,材料強度的影響因素：,材料組成、孔隙率、含水率、尺寸、加載速度、表面狀況。,,比強度,材料強度與表觀密度之比。衡量材料輕質(zhì)高強性能的主要指標。,鋼材、木材和混凝土的強度比較,,1.彈性：,彈性變形：可完全恢復的變形,材料的彈性變形曲線,外力作用→變形外力除去→ 變形保持,塑性變形：不能恢復的變形,材料的塑性變形曲線,二、彈性與塑性,外力作用→變形外力除去→變形完全恢復,2.塑性：,,真實材料中，完全的彈性材料或完全的塑性材料

13、不存在。,3.彈塑性變形：,材料的彈塑性變形曲線,外力作用→變形；卸載后→彈性變形恢復，塑性變形保留。,,1.脆性：外力達到一定限度→材料突然破壞（無明顯塑性變形）,脆性材料的變形曲線,常見脆性材料：磚、玻璃、生鐵、混凝土、陶瓷、石材、砂漿,2.韌性：沖擊、振動荷載作用→材料吸收較大的能量而不發(fā)生破壞,三、脆性和韌性,,1.硬度：材料表面抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。,回彈法測混凝土的抗壓強度。,2.耐磨性：材料表面抵抗磨損的能力。

14、,四、硬度和耐磨性,莫氏硬度（刻劃，測定天然礦物）布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度（壓入法）,,,1.緒 言,,,,1.4 材料與水有關的性質(zhì),,親液材料、憎液材料,一、材料的親水性和憎水性,親水性 （θ≤900） 憎水性（θ＞900）,親水性材料：磚、木、混凝土憎水性材料：瀝青、石蠟,θ：濕潤邊角,,二、材料的含水狀態(tài),干燥狀態(tài) 氣干狀態(tài) 飽和面干狀態(tài) 濕潤狀態(tài),,,三、材料的吸濕性和吸水

15、性,平衡含水率：材料與空氣濕度達到平衡時的含水率。,1.吸濕性：材料在空氣中吸收水分的性質(zhì)。,含水率：材料中所含水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)下材料的質(zhì)量之比。,Wh——材料的含水率，%；ms——材料在吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量，g；mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g；,練習：含水率為10％的100g濕砂，其中干砂多少？,2.吸水性：材料與水接觸時吸收水分的性質(zhì)。,吸水率：材料吸水達到飽和面干時的含水率。,Wm——材料的（質(zhì)量）吸水率，%；mb——材料

16、吸水飽和面干狀態(tài)下的質(zhì)量，g。mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g；,材料吸水,,吸水性的影響因素：材料成分（親水、憎水）、孔隙率大小、孔隙特征（細微連通、粗大或封閉）。,,材料長期在水作用下不破壞、強度也不明顯下降的性質(zhì)。,四、耐水性,耐水性用軟化系數(shù)KR表示：,fb——材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度，MPa。fg——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度，MPa 。,0＜KR＜1;常位于水中或潮濕環(huán)境的重要結構： KR ≥0.85（耐水材料

17、）；受潮較輕或次要結構： KR ≥0.75。,,材料抵抗壓力水（或液體）滲透的性質(zhì)。,壓力水的滲透,常用滲透系數(shù)（K）或抗?jié)B等級（P）來評價。,五、抗?jié)B性,,,材料在含水狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。,常用抗凍等級（F）來評價。,六、抗凍性,,,1.緒 言,,,,1.5 材料的熱性質(zhì),,一、熱容性,熱容量（C）：材料溫度升高或降低1K時所吸收或放出的熱量。,比熱容（c）：單位質(zhì)量材料溫度升高1K時所需

18、熱量。,,導熱系數(shù)（λ）：在數(shù)值上等于厚度為1m的材料，當其相對兩側表面溫度差為1K時，經(jīng)單位面積（1m2）單位時間（1s）所通過的熱量。,二、導熱性,λ ——導熱系數(shù) ， ；Q ——傳導熱量，J；d ——材料厚度，m；A ——材料傳熱面積，m2；Z ——熱傳導時間，s；t1-t2——材料兩側溫差，K。,,三、熱變形性,線膨脹系數(shù)：,,,1.緒 言,,,,材料在使用中，抵抗其自身和環(huán)境

19、的長期破壞作用，保持其原有性能而不變質(zhì)、不破壞的性質(zhì)。,土木工程材料耐久性與破壞因素有關。,破壞因素包括物理作用、化學作用和生物作用。如抗?jié)B性、抗凍性、沖磨氣蝕、碳化、化學侵蝕、老化、鋼筋銹蝕、堿集料反應、腐朽、蟲柱、耐熱、耐火等。,1.6 材料的耐久性,,材料的耐久性：,,,現(xiàn)代工程中，對耐久性的要求愈來愈高，提出耐久性指標的工程設計也愈來愈多。對材料的質(zhì)量評定也應逐漸由強度指標發(fā)展為耐久性指標。未來工程設計中將用耐久性設計取代目前

20、按強度進行的設計。,本章結束！,,2.氣硬性膠凝材料,,,1.膠凝材料,能將散粒材料或塊狀材料膠結為整體并具有一定機械強度的物質(zhì)。又稱膠結料。如：水泥、石膏、石灰、瀝青等。,概述：膠凝材料的定義與分類,,2.膠凝材料的分類,膠凝材料,,基本成分為天然的或合成的有機高分子化合物，如瀝青、樹脂。,,基本成分為無機化合物。,,只能在空氣中硬化、保持或發(fā)展強度如：石膏、石灰、水玻璃等。,,能在空氣和水中硬化、保持和發(fā)展強度。如：水泥。,,2.氣

21、硬性膠凝材料,,,,2.1 石灰,,一、石灰生產(chǎn)簡介,1.生產(chǎn)原理：,煅燒時間過長或溫度過高→過火石灰；溫度過低或煅燒時間不足→欠火石灰→降低產(chǎn)量。,,2.石灰的品種,生石灰（塊灰）：石灰石煅燒而成。 生石灰粉（磨細生石灰）:塊灰破碎、磨細而成。消石灰粉（熟石灰）：塊灰淋水消解而得。石灰膏：塊灰加入足量的水，淋制熟化而成（膏狀）。石灰乳（石灰水）：石灰膏用水沖淡而成（漿液狀）。,自行消解：熱量促硬化，膨脹促致密；磨細：過火

22、石灰消解加快，混合均勻；若條件許可，盡可能采用。,石灰的“熟化”或“消化”；自身粉化，不需磨細；大量放熱，不斷攪拌，減少逆反應；防潮，防火防爆；體積增大，注意容器匹配；,,二、石灰的技術要求,1.建筑生石灰,產(chǎn)品標準：《建筑生石灰》（JC/T 479-92）鈣質(zhì)生石灰（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰（MgO＞5%） 。,建筑生石灰的技術指標,,2.建筑生石灰粉,產(chǎn)品標準：《建筑生石灰粉》（JC/T 480-92）；分類：鈣質(zhì)生

23、石灰粉（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰粉（MgO＞5%） 。,建筑生石灰粉的技術指標,,3.建筑消石灰粉,產(chǎn)品標準：《建筑消石灰粉》（JC/T 481-92）；分類：鈣質(zhì)消石灰粉（MgO＜4%），鎂質(zhì)消石灰粉（4%≤MgO＜24%），白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%）。,建筑消石灰粉的技術指標,,三、石灰的特性,1.可塑性和保水性較好。,高度分散的Ca(OH)2膠體表面吸附較厚水膜。,2.生石灰水化時水化熱大，體積增大（增大1.0

24、～2.5倍）。,,石灰的“熟化”或“消化”,過火石灰：硬化后慢慢水化膨脹→局部隆起和開裂→需“預水化”（陳狀）二周左右。,,根據(jù)《砌筑砂漿配合比設計規(guī)程》（JGJ 98-2000）：生石灰熟化成石灰膏時，應用孔徑不大于3mm×3mm的網(wǎng)過濾，熟化時間不得小于7d；磨細生石灰粉的熟化時間不得小于2d。,石灰的陳伏,《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗收規(guī)范》（ GB 50203-2001 ）規(guī)定：抹灰用的石灰膏的熟化期不應小于15d；罩面用

25、的磨細石灰粉的熟化期不應小于3d。,,3.硬化緩慢。,石灰漿的硬化過程：,表層以CaCO3為主，內(nèi)層以Ca(OH)2晶體為主，內(nèi)部水分脫出緩慢，因而石灰凝結硬化緩慢。,4.硬化時體積收縮大。,游離水分蒸發(fā)所致。除調(diào)成石灰乳做薄層粉刷外，不宜單獨使用。施工時常加入骨料或纖維材料（如麻刀、紙筋）。,,6.耐水性差。,大部分尚未碳化的Ca(OH)2易溶于水所制。 石灰不宜用于潮濕環(huán)境。,7.吸濕性強，是傳統(tǒng)的干燥劑。,5.硬化后強度低。

26、,生石灰消化理論需水量32.13%，實際消化用水量很大，多余水分在硬化后蒸發(fā)留下大量孔隙。 1:3石灰砂漿28d抗壓強度只有0.2~0.5MPa。,,四、石灰的應用,,2.氣硬性膠凝材料,,,,2.2 石膏,,一、建筑石膏生產(chǎn)簡介,1.生產(chǎn)原理：,2.原材料：,天然二水石膏。又稱生石膏、軟石膏。分子式 。天然硬石膏。主要由無水硫酸鈣 組成，又名無水石膏。工業(yè)副

27、產(chǎn)石膏。如磷石膏、氟石膏、鹽石膏、蘇打石膏。,,天然二水石膏,,3. 在 系統(tǒng)中公認的石膏相有5種形態(tài)、7個變種。,,,,,為建筑石膏，又稱熟石膏。,為高強石膏。,,4.石膏的脫水轉(zhuǎn)變圖,試驗室理想條件,,工業(yè)生產(chǎn)條件,,二、石膏的技術要求,產(chǎn)品標準：《建筑石膏》（GB 9776-88），分為優(yōu)等品、一等品和合格品。,建筑石膏技術指標,,1.凝結硬化快。常溫下完全水化的時間為5～15min，終凝時間

28、不超過30min，7d左右完全硬化。,三、建筑石膏的特性,凝結硬化原理：,的溶解度很小，約半水石膏的1/5，很快達到飽和析出晶體，晶體長大、連生、交錯，并產(chǎn)生強度。,,建筑石膏凝結硬化示意圖,石膏緩凝劑：硼砂、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、聚乙烯醇、石灰活化動物骨膠或皮膠等。作用：降低半水石膏的溶解度和溶解速度。,,2.硬化時體積微膨脹,膨脹率約為1%；注模后能真實反映模子的細致紋理；石膏制品表面光滑飽滿、棱角清晰，表面潔白細膩，適用于澆注

29、各種建筑花飾和雕塑；干燥時不開裂。,,5.防火性好,石膏制品遇火時，二水石膏的結晶水蒸發(fā)，吸收熱量，并在表面形成蒸汽幕和脫水物隔熱層。不宜長期靠近65℃以上高溫的部位，以免脫水分解。,3.孔隙率大，表觀密度小，強度低。,半水石膏水化，理論需水量18.6%，實際加水量約為60~80%，多余水分硬化后蒸發(fā)，留下孔隙。,4.隔熱、吸聲性良好。,孔隙率高，且為微細的毛細孔。,,7.耐水性和抗凍性差。,潮濕條件→晶粒間的結合力減弱，強度下降；

30、水中浸泡→水化物二水石膏晶體逐漸溶解而破壞；吸水受凍→空隙中水分會結冰膨脹破壞。,提高石膏耐水性,6.具有一定的調(diào)溫調(diào)濕性。,熱容量大，吸濕性強，可以保持室內(nèi)“小氣候”均衡狀態(tài)。,,8.加工性能好。可鋸，可刨，可釘，可打眼。,,四、建筑石膏的應用,1.制備粉刷石膏。2.石膏砂漿。抹灰；3.建筑石膏制品。如石膏墻板、石膏砌塊；4.藝術裝飾石膏。如裝飾石膏板、石膏浮雕花飾、雕塑制品；,,3.氣硬性膠凝材料,,,,2.3 水玻璃,

31、,概述,水玻璃俗稱泡花堿，化學通式為 ，其中，n 是二氧化硅與堿金屬氧化物之間的摩爾比，為水玻璃的模數(shù)，一般在1.5～3.5之間。,按堿金屬氧化物，分為鈉水玻璃、鉀水玻璃和鉀鈉水玻璃。,按含水程度的不同，分為以下三類：,塊狀或粉狀水玻璃。溶解度很小，尤其是高模數(shù)的水玻璃；含有化合水的固體水玻璃或水合水玻璃。溶解度提高。塊狀水玻璃的水溶液，即液體水玻璃。,我國目前最常用的仍然是液體鈉水玻璃，簡稱水玻

32、璃。,,一、水玻璃的生產(chǎn),濕法：將磨細的石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋（2.06×105～3.09×105Pa）內(nèi)用蒸氣加熱，并攪拌，使之直接反應而成液體水玻璃。干法：將石英砂和碳酸鈉磨細拌勻，在熔爐內(nèi)于1300～1400℃溫度下熔化，生成固體水玻璃，再將它裝進蒸壓釜內(nèi)，通入蒸汽熔（溶）化后，即制成液體水玻璃。,,1.在空氣中凝結硬化情況,（無定形硅膠）,空氣中CO2濃度低，反應較慢，提高反應速度，可將水玻璃加熱或加入

33、氟硅酸鈉 促硬劑。,二、水玻璃的特性,,3.耐酸（不耐堿）：SiO2在強氧化性酸中化學穩(wěn)定性高。,4.耐熱：水玻璃不燃燒，在高溫下不分解。,5.防水：水玻璃硬化時析出的硅膠能堵塞材料的毛細孔隙。,2.良好的粘結性能。,模數(shù)越大，粘結能力越強；模數(shù)相同，則濃度越高，粘結力越強；加入尿素，粘度不變，粘結力提高25%左右。,,三、水玻璃的應用,涂刷在建材表面；配制耐酸漿體、耐酸砂漿和耐酸混凝土； 配制

34、耐熱砂漿和耐熱混凝土；土壤加固；配制快凝防水劑。,本章結束！,,3.水泥,,,3.1 常用水泥（通用硅酸鹽水泥）,,1. 按《水泥的命名、定義和術語》（GB/T 4131-1997）：水泥是指加水拌合成塑性漿體，能膠結砂石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。,2.水泥是各種混凝土的最基本的組成材料，廣泛用于建筑、道路、水利和國防工程中，素有“建筑業(yè)的糧食”之稱。,我國近年水泥產(chǎn)量一覽表,概述,,3.水泥發(fā)明于182

35、4年。由于它具有與英國波特蘭城建筑巖石相似的顏色，故稱之為波特蘭水泥（我國稱為硅酸鹽水泥），首先取得這項專利技術權的是英國的J·Aspdin。,4.水泥的品種：,按礦物組成分：硅酸鹽、鋁酸鹽、硫鋁酸鹽等系列水泥；按用途及性能可以分為通用水泥、專用水泥及特種水泥；目前，水泥品種已達到100多種。,,一、常用水泥的生產(chǎn),1.生產(chǎn)工藝：兩磨一燒,硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝流程圖,,（1）原材料的破碎與粉磨,石灰質(zhì)原料：提供CaO；粘

36、土質(zhì)原料：提供SiO2、Al2O3和Fe2O3；校正原料：鐵質(zhì)校正原料、硅質(zhì)校正原料、鋁質(zhì)校正材料。,（2）硅酸鹽水泥熟料的燒成,硅酸鹽水泥熟料主要包括下列四種礦物：,硅酸三鈣（3CaO·SiO2，簡寫為C3S），含量37%～60%； 硅酸二鈣（2CaO·SiO2，簡寫為C2S），含量15%～37% ；鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3，簡寫為C3A），含量7%～15%； 鐵鋁酸四鈣（4CaO·

37、;Al2O3·Fe2O3，簡寫為C4AF），含量10%～18%。,煅燒窯：立窯、回轉(zhuǎn)窯。,,（3）水泥成品的磨制,磨制水泥成品的原材料包括：硅酸鹽水泥熟料、石膏和混合材料。,,二、常用水泥的水化、凝結、硬化,1.硅酸鹽水泥熟料礦物的水化反應,,2.硅酸鹽水泥熟料礦物水化、凝結硬化特性,,3.硅酸鹽水泥的水化、凝結與硬化,表面水化，形成水化物膜層，水泥漿具有可塑性和流動性。 膜層長厚，并伴隨破裂、擴展至連接，漿體形成絮凝結構。

38、初凝：開始失去流動性，終凝。完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生結構強度。硬化：水泥漿體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤姸鹊乃嗍腆w。,,水泥凝結硬化過程示意圖,1——水泥顆粒；2——水分；3——凝膠；4——晶體；5——水泥顆粒未水化內(nèi)核；6——毛細孔,,4.石膏在水泥中的作用。,控制C3A的水化凝結硬化速度，調(diào)節(jié)水泥凝結時間。摻量3％左右。,C3A的水化：,反應迅速，產(chǎn)生急凝，或閃凝。,加入石膏：,高硫形水化硫鋁酸鈣,又稱鈣礬石（俗稱水泥桿菌，針

39、狀），不溶于水，阻止C3A水化，延緩水泥凝結。,石膏耗完,C3A與鈣礬石反應,單硫形水化硫鋁酸鈣,溶于水，水化繼續(xù),,鈣礬石顯微形貌,,（1）水泥混合材料,在生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥強度等級，而加到水泥中去的人工的和天然的礦物材料。,5.混合材料在水泥中的作用。,,?；郀t礦渣,煉鐵高爐的熔融礦渣，經(jīng)急速冷卻而成的松軟顆粒；直徑一般為0.5～5mm，需磨細使用；急冷一般用水淬方法進行，故又稱水淬高爐礦渣； 成粒在于阻止

40、結晶，形成玻璃體，具有較高的潛在活性； 活性成分，一般認為是活性氧化鋁和活性氧化硅，在常溫下可與氫氧化鈣起作用而產(chǎn)生強度。,火山灰質(zhì)混合材料,火山灰質(zhì)混合材料：泛指火山灰一類的物質(zhì)?；鹕交遥夯鹕絿姲l(fā)的熔巖急冷形成。含有玻璃體，成分主要是活性氧化硅和活性氧化鋁，使火山灰具有活性。,,粉煤灰,火力發(fā)電廠煤粉燃燒的煙氣中收集的灰渣，又稱飛灰。 顆粒直徑0.001～0.05mm，玻璃態(tài)的實心或空心球狀。 活性來自玻璃體，成分主要是活性氧

41、化硅和活性氧化鋁。,,（2）活性混合材料的作用,,,,,（3）礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的水化反應,分兩步進行,水泥熟料顆粒水化；礦渣（火山灰或粉煤灰）受熟料水化時析出的Ca(OH)2和外摻石膏的激發(fā)，生成新的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣。,水泥熟料礦物水化后的產(chǎn)物又與活性氧化物進行反應，生成新的水化物。,二次（水化）反應,,,（4）激發(fā)劑,Ca(OH)2和石膏起著激發(fā)水化（使活性混合材料的潛在活性得以發(fā)揮），促進凝結硬

42、化的作用，故稱為激發(fā)劑。,常用的激發(fā)劑有堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑兩類。,堿性激發(fā)劑：石灰，硅酸鹽水泥熟料。 硫酸鹽激發(fā)劑：二水石膏、半水石膏和各種化學石膏。硫酸鹽激發(fā)劑的激發(fā)作用必須在有堿性激發(fā)劑的條件下，才能充分發(fā)揮。,,6.硬化水泥石中的組成,水化產(chǎn)物。忽略一些次要和少量的成分，水泥水化的最終產(chǎn)物是：水化硅酸鈣（C-S-H凝膠，約70%）、水化鐵酸鈣凝膠，氫氧化鈣（約20%）、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣晶體；未水化的水泥顆粒、水

43、（自由水和吸附水）和孔隙（毛細孔和凝膠孔）。,,三、常用水泥的特性,,水泥石的腐蝕,（1）軟水的腐蝕（溶出性腐蝕）,軟水:雨水、雪水、蒸餾水及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水 。水泥石中各水化物能穩(wěn)定存在的極限石灰濃度：Ca(OH)2：1.3gCaO/L；水化硅酸三鈣：1.2g CaO/L；水化鐵鋁酸四鈣：1.06 gCaO/L；水化硫鋁酸鈣：0.045g CaO/L。如果水泥石長期處于流水或壓力流水作用下， Ca(OH)2 將不斷流失而

44、使水泥石破壞。硬水中不腐蝕：,,（2）鹽類腐蝕,硫酸鹽腐蝕,,水化鋁酸鈣,鈣礬石,體積增加1.5倍以上，膨脹破壞,硫酸鹽濃度較高：結晶破壞,鎂鹽腐蝕。,硫酸鎂對水泥石有鎂鹽和硫酸鹽雙重腐蝕的作用。,,Na2SO4在混凝土孔隙中的結晶,,,（3）酸類腐蝕,,碳酸腐蝕,“碳化”,一般酸腐蝕,因為水泥的水化產(chǎn)物呈堿性。,，CaCl2溶于水。,（4）強堿腐蝕,組成成分；細度；養(yǎng)護條件（溫度、濕度和時間）；齡期；拌合用水量；貯存條件。

45、,四、影響常用水泥性能的因素,養(yǎng)護對水泥強度發(fā)展的影響,,五、常用水泥的選用,,六、常用水泥的技術要求,1.細度,水泥顆粒不能太粗，也不宜太細。測定水泥的細度可以用篩析法和比表面積法。 篩析法：用80μm方孔篩的篩余百分數(shù)表示。比表面積法:測單位質(zhì)量粉末的總表面積，以m2/kg表示。,2.凝結時間,初凝：標準稠度凈漿開始失去可塑性；終凝：標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度；初凝時間不能過短，終凝時間不能過長；測定水泥凝

46、結時間采用標準稠度的水泥凈漿。,,3.體積安定性,體積安定性不良,與水化鋁酸鈣反應生成鈣礬石,沸煮法（餅法/雷氏法）,控制f-MgO含量,控制SO3含量,氧化鎂、三氧化硫及安定性不良的水泥應作廢品處理。,,4.強度及強度等級,按抗壓強度和抗折強度分為六個強度等級。,硅酸鹽水泥各齡期的強度要求,水泥：標準砂：水＝1：3：0.5,注意與舊標準的標號對比！,5.堿含量:按Na2O+0.658K2O計算。,,常用水泥的技術要求,,3.水泥,,,

47、,,,高鋁水泥,膨脹水泥,白色和彩色硅酸鹽水泥,3.2 其它品種水泥,一、高鋁水泥（礬土水泥）,以鋁礬土和石灰石為原料，經(jīng)高溫煅燒得到鋁酸鈣為主的熟料磨細制成。代號CA。按Al2O3的含量百分數(shù)分為四類：CA-50（50 ％≤Al2O3 ＜60％），CA-60 （60 ％≤Al2O3 ＜68％） ， CA-70 （68 ％≤Al2O3 ＜77％） ，CA-80 （Al2O3≥ 77 ％ ）。,,,快凝、早強。用于緊急工程、搶修工程、

48、冬季施工工程；耐熱性好和耐硫酸鹽腐蝕性強。配制耐熱混凝土和耐硫酸鹽混凝土；水化熱大。不能用于大體積混凝土；長期強度會降低。注意施工溫度（15℃～25℃），按最低穩(wěn)定強度設計；不得與硅酸鹽水泥、石灰等混用；低收縮；耐堿性差;產(chǎn)品標準：《鋁酸鹽水泥》（GB201-2000）。,產(chǎn)品特性及應用,,加水硬化后，體積膨脹而不是收縮。,二、膨脹水泥,硅酸鹽膨脹水泥。硅酸鹽水泥為主，外加高鋁水泥和石膏配制而成。 鋁酸鹽膨脹水泥。高鋁水

49、泥水泥為主，外加石膏配制而成。 硫鋁酸鹽膨脹水泥。無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為為主要成分，外加石膏配制而成。 鐵鋁酸鈣膨脹水泥。鐵相、無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為為主要成分，外加石膏配制而成。,,膨脹原理：生成鈣礬石。調(diào)整組分比例，可得不同的膨脹值。若膨脹受限，則產(chǎn)生自應力。自應力≥2MPa，稱為自應力水泥；自應力＜2MPa，稱為膨脹水泥；應用：補償收縮混凝土、自應力混凝土。產(chǎn)品標準： 《膨脹硫鋁酸鹽水泥》（ZB Q 11007

50、-87）、自應力硫鋁酸鹽水泥》（JC 715-1996）：,,三、白色和彩色硅酸鹽水泥,1.白色硅酸鹽水泥（白水泥）,硅酸鹽水泥熟料中氧化鐵等含量少。產(chǎn)品標準：《白色硅酸鹽水泥》（GB/T 2015-2005）。技術要求：三氧化硫、細度、凝結時間、安定性、水泥白度（≥87）、強度（32.5、42.5、52.5）。,2.彩色硅酸鹽水泥,生料＋著色物質(zhì)、熟料＋著色物質(zhì)、白水泥＋著色物質(zhì)。 產(chǎn)品標準：《彩色硅酸鹽水泥》（JC/T 8

51、70-2000）。技術要求：三氧化硫、細度、凝結時間、安定性、強度、色差。,3.應用：用于各種裝飾裝修。,,道路硅酸鹽水泥快硬硅酸鹽水泥快硬硫鋁酸鹽水泥中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥抗硫酸鹽水泥,,,水泥工業(yè)之遺憾,1.消耗資源,我國已初步探明的石灰石儲量為542億噸，可開采利用的約為250億噸。如以2004年我國水泥總產(chǎn)量9.7億噸、需消耗石灰質(zhì)原料10億噸記計，加上相關行業(yè)所用石灰石，則不需30年，即會

52、出現(xiàn)石灰石資源枯竭的嚴重問題。一方面是水泥石灰石資源枯竭的嚴重問題，另一方面是消耗石灰石令人驚訝的高速度。 ——（《中國建材報》2005年8月15日）,2.消耗能源,資料表明，2004年國產(chǎn)9.7億噸水泥的能源消耗是燃煤1.6億噸（標準煤）。專家預測，2010年我國水泥需求將達到13.5億噸，原燃料消耗相應也會提高近40%。,,3.破壞環(huán)境,2004年

53、我國水泥工業(yè)CO2排放量達8億多噸，SO3排放量超過100萬噸，NOx排放量達262萬噸，粉塵800萬噸。,,溫室效應,,,,,酸雨,,矽肺病等、土地堿化、破壞環(huán)境,4.我國目前的生產(chǎn)工藝落后,發(fā)達國家新型干法技術多在80%以上，甚至95% 。我國1995年新型干法水泥2853萬噸，僅占總產(chǎn)量的6%；2004年上升到3.2億噸，占總產(chǎn)量的33%；2005年底，新型干法水泥產(chǎn)量達到4.73億噸，新型干法水泥的比重已達到45%。,近年進展

54、迅速,本章結束！,,,4.混凝土,,混凝土：由膠凝材料和骨料加水拌合，經(jīng)一定時間硬化而成的人造石材。 “混凝土”簡寫“砼”，意為“人工石”。,,4.1 混凝土概述,,按膠結材料：水泥混凝土、瀝青混凝土、聚合物浸漬混凝土、水玻璃混凝土、硫磺混凝土等。按表觀密度：重混凝土、普通混凝土和輕混凝土。按施工工藝：泵送混凝土、噴射混凝土、離心混凝土等。按用途：防水混凝土、耐酸混凝土、裝飾混凝土等。按水泥用量：貧混凝土、富混凝土。,混凝土

55、的分類,普通混凝土的優(yōu)點,可根據(jù)不同要求配制不同性質(zhì)的混凝土； 凝結前塑性好，可澆制成各種形狀和尺寸； 與鋼筋有牢固的粘結力； 硬化后抗壓強度高，耐久性良好； 就地取材、經(jīng)濟。,,不足,抗拉強度低；受拉時變形能力小、容易開裂；自重大；一旦破壞修復困難；施工質(zhì)量波動大。,,4.混凝土,,,4.2 普通混凝土的組成材料,,混凝土的組成材料：水泥，砂，石、水、外加劑、摻合料。,水泥漿：賦予混凝土流動性（潤濕）、粘結、填充。

56、砂石：骨架作用（阻止水泥石的干縮，減少水化熱）、經(jīng)濟。稱為骨料或集料。 外加劑：改善混凝土的性能，量微作用大。 摻合料：改善混凝土的性能。,,一、水泥,水泥品種選擇 。由混凝土工程特點和所處環(huán)境條件而定。水泥強度等級選擇。由混凝土強度等級確定。 技術要求。滿足相應水泥的標準。,,二、骨料,細骨料：公稱粒徑小于5mm的巖石顆粒。包括天然砂（河砂、海砂、山砂）、人工砂和混合砂。粗骨料：公稱粒徑大于5mm的巖石顆粒。包括卵石（河卵

57、石、海卵石、山卵石）和碎石。,產(chǎn)品標準：《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》（JGJ 52-2006）、《建筑用砂》（GB/T 14684-2001）。,,河砂的生產(chǎn),,,,,1.砂、石的質(zhì)量要求,砂的顆粒級配及粗細程度,顆粒級配：大小顆粒的搭配情況。顆粒級配良好，砂粒間空隙小，可節(jié)約水泥、提高強度。,級配不好 級配良好,,粗細程度：大小砂?；旌虾蟮?/p>

58、總體粗細情況。分粗砂、中砂、細砂和特細砂。相同質(zhì)量條件，細砂總表面積大，需要水泥漿較多。,拌制混凝土，要同時考慮砂的顆粒級配及粗細程度。常用篩分析的方法進行測定。細度模數(shù)表示粗細，級配區(qū)表示顆粒級配。,篩分析法：用一套標準篩，將500g干砂過篩，計算分計篩余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6和累計篩余百分率A1、A2、A3、A4、A5和A6。,累計篩余與分計篩余的關系,,粗砂:μf=3.7～3.1； 中砂:μf=3.0

59、～2.3；細砂:μf=2.2～1.6； 特細砂：μf=1.5～0.7。,細度模數(shù),砂的顆粒級配區(qū)（累計篩余，按質(zhì)量計，％）,優(yōu)先采用Ⅱ區(qū)砂；采用Ⅰ區(qū)砂，應提高砂率；采用Ⅲ區(qū)砂，宜降低砂率；顆粒級配不符合上述要求，應采用人工級配等措施。,按0.63mm篩孔的累計篩余量分為三個級配區(qū)；,,石子的最大粒徑,粗骨料中公稱粒級的上限;最大粒徑盡量選用得大些;要考慮結構形式、配筋疏密、運輸條件和施工條件。 根據(jù)《混凝土結構工程施工及

60、驗收規(guī)范》GB50204－2002：混凝土粗骨料的最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的1/4，同時不能大于鋼筋間最小凈距的3/4；對于混凝土實心板，可允許采用最大粒徑達1/2板厚的骨料，但最大粒徑不得超過50mm。,,石子的顆粒級配,采用篩分法測定。,碎石或卵石的顆粒級配(累計篩余,按質(zhì)量計，%）,,,砂、石的質(zhì)量要求,三、混凝土用水,產(chǎn)品標準：《混凝土用水標準》（JGJ63-2006）。,混凝土拌合用水水質(zhì)要求,1.混凝土拌合用水,,放

61、射性（非飲用水）。與飲用水樣進行水泥凝結時間對比試驗。與飲用水樣進行水泥膠砂強度對比試驗。不應有明顯的油脂、泡沫、顏色和異味。設備洗刷水。慎用海水。,可不檢驗不溶物、可溶物、水泥凝結時間和水泥膠砂強度。,2.混凝土拌合用水,,四、外加劑,顯著改善混凝土性能，摻量一般不大于水泥質(zhì)量的5％。混凝土的第五種必不可少的組分。,按其主要功能分為四類：,改善流變性能：減水劑、引氣劑、泵送劑等。 調(diào)節(jié)凝結時間、硬化性能：緩凝劑、早強劑和

62、速凝劑等。 改善耐久性：防水劑、阻銹劑和防凍劑等。 改善其他性能：加氣劑、膨脹劑、著色劑等。,按化學成分可分：無機化合物、有機化合物、有機和無機的復合物。,,1.減水劑,混凝土坍落度基本相同，可減少拌合用水的量。一般為表面活性劑。表面活性劑可顯著改變（通常為降低）液體表面能力或兩相界面能力的物質(zhì)。由親水基團和憎水基團兩個部分組成。,減水劑的作用機理,絮凝結構因水泥顆粒間斥力解體，釋放包裹的游離水；水泥顆粒因水膜增厚而增強滑動能

63、力。,,減水劑的作用效果,水、水灰比不變，流動性增大； 流動性、水泥不變，用水量減少，水灰比降低，強度提高； 流動性、強度不變，用水量減少，水灰比降低，節(jié)約水泥；,減水劑的摻入方法,先摻法：減水劑與水泥混合后再與骨料和水一起攪拌。同摻法：減水劑溶于水后再加入拌合物中一起攪拌。 后摻法：混凝土運送到澆筑地點后，加入減水劑再次攪拌。滯水法：在攪拌過程中減水劑滯后1～3min加入。,常用減水劑,木質(zhì)素系、糖蜜系、萘系、樹脂系、氨基磺

64、酸鹽、聚羧酸。,,2.引氣劑,攪拌混凝土時，能引入大量均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡；作用：改善和易性、抗凍性、抗?jié)B性、保水性和粘聚性，降低強度；主要產(chǎn)品：松香熱聚物、松脂皂和烷基磺酸鹽等； 不適宜用于蒸養(yǎng)混凝土及預應力混凝土。,,3.早強劑,能加速混凝土早期強度發(fā)展；作用：改善和易性、抗凍性、抗?jié)B性、保水性和粘聚性，降低強度；主要產(chǎn)品：氯鹽類、硫酸鹽類和有機胺類和復合等；Cl-會腐蝕鋼筋，K+、Na+可能引起堿-骨料反應。,4

65、.緩凝劑,能延緩凝結時間而不影響后期強度；作用：保坍、防冷縫、大體積混凝土施工；主要產(chǎn)品：木鈣、糖蜜等；,,其它外加劑,速凝劑；防凍劑；膨脹劑；泵送劑等。,外加劑的相關標準,《混凝土外加劑》GB 8076-1997;《公路工程混凝土外加劑》JT/T 523-2004; 《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》GB50119-2003 ；《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204-2002 。,外加劑的合成、復配及復合型外加劑。,,五

66、、摻合料,拌制混凝土時摻入的礦物粉狀材料；常用的有粉煤灰、硅粉、磨細礦渣粉、燒粘土、天然火山灰質(zhì)材料（如凝灰?guī)r、沸石巖粉）、磨細自然煤矸石和石灰石等；混凝土“第六組分”。產(chǎn)品標準：《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596-2005、《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》 GB/T 18046-2000 等。,,摻合料對混凝土的作用,火山灰效應（活性效應）；形態(tài)效應。如：玻璃微珠的“滾珠軸承”作用；填充效應。密實與減水；,超細

67、粉的作用更加明顯,摻合料對混凝土的作用效果,增塑。坍落度經(jīng)時損失少；增強。特別是長期強度；提高耐久性；保護環(huán)境。,,粉煤灰?guī)?,,4.混凝土,,,4.3 新拌混凝土的和易性,,一、和易性的概念,混凝土拌合物易于施工操作，能夠質(zhì)量均勻、成型密實。包括三個方面：流動性、粘聚性（不分層和離析）、保水性（不嚴重泌水）。,,二、和易性的測定方法（稠度試驗）,1.坍落度法,以坍落度確定流動性，以直觀經(jīng)驗評定粘聚性和保水性。試驗方法：《普

68、通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2002）。適用范圍：骨料最大粒徑≤40mm，坍落度值≥10mm。,坍落度愈大，流動性愈大。,,2.坍落擴展度,坍落度大于220mm時測；坍落度擴展值：最大直徑和最小直徑（兩者之差小于50mm）的算術平均值。,根據(jù)《混凝土質(zhì)量控制標準》（GB 50164-92），混凝土拌合物按坍落度不同可以分為4級。,,3.維勃稠度法,適用干硬性混凝土（坍落度值小于10mm）。試驗方法：《普