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1、建 筑 材 料 第1章 緒 論一、建筑材料的定義和分類 建筑材料的定義 建筑工程中所使用的各種材料及制品，都統(tǒng)稱為建筑材料。如：水泥、鋼材、木材、混凝土、石材、磚、石灰、石膏、建筑塑料、瀝青、玻璃、建筑陶瓷等。 建筑材料的分類1.按材料的化學(xué)成分分類 按材料的化學(xué)成分來分，分為無機(jī)材料、有機(jī)材料和復(fù)合材料三大類，如表1-1。表1-1 建筑材料的分類 建筑材料無機(jī)材料金屬材料鋼、鐵及其合金、鋁及鋁合金非金屬材料天然石材砂、石及石材制品燒土制品磚、瓦、玻璃及陶瓷制品膠凝材料及制品石灰、石膏、水泥、砂漿、混凝土及硅酸鹽制品有機(jī)材料植物材料木材、竹材瀝青材料石油瀝青、煤瀝青及其制品合成高分子材料塑料、

2、涂料、膠粘劑、合成橡膠、土工合成材料復(fù)合材料有機(jī)材料與無機(jī)非金屬材料復(fù)合聚合物混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)塑料等金屬材料與無機(jī)非金屬材料復(fù)合鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土等金屬材料與有機(jī)材料復(fù)合有機(jī)涂層鋁合金板、塑鋼門窗等 2.按材料的使用功能分類 按使用功能來分，分為結(jié)構(gòu)材料、墻體材料和功能材料三大類： （1）結(jié)構(gòu)材料：主要是指構(gòu)成結(jié)構(gòu)物受力構(gòu)件、用于承受荷載的材料。 （2）墻體材料：是指建筑物內(nèi)、外及分隔墻體所采用的材料，有承重和非承重兩類。 （3）功能材料：是指具有某些特殊功能的材料，用于滿足建筑物或構(gòu)筑物的適用性。二、建筑材料在工程建設(shè)中的地位和作用建筑材料是一切建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)材料費(fèi)用一般占建筑

3、工程總造價(jià)的5070%建筑材料的正確選擇和合理使用，對(duì)建筑工程的安全、實(shí)用、美觀、耐久及造價(jià)有著重大的意義建筑工程對(duì)材料的基本要求必須具備足夠的強(qiáng)度(strength)，能夠安全地承受設(shè)計(jì)荷載及自重；輕質(zhì)(lightweight)。材料自身的質(zhì)量以輕為宜(即表觀密度較小)，以減輕下部結(jié)構(gòu)和地基的負(fù)荷；具有與使用環(huán)境相適應(yīng)的耐久性(durability)，以減少維修費(fèi)用；美觀(beautiful)。用于裝飾的材料，應(yīng)能美化建筑，產(chǎn)生一定的藝術(shù)效果；特定功能(multi-function)。用于特殊部位的材料，應(yīng)具有相應(yīng)的特殊功能，例如屋面材料能隔熱、防水，樓板和內(nèi)墻材料能隔聲等。三、建筑材料的發(fā)

4、展及趨勢(shì)隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展原始時(shí)代天然材料：木材、巖石、粘土封建時(shí)代磚、瓦、石灰、三合土18世紀(jì)中葉鋼材、水泥19世紀(jì)鋼筋混凝土20世紀(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土、高分子材料21世紀(jì)輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能、高性能綠色建材 萬里長城 胡夫金字塔上海金茂大廈三峽大壩建筑材料的發(fā)展趨勢(shì)高性能：輕質(zhì)、高強(qiáng)、高耐久性。多功能：具備多種優(yōu)異性能。節(jié)約資源、能源：充分利用地方材料，盡量少用天然資源,大量使用工業(yè)廢渣、垃圾等廢棄物生產(chǎn)建筑材料。采用低能耗、無環(huán)境污染的生產(chǎn)技術(shù)，優(yōu)先開發(fā)、生產(chǎn)低能耗的材料以及能降低建筑物使用能耗的節(jié)能型材料。環(huán)保：產(chǎn)品可再生循環(huán)和回收利用，無污染廢棄物以防止二次污染。發(fā)展預(yù)制技術(shù)：在產(chǎn)品型

5、式方面逐步提高構(gòu)件化、單元化水平。四、建筑材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JG）、建材行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)（JC）、交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT）地方標(biāo)準(zhǔn)：DB企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：QB例：GB 175 2007 普通硅酸鹽水泥 標(biāo)準(zhǔn)代號(hào) 編號(hào) 批準(zhǔn)年份 標(biāo)準(zhǔn)名稱外國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO（International Standard Organization）美國國家標(biāo)準(zhǔn)：ANS（American National Standard美國材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)：ASTM （American Society for Testing and Materials）英國標(biāo)準(zhǔn)：BS（British Sta

6、ndard）五、本課程的任務(wù)和學(xué)習(xí)方法任務(wù)獲得建筑材料的基礎(chǔ)知識(shí)掌握建筑材料的技術(shù)性質(zhì)、應(yīng)用及檢測(cè)方法正確評(píng)價(jià)、選擇和使用各種常用材料學(xué)習(xí)方法著重學(xué)好主要內(nèi)容材料的技術(shù)性質(zhì)和應(yīng)用原料生產(chǎn)組成構(gòu)造性質(zhì)應(yīng)用檢驗(yàn)運(yùn)輸驗(yàn)收儲(chǔ)存注意了解事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系要知道形成材料性質(zhì)的內(nèi)在原因和這些性質(zhì)之間的相互關(guān)系引起材料性質(zhì)變化的內(nèi)因和外因同一類不同品種的材料，不但要學(xué)習(xí)它們的共性，更要了解它們各自的特性實(shí)驗(yàn)課是本課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)驗(yàn)證基本理論，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要嚴(yán)肅認(rèn)真，一絲不茍了解實(shí)驗(yàn)條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，因而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出正確的分析和判斷第2章 建筑材料的基本性質(zhì)本章內(nèi)容第一節(jié) 材料的物理性質(zhì)第二

7、節(jié) 材料與水有關(guān)的性質(zhì)第二節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì)第四節(jié) 材料的熱工性質(zhì)第五節(jié) 材料的耐久性第一節(jié) 材料的物理性質(zhì)固體物質(zhì)閉口孔隙開口孔隙材料體積組成示意圖一、材料的密度、表觀密度和堆積密度定義 指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。公式式中： 密度，g/cm m材料在干燥狀態(tài)下(105+5 烘干至恒重）的質(zhì)量，g v材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm測(cè)試方法 將巖石粉碎磨細(xì)，干燥后用李氏瓶測(cè)定體積，材料磨得越細(xì)越好，測(cè)得的體積越接近真實(shí)體積。密度定義指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。公式式中：0表觀密度，g/cm或Kg/m m材料的質(zhì)量，g或Kg v0材料自然狀態(tài)下的體積，cm或m 測(cè)試方法 對(duì)

8、于規(guī)則形狀的材料，可用量具測(cè)得其體積；對(duì)于不規(guī)則形狀的材料，可采用靜水稱量法和封蠟法測(cè)定。表觀密度定義 粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。公式 式中：o堆積密度，Kg/m m 材料的質(zhì)量，Kg vo材料的堆積體積，m測(cè)試方法 將干燥的散粒材料試樣裝入規(guī)定尺寸的容器來測(cè)定的。不同的裝料方式，顆粒排列的松緊程度不同，材料的堆積密度又可分為自然堆積密度、緊密堆積密度。 堆積密度常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度材料名稱密度(g/cm3)表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)石灰?guī)r2.62.818002600花崗巖2.73.020002850水泥2.83.112001300混凝土

9、用砂2.52.61 4501650混凝土用石2.62.91 4001700普通混凝土21002500粘土2.52.71 6001800鋼材7.857 850鋁合金2.72.92 7002 900燒結(jié)普通磚2.52.71 5001 800建筑陶瓷2.52.71 8002 500紅松木1.551.60400800玻璃2.452.552 4502 550泡沫塑料1050密實(shí)度定義 材料體積中固體物質(zhì)充實(shí)的程度。公式 密實(shí)度反映材料的密實(shí)程度，D越大，材料越密實(shí)，含有孔隙的材料，密實(shí)度均小于1。二、材料的密實(shí)度和孔隙率孔隙率定義 材料體積中孔隙體積所占的比例。公式 孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系：P+D=1材料

10、的密實(shí)度和孔隙率是從不同方面反映材料的密實(shí)程度，通常采用孔隙率表示?？紫短卣骺紫稑?gòu)造 連通的孔： 彼此連通且與外界相通 封閉的孔： 相互獨(dú)立且與外界隔絕孔隙大小 微孔、細(xì)孔、大孔 封閉孔連通孔填充率定義 散粒材料在某種堆積體積內(nèi)被其顆粒填充的程度。公式 三、材料的填充率和空隙率定義 散粒材料在某種堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積所占的比例。公式空隙率與填充率的關(guān)系：P+D=1空隙率的大小反映了散粒材料顆粒間相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞?jí)配與計(jì)算含砂量的依據(jù)?？障堵?材料在空氣中與水接觸時(shí)，根據(jù)材料表面被水潤濕的情況，分親水性材料和憎水性材料兩類。當(dāng)材料分子與水分子間的相互作用力

11、大于水分子間的作用力時(shí)，材料表面就會(huì)被水所潤濕。此時(shí)在材料、水和空氣的三相交點(diǎn)處，沿水滴表面所引切線與材料表面所成夾角90，這種材料屬于親水性材料。第二節(jié) 材料與水有關(guān)的性質(zhì)親水性與憎水性 如果材料分子與水分子間的相互作用力小于水本身分子間的作用力，則表示材料不能被水潤濕。此時(shí)，潤濕角90180，這種材料稱為憎水性材料。 大多數(shù)建筑材料，如石材、磚瓦、陶器、混凝土、木材等都屬于親水性材料，而瀝青、石蠟和某些高分子材料屬于憎水性材料。 材料潤濕邊角 吸水性是指材料在水中能吸收水分的性質(zhì)。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率為材料浸水后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)吸入水的質(zhì)量（或體積）占材料干燥質(zhì)量（或干燥時(shí)體積）的

12、百分比。質(zhì)量吸水率： 吸水性體積吸水率：材料吸水率的大小與材料的孔隙率和孔隙構(gòu)造特征有關(guān)。 材料在潮濕的空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示。含水率為材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分比。計(jì)算式為： 吸濕性材料在長期飽和水作用下不被破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示。計(jì)算式為： 耐水性抗?jié)B性是指材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性質(zhì)。材料的抗?jié)B性可用滲透系數(shù)表示。 抗?jié)B性 材料的抗?jié)B性也可以用抗?jié)B等級(jí)Pn來表示。 抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用(凍融循環(huán))而不被破壞，強(qiáng)度也無顯著降低的性能。 材料的抗凍性用抗凍

13、等級(jí)Fn表示。n表示材料試件經(jīng)n次凍融循環(huán)試驗(yàn)后，質(zhì)量損失不超過5%，抗壓強(qiáng)度降低不超過25%。n的數(shù)值越大，說明抗凍性愈好?？箖鲂圆牧蟼鲗?dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。材料的導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)表示。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是指，單位厚度的材料，當(dāng)兩個(gè)相對(duì)側(cè)面溫差為1K時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量。第三節(jié) 材料的熱工性質(zhì)導(dǎo)熱性式中：材料的導(dǎo)熱系數(shù)(W/(mK)。 Q傳導(dǎo)的熱量(J)。 d材料的厚度(m)。 A材料傳熱的面積(m2)。 z傳熱時(shí)間(s)。 t1t2材料兩側(cè)的溫度差(K)。 材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱傳導(dǎo)能力越差，絕熱性能越好。工程上把0.175W/(mK)的材料稱為絕熱材料。材料加熱時(shí)吸收熱

14、量、冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。熱容量用比熱表示，1g材料溫度升高或降低1K時(shí)，所吸收或放出的熱量稱為比熱。比熱的計(jì)算式為： 式中：Q材料的熱容量(J)。 C材料的比熱容，J/(gK)。 m材料的質(zhì)量(g)。 t1t2材料受熱或冷卻前后的溫差(K)。熱容量 比熱容與材料質(zhì)量的積，稱為材料的熱容量值，即材料溫度上升1K須吸收的熱量或溫度降低1K所放出的熱量。 材料比熱容對(duì)保持室內(nèi)溫度穩(wěn)定作用很大，比熱容大的材料能在熱流變化、采暖、空調(diào)不均衡時(shí)，緩和室內(nèi)溫度的波動(dòng)；屋面材料也宜選用比熱容大的材料。常用材料的熱性質(zhì)見下表。材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)比熱容，kJ/(kgK)銅3700.38鋼

15、550.46石灰?guī)r2.663.230.7490.846花崗巖2.913.450.7160.92大理巖2.450.875普通混凝土1.80.88粘土空心磚0.640.92松木0.170.352.51玻璃2.73.260.83泡沫塑料0.031.30水0.604.187密閉空氣0.0231常用材料的熱性質(zhì)指標(biāo) 材料在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的體積變化。一般材料在溫度升高時(shí)體積膨脹，溫度下降時(shí)體積收縮。 溫度變形在單向尺寸上的變化稱為線膨脹或線收縮，材料的熱變形性常用線膨脹系數(shù)來衡量，其計(jì)算式如下：熱變形性式中：線膨脹系數(shù)(1/K)。 L材料的變形量(mm)。 t2t1材料在升、降溫前后的溫度差(K)。 L材

16、料原來的長度(mm)。 材料的線膨脹系數(shù)一般都較小，但由于土木工程結(jié)構(gòu)的尺寸較大，溫度變形引起的結(jié)構(gòu)體積變化仍是關(guān)系其安全與穩(wěn)定的重要因素。工程上常用預(yù)留伸縮縫的辦法來解決溫度變形問題。第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì)材料在外力(荷載)作用下抵抗破壞的能力，稱為強(qiáng)度。當(dāng)材料承受外力作用時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生應(yīng)力。隨著外力逐漸增加，應(yīng)力也相應(yīng)增大。直至材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的作用力不能再抵抗這種應(yīng)力時(shí)，材料即破壞，此時(shí)的極限應(yīng)力值就是材料的強(qiáng)度。強(qiáng)度 根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗剪和抗彎(抗折)強(qiáng)度。材料受力示意圖 (a)拉力；(b)壓力；(c)剪切；(d)彎曲 材料的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度的計(jì)算式為：

17、 式中：f材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度，MPa F材料承受的最大荷載， A材料的受力面積，mm2式中：f材料的抗彎(折)強(qiáng)度，MPa F材料承受的最大荷載， L兩支點(diǎn)之間的距離，mm b材料受力截面的寬度，mm h材料受力截面的高度，mm材料的抗彎強(qiáng)度的計(jì)算式為： 材料的強(qiáng)度主要取決于它的組成和結(jié)構(gòu)。一般說材料孔隙率越大，強(qiáng)度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，強(qiáng)度也不相同。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去外力后變形隨即消失，這種性質(zhì)稱為彈性。這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去外力后仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。不能恢復(fù)的變形稱為塑

18、性變形。 彈性與塑性 材料的彈性和塑性變形曲線材料受力破壞時(shí)，無顯著的變形而突然斷裂的性質(zhì)稱為脆性。在常溫、靜荷載下具有脆性的材料稱為脆性材料。在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)稱為韌性或沖擊韌性。脆性與韌性第五節(jié) 材料的耐久性材料的耐久性是指其在長期的使用過程中，能抵抗環(huán)境的破壞作用，并保持原有性質(zhì)不變、不破壞的一項(xiàng)綜合性質(zhì)。 由于環(huán)境作用因素復(fù)雜，耐久性也難以用一個(gè)參數(shù)來衡量。工程上通常用材料抵抗使用環(huán)境中主要影響因素的能力來評(píng)價(jià)耐久性，如抗?jié)B性、抗凍性、抗老化和抗碳化等性質(zhì)。 環(huán)境對(duì)材料的破壞作用，可分為物理作用、化學(xué)作用和生物作用，不

19、同材料受到的環(huán)境作用及程度也不相同。 影響材料耐久性的內(nèi)在因素很多，除了材料本身的組成結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等因素外，材料致密程度、表面狀態(tài)和孔隙特征對(duì)耐久性影響很大。 工程上常用提高密實(shí)度、改善表面狀態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)的方法來提高耐久性。第3章 石 材本章內(nèi)容 第一節(jié) 天然巖石的分類 第二節(jié) 天然石材的技術(shù)性質(zhì) 第三節(jié) 建筑中常用巖石的特性與應(yīng)用 第四節(jié) 石材的加工類型與選用原則 第五節(jié) 人造石材 天然石材 建筑用石材 人工石材天然石材是由天然巖石開采的，經(jīng)過或不經(jīng)過加工而制得的石材。天然石材資源豐富，使用歷史悠久，是古老的建筑材料之一。世界上有許多著名的古建筑是由天然石材建造而成，如意大利的比薩斜塔，我國的

20、趙洲橋等。 趙州橋 羅馬斗獸場(chǎng) 目前，石材作為結(jié)構(gòu)材料已很大程度上被鋼筋混凝土、鋼材所取代。由于天然石材具有抗壓強(qiáng)度高、耐久性、耐磨性及裝飾性好等優(yōu)點(diǎn)，因此，在建筑工程中的使用目前仍然相當(dāng)普遍，較多的用作建筑裝飾材料、基礎(chǔ)和墻身等砌筑材料以及混凝土的骨料。 隨著合成高分子材料的興起，人造石材（人造大理石、人造花崗巖等）作為裝飾材料也得到極大的發(fā)展和應(yīng)用。第一節(jié) 天然巖石的分類 天然巖石，通?？煞譃閹r漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類。一、巖漿巖 巖漿巖又稱火成巖，它因地殼變動(dòng)，熔融巖漿由地殼內(nèi)部上升后冷卻而成。根據(jù)形成條件的不同，巖漿巖又分為以下三類。 1、深成巖 深成巖是巖漿在地殼深處受上部覆蓋層的

21、壓力作用，緩慢且較均勻冷卻而形成的巖石。 其礦物全部結(jié)晶且晶粒較粗，構(gòu)造致密，具有抗壓強(qiáng)度高、吸水率小、表觀 密度大及抗凍性、耐磨性好等特點(diǎn)。 建筑上常用的深成巖有花崗巖、正長巖、輝長巖、橄欖巖、閃長巖等。 2、噴出巖 噴出巖是巖漿巖噴出地表時(shí)，在壓力驟減和冷卻較快的條件下而形成的巖石。 由于結(jié)晶條件差，多呈隱晶質(zhì)或玻璃體結(jié)構(gòu)。當(dāng)噴出的巖漿形成的巖層很厚時(shí)，其結(jié)構(gòu)接近深成巖。當(dāng)噴出巖凝固成比較薄的巖層時(shí)，常呈多孔構(gòu)造，近于火山巖。 工程上常用的噴出巖有玄武巖、安山巖和輝綠巖等。 3、火山巖 火山巖是火山爆發(fā)時(shí)巖漿被噴到空中，急速冷卻后形成的巖石。 火山巖為玻璃體結(jié)構(gòu)且呈多孔構(gòu)造。如火山灰、火山

22、渣、浮石和凝灰?guī)r等?；鹕交?、火山渣可作為水泥的混合材料。浮石可作輕混凝土的骨料。花崗巖輝綠巖閃長巖玄武巖二、沉積巖 沉積巖是地表的各類巖石經(jīng)長期風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積和再造作用而形成的巖石，呈層狀構(gòu)造，表觀密度小，空隙率和吸水率較大，強(qiáng)度低，耐久性也較差。根據(jù)生成條件，可分成三種： 1、機(jī)械沉積巖 ：由自然風(fēng)化而逐漸破碎松散的巖石，經(jīng)風(fēng)、雨、冰川、沉積等機(jī)械力的作用而重新壓實(shí)或膠結(jié)而成的巖石，如砂巖、頁巖等。 2、化學(xué)沉積巖 ：由溶解于水中的礦物質(zhì)經(jīng)聚積、沉積、重結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)等過程而形成的巖石。如石膏、白云石等。 3、有機(jī)沉積巖 ：由各種有機(jī)體的殘骸沉積而成的巖石。如石灰?guī)r、硅藻土等。三、變質(zhì)巖

23、變質(zhì)巖是地殼中原有的各類巖石，在地層的壓力或溫度作用下，原巖石在固體狀態(tài)下發(fā)生再結(jié)晶作用，而使其礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以至化學(xué)成分發(fā)生部分或全部改變而形成的新巖石。沉積巖形成變質(zhì)巖后，其建筑性能有所提高，如石灰?guī)r和白云巖變質(zhì)后得到的大理巖，比原來的巖石堅(jiān)固耐久。而深成巖經(jīng)變質(zhì)后產(chǎn)生片狀構(gòu)造，性能反而下降，如花崗巖變質(zhì)后成為片麻巖則易于分層剝落，耐久性差。第二節(jié) 天然石材的技術(shù)性質(zhì)一、表觀密度 巖石的表觀密度由巖石的礦物組成及致密程度所決定。根據(jù)表觀密度可分為：輕質(zhì)石材（表觀密度小于1800kg/m3）和重質(zhì)石材（表觀密度大于或等于1800kg/m3）。表觀密度的大小，常間接地反映出石材的一些物理力

24、學(xué)性能。一般情況下，同種石材表觀密度越大，則抗壓強(qiáng)度越高，吸水率越小，耐久性、導(dǎo)熱性越好。二、吸水性 天然石材的吸水率一般較小，但由于形成條件、密實(shí)程度等情況的不同，石材的吸水率波動(dòng)也較大，如花崗巖吸水率通常小于0.5%。，而多孔的貝類石灰?guī)r吸水率可達(dá)15%。石巖石吸水后強(qiáng)度降低，抗凍性、耐久性能下降。根據(jù)吸水率的大小，將巖石分為低吸水性（吸水率1.5 %）、中吸水性（吸水率介于1.5-3%）和高吸水性（吸水率3%）的巖石。三、耐水性 當(dāng)石材中含有粘土或易溶于水的物質(zhì)時(shí)，在水飽和情況下，強(qiáng)度會(huì)明顯下降。石材的耐水性以軟化系數(shù)表示。軟化系數(shù)大于或等于0.9的為高耐水性石材、軟化系數(shù)為0.7-0.

25、9屬中耐水性石材、軟化系數(shù)0.6-0.7為低耐用水性石材，一般軟化系數(shù)小于0.8的石材不允許用于重要建筑。四、抗凍性 抗凍性是石材抵抗凍融破壞的能力，是衡量石材耐久性的一個(gè)重要指標(biāo)，用石材在水飽和狀態(tài)下所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示 。在規(guī)定的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi),無貫穿裂紋,重量損失不超過5%,強(qiáng)度降低不大于25%,則為抗凍性合格。一般室外工程飾面石材抗凍次數(shù)應(yīng)大于25次。 五、耐熱性 耐熱性與石材的礦物組成有關(guān)，在高溫下造巖礦物會(huì)產(chǎn)生分解或變質(zhì)，而且由于各種造成礦物的熱膨脹系數(shù)不同，受熱后會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力以致崩裂。六、強(qiáng)度 石材的強(qiáng)度取決于造巖礦物巖石的構(gòu)造。石材的抗壓強(qiáng)度是劃分石材強(qiáng)度等級(jí)的依據(jù)，采

26、用邊長為70mm的立方體試件用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ3-88）的規(guī)定，天然石材的強(qiáng)度等級(jí)可分為MU100、MU80、MU60、MU50、，U40、MU30、MU20、MU15、MU10等九個(gè)等級(jí)，七、硬度 石材的硬度取決于礦物組成的硬度與構(gòu)造，由致密堅(jiān)硬礦物組成的石材，其硬度就高，巖石的硬度以莫氏硬度表示。八、耐磨性 耐磨性是石材抵抗磨擦、邊緣剪切以及撞擊等復(fù)雜作用的性質(zhì)。耐磨性包括耐磨損性（石材受磨擦作用）和耐磨耗性（石材同時(shí)受磨擦與沖擊作用）兩個(gè)方面。耐磨損性是以單位磨擦面積所產(chǎn)生的質(zhì)量損失的大小來表示；耐磨耗性是以單位質(zhì)量所產(chǎn)生的質(zhì)量損失的大小來表示。一般而言，石

27、材的強(qiáng)度高，則耐磨性也較好。九、抗風(fēng)化性 由化學(xué)水、冰等因素造成巖石開裂或剝落的過程，稱為風(fēng)化。對(duì)石材表面進(jìn)行磨光、噴涂等處理，可有效地防止風(fēng)化的產(chǎn)生。十、放射性 少數(shù)天然石材中含有某些放射性元素，若超過標(biāo)準(zhǔn)（見天然石材產(chǎn)品放射防護(hù)分類控制標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)人體的健康不利。第三節(jié) 建筑中常用巖石的特性與應(yīng)用一、花崗巖 它屬于深成巖，是火成巖中分布最廣的巖石，其主要的礦物組成為長石，石英和少量的云母。它耐磨性好，抗風(fēng)化性好及耐久性高，耐酸性好。 花崗巖主要用于基礎(chǔ)，擋土墻，勒腳，踏步地面，外墻飾面雕塑。二、大理巖 它屬于副變質(zhì)巖，由石灰?guī)r或白云巖變質(zhì)而成，主要礦物組成為方解石和白云石。 大理巖主要用于室內(nèi)

28、的裝修，如墻面，柱面及磨塤較小的地面，踏步。三、石灰?guī)r 它屬于沉積巖，主要礦物成分為方解石，呈層狀構(gòu)造。 石灰?guī)r常用于砌筑建筑工程的基礎(chǔ)、橋墩、臺(tái)階等，或作為骨料大量用于混凝土中。四、砂巖 它屬沉積巖，其主要造巖礦物有石英及少量的長石、方解石和白云石等，呈層狀結(jié)構(gòu)。 砂巖常用于基礎(chǔ)、墻身、人行道、踏步等。第四節(jié) 石材的加工類型與選用原則一、石材的加工類型 1、塊狀石材 塊狀石材多為砌筑石材。分為毛石和料石兩類（1）毛石（又稱片石或塊石） 毛石是由爆破直接獲得的石塊。毛石常用于砌筑毛石基礎(chǔ)、勒腳、墻身、堤壩和配制毛石混凝土等。（2）料石 料石是經(jīng)人工或機(jī)械開采出的較規(guī)則的六面體石塊，略加鑿制而成

29、，至少應(yīng)有一個(gè)面的邊角整齊，以便互相合縫。2、板材 板材是用致密巖石經(jīng)鑿平、鋸斷、磨光等各種加工方法制作而成的厚度一般為20mm的板狀石材，如花崗石板材、大理石板材等。3、散粒石料 建筑工程中的散粒石料，主要指碎石、卵石和色石渣三種。碎石和卵石常用作混凝土骨料；卵石還可作為園林、庭院等地面的鋪砌材料；色石渣是由天然大理石或花崗巖等殘碎料加工而成，有各種色彩，可供做為人造大理石、水磨石、水刷石、斬假石、干粘石及其它飾面粉刷骨料之用。二、石材的選用原則 建筑工程中應(yīng)根據(jù)建筑物的類型、環(huán)境條件等慎重選用石材，使其既符合工程使用條件，又經(jīng)濟(jì)合理。一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：力學(xué)指標(biāo)耐久性質(zhì)感與色彩經(jīng)濟(jì)性環(huán)保性

30、第五節(jié) 人造石材 用人工方法加工制造的具有天然石材的花紋和紋理的合成石，稱為人造石材。以人造花崗石、大理石和水磨石用的最多。人造石材具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐污染、耐腐蝕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代建筑理想的裝飾材料。 根據(jù)人造石材使用的膠結(jié)材料的不同可分為以下四種：樹脂型人造石材水泥型人造石材復(fù)合型人造石材燒結(jié)型人造石材第4章 氣硬性膠凝材料本章內(nèi)容 第一節(jié) 石灰 第二節(jié) 石膏 第三節(jié) 水玻璃 膠凝材料：在土木工程材料中，凡是經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)成整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。 膠凝材料有機(jī)膠凝材料如瀝青、樹脂等無機(jī)膠凝材料氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料如石膏、石灰、菱苦土

31、、水玻璃 各種水泥氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，且只能在空氣中保材或發(fā)展其強(qiáng)度。水硬性不僅在空氣中，而且能更好的在水中硬化，并保持、發(fā)展其強(qiáng)度。 石灰水泥 第一節(jié) 石灰石灰的早期發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用考古學(xué)家認(rèn)為，石灰石燒成石灰是偶然發(fā)現(xiàn)。其中有些石塊受熱失去強(qiáng)度，遇水后裂為白色粉末（應(yīng)用生石灰卻需要一定知識(shí)才行）。石灰石埃及的齊阿普斯金字塔；希臘人雕刻石像等。石灰穩(wěn)定地基羅馬人修筑道路，中國建造的西藏佛教塔和萬里長城都已加以應(yīng)用。一、石灰的生產(chǎn)工藝石灰是由富含碳酸鈣的巖石(如石灰石、白云石、白堊等)為主，亦可應(yīng)用含有氧化鈣和部分氧化鎂的巖石，經(jīng)過煅燒，逸出二氧化碳?xì)怏w后得到的塊狀材料?；じ碑a(chǎn)品主要有

32、電石渣(消化電石而得)等:塊狀生石灰熟石灰煅燒石灰石(內(nèi)含CaCO3)溫度在900左右時(shí)溫度過高時(shí)溫度過低時(shí)正火石灰欠火石灰過火石灰二、石灰的消化和硬化石灰的消化 燒制成的生石灰，在使用時(shí)必須加水使其“消化”成為“消石灰”，這一過程亦稱“熟化”，故消石灰亦稱“熟石灰” 。目的：使生石灰具有粘性和塑性。特點(diǎn)：放熱和膨脹（12.5倍） 理論加水實(shí)際加水量(24.3%70%)熟化方法 根據(jù)熟化時(shí)加水量的不同，石灰的方式分為兩種。1、熟化為熟石灰粉： 將生石灰塊分層淋適量的水，使石灰充分熟化，又不會(huì)過濕成團(tuán)，此時(shí)得到的產(chǎn)品就是熟石灰粉。2、熟化為石灰膏： 將生石灰放入化灰池中，加大量的水，熟化成石灰膏

33、。 為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲(chǔ)灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”。石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。嚴(yán)格控制加水量和加水速度 不同品質(zhì)的石灰熟化速度不同：活潑性大的石灰：加水要快，水量充足，并加速攪拌散熱，否則已消化的石灰顆粒包圍于未消化顆粒周圍，使內(nèi)部石灰不易消化，稱為“過燒”現(xiàn)象；活潑性小的石灰：加水要慢，水量少，如加水過快，則發(fā)熱量少，水溫過低，增加了未消化顆粒，稱為“過冷”現(xiàn)象。石灰的硬化 石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程來完成的：石灰漿的干燥硬化（結(jié)晶作用） 滯流在孔隙自由水蒸發(fā)或被周圍砌體吸收，使石灰粒子密實(shí)，

34、蒸發(fā)后使Ca(OH)2溶液飽和，析出結(jié)晶，數(shù)量少，強(qiáng)度不高（緩慢）石灰漿的碳化（碳化作用） 氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣晶體。只有在有水的條件下才能進(jìn)行。結(jié)晶和碳化兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，但極為緩慢。碳化過程長時(shí)間只限于表面，結(jié)晶過程主要在內(nèi)部發(fā)生。 由于空氣中CO2含量稀薄，使碳化反應(yīng)進(jìn)展緩慢，同時(shí)表面的石灰漿一旦硬化就形成外殼，阻止了CO2的滲入，同時(shí)又使內(nèi)部的水分無法析出，影響硬化過程的進(jìn)行。原因三、石灰的技術(shù)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求有效氧化鈣和氧化鎂含量 石灰中產(chǎn)生粘結(jié)性的有效成分是活性氧化鈣和氧化鎂。它們的含量是評(píng)價(jià)石灰質(zhì)量主要指標(biāo)，其含量愈多，活性愈高，質(zhì)量也愈好。按公路工程無

35、機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ 05794)規(guī)定，有效氧化鈣含量用中和滴定法測(cè)定，氧化鎂含量用絡(luò)合滴定法測(cè)定。生石灰產(chǎn)漿量和未消化殘?jiān)?產(chǎn)漿量是單位質(zhì)量(1Kg)的生石灰經(jīng)消化后，所產(chǎn)石灰漿體的體積(L)。石灰產(chǎn)漿量愈高，則表示其質(zhì)量越好。 未消化殘?jiān)渴巧蚁?，未能消化而存留?mm圓孔篩上的殘?jiān)荚嚇拥陌俜致省Ｆ浜坑?，石灰質(zhì)量愈差，須加以限制。 二氧化碳(CO2)含量 CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸鹽含量越高，則（CaO+MgO）含量相對(duì)降低，導(dǎo)致石灰的膠結(jié)性能的下降。 生石灰試樣1g放于坩堝內(nèi)，在高溫電爐中于58020灼燒結(jié)晶水，再將試樣9501000高溫 1h

36、，冷卻至室溫。以試驗(yàn)前后試樣質(zhì)量的差與原試樣質(zhì)量的百分比計(jì)算CO2含量。 消石灰游離水含量 游離水含量，指化學(xué)結(jié)合水以外的含水量。生石灰消化時(shí)加入的水比理論需水量多很多，多加的水殘留于青氫氧化鈣中，殘余水分蒸發(fā)后，留下孔隙會(huì)加劇消石灰粉碳化作用，因而影響其使用質(zhì)量。 取試樣100g，在100105烘箱中烘干至恒重，冷卻至室溫。以試驗(yàn)前后試樣質(zhì)量的差與原試樣質(zhì)量的百分比計(jì)算游離水含量。細(xì)度 細(xì)度與石灰的質(zhì)量有密切聯(lián)系，過量的篩余物影響石灰的粘結(jié)性?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建筑生石灰粉(JCT48092)和建筑消石灰粉(JCT 48192)以0.9mm和0.125mm篩余百分率控制。 試驗(yàn)方法是，稱取試樣50g，

37、倒入0.9mm、0.125mm套篩內(nèi)進(jìn)行篩分，分別稱量篩余物，按原試樣計(jì)算其篩余百分率。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 建筑石灰按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建筑生石灰(JCT 479一92)、建筑生石灰粉(JCT 48092)和建筑消石灰粉(JCT48192)規(guī)定，按其氧化鎂含量劃分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰兩類。見下表。鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰中氧化鎂含量(%)界限石灰種類生石灰生石灰粉消石灰粉鈣質(zhì)石灰5 5 5 5 4 生石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)氧化鎂含量按上表分為鈣質(zhì)生石灰和鎂質(zhì)生石灰兩類，然后再按有效氧化鈣和氧化鎂含量、產(chǎn)漿量、未消解殘?jiān)虲O2含量等4個(gè)項(xiàng)目的指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品3個(gè)等級(jí)，如下表。 項(xiàng) 目 鈣質(zhì)生石灰 鎂質(zhì)生石灰

38、優(yōu)等品 一等品 合格品 優(yōu)等品 一等品 合格品 1.(CaO+Mg0)含量() 不小于 9085808580752.未消化殘?jiān)?5mm圓孔篩篩余量)() 不大于 51015510153.C02() 不大于 57968104.產(chǎn)漿量(Lkg) 不小于2.82.32.02.82.32.0生石灰粉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)氧化鎂含量分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰兩類后，再按(CaO+MgO)含量、CO2含量和細(xì)度等項(xiàng)目的指標(biāo)，分為優(yōu)等品、一等品和合格品3個(gè)等級(jí)，如下表。 項(xiàng) 目 鈣質(zhì)生石灰 鎂質(zhì)生石灰 優(yōu)等品 一等品 合格品 優(yōu)等品 一等品 合格品 1.(CaO+Mg0)含量() 不小于 8580758075702

39、.C02() 不大于791181012細(xì)度0.9mm篩篩余() 不大于 0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余() 不大于 7.012.018.07.012.018.0消石灰粉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 消石灰粉按氧化鎂含量4時(shí)稱為鈣質(zhì)消石灰粉，4氧化鎂含量24時(shí)稱為鎂質(zhì)消石灰粉，24氧化鎂含量30時(shí)稱為白云石消石灰粉。按等級(jí)分為優(yōu)等品、一等品和合格品等3個(gè)等級(jí)，如下表。項(xiàng) 目鈣質(zhì)生石灰 鎂質(zhì)生石灰 白云石消石灰 優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品1(CaO+Mgo)含量() 不小于 7065606560556560552游離水() 0.42.00.42.00.42.0 3

40、體積安定性 合格合格-合格合格-合格合格-4.細(xì)度0.9mm篩篩余() 不大于 000.5000.5000.50.125mm篩余() 不大于 310153101531015四、石灰的技術(shù)性質(zhì)可塑性好 生石灰熟化為石灰漿時(shí)，能自動(dòng)形成顆粒極細(xì)的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿其突出的優(yōu)點(diǎn)是具有良好可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。硬化慢、強(qiáng)度低 從石灰漿體的硬化過程可以看出，由于空氣中二氧化碳稀薄，碳化甚為緩慢。而且表面碳化后，形成緊密外殼，不利于碳化作用的深入，也不利于內(nèi)部水分的蒸發(fā)，因此，石灰是硬化緩慢的材料，硬化后的強(qiáng)度也不高。如1

41、：3石灰砂漿28天抗壓強(qiáng)度僅為0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜用于重要建筑物的基礎(chǔ)。 硬化時(shí)體積收縮大 石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨(dú)使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。 耐水性差 氫氧化鈣易溶于水，如果長期受潮或被水浸泡，會(huì)使已硬化的石灰潰散。若石灰漿體在完全硬化之前就處于潮濕的環(huán)境中，石灰中的水分不能蒸發(fā)出去，其硬化就會(huì)被阻止，所以石灰不易在潮濕的環(huán)境中應(yīng)用。 五、石灰的應(yīng)用和貯存石灰的應(yīng)用砌筑工程和抹面裝飾工程 將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳，是一種廉價(jià)的涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白

42、，增加室內(nèi)美觀和亮度。 石灰砂漿是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌筑砂漿和抹面砂漿?；疑按u和硅酸鹽制品 石灰與天然砂或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合均勻，加水?dāng)嚢?，?jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。為使其獲早期強(qiáng)度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)或蒸壓，使石灰與硅鋁質(zhì)材料反應(yīng)速度顯著加快，使制品產(chǎn)生較高的早期強(qiáng)度。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。蒸壓灰砂磚蒸壓加氣砼砌塊加固軟土地基 在軟土地基中打入生石灰樁，可以利用生石灰吸水產(chǎn)生膨脹對(duì)樁周土壤起擠密作用，利用生石灰和粘土礦物間產(chǎn)生的膠凝反應(yīng)使周圍的土固結(jié)，從而達(dá)到地基承載力的目的。用于道路工程的墊層 石灰和粘土按一定比例拌和制成石灰土，或與粘土、砂石

43、、礦渣制成三合土，用于道路工程的墊層。三合土用作鋪筑步道磚的墊層用于道路路面基層 在道路工程中，隨著半剛性基層在高等級(jí)路面中的應(yīng)用，石灰穩(wěn)定土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土及其穩(wěn)定碎石廣泛用于路面基層。石灰穩(wěn)定用于土路面基層石灰的貯存磨細(xì)的生石灰粉應(yīng)貯存于干燥倉庫內(nèi)，采取嚴(yán)格防水措施。塊狀生石灰放置太久，會(huì)吸收空氣中的水分而自動(dòng)熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜貯存過久。最好運(yùn)到后即熟化成石灰漿，將貯存期變?yōu)殛惙?。由于生石灰受潮熟化時(shí)放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲(chǔ)存和運(yùn)輸生石灰時(shí)，還要注意安全。 第二節(jié) 石膏1.建筑石膏2.

44、高強(qiáng)石膏一、石膏的生產(chǎn)型半水石膏型半水石膏1.石膏的水化二、建筑石膏的凝結(jié)與硬化 半水石膏和水反應(yīng)生成二水石膏的過程。 由于半水石膏的溶解度比二水石膏的大（約四倍），所以二水石膏處于過飽和狀態(tài)，不斷從溶液中析晶，水解反應(yīng)不斷右移，直至半水石膏全部轉(zhuǎn)變成二水石膏。 2.石膏的凝結(jié)硬化 凝結(jié)：可塑性漿體失去可塑性，開始產(chǎn)生強(qiáng)度的過程。 硬化：失去可塑性漿體強(qiáng)度增加的過程。 三、建筑石膏的技術(shù)要求和特性1、技術(shù)要求：建筑石膏按細(xì)度、強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間分為三級(jí)。2、特點(diǎn) ：凝結(jié)硬化快早期強(qiáng)度發(fā)展快，但后期強(qiáng)度并不高 微膨脹性：石膏硬化過程中產(chǎn)生1%左右的膨脹 孔隙率高，吸聲性、吸濕性較強(qiáng)防火性強(qiáng)但耐火性差

45、耐水性與抗凍性較差，石膏及制品只能在干燥環(huán)境中使用四、建筑石膏的應(yīng)用紙面石膏板裝飾石膏板吸聲用穿孔石膏板石膏藝術(shù)制品 室內(nèi)抹灰和粉刷 第三節(jié) 水玻璃什么是水玻璃？ 堿金屬硅酸鹽的水溶液： R2O nSiO2 + H2O 其中R=Na、K什么是水玻璃的模數(shù)？ n: 氧化硅SiO2與堿金屬氧化物R2O的摩爾比模數(shù)對(duì)水玻璃性能的影響 模數(shù)越大，粘度與粘結(jié)力越大，耐水性越好水玻璃的制備方法： 濕法： R2OnSiO2 + H2O 水玻璃 干法： R2OnSiO2 R2O nSiO2 R2O nSiO2 + H2O 水玻璃水玻璃硬化過程 水玻璃與空氣中的CO2反應(yīng)，生成無定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發(fā)干燥

46、，硅酸凝膠轉(zhuǎn)變成SiO2而硬化。水玻璃的促硬劑：氟硅酸鈉 其原理是氟硅酸鈉加速水玻璃中硅酸凝膠的析出和SiO2的形成。水玻璃的特性 良好的膠結(jié)能力 耐熱性好、不燃燒 較好的耐酸性能 耐水性和耐堿性差水玻璃在建筑上應(yīng)用 配制耐酸混凝土與砂漿 配制耐熱混凝土與砂漿 配制快凝防水劑 加固地基基礎(chǔ)第5章 水 泥本章內(nèi)容1 通用硅酸鹽水泥2 其它品種的水泥水泥是最主要的建筑材料之一，能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起，配制成各種混凝土和砂漿，廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利、電力、國防等工程。 按用途和性能分類水泥通用水泥專用水泥特種水泥用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等具有專門用途水

47、泥 ，如中、低熱水泥，道路水泥等具有某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥等按其化學(xué)成分類雖然水泥品種繁多，分類方法各異，但我國水泥產(chǎn)量的90%左右屬以硅酸鹽為主要水硬性礦物的硅酸鹽水泥。水泥硅酸鹽系列水泥鋁酸鹽系列水泥硫鋁酸鹽系列水泥氟鋁酸鹽系列水泥鐵鋁酸鹽系列水泥 5.1 通用硅酸鹽水泥 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)通用硅酸鹽水泥（GB1752007）定義：通用硅酸鹽水泥是指以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。 按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。 5.1.1 通用硅酸鹽水

48、泥的生產(chǎn)工藝 1、生產(chǎn)原料 主要是石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料兩類。 （1）石灰質(zhì)原料：如石灰石、白堊等，主要提供CaO （2）粘土質(zhì)原料：如粘土、粘土質(zhì)頁巖等，主要提供SiO2、 Al2O3、Fe2O3 有時(shí)兩種原料化學(xué)組成不能滿足要求，還要加入少量校正原料(如鐵礦粉等)調(diào)整。 2、生產(chǎn)工藝概述 通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝可概括為三個(gè)階段： （1）生料制備：以石灰石、粘土和鐵礦粉為主要原料（有時(shí)需加入校正原料），將其按一定比例配合、磨細(xì)，制得具有適當(dāng)化學(xué)成分、質(zhì)量均勻的生料。 （2）熟料煅燒：將生料在水泥窯內(nèi)經(jīng)1450高溫煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。 （3）水泥粉磨：將熟

49、料加適量石膏和不同種類、數(shù)量的混合材料共同磨細(xì)得到硅酸鹽水泥。 通用硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝可概括為“兩磨一燒”。 石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料校正原料熟料生料水泥石膏磨細(xì)按比例配合1450煅燒磨細(xì)水泥生產(chǎn)流程圖 混合 材料5.1.2 通用硅酸鹽水泥的材料與組分 1通用硅酸鹽水泥的材料 （1）硅酸鹽水泥熟料 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 礦物名稱化學(xué)成分 縮寫符號(hào) 含量硅酸三鈣3CaOSiO2 C3S3660硅酸二鈣2CaOSiO2 C2S 1537鋁酸三鈣3CaOAl2O3 C3A 715鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018硅酸鹽水泥熟料礦物的特性 礦物名稱礦物特性硅酸三鈣(C3S)硅酸

50、二鈣(C2S)鋁酸三鈣(C3A)鐵鋁酸四鈣(C4AF)水化速度中慢快中水化熱中低高中強(qiáng)度高早期低，后期高低低耐化學(xué)侵蝕中良差優(yōu)干縮性中小大小礦物組成對(duì)水泥性能的影響 水泥是由多種礦物成分組成的，不同的礦物組成具有不同的特性，改變熟料中礦物組成的含量比例，可以生產(chǎn)出不同性能的水泥。 如：提高硅酸三鈣的含量，可以制得高強(qiáng)度水泥 降低硅酸三鈣、鋁酸三鈣的含量，提高硅酸二鈣的含量，可以制得水化熱低的低熱水泥（2）石膏 一般水泥熟料磨成細(xì)粉與水相遇會(huì)很快凝結(jié)，無法施工。水泥磨制過程中加入適量的石膏主要起到緩凝作用，同時(shí)，還有利于提高水泥早期強(qiáng)度、降低干縮變形等性能。 用于水泥中的石膏主要采用天然石膏和工

51、業(yè)副產(chǎn)石膏。 （3）混合材料 為了達(dá)到改善水泥性能、增加品種、提高產(chǎn)量、降低成本、擴(kuò)大水泥的使用范圍等目的，在水泥生產(chǎn)過程中加入的礦物質(zhì)材料，稱為混合材料。 按照礦物材料的性質(zhì)，用于水泥中的混合材料可劃分為活性混合材料和非活性混合材料。 活性混合材料是指具有火山灰性或潛在水硬性的混合材料，與石灰、石膏一起加水拌合后能形成水硬性的化合物。如粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)混合材料以及粉煤灰等。?；郀t礦渣 是冶煉生鐵時(shí)的熔融渣，經(jīng)急冷處理而成多孔、粒狀的顆粒。主要成分CaO、Al2O3、SiO2，含量一般在90%以上，具有潛在水硬性。 火山灰質(zhì)混合材料是指天然的或人工的以SiO2、Al2O3為主要成分的礦

52、物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉和水后，本身并不硬化，但與石灰混合后加水能起膠凝作用。火山灰質(zhì)混合材料按其成因，分為天然的和人工的兩類。 粉煤灰是火力發(fā)電廠用煤粉為燃料時(shí)，從煤粉爐煙道氣體中收集的粉末。含有較多的SiO2、Al2O3和少量的CaO，具有較高的活性。 非活性混合材料在水泥中主要起填充作用，本身不具有（或具有微弱的）潛在水硬性或火山灰性，但可以起到調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度，增加水泥產(chǎn)量，降低水化熱等作用。常用的非活性混合材料有磨細(xì)的石灰石、石英巖、粘土、慢冷礦渣及高硅質(zhì)爐灰等。 （4）窯灰 從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集下來的粉塵。 2通用硅酸鹽水泥的組分 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB1752007，通用硅酸鹽水泥的組分應(yīng)

53、符合下表規(guī)定。通用硅酸鹽水泥的組分 品種代號(hào)組 分熟料+石膏?；郀t礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰石灰石硅酸鹽水泥PI100P955955普通硅酸鹽水泥PO80且5且20礦渣硅酸鹽水泥PSA50且20且50PSB30且50且70火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥PP60且20且40粉煤灰硅酸鹽水泥PF60且20且40復(fù)合硅酸鹽水泥PC50且20且505.1.3 通用硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化 1水泥的水化反應(yīng) 水泥加水拌和后，水泥顆粒立即分散于水中并與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化物。 硅酸三鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 硅酸二鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 鋁酸三鈣 水化鋁酸鈣 鐵鋁酸四鈣 水化鋁酸鈣 水化鐵酸鈣 為了控制鋁酸三

54、鈣的水化和凝結(jié)硬化速度，必須在水泥中摻入適量石膏，而石膏將與部分水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成難溶的水化硫鋁酸鈣，又稱鈣礬石。 水化硫鋁酸鈣（鈣礬石） 如果忽略一些次要和少量的成分，一般認(rèn)為硅酸鹽水泥水化后生成的主要水化產(chǎn)物為：水化硅酸鈣(70%)、氫氧化鈣(20%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等。 礦渣硅酸鹽水泥與水拌和后，首先是水泥熟料礦物的水化，然后礦渣才參加反應(yīng)，水化產(chǎn)物氫氧化鈣與所摻入的石膏分別作為礦渣的堿性激發(fā)劑和硫酸鹽激發(fā)劑，與礦渣中的活性SiO2和活性Al2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不定型水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣等水化產(chǎn)物，這種反應(yīng)也稱為“火山灰反應(yīng)”。 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰

55、硅酸鹽水泥的水化過程與礦渣硅酸鹽水泥基本相似。 2水泥的凝結(jié)和硬化 水泥水化后，生成各種水化產(chǎn)物，隨著時(shí)間推延，水泥漿的塑性逐漸失去，而成為具有一定強(qiáng)度的固體，這一過程稱為水泥的凝結(jié)硬化。 凝結(jié)和硬化是一個(gè)連續(xù)而復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，可以分為四個(gè)階段來描述。水泥凝結(jié)硬化過程示意圖 （a）分散在水中未水化的水泥顆粒；（b）在水泥顆粒表面形成水化物膜層；（c）膜層長大并相互連接（凝結(jié)）；（d）水化物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔（硬化） 1水泥顆粒；2水分；3凝膠；4晶體；5水泥顆粒的未水化內(nèi)核；6毛細(xì)孔 初始反應(yīng)期：水泥加水拌和后，水泥顆粒表面很快就與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成相應(yīng)的水化產(chǎn)物，組成水泥水水化

56、產(chǎn)物混合體系。誘導(dǎo)期：水化初期生成的產(chǎn)物迅速擴(kuò)散到水中，水化產(chǎn)物在溶液中很快達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，在水泥顆粒表面形成水化物膜層，使得水化反應(yīng)進(jìn)行較慢。在這期間，水泥顆粒仍然分散，水泥漿體具有良好的可塑性。 凝結(jié)期：隨著水化繼續(xù)進(jìn)行，自由水分逐漸減少，水化產(chǎn)物不斷增加，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使水泥漿體逐漸變稠，慢慢失去可塑性。硬化期：水化反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，水化產(chǎn)物不斷生成，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實(shí)，使結(jié)構(gòu)更加致密，水泥漿體逐漸硬化，形成具有一定強(qiáng)度的水泥石，且強(qiáng)度隨時(shí)間不斷增長。水泥的硬化期可以延續(xù)

57、至很長時(shí)間，但28天基本表現(xiàn)出大部分強(qiáng)度。 5.1.4 通用硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1通用硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì) （1）化學(xué)性質(zhì) 氧化鎂含量 三氧化硫含量 燒失量 不溶物（2）物理性質(zhì) 1）細(xì)度 細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。一般情況下，水泥顆粒越細(xì)，其總表面積越大，與水反應(yīng)時(shí)接觸面積也越大，水化反應(yīng)速度就越快，所以相同礦物組成的水泥，細(xì)度越大，凝結(jié)硬化速度越快，早期強(qiáng)度越高。一般認(rèn)為，水泥顆粒粒徑小于45m時(shí)才具有較大的活性。但水泥顆粒太細(xì)，使混凝土發(fā)生裂縫的可能性增加，此外，水泥顆粒細(xì)度提高會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。 水泥細(xì)度可以采用篩析法（GB/T13452005）和比表面積法（GB/T80

58、742008）測(cè)定。 篩析法。以80m方孔篩或45m方孔篩上的篩余量百分率表示。篩析法有負(fù)壓篩析法、水篩法和手工篩析法三種，當(dāng)測(cè)定結(jié)果發(fā)生爭議時(shí)，以負(fù)壓篩法為準(zhǔn)。 比表面積法。以每千克水泥所具有的總表面積（m2）表示。比表面積采用勃氏法測(cè)定。 （2）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 在測(cè)定水泥的凝結(jié)時(shí)間和安定性時(shí)，為使其測(cè)定結(jié)果具有可比性，必須采用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿進(jìn)行測(cè)定。 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1346-2011）規(guī)定，水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)定方法的標(biāo)準(zhǔn)法為試桿法，以標(biāo)準(zhǔn)法維卡儀的試桿沉入凈漿距底板的距離為6mm1mm時(shí)的水泥漿的稠度作為標(biāo)準(zhǔn)稠度，水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)所需拌和水量稱為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量；以試錐法

59、（調(diào)整水量法和不變水量法）為代用法。有矛盾時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)法為準(zhǔn)。 （3）凝結(jié)時(shí)間 水泥從加水時(shí)至水泥漿失去可塑性所需的時(shí)間。凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間：從水泥全部加入水中至水泥漿開始失去可塑性所經(jīng)歷的時(shí)間；終凝時(shí)間：從水泥全部加入水中至水泥漿完全失去可塑性所經(jīng)歷的時(shí)間。 現(xiàn)行國標(biāo)（GB/T1346-2011）規(guī)定：將標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿裝入凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀的試模中，以標(biāo)準(zhǔn)試針（分初凝用試針和終凝用試針）測(cè)試。 當(dāng)初凝試針沉至距底板4mm1mm時(shí)，為水泥達(dá)到初凝狀態(tài)，由水泥加水時(shí)至達(dá)到初凝狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間作為初凝時(shí)間；完成初凝時(shí)間測(cè)定后，將試模連同漿體翻轉(zhuǎn)180，換上終凝試針（終凝針上裝有一個(gè)

60、環(huán)形附件），當(dāng)試針沉入試體0.5mm時(shí)，即環(huán)形附件開始不能在試體上留下痕跡時(shí)，為水泥達(dá)到終凝狀態(tài)，由水泥加水時(shí)至達(dá)到終凝狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間作為水泥的終凝時(shí)間。 工程意義 水泥初凝時(shí)間不宜過短，終凝時(shí)間不宜過長。水泥的初凝時(shí)間太短，則在施工前即已失去流動(dòng)性和可塑性而無法施工；水泥的終凝時(shí)間過長，則將延長施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)期。 （4）體積安定性 水泥體積安定性是指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻程度。如果這種體積變化是輕微的均勻的，則對(duì)建筑物的質(zhì)量沒什么影響，但是如果混凝土硬化后，由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生了劇烈的、不均勻的體積變化，則會(huì)在建筑物內(nèi)部產(chǎn)生破壞應(yīng)力，導(dǎo)致建筑物的強(qiáng)