建筑設計土木工程材料教案

土木工程材料

主講人：潘曉燕緒論

一.土木工程材料的定義及分類1.定義土木工程材料是土木工程中所使用的各種材料及其制品的總稱。

2.分類（1）根據(jù)材料來源分：天然材料和人造材料

（2）根據(jù)使用部位分：承重、屋面、墻體和地面材料等（3）根據(jù)其功能分：結構材料和功能材料

（4）根據(jù)組成物質的種類及化學成分分：分類實例無機材料金屬材料黑色金屬鐵、鋼等有色金屬鋁、銅、鋅及其合金等非金屬材料天然石材砂、石及石材制品等燒土制品黏土磚、瓦、陶瓷制品等膠凝材料及制品石灰、石膏及制品、水泥及水泥混凝土制品、硅酸鹽制玻璃普通平板玻璃、安全玻璃、絕熱玻璃等無機纖維材料玻璃纖維、礦物棉、巖棉等有機材料植物材料木材、竹材、植物纖維及制品等瀝青材料煤瀝青、石油瀝青及其制品等合成高分子材料塑料、涂料、樹脂、膠黏劑、合成橡膠等復合材料有機材料與無機非金屬材料復合瀝青混凝土、聚合物混凝土、玻璃纖維增強塑料等金屬與無機非金屬材料復合鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土、cY板等金屬與有機材料復合鋁塑管、有機涂層鋁合金板、塑鋼等二．土木工程材料在建設工程中的地位和作用(1)土木工程的物質基礎(2)土木工程質量的保證(3)影響土木工程的造價(4)促進土木工程技術的進步和發(fā)展材料決定建筑結構形式和施工方式。新的建筑材料的出現(xiàn)，往往會促進結構設計及施工技術的革新和發(fā)展，使一些無法實現(xiàn)的構想變成現(xiàn)實。材料費用占工程總造價的50～70%。要降低工程造價必須優(yōu)化選擇和正確使用材料，充分利用材料的各種性能，提高材料的利用率。三．土木工程材料的發(fā)展概況

發(fā)展經(jīng)歷：從無到有，從天然材料到人工材料，從手工業(yè)生產(chǎn)到工業(yè)化生產(chǎn)。未來建筑材料的發(fā)展趨勢：大力發(fā)展功能型材料，提供更多更好的綠色化和智能化建筑材料是目前發(fā)展的趨勢。首先，建立節(jié)約型的生產(chǎn)體系，做到節(jié)能、節(jié)土、節(jié)水和節(jié)約礦產(chǎn)資源等。其次，建立有效的環(huán)境保護與監(jiān)控管理體系，大力發(fā)展無污染、環(huán)境友好型的綠色建筑材料產(chǎn)品，充分利用再生資源及工農(nóng)業(yè)廢料；再次，積極采用高科技成果推進建筑材料工業(yè)的現(xiàn)代化。四．土木工程材料的檢驗與技術標準土木工程材料的技術標準包括產(chǎn)品規(guī)格、分類、技術要求、檢驗方法、驗收規(guī)則、標志、運輸和儲存注意事項等方面內容。1.標準化的意義

為了保證材料的質量，保證現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學管理，或者是作為設計應用和研究時的依據(jù)。(3)地方標準DB

(4)企業(yè)標準QB(2)行業(yè)(或部)標準

行業(yè)名稱建材建工水利冶金電力標準代號JCJGSLYBDL2.土木工程材料標準的類別

我國現(xiàn)行的土木工程材料標準的類別

(1)國家標準強制性標準(代號GB)和推薦性標準(代號GB／T)

3.標準的表示方法標準的一般表示方法是由標準名稱、標準代號、標準編號和頒布年份等組成。其他現(xiàn)行標準法國標準NF國際標準ISO德國DIN標準美國材料試驗協(xié)會標準ASTM日本工業(yè)標準JIS英國標準BS《通用硅酸鹽水泥》GB175-2007

五．本課程的內容、學習目的和基本要求1.學習目的2.主要內容除介紹了建筑材料的一些基本性質外，主要講述了建筑工程中常用的氣硬性膠凝材料、水泥、混凝土、建筑砂漿、墻體材料和屋面材料、土木工程用鋼材和鋁合金、木材、高分子建筑材料、瀝青材料。獲得有關土木工程材料科學的基礎理論和基本技能，為后續(xù)課程提供建筑材料的基礎知識；為將要從事土木工程建設工作的技術人員合理選擇和正確使用材料奠定基礎。3.基本要求（1）掌握常用建筑材料的組成、基本性能及技術要求，理解材料組成及結構對材料性質的影響，能夠根據(jù)工程實際條件合理地選擇和使用各種建筑材料；（2）注意外界條件對材料性能的影響；（3）在學習中要避免死記硬背，要注意理解，運用對比方法來學習；既要學習材料的共性，更要掌握材料的特性。

（4）了解各種材料的原料、生產(chǎn)等方面的知識；（5）掌握常用建筑材料貯藏和運輸時的注意事項。

第一章土木工程材料的基本性質土木工程材料的基本性質是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質。材料所處的環(huán)境和部位不同，所起的作用也各不相同，為此要求材料必須具備不同的性質。土木工程材料的基本性質一般包括物理性質、力學性質、化學性質和耐久性等。

第一節(jié)材料的物理性質一.與質量狀態(tài)有關的物理性質1．密度(ρ)密度(真密度)是材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量。式中ρ密度(g/cm3)或(kg/m3)；m材料在干燥狀態(tài)下的質量(g)或(kg)；V材料在絕對密實狀態(tài)下的體積(cm3)或(m3)。絕對密實狀態(tài)下的體積是指不含有任何孔隙的體積。測量時，材料必須在干燥狀態(tài)下。含孔材料磨成細粉，干燥至恒重后，用李氏瓶測定其體積，然后按上式計算得到密度值。鋼材、玻璃等少數(shù)材料可直接采用上式計算獲得。2．表觀密度(ρ′)

表觀密度(又稱視密度、近似密度)是指材料在自然狀態(tài)下，不含開口孔時單位體積的質量。式中ρ′表觀密度(g／cm3)或(kg／m3)；V′材料在自然狀態(tài)下不含開口孔隙時的體積(cm3)或(m3)；Vb材料內部閉口孔隙的體積(cm3)或(m3)。測定材料的表觀密度時，材料必須絕對干燥。3．容積密度(ρ0，(g／cm3)或(kg／m3))

式中V0材料在自然狀態(tài)下的宏觀外形體積

，Vk材料內部開口孔隙的體積，單位均為(cm3)或(m3)。容積密度(又稱體積密度，俗稱容重)是指材料在自然狀態(tài)下，單位宏觀外形體積的質量。測量容積密度時，材料的質量可以是在任意含水狀態(tài)下，但應注明其含水情況，未特別標明時，常指氣干狀態(tài)下的容積密度。在材料對比試驗時，則在絕干狀態(tài)下進行。對于形狀不規(guī)則的材料，可采用蠟封排水法測定其體積。粉狀材料在絕干狀態(tài)下的容積密度與密度值近似相等。4．堆積密度堆積密度是指散粒材料或粉狀材料，在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質量。式中

堆積密度

(g／cm3)或(kg／m3)；

堆積體積

(cm3)或(m3)；Vv材料內部開口孔隙的體積(cm3)或(m3)。材料的堆積體積指在自然、松散狀態(tài)下，按一定方法裝入一定容器的容積，包括顆粒體積和顆粒之間空隙的體積。若以搗實體積計算時，則稱緊密堆積密度。注意對比幾種密度的異同點二.與構造狀態(tài)有關的物理性質1．孔隙率與密實度孔隙率孔隙率是指材料內部孔隙體積占其總體積的百分率，即材料內部孔隙構造上的特征，如大小、形狀、分布、連通等統(tǒng)稱為孔隙特征。在一般工程應用上，材料的孔隙特征通常是指孔隙的連通性。開口孔隙(簡稱開孔)是指材料內部孔隙不僅彼此互相貫通，并且與外界相通。開口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸聲性，并降低材料的抗凍性。閉口孔隙(簡稱閉孔)是指材料內部孔隙彼此不連通，而且與外界隔絕。閉口孔隙能提高材料的保溫隔熱性能和耐久性。材料的孔隙率也可分為開口孔隙率Pk和閉口孔隙率Pb，即密實度D密實度即材料體積內被固體物質充實的程度。2．空隙率和填充率2.1空隙率P′空隙率是指散?；蚍蹱畈牧项w粒之間的空隙體積占其自然堆積體積的百分率。填充率即散粒材料堆積體積中，顆粒填充的程度。2.2填充率D′三.材料與水有關的性質1.親水性與憎水性材料與水接觸時，水可以在材料表面鋪展開，能被水潤濕的性質稱為親水性。（1）定義親水性材料：鋼材、混凝土、木材等憎水性材料：石蠟、聚氯乙烯管材、瀝青基防水材料材料與水接觸時，水不可以在材料表面鋪展開，不能被水潤濕的性質稱為憎水性。（2）潤濕角液滴在固體表面上不完全展開時，在氣液固三相匯合點，固液界面的水平線SL與氣液界面的切線GL之間的夾角，稱為潤濕角θ

。

當潤濕角θ≤90°時，這種材料稱為親水性材料；當潤濕角θ>90°時，這種材料稱為憎水性材料。(a)親水性材料(b)憎水性材料2．吸水性與吸濕性吸水性(1)質量吸水率Wm指材料吸水飽和時，所吸水量占材料絕干質量的百分率。(2)體積吸水率WV

指材料吸水飽和時，所吸水分的體積占絕干材料自然體積的百分率。ρw為水的密度。常溫下取ρw=l(g／cm3)質量吸水率與體積吸水率的關系為：材料的吸水率與孔隙率和孔隙構造有很大關系：材料具有微細而連通的孔隙，則吸水率就較大；材料具有封閉孔隙或具有較粗大開口的孔隙，則吸水率就較小；2.1吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。材料的吸濕性常以含水率W含（變值）表示：與空氣溫濕度相平衡時的含水率稱為平衡含水率。四.材料與熱有關的性質1.導熱性材料傳導熱量的性質稱為導熱性，常用導熱系數(shù)表示材料的導熱能力的大小。勻質材料的導熱系數(shù)的計算公式為：式中λ為材料的導熱系數(shù)(W／(m·K))；Q為傳熱量(J)；δ為材料厚度(m)；A為傳熱面積(m2)；t為傳熱時間(s)。通常將λ≤0.23W／(m·K)的材料稱為絕熱材料。常用絕熱材料有：礦棉、膨脹珍珠巖、泡沫塑料等2.熱阻材料層厚度δ與導熱系數(shù)λ的比值，稱為熱阻R=δ/λ，單位為m2·K／W，它表明熱量通過材料層時所受到的阻力。在多層平壁導熱條件下，平壁的總熱阻等于各單層材料的熱阻之和。影響導熱系數(shù)或熱阻的主要因素有：（1）材料的組成（2）孔隙率和孔隙結構（3）含水狀況（4）溫度（除金屬材料外）3.熱容量材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質，稱為熱容量，它等于比熱c與材料質量m的乘積。比熱是指單位質量材料在溫度升高或降低1K時所吸收的或放出的熱量，即式中c為材料的比熱(J／(g·K))；Q為材料吸收或放出的熱量(J)；m為材料的質量(g)；（T1-T2）為材料受熱或冷卻前后的溫差(K)。建筑設計時應選用導熱系數(shù)較小而熱容量較大的材料。五.材料與聲有關的性質1.吸聲性材料能吸收聲音的性質稱為吸聲性，用吸聲系數(shù)α表示。通常規(guī)定以125Hz，250Hz，500Hz，1000Hz，2000Hz，4000Hz等6個特定頻率，從不同方向入射，測得的平均吸聲系數(shù)α，表示材料的吸聲特性。吸聲系數(shù)α越大，表示材料吸聲效果越好，一般將α的材料稱為吸聲材料。具有細微而連通的孔隙且孔隙率較大的材料，其吸聲效果較好；若具有粗大的或封閉的孔隙，則吸聲效果較差。2.隔聲性材料隔絕聲音的性質，稱為隔聲性。對于隔空氣聲，主要取決于其單位面積的質量，質量越大，則隔聲效果越好，因此應選擇密實，沉重的材料作為隔聲材料，如粘土磚、鋼板、鋼筋混凝土等。對于隔固體聲，最有效的措施是采用不連續(xù)的結構處理，即在墻壁和承重梁之間、房屋的框架和墻板之間加彈性襯墊，如毛氈、軟木、橡皮等材料或在樓板上加彈性地毯、木地板等柔軟材料。第二節(jié)材料的基本力學性質一．強度和比強度

1.強度1.1強度的定義和分類材料的強度通常以材料在外力作用下失去承載能力時的極限應力值來表示，亦稱極限強度。根據(jù)外力的作用方式，材料強度有抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度。強度類別受力示意圖強度計算式附注抗拉強度f材料的抗拉、抗壓或抗剪強度(MPa)；Pmax材料破壞時的最大荷載(N)；A材料受力面積(mm2)；fb材料的抗彎強度(MPa)；L試件兩支點間距(mm)；b、h分別為試件截面的寬度和高度(mm)抗壓強度抗剪強度

抗彎強度1.2影響材料強度的因素（1）材料的組成材料名稱抗壓強度（MPa）抗拉強度（MPa）抗彎強度（MPa）花崗巖120～2505～810～14普通粘土磚7.5～301.8～4.0普通混凝土7.5～601.0～4.0松木(順紋)30～5080～12060～100建筑鋼材235～600235～600

組成不同的材料，強度差別很大，因為不同材料的內部質點的排列方式、質點間距及結合強度有很大不同。表l一2常用結構材料的強度（單位MPa）（2）材料的結構，包括孔隙率、孔隙結構、內部質點結合方式、晶粒尺寸等。（3）材料的含水狀態(tài)，含有水分的材料，其強度較干燥時的低。（4）外部因素，如溫度、測試條件和方法等。強度等級在工程使用上，結構材料常根據(jù)強度值的大小劃分為若干強度等級，具體劃分方法視材料而異。2.比強度—衡量材料輕質高強的重要指標比強度是按單位體積的質量計算的材料強度，其值等于材料強度與其容積密度之比，即用f/ρ0表示。二．彈性與塑性1.彈性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力除去后，變形能完全消失的性質稱為彈性。材料的這種可恢復的變形稱為彈性變形。某些材料的彈性變形大小與外力成正比，其比例系數(shù)在一定范圍內為常數(shù)，稱為材料的彈性模量E。式中σ為材料所承受的應力（MPa），ε為材料的應變。彈性模量值越大，材料抵抗變形的能力越強，其剛度也越好。2.塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力除去后，材料仍保留一部分殘余變形，且不產(chǎn)生裂縫的性質稱為塑性。這部分殘余變形稱為塑性變形。有的材料在受力一開始，彈性變形和塑性變形便同時發(fā)生，外力除去后，彈性變形完全消失，而塑性變形則殘留下來，這類材料稱為彈塑性材料，如混凝土材料有的材料在受力不大時，僅產(chǎn)生彈性變形，當外力超過一定數(shù)值后，便出現(xiàn)塑性變形，如建筑鋼材。三．脆性與韌性外力作用于材料并達到一定限度后，材料無明顯塑性變形而發(fā)生突然破壞的性質稱為脆性。脆性材料的特點：抗壓強度遠大于其抗拉強度；承受沖擊或震動荷載的能力很差。在沖擊或震動荷載作用下，材料能吸收較大能量，同時產(chǎn)生較大變形，而不發(fā)生突然破壞的性質稱為材料的沖擊韌性(簡稱韌性)。韌性材料的特點：變形大，特別是塑性變形大；抗拉強度接近或高于抗壓強度。2.韌性1.脆性脆性材料：天然石材、陶瓷、玻璃、粘土磚、普通混凝土第三節(jié)材料的耐久性材料在長期使用過程中，抵抗各種環(huán)境因素的作用而不破壞的性質，稱為耐久性。（1）機械作用。包括載荷的持續(xù)作用或交變作用引起材料的疲勞、沖擊、磨損等破壞。（2）物理作用。干濕、冷熱、凍融等變化導致材料體積發(fā)生收縮或膨脹，或產(chǎn)生內應力，造成材料內部裂縫擴展。（3）化學作用。包括大氣和環(huán)境水中的酸、堿、鹽等溶液或其他有害物質，以及日光、紫外線等對材料的作用。（4）生物作用。包括昆蟲或菌類等的侵害作用，導致材料發(fā)生蟲蛀、腐朽等而破壞。一．耐水性

材料長期在飽和水作用下不破壞，而且強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。式中K軟為材料的軟化系數(shù)，f飽、

f干分別為材料在吸水飽和狀態(tài)下和在干燥狀態(tài)下的抗壓強度(MPa)。軟化系數(shù)愈小，表示材料的耐水性愈差。工程上，通常將的材料稱為耐水性材料。材料的耐水性主要與其組成成分在水中的溶解度和材料的孔隙率有關。溶解度很小或不溶的材料，則軟化系數(shù)較大。二．抗?jié)B性

材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗?jié)B性(不透水性)。對一些防滲、防水材料，如油氈、瓦、瀝青混凝土等，常用滲透系數(shù)K表示其抗?jié)B性。式中Qw是總滲透水量(cm3)；d材料的厚度(cm)；A滲水面積(cm2)；t滲水時間(h)；H靜水壓力水頭(cm)。砂漿、混凝土等材料的抗?jié)B性能常用抗?jié)B等級P來表示?？?jié)B等級是指在規(guī)定試驗方法下材料透水前所能承受的最大水壓。例如：P6表示材料能承受0.6MPa的水壓而不滲水。滲透系數(shù)愈小或抗?jié)B標號愈大，表示材料的抗?jié)B性愈好。（1）絕對密實的材料和具有閉口孔隙的材料，或具有極細孔隙(孔徑小于1μm)的材料抗?jié)B性好。（2）開口大孔最易滲水，故其抗?jié)B性最差。材料抗?jié)B性的好壞，與其孔隙率、孔隙特征、材料的親水性或憎水性有關：（3）親水性材料易滲水。三．抗凍性材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性質稱為抗凍性?？箖龅燃売?，材料的抗凍性愈好。抗凍等級F是將材料吸水飽和后，按規(guī)定方法進行凍融循環(huán)試驗，所能經(jīng)受的最大凍融循環(huán)次數(shù)。例如：F25表示在經(jīng)受了25次凍融循環(huán)后，材料仍可滿足使用要求。孔隙率低、孔徑小、開口孔隙少的材料，其抗凍性較好。另外，抗凍性還與材料吸水飽和的程度、材料本身的強度以及凍結條件有關。第四節(jié)材料的組成與結構一.材料的組成

1．化學組成

化學組成指構成材料的基本元素與化合物。2．礦物組成

礦物組成是指構成材料的礦物種類和數(shù)量。一些土木工程材料，如無機膠凝材料，其礦物組成是在其化學組成確定的條件下決定材料性質的主要因素。礦物是指在無機非金屬材料中，某些元素或化合物以特定的結合形式存在并具有特定的物理化學性質的組織結構。二．材料的結構

材料的結構是指其內部質點的排列是否有序，堆積是否緊密、均勻等組織形態(tài)。根據(jù)所研究的材料內部組織結構的尺度范圍，一般可分為三個結構層次：1．宏觀結構宏觀結構(或稱構造)是指材料宏觀存在的狀態(tài)，即用肉眼或放大鏡就可分辨的粗大組織。其尺寸在1mm以上。材料的宏觀結構直接影響材料的密度、孔隙率、滲透性、抗凍性、保溫性和強度、吸聲性等性質。宏觀結構結構特征常用的土木工程材料舉例按孔隙特征致密結構無宏觀尺度的孔隙鋼鐵、玻璃、塑料等微孔結構主要具有微細孔隙石膏制品、燒土制品等多孔結構具有較多粗大孔隙加氣混凝土、泡沫玻璃、泡沫塑料等按構造特征纖維結構主要由纖維狀材料構成木材、玻璃鋼、巖棉、GRC等層狀結構由多層材料迭合構成復合墻板、膠合板、紙面石膏板等散粒結構由松散顆粒狀材料構成砂石材料、膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等聚集結構由骨料和膠結材料構成各種混凝土、砂漿、陶瓷等2．細觀結構

細觀結構(也稱顯微或亞微觀結構)是指用光學顯微鏡所能觀察到的材料結構，其尺寸范圍在10-3～10-6m。材料的各種組織特征、數(shù)量、分布以及界面之間的結合情況等都影響土木工程材料的整體性質。3．微觀結構

微觀結構是指材料原子、分子層次的結構，其尺寸范圍在10-6～10-10m。（1）晶體結構特征是由其內部質點(離子、原子、分子)按特定的規(guī)則在空間呈有規(guī)律的排列。（2）玻璃體（非晶體）具有化學不穩(wěn)定性，內部質點排列無規(guī)律，各向同性，沒有固定的熔點。（3）膠體膠體是物質以極微小的質點(粒徑為1～l00μm)分散在介質中所形成的兩相體系。膠體具有高度分散性和多相性、具有很大表面能，流變性。膠體分為溶膠和凝膠。溶膠經(jīng)脫水或質點的凝聚作用便形成凝膠，凝膠具有固體的性質，但在長期應力作用下，又具有粘性液體的流動性質。第五節(jié)材料的環(huán)境負荷性及其使用的健康安全性一.概述材料的環(huán)境負荷性即材料在生命周期內對生態(tài)環(huán)境的影響，包括：（1）材料在不同階段對資源、能源的消耗及對生態(tài)環(huán)境的影響；（2）材料在使用過程中對人類的健康和生態(tài)環(huán)境的影響；（3）材料在解體、廢棄時對生態(tài)環(huán)境的影響等。

綠色土木工程材料就是環(huán)境負荷最小的一類材料，是指在全壽命周期內(即包括原材料開采、運輸與加工、建造、使用、維修、改造和拆除等各個環(huán)節(jié))，不僅具有滿意的使用性能、所用的資源和能源的消耗量最少，而且在生產(chǎn)與使用過程對生態(tài)環(huán)境的影響最小，再生循環(huán)率最高。綠色土木工程材料需要滿足四個目標：（1）基本目標包括功能、質量、壽命和經(jīng)濟性；（2）環(huán)保目標要求從環(huán)境角度考核土木工程材料在生產(chǎn)、運輸、廢棄等各環(huán)節(jié)對環(huán)境的影響；（3）健康目標需要考慮到土木工程材料使用過程中必須對使用者健康無毒無害；（4）安全目標包括材料的燃燒性能和材料燃燒時釋放氣體的安全性。二.材料的環(huán)境負荷性及其使用的健康安全性1．滿足國家產(chǎn)業(yè)政策的要求2．所用的土木工程材料要就地取材在工程實踐中，一般要求500km范圍內(產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場到使用現(xiàn)場的距離)生產(chǎn)的土木工程材料的重量與所有材料的總重量的比值不小于70％。選用的材料或部品必須是國家產(chǎn)業(yè)政策允許生產(chǎn)的，且符合國家有關的產(chǎn)品標準、施工及驗收等相關標準。對于建筑工程，在保證安全和不污染環(huán)境的情況下，可再循環(huán)材料的使用重量要求達到所用建筑材料總重量的10％以上。3．選材時考慮土木工程材料的循環(huán)利用性能材料的循環(huán)利用包含“減量化、再利用、資源化”等三方面的要求。4．采用廢棄物生產(chǎn)的土木工程材料對于建筑工程，要求使用以廢棄物生產(chǎn)的建筑材料的重量占同類建筑材料的總重量比例不低于30％。第二章氣硬性無機膠凝材料一.膠凝材料的分類無機膠凝材料（以無機化合物為基本成分）

有機膠凝材料（天然的或合成的有機高分子化合物為基本成分）按凝結硬化條件分類

氣硬性膠凝材料：石灰、石膏

水硬性膠凝材料：水泥

（瀝青、樹脂）

經(jīng)過自身的一系列物理、化學作用，能由液體、固體(或半固體泥膏狀)變?yōu)閳杂驳墓腆w，并能把松散物質粘結成整體的材料稱為膠凝材料。二.概念只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持或繼續(xù)發(fā)展其強度。這類材料只適用于地上或干燥環(huán)境中，而不宜用于潮濕環(huán)境和水中。不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持和繼續(xù)發(fā)展其強度，它們既適用于地上，也適用于地下或水中工程。1.膠凝材料2.氣硬性膠凝材料3.水硬性膠凝材料第一節(jié)石膏一．石膏的原材料

（1）天然二水石膏（軟石膏或生石膏），是以二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)為主要成分的礦石。（2）天然無水石膏(CaSO4)，又稱天然硬石膏。（3）含CaSO4·2H2O或CaSO4·2H2O與CaSO4混合物的化工副產(chǎn)品也可用作生產(chǎn)石膏膠凝材料的原料，常稱之為化工石膏。石膏是一種以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。二.石膏膠凝材料的制備（1）建筑石膏天然二水石膏在常壓、107～170℃下加熱時，CaSO4·2H2O脫水轉變?yōu)棣滦桶胨?/p>

，再經(jīng)磨細成白色粉末即建筑石膏，又稱熟石膏。

（2）高強石膏天然二水石膏在具有、125℃過飽和蒸汽條件下的蒸壓釜中蒸煉，得到α型半水石膏(即高強石膏)。

特點：晶體較粗，結構致密，水化速度慢，水化后的強度、密實度較高，調制成可塑性漿體的需水量少。應用：強度要求較高的抹灰工程、裝飾制品和石膏板。（3）可溶性硬石膏當加熱溫度為170～200℃時，石膏繼續(xù)脫水，成為可溶性硬石膏（III-CaSO4）?？扇苄杂彩嗯c水調和后仍能很快凝結硬化，但結構疏松，需水量大，凝結快，強度低，不易直接使用。當溫度升至200～250℃時，石膏中只殘留很少的水分，凝結硬化非常緩慢。（4）不溶性硬石膏當溫度超過400℃時，完全失去水分，形成不溶性硬石膏（II-CaSO4），也稱死燒石膏。特點：難溶于水、無凝結硬化能力，應用：加入適量激發(fā)劑混合磨細后可制成無水石膏水泥。（5）煅燒石膏溫度超過800℃時，部分石膏分解出的氧化鈣起到催化劑作用，使產(chǎn)物又具有凝結硬化的能力，這種產(chǎn)品稱煅燒石膏(過燒石膏)，其主要成分為CaSO4和CaO。特點：凝結、硬化速度慢，硬化后，具有較高的強度和耐磨性，抗水性較好。（6）當溫度超過1600℃時，全部分解為石灰。無水石膏水泥凝結速度較慢，需水量較少，孔隙率較小。宜用于室內，主要用作石膏板、石膏建筑制品、抹面灰漿等，具有良好的耐火性和抵抗酸堿侵蝕的能力。應用：宜用作地板，故也稱地板石膏三．建筑石膏的凝結硬化過程

（1）溶解、沉淀及析出膠粒半水石膏與水拌和后，與水發(fā)生水化反應生成二水石膏，即二水石膏從過飽和溶液中以膠體微粒析出。1-半水石膏;2-二水石膏膠體微粒（2）形成晶體二水石膏的析出促進了半水石膏不斷地溶解和水化，二水石膏膠體微粒不斷增加，漿體中的游離水分逐漸減少，使得漿體稠度增大，可塑性逐漸降低，此時稱之為“凝結”。隨著漿體繼續(xù)變稠，膠體微粒逐漸凝聚成為晶體。3-二水石膏晶體（3）晶體長大、共生并相互交錯晶體逐漸長大、共生并相互交錯，使?jié){體產(chǎn)生強度并不斷增長，這個過程稱為“硬化”。4-交錯的晶體四.建筑石膏的技術性質1．凝結硬化速度快

與水拌和后，在常溫下一般數(shù)分鐘即可初凝，30min以內即可達終凝。在室內自然干燥狀態(tài)下，約一星期可完全硬化。摻入緩凝劑或促凝劑可延緩或加速凝結。2．硬化時體積略有膨脹，具有很好的裝飾性和可加工性3．硬化后孔隙率較大，表觀密度、強度及導熱性較低，吸聲4．防火性能良好

5．具有一定的調溫、調濕作用6．耐水性、抗凍性和耐熱性差性較好7．儲存及保質期建筑石膏在貯運過程中，應防潮防水及混入雜物；不同等級的建筑石膏應分別貯運；一般貯存期為3個月，超過貯存期限的石膏應重新進行質量檢驗，以確定其等級。8．技術標準(《建筑石膏》（GB9776—88）)

產(chǎn)品等級技術指標優(yōu)等品一等品合格品強度（MPa）抗折強度不小于2.52.11.8抗壓強度不小于4.93.92.9細度（%）0.2mm方孔篩篩余，≤5.010.015.0凝結時間（min）初凝時間不小于666終凝時間不大于303030建筑石膏按產(chǎn)品名稱、抗折強度及標準號的順序進行產(chǎn)品標記，例如：抗折強度為的建筑石膏表示為：“建筑石膏。五.建筑石膏的應用1．制備粉刷石膏2．石膏板材具有輕質、保溫絕熱、吸聲、不燃和可鋸可釘?shù)刃阅?，還可調節(jié)室內溫濕度，但具有長期徐變的性質，在潮濕的環(huán)境中更嚴重。不宜用于承重結構，主要用作室內墻體、墻面裝飾和吊頂?shù)取?．裝飾制品4.作為重要的外加劑，廣泛應用于水泥、水泥制品及硅酸鹽制品第二節(jié)石灰一．石灰的原材料（1）以碳酸鈣為主要成分的石灰石、白云石、白堊等天然巖石。（2）化學工業(yè)副產(chǎn)品二．石灰的制備

1.生石灰石灰石在1000~1200℃經(jīng)高溫煅燒分解，得到白色或灰色的以CaO為主要成分的塊狀生石灰，即2.鎂質生石灰和鈣質生石灰生石灰中MgO含量≤5％時，稱為鈣質生石灰；MgO含量>5％時，稱鎂質生石灰。3.欠火石灰和過火石灰若煅燒溫度過低、煅燒時間不充分，則CaCO3不能完全分解，生成的生石灰中含有石灰石，這類石灰稱為欠火石灰。欠火石灰產(chǎn)漿量較低，質量較差，降低了石灰利用率。若煅燒溫度過高，將生成結構比較致密、顏色較深、晶粒粗大的過火石灰，其表面常被粘土雜質融化形成的玻璃釉狀物包覆。過火石灰熟化很慢，使得石灰硬化后它仍繼續(xù)熟化而產(chǎn)生體積膨脹，引起局部隆起和開裂而影響工程質量。三．石灰的熟化生石灰加水，使之消解為熟石灰（或稱為消石灰），其主要成分為Ca(OH)2，這個過程為石灰的熟化或消化，即1．石灰膏法將塊狀生石灰在化灰池中用過量的水熟化成石灰漿，然后通過篩網(wǎng)進入儲灰坑。石灰漿在儲灰坑中陳伏一段時間，沉淀后，除去上層水分即可得到石灰膏。（2）為了使石灰熟化得更充分，消除過火石灰的危害，石灰漿應在儲灰坑中存放兩星期以上，這個過程稱為石灰的陳伏。

（1）為了保證生石灰熟化順利進行，要加人大量的水，并不斷攪拌散熱，控制溫度不至過高。采用石灰膏法熟化石灰時應注意：（3）陳伏期間，石灰漿表面應保持有一層水，使之與空氣隔絕，避免Ca(OH)2碳化。2.消石灰粉法這種方法是將生石灰加適量的水(約為生石灰質量的60～80％)熟化成消石灰粉。工地上常采用分層噴淋方法對生石灰進行消化或在工廠中用機械加工方法將生石灰熟化成消石灰粉。消石灰粉在使用之前，也需要陳伏。MgO<4％：鈣質消石灰粉4％≤MgO<24％：鎂質消石灰粉24％≤MgO<30％：白云石消石灰粉消石灰粉分類四.石灰的硬化1．結晶作用水分蒸發(fā)，Ca(OH)2過半飽和而結晶析出——結晶強度2.碳化作用失水收縮，產(chǎn)生毛細管壓力，壓緊石灰粒子——附加強度碳化強度蒸發(fā)消失碳化作用的過程不能在沒有水分的全干狀態(tài)下進行。石灰硬化相當緩慢，石灰硬化體由表（少量CaCO3）里（Ca(OH)2）兩種不同晶體組成。3.耐水性差、硬化時體積收縮大4.吸濕性強5.存儲與運輸

不易長期貯存，要防潮；運輸時不準與易燃、易爆和液體物品混裝，并要采取防水措施，注意安全；到工地或處理現(xiàn)場后馬上進行熟化和陳伏處理。6.技術標準建筑工程中所用的石灰，分成建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉三個品種。根據(jù)建材行業(yè)標準JC／T47992可將其各分成優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。2.硬化慢、強度低1．可塑性和保水性好五.石灰的技術性質

六.石灰的應用

1．配制砂漿和石灰乳涂料

2．拌制石灰土和三合土石灰膏和消石灰粉可以單獨與水泥一起配制成石灰砂漿或混合砂漿，用于墻體砌筑或抹面工程；摻人紙筋、麻刀等制成石灰漿，可用于內墻或頂棚抹面。石灰膏或消石灰粉與粘土按一定比例拌和制成石灰土，或與粘土、砂石、爐渣等填料拌制成三合土，可用于道路工程的基層、底基層和墊層或簡易面層、建筑物的地基基礎等。灰砂磚成分為水化硅酸鈣微晶、Ca(OH)2和CaCO3晶體、無定型硅膠共同交織、凝聚，并將砂粒粘結起來而成的整體。3．生產(chǎn)灰砂磚灰砂磚是將磨細生石灰或消石灰粉與天然砂加水拌和，再經(jīng)陳伏、加壓成型和經(jīng)壓蒸處理而成，可作墻體材料。4．碳化石灰板將生石灰粉與纖維材料或輕質骨料加水攪拌、成型，然后用二氧化碳進行人工碳化，可制成輕質的碳化石灰板材，宜用作非承重內隔墻板、天花等。第三節(jié)菱苦土一．菱苦土的原材料和制備菱苦土是一種主要成分是氧化鎂的白色或淺黃色的粉末，屬鎂質氣硬性膠凝材料。天然菱鎂礦(MgCO3)天然白云石(MgCO3·CaCO3)蛇紋石(3MgO·2SiO2·2H2O)從冶煉鎂合金的熔渣(MgO≥25％)或從海水中提取1.菱苦土的原材料菱苦土原材料2.菱苦土的制備菱鎂礦經(jīng)750～850℃煅燒，分解得到的塊狀產(chǎn)物氧化鎂，經(jīng)磨細后，即可得到菱苦土，即將白云石在650～750℃溫度下煅燒，可生成以MgO和CaCO3的混合物為主的苛性白云石，它也屬于鎂質膠凝材料。二．菱苦土的硬化1.菱苦土單獨與水拌和單獨用水拌和的漿體，水化過程緩慢，硬化后強度也很低。同時，結構易出現(xiàn)裂縫。氧氯化鎂和Mg(OH)2從溶液中逐漸析出，并凝聚結晶，使?jié){體凝結硬化。采用調和劑后，不僅凝結硬化速度加快，而且硬化后強度也得到明顯提高。2.氯化鎂溶液調和菱苦土氯化鎂的用量要嚴格控制，一般氯化鎂與菱苦土的適宜重量比為～。2.用氯化鎂溶液調和菱苦土，硬化后抗壓強度可達40MPa～60MPa，但其吸濕性較大，耐水性較差。1.菱苦土用密度為的氯化鎂溶液調制成標準稠度的凈漿，初凝時間不得早于20min，終凝時間不得遲于6h；體積安定性要合格；硬化24h的抗拉強度不應小于1.5MPa；菱苦土的MgO含量不應小于75％。三．菱苦土的技術性質3.菱苦土堿性較弱，不會腐蝕纖維體，而且與植物纖維粘結性好。4.菱苦土在使用過程中，常用氯化鎂溶液調制，所以菱苦土制品中不宜配置鋼筋。5.菱苦土運輸和儲存時應防潮，存期不宜過長。

1.將菱苦土與木屑按～4配合，用氯化鎂溶液調拌，可制成菱苦土木屑地板，宜用于室內場所、車間等處。四．菱苦土的應用

2.將刨化、木絲等纖維狀的有機材料與調制好的菱苦土混合，經(jīng)加壓成型、硬化后，可制成多種刨花板和木絲板，常用作內墻板、天花板、門窗框和樓梯扶手等。3.用氯化鎂調制好菱苦土加人發(fā)泡劑等材料，還可制成多孔輕質的絕熱材料。4.將菱苦土與鋸木屑、顏料及其他填料混合，再用氯化鎂溶液拌和，經(jīng)壓制成為各種菱苦土木屑材?？捎糜诘讓樱?jīng)壓實、修飾成為無縫地板。第四節(jié)水玻璃水玻璃（泡花堿）是一種能溶于水的堿金屬硅酸鹽，由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅組成。水玻璃的化學通式為，其中為堿金屬氧化物，n為水玻璃的模數(shù)，即氧化硅和堿金屬氧化物的分子比。一．水玻璃的原材料和制備

1.濕法制備將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸釜（2～3個大氣壓)內用蒸汽加熱，并加攪拌，使直接反應而成液體水玻璃。即2.干法制備以純堿和石英砂(或石英粉)為原料，將其磨細拌勻后，在1300～1400℃的熔爐中熔融，經(jīng)冷卻后生成塊狀或粒狀的固體水玻璃，即二．水玻璃的硬化

水玻璃溶液在空氣中吸收二氧化碳，形成碳酸鈉和無定形硅酸，即反應在進行過程中，水分逐漸被消耗和蒸發(fā)，硅酸逐漸凝聚成硅酸凝膠而析出，產(chǎn)生凝結和硬化。水玻璃的硬化過程很慢，常摻入促硬劑氟硅酸鈉加速硅酸凝膠的析出，從而促進水玻璃的硬化，氟硅酸鈉的適宜摻量為水玻璃重量的12％～15％，氟硅酸鈉具有毒性，使用過程中應注意安全防護。

三．水玻璃的技術性質

水玻璃的模數(shù)在～之間，其大小決定著水玻璃的品質和性能。模數(shù)低的固體水玻璃易溶于水；模數(shù)低的水玻璃，晶體組分較多，粘結能力較差，模數(shù)升高，膠體組分相應增加，粘結能力增大。水玻璃溶液可與水按任意比例混合，不同的用水量可使溶液具有不同的密度和粘度，同一模數(shù)的水玻璃溶液，密度越大，則粘度越大，粘結力愈強。水玻璃具有很強的耐酸腐蝕性，能抵抗多數(shù)無機酸、有機酸的侵蝕性氣體的腐蝕。水玻璃硬化時析出的硅酸凝膠還能堵塞材料的毛細孔隙，起到阻止水分滲透的作用。水玻璃具有良好的耐熱性能，在高溫下不分解，強度不降低，甚至有所增加。水玻璃對眼睛和皮膚有一定的灼傷作用。四．水玻璃的應用1．用于建筑物表面涂刷2．用于土壤加固利用水玻璃溶液可涂刷建筑材料表面或浸漬多孔材料，可增加材料的密實度和強度，并可提高材料的抗風化能力。但不能對石膏制品進行涂刷或浸漬，將模數(shù)為～3的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管輪流向地層壓人，兩種溶液發(fā)生化學反應，析出硅酸膠體，將土壤顆粒包裹并填實其空隙，不僅阻止水分的滲透，而且還增加了土的密實度和強度。3．配制速凝防水劑以水玻璃可與多種礬配制成速凝防水劑，這種防水劑凝結迅速，一般不超過1min，故常與水泥漿調和，進行堵漏、填縫等局部搶修。4．配制水玻璃礦渣砂漿將水玻璃、氟硅酸鈉、磨細?；郀t礦渣與砂按一定比例配合，可配制成水玻璃礦渣砂，適用于磚墻裂縫修補等工程。5．配制耐酸、耐熱砂漿及混凝土可配制成耐酸混凝土和耐酸砂漿，用于冶金、化工等行業(yè)的防腐工程中；配制耐熱砂漿和耐熱混凝土，用于高爐基礎、熱工設備基礎及圍護結構等耐熱工程中。

第三章水泥水泥的分類

1.按水泥熟料的礦物組成，一般分為：硅酸鹽系水泥，鋁酸鹽系水泥，氟鋁酸鹽水泥，鐵鋁酸鹽水泥和無熟料水泥等。水泥的定義水泥與水混合后形成具有可塑性和流動性的漿體，隨著時間的延長，水泥漿體經(jīng)過物理化學過程，由可塑性漿體變?yōu)閳杂驳氖癄铙w，并能將散粒狀材料膠結為整體。水泥漿體不但能在空氣中硬化，還能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)增長其強度，故水泥是一種的水硬性膠凝材料，呈粉末狀。2.按用途和性能，水泥分為通用水泥、專用水泥和特性水泥。通用水泥專用水泥特性水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥油井水泥大壩水泥道路水泥快硬硅酸鹽水泥白色硅酸鹽水泥抗硫酸鹽硅酸鹽水泥膨脹水泥第一節(jié)硅酸鹽水泥一．硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝1.硅酸鹽水泥的定義凡以適當成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，加入0～5%混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。I型硅酸鹽水泥（P·I）Ⅱ型硅酸鹽水泥（P·II）硅酸鹽水泥（不摻加混合材料)(摻加不超過水泥質量5%石灰石或?；郀t礦渣混合材料)2.硅酸鹽水泥的原材料鈣質原材料—石灰石、白堊、泥灰?guī)r等→鈣的來源校正原料（少量）—鐵礦粉：調整化學成分礦化劑（少量）—螢石、石膏等：提高熟料質量硅質原材料—粘土、頁巖等→硅的來源3.水泥生產(chǎn)工藝兩磨一燒——生料的制備、熟料的煅燒和水泥的粉磨三個部分。二．硅酸鹽水泥基本組成1．熟料礦物名稱礦物分子式簡寫硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF（1）水泥熟料中主要礦物組成表3-2：水泥熟料的礦物組成表3-3：硅酸鹽水泥熟料主要礦物的特性礦物特性硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣C3SC2SC3AC4AF相對含量36%～60%最多15%～37%次之7%～15%少10%～18%少水化速度較快慢最快快強度早期高低低低后期高高低低水化熱中小大小耐化學侵蝕性中良差優(yōu)干縮中小大小2．石膏主要用于調節(jié)凝結時間。同時還能提高早期強度，降低干縮變形。改善耐久性、抗?jié)B性等一系列性能。對于摻混合材的水泥，石膏還對混合材起活性激發(fā)劑作用。一般采用二水石膏、無水石膏或工業(yè)副產(chǎn)品石膏。作用采用的品種石膏的摻量熟料中C3A愈多，石膏需多摻；摻混合材的水泥應比硅酸鹽水泥多摻石膏；石膏的摻量以水泥中SO3含量作為控制指標。二．硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化1.硅酸鹽水泥的水化定義水泥加水拌和后，水泥中的各礦物組分與水發(fā)生反應，稱為水泥的水化。（1）硅酸三鈣的水化水化硅酸鈣是大小與膠體相同的、結晶較差的、呈薄片或短纖維狀顆粒，稱為C-S-H凝膠，是水泥強度的主要來源。水化硅酸鈣氫氧化鈣以六方晶體形式從過飽和溶液中析出。各礦物組分的水化是在石灰飽和溶液中進行的。CH2（2）硅酸二鈣的水化C-S-H凝膠（3）鋁酸三鈣的水化水化鋁酸三鈣C3AH6

C3A水化凝結快的原因：

C3AH6晶體在CH2飽和溶液中能與CH2反應生成六方片狀的水化鋁酸四鈣(4CaO·Al2O3·l3H2O），大量的片狀產(chǎn)物相互連接形成網(wǎng)狀結構，阻礙水泥漿體內粒子的相對移動，造成水泥漿體瞬時快凝。CH2石膏緩凝機理在有石膏存在的情況下：針狀的三硫型水化硫鋁酸鈣晶體（俗稱鈣礬石，簡寫Aft)難溶于水，覆蓋于未水化的C3A晶體周圍，阻止其繼續(xù)水化，因而延緩了水泥的凝結時間。當石膏被耗盡后，單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm)（4）鐵鋁酸四鈣的水化水化鋁酸三鈣水化鐵酸一鈣硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣凝膠(C-S-H，約70%)，Ca(OH)2晶體（約20%），三硫型和單硫型水化硫鋁酸鈣（約7%），水化鋁酸鈣晶體，水化鐵酸鈣凝膠。2．硅酸鹽水泥的凝結硬化（1）水泥凝結和硬化的定義水泥加水拌合后，成為可塑性的水泥漿，隨著水化反應的進行，水泥漿逐漸變稠失去流動性而具有一定的塑性強度，稱為水泥的“凝結”。隨著水化進程的推移，水泥漿凝固并逐漸發(fā)展而成為具有一定的機械強度和黏結力的固體水泥石，這一過程稱為“硬化”。（2）硅酸鹽水泥凝結硬化的過程a)加水后，水泥顆粒分散在水中，成為水泥漿體；b)開始時，包有水化產(chǎn)物膜層的水泥顆粒之間是分離著的，水泥漿具有良好的塑性；c)凝膠體膜層不斷增厚、破裂、擴展并形成了網(wǎng)狀結構，水泥漿體逐漸變稠，失去塑性，即水泥的凝結過程；d)水化產(chǎn)物不斷生成，顆粒間隙和毛細孔越來越少，結構更加緊密，水泥漿體逐漸產(chǎn)生強度而進入硬化階段。1.水泥顆粒；2.水分；3.凝膠；4.晶體；5.水泥顆粒的未水化內核；6.毛細孔圖3-2水泥凝結硬化過程示意圖

3.硬化后水泥石的結構及其對性能的影響水泥水化初期，反應速度快，水化產(chǎn)物多，故早期強度增長較快。隨著水化反應進行，堆積在水泥顆粒周圍的水化物阻礙水泥顆粒內部的水化，因此，后期的強度發(fā)展逐漸減慢。若溫度和濕度適宜，水泥石的強度在幾年，甚至數(shù)十年后仍可緩慢增長。硬化后的水泥石結構是由未水化的水泥顆粒、水化產(chǎn)物以及孔隙組成，水化產(chǎn)物晶體共生和交錯，形成結晶網(wǎng)絡結構，在水泥石中起重要的骨架作用，水化硅酸鈣凝膠填充于其中，發(fā)展了水泥石的強度。水泥石的強度主要取決于水泥的強度等級、水灰比、孔隙率、養(yǎng)護條件及齡期等。一般說，降低水灰比、溫度適宜、濕度越大、水化和養(yǎng)護時間越長，則水泥石強度越高。四．硅酸鹽水泥品質要求1．凝結時間凝結時間是指水泥從加水開始到失去流動性，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到較致密的固體狀態(tài)所需時間。水泥從開始加水拌和起至標準稠度凈漿開始失去可塑性所經(jīng)歷的時間。標準稠度：是測定水泥的凝結時間、體積安定性等性能時，為了使其具有準確的可比性，水泥凈漿以標準方法測試所達到統(tǒng)一規(guī)定的漿體可塑性程度。初凝：（1）定義水泥加水拌和起至標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所經(jīng)歷的時間。終凝：（2）工程意義水泥初凝時間不宜過短，以便在施工時有足夠的時間完成混凝土或砂漿的攪拌、運輸、澆搗或砌筑等操作；終凝時間不宜太長，當施工完畢，應盡快硬化并達到一定的強度，以利于下一步施工工藝的進行。（3）國家標準要求硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min；終凝時間不得遲于（其他品種水泥不得遲于10h）。水泥的凝結時間是在標準溫濕度的實驗室內，采用維卡儀對標準稠度水泥凈漿進行測定獲得的。（4）影響凝結時間的因素水泥的凝結時間與水泥品種、水灰比、細度、溫度有關。摻混合材的水泥凝結時間較緩慢，水泥顆粒越細，水灰比增加，則凝結時間延長。環(huán)境溫度升高，凝結時間則縮短。2.強度水泥:標準砂:水，制成40mm×40mm×160mm棱柱體試件，標準條件下養(yǎng)護，分別測定3d、28d抗折和抗壓強度。（1）強度檢驗《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T17671-1999）（2）強度等級硅酸鹽水泥根據(jù)其3d和28d抗壓、抗折強度，可分為、、、、、六個強度等級。通過膠砂強度試驗測得的各齡期的強度值均不得低于標準中相應強度等級所要求的數(shù)值，并依照此原則確定所測水泥的強度等級。根據(jù)早期強度可將水泥分為早強型（R）和普通型。3．體積安定性（1）定義體積安定性指水泥漿體在凝結硬化過程中體積變化的均勻性，即水泥硬化漿體能保持一定形狀，不開裂，不變形，不潰散的性質。國家標準規(guī)定水泥安定性必須合格，安定性不良的應作廢品處理，不得用于工程中。（2）引起體積安定性不良的原因

石膏摻量過多游離CaO或游離MgO過多游離CaO、游離MgO呈死燒狀態(tài)，它們在水泥硬化后還在慢慢水化成并產(chǎn)生體積膨脹，導致水泥石開裂破壞。石膏摻量過多時，在水泥硬化后還會繼續(xù)與固態(tài)水化鋁酸鈣反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣，體積約增大倍，也會引起體積安定性不良。已硬化水泥石產(chǎn)生不均勻的體積變化現(xiàn)象，即體積安定性不良，它會使構件產(chǎn)生膨脹裂縫，降低建筑物質量。（3）體積安定性的檢驗

沸煮法雷氏夾法：測量試件的膨脹量

試餅法：對于游離

CaO引起的水泥體積安定性觀察試餅有無裂紋和變形當試餅法與雷氏夾法結果有爭議時，以雷氏夾法為準。游離MgO

和石膏不便于快速檢驗，所以通常對其含量進行嚴格控制。國家標準規(guī)定水泥熟料中游離MgO含量不得超過5.0%，SO3含量不得超過3.5%。水泥的細度是指水泥的磨細程度或分散度，對水泥的水化速度、凝結硬化時間、需水量及強度有較大的影響。4.細度

水泥顆粒粒徑愈細，水化越快，強度越高，但硬化收縮也大，且水泥在儲運工程易受潮而降低活性。此外，粉磨能耗增大，因此應控制水泥在合理的細度范圍。細度指標比表面積：透氣式比表面積儀，適用于硅酸鹽水泥，其比表面積>300m2/kg

80μm

方孔篩篩余量:篩析法，適用于其他五類水泥，篩余量≤10%，并以負壓篩法為準。5．水化熱定義：水泥的水化反應所放出的熱稱為水泥的水化熱。水化熱對混凝土工藝的意義：易導致大體積混凝土開裂有害因素：有利因素：促進水泥水化進程，有益于冬季混凝土施工硅酸鹽水泥在水化3d齡期內，水化熱大致為總放熱量的50%，7d齡期為75%，而3個月可達90%。b.細度:水泥顆粒愈細，水化放熱速率愈大影響水泥水化熱和放熱速率的因素：a.水泥的礦物組成:含C3A和C3S多的水泥的水化熱大

c.混合材種類和數(shù)量：可降低水泥水化熱和放熱速率6．水泥化學品質指標

(1)不溶物

熟料中未參與礦物形成反應的粘土和結晶SiO2，是煅燒不均勻、化學反應不完全的標志。國家標準：I型硅酸鹽水泥中不溶物不得超過0.75%，Ⅱ型不得超過1.50%。

(2)燒失量

反映熟料燒成質量，同時也反映了混合材摻量是否適當，以及水泥風化的情況。燒失量不合格的水泥，會引起水泥強度下降和粘結性降低。國家標準：I型硅酸鹽水泥燒失量不得大于3.0%，Ⅱ型硅酸鹽水泥不得大于3.5%，普通水泥不得大于5.0%。(3)氧化鎂

熟料中粗大的游離氧化鎂含量偏高會導致水泥長期安定性不良。國家標準：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的MgO含量必須≤5.0%，若水泥壓蒸安定性合格允許MgO含量≤6.0%SO3主要來自石膏，SO3含量過量將造成水泥體積安定性不良。(4)SO3

國家標準：礦渣水泥中SO3含量不得超過4.0%，其他五類水泥中SO3含量不得超過3.5%(5)堿含量

若水泥中堿含量高，當選用含有活性SiO2的骨料配制混凝土時，會產(chǎn)生堿骨料反應，嚴重時會導致混凝土不均勻膨脹破壞。國家標準：水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計算值來表示，若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，則水泥中的堿含量應不大于0.60%或由雙方商定。(6)氯離子含量

氯離子對鋼筋會產(chǎn)生腐蝕作用。國家標準規(guī)定各類硅酸鹽水泥中氯離子含量不得超過水泥的0.06%。

7．產(chǎn)品質量評定

GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》標準取消廢品判定。合格品是符合化學品質以及凝結時間、安定性和強度要求。上述指標中任一項不符合的不合格品。GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》：廢品水泥：凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中任一項不符合本標準規(guī)定時，均為廢品。不合格水泥：凡細度、終凝時間中任一項不符合標準規(guī)定或混合材料摻加量超過最大限量和強度低于商品強度等級指標時為不合格品。五．抗蝕性1.水泥石的腐蝕現(xiàn)象（1）淡水侵蝕（溶出性侵蝕）水泥石不斷受到淡水的浸析時，其中一些水化產(chǎn)物如Ca(OH)2等將按照溶解度的大小，依次逐漸被水溶解，產(chǎn)生溶出性侵蝕，最終會導致水泥石損壞。水的硬度高，對水泥石的腐蝕較小。因為水中含有較多的重碳酸鹽時，可與水泥石中的Ca(OH)2作用生成不溶于水的碳酸鈣，生成的碳酸鈣積聚在水泥石的孔隙內，形成密實的保護層，阻止介質水的滲入。當水中溶有一些無機酸或有機酸時，可與水泥石所含Ca(OH)2，OH-和Ca2+組合生成水和易溶鹽類，侵蝕明顯加速。pH值越小，侵蝕就越強烈。

(2)酸與酸性水侵蝕一般酸侵蝕碳酸侵蝕當CO2過多并超過平衡濃度（溶液中PH<7）時，上述反應向右進行，則水泥石中的使氫氧化鈣不斷轉變?yōu)橐兹艿闹靥妓徕}而溶失，從而引起水泥石的解體。(3)鹽類侵蝕a．硫酸鹽侵蝕硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣作用生成硫酸鈣，再和水化鋁酸鈣反應生成比原體積增加倍以上的鈣礬石。由于是在已經(jīng)固化的水泥石中發(fā)生的，產(chǎn)生相當?shù)慕Y晶壓力，造成膨脹開裂以至毀壞。水化硫鋁酸鈣是否引起破壞，要依據(jù)反應時所處的條件而定。我們常把引起水泥石破壞的鈣礬石被稱為“水泥桿菌”。b．鎂鹽侵蝕鎂鹽與水泥石中的氫氧化鈣發(fā)生復分解反應，生成的氫氧化鎂松散、無膠凝能力，氯化鈣易溶于水，二水石膏又將引起硫酸鹽的破壞作用。因此硫酸鎂溶液對水泥石產(chǎn)生硫酸鹽和鎂鹽雙重侵蝕，危害特別嚴重。水泥混凝土長期處于較高濃度的含堿溶液中，也會發(fā)生緩慢的破壞。堿溶液侵蝕包括化學侵蝕和結晶侵蝕兩種作用。(4)強堿侵蝕化學侵蝕是堿溶液與硬化水泥漿水化鋁酸鈣產(chǎn)生化學反應，生成膠結力弱、易溶的鋁酸鈉。結晶侵蝕是因堿液滲入漿體孔隙，如NaOH滲入后，在空氣中二氧化碳作用下形成含大量結晶水的碳酸鈉，然后蒸發(fā)呈結晶析出，產(chǎn)生結晶應力引起漿體結構脹裂。2.水泥石腐蝕的原因內在原因：水泥石內部存在Ca(OH)2、水化鋁酸鈣等易受被侵蝕的組分；同時，水泥石結構不致密，使侵蝕性介質易于進入水泥石內部，從而導致水泥石受損破壞。3.防止水泥石腐蝕的措施（1）根據(jù)侵蝕介質類型，合理選擇水泥品種（2）提高水泥石的密實度為了提高水泥混凝土的密實度，應合理進行混凝土配比設計，降低水灰比，選擇良好級配的骨料及摻外加劑等方法。也可以在水泥石表面進行碳化或氟硅酸處理，提高表面密實度，（3）施加保護層。采用陶瓷、玻璃、塑料、瀝青等覆蓋于水泥石表面形成一層耐腐蝕性高且不透水的保護層。六．硅酸鹽水泥的基本特性和用途（1）凝結硬化較快，早期和后期強度均較高。適用于要求早期強度高、凝結快的工程，可用于配制高強混凝土和預應力混凝土。（2）抗凍性好。適用于有抗凍融要求和冬季施工的工程。（3）水化熱大。適用于冬季施工，不宜用于大體積混凝土工程。（4）抗淡水、海水侵蝕和抗硫酸鹽侵蝕能力差不適用于受流動水和壓力水、海水及其他侵蝕性介質作用的工程。（5）耐熱性差。不適用于耐熱、高溫要求的工程。（6）抗碳化性好（7）干縮小，不易產(chǎn)生干縮裂紋，適用于干燥環(huán)境。第二節(jié)摻混合材的硅酸鹽水泥

一．水泥混合材料生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能，調解水泥等級，而加入到水泥中去的人工的和天然的礦物材料，稱為水泥混合材料。1．活性混合材

定義：混合材磨細后與石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空氣中硬化的稱為活性混合材。

目的：改善水泥性能，調解水泥等級和增加水泥品種以擴大使用范圍，增加水泥產(chǎn)量以降低成本，同時節(jié)約熟料和燃料，又充分利用工業(yè)廢渣，減少環(huán)境污染。(1)粒化高爐礦渣?；郀t礦渣具有較高的化學潛能，物相組成大部分為玻璃體，高爐礦渣的化學成分主要為CaO，Al2O3，SiO2。(2)火山灰質混合材以Al2O3，SiO2為主要成分的礦物質原料，磨成細粉加水后并不硬化，但與石灰混合后再加水拌和，則不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者稱為火山灰質混合材。人工火山灰質：燒粘土、活性硅質渣、粉煤灰和燒頁巖天然火山灰質火山生成：火山灰、火山凝灰?guī)r、浮石等沉積生成：硅藻土、硅藻石及蛋白石含有大量SiO2+Al2O3，CaO和Fe2O3含量較低

可溶性無定形SiO2和Al2O3為主要活性成分粉煤灰顆粒中大部分為實心或空心玻璃態(tài)球粒，10%～30%結晶化合物和5%左右的未燃盡碳，主要化學成分為SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3和CaO。(3)粉煤灰活性混合材的作用：活性混合材與水調和后，本身不會硬化或硬化極為緩慢，強度極低，但在氫氧化鈣溶液中會發(fā)生顯著的水化，生成具有水硬性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。當液相中有石膏存在時，將與水化鋁酸鈣反應生成水化硫鋁酸鈣。這些水化物能在空氣中凝結硬化，并能在水中繼續(xù)硬化，具有相當高的強度。①活性混合材一定要在水泥水化生成一定量的氫氧化鈣之后才能發(fā)揮活性，發(fā)生水化硬化反應。②如果將水泥水化作為一次水化，則活性混合材的水化反應可以看作二次水化?；钚曰旌喜牡亩嗡顾鄰姸炔恢劣诿黠@降低，同時有利于提高水泥石的抗蝕性和結構密實性。③氫氧化鈣和石膏的存在使活性混合材料的潛在活性得以發(fā)揮，即氫氧化鈣和石膏起著激發(fā)水化，促進凝結硬化的作用。2．非活性混合材石英砂、石灰石、慢冷礦渣及不符合質量標準的活性混合材等均可以磨細后作為非活性混合材使用。它們與水泥成分不起化學作用或化學作用很小。

目的：提高水泥產(chǎn)量，降低水泥等級，減少水化熱等。二．普通硅酸鹽水泥定義：由硅酸鹽水泥熟料、少量混合材料和適量石膏磨細制成的水硬性膠凝，稱為普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥，代號P·O）。性能：與硅酸鹽水泥相近。與同標號硅酸鹽水泥相比，普通水泥的早期硬化稍慢、3d強度稍低、抗凍性稍差、水化熱稍小、抗蝕性稍好。三．礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥1．定義

礦渣硅酸鹽水泥（簡稱礦渣水泥，代號P·S）：由硅酸鹽水泥熟料、?；郀t礦渣（20%～70%

）和適量石膏共同磨細而成的水硬性膠凝材料。P·S·A：礦渣摻量≥20且≤50P·S·B：礦渣摻量≥50且≤70

火山灰質硅酸鹽水泥（簡稱火山灰水泥，代號P·P）：由硅酸鹽水泥熟料、火山灰質混合材料（>20%且≤40%）和適量石膏組成。

粉煤灰硅酸鹽水泥（簡稱粉煤灰水泥，代號P·F）：由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰混合材料（>20%且≤40%）和適量石膏蒸成。2．特性與應用（1）三種水泥的共性a.早期強度低，后期強度發(fā)展高，適用于承受荷載較遲的工程。b.環(huán)境的溫濕度條件較為敏感，宜于高溫養(yǎng)護。c.抗淡水、海水和硫酸鹽侵蝕能力較強，宜用于地下、水工和海港工程。d.水化熱較低，尤其早期放熱量少，適用于水庫大壩等大體積混凝土工程。e．抗凍性差f．抗碳化性差（2）三種水泥的特性A．礦渣水泥礦渣水泥的標準稠度用水量較大，保性較差，與水拌和時易泌水，水泥石內部易形成毛細管通道或粗大孔隙，因此礦渣水泥具有一定的耐熱性，但抗?jié)B性差且干縮性較大，因此，礦渣水泥適用于耐熱混凝土工程，不適用于有抗?jié)B要求的的混凝土工程。B．火山灰水泥火山灰水泥的需水量和泌水性與所摻混合材的種類關系甚大?；鹕交宜啾Ｋ愿?、泌水性降低；火山灰水泥硬化后結構致密，抗?jié)B性好，但收縮變形大，因此，火山灰水泥不宜用于干燥地區(qū)，宜用于地下或水下工程，特別是用于需要抗?jié)B、抗淡水或抗硫酸鹽侵蝕的工程，C．粉煤灰水泥粉煤灰水泥的需水量小，干縮性小，抗裂性較好配制成的混凝土和易性好，水泥石內部結構較致密，抗?jié)B性較好，但保水性差、泌水性大。六．復合硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥（簡稱復合水泥，代號P·C）：由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上混合材料和適量石膏組成?；旌喜牧峡倱搅繛?gt;20且≤50。復合水泥的特性取決于其所摻兩種混合材的種類、摻量及相對比例；其特性與礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似，但復合水泥具有更好的使用效果，早期強度較高，與硅酸鹽水泥相近。第三節(jié)其他品種水泥一．鋁酸鹽水泥

鋁酸鹽水泥（代號CA）是以礬土和石灰石作為原料，按適當比例配合進行燒結或熔融，得到一鋁酸鈣為主要成分的熟料，再經(jīng)粉磨而成。1．鋁酸鹽水泥的組成

(1)化學組成與硅酸鹽水泥相比，鋁酸鹽水泥CaO和SiO2含量低，Al2O3含量高。礦物水化硬化速度強度鋁酸一鈣CA凝結緩慢，硬化較快早期強度較高，后期強度增長不顯著二鋁酸一鈣CA2較慢早期強度低，后期強度不斷增長七鋁酸十二鈣Cl2A7水化速度快，凝結迅速低強度不高鋁方柱石C4AF水化非常慢早期強度較低硅酸二鈣C2S(2)礦物組成表：鋁酸鹽水泥的礦物組成及特性2．鋁酸鹽水泥的特性(1)鋁酸鹽水泥的水化硬化過程15℃<溫度<20℃時，主要水化產(chǎn)物是水化鋁酸一鈣CAH10；20℃<溫度<30℃時，主要水化產(chǎn)物是水化鋁酸二鈣C2AH8、CAH10、氫氧化鋁AH3凝膠，并且隨著溫度升高，C2AH8含量增加；溫度>30℃時，其主要水化產(chǎn)物是水化鋁酸三鈣C3AH6和AH3。鋁酸一鈣水化產(chǎn)物呈板塊狀或針狀的水化產(chǎn)物CAH10、C2AH8晶體互相交錯攀附重疊結合形成結晶連生體骨架，AH3凝膠填充于晶體骨架的空隙，形成比較致密的結構，使水泥石有較高的強度。在水化5～7d后，水化產(chǎn)物的數(shù)量就很少增加，因此鋁酸鹽水泥硬化初期強度增長很快，以后強度增加則不顯著。在自然條件下，鋁酸鹽水泥石的強度倒縮，其長期強度下降，并達到最低值。因為隨著時間的推移，亞穩(wěn)相CAH10和C2AH8會逐漸轉化為強度較低的穩(wěn)定相C3AH6，結果使固相體積減縮并析出游離水分，水泥石孔隙率增大。

(2)鋁酸鹽水泥的品質要求（《鋁酸鹽水泥》(GB201-2000)

）性能指標CA–50CA–60CA–70CA-80細度比表面積不小于300m2/kg或0.045mm方孔篩篩余不大于20%凝結時間初凝時間，不得早于30min60min30min30min終凝時間，不得遲于6h18h6h6h（3）鋁酸鹽水泥性能和應用A．快凝早強，適用于緊急搶修工程。B．水化熱大且放熱量集中，不宜用于大體積混疑土工程。C．鋁酸鹽水泥的標準用水量不大且水化時需要較多結合水，故硬化后有較高密實度。D．耐熱性好，可作為耐熱混