建筑材料課件(西安建筑科技大學(xué))

建筑材料樹玉秀2018年10月2021/10/10星期日1緒論（introduction)一、土木工程材料分類1、定義：土木工程中所使用的一切材料及制品。分類（1）按來源分天然材料：竹、木等人造材料：磚、瓦、水泥、砼、鋼材等（2）按化學(xué)成分無機材料：金屬材料（鋼、鐵、鋁、銅等）；非金屬材料(水泥、玻璃、磚瓦、石材）有機材料：木、竹、瀝青、塑料等復(fù)合材料：玻璃纖維增強塑料、鋼纖維增強砼等2021/10/10星期日2二、土木工程材料在土木工程中作用及重要性1、土木工程材料是構(gòu)成土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。2、直接影響著或決定著土木工程一些重要性質(zhì)。（1）結(jié)構(gòu)形式：山西應(yīng)縣佛宮寺木塔（1055年）高66米；馬來西亞石油雙塔樓（砼結(jié)構(gòu)）高452米；上海金茂大廈（鋼砼混合材料結(jié)構(gòu)）高420.5米；上海電視塔（預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)）468米；舊金山金門大橋（懸索橋）主跨1280.2米；蘇通大橋（斜拉橋）主跨1088米、主塔300多米；大跨度的鋼結(jié)構(gòu)展覽館；體育館；機場航站樓。07年有39人在金門大橋自殺，當(dāng)局準(zhǔn)備化費5000萬裝防護網(wǎng)。--08-10-12京華時報。（2）安全性唐山地震重慶彩虹橋事件（99年1月4日晚6時50分40多人傷亡）2021/10/10星期日3（3）功能、適用性絕熱材料、吸聲隔聲材料、裝飾材料、耐熱防火材料、防水抗?jié)B材料、耐磨耐腐蝕材料、防爆防輻射材料。（4）經(jīng)濟性優(yōu)良的建材能滿足：足夠的強度（承載）較輕（減輕地基負(fù)荷）相應(yīng)的耐久性（降低維修費）美觀功能要求低能耗環(huán)保2021/10/10星期日4三、土木工程材料的發(fā)展趨勢1、上古時期人類野處穴居舊石器時代的北京猿人（69萬年前）住天然巖洞。北京周口店龍骨山山頂洞人（18000年前）住天然巖洞。巢氏教民構(gòu)木為巢，居于樹上。2、磚木房屋土坯（8000年歐洲）鑿琢自然石（5000~6000年前）磚（3000年前）秦磚漢瓦（2000年前）鋼筋混凝土（19世紀(jì)）化學(xué)建材具有特殊功能的新型建材2021/10/10星期日53、展望發(fā)展方向：環(huán)保、節(jié)能、輕質(zhì)高強、多功能、結(jié)構(gòu)功能一體化、構(gòu)件化、單元化。（1）墻體材料非黏土磚的應(yīng)用（2）輕質(zhì)高強混凝土、改性混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土四、本課程的主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法水泥、混凝土、鋼材、瀝青、塑料的生產(chǎn)、性能及應(yīng)用是重點。聽課、作業(yè)、實驗。閉卷考試（考試成績占80%、平時成績20%）。2021/10/10星期日6第一章土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料受到諸多因素的影響：力學(xué)作用（外力、自重、風(fēng)力、地震）物理作用（雨、雪、霜、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、火）化學(xué)作用（風(fēng)化、酸堿鹽侵蝕）材料的性能是多方面的，必須與使用環(huán)境相適應(yīng)。1.1.1材料的組成1、化學(xué)組成（化學(xué)元素、化合物種類及數(shù)量）決定材料的：抗酸堿侵蝕性、可燃性、耐火性、鋼材的銹蝕等。2、礦物組成（礦物種類和數(shù)量）§1-1材料科學(xué)的基本理論2021/10/10星期日73、相組成（結(jié)構(gòu)相近性質(zhì)，相同的均勻部分）氣相、液相、固相：一般材料鐵素體、滲碳體、珠光體：鋼集料相、基相、界面相：砼1.1.2材料的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1、宏觀結(jié)構(gòu)（1）宏觀結(jié)構(gòu)的孔隙特征致密結(jié)構(gòu)：金屬、玻璃、塑料多孔結(jié)構(gòu)：加氣混凝土、泡沫混凝土、輕質(zhì)多孔材料微孔結(jié)構(gòu)：石膏制品2021/10/10星期日8（2）按組織構(gòu)造特征堆聚結(jié)構(gòu)：混凝土、砂漿、瀝青混合料纖維結(jié)構(gòu)：木材、玻璃鋼層狀結(jié)構(gòu)：膠合板散粒結(jié)構(gòu)：混凝土集料2、細觀結(jié)構(gòu)（以光學(xué)顯微鏡觀察）混凝土的基相、集料相、界面相鋼鐵的鐵素體、珠光體、滲碳體木材的木纖維、導(dǎo)管髓線、樹脂道3、微觀結(jié)構(gòu)（用中子顯微鏡或x射線分析)晶體：鋼鐵材料玻璃體：火山灰、爐渣、玻璃膠體：膠粒（粒徑10-7-10-10）作為分散相，分散在連續(xù)相（水、氣、溶劑）中形成的分散體。2021/10/10星期日9§1.2材料的基本物理性質(zhì)1.2.1材料的密度、表觀密度、堆積密度1.密度絕對密實狀態(tài)下，材料單位體積的質(zhì)量。

ρ=m/v

ρ-g/cm3m-gV-cm3近似密度ρa：用排液置換法直接測得的砂、碎石的密度,有的教科書稱為碎石等的表觀密度。2.表觀密度在自然狀態(tài)下，材料單位體積的質(zhì)量。ρ0=m/v0V0---表觀體積（包含內(nèi)部孔隙的體積）3.堆積密度ρ0′

=m/v0′2021/10/10星期日101.2.2材料的密實度與孔隙度1.密實度材料的體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度D=v/v0*100%或D=ρ0/ρ*100%2.孔隙率P=（v0-v）/v0=1-D1.2.3材料的填充率與空隙率1.填充率：某堆積體中，被散粒材料的顆粒所填充的程度D′=v0/v0′*100%或D=ρ0′/ρ0*100%2.空隙率P′=1-D′2021/10/10星期日111.2.4材料與水的關(guān)系1.材料的親水性與憎水性親水材料θ≤90°

憎水材料θ＞90°

θ---潤濕邊角石灰?guī)r、玄武巖屬于憎水巖石，與瀝青粘結(jié)力強，常用來做鋪路材料。花崗巖屬親水巖石，與瀝青粘結(jié)力不強，遇水易剝落，即水穩(wěn)定性差不宜用做鋪路材料。2.材料的吸水性與濕性（1）含水率所含水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)下材料的質(zhì)量之比W=（m1-m）/m*100%m---材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，gm1---材料在含水狀態(tài)下的質(zhì)量，g2021/10/10星期日12（2）吸水性吸水率：材料吸水飽和時的含水率。致密巖石：0.5-0.7%混凝土：2-3%粘土磚：8-20%木材等：＞100%（3）吸濕性：材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)，具有可逆性。影響：木制門窗、保溫材料3.材料的耐水性：材料抵抗水破壞作用的能力。（1）破壞作用力學(xué)性質(zhì)方面光學(xué)性質(zhì)方面裝飾性質(zhì)方面2021/10/10星期日13（2）軟化系數(shù)材料在吸水飽和狀態(tài)下抗壓強度/材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度長期受水浸泡或處于潮濕環(huán)境中的重要建筑，其材料的軟化系數(shù)≥0.85。4.材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。K=Qd/AtHK---滲透系數(shù)，cm/hQ---透水量，cm3D---試件厚度，cmA---透水面積，cm2t---時間，hH---靜水壓力水頭，cmK越小，抗?jié)B性越好。2021/10/10星期日14§1-3材料的基本力學(xué)性質(zhì)1.3.1材料的強度(strength)材料在外力作用下，抵抗破壞的能力抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度f=Fmax/A抗彎強度f=3FmaxL/2bh2(單點集中加荷）；f=FmaxL/bh2(三分點集中加荷）土木工程材料常根據(jù)其強度劃分為若干不同的等級。1.3.2彈性與塑性(elasticityandplasticity)彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力除去后變形隨即消失，完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種可完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形。塑性：材料在外力作用下，當(dāng)壓力超過一定限值時產(chǎn)生顯著變形，且不產(chǎn)生裂縫或發(fā)生斷裂，外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。2021/10/10星期日151.3.4脆性與韌性(shortness/brittlenessandtoughness)脆性：材料發(fā)生突然破壞之前無明顯的塑性變形。如陶瓷、玻璃、石材、磚瓦、鑄鐵。韌性：在沖擊、振動荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量不發(fā)生破壞的性質(zhì)。也稱沖擊韌性。如.建筑鋼材（軟鋼），木材等。橋梁、吊車梁及有抗震要求的工程中，結(jié)構(gòu)材料要有較好的韌性?！?.4材料的耐久性(durability)定義：材料在使用中，抵抗其自身和環(huán)境的長期破壞作用，保持其原有性能而不破壞、不變質(zhì)的能力。內(nèi)容：抗風(fēng)化、抗酸堿鹽侵蝕、抗?jié)B、耐水、抗凍等性能，屬于綜合指標(biāo)。2021/10/10星期日16第二章建筑鋼材(steelmaterial)建筑鋼材包括：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋、鋼絲和用于鋼結(jié)構(gòu)各種型鋼如鋼管、槽鋼、工字鋼、角鋼等?！?-1鋼材的化學(xué)組成1、主要成分：鐵、碳、合金元素、雜質(zhì)。2、分類按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼（1）碳素鋼低碳鋼含碳量小于0.25%中碳鋼含碳量[0.25%，0.6%）高碳鋼含碳量大于0.6%（2）合金鋼低合金鋼合金元素含量小于5%中合金鋼合金元素含量[5%，10%]2021/10/10星期日17高合金鋼：合金元素含量大于10%建筑鋼材含碳量一般為不超過0.8%的碳素鋼及低合金鋼。3、各元素對鋼材性能的影響（1）碳—它與鐵原子的結(jié)合方式有：固溶體：形成鐵素體，含碳量極少?；衔铮‵e3C）：形成滲碳體，含碳量較高。機械混合物：形成珠光體，含碳量在二者之間。含碳量↑，珠光體↑，強度↑，塑性、韌性、可焊性↓（0.6%時，可焊性很差）。（2）合金元素硅含量低于1%時，能提高鋼材的強度。錳含量1%-2%，提高鋼材的強度。鈦強度↑↑，韌性、可焊性↑。2021/10/10星期日18其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕(抵抗海水腐蝕能力很強），主要用于飛機、火箭、導(dǎo)彈、飛船等，少量用于冶金、能源、交通醫(yī)療及石化工業(yè)。礬強度↑鈮強度↑（3）雜質(zhì)元素磷強度↑，可焊性↓↓，冷脆性↑↑。

有益作用：提高強度、硬度、耐磨性、改善切削性，耐大氣腐蝕性強，在低合金鋼中可配合其它元素做合金元素用，軍事上利用其脆性制造炮彈增大殺傷力。普通碳素鋼磷含量≤0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼磷含量≤0.035%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼磷含量≤0.030%

2021/10/10星期日19硫極有害元素可焊性↓↓，熱脆性↑，熱加工性↓普通碳素鋼硫含量≤0.055%優(yōu)質(zhì)碳素鋼硫含量≤0.040%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼硫含量0.02%-0.03%氧韌性、可焊性↓氮強度↑，塑性、韌性↓包括：抗拉、冷彎、沖擊韌性、硬度和耐疲勞性。2.2.1抗拉性能(tensilestrength)屬最重要的性能，主要技術(shù)指標(biāo)有：屈服點、抗拉強度、伸長率?！?-2建筑鋼材的主要力學(xué)性能2021/10/10星期日201、σ-ε圖OA：彈性階段AB：彈塑性階段BC：塑性階段CD：強化階段DD′：破壞階段（頸縮、斷裂）插圖p242021/10/10星期日212、指標(biāo)(indexes)彈性極限σp

彈性范圍內(nèi)，所能承受最大的力。彈性模量E

彈性模量大，抗變形能力強。上屈服點σsu

屈服階段，所能承受最大的力。下屈服點σsl

對試驗條件較不敏感。屈服強度σs

取為下屈服點抗拉強度σb

抗拉試驗中，所能承受最大的力。強屈比σb/σs

大于1.2，影響材料安全及利用率。硬鋼的屈服點σ0.2

產(chǎn)生殘余變形達到原始長度0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力。斷后伸長率δ=（l1-l0）/l0*100%對于鋼筋一般8-27%。反映鋼材的塑性。δ5＞δ10

(5，10為試件的長、徑直比）。工程上把δ10≥5%的材料成為塑性材料；δ10＜5%的為脆性材料。2021/10/10星期日222.2.2冷彎性能(coldbendingproperty)1、定義鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。2、物理意義一定程度上揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織的不均勻、內(nèi)應(yīng)力、夾雜物未融合及微裂紋等缺陷，能反映冶金質(zhì)量和焊接質(zhì)量。3、冷彎實驗試件長度L=5a+150(mm);試驗角度180°；彎心直徑d=0,0.5a,a,2a,3a…a---試件厚度或直徑；試驗溫度10-35°；緩慢加載。4、指標(biāo)彎曲角度，彎心直徑/試件厚度或直徑2021/10/10星期日232.2.3沖擊韌性(impacttoughness)1、定義：鋼材抵抗沖擊載荷的能力。2、沖擊韌性試驗3沖擊韌性值：Kv=GH1-GH24、冷脆性：鋼材在低溫下，呈現(xiàn)脆性的現(xiàn)象。5、脆性臨界溫度：鋼材在降到某一溫度范圍時，沖擊韌性急劇下降，而呈現(xiàn)脆性，該溫度即為脆性臨界溫度。6、時效：鋼材隨時間延長強度提高、塑性和韌性下降的現(xiàn)象。7、時效敏感性：因時效而導(dǎo)致性能改變的程度。受動載的結(jié)構(gòu)物如橋梁等，應(yīng)選用時效敏感性小的鋼材。2021/10/10星期日248、實例(instances)國外一鋼橋在夜間溫度驟降下，因冷脆而塌落。Poland一跨度76.6米的鋼梁組合橋（compositebridge)于1987.1.8在溫度-35°發(fā)生塌毀事故。我國北方60年代初，一鋼筋混泥土梁，因鋼筋焊接接頭冷脆而塌落的事故。選用鋼材時，在負(fù)溫使用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)選用脆性臨界溫度較使用溫度為低的鋼材。2.2.4硬度(hardness)1、定義指鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。是鋼材彈性、塑性、強度、韌性及變形強化率等的綜合反映。2、布氏硬度(Brinellhardness)HB=P/（πDh)P-壓入載荷，N;D-鋼球直徑，mm;H-壓入深度，mm。2021/10/10星期日25F,D是定值，只要測出d,再查表即可。硬度計壓頭為淬火鋼球時用HBS表示適用于HB＜450的材料；壓頭為硬質(zhì)合金鋼球時用HBW表示，適用于450≤HB≤650的材料。標(biāo)注方法：170HBS10/3000/30170-布氏硬度值10-鋼球直徑(mm)3000-試驗力F值（kgf)30-加壓持續(xù)時間（s)3、布氏硬度值與抗拉強度的相關(guān)性碳素鋼：HB﹤175時，σb=3.6HBHB﹥175時，σb=3.5HB根據(jù)以上關(guān)系，可在鋼結(jié)構(gòu)上原位測得的HB值估算σb。2021/10/10星期日264、洛氏硬度(Rockwellhardness)根據(jù)壓頭壓入試件的深度大小確定材料的硬度值。一般用于判斷機械零件的熱處理效果。數(shù)值可直接從硬度計儀表盤讀出。1）包括4種類型:HRA:120°金剛石圓錐壓頭，測量范圍60~85HRA,試驗力588.4N;HRB:直徑1.588mm鋼球壓頭，25~100HRB,980.7N;HRC:金剛石圓錐壓頭,20~67HRC,1471N;（生產(chǎn)中使用最多）HRD:金剛石圓錐壓頭,40~77HRC,980.7N.2）標(biāo)注：60HRC3）HRC:HB=1:10(當(dāng)HBS＞220時）5、維氏硬度（Vickershardness)壓頭為金剛石正四棱錐，用HV表示。2.2.5

耐疲勞性1、鋼材的疲勞破壞：指在交變應(yīng)力作用下，鋼材在應(yīng)力遠小于σb時發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。2、疲勞極限σr

在疲勞試驗中，試件在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。2021/10/10星期日273、應(yīng)力比值ρ=σmin/σmax測定鋼筋疲勞極限時，通常采用拉應(yīng)力循環(huán)。非預(yù)應(yīng)力筋ρ=0.1-0.8預(yù)應(yīng)力筋ρ=0.7-0.85周期基數(shù)200萬次或400萬次以上。4、鋼材疲勞破壞的原因微小缺陷，表面質(zhì)量不好裂紋形成裂紋擴展斷裂§2.3鋼材的冷加工強化、時效強化、熱處理和焊接1、鋼材的冷加工強化指將鋼材在常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋（熱軋：1200°~1300°），產(chǎn)生塑性變形屈服強度↑：塑性、韌性、彈?！?021/10/10星期日282、時效處理將經(jīng)過冷加工后的鋼材于常溫下存放15-20天，或加熱到100°-200°，并保持一段時間，這一過程就是時效處理。前者稱自然時效，后者為人工。一般強度較低的鋼筋可采用自然時效，強度較高的鋼筋應(yīng)采用人工時效處理。時效處理抗拉強度略有提高塑性、韌性下降彈?；净謴?fù)屈服強度提高2021/10/10星期日292.3.2鋼材的熱處理1、退火：用于冷加工后的鋼材處理，以減少冷加工產(chǎn)生的各種缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力。分為：低溫退火：加熱溫度在鐵素體等轉(zhuǎn)變溫度以下，是少量位錯重新排列。完全退火：加熱溫度高于相變溫度，達到800—850度，在經(jīng)適當(dāng)保溫后緩慢冷卻，使鋼材再結(jié)晶。2、淬火和回火（二者通常相連）（1）淬火：加熱到相變溫度（723度）以上，保溫使組織完全轉(zhuǎn)變，即投入冷卻介質(zhì)（水或礦物油）中急冷，使轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定介質(zhì)：強度、硬度↑，塑性、韌性↓。（2）回火：在淬火之后進行，加熱溫度在轉(zhuǎn)變溫度以下（150—650度），保溫后按一定速度冷卻至室溫。消除淬火內(nèi)應(yīng)力，硬度↓，塑性、韌性↑。2021/10/10星期日30

我國生產(chǎn)的熱處理鋼筋采用中碳低合金鋼經(jīng)油浴淬火和鉛浴高溫（500-600度）回火制得。其組織為鐵素體和均勻分布的細顆粒滲碳體。2.3.3鋼材的焊接1、焊接方法（1）電弧焊（鋼結(jié)構(gòu)）焊條與焊件之間產(chǎn)生高溫電弧，將焊條與焊件金屬熔化，凝固后形成焊縫。（2）電渣壓力焊（鋼筋）電流通過渣池產(chǎn)生電阻熱將鋼筋端部熔化，施加壓力使鋼筋焊合。2、焊接質(zhì)量的檢驗取樣試件試驗（鋼筋接頭）原位非破損檢測（鋼結(jié)構(gòu)）超聲波、γ射線、磁力、熒光等。3、實例：鳥巢體育場鋼結(jié)構(gòu)（鋼號Q460）焊縫總長300Km，超聲波檢驗合格率100%。2021/10/10星期日31§2-4鋼材的防火與防腐2.4.1鋼材的防火1、高溫對鋼材的性能有很大影響（高溫蠕變）:250度時，σb↑,аk↓↓,稱藍脆現(xiàn)象。大于300度時，σb↓，σs↓↓.600度時，強度↓↓↓（-2/3），不能承載。2、防火措施（1）設(shè)置防火板（2）涂刷防火涂料非膨脹型防火涂料難(不)燃性樹脂+難燃劑+防火填料。膨脹型防火涂料難(不)燃性樹脂+難燃劑+成碳劑+脫水成碳催化劑+發(fā)泡劑2021/10/10星期日322.4.2鋼材的銹蝕與防止1、主要原因（1）化學(xué)銹蝕鋼材與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。主要是氧化作用引起，環(huán)境干燥時較慢而在潮濕的環(huán)境，和溫度較高時則速度較快?？諝庵械亩趸?，二氧化硫也能引起。（2）電化學(xué)腐蝕金屬在潮濕的氣體中或?qū)щ娙芤海娊赓|(zhì)）中，形成微電池而引起的腐蝕，是最主要的腐蝕形式。1）鋼的表面在電解質(zhì)溶液中形成微電池：鐵素體-陽極，失去電子成為Fe2+進入水膜；滲碳體-陰極，溶于水中的氧被還原成OH-;2021/10/10星期日33二者反應(yīng)最終產(chǎn)物為疏松易剝落的紅棕色鐵銹Fe(OH)3..隨暴露出的滲碳體越來越多，微電池也越來越多，銹蝕也日益加速。2）鐵銅接觸形成微電池(二者之間存在電解質(zhì)）鐵的電極電位低(-0.44v)，為陽極不斷失去電子而被溶解；銅的電極電位高(+0.33v)為陰極在其上放出氫氣?？闺娀瘜W(xué)腐蝕的措施：提高電極電位--在鋼中加入Cr、Ni、Si等合金，如在鐵中加鉻11.7%時，可把合金的電位提高到+0.2v,能有效地抵抗空氣、水、酸堿鹽腐蝕；盡量獲得單相組織--在鋼中加入Cr、Ni、Si等合金，使之在常溫下形成單相鐵素體、奧氏體、馬氏體，難以形成微電池；形成氧化膜（鈍化膜）--在鋼中加入Cr、Si、Al等合金,在鋼的表面形成一層致密、牢固的氧化膜，把鋼與周圍介質(zhì)隔開。（3）應(yīng)力腐蝕指應(yīng)力狀態(tài)下腐蝕加快的現(xiàn)象。由于應(yīng)力大的地方形成陽極，易于腐蝕。預(yù)應(yīng)力鋼筋因應(yīng)力存在更易腐蝕，要給予足夠的關(guān)注。2021/10/10星期日342、防止措施（1）鋼筋的防腐混凝土中的鋼筋因處于堿性環(huán)境中，一般不致腐蝕。但有時會由于摻加摻合料，或碳化反應(yīng)（CO2與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)）使混凝土中Ca(OH)2含量減少，降低了堿性?；蛴捎谔砑恿撕新入x子的外加劑，也會使鋼筋銹蝕。提高混凝土的密實度確保保護層厚度限制氯鹽外加劑采用環(huán)氧樹脂涂層（2）鋼結(jié)構(gòu)防腐刷漆（包括底漆和面漆）熱浸鍍鋅或鉻，鍍鋅后加涂塑料復(fù)合層2021/10/10星期日35特殊工程用不銹鋼（加鉻、鎳）犧牲陽極如用電位較低的鎂合金、鋅合金、鋁合金作陽極和地下鋼管連起來，形成微電池，不斷消耗陽極以保護鋼管。2021/10/10星期日36用廢鋼鐵作陽極通過電池與要保護的鋼管連起來。2021/10/10星期日37§2-5建筑鋼材的品種與選用2.5.1主要鋼種基本上是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。1、建筑用碳素結(jié)構(gòu)鋼(屬普通碳素鋼）(1)牌號：有5個牌號：Q195,Q215,Q235,Q255,Q275含碳量：0.06%-0.38%質(zhì)量等級：A、B、C、D（由低到高）脫氧程度：F(沸騰鋼），Z（鎮(zhèn)靜港），b（半鎮(zhèn)靜鋼），TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼)(2)Q235-BZ的意義2021/10/10星期日38(3)特點：塑性較好，適于各種加工，在焊接、沖擊及適當(dāng)超載的情況下也不會突然破壞，對軋制、加熱、驟冷的敏感性較小，因而常用于熱軋鋼筋。2、低合金高強結(jié)構(gòu)鋼（1）牌號8個牌號：Q295Q345Q390Q420Q460Q500Q550Q620Q690質(zhì)量等級：ABCDE含碳量：0.1%~0.25%屈服點：比碳素鋼高25%~50%以上，屈強比較高(2)特點：采用低合金鋼的目的是減輕結(jié)構(gòu)的重量，節(jié)約鋼材和延長使用壽命。此類鋼材具有較高的屈服強度和抗拉強度，也有良好的塑性和韌性（尤其是低溫韌性）及耐腐蝕性，尤其適用于大跨度承受動載荷和沖擊載荷的結(jié)構(gòu)物。2021/10/10星期日392.5.2常用建筑鋼材1、鋼筋（reinforcingbar,rebar)鋼筋公稱直徑：6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、50mm.(1)低碳鋼熱軋圓盤條：由Q215,Q235熱軋而成HPB235,HPB300(Ⅰ級鋼筋）含碳量：0.17%-0.25%；公稱直徑：6~22mm特點：強度較低，但塑性好，伸長率高，便于彎折成形和焊接。用作中小型結(jié)構(gòu)的受力鋼筋或箍筋，及冷加工原料。(2)熱軋帶肋鋼筋（hotrolledribbedsteelbar)采用低合金鋼熱軋而成，表面有兩條縱肋及沿長度方向均勻分布的橫肋。含碳量：0.17%-0.25%;公稱直徑：6、8、10、12、16、20、25、32、40、50mm.牌號：HRB335HRBF335HRB400HRBF400HRB500HRBF500特點：強度較高，塑性、可焊性也較好。用于受力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋。2021/10/10星期日40（3）冷軋帶肋鋼筋（coldrolledribbedsteelbar)采用熱軋圓盤條經(jīng)冷軋而成。牌號：CRB550CRB650CRB800CRB970(指抗拉強度）；公稱直徑4~12mm特點：冷軋后，σ０.2↑，但保證σｂ／σ０.2≥１.05,適用于中小預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。(4)預(yù)應(yīng)力筋中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲（光面，螺旋肋）公稱直徑5、7、9mm（510、650、810N/mm2)預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋公稱直徑18、25、32、40、50mm（650、770、900N/mm2)2021/10/10星期日41消除應(yīng)力鋼絲（光面，螺旋肋）公稱直徑5、7、9mm(1040、1110、1320N/mm2）鋼絞線（三股、七股）公稱直徑:三股（8.6、10.8、12.9mm)七股（9.5、12.7、15.2、17.8、21.6mm)抗拉強度設(shè)計值：1110、1220、1320、1390N/mm22、型鋼（1）熱軋型鋼：角鋼，工字鋼，槽鋼，T、H、Z型等鋼種及鋼號選擇依據(jù)：2021/10/10星期日42構(gòu)件重要性荷載性質(zhì)（動、靜）連接方法工作條件（溫度、介質(zhì)）常用鋼種碳素結(jié)構(gòu)鋼中Q235-A(含碳量0.14-0.22%），強度石中，塑性好，可焊性好，成本低。低合金鋼Q345,Q390(鳥巢用鋼Q460），用于大跨度、承受動在的鋼結(jié)構(gòu)。（2）冷彎薄壁型鋼2-6mm薄板冷彎或模壓而成，有角鋼、槽鋼以及方形、矩形空心薄壁型鋼等，用于輕型結(jié)構(gòu)。（3）鋼板定義：用光面軋輥軋制而成的扁平鋼材稱為鋼板。分類：冷軋鋼板（厚度0.2-4mm），熱軋鋼板（厚板d＞4mm;薄板）

2021/10/10星期日43應(yīng)用：厚板：型鋼的連接，薄板：屋面、墻面圍護材料第三章無機膠凝材料

(non-organiccementingmaterial)1、膠凝材料的定義：能經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，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。2、分類按成份分為：（1）有機膠凝材料（如瀝青，樹脂），（2）無機膠凝材料（如水泥，石灰，石膏）。氣硬性膠凝材料：只能在空氣中凝結(jié)硬化（石灰，石膏）。水硬性膠凝材料：在空氣和水中均能凝結(jié)硬化，如水泥。2021/10/10星期日44§3-1氣硬性膠凝材料3.3.1石膏(plaster)石膏是以CaSO4為主要成分的膠凝材料，成本低，應(yīng)用廣泛。常用的產(chǎn)品有建筑石膏，高強石膏，無水石膏水泥。1、石膏的生產(chǎn)原料：礦石（CaSO4·2H2O),化工副產(chǎn)品和廢渣。主要工序：破碎加熱煅燒磨細化學(xué)反應(yīng)：CaSO4·2H2O107°-170°CaSO4·1/2H2O+3/2H2O產(chǎn)品：（1）高強石膏（α型半水石膏）加熱條件：0.13MPa,120°過飽和蒸汽下蒸煉，或在鹽類溶液中沸煮。晶粒粗，強度大。（2）建筑石膏（β型半水石膏）加熱條件：在非密閉窯爐中加熱脫水。用水量大，晶粒細，強度低。2021/10/10星期日452、建筑石膏的凝結(jié)與硬化CaSO4·1/2H2O+3/2H2OCaSO4·2H2O（化學(xué)反應(yīng)）二水石膏的溶解度僅為半水石膏的1/5左右，反應(yīng)總向右進行，溶液中，不斷析出二水石膏的膠粒。水化過程：膠粒晶體固體3、建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用（1）技術(shù)性質(zhì)顏色：白色粉末密度：ρ=2.6-2.75，ρ0′=800-1000Kg/m3凝結(jié)時間：t初≥6min,

t終≤30min,要延長凝結(jié)時間可加入緩凝劑，如硼砂，酒石酸堿鈉，檸檬酸，聚乙烯醇。硼砂：Na2B4O7·10H2O（十水四硼酸鈉），用于搪瓷、玻璃工業(yè)，以提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性、光澤、透明度、抗沖擊性及抗腐蝕性。2021/10/10星期日46孔隙率：P=50-60%,導(dǎo)熱系數(shù)小，吸聲性強，吸濕性大，可調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。裝飾性：質(zhì)地潔白細膩，因硬化時體積略有膨脹，可澆鑄出紋理細致的浮雕花飾。耐水性和抗凍性：較差，不宜用于潮濕的部位?？够鹦裕狠^好，因為遇火能放出結(jié)晶水，形成蒸汽幕。但也不能長期用于65°以上環(huán)境，以免脫水而失去強度。儲存：注意防潮，儲存3月后，強度降低30%左右，要重新進行質(zhì)量檢測。（2）應(yīng)用1）抹灰材料：即石膏砂漿（石膏+砂+緩凝劑+水）2）墻體材料：石膏板，石膏砌塊3）裝飾材料2021/10/10星期日47裝飾石膏板：用作墻面和吊頂，尺寸500×500×9，600×600×11(mm)2021/10/10星期日48嵌裝式裝飾石膏板：用于吊頂，嵌固在龍骨上。尺寸有

500×500×25（以上），

600×600×28（以上）普通紙面石膏板：用于室內(nèi)隔斷，吊頂，要經(jīng)過表面處理才能做裝飾材料，如抹膩子、刷漆。尺寸：長度1800，2100，2400，2700，3000，3300，3600寬度900，1200厚度9，12，15，18也可定做尺寸。吸聲用穿孔石膏板：用于音樂廳，影劇院，會議室的吊頂、墻面材料。尺寸500×500/600×600）×（9/12）耐水紙面石膏板：（添加耐水外加劑），用于廚房、衛(wèi)生間。耐火紙面石膏板：（添加無機耐火纖維），用于公共建筑，如影劇院、體育館、展館、幼兒園、商場的吊頂、墻面、隔斷。2021/10/10星期日49特種耐火石膏板(1h)用于防火等級要求高的建筑物。藝術(shù)浮雕裝飾制品石膏角線石膏造型石膏壁畫藝術(shù)頂棚，燈圈，角花藝術(shù)廊柱（羅馬柱）

3.3.2石灰（lime)屬于應(yīng)用較早的膠凝材料，用于內(nèi)外墻刷白，抹灰。目前，在道路施工中，多用作基層材料。原料來源廣，生產(chǎn)簡單，成本低廉，得到了廣泛的應(yīng)用。工程中常用的產(chǎn)品有：磨細生石灰粉，消石灰分，石灰膏。1、石灰的生產(chǎn)2021/10/10星期日50原料：石灰石，白云石，白堊，貝殼等。主要工序：破碎→加熱、煅燒→磨細化學(xué)反應(yīng)：CaCO3CaO+CO2產(chǎn)品：因原料中常含MgCO3,所以石灰中含有MgO,按其含量，建筑生石灰和消石灰分為：鈣質(zhì)石灰（MgO含量不超5%)鎂質(zhì)石灰（MgO含量超5%)鈣質(zhì)消石灰粉（MgO含量小于4%)鎂質(zhì)消石灰粉（MgO含量4-24%)白云石消石灰粉（MgO含量24-30%)2、石灰的熟化與硬化（1）熟化化學(xué)反應(yīng)：CaO+H2OCa（OH）2+64.9*103J熟化后，體積增大1-2.5倍。熟化方法根據(jù)用途不同有：900°以上2021/10/10星期日51用于拌制砌筑砂漿或抹灰砂漿：生石灰→石灰漿（化灰池中完成）→石灰膏（儲灰坑沉淀）石灰的陳伏：石灰漿應(yīng)在儲灰坑中儲存兩周以上，以充分熟化過火石灰，防止使用時抹灰隆起或開裂。用于拌制石灰土（石灰+粘性土），或三合土（石灰+粘土+砂石/粉煤灰/礦渣/爐渣/碎磚）：向石灰堆中，用水管分層注水，加水量為生石灰重量的60-80%，使其充分消解，又不過濕成團。用前，往往要悶幾天，類似于石灰漿的陳伏。（2）石灰的硬化石灰漿體在空氣中的硬化，包括兩個同時進行的過程：結(jié)晶作用：Ca(OH)2從飽和溶液中，結(jié)晶而出。碳化作用：Ca(OH)2+CO2+nH2O==CaCO3+(n+1)H2O碳化作用長時間內(nèi)僅限于表層，結(jié)晶作用主要在內(nèi)部發(fā)生。硬化過程產(chǎn)生了兩種晶體。過篩2021/10/10星期日523、石灰的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用技術(shù)性質(zhì)石灰漿具有良好的可塑性?？勺鳛閾郊恿霞尤胨嗌皾{中形成混合砂漿，提高和易性。硬化慢、強度低。石灰砂漿28天強度0.2-0.5MPa。不能用于潮濕地點，也不能單獨用于建筑基礎(chǔ)。CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2（具有可溶性）硬化過程中，體積顯著收縮。使用中，常摻入砂、紙筋。儲存要防潮，使用要注意安全。質(zhì)量分三級：優(yōu)等品、一等品、合格品。（2）應(yīng)用石灰乳刷白（內(nèi)墻、頂棚、外墻）。加入高爐礦渣/粉煤灰可提高耐水性；加入聚乙烯醇、干酪素、氯化鈣、明礬減少涂層粉化；加入耐堿顏料，可提高裝飾性。石灰砂漿（石灰膏+砂+水）砌墻，抹灰。

2021/10/10星期日53混合砂漿（水泥+石灰膏+砂+水）砌墻。石灰土（消石灰粉/生石灰粉+粘性土+水）作一般道路基層，或高等級道路的底基層。

石灰能顯著提高粘性土的強度和耐水性，原因是：

1）離子交換：石灰漿中的游離鈣離子和氫氧根離子與細粒粘土礦物中的鈉離子、氫離子發(fā)生交換，減薄粘土顆粒吸附水膜厚度，使土粒凝聚，形成穩(wěn)定團粒結(jié)構(gòu)，使石灰土獲得初期強度。2）石灰硬化過程中生成的氫氧化鈣晶體和碳酸鈣晶體相互結(jié)合，并把土粒結(jié)成整體，提高了石灰土的穩(wěn)定性。

3）粘土中少量的活性氧化鋁與氧化硅與氫氧化鈣反應(yīng)生成不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣（粘土主要成分為Al2O3·2SiO2·2H2O）。在土中形成凝膠結(jié)構(gòu)，使石灰土的剛度不斷增大，強度與水穩(wěn)定性不斷提高。影響石灰土強度的因素：1）石灰細度越大，穩(wěn)定效果越好。2）對粉質(zhì)粘土穩(wěn)定效果明顯優(yōu)于沙質(zhì)粘土，對均質(zhì)砂的穩(wěn)定效果較差，塑性指數(shù)小于12的土則不宜用石灰穩(wěn)定，最好用水泥來穩(wěn)定。

3）石灰穩(wěn)定土在最佳含水率條件下壓實獲得最大密實度，從而提高其強度和剛度。

2021/10/10星期日544）較高的溫度與適當(dāng)?shù)臐穸鹊酿B(yǎng)生有利于其強度增長。三合土（石灰+粘性土+粉煤灰/礦渣/砂石/碎磚/爐渣+水）用于鋪設(shè)道路基層，、建筑物基礎(chǔ)、簡易路面。二灰（石灰+粉煤灰）穩(wěn)定土1）二灰穩(wěn)定細粒土---二灰土2）二灰穩(wěn)定砂礫、碎石、礦渣、煤矸石等---二灰穩(wěn)定集料生產(chǎn)硅酸鹽制品原料：生石灰粉/消石灰粉+硅質(zhì)材料（粉煤灰/?；郀t礦渣/浮石、砂子）+水（有時加石膏）。工序：配料成型蒸養(yǎng)產(chǎn)品：墻板、砌塊、灰砂磚等隔熱保溫制品。2021/10/10星期日55高爐礦渣：即高爐鐵渣，主要成份：CaO，SiO2，MgO，Al2O3SiO2,FeO經(jīng)水結(jié)、碾壓后，易形成板體，整體強度高。浮石：屬火山熔巖，多孔輕質(zhì)、保溫、隔熱隔音。成份：SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3

可作活性混合料。3.1.3水玻璃（泡花堿）常用硅酸鈉水玻璃（Na2O·nSiO2)和硅酸鉀水玻璃（K2O·nSiO2).1、水玻璃的生產(chǎn)原料:石英砂+苛性鈉溶液工序：濕法+干法+石英砂苛性鈉溶液2-3大氣壓蒸氣加熱液體水玻璃石英砂碳酸鈉磨細、加熱1300-1400℃固體水玻璃2021/10/10星期日56化學(xué)反應(yīng)Na2CO3+nSiO2Na2O·

nSiO2+CO2↑

水玻璃的模數(shù)n=1.5-3.5n=1時，能溶于常溫的水中，模數(shù)加大，只能溶于熱水。n＞3時，要在4個大氣壓以上的蒸氣中才能溶解。n越大，水玻璃的粘結(jié)性越強，在液體水玻璃中加入尿素著可提高其粘結(jié)力。2、水玻璃的硬化液體水玻璃吸收空氣中的CO2，形成無定型硅酸，并逐漸干燥而硬化。Na2O·

nSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2·mH2O加入水玻璃質(zhì)量12-15%的硅氟酸鈉（Na2SiF6）能顯著加速硬化。3、性質(zhì)與應(yīng)用2021/10/10星期日57具有良好的粘結(jié)性，硬化時析出硅酸凝膠，能堵塞毛細孔具有抗?jié)B性能。良好的耐高溫性。在高溫下，強度不降低。高度的耐酸性。（1）涂刷建材表面可提高抗風(fēng)化能力用其水溶液（比重約1.35）涂刷黏土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土及石灰石等。但不能用于石膏。（2）配制快凝堵漏防水劑以水玻璃為基料加入2、3、4種礬配制。如四礬防水劑：藍礬（硫酸銅）、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）、紫礬（鉻礬）各1份，溶于60份100°C的水中，降溫至50°C，加入到400份水玻璃溶液攪拌而成。其凝結(jié)很快，不超過1分鐘，與水泥漿調(diào)和，可堵塞漏洞與裂縫。2021/10/10星期日58（3）用于土壤加固將模數(shù)為2.5-3的液體水玻璃和氯化鈣溶液交替壓入土體，二者反應(yīng)，生成硅酸膠體，包裹土粒并填實空隙。加固砂土，使其強度可達3-6MPa。（4）配制耐酸、耐熱砂漿和混凝土§3-2硅酸鹽水泥硅酸鹽產(chǎn)品：陶瓷、玻璃、水泥等。硅元素占地殼的26.3%，僅次于氧的48.6%。其氧化物、硅酸鹽構(gòu)成巖石、砂子、土壤占地殼質(zhì)量的90%以上。水泥是最主要的水硬性膠凝材料。3.2.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高爐礦渣、2021/10/10星期日59適量的石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（Portlandcement),不摻加混合料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，摻加混合料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥。分別記為P·Ⅰ和P·Ⅱ。1、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)石灰石黏土鐵礦粉

磨細生料

1400-1450°c石膏

熟料

P·Ⅰ磨細2021/10/10星期日60以上過程簡稱“兩磨一燒”。2、水泥熟料主要礦物：硅酸三鈣3CaO·SiO2

簡寫為C3S含量37-60%硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15-37%鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A7-15%鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10-18%少量的游離CaO和MgO及堿，總量不超過水泥量的10%。3.2.2硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)硬化1、硅酸鹽水泥的水化水化：熟料礦物與水發(fā)生的水解或水化作用統(tǒng)稱水化。水泥水化生成水化物并放出熱量。2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2水化硅酸鈣2021/10/10星期日612（2CaO·SiO2）+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)23CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（水化鋁酸三鈣）4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O3CaO·Al2O3·6H2O+3（CaSO4·2H2O）+19H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O（高硫型水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石）充分水化后的主要的水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣凝膠(不溶于水）

C-S-H含量約70%Ca(OH)2（微溶于水）

約20%鈣礬石及單硫型水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）約7%(不溶于水）

水化鐵酸一鈣2021/10/10星期日62各熟料礦物單獨與水作用時的特性名稱硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣凝結(jié)硬化速度快慢最快快28天水化放熱量多少最多中強度高早低后高低低2021/10/10星期日632、水泥的凝結(jié)與硬化凝結(jié)：水泥漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具強度的過程。硬化：水泥漿開始產(chǎn)生強度并逐漸發(fā)展成為堅硬的人造石的過程。水泥的凝結(jié)與硬化理論由LeChatelier于1882年創(chuàng)立。目前的理論認(rèn)為：水泥顆粒表面具有可塑性凝聚結(jié)構(gòu)初凝

凝聚-結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)終凝砼2021/10/10星期日643、影響cement凝結(jié)硬化的因素礦物成分C3S及C3A↑,setting&hardening↑細度fineness↑,setting&hardening↑加水量reasonablew/c養(yǎng)護時間curingtime前4周快后期慢養(yǎng)護溫度curingtemperature低于5℃很慢，0℃基本停止養(yǎng)護濕度curinghumidity灑水保濕兩周或更長石膏摻量降低凝結(jié)硬化速度，防止瞬凝instantsetting3.2.3Portlandcement的技術(shù)性質(zhì)GB175-1999對水泥有細度、凝結(jié)時間、安定性、強度等要求：1、細度：一般粒徑為0.007-0.2mm.0.04mm以下才具有很高的活性;0.1mm以上的活性很小。2021/10/10星期日65表示方法篩析法80μm方孔篩的篩余百分?jǐn)?shù)比表面積法單位質(zhì)量粉末具有的總表面積（m2/Kg)對水泥而言，應(yīng)大于300m2/Kg，一般為317-350m2/Kg。2、凝結(jié)時間初凝時間規(guī)定不小于45min,一般為1-3h.終凝時間規(guī)定不遲于6.5h,一般為3-4h.3、體積安定性指水泥硬化后，體積的變化是均勻的，不產(chǎn)生膨脹性裂縫。水泥體積安定性不良的原因：水泥熟料中含有過多的游離CaO或MgO，它們往往是過少的，水化慢，水化時體積膨脹，使構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫：CaO+H2O=Ca(OH)2MgO+H2O=Mg(OH)22021/10/10星期日66摻加的石膏過多，多余石膏會與已硬化的固體水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成鈣礬石，體積膨脹。用煮沸法(餅法和雷氏法)可快速檢驗CaO的危害,單不易檢驗MgO,尤其是過量石膏的危害,為此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥熟料中：游離MgO含量≤5.0%SO3含量≤5.0%體積安定性不良的水泥作廢品處理,不能用于工程.4、強度及強度等級用水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂=1：3，水灰比=0.5制得試件,在20±1℃的水中養(yǎng)護3天和28天,分別測得其抗壓強度,每組6個,取平均值作為抗壓強度的試驗結(jié)果。根據(jù)測定結(jié)果，把硅酸鹽水泥分為6個強度等級：42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5RR—早強型2021/10/10星期日675、堿含量水泥中的堿含量按Na2O+0.685K2O的計算值表示，使用活性骨料，堿含量高會產(chǎn)生堿--骨料反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。低堿水泥要求堿含量≤0.06%,也可由供需雙方協(xié)商.6、水化熱大型基礎(chǔ)、水壩、橋墩等大體積混凝土構(gòu)筑物，要用低熱水泥或采取內(nèi)部降溫、外部保溫的措施，消除內(nèi)外溫差，以杜絕產(chǎn)生由內(nèi)外溫差引起的裂縫。3.2.4水泥石的腐蝕與防止水泥石具有良好的耐久性,但有時也會受到一些介質(zhì)的緩慢腐蝕,常見的情況如下。1、軟水的侵蝕（溶出性侵蝕）指水泥石在流動及壓力的淡水作用下，其所含的Ca(OH)2不斷溶解，流失的現(xiàn)象。2021/10/10星期日68淡水：雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳酸鹽很少的河水與湖水。2、鹽類腐蝕（1）硫酸鹽的腐蝕海水、湖水、鹽沼水、地下水、一些工業(yè)污水等含有鈉、鉀、銨等硫酸鹽，能與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生置換反應(yīng),生成CaSO4。而CaSO4還能與水泥石中的固態(tài)水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成體積膨脹的鈣礬石是雙重的破壞。（2）鎂鹽的腐蝕地下水和海水中，含有大量的鎂鹽，主要是MgSO4和MgCl2它們能與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)：MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4·2H2O+Mg(OH)2(無膠凝能力）MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2易溶于水2021/10/10星期日69CaSO4·2H2O還能進一步破壞水泥石。3、酸類腐蝕（1）碳酸腐蝕由工業(yè)污水、地下水中的CO2引起：Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O進一步反應(yīng)：CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2（2）一般酸的腐蝕HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OH2SO4+Ca(OH)2=CaSO4·2H2O4、強堿的腐蝕3CaO·Al2O3+6NaOH=3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2腐蝕的主要原因：水泥石中存在Ca(OH)2和CaO·Al2O3·6H2O

易溶2021/10/10星期日70水泥石不密實，存在很多毛細通道。5、水泥石腐蝕的防止根據(jù)使用環(huán)境，選擇合適的水泥提高水泥石的緊密程度加做保護層如耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、瀝青等。3.2.5硅酸鹽水泥的應(yīng)用與存放1、應(yīng)用主要用于高強混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。要求快凝、早強、冬季施工、嚴(yán)寒地區(qū)施工工程。不適于受流動的淡水、海水作用的工程。不適于大壩、橋墩等大體積工程，如若使用須采取必要措施，消除水化熱帶來的問題。2021/10/10星期日712、存放注意防潮存放期不能過長一般的儲存條件，3個月后強度下降10-20%，6個月下降15-30%，一年下降25-40%。按不同的品種、強度等級、出廠日期分別存放§3-3摻混合料的硅酸鹽水泥3.3.1水泥混合材料摻加混合料的目的：改善水泥性能調(diào)節(jié)水泥強度等級1、混合料的類別(1)活性混合材料2021/10/10星期日72定義:磨細后與石灰或與石灰和石膏拌合在一起,加水后,在常溫下,能生成具有水硬性的水化產(chǎn)物的材料。常見種類:1）粒化高爐礦渣由煉鐵高爐的熔融礦渣經(jīng)急冷而成的松散顆粒粒徑0.5-5mm.其活性成分:活性SiO2和活性Al2O3可用于制造礦渣水泥2)火山灰質(zhì)混合料指火山灰一類物質(zhì),常用的有:含水硅酸質(zhì)混合料硅藻土、硅藻石、蛋白石、硅質(zhì)渣等鋁硅玻璃質(zhì)混合料火山灰、凝灰?guī)r、浮石和一些工業(yè)廢渣燒黏土質(zhì)混合料燒黏土、煤渣、煅燒的煤矸石2021/10/10星期日73火性成分氧化鋁與氧化硅主要用于制造火山灰水泥3）粉煤灰從熱電廠鍋爐煙道中收集的灰渣，也稱飛灰。粒徑0.001-0.05mm,呈玻璃態(tài)實心或空心的球狀顆粒?；鹦猿煞盅趸X與氧化硅制造火山灰水泥（2）非活性混合材料包括：磨細的石英砂、石灰石、慢冷礦渣等作用：降低水泥強度、減少水化熱、降低成本2、活性混合材料的作用本身不硬化或硬化很慢強度很低加到飽和的Ca(OH)2溶液中后：2021/10/10星期日74有顯著水化作用產(chǎn)生產(chǎn)生了無定型的水化硅酸鈣，可進一步轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕w，或結(jié)晶不完善的凝膠。xCa(OH)2+SiO2+m

H2OxCaO·SiO·nH2OCa(OH)2與活性氧化鋁相互作用生成水化鋁酸鈣液相中有石膏存在時，將與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣，具有水硬性。石灰和石膏激發(fā)了混合料的化學(xué)活性，故稱它們?yōu)榧ぐl(fā)劑。3.3.2普通硅酸鹽水泥1、成分硅酸鹽水泥熟料+6-15%混合料+適量石膏2、代號P.O2021/10/10星期日753、強度32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R4、凝結(jié)時間T初≥45min,T終≤10h5、特點及應(yīng)用早期硬化速度稍慢，抗凍性與耐磨性略差。廣泛應(yīng)用于混凝土或鋼筋混凝土，是我國的主要水泥品種。3.3.3礦渣硅酸鹽水泥（P.S)1、成分硅酸鹽水泥熟料+20-70%的?；郀t礦渣+石膏2、強度等級32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R3、特點2021/10/10星期日76存在二次水化反應(yīng)---熟料先與水反應(yīng)，其產(chǎn)物Ca(OH)2又與礦渣中的活性氧化硅和氧化鋁反應(yīng)。凝結(jié)硬化速度較緩慢，早期強度較低，后期強度（28天后）較高，甚至超過P.O。采用蒸汽養(yǎng)護，可顯著加快硬化速度。抵抗軟水、海水及硫酸鹽腐蝕能力強，適用于水工和海港工程。具有一定的耐熱性，用于耐熱混凝土。保水性差，拌合用水多，干縮性大?？箖鲂?、抗?jié)B性、抗干濕交替循環(huán)差。水化熱低，適于大體積混凝土工程。3.3.4火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥(P.P)1、成分2021/10/10星期日77硅酸鹽水泥熟料+20-50%的火山灰質(zhì)混合料+石膏2、特點在潮濕的環(huán)境中，火山灰質(zhì)混合料能吸收石灰而產(chǎn)生膨脹膠化作用，使水泥石結(jié)構(gòu)致密，具有較高的密實度和抗?jié)B性。不宜用于干熱環(huán)境，否則易產(chǎn)生表面“起粉”現(xiàn)象。水化熱低，可用于大體積混凝土。3.3.5粉煤灰硅酸鹽水泥（P.F)1、成分硅酸鹽水泥熟料+20-40%的粉煤灰+石膏2、特點拌合物和易性好。拌合用水少，干縮小，抗裂性較高。2021/10/10星期日783.3.6復(fù)合硅酸鹽水泥（P.C)硅酸鹽水泥熟料+2種以上的混合料+石膏六大通用水泥:P.I(II)P.OP.SP.PP.FP.C可查P68,表3-11.選用。2021/10/10星期日79§3-4其他水泥特性水泥:快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥、中熱水泥、低熱礦渣水泥、白色和彩色水泥、膨脹水泥、自應(yīng)力水泥。專用水泥、道路硅酸鹽水泥、油井水泥、砌筑水泥。3.4.1白色和彩色硅酸鹽水泥1、成分白色水泥：白色硅酸鹽水泥熟料+石膏彩色水泥：白色硅酸鹽水泥熟料+石膏+耐堿礦物顏料2、常用耐堿顏料氧化鐵（紅、黃、褐、黑）氧化錳（褐、黑）氧化鉻（綠）赭石（藍）普魯士紅2021/10/10星期日803、生產(chǎn)采用含極少量著色物質(zhì)的原料，如純凈的高嶺土、純凈的石灰石、純石英砂等。較高的加熱溫度1500-1600℃。煅燒、粉磨、及運輸時采取措施防止著色物質(zhì)混入。4、強度分為325，425，525，625四個標(biāo)號。5、白度特級、一級、二級、三級。6、凝結(jié)T初≥45min;T終≤12h.7、主要用于建筑物內(nèi)外的表面裝飾工程，如地面、樓面、樓面、樓梯、墻、柱、及臺階。2021/10/10星期日813.4.2快硬水泥1、快硬硅酸鹽水泥1）成分硅酸鹽水泥+適量石膏其中C3A含量8-14%；C3S含量50-60%；二者總量不低于60-65%。適當(dāng)增加石膏摻量（8%）提高水泥細度，比表面積3000-4000cm2/g.2)強度與標(biāo)號標(biāo)號：325、375、4253天抗壓強度：32.5、37.5、42.53）應(yīng)用適用于要求早期強度高的工程，緊急搶修工程，冬季施工，制作混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制件。2021/10/10星期日822、鋁酸鹽水泥1）生產(chǎn)2）熟料CaO·Al2O3鋁酸一鈣CA硬化迅速，強度高。CaO·2Al2O3二鋁酸一鈣CA2硬化較慢，強度早期較低，后期強度高。C12A7

七鋁酸十二鈣硬化迅速，強度不高。鋁釩土石灰石生料熟料成品磨細煅燒磨細2021/10/10星期日833）水化溫度小于20度時CaO·Al2O3+10H2O→CaO·Al2O3·10H2O（水化鋁酸鈣CAH10）溫度在20-30度時2（CaO·Al2O3）+11H2O→2CaO·Al2O3·8H2O+Al2O3·3H2O溫度高于30度時3（CaO·Al2O3）+12H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+2（Al2O3·3H2O）水化產(chǎn)物一般條件為CAH10

，C2AH8；較高溫度下（30度以上）主要為C3AH6。CAH10

，C2AH8均屬于六方晶體，具有細長的針狀和板狀結(jié)構(gòu)，能互相結(jié)成堅固的結(jié)晶連生體，形成晶體骨架，析出的鋁膠難溶于水，填充于晶體骨架的空隙中，形成密實的水泥石結(jié)構(gòu)。水化鋁酸二鈣鋁膠2021/10/10星期日844）特點顏色為黃褐色，有的灰色；根據(jù)Al2O3含量分為CA-50,60,70,80四類。強度水泥類型Al2O3含量/%抗壓強度/MPa抗折強度/MPa6h1d3d28d6h1d3d28dCA-50[50,60)204050-3.05.56.5-CA-60[60,68)-204580-2.55.010CA-70[68,77)-3040--5.06.0-CA-80≥77-2530--4.05.0-2021/10/10星期日85凝結(jié)時間CA-50,70,80t初≥30min,t終≤6hCA-60t初≥60min,t終≤18h總結(jié)：快凝、早強、高強、低收縮、耐熱、耐硫酸鹽腐蝕。水化熱大、耐堿性差、長期強度會降低。5)應(yīng)用工期緊急的工程；搶修工程；冬季施工工程；耐熱混凝土工程；耐硫酸鹽混凝土工程。2021/10/10星期日863、快硬硫鋁酸鹽水泥1）成分

無水硫鋁酸鈣3(Ca·Al2O3)·CaSO4水化快，早期生成大量的鈣礬石和鋁膠，使水泥早期強度高。Β型硅酸二鈣較低的溫度燒成(1250-1350℃)，活性高，水化快，水化硅酸鈣凝膠填充于晶體骨架中，提高密實度，保證了后期強度的增長。2）技術(shù)指標(biāo)強度以3天的抗壓強度劃分為425、525、625三個標(biāo)號。細度比表面積不得低于380m2/kg.2021/10/10星期日87凝結(jié)時間初凝時間不得早于23min,終凝不得遲于3h.3.4.3膨脹水泥與自應(yīng)力水泥1、兩種類型：硅酸鹽型和鋁酸鹽型。標(biāo)號抗壓強度/MPa抗折強度/MPa12h1d3d12h1d3d42529.434.441.15.96.46.952536.844.151.56.46.97.462539.251.561.36.97.47.82021/10/10星期日88硅酸鹽型硅酸鹽水泥+高鋁水泥+石膏鋁酸鹽型高鋁水泥+二水石膏2、膨脹機理主要是硬化初期，高鋁水泥中的鋁酸鹽和石膏遇水化合，生成鈣礬石晶體，開始時，充填水泥石內(nèi)部孔隙，后來鈣礬石數(shù)量增多，晶體長大，體積膨脹。3、應(yīng)用膨脹水泥適用于防滲混凝土、填灌接縫和接頭、結(jié)構(gòu)的加固與修補。自應(yīng)力水泥（自應(yīng)力大于2MPa)用于制造自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管及配件。2021/10/10星期日89第四章水泥混凝土及砂漿（concreteandmortar)1、混凝土的定義由膠凝材料，水，和粗細骨料按適當(dāng)?shù)谋壤浜?、拌制成拌合物，?jīng)一定時間硬化而成的人造石材。2、按表觀密度分類1）重混凝土ρ0＞2600kg/m3(用試件在105度條件下測得）用重晶石、鋼屑作骨料，能防x,γ射線。2）普通混凝土1950kg/m3

≤ρ0≤2500kg/m3

。3）輕混凝土ρ0＜1950kg/m3

輕骨料混凝土ρ0=800-1950kg/m3

輕骨料：浮石、火山渣、陶粒、膨脹珍珠巖、膨脹礦渣、煤渣等。2021/10/10星期日90a.陶粒人造輕骨料，將頁巖、粘土、珍珠巖、凝灰?guī)r等在回轉(zhuǎn)窯中高溫（1050-1300℃）快速焙燒，膨脹而成,主要成分為SiO2,Al2O3。陶粒特點：質(zhì)輕、高強、耐火、耐化學(xué)、細菌腐蝕、抗凍、抗震。b.膨脹珍珠巖是以珍珠巖、松脂巖、黑耀石（均屬于火山灰玻璃質(zhì)熔巖）為原料加工而成。主要用于：保溫、隔熱、防輻射、防水防潮、吸音、過濾材料、混凝土骨料。c.重晶石化學(xué)成分是BaSO4,能吸附x射線、γ射線。2021/10/10星期日91多孔混凝土ρ0=300-1000kg/m3

包括泡沫混凝土，加氣混凝土。大孔混凝土a.普通大孔混凝土ρ0=1500-1900kg/m3

b.輕骨料大孔混凝土ρ0=500-1500kg/m3

3、特種混凝土高強混凝土流態(tài)混凝土防水混凝土耐熱混凝土耐酸混凝土纖維混凝土聚合物混凝土噴射混凝土2021/10/10星期日924、混凝土的優(yōu)點可澆筑出各種形狀、尺寸的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)；與鋼筋配合制成鋼筋混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)；抗壓強度高；耐久性好，維修費用低；造價較低。5、缺點自重大，不利于建造大跨度結(jié)構(gòu)；抗拉強度低，抗裂性差，不利于結(jié)構(gòu)抗?jié)B；現(xiàn)場澆筑時，工序多，要養(yǎng)護，工期長。6、對混凝土質(zhì)量的基本要求具有符合設(shè)計要求的強度；具有與施工條件相適應(yīng)的和易性；具有與工程環(huán)境相適應(yīng)的耐久性。2021/10/10星期日93§4-1普通混凝土的組成材料物質(zhì)組成：水泥(cement)水(water)砂子(sand)石子（gravel)有時，還添加：外加劑（additionagent,又稱第五組分）摻合料（admixture,又稱第六組分）4.1.1各組成材料的作用砂石：骨架作用，限制混凝土的干縮，提高強度與耐久性。水泥漿：硬化前包裹骨料，充填空隙，并起潤滑作用，使之具有和易性，易于施工；硬化后，將骨料膠結(jié)成堅實的整體。2021/10/10星期日944.1.2混凝土組成材料的技術(shù)要求Concrete的技術(shù)性質(zhì)取決于：組成材料的性質(zhì)及相對含量；施工工藝（攪拌、輸送、成型、養(yǎng)護）。1、水泥（1）cement品種:選擇根據(jù)工程特點和所處的環(huán)境，一般選用:P.I(II),P.O,P.S,P.P,P.F,P.C。（2）水泥強度等級的選擇

cement強度等級應(yīng)與concrete的設(shè)計強度相適應(yīng)。一般配制高強度等級的concrete,選用高強度等級的cement。2、細骨料（fineaggregate）Ф0.15-4.75mm的天然砂，包括河砂、海砂及山砂，以河砂應(yīng)用較多。2021/10/10星期日95質(zhì)量要求：（1）有害雜質(zhì)含量a.有害雜質(zhì)：云母、粘土、淤泥、粉砂等。b.危害：妨礙水泥與砂的粘結(jié)，降低強度；有時含有硫化物、硫酸鹽，對cement石有腐蝕作用。c.重要混凝土工程用砂要進行堿活性檢驗。d.用海砂配制混凝土或鋼筋混凝土（reinforcedconcrete)要求海砂中Cl-含量≤0.06%；預(yù)應(yīng)力混凝土（prestressedConcrete)不宜用海砂，必須用時Cl-含量≤0.02%。（2）顆粒形狀及表面特征均會影響與水泥的粘結(jié)及混凝土拌合物的流動性。（3）砂的顆粒級配及粗細程度2021/10/10星期日96砂的級配（grading,gradation)：砂子大小顆粒搭配情況。砂的粗細程度：不同粒徑的砂?；旌?/p>