整套教学课件《土木工程材料》

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,土木工程材料,绪 论,一,.,土木工程材料的定义,二,.,土木工程材料的分类,按化学成分,无机材料,有机材料,复合材料,按使用功能,结构材料,墙体材料,功能材料,土木工程（建筑物、构筑物）中使用的各种材料及制品,有机材料,无机材料,复合材料,黑色金属：钢、铁、不锈钢等,金属材料,非金属材料,有色金属：铝、铜等其他合金,天然石材：砂、石及石材制品等,烧土制品：砖、瓦、玻璃等,胶凝材料：石灰、石膏、水泥、水玻璃等,砼及硅酸盐制品：砼、砂浆及硅酸盐制品,植物材料：木材、竹材等,沥青材料：石油沥青、煤沥青、沥青制品等,高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂等,无机非金属与有机复合：玻璃钢、聚合物砼、沥青混合料等,金属材料与无机非金属材料复合：钢纤维砼等,金属材料与有机材料复合：轻质金属夹芯板,分：,强制性,推荐性,如：,GB,GB/T,国家标准,GB,行业标准,专业标准,地方标准,DB,标准构成,标准代号,标准顺序号,发布年代号,标准名称,建工,JG,交通,JT,建材,JC,冶金,YB,石化,SH,企业标准,QB,标,准,名,称,标,准,代,号,标,准,顺,序,号,发,布,年,代,号,例如：,聚氨酯建筑密封膏,JC/T,482,2003,三,.,技,术,标,准,材料性质,（,性能,）,（,特性,）,合理应用,技术要求,物理性质,掌握,目的,化学性质,力学性质,耐久性,取决于,1,.,材料组成,2,.,材料结构,3,.,试验条件,第一章,.,土木工程材料的基本性质,检验检测,常用规格,1,.,材料组成,化学组成,矿物组成,相组成,2,.,材料结构,宏观结构,细观结构,微观结构,纳观结构,A.,晶体结构,B.,玻璃体结构,C.,胶体结构,3,.,试验条件,试件形状、尺寸,试件表面状况、含水状态,试验温、湿度；加荷速度,定义,特征,A.,晶体结构,B.,玻璃体结构,定义,特征,C.,胶体结构,定义,特征,质点在空间按特定的规则呈周期性排列,特定的几何外形；各向异性,(,金属材,料除外,),；固定的熔点，化学稳定性高,高温熔融物经急冷后，质点来不及,按一定的规则排列便凝固成固体,各向同性；导热性较低；无固定的,熔点；化学稳定性差,(,即，活性高,),分散相分散在连续相介,质中形成的分散体系,较强的吸附力和粘结力；比晶体,和玻璃体结构强度低、变形大,第一节,.,材料的基本物理性质,1.,密度,2.,表观密度,0,3.,堆积密度,0,4.,孔隙率,P,5.,空隙率,P,材料在绝对密实状态下单位体积重量,材料在自然状态下单位体积重量,散粒材料在堆积状态下单位体积重量,一,.,材,料,与,质,量,有,关,的,性,质,材料内部孔隙体积占表观体积的百分率,材料之间空隙体积占堆积体积的百分率,体积密度,毛体积密度,比重,容重,松散容重,闭口孔隙,开口孔隙,实 体,开口孔隙,闭口孔隙,实体,V,V,闭,V,开,V,o,孔隙体积,V,孔,= V,开,+ V,闭,空 隙,V,空,堆积体积,V,o,= V,o,+ V,空,=V+V,开,+ V,闭,+ V,空,表观体积,V,o,= V+ V,孔,= V+V,开,+ V,闭,V,o,V,孔,V,空,=,V,空,i,V,0,=,V,0i,1,.,密度,2.,表观密度,3.,堆积密度,式中：,V,实体体积,李氏密度瓶测,V,式中：,V,0,表观体积，表面封蜡测,V,0,表观密度又称,容重,，,分,式中：,V,0,堆积体积，容量筒测,V,0,干容重,湿容重,饱水容重,4.,孔隙率,5.,开口孔隙率,6.,闭口孔隙率,7.,空隙率,孔隙、孔隙率与孔隙,(,形态,),特征,粗孔与细孔,毛细孔使材料吸水率增大、耐久性,降低。一般来说粗孔不易吸满水，,微细孔隙吸水率非常大,.,开孔与闭孔,开孔相对闭孔对材料强度、保温性、,耐久性更不利,.,或增加闭口孔隙，可,提高材料保温性、耐久性,.,1.,一般来说,(,单个,),孔隙尺寸,增大,材料,强度降低,导热系数增大,2.,孔隙率,增大,，,材料表观密度减小；,强度降低,；,导热系数,减小；吸水率,增大；透气、透水性变大。,抗冻性是否降低，要视孔隙大小和形态特,征而定,3.,孔隙,(,形态,),特征,V,=170 cm,3,V,+ V,闭,=210 cm,3,V,0,=,V,+ V,开,+ V,闭,=260 cm,3,某材料干燥试样重,450g,，浸入水中吸水饱和后排出水的,体积,210cm,3,；取出用湿布抹干再浸入水中排出水的体积,260cm,3,；试样磨细后烘干再浸入水中，排出水的体积,170cm,3,。,求：该材料密度,，表观密度,0,，开口孔隙率,P,K,，闭口孔隙率,P,B,则：,例题,解,：,V,= 170 cm,3,V,闭,= 40 cm,3,V,开,= 50 cm,3,密度,表观密度,开口孔隙率,闭口孔隙率,二,.,材料与水有关的性质,1.,亲水性,憎水性,润湿,(,边,),角,90,亲水性材料,90,憎水性材料,水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的吸引力,大于水分子与材料分子之间的吸引力,2.,吸水性,材料在水中吸收水分的性质,指标,重量吸水率、体积吸水率,3.,吸湿性,材料在空气中吸收水分的性质,指标,含水率,吸,(,含,),水率增大，对材料的许多性质有不良影响：,如容重增加、体积膨胀、导热（系数）性增大，强度及抗冻性下降等。,6.,材料的含,水状态,干燥,(,即，绝干,),状态,4.,耐水性,材料抵抗水的破坏作用的能力,指标,软化系数：软化系数增大，材料的耐水性愈好，,反之，材料的耐水性愈差。,工程中将软化系数,0.85,的材料称为耐水材料,5.,抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质,指标,渗透系数：渗透系数越大，,抗渗性越差。,抗渗等级：,P4,、,P6,、,P8,、,P10,、,P12,等。,其中：,P12,表示材料能够承受的最大水压为,1.2MPa,气干状态,饱和面干状态,湿润状态,8.,重量吸水率,9.,体积吸水率,二者关系,10.,含水率,某材料饱水容重,0,饱,=,1900/m,3,，体积吸水率,w,v,=46%,求,:,干容重,0,解,:,例题,三,.,材料与热有关的性质,1.,导热性,材料两侧存在温差时,热量由一侧传至另一侧的性质,愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝热性能愈好。,工程界将 ,0.23W/(m,k),的材料，称为绝热材料，或节能材料,指标,导热系数,材料组成与结构,材料的孔隙率,材料的孔隙特征,材料的含水状态,受控于,最好的绝热材料为静止（态）空气，其,=0.023W/(mk),房建中采用的空心砖,(,砌块,),、加气砼砌块中含有较多的静,态空气，是良好的节能材料。,2.,热容量,材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质,指标,比热,容,比热,容,大的材料，热容大，有利于建筑物内部温度稳定,3.,热胀冷缩,材料随温度变化时其尺寸变化的性质,指标,线膨胀系数,用于计算材料在温度变化时,引起的变形或产生的温度应力,建筑物的围护结构宜选用,比热容大、导热系数小的材料,4.,保温隔热,保温,防止室内热量的散失,隔热,防止室外热量的进入,一,.,强度,1.,定义,材料在外力作用下抵抗破坏的能力,2.,分类,抗压、抗拉、抗剪、抗弯,(,折,),.,抗压、抗拉、抗剪强度,公式,式中：,f,强度（,MPa,）,；,A,受力面积（,mm,2,）；,F,max,最大破坏荷载,（,N,）,.,抗弯（折）强度,f,分一点、两点加荷。 公式见教材,3.,比强度,材料强度与表观密度之比。,是衡量材料轻质、 高强的指标。,第二节,.,材料的基本力学性质,例,:,直径为,18mm,的钢筋,最大破坏荷载,120KN,求其抗拉强度,f,解：由题知,:,A = 9,2,抗拉强度,f,= Fmax/,A = 120,10,3,/,9,2,= 471.57 MPa,4.,强度与强度等级,A.,强度等级：,材料常根据,极限强度,的大小,划分为不同的,强度等级,或,标号,我国的规范以前采用,标号,值；目前采用,强度等级,值。,B.,强度与强度等级,区别,：,a.,强度是实测值，强度等级是人为规定的强度范围。,b.,强度指的是材料的极限值，是唯一的。,c.,每一强度等级则包含一系列强度值。,联系,：,某一材料强度等级的确定必须以其极限强度值为依据,.,5.,影响材料强度的因素,A.,材料的组成、结构与构造,即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不一样。,B.,孔隙率与孔隙特征：,孔隙率愈大，材料的强度愈小。一般表观密度大的材料，其强度也大。,对于同一材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。,C.,试件的形状和尺寸：,受压时，立方体试件的强度值,棱柱体试件的强度值，相同材料采用小试件测得的强度较大试件高。,D.,加荷速度：,当加荷速度快时，由于变形速度落后于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之，速度慢时，材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。,E.,试验环境的温度、湿度：,温度高、湿度大时，试件会有体积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间的作用力减弱，测得的强度值偏低。,F.,受力面状态：,受力面的平整度，润滑情况等。试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。,混凝土路面砖抗折强度试验,混凝土路面砖抗压强度试验,建筑钢筋的拉伸试验,二,.,弹性与塑性,在外力作用下，材料既产生内力,(,M,、,V,、,N,、,T,),又产生变形,(,弹,、,塑,),A.,弹性变形,弹,属于可逆变形，胡克定律,(,=,),代表弹性材料,B.,塑性变形,(,又称：,残余变形,、,永久变形,),塑,属于不可逆变形,A.,脆性,外力作用下直至破坏无明显塑性变形而突然发生破坏的性质,抗压强度比抗拉强度高若干倍以上,特征 适合作受压构件,不适合作受拉构件,不适合承受冲击、振动荷载,B.,韧性,冲击外力下既吸收能量又产生变形而不破坏的性质。,抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的,韧性,静,荷载,作用时不产生加速度的荷载。如结构自重,动荷载,作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载,三,.,脆性与韧性,建筑钢材,外力小时产生,弹,，外力超某限值时产生,塑,弹性塑性材料,混凝土,外力作用时,弹,和,塑,同时产生,弹塑性材料,混凝土,、,玻璃,、,石材,、,陶瓷,、,铸铁,等材料均为脆性材料,如,木材,、,钢材,1.,一质量为,4.1kg,，体积为,10,L,的容量筒，内部装满最大粒径为,20mm,的碎石，称得总质量为,19.81kg,。向上述容量筒内注水，待石子吸水饱和后再注满水，称得其时总质量为,23.91kg,。将此吸水饱和的石子用湿布擦干表面，称得石子的质量为,16.02kg,。,求该碎石,: (1),堆积密度,0,(1571 kg/m,3,),；,(2),质量吸水率,W,m,(2%),(3),表观密度,0,(2530 kg/m,3,),；,(4),空隙率,P,(37.9%),提示,：,已知,m,=19.81,4.1=15.71kg,，,V,空,=,V,水,= (23.91,4.1,16.02)/,=,3.79L,则,V,0,=10,3.79,=,6.21L,=,6.21 10,-3,m,3,表观密度,0,=,m,/,V,0,=,15.71,/ 6.21 10,-3,= 2529.79,kg/m,3,2.,某材料在吸水饱和时的容重,0,饱,为,1600kg/m,3,，体积吸水率,W,v,为,15%,。,计算该材料,: (1),干容重,0,干,(1450kg/m,3,),(2),质量吸水率,W,m,(10.3%),(3),开口孔隙率,P,k,(15%),(4),若材料的密度,为,2.6g/cm,3,求孔隙率,P,(44.2%),作业,第二章,.,气硬性胶凝材料,胶凝材料,1.,定义,-,能将散粒材料或块状材料粘结成整体的材料,2.,分类,-,无机胶凝材料、有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,-,只能,也只能,无机,胶凝材料,水硬性胶凝材料,-,不仅,而且,强 度,耐水性,抗渗、抗冻性,用 途,气硬性,低,差,差,地面以上、干燥环境,水硬性,高,好,好,干燥或潮湿环境、水中,3.,气硬性与水硬性胶凝材料的差异,有机胶凝材料,沥青,树脂,各种水泥,水硬性,石灰,石膏,水玻璃,菱苦土,气硬性,无机胶凝材料,胶凝材料,第一节,.,石 灰,放热,体积膨胀,1,2.5,倍,石灰石,正火（生）石灰分两类,当,MgO,5%,时,为钙质生,石灰； 当,MgO,5%,时,为镁质生,石灰,欠火（生）石灰,火候不足,不能消解（熟化）,过火（生）石灰,火候太足,熟化缓慢,硬化后有膨胀,引起隆起和开裂,为消除上述危害，需,“,陈伏,”,两周以上方可使用,熟（消）石灰分三类,当,MgO,4%,，为钙质消,石灰,当,4%,MgO,24%,，为镁质消,石灰,当,2,4%,MgO,30%,，为白云石消,石灰,一,.,原料与生产,二,.,石灰的熟,(,消,),化、水化,干燥,结晶,水分蒸发,Ca(OH),2,饱和液中结晶析出,碳化,硬化,CO,2,+H,2,O,+,Ca(OH),2,CaCO,3,晶体,三,.,石灰的硬化,四,.,石灰的特性,两个,过程,石灰硬化体由表里不同的晶体构成,-,表面,CaCO,3,晶体、,内部,Ca(OH),2,晶体,1.,可塑性好,保水性好,2.,凝结硬化慢,强度低,3.,耐水性差,4.,体积收缩大，易开裂,（,不宜单独使用，使用时需掺入骨料或纤维,）,五,.,石灰的技术标准,建筑生石灰,JC/T 479-92,、,建筑生石灰粉,JC/T 480-92,、,建筑消石灰粉,JC/T 481-92,六,.,石灰的应用,1.,石灰砂浆,混合砂浆, 砌筑墙体,2.,石灰土,三合土, 作建筑地基、道路路基,3.,硅酸盐建筑制品,(,绿色建材,), 墙体材料,砂 灰砂砖,石灰,+,粉煤灰,+,水 ,粉煤灰砖,煤矸石 煤矸石砖,过火石灰膨胀裂纹,石灰网状收缩裂纹,第二节,.,石 膏,石膏矿,CaSO,4,2H,2,O,CaSO,4,0.5H,2,O,（晶体）,CaSO,4,0.5H,2,O,（晶体）又分为,CaSO,4,0.5H,2,O,高强石膏,CaSO,4,0.5H,2,O,建筑石膏,一,.,原料与生产,二,.,石膏的硬化,三,.,石膏的技术标准,CaSO,4,0.5H,2,O,（晶体）,+,H,2,O,CaSO,4,2H,2,O,（晶体）,建筑石膏,GB 9776-2008,高强石膏,晶体粗大结实,比表面积小,需水量小,孔隙率小,强度高,建筑石膏,晶体微细,比表面积大,需水量大,孔隙率大,强度低,四,.,石膏的特性,1.,凝结硬化快,强度低,(,比石灰高,),2.,硬化后体积微膨胀,(0.51.0%),可单独使用,表面光滑细腻，形体饱满密实,装饰性好、尺寸稳定好,3.,孔隙率大,则,容重小,强度低,保温隔热、吸声性好,可调节室内温湿度；,但抗渗性，抗冻性差，耐水性差，吸湿性强。,4.,防火性能好，加工性能好,五,.,石膏的应用,1.,石膏抹灰材料,2.,石膏墙体材料,3.,石膏装饰板、浮雕艺术石膏装饰配件,普通石膏板,耐水石膏板,耐火石膏板,纸面石膏板,用作：分室墙、,内隔墙、,吊顶,等装饰,石,膏,的,硬,化,石膏粉吸湿后受潮,轻钢龙骨纸面石膏板吊顶,内龙骨纸面石膏板墙体,第三节,.,水玻璃,一,.,水玻璃的定义,由不同比例的碱金属和二氧化硅组成，俗称泡花碱,常用硅酸钠水玻璃,Na,2,OnSiO,2,。,常用的,n=1.5,3.5,二,.,水玻璃的生产,湿法,(,液体水玻璃,),；,干法,(,固体水玻璃,),三,.,水玻璃的模数,SiO,2,与,Na,2,O,的分子比,n,称为水玻璃的模数,1.,模数对性能影响,水玻璃模数越大，硬化越快，干缩越大，粘结力愈大，,强度愈高；,2.,密度对性能影响,同一,模数液体水玻璃，密度愈大，浓度愈大，粘结力,愈大，强度愈高。,四,.,水玻璃的硬化,水玻璃吸收了空气中的,CO,2,形成了无定形硅酸。,Na,2,OnSiO,2,+,CO,2,+,mH,2,O,Na,2,CO,3,+,nSiO,2, mH,2,O,水玻璃硬化速度缓慢,需,加热,促进硬化或加入,Na,2,SiF,6,作,促硬（凝）剂,五,.,水玻璃的特性,粘结力强，强度较高，耐酸、耐热性高，耐碱性差，耐水性差,六,.,水玻璃的应用,1.,土壤加固；,2.,配制耐热混凝土和耐热砂浆；,3.,配制耐酸混凝土和耐酸砂浆,石灰、石膏、水玻璃比较,硬化条件,硬化速度,体积变化,强度,应 用,石灰,干燥环境，吸收,CO,2,慢,收缩,低,混合砂浆；硅酸盐制品,石膏,干燥环境,快,膨胀,高,装饰材料,水玻璃,干燥环境，吸收,CO,2,最慢,收缩,最高,耐酸,(,热,),砂浆和混凝土,土壤加固,(2),按,化学成分,分类,硅酸盐,系,水泥、铝酸盐,系,水泥、硫铝酸盐,系,水泥、,铁铝酸盐,系,水泥等,第三章,水泥,(cement),1.,水泥的定义,国外称,硅酸盐水泥,为,波特兰水泥,（,Portland Cement,）,1824.10.21,，英国利兹（,Leeds,）城的泥水匠阿斯谱丁（,J. Aspdin,）获得,英国第,5022,号的,“,波特兰水泥（,Portland Cement,）,”,专利证书,1892,年，河北省唐山启新,洋灰,有限公司生产出我国第一袋水泥,2.,水泥的分类,(1),按,用途和性能,分类,分 类,品 种,通用水泥,硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥,专用水泥,道路水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、油井水泥,特性水泥,高铝水泥、膨胀水泥、快硬硅酸盐水泥、自应力水泥、白色硅酸盐水泥,建筑三大材,钢材、水泥、木材,第一节,.,通用硅酸盐水泥,B.,生产方式,C.,生产过程,两磨一烧,硅酸盐水泥熟料,混合材料,石膏,磨细为成品,+,+,A.,技术标准,2008,年,6,月,1,日国家实施,通用硅酸盐水泥,GB1752007,新国标,。,我国已逐步淘汰了立窑工艺生产水泥，目前采用更环保、高效、节能的,旋窑（回转窑）工艺。,水泥厂全景,水泥旋窑示意图,水泥立窑,示意图,D.,通用硅酸盐水泥定义、组分、代号,定义,以硅酸盐水泥,熟料,和适量,石膏,，及规定的,混合材料,制成的水硬性胶凝材料,分类,硅酸盐,水 泥,普通水泥,矿渣水泥,火山灰,水 泥,粉煤灰,水 泥,复合水泥,I,型,混合材料,0%,5,%,且,20,%,混合材料,A,型,20,%,且,50,%,粒化高炉矿渣,20,%,且,40,%,火山灰质,混合材料,20,%,且,40,%,粉煤灰,20,%,且,40,%,两种或两种以上规定的混合材料,II,型,混合材料,5%,B,型,50,%,且,70,%,粒化高炉矿渣,P,I,P,O,(,ordinary portland cement,),P,S,(,portland bl- astfurnace slag cement,),P,P,(,portland pozzolane cement,),P,F,(,portland,flyash,cement,),P,C,(,composite,portland,cement,),P,II,混,合,材,料,含,量,代号,一,.,硅酸盐水泥熟料,矿 物 名 称,化 学 式,代 号,含 量,硅酸三钙,3CaO,SiO,C,3,S,37%,60%,硅酸二钙,2CaO,SiO,C,2,S,15%,37%,铝酸三钙,3CaO,Al,2,O,3,C,3,A,7%,15%,铁铝酸四钙,4CaO,Al,2,O,3, Fe,2,O,3,C,4,AF,10%,18%,游离氧化钙、氧化镁,f,CaO,、,fMgO,少量,碱,Na,2,O +0.658K,2,O,少量,名 称,硅酸三钙,硅酸二钙,铝酸三钙,铁铝酸四钙,凝结硬化速度,快,慢,最 快,快,28d,水化热,多,少,最 多,中,强 度,早期高,后期增长慢,早期低,后期高,低,低,耐化学腐蚀,中,良,差,优,硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量,硅酸盐水泥熟料的特性,二,.,混合材料,1.,定义,在磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料,2.,掺入目的,降低水泥成本,改善水泥性能,调节水泥强度等级,3.,分类,活性,混合材料,与石灰和水拌合后,常温下能使石灰,成为水硬性胶凝材料的矿物材料,非活性,混合材料,与石灰和水拌合后,常温下不能使石,灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料,粒化高炉矿渣,火山灰质混合材料,粉煤灰,磨细石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣等,活性,SiO,2,、活性,Al,2,O,3,玻璃体结构,三,.,石膏,调凝剂,即调节水泥的凝结硬化速度,4.,火山灰反应,(,活性、效应、作用,),、二次,反应,SiO,2,C-S-H,凝胶,(,水化硅酸钙,),Al,2,O,3,C-A-H,晶体,(,水化铝酸钙,),H,2,O,Ca(OH),2,+,+,CaSO,4,2H,2,O,+,Aft,晶体,(,高硫型水化硫铝酸钙,),C-A-H,H,2,O,Ca(OH),2,+,+,碱性激发剂,硫酸盐激发剂,粉煤灰颗粒,矿渣颗粒,四,.,通用硅酸盐水泥的水化,1.,硅酸盐、普通水泥的水化,混合材料少,主要为熟料矿物的水化,熟,料,矿,物,石膏,C,3,S,C,2,S,C,3,A,C,4,AF,H,2,O,+,C-S-H,凝胶,(,水化硅酸钙,),C-A-H,晶体,(,水化铝酸钙,),CH,晶体,(,氢氧化钙,),C-F-H,凝胶,(,水化铁酸钙,),+,C-A-H,晶体,(,水化铝酸钙,),+,+,H,2,O,H,2,O,+,CaSO,4,2H,2,O,+,Aft,晶体,(,高硫型水化硫铝酸钙,),C-A-H,Afm,晶体,(,单硫型水化硫铝酸钙,),石膏耗尽时,2.,矿渣、火山灰及粉煤灰水泥,的水化,混合材料多,熟料矿物少,水化分两次（步）进行,熟料矿物水化,一次水化,CH,晶体,混合材料水化,二次水化,火山灰反应,激发剂,3.,综上所述,忽略次要成分,通用硅酸盐水泥的水化反应,(,产,),物,水化（产）物,凝胶,晶,体,C-S-H,凝胶,C-F-H,凝胶,CH,晶体,C-A-H,晶体,Aft,晶体、,Afm,晶体,孔,隙,五,.,水泥石,1.,水泥石,水泥水化硬化后形成的具有一定强度的,人造石,水化,(,产,),物,C-S-H,凝胶,(,70%,),CH,晶体,(,20%),AFt,晶体,(7%),未水化水泥颗粒,(,内核,),无论水化多久，水泥颗粒内核很难完全水化,毛细孔,水泥颗粒间未被水化物填充,(,原来充水,),的空间,孔隙,水泥水化理论需水,23%,，实际施工加水,30%,70%,，多余水分蒸发形成毛细孔,凝胶孔,凝胶,(,C-S-H,、,C-F-H,),体内部的孔隙,占凝胶体积,28%,水,（水化物内部）,结晶水、,（水泥水化剩余）,自由水,水,泥,石,组,成,综上所述,故：,水泥石是由,固,、,液,、,气,等三相组成的复杂的,混合物, 由于水泥石中含有大量,CH,晶体,，,或者说其它水化,(,产,),物是在,CH,的饱和,溶液,中生长发育并能稳定存在，则水泥石是一种碱性物,质，,其,PH,值,12.5,因砂石为惰性物质，而水泥石呈碱性，则砼,(,砂浆,),是碱性物质, 碱性的砼,(,砂浆,),容易被自然界中的酸、盐类物质腐蚀, 碱性的砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护，使钢筋不易锈蚀,水,泥,石,组,成,2.,水泥石的腐蚀,软水侵蚀,（,溶出性腐蚀,）,雨,(,雪,),水,蒸镏,(,冷凝,),水及含重碳酸盐甚少的水为软水,水泥石长期与,软水,(,静止、流动,),接触,，,CH,被溶出,水泥石碱度降低,其它水化物分解,溶失,水泥石结构破坏。,静水,或,无水压,时腐蚀仅限于表层，,而,流水,或,压力水,下腐蚀由表及里不停止直至破坏。故后者比前者,更有害,硫酸盐腐蚀,海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐,Na,2,SO,4,+,Ca(OH),2,CaSO,4,2H,2,O,+,NaOH,CaSO,4,2H,2,O,+,C-A-H,AFt,(,高硫型水化硫铝酸钙,又名,水泥杆菌,),硫酸盐浓度高时,CaSO,4,2H,2,O,在孔隙中结晶,体积膨胀造成破坏,镁盐腐蚀,海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和氯化镁,M,gSO,4,+,Ca(OH),2,CaSO,4,2H,2,O,+,M,g (OH),2,松软无胶结力,M,gCl,2,+,Ca(OH),2,CaCl,2,+,M,g (OH),2,松软无胶结力,CaCl,2,易溶于水,CaSO,4,2H,2,O,还,产生硫酸盐腐蚀故,硫酸镁,对,水泥石有,双重,腐蚀,酸的腐蚀, 强碱,的腐蚀,腐,蚀,类,型,3,.,水泥石,腐蚀的原因,基本原因,水泥石,(,水化物,),中,存在,CH,晶体,和,C-A-H,晶体,腐蚀原因,水泥石本身不密实,外在因素,介质的温度、流速、压力等,水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程,水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互,相影响，共同作用。,合理选择水泥品种,提高耐腐蚀的措施,提高,水泥石的密实度,做保护层,石料、玻璃、陶瓷、沥青等,六,.,通用硅酸盐水泥的储存、运输与保管,1.,一般储存条件下,水泥的保质期为,_,个月,.,2.,即使在良好储存条件下也不能储存过久,因为水泥会吸收空气中,_,和,_,使颗粒表面水化甚至碳化,丧失,_,_,大为降低,.,3.,过期或受潮的水泥应重新检验后方可使用,且不得用于重要工程部位,.,七,.,通用硅酸盐水泥的特性,硅酸盐,水 泥,普通,水泥,矿渣,水泥,火山灰,水泥,粉煤灰,水泥,复合,水泥,1.,凝结硬化快,2.,早期强度高,3.,水化热大,4.,抗冻性好,5.,干缩小,6.,耐腐蚀性差,7.,耐热性差,8.,不适合湿热,处理,9.,抗碳化性好,1.,凝结硬化较快,2.,早期强度较高,3.,水化热较大,4.,抗冻性较好,5.,干缩较小,6.,耐腐蚀性,较差,7.,耐热性较差,8.,抗渗性较好,9.,不适合湿热,处理,10.,抗碳化性,较好,共 性,1.,凝结硬化慢,2.,早期强度低，后期强度增长较快,3.,水化热小,4.,抗冻性差,5.,耐腐蚀性较好,6.,抗碳化性差,7.,适合于湿热处理,即,:,蒸气养护、蒸压养护,个,(,特,),性,1.,耐热性高,2.,干缩大,3.,泌水性大,1.,抗渗性好,2.,干缩大,3.,耐磨性差,1.,抗裂性好,2.,干缩小,3.,耐磨性差,3d,强度高于矿渣水泥,根据,工程特点,及,使用环境,分：优先选用、可以选用和不宜选用三种情况，详,P69,表,3-10,八,.,通用硅酸盐水泥的应用,六种,通用硅酸盐水泥,中：,1.,属于“,快硬早强,”的水泥有,_,、,_,“,快硬早强,”,的水泥可用于高强混凝土、预应力混凝土及现浇混凝土,2.,属于,“,水化热小,”,的水泥有,_,、,_,、,_,、,_,“,水化热小,”,的水泥可用于大体积混凝土,属于,“,耐腐蚀性好,”,的水泥有,_,、,_,、,_,、,_,“,耐腐蚀性好,”,的水泥可用于有腐蚀介质作用的环境中，如海港码头、污水管道等工程中,4.,属于“,干缩小,”的水泥有,_,、,_,、,_,“,干缩小,”,的水泥可用于干燥环境中，如相对湿度小、风速大等工程中,5.,属于“,抗碳化性好,”的水泥有,_,、,_,“,抗碳化性好,”,的水泥可用于,CO,2,浓度高环境中,九,.,通用,硅酸盐,水泥的技术要求,1.,细度,水泥颗粒的,粗细程度,细度大,总表面积大,水化反应快,凝结硬化快,强度高。,硅酸盐、普通水泥细度用,比表面积法,检验， 其余水泥细度用,筛（分）析,法检验，,国标要求详下表；,比表面仪,比表面仪,水泥标准筛,(80,m,方孔筛,),2.,标准稠度需水量,水泥净浆,达到标准稠度,(28,2mm),时所加水量，用水,/,水泥表示。,水泥达到标准稠度是为了检验,凝结时间,和,体积安定性,水泥的标准稠度需水量试验有,调整水量法,和,不变水量法,两种方法,水泥净浆搅拌机,先加水：,120-150ml;,再加水泥：,500g,（,5-10s,内）,搅拌：低速,120s,；停：,15s,高速,: 120s,标准稠度用水量,测定（,代用法,）,释放试杆,30s,时读数：,调整水量法：,26,30mm,固定水量法：,P,33.4,0.185S,3.,凝结时间,分初凝和终凝,初凝,水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间,终凝,水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度,所需的时间,初凝时间不宜,早,；,终凝时间不宜,晚,。,初、终凝时间的规定,详下表,水泥凝结时间的测定,4.,体积安定性,水泥在凝结硬化过程中体积变化的,稳定性,(,硬化后,),水泥制品产生不均匀体积变化,(,弯曲变形,、,开裂,),体积,安定性不良,体积,安定性不良原因,熟料中含有过量,游离氧化钙,(,f,-CaO),、游离氧化镁,(,f,-MgO),生产水泥时加入了,过量的石膏,(,SO,3,),体积,安定性,检验方法,f,-CaO,引起的安定性不良,用沸煮法,试饼法或雷氏法,f,-MgO,和,石膏,(,SO,3,),引起的安定性不良不便于快速检验,限制其含量,试饼,法,雷,氏,法,5.,强度等级,采用,水泥胶砂法,测定,水泥胶砂配合比,：水泥,:,标准砂,:,水,=,1,:3:0.5,标准试件,：,40,40160mm,一组,3,块,振动成型：,在,频率,28003000,次,/,min,，,振幅,0.75mm,振实台上成型，,振动时间,120s,试件养护：,在,20,C,1,C,，相对湿度不低于,90%,的雾室或养护箱中,24h,，,然后脱模在,20,C,1,C,的水中养护至测试龄期；,强度测量：,先测定抗折强度，折断后每截再测定抗压强度。根据,3d,、,28d,抗,压、抗折强度,测定结果划分强度等级,通用水泥的强度等级详下表。,试件成型,水泥胶砂搅拌机,先加水,225ml,；,再加水泥,450g,搅拌：低速,30s,，第,2,个,30s,时自动均匀加砂,高速,30,s,；停,90s,；高速,60s,水泥胶砂试模,水泥胶砂试件,水泥胶砂振实台,十,.,通用硅酸盐水泥的合格性判定,1.,合格品,不溶物、烧失量、氯离子、,MgO,、,SO,3,、,凝结时间、安定性、强,度等级等技术指标均符合规范规定者为合格品,2.,不合格品,不溶物、烧失量、氯离子、,MgO,、,SO,3,、,凝结时间、安定性、,强度等级等技术指标任何一项不符合标准规定者,不合格品,按复试结果使用或降级使用。,水泥,可以袋装或散装，,袋装水泥,每袋净重,50kg,项 目,硅酸盐水泥,普通水泥,PO,矿渣水泥,PS,火山灰水泥,PP,粉煤灰水泥,PF,复合水泥,P,C,P,P,细 度,比表面积,300m,2,/kg,0.08mm,方孔筛筛余量,10%,凝结,时间,初凝,45min,终凝,6.5h,10h,体积,安定,性,安定性,沸煮法必须合格,(,若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准,),MgO,5%,6%;,SO,3,3.5%,PS,4% ;,其余,3.5 %,不溶物,0.75%,1.5%,烧失量,3%,3.5%,5%,氯离子,0.06%,碱含量,(,按,Na,2,O,+ 0.658K,2,O,计算,),使用活性骨料时,0.6%,；,或由供需双方商定,强度等级,42.5,、,52.5,、,62.5,42.5R,、,52.5R,、,62.5R,42.5,、,52.5 42.5R,、,52.5R,32.5,、,42.5,、,52.5 32.5R,、,42.5R,、,52.5R,通用硅酸盐水泥的技术要求,强度,等级,龄,期,硅酸盐水泥,普通水泥,矿渣、火山灰、,粉煤灰水泥,复合水泥,抗压强度,/MPa,抗折强度,/MPa,抗压强度,/MPa,抗折强度,/MPa,抗压强度,/MPa,抗折强度,/MPa,抗压强度,/MPa,抗折强度,/MPa,32.5,3d,28d,10.0,32.5,2.5,5.5,11.0,32.5,2.5,5.5,32.5 R,3d,28d,15.0,32.5,3.5,5.5,16.0,32.5,3.5,5.5,42.5,3d,28d,17.0,42.5,3.5,6.5,16.0,42.5,3.5,6.5,15.0,42.5,3.5,6.5,16.0,42.5,3.5,6.5,42.5 R,3d,28d,22.0,42.5,4.0,6.5,21.0,42.5,4.0,6.5,19.0,42.5,4.0,6.5,21.0,42.5,4.0,6.5,52.5,3d,28d,23.0,52.5,4.0,7.0,22.0,52.5,4.0,7.0,21.0,52.5,4.0,7.0,22.0,52.5,4.0,7.0,52.5 R,3d,28d,27.0,52.5,5.0,7.0,26.0,52.5,5.0,7.0,23.0,52.5,5.0,7.0,26.0,52.5,5.0,7.0,62.5,3d,28d,28.0,62.5,5.0,8.0,62.5 R,3d,28d,32.0,62.5,5.5,8.0,通用水泥的,强度等级,第二节,.,其它品种水泥,一,.,高铝水泥,(,铝酸盐水泥,),（代号,CA,）,1.,定义,属快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥,以,3d,抗压强度表示强度等级,2.,熟料矿物,铝酸一钙,(CA),、二铝酸一钙,(,CA,2,),及少量硅酸二钙,(,C,2,S,),3.,水化产物,主要为,水化铝酸钙,(C-A-H,),和铝胶,(,AH,3,),4.,分类,按,GH201-2000,规定，高铝水泥根据,Al,2,O,3,含量百分数分为,CA-50,、,CA-60,、,CA-70,和,CA-80,四类。,5.,特性,(1),快硬早强,1d,强度可达最高强度的,80%,以上,.,(2),水化热大,且集中放热,1d,内放热可达水化热总量的,70-80%,(3),抗硫酸盐腐蚀性强,但抗碱性极差,(4),耐热性好,(5),长期强度逐级降低,一般下降,40-50%.,(6),不得与石灰或硅酸盐水泥混合使用,不得与尚未硬化的硅酸盐,水泥接触,6.,应用,(1),紧急军事工程；,(2),抢修工程,(3),配制耐热砼及寒冷地区冬季施工砼,(4),不能用于长期承重结构及高温高湿环境中工程,不能蒸气养护,二,.,快硬水泥,1.,快硬硅酸盐水泥,以,3d,抗压强度表示强度等级。,(1),特点,快硬、早期强度高、后期强度亦高。,(2),应用,紧急军事工程、冬季施工砼、高强砼预制构件、抗冲击及抗震工程,2.,快硬硫铝酸盐水泥,(1),特点,快凝、早强、不收缩。,(2),应用,早强、,抗渗、抗硫酸盐侵蚀砼、冬季施工砼、抢修、堵漏工程,三,.,膨胀水泥与自应力水泥,1.,特点,水泥硬化过程中不但不发生收缩，而且有不同程度的膨胀的水泥。,2.,分类,自应力值,2MPa,的称为膨胀水泥,自应力值,2MPa,的称为自应力水泥,或自由,膨胀率,3%,的称为膨胀水泥,自由,膨胀率,3%,的称为自应力水泥,3.,应用,补偿收缩,砼、抗渗砼、接缝或管道接头、结构加固与修补、砼压力管等,四,.,道路硅酸盐水泥,1.,定义,以适当成分的生料烧至部分熔融，得到以,硅酸钙为主要,成分和较多量的,铁铝,酸盐水泥熟料，再加入,010%,活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬,性胶凝材料,2.,特点,具有较高的抗压和抗折强度、较高的耐磨和抗冻性、较小的收缩性,3.,应用,机场跑道、公路路面,五,.,白色和彩色硅酸盐水泥,第四章,.,水泥混凝土,(,concrete,),三,.,特点,1.,优点, 就地取材；造价低；可塑性好；耐久性,高；与钢筋有牢固的粘结；性能可调整。,2.,缺点, 自重大；比强度小；抗拉强度低，性脆；,导热系数大；硬化慢；生产周期长。,重砼,(,0,2,8,00kg/m,3,),普通砼,(,2000,kg/m,3,0,2,8,00kg/m,3,),天然砂石做骨料,轻砼,(,0,1950kg/m,3,),按表观密度分,按抗压强度分,低强砼,(,f,cu,30MPa,),中强砼,(,f,cu,30-60MPa,),高强砼,(,f,cu,60MPa,),超高强砼,(,f,cu,100MPa,),一,.,定义,P,76,二,.,分类,第一节,.,概述,胶凝材料,砼未硬化前,(,fresh concrete,),起润滑作用,浆体,水,砼硬化后,(,concrete,),起胶结作用,砼,细骨料,起,骨架,作用、抗风化,骨料,粗骨料,抑制水泥浆收缩,、耐磨,四,.,砼中各组成材料的作用,砼组成材料,胶凝材料 、水、细骨料和粗骨料，以及适量外加剂,胶凝材料（,binder,）, 包括,水泥、掺合料,掺合料,又称,辅助胶凝材料,（,supplementary binder,）。主要包括：粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉、天然火山灰质材料、磨细煤矸石等。其中,粉煤灰,和,（磨细）矿渣粉,应用最为普遍,第二节,.,砼组成材料,水泥,(,cement,),水,(,water,),洁净水,细骨料,(,fine-aggregate,),粗骨料,(,coarse -aggregate,),化学外加剂,(,chemical dmixture,),矿物掺合料,(,mineral admixture,),分类,泥、泥块；有害物质,细度、级配,坚固性、碱活性,定义、分类、,减水剂、引气剂,分类,泥、泥块；有害物质,粒形、粒径,级配、强度,定义、分类,粉煤灰、磨细矿渣粉,砼,concrete,一,.,水泥,(,cement,),1.,品种, 依据工程结构特点、使用环境及水泥特性选择,2.,强度等级, 水泥强度等级应与砼强度等级相适应,原则,高,强度等级砼用高强度等级水泥；,低,强度等级砼用低强度等级水泥,二,.,水,(,water,),1.,基本要求,不影响,砼的凝结和硬化；,无损于,砼强度发展和耐久性；,不加快,钢筋锈蚀；,不引起,预应力钢筋脆断；,不污染,砼表面,2.,满足,混凝土用水标准,JGJ 63-2006,的规定：凡是能引用的水,和洁净的天然水，均可用于混凝土拌合和养护。,三,.,细骨料,(,fine-aggregate,),建筑用砂,GB/T 14684 2011,；,普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准,JGJ 52 2006,1.,定义,粒径在,0.15mm-4.75mm,的骨料称为细骨料，常称作砂,(,sand,),。,天然,砂, 河,砂、湖砂、山砂、淡化海砂,按产源分,2.,分类,人工,砂, 机制,砂,按细度模数分,粗砂、,中,砂、细砂,3.,泥、泥块、有害物质, 含泥量,-,粗（细）骨料中粒径小于,0.075mm,的颗粒；,石粉含量,-,机制砂中粒径小于,0.075mm,的颗粒；,泥块含量,-,粗（细）骨料中粒径大于,4.75,（,1.18,）,mm,，,水洗后小于,2.23,（,0.6,）,mm,的颗粒,(2),有害物质,包括云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等,(3),危害,(4),要求,符合,JGJ 522006,泥,泥块,云母,轻物质,粘附在砂的表面,妨碍水泥与砂的,降低,砼的,增加砼的,加大砼,的,降低砼的抗渗性和抗冻性。,硫化物及硫酸盐,对水泥有,(,硫酸盐,),腐蚀作用,有机物,会分解出有机酸对水泥有腐蚀作用,氯盐,对钢筋有腐蚀作用。,4.,粗细程度,( fineness,),A.,定义,不同粒径的砂粒混合在一起后的平均（总体）粗细程度,B.,目的,使砂,总表面积,较小，包裹砂粒表面的水泥浆较少，节约水泥,E.,分类,f,=,3.1-3.7,为粗砂，,f,= 2.3-3.0,为中砂，,f,= 1.6-2.2,为细砂，,f,= 0.7-1.5,为特细砂,配制砼时优先选用,中粗,砂,5.,颗粒级配,( gradation,),A.,定义,砂中不同粒径颗粒的搭配情况,B.,目的,使砂总空隙率较小，填充砂粒空隙的水泥浆较少，节约水泥,细砂,，总表面积,大,；,粗砂,，总表面积,小,。砂粒表面由水泥浆包裹。,因此，,粗砂,较,细砂,水泥用量,省,。,C.,测定,用筛分析方法（简称,筛分法,）测定,D.,指标,细度模数,( fineness,modulus),E.,级配合格的标志,各筛孔累计筛余百分,率,(Ai),落在任一级配区，,级配合格,除,4.75,、,0.6mm,外，,允许有少量超出,，,但超出总量不大,5%,，,级配合格,。,配制砼时优先选用,II,区,砂,6.,坚固性,7.,碱活性,级配,骨料中,粗,、,中,、,细,粒径颗粒的合理搭配,较多的（ ）粒径颗粒，,骨料的合理级配 适当的（ ）粒径颗粒，,少量的（ ）粒径颗粒。,骨料,总表面积,（ ）,骨料,总孔隙率,（ ）,合理级配具有,水泥,用量,（ ）,混凝土,强度,（ ）,混凝土,密实性,（ ）,C.,测定,用筛分析方法（简称,筛分法,）测定,D.,评定,按,A,0.6,分三个级配,区,I,、,II,、,III,区,标准筛,细骨料筛分实验,标准筛孔,(,方孔,),4.75,、,2.36,、,1.18,、,0.6,、,0.3,、,0.15,试样总重,M,=,500g,筛孔尺寸,mm,筛余量,m,i,(g),分计筛余,a,i,(%),累计筛余,A,i,(%),4.75,50,10,10,2.36,90,18,28,1.18,120,24,52,0.6,150,30,82,0.3,65,13,95,0.15,20,4,99,计算公式,m,i,a,i,=(m,i,/M)