建筑材料課件

1、1,建 筑 材 料,主講人：辛勐淄博建筑工程學(xué)校,2,目 錄,3,第一章 緒論,一、定義 建筑材料 是用于土木建筑結(jié)構(gòu)物的所有材料的總稱。二、分類,4,按化學(xué)成分分類,金屬材料,非金屬材料,復(fù)合材料,黑色金屬：鋼,有色金屬：銅、鋁、鋅,植物：木材、竹材,瀝青：煤瀝青、石油瀝青,合成高分子：塑料、合成橡膠、涂料,有機與無機非金屬結(jié)合：聚合物砼,金屬與無機非金屬結(jié)合：鋼筋砼、鋼纖維砼,金屬與有機材

2、料結(jié)合：PVC鋼板,無機材料：磚、玻璃、水泥、石灰,5,承重材料,圍護材料,建筑功能材料,承重：磚,非承重：加氣砼砌塊,磚、石、砼、鋼材,防水、絕熱采光、裝飾,,,按功能分類,,6,三.建筑材料的發(fā)展： 隨生產(chǎn)力發(fā)展而發(fā)展原始時代——天然材料：木材、巖石、竹、粘土石器、鐵器時代——金字塔（2000-3000 BC)：石材、石灰、石膏萬里長城 （200 BC):條石、大磚、石灰砂漿布達(dá)拉宮 ：石材、石灰砂漿羅馬園劇場

3、 （70-80 AC):石材、石灰砂漿,7,18世紀(jì)中葉——鋼材、水泥 (J.Aspdin,1824）19世紀(jì)——鋼筋混凝土（1890-1892）；中國，189820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、節(jié)能、高性能綠色建材,8,胡夫金字塔，高146.59m, 底部232m見方，用 230多萬塊、每塊重2.5T的巖石砌成。,9,萬里長城 （200 BC):條石、大磚、石灰砂漿,10,羅馬斗獸場 （70-80

4、AC):石材、石灰砂漿,11,三峽大壩,12,大壩閘門,13,,三.建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)化 學(xué)習(xí)材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB-國家標(biāo)準(zhǔn) GBJ-建筑工程國家標(biāo)準(zhǔn)JGJ-建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC-國家建材局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB-冶金部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ-交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SD-水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB-國家級專業(yè)標(biāo)準(zhǔn),14,,例：國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175-1999 標(biāo)準(zhǔn)名稱——部門代號——編號——批準(zhǔn)

5、年份ASA- American Standard Association 美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM –American Society for Testing MaterialsBS- British Standard 英國標(biāo)準(zhǔn)DIN –Deutsch Industrie Normen 德國標(biāo)準(zhǔn)ISO-International Standard Organization 國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會,,15,,四.建筑材料課程的作用、

6、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法1.作用1.1 為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供必要的知識1.2 為今后從事專業(yè)技術(shù)工作時，合理選擇和使用建筑材料打下基礎(chǔ)2.任務(wù) 2.1 了解材料在建筑物上所起的作用和要求2.2 了解常用材料的生產(chǎn)、成分和構(gòu)造2.3 掌握常用材料的技術(shù)性質(zhì)， 以及影響材料性質(zhì)的主要因素及其相互關(guān)系,16,,2.4 掌握常用材料的標(biāo)準(zhǔn)，熟悉其分類、分等和規(guī)格2.5 熟悉常用材料的測試儀器，掌握測試方法和技術(shù)。2.6 掌握

7、常用材料的選用原則和方法。2.7 掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解這些材 料的施工注意事項3.學(xué)習(xí)方法3.1 重點掌握材料的基本理論、基本知識、基本技能常用材料——水泥、砼、石灰、鋼材、木材、瀝青,17,,主要的——水泥、砼、鋼材每種材料：原料——生產(chǎn)工藝——組成成分——構(gòu)造——性質(zhì)——應(yīng)用——檢驗——儲存以及它們之間的相互關(guān)系重點：性質(zhì)和應(yīng)用， 質(zhì)檢的基本原理（引起材性變化的內(nèi)因和外因）3.2 重視學(xué)好試

8、驗學(xué)習(xí)常用建筑材料的檢驗方法——合格性判斷和驗收對實驗數(shù)據(jù)、試驗結(jié)果進行分析判別培養(yǎng)從事科學(xué)研究的能力,18,第1章 建筑材料的基本性質(zhì),1.1.1基本的物理參數(shù)1、實際密度（密度） 定義：材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量。,1.1 材料的物理性質(zhì),19,ρ——實際密度（g/cm3)m——材料在干燥狀況下的質(zhì)量 V——材料在絕對密實狀況下的體積測量方法：不規(guī)則的密實材料——用排水體積法有孔隙的材

9、料——把干燥后的材料磨成細(xì)粉，用李氏瓶法測定其實體積，進行計算。,20,2．體積密度（容重γ） 定義：材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算,分：干表觀密度和濕表觀密度測量方法： 規(guī)則形狀， 可根據(jù)實際測量 不規(guī)則形狀，用蠟封排液法,21,3、堆積密度 堆積密度是散粒材料(粉狀、顆粒狀）在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,材料的堆積體積包括所有顆粒的體積以及顆粒之間的空隙體積，,,22,,4、孔隙率

10、定義：孔隙率是材料內(nèi)孔隙體積占總體積的百分比。 P = (V0 –V)/V0×100%=（1-ρ/ρ0）100% ≤1 D+P=1 5、空隙率定義：空隙率是材料在松散狀態(tài)下，顆?？障扼w積占松散體積的百分比。 P’= (V’0 –V0)/V’0 ×100%=（1-ρ’0/ρ0）100%,23,1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì) 1、親水性與憎水性親水性——材料在空氣中

11、與水接觸時，容易被水潤濕的性質(zhì)，稱材料的親水性。憎水性——材料不易被水潤濕的性質(zhì)，稱為憎水性。,θ為潤濕角θ≤90° 親水性材料θ＞ 90 ° 憎水性材料,24,2、吸水性 定義：材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。指標(biāo)：吸水率表示。 質(zhì)量吸水率 體積吸水率3、吸濕性 定義：吸濕性是材料在空氣中吸收水分的性質(zhì)。 指標(biāo)：含水率 等于材料

12、吸入水分質(zhì)量占干燥時質(zhì)量的百分率。4、耐水性 定義：材料在水的作用下．不破壞，其強度也不顯著降低的性質(zhì)稱為材料的耐水性。,25,材料的耐水性可用軟化系數(shù)k表示。 k＝f飽/f干 f飽——材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（ MPa ）。 f干——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（ MPa ） 。 軟化系數(shù)的范圍在0—1之間。 潮濕環(huán)境中的重要建筑物或部位， 軟化系數(shù)k=0.8

13、5-0.9 受潮較輕或次要的建筑物，軟化系數(shù)k=0.7-0.854、抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性。材料的抗?jié)B性用滲透系數(shù)或抗?jié)B強度等級來表示。 滲透系數(shù),,,26,砼的抗?jié)B強度等級 P2、P4、P6、P8、P10、P12 （penetrate）5、抗凍性 材料在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)多次凍融循環(huán)而不破壞．或強度不顯著降低的性質(zhì)

14、稱為抗凍性。 材料的抗凍性用抗凍強度等級F（freeze）表示。如F25表示材料能抵抗凍融循環(huán)25次。 如果經(jīng)過規(guī)定次數(shù)的反復(fù)凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失不大于5％，強度降低不超過 25％時，通常認(rèn)為材料是抗凍的。,27,1.1.3 材料的熱性質(zhì),1、導(dǎo)熱性 材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)λ表示。,28,2、比熱容 定義：材料在加熱時吸收

15、熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。 質(zhì)量為1g材料溫度升高lK所需的熱量或溫度降低1K時放出的熱量，稱為材料的比熱容。,3、保溫隔熱性能　　 熱阻　　1/λ4、熱變形性 線膨脹系數(shù),29,1.2 材料的力學(xué)性質(zhì),1.2.1強度和比強度 1、強度 材料在外力(荷載)作用下，抵抗破壞的能力，稱為強度 材料主要有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎四種強度。 通?？估瓘姸瓤杀硎?/p>

16、為ft、抗壓強度可表示為fc、抗剪強度可表示為fv.,30,抗彎強度 fm,2、比強度 比強度=材料的強度/表觀密度可以對不同的材料進行對比。,31,1.2.2 材料的其他力學(xué)性質(zhì)1.材料的彈性與塑性彈性：在外力作用 下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力消失時，材料的變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)。塑性：不能消失的變形。彈性變形與塑性變形2.材料的脆性和韌性 脆性：外力達(dá)到一定限度后，突然破壞無明顯塑性變形的性質(zhì)。

17、 韌性：在沖擊或震動荷載作用下，能吸收較大能量，產(chǎn)生一定的變形而不致被破壞的性能。用材料破壞時吸收的能量來表示: ak=Ak/A,32,3.材料的硬度和耐磨性,硬度材料抵抗較硬物體壓入的能力，稱為材料的硬度，有 莫氏硬度（礦物硬度 分為10級）布氏硬度HB（用鋼球壓入法測定）,33,1.3 材料 的耐久性 定義：材料 在使用過程中能長久保持其原有性質(zhì)的能力。 包括

18、 抗凍性 抗風(fēng)化性 抗老化 耐化學(xué)腐蝕性 破壞作用有： 物理作用 化學(xué)作用 生物作用,耐磨性 材料抵抗磨損的能力稱為材料的耐磨性。用磨損率表示：

19、 B=（m1-m2)/A,,34,習(xí)題（一）,35,例1-1 某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680 kg/m3，計算此石子的孔隙率與空隙率？,解石子的孔隙率P為：石子的空隙率P，為：[評注] 材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？障堵适侵干⒘２牧显谄涠鸭w積中, 顆粒之間的空隙體積所占的比例。計算式中ρ—密度；

20、ρ0—材料的表觀密度；ρ，—材料的堆積密度。,36,例1-2 有一塊燒結(jié)普通磚，在吸水飽和狀態(tài)下重2900g，其絕干質(zhì)量為2550g。磚的尺寸為240×115×53mm，經(jīng)干燥并磨成細(xì)粉后取50g，用排水法測得絕對密實體積為18.62 cm3 。試計算該磚的吸水率、密度、孔隙率、飽水系數(shù)。,解該磚的吸水率為該磚的密度為表觀密度為孔隙率為[評注] 質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干

21、燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比。,37,例1-3 某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為174、178、165MPa，求該石材的軟化系數(shù)，并判斷該石材可否用于水下工程。,解該石材的軟化系數(shù)為由于該石材的軟化系數(shù)為0.93，大于0.85，故該石材可用于水下工程。[評注] 軟化系數(shù)為材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度與材料在絕對干燥狀態(tài)下的抗壓強度之比。與材料在氣干狀態(tài)下的抗壓強度無關(guān)。,38,例1-4 影響材料強度測試結(jié)果的試驗條

22、件有那些？,解答:影響材料強度測試結(jié)果的因素很多。如小尺寸試件測試的強度值高于大尺寸試件；加載速度快時測得的強度值高于加載速度慢的；立方體試件的測得值高于棱柱體試件；受壓試件與加壓鋼板間無潤滑作用的（如未涂石蠟等潤滑物時），測得的強度值高于有潤滑作用；表面平整試件的測得值高于表面不平整的等。,39,例1-5 選擇題：選擇正確的答案填在括號內(nèi)。,當(dāng)材料的潤濕邊角θ為（ ）時，稱為憎水性材料。a. >90º b. .≤

23、90ºc.0º解答: b:>90º[評注] 材料的潤濕邊角θ≤90º為親水性材料；材料的潤濕邊角θ>90º時為憎水性材料。,40,第2章 氣硬性膠凝材料,膠凝材料：在一定條件 下，經(jīng)自身一系列的物理、化學(xué)作用后，能將散粒材料或塊狀材料粘結(jié)成具有一定強度的整體的材料，統(tǒng)稱膠凝材料。,41,氣硬性膠凝材料：只能在空氣中凝結(jié)硬化，保持和繼續(xù)發(fā)展其強度，在水中不能硬化，也就

24、不具有強度。水硬性膠凝材料：既能在空氣中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強度。,42,2.1石 灰2.1.1石灰的生產(chǎn)過程,天然碳酸巖類巖石——（石灰石、白云石）經(jīng)高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學(xué)反應(yīng)可表示如下：,生石灰（堆積密度為800~1000 kg/m3 )一般為白色或黃灰色塊灰，塊灰碾碎磨細(xì)即為生石灰粉。,43,2.1.2石灰的消化1.石灰的熟化和“陳伏”工地上使用石灰

25、時，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—氫氧化鈣，這個過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”：,生石灰燒制過程中，往往由于石灰石原料的尺寸過大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘留有未燒透的的內(nèi)核，這種石灰稱為“欠火石灰”。,44,第二種情況是由于燒制的溫度過高或時間過長，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化

26、后，過火石灰才開始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。,45,為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”。“陳伏”期間，石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。,46,2.1.3. 石灰的硬化石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進行的過程來完成的：１.干燥作用：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。２.碳化作用：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸

27、鈣結(jié)晶，釋出水分并被蒸發(fā)：,47,碳化作用實際是二氧化碳與水形成碳酸，然后與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣。所以這個作用不能在沒有水分的全干狀態(tài)下進行。,48,二.建筑石灰的技術(shù)指標(biāo)建筑石灰的技術(shù)指標(biāo)有細(xì)度、CaO+MgO含量、CO2含量和體積安定性等。并按技術(shù)指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。具體技術(shù)要求見： JC/T479-1992 建筑生石灰）、 JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P34 表4.3） JC/

28、T481-1992 建筑消石灰粉(P34 表4.4） 鈣質(zhì)生石灰 MgO≤5%；鈣質(zhì)消石灰粉 MgO≤4% 鎂質(zhì)生石灰 MgO﹥5%；鎂質(zhì)消石灰粉 MgO﹥4%,49,2.1.4 石灰的性質(zhì)與應(yīng)用1.性質(zhì)(1)石灰的硬化只能在空氣中進行，硬化后的強度也不高。(2)受潮后石灰溶解，強度更低，在水中還會潰散。(3)硬化時體積收縮大(4)耐水性差，不易貯存,50,2.應(yīng)用將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢?/p>

29、稀釋，成為石灰乳，是一種廉價的涂料，主要用于內(nèi)墻和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度。我國農(nóng)村也用于外墻。石灰乳可加入各種耐堿顏料。調(diào)入少量水泥、?；郀t礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性，調(diào)入氯化鈣或明礬，可減少涂層粉化現(xiàn)象。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。,51,石灰土（灰土）和三合土石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合使用，制成石灰土或石灰與工業(yè)廢料的混合料，加適量的水充分拌合后，經(jīng)碾壓或夯實，在潮濕環(huán)境中

30、使石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料表面的活性氧化硅或氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，適于在潮濕環(huán)境中使用。如建筑物或道路基礎(chǔ)中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、級配碎石）等。,52,灰砂磚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? 經(jīng)壓振或壓制，形成硅酸鹽制品。為使其獲早期強度，往往采用高溫高壓養(yǎng)護或蒸壓，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

31、的早期強度。如灰砂磚、硅酸鹽磚、硅酸鹽混凝土制品等。,53,2.2 水玻璃,水玻璃俗稱泡花堿，由堿金屬氧化物和二氧化硅組成，屬可溶性的硅酸鹽類。 根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有:硅酸鈉水玻璃（Na2O·ｎSiO2）、硅酸鉀水玻璃Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）、硅酸鋰水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）等品種，最常用的是硅酸鈉水玻璃。,54,（ 稱為水玻璃模數(shù)）根據(jù)水玻璃模數(shù)的不同，又分為“堿性”

32、水玻璃（ｎ＜３和“中性”水玻璃（ｎ≥3）。實際上中性水玻璃和堿性水玻璃的溶液都呈明顯的堿性反應(yīng)。,55,2.2.1水玻璃的硬化液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形硅酸凝膠，并逐漸干燥而硬化：由于空氣中CO2濃度較低，這個過程進行的很慢，為了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加入氟硅酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使硅酸凝膠加速析出。氟硅酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的12％～１５％。,56,4.3 水玻璃的技術(shù)性質(zhì)（１）粘結(jié)力強

33、。 水玻璃硬化后具有較高的粘結(jié)強度、抗拉強度和抗壓強度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝膠還有堵塞毛細(xì)孔隙而防止水分滲透的作用。（２）耐酸性好。 硬化后的水玻璃，其主要成分是ＳiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無機酸和有機酸的作用。但其不耐堿性介質(zhì)侵蝕。（３）耐熱性高 水玻璃不燃燒，硬化后形成ＳiO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下硅酸凝膠干燥得更加強烈，強度并不降低，甚至有所增加。,57,2.2.3水玻璃的應(yīng)用（１）用作涂料，涂刷材料

34、表面 直接將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實度、強度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因為水玻璃與材料中的Ｃa（OH)2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。,58,同時硅酸鈉本身硬化所析出的硅酸凝膠也有利于材料保護。選用不同的耐火填料，還可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱涂料。,反應(yīng)式為：,59,（2）配制防水劑 以水玻璃為基料，配制防水劑。例如：四礬防水劑是以藍(lán)礬(硫酸銅)、

35、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各１份，溶于60份的沸水中，降溫至５０℃，投入400份水玻璃溶液中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內(nèi)凝結(jié), 適用于堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。,60,（3）加固土壤 將模數(shù)為２.５～３的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可析出吸水膨脹的硅酸膠體，包裹土壤顆粒并填充其空隙，阻止水分滲透并使土壤固結(jié)。用這種方法加固的砂土，抗壓強度可達(dá)３～６ＭＰ

36、ａ。( 4 ) 配制水玻璃砂漿。 將水玻璃、礦渣粉、砂和氟硅酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用于修補墻體裂縫。,61,（５）配制耐酸砂漿、耐酸混凝土、耐熱混凝土 用水玻璃作為膠凝材料，選擇耐酸骨料，可配制滿足耐酸工程要求的耐酸砂漿、耐酸混凝土。選擇不同的耐熱骨料，可配制不同耐熱度的水玻璃耐熱混凝土。,62,2.3 石膏,2.3.1石膏膠凝材料的生產(chǎn) 生產(chǎn)方法：將原料（二水石膏）在不同壓力和溫度下煅燒、脫水，再經(jīng)磨細(xì)而

37、成的。在不同的煅燒條件下，所得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途也各不相同。,63,,,CaSO4·2H2O二水石膏,β-CaSO4·1/2H2O（β型半水石膏）建筑石膏,α-CaSO4·1/2H2O（α型半水石膏）高強石膏,CaSO4Ⅲ 可溶性石膏,CaSO4Ⅱ 不可溶性石膏,CaSO4Ⅰ 高溫煅燒石膏,,,,,,,107~170℃,125℃,170~360℃,400~750℃,800℃,加熱、脫水,0.13M

38、P蒸壓條件,加熱、脫水,,,64,2.3.2 建筑石膏的水化與硬化 建筑石膏與適量水拌合后，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應(yīng)，漿體的可塑性很快消失而發(fā)生凝結(jié)，此后進一步產(chǎn)生和發(fā)展強度而硬化。 建筑石膏與水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)式為： 此反應(yīng)實際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉淀的可逆反應(yīng)，因為二水石膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多，所以此反應(yīng)總體表現(xiàn)為向右進行，二水石膏以膠體微粒

39、自水中析出。 隨著二水石膏沉淀的不斷增加，就會產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)晶體的不斷生成和長大，晶體顆粒之間便產(chǎn)生了磨擦力和粘結(jié)力，造成漿體的塑性開始下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的初凝；而后隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結(jié)力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。,,65,2.3.3建筑石膏的技術(shù)要求建筑石膏的技術(shù)要求有強度、細(xì)度和凝結(jié)時間。并按強度和細(xì)度分為優(yōu)等品、一等品和合格品。具體技術(shù)要求見GB9776-1988。

40、,66,2.3.4建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)（１）凝結(jié)硬化速度快 建筑石膏的漿體，凝結(jié)硬化速度很快。一般石膏的初凝時間僅為10min左右，終凝時間不超過30min，這對于普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等。,67,（２）凝結(jié)硬化時的膨脹性 建筑石膏凝結(jié)硬化是石膏吸收結(jié)晶水后的結(jié)晶過程，其體積不僅不會收縮，而且還稍有膨脹（0.2%~1.5%），這種膨脹不會對石膏

41、造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥時的開裂。,68,（３）硬化后的多孔性，重量輕，但強度低 建筑石膏在使用時，為獲得良好的流動性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化過程中由于水分的蒸發(fā)，使原來的充水部分空間形成孔隙，造成石膏內(nèi)部的大量微孔，使其重量減輕，但是抗壓強度也因此下降。通常石膏硬化后的表觀密度約為８00kg／ｍ3～1000 kg／ｍ3，抗壓強度約為３ＭPa～5ＭPa。

42、,69,（４）良好的隔熱和吸音和“呼吸”功能石膏硬化體中大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，因此具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，特別是表面微孔對聲音傳導(dǎo)或反射的能力也顯著下降，使其具有較強的吸聲能力。大熱容量和大的孔隙率及開口孔結(jié)構(gòu)， 使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。,70,（５）防火性好，但耐水性差 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結(jié)晶水，并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具

43、有良好的防火效果。由于硬化石膏的強度來自于晶體粒子間的粘結(jié)力，遇水后粒子間連接點的粘結(jié)力可能被削弱。部分二水石膏溶解而產(chǎn)生局部潰散，所以建筑石膏硬化體的耐水性較差。,71,（6）有良好的裝飾性和可加工性石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)膩，具有良好的裝飾性。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。,72,2.3.5建筑石膏的應(yīng)用（1）  石膏砂漿及粉刷石膏（2）

44、 建筑石膏制品：石膏板、石膏砌塊等 (3） 制作建筑雕塑和模型,,73,習(xí)題（二）,74,例2-1 根據(jù)石灰漿體的凝結(jié)硬化過程，試分析硬化石灰漿體有哪些特性？,解石灰漿體在空氣中凝結(jié)硬化過程，是由下面兩個同時進行的過程來完成的：（１）結(jié)晶作用：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。（２）碳化作用：氫化氧鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶，釋出水分并被蒸發(fā)：,75,由于氫氧化鈣結(jié)晶速度慢且結(jié)晶量少，空氣中二氧化

45、碳稀薄，碳化速度慢。而且表面碳化后，形成緊密外殼，不利于二氧化碳的滲透和碳化作用的深入。因而硬化石灰漿體具有以下特性： （1）凝結(jié)硬化慢；（2）硬化后強度低； （3）硬化時體積收縮大；（4）耐水性差，因為硬化石灰漿體的主要成分是氫氧化鈣，而氫氧化鈣可微溶解于水。[評注] 石灰漿體在空氣中凝結(jié)硬化過程主要是依賴于漿體中Ca(OH)2的結(jié)晶析出和Ca(OH)2與空氣中的二氧化碳的碳化作用。,76,例2-2 某單位宿舍樓的內(nèi)墻使用石

46、灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。,解:石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結(jié)果。墻面上個別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由于配制石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致于在砂漿硬化后，過火石灰吸收空氣中的水蒸

47、汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。,77,[評注] 透過現(xiàn)象看本質(zhì)，過火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。如未經(jīng)過充分的陳伏，當(dāng)石灰已經(jīng)硬化后，過火石灰才開始熟化，并產(chǎn)生體積膨漲，容易引起鼓包隆起和開裂。,78,例2-3 建筑石膏及其制品為什么適用于室內(nèi)，而不適用于室外使用？,解：建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結(jié)硬化后具有以下的優(yōu)良性質(zhì)：（1）  石膏表面光滑飽

48、滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)膩，具有良好的裝飾性。加入顏料后，可具有各種色彩。建筑石膏在凝結(jié)硬化時產(chǎn)生微膨脹，故其制品的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準(zhǔn)確、細(xì)致，裝飾性好；（2）  硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保溫性、吸聲性好。,79,（3）  硬化后石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結(jié)晶水，并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有一定的防火性。（4

49、）  建筑石膏制品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，故可調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度，改變室內(nèi)的小氣候。在室外使用建筑石膏制品時，必然要受到雨水冰凍等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗?jié)B性差、 抗凍性差, 所以不適用于室外使用.[評注]本題主要是考查對建筑石膏及其制品技術(shù)性能的了解.,80,第3章　水泥,3.1 概述 水泥，指加水拌和成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。

50、 土木建筑工程通常采用的水泥主要有：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、粉煤灰硅酸鹽水泥等品種。 水硬性：材料磨成細(xì)粉并加水半合成漿后，能在空氣中硬化，并形成具有強度的穩(wěn)定性化合物的能力。,81,作用：與水拌和成塑料漿體后，能膠結(jié)砂石等適當(dāng)材料，并能在空氣和水中硬化成具有強度的石狀固體。用途：主要的建筑材料。向快硬，高強，低熱，膨脹，油井水泥發(fā)展。命名規(guī)定分：通用水泥：硅酸鹽，礦渣硅酸鹽水泥。

51、 專用水泥：砌筑、道路水泥,82,3.2 硅酸鹽水泥Portland cement,3.2.1 硅酸鹽水泥的定義及組成部分凡由硅酸鹽水泥熟料、０～５％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥在國際上分為兩種類型：不摻混合材的稱I型硅酸鹽水泥，其代號為P. I；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱II型硅酸鹽水泥，其代號為Ｐ．II。,83,

52、1. 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料，主要是石灰質(zhì)和粘土質(zhì)兩類原料。為了補充鐵質(zhì)及改善煅燒條件，還可加入適量鐵粉、螢石等。生產(chǎn)水泥的基本工序可以概括為：“兩磨一燒”：先將原材料破碎并按其化學(xué)成分配料后，在球磨機中研磨為生料。然后入窯鍛燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，配以適量的石膏及混合材料在球磨機中研磨至一定細(xì)度，即得到硅酸鹽水泥。,84,85,86,87,88,2.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 硅酸鹽水

53、泥熟料的主要礦物組成為:（ｌ）硅酸三鈣 硅酸三鈣的化學(xué)成分為３ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為Ｃ3S。它是硅酸鹽水泥熟料中最主要的礦物成分，約占水泥熟料總量的３６％～６０％。硅酸三鈣遇水后能夠很快與水產(chǎn)生水化反應(yīng)，并產(chǎn)生較多的水化熱。它對促進水泥的凝結(jié)硬化，特別是對水泥３～７天內(nèi)的早期強度以及后期強度都起主要作用。,89,（２）硅酸二鈣 硅酸二鈣的化學(xué)成分為2ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為C2S，約占水泥

54、熟料總量的15％～37％。硅酸二鈣遇水后反應(yīng)較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結(jié)，對水泥的后期強度起主要作用。,90,（３）鋁酸三鈣 鋁酸三鈣的化學(xué)成分是３CaO·Al2O3，其簡寫為C3Ａ，約占水泥熟料總量的7～15％。鋁酸三鈣遇水后反應(yīng)極快，產(chǎn)生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結(jié)起主導(dǎo)作用，但其水化產(chǎn)物強度較低，主要對水泥的早期強度有所貢獻(xiàn)。,91,（４）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學(xué)成分為:４CaO

55、83;Al2O3·Fe2O3，其簡寫為Ｃ4AF，約占水泥熟料總量的10％～18％。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應(yīng)也很快，水化熱較低，水化產(chǎn)物的強度不高，對水泥石的抗壓強度貢獻(xiàn)不大，主要對抗折強度貢獻(xiàn)較大。,92,3.2.2 硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化 硅酸鹽水泥遇水后，水泥中的各種礦物成分會很快發(fā)生水化反應(yīng)，生成各種水化物。硅酸三鈣 水 水化硅酸鈣 氫氧化鈣,硅酸二鈣 水 水化硅酸鈣

56、 氫氧化鈣鋁酸三鈣 水 水化鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣 水 水化鋁酸三鈣 水化鐵酸鈣,93,水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成難溶的水化硫鋁酸鈣針狀結(jié)晶體，也稱為鈣礬石晶體：  水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）經(jīng)過上述水化反應(yīng)后，水泥漿中不斷增加的水化產(chǎn)物主要有：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等新生礦物。,94,2. 硅酸

57、鹽水泥的凝結(jié)和硬化機理 水泥加水拌合后的劇烈水化反應(yīng)，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產(chǎn)物在溶液中很快達(dá)飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，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了骨架結(jié)構(gòu)。此時，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現(xiàn)為水泥的初凝。,95,由于鋁酸三鈣水化極快，會使水泥很快凝結(jié)，為使工程使用時有足夠的操作時間，水泥中加入了適量的石膏。水泥加入石

58、膏后，一旦鋁酸三鈣開始水化，石膏會與水化鋁酸三鈣反應(yīng)生成針狀的鈣礬石。鈣礬石很難溶解于水，可以形成一層保護膜覆蓋在水泥顆粒的表面，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，阻止了水泥顆粒表面水化產(chǎn)物的向外擴散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝時間得以延緩。,96,當(dāng)摻入水泥的石膏消耗殆盡時，水泥顆粒表面的鈣礬石覆蓋層一旦被水泥水化物的積聚物所脹破，鋁酸三鈣等礦物的再次快速水化得以繼續(xù)進行，水泥顆粒間逐漸相互靠近，直至連接形成骨架。水泥漿的塑性逐漸消失

59、，直到終凝。,97,隨著水泥水化的不斷進行，水泥漿結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙不斷被新生水化物填充和加固的過程，稱為水泥的“凝結(jié)”。隨后產(chǎn)生明顯的強度并逐漸變成堅硬的人造石——水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。 實際上，水泥的水化過程很慢，較粗水泥顆粒的內(nèi)部很難完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆粒、游離水及氣孔等組成的不均質(zhì)體。,98,3.影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素（１）礦物組成 不同礦物成分和水起反應(yīng)時所表

60、現(xiàn)出來的特點是不同的，如C3A水化速率最快，放熱量最大而強度不高；C2S水化速率最慢，放熱量最少，早期強度低，后期強度增長迅速等。因此，改變水泥的礦物組成，其凝結(jié)硬化情況將產(chǎn)生明顯變化。水泥的礦物組成是影響水泥凝結(jié)硬化的最重要的因素.,99,（2）水泥的細(xì)度在礦物組成相同的條件下，水泥磨得愈細(xì)，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，水化時與水的接觸面大，水化速度快，相應(yīng)地水泥凝結(jié)硬化速度就快，早期強度就高。,100,(3）水泥漿的水灰比

61、 水泥漿的水灰比是指水泥漿中水與水泥的質(zhì)量之比。當(dāng)水泥漿中加水較多時，水灰比較大，此時水泥的初期水化反應(yīng)得以充分進行；但是水泥顆粒間原來被水隔開的距離較遠(yuǎn)，顆粒間相互連接形成骨架結(jié)構(gòu)所需的凝結(jié)時間長，所以水泥漿凝結(jié)較慢。水泥漿的水灰比較大時，多余的水分蒸發(fā)后形成的孔隙較多, 造成水泥石的強度較低，因此水泥漿的水灰比過大時，會明顯降低水泥石的強度。,101,（4）齡期（時間）水泥的凝結(jié)硬化是隨時間延長而漸進的過程，只要溫度、濕

62、度適宜，水泥強度的增長可持續(xù)若干年。,102,（5）環(huán)境溫度和濕度在適當(dāng)溫度條件下，水泥的水化、凝結(jié)和硬化速度較快。反應(yīng)產(chǎn)物增長較快，凝結(jié)硬化加速，水化熱較多。相反，溫度降低，則水化反應(yīng)減慢，強度增長變緩。但高溫養(yǎng)護往往導(dǎo)致水泥后期強度增長緩慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反應(yīng)的必要條件。當(dāng)環(huán)境濕度十分干燥時，水泥中的水分將很快蒸發(fā)，以致水泥不能充分水化，硬化也將停止；反之，水泥的水化將得以充分進行，強度正常增長。,103,（6）石

63、膏摻量 石膏起緩凝作用的機理可解釋為：水泥水化時，石膏能很快與鋁酸三鈣作用生成水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），鈣礬石很難溶解于水，它沉淀在水泥顆粒表面上形成保護膜，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化反應(yīng)，控制了水泥的水化反應(yīng)速度，延緩了凝結(jié)時間。,104,3.2.3 硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì),1.密度、表觀密度、細(xì)度密度　3.05—3.20g/cm3表觀密度 1000~1100kg/m3，緊密時，1600kg/m3。2.細(xì)度水泥顆粒的粗細(xì)程度對

64、水泥的使用有重要影響。水泥顆粒粒徑一般在7～200 μm范圍內(nèi)。細(xì)度用以下兩指標(biāo)來表示比表面積0.08 mm方孔篩的篩余量,105,國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999規(guī)定，水泥的細(xì)度可用比表面積或0.08mm方孔篩的篩余量（未通過部分占試樣總量的百分率）來表示。其篩余量不得超過規(guī)定的限值。比表面積是指單位質(zhì)量的水泥粉末所具有的表面積的總和（cm2/g 或 m2/kg）。一般常為317～350m2/kg。,106,3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量稠度

65、是水泥漿達(dá)到一定流動度時的需水量。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢驗水泥的凝結(jié)時間和體積安定性時需用“標(biāo)準(zhǔn)稠度”的水泥凈漿?！皹?biāo)準(zhǔn)稠度”是人為規(guī)定的稠度，其用水量采用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀測定。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般在２１％～２８％之間。,107,標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀,108,4.凝結(jié)時間,水泥從加水開始到失去其流動性，即從液體狀態(tài)發(fā)展到較致密的固體狀態(tài)的過程稱為水泥的凝結(jié)過程。這個過程所需要的時間稱為凝結(jié)時間。凝結(jié)時間分初凝時間和終凝時間。初凝

66、時間為水泥加水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿剛失去可塑性所需的時間。終凝時間為水泥加水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需的時間。,109,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥的凝結(jié)時間是以標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定溫度及濕度環(huán)境下用水泥凈漿凝結(jié)時間測定儀測定。硅酸鹽水泥的 初凝時間 不得早于45min， 終凝時間 不得遲于6.5h。,110,5.體積安定性水泥漿體硬化后體積變化的均勻性稱為水泥的體積安定性。 即水泥硬化漿體能保持

67、一定形狀，不開裂，不變形，不潰散的性質(zhì)。體積安定性不良的水泥應(yīng)作廢品處理，不得應(yīng)用于工程中，否則將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。導(dǎo)致水泥安定性不良的主要原因一般是由于熟料中的游離氧化鈣、游離氧化鎂或摻入石膏過多等原因造成的，其中游離氧化鈣是一種最為常見，影響也是最嚴(yán)重的因素。,111,熟料中所含游離氧化鈣或氧化鎂都是過燒的，結(jié)構(gòu)致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已經(jīng)硬化后才進行熟化，生成六方板狀的Ca(OH)2晶體，這時體積膨

68、脹９７％以上，從而導(dǎo)致不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。當(dāng)石膏摻量過多時，在水泥硬化后，殘余石膏與水化鋁酸鈣繼續(xù)反應(yīng)生成鈣礬石，體積增大約1.5倍，從而導(dǎo)致水泥石開裂。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定．水泥的體積安定性用試餅沸煮法 或雷氏夾法　 來檢驗。,112,雷氏央膨脹值測定儀1—底座 　2一模子座 　3一測彈性標(biāo)尺4一立柱　5 測膨脹值標(biāo)尺　6－懸臂7一懸絲，　8 彈簧頂扭,113,6.強度,強度是評價硅酸鹽水泥質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。

69、水泥的強度是按照GB/T17961-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO）法》的標(biāo)準(zhǔn)方法制作的水泥膠砂試件，在20±1°C溫度的水中，養(yǎng)護到規(guī)定齡期時檢測的強度值。其中標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸為4cm×4cm×16cm，膠砂中水泥與標(biāo)準(zhǔn)砂之比為1:3(W/C=0.5)，標(biāo)準(zhǔn)試驗齡期分別為３d和28d,分別檢驗其抗壓強度和抗折強度。按照測定結(jié)果，將硅酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、