建筑材料与构造讲义Word格式文档下载.docx
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散粒材料在某堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。
空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。
在混凝土中,可作为控制砂石级配及计算混凝土砂率的依据。
(3)材料的亲水性和憎水性
材料能被水润湿的性质称为亲水性,不能被水润湿的性质称为憎水性,一般可按润湿边角的大小将材料分为亲水性材料(如混凝土、木材、砖等)和憎水性材料(如沥青、石蜡等)。
(4)材料的吸水性和吸湿性
①吸水性:
在水中能吸收水分的性质。
工程用建筑材料一般采用质量吸水率。
吸水性与材料的亲水性、憎水性、孔隙率、孔隙特征有关。
具有很多微小孔隙的亲水性材料吸水性特别强。
②吸湿性:
材料吸收空气中水分的性质。
常用含水率表示。
含水率随空气湿度和环境温度变化而变化,与空气湿度平衡时称为平衡含水率。
(5)材料的耐水性:
材料长期在饱和水的作用下不破坏,而且强度也不显著降低的性质。
采用软化系数表示。
对于经常处于水中或受潮严重的重要结构物的材料,软化系数≥0.85;
受潮较轻或次要结构物的材料,软化系数≥0.75。
(6)材料的抗渗性:
材料抵抗压力水渗透的性质。
一般用渗透系数k或抗渗等级Pn表示,n表示最大水压力的0.1Mpa的倍数。
抗渗性是决定材料耐久性的主要因素。
(7)抗冻性:
材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环作用而不破坏、强度又不明显降低的性质,常用抗冻等级Fn表示。
Fn指材料在经受n次冻融循环后,质量损失不超过5%,强度损失不超过25%时,抗冻性合格。
孔隙率小及具有封闭孔的材料有较高的抗渗性和抗冻性;
具有细微而连通的空隙对材料的抗渗性和抗冻性不利。
抗冻性还包括抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用。
抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。
(8)材料的导热性:
材料传倒热量的性质。
用导热系数表示。
导热系数的因素:
①材料的组成与结构;
②孔隙率;
③孔隙特征;
④含水情况。
2、建筑材料的力学性能
①强度与比强度
强度是材料抵抗外力破坏的能力。
强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。
孔隙率越大,强度越低。
比强度是按单位重量计算的材料强度,等于材料的强
度与其表观密度之比。
②弹性与塑性
⑴弹性:
材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,能完全恢复原来形状的性质。
⑵塑性:
当外力去除后,材料仍保持变形后的形状和尺寸,且不产生裂缝的性质。
⑶徐变:
材料受到某一载荷的长期作用,其变形会随时间延长而增加。
普通混凝土在长
期载荷下会产生徐变。
③脆性与韧性
⑴脆性:
材料在外力作用下,无明显变形而突然破坏的性质。
具有这种性质的材料为脆
性材料,如砖、石材、玻璃、陶瓷、铸铁等。
⑵韧性:
材料在冲击或震动载荷下能吸收较大的能量,产生一定的变形而不破坏的性质。
钢材和木材等均属于韧性材料。
3、建筑材料的耐久性
材料在长期使用过程中,能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质统称材料的耐久性,受到物理作用、化学作用、生物作用等影响,是一种复杂、综合的性质。
4、材料的结构
①微观结构:
物质的原子、分子层次的微观结构。
材料的结构可以分为晶体、玻璃体和胶体。
晶体分为原子晶体、分子晶体、金属晶体和离子晶体。
②亚微观结构:
用光学显微镜所能观察的材料结构。
③宏观结构:
用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。
第二节气硬性无机胶凝材料
建筑上凡是经过一系列物理、化学作用,能将松散物质粘结成整体的材料为胶凝材料。
无机胶凝材料按照硬化条件分为气硬性和水硬性胶凝材料。
气硬性胶凝材料只能在空气中硬
化、保持或发展其强度,如石灰、石膏、水玻璃等。
水硬性胶凝材料可在空气和水中硬化,
并保持和继续发展强度,如水泥。
1、石灰
①石灰的生产
⑴石灰的原材料是以碳酸钙为主要成分的天然岩石,如石灰石、白云石、白垩/转自考易
网/等。
将石灰石在适当温度下煅烧,碳酸钙分解,释放二氧化碳,得到氧化钙。
MgO含量≤
5%为钙质生石灰,MgO>
5%为镁质生石灰。
⑵石灰的熟化:
石灰使用前,一般先加入水,使之消解为熟石灰,其主要成分为氢氧化钙。
在熟化过程中,放出大量的热,而且体积增大1-2倍。
⑶石灰的硬化包括结晶作用和碳化作用两个同时进行的过程,是一个相当缓慢的过程。
⑷石灰的技术性质:
生石灰熟化后形成的石灰浆具有良好的可塑性,用于配制建筑砂浆
可显著提高砂浆的和易性;
石灰不宜长期在潮湿环境中或有水的环境中使用;
石灰在使用过程
中一般要掺入砂、麻刀等材料,可限制收缩,并节约石灰。
⑸石灰的应用:
石灰乳涂料、石灰土、硅酸盐制品、碳化石灰板材等。
建筑工程中所用石灰为建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。
产品各项技术指标需达到相应要求,一项低于合格产品则为不合格产品。
2、石膏
石膏具有凝结、硬化速度快,导热性低、吸声性强等特点。
①石膏胶凝材料的生产
原料是天然二水石膏CaSO4.2H2O,还有天然无水石膏等。
生产石膏胶凝材料的主要工序
是破碎、加热与磨细,生产原理是二水石膏脱水生成半水石膏或无水石膏。
根据加热方式不
同可得到α型和β型两种形态的半水石膏,建筑工程常用的是β型半水石膏。
②建筑石膏的硬化机理:
建筑石膏的凝结和硬化主要是由于半水石膏与水相互作用还原
成二水石膏。
③建筑石膏的技术性质:
密度、品种、强度测试条件、产品标记、储存等。
④建筑石膏的应用:
用装饰、保温绝热、吸声、阻燃等,石膏具有长期徐/转自考易网/
变的性质,在潮湿的环境中更严重,不宜用于承重结构。
⑤其他品种的石膏材料:
⑴高强度石膏;
⑵无水石膏水泥;
⑶高温煅烧石膏
3、水玻璃
水玻璃有良好的粘结能力,硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细空隙而防止水渗透的作用
,可涂刷于粘土砖及混凝土等制品表面,提高其表层密实度与抗风化能力。
硬化后的水玻璃
耐碱性差。
4、菱苦土
菱苦土地面保温性好,无噪声、不起灰、弹性良好、防火、耐磨,宜用于纺织车间及民
用建筑等,但不适用于经常受潮、遇水和遭受酸类侵蚀的地方。
第三节水泥
常用水泥
主要品种有:
硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、
粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。
1、水泥基本组成
①熟料基本组成:
主要包括硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF
⑴C3S含量通常为50%左右。
28天或一年后的强度,在四种矿物中最高。
水化凝结时间正
常,水化热较高。
⑵C2S在熟料中以β型存在,含量为20%左右。
β-C2S水化热较小,水化较慢,在一年后
强度可以超过C3S。
⑶C3A含量7-15%。
水化迅速,放热量大,凝结时间很快,需加石膏作缓凝剂,防止水泥
的急凝。
硬化块,强度3天就发挥出来。
C3A含量高的水泥浆体干缩变形大,抗硫酸盐性能差
。
⑷C4AF含量10-18%,水化速度介于C3A和C3S。
C4AF抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好,水
化热较C3A低。
②水泥混合材
⑴活性混合材:
粒化高炉矿渣(化学成分主要为CaO、Al2O3、SiO2,含量达90%)、火山灰
质混合材(分为天然和人工两类,天然的含有大量的酸性氧化物,SiO2+Al2O3含量占75-85%)/
转自考易网/、粉煤灰(主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO,其中CaO<
10%为低钙粉煤
灰,CaO15-30%为高钙粉煤灰)
⑵非活性混合材:
磨细的石英砂、石灰石等
③石膏:
用于水泥的石膏一般是二水石膏或无水石膏。
2、水泥的水化硬化
水泥加水拌合后,随着水化反应的进行,水泥浆逐渐变稠失去流动性而具有一定的塑性
强度,称为水泥的凝结。
随着水化进程的推移,水泥浆凝固具有一定的机械强度并逐渐发展
而成为坚固的水泥石,这过程称为硬化。
①硅酸盐水泥的水化硬化;
②矿渣水泥的水化硬化;
③火山灰水泥的水化硬化
3、水泥品质的要求
①凝结时间:
分为初凝和终凝
⑴初凝时间:
水泥加水拌合始至标准稠度净浆开始,失去可塑性所经历的时间。
⑵终凝时间:
浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间
国家标准规定:
常用水泥的初凝时间不得早于45min;
终凝时间硅酸盐水泥不得迟于
6h30min,复合水泥不得迟于12h,其他品种不得迟于10h。
一般要求混泥土搅拌、运输、浇捣应在初凝之前完成。
因此初凝时间不宜过短;
当施工完
毕则要求尽快硬化并具有强度,故终凝时间不宜过长。
②强度:
由按质量计的一份水泥、三份中国ISO标准砂,用0.5的水灰比拌制的一组4cm×
4cm×
16cm塑性胶砂,在20±
1℃水中养护,再测定3d和28d的强度。
③体积安定性:
已硬化水泥石产生不均匀的体积变化现象。
引起体积安定性的因素:
过量f-CaO、过量f-MgO和过多石膏掺量。
④细度:
水泥颗粒粒径越细,与水起反应得表面积越大,水化越快,其早期强度和后期
强度都较高。
⑤水化热:
水泥水化过程放出的热。
水化热对大体积混凝土是有害的因素。
水泥的水化放热量大部分在3-7d放出,以后逐渐
减少,水化热和放热率为C3A〉C3S〉C4AF〉C2S
⑥水泥化学品质指标
⑴不溶物;
⑵烧失量;
⑶氧化镁;
⑷SO3;
⑸碱含量
⑦抗蚀性:
对水泥石耐久性有害的环境介质主要为:
⑴淡水,主要考虑Ca(OH)2的溶解;
⑵酸与酸性水;
⑶硫酸盐(硫酸钡除外);
⑷含碱溶液
二、常用水泥的基本特性与用途
1、硅酸盐水泥与普通水泥:
用于重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程;
适用于要
求早期强度高、凝结快的工程、有抗冻融要求和冬季施工的工程。
不宜用于水工和海港工程
、大体积混凝土工程。
2、矿渣水泥:
宜用于水工和海港工程、耐热混凝土工程。
其抗冻性、抗渗性等均不及硅
酸盐水泥与普通水泥。
3、火山水泥:
适宜地下或水下工程、适用于地面工程、宜用于浇筑大体积混凝土工程、
宜蒸汽养护、不宜低温(冬季)施工。
4、粉煤灰水泥:
适宜承受载荷较迟的工程、适用大体积混凝土工程、适用于水工和海港
工程。
其抗碳化能力差,抗冻性较差。
5、复合水泥:
性能取决于其所掺两种混合材的种类、掺量及相对比列等。
6、白色硅酸盐水泥:
主要用于建筑物的内外装饰工程。
第四节混凝土
普通混凝土的组成材料
由胶凝材料将粗、细骨料胶结而成的固体材料为混凝土。
按表观密度可分为重混凝土、
普通混凝土、轻混凝土。
普通混凝土是以水泥为胶结材料,以天然砂、石为骨料,加水拌合
,经浇筑成型,凝结硬化形成的固体材料。
水泥占10-15%,其余为砂、石骨料,砂石比例为1
∶2左