第一节 材料科学与物质结构基础知识Word文档下载推荐.docx

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＞0.85水中或受潮严重

＞0.75受潮较轻或次要结构物

抗渗性

渗透系数K

Qd/AtH

渗透系数↗抗渗性↘

孔隙率大孔隙连通，渗透系数↘

耐久性

抗冻性

质量损失≤0.5

强度损失≤0.25

水工及冬季气温低于-15°

导热性

导热系数λ

Qd/At（T2-T1）

导热系数↗,导热性↗

绝热材料＜0.23W/m*K

热容量

建筑材料的力学性质

强度和等级

拉、压、弯、剪

变形性能

弹性和塑性

弹性

可恢复

塑性

不可恢复

脆性和韧性

韧性

脆性

第二节气硬性无机胶凝材料

一、石灰

碳酸钙为主的原料-900~1100锻烧得出氧化钙和二氧化碳

钙质生石灰（氧化镁含量小于等于5%），镁质生石灰（氧化镁含量大于5%）

生石灰的熟化

加水成Ca（OH）2（称熟石灰或消石灰）

放热，体积膨胀1~2.5倍

过火石灰

陈伏两周

使抹灰层表面开裂或隆起

石灰浆的硬化

结晶作用

游离水分蒸发，氢氧化钙从饱和溶液中结晶

硬化石灰浆体强度不高，受潮后更低，

强度增长慢，

硬化过程体积收缩大，加入砂子纸筋等防止收缩开裂

碳化作用

Ca（OH）2与二氧化碳化合生成碳酸钙

石灰的应用

配制石灰砂浆、石灰乳

砌筑、抹面、石灰乳做涂料

配制三合土、三灰土

三合土：

石灰+粘土+砂石或矿渣、碎砖等填料

分层夯实，用作砖基础的垫层

三灰土：

石灰+粘土

生产灰砂砖、碳化石灰板

灰砂砖：

磨细生石灰或消（熟）石灰粉与天然砂配合拌匀，加水搅拌，经陈伏，加压成型和压蒸处理

磨细生石灰粉、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质集料（矿渣）搅拌成型，再人工碳化12~24h

无熟料水泥及多种硅酸盐制品

二、建筑石膏

石膏制品强度一般比石灰制品高

胶结强度：

石灰<

石膏<

水泥

天然二水石膏（生石膏）煅烧107~170度磨细得半水石膏（熟石膏），190度得模型石膏

水化

生成二水石膏，自由水分水化和蒸发后，变稠，凝结，

性质

凝结硬化快

体积微膨胀1%

孔隙率大，可达50~60%

强度低，表观密度较小，导热性较低，吸音性较强，吸湿性较强

耐水性和抗冻性较差

抗火性好

释放结晶水形成水蒸气幕，

耐热性差

不可长期用于65度以上的高温环境

应用

轻质、防火、吸声、保湿隔热、调湿、可钉可锯

内部装饰和生产纸面石膏板、石膏空心条板、石膏砌块等墙体材料

第三节水泥

一、硅酸盐水泥

（一）硅酸盐水泥的矿物组成

（二）硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化

（三）硅酸盐水泥的技术性质

细度

凝结时间

初凝

标准维卡仪

终凝

体积安定性

游离CaO、游离MgO、石膏过量

煮沸法

强度

40*10*160mm，20+2,3d28d

（四）硅酸盐水泥的侵蚀与防止

引起水泥石侵蚀的原因

易溶与水的组份，氢氧化钙、水化铝酸钙

与其它物质发生反应，生成易溶于水或体积膨胀或松软无胶凝力的新物质

本身不密实，有孔隙，侵蚀性物质（水，酸、硫酸盐与镁酸盐）

防止侵蚀的措施

水泥品种

表面做保护层

二、掺混合材料的硅酸盐水泥

活性混和材料：

粒化高炉矿渣、火山质混合材料（火山灰、浮石、硅藻土、烧粘土、煤矸石灰渣等）

非活性混和材料：

石英砂、石灰石粉、粘土、慢冷矿渣、磨细的块状高炉矿渣及炉灰、等

五种通用水泥的性能对比表

硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥PO

矿渣水泥PS

火山灰水泥PP

粉煤灰水泥PF

复合水泥

凝结硬化

快

较快

慢

慢、

早期强度，后期强度

高

低，增长较快

初凝/终凝

45min6.5h

45min10h

蒸汽养护

适合

掺和料

PI无掺和料

PII0~5%石灰石或粒化高炉矿渣

Mgo<

5.0%，SO3<

3.5%

6%-~20%，

允许用≤5%的窑灰或

≤10%的非活性混合材料

粒化高炉矿渣

A：

20%-~50%

B：

50%-~70%

允许用≤8%其它混合材料代替矿渣

火山灰质混凝土材料和适量石膏

粉煤灰和适量石膏

20%-~40%

SO3<

4%

水化热

大

较大

较小，放热慢

较小

抗冻性，抗碳化

好

较好

差

差

耐磨性

好

较好

较差

耐热性

较差

耐腐蚀性

干缩性

较小

泌水性

大、

⑤其他性能与所掺人的两种或两种以上混合材料的种类、掺量有关

耐软水性和硫酸盐侵蚀

抗裂性

不适用

大体积混凝土

流动性

三、铝酸盐水泥

矿物组成和水化产物

CA-70%，凝结不快，硬化迅速

20度，CAH10

片状或针状晶体，不稳定，转变成C3AH6

同时析出游离水，增大孔隙，强度降低，温热条件加速

20~30度，C2AH8

>

30度C3AH6

CA2-20%

C2A少量

AH3

技术性质

特性与应用

长期强度降低

不宜用于长期承重、高温高湿环境，一般工程禁用

早期强度增长快

1d强度80%，紧急抢修、要求早强的特殊工程

水化热大、放热速度快

总热量的70%~80%

养护温度15度，不超过25度

不适合高温季节，也不适合蒸气养护

耐热性较高

可制成耐热混凝土

抗硫酸盐侵蚀强，耐酸好

抗碱差

闪凝

与硅酸盐水泥或石灰相混，并生成高碱性的水化铝酸钙，混凝土开裂

不得接触未硬化的硅酸盐水泥

四、其它品种水泥

白色硅酸盐水泥

氧化铁含量少

初凝45min，终凝10h

5.5%,SO3<

彩色硅酸盐水泥

碱性矿物颜料

颜料要求不溶于水，分散性好，耐碱性强，抗大气稳定性好，不影响水泥的硬化、着色力强

快硬硅酸盐水泥

提高铝酸三钙和硅酸三钙的含量、增加石膏掺量（达8%），提高水泥的细度

紧急抢修工程及低温施工工程

膨胀水泥

混凝土膨胀，钢筋微、混凝土微压

自应力水泥

砌筑水泥

第四节混凝土

一、普通混凝土原材料的技术要求

重混凝土

干表观密度大于2800kg/m3

普通混凝土

干表观密度大于2000~2800kg/m3

轻混凝土

干表观密度小于2000kg/m3

（一）水泥

品种选择

根据工程特点、环境、施工条件等

强度等级

混凝土强度的1.2~2.0倍

高强混凝土，0.9~1.5倍

（二）细集料

粒径

0.15~5mm

有害杂质

泥、泥块、云母、轻物质、硫化物与硫酸盐、有机物质、氯化物等

泥、云母、轻物质

降低集料与水泥浆的粘结

泥

增多用水量，加大收缩，降低抗冻性、抗渗性

硫化物与硫酸盐

侵蚀

泥块、轻物质

强度低形成薄弱部分

氯

钢筋锈蚀

活性二氧化硅

碱集料反应

砂的粗细程度

与颗粒级配

和易性和水泥用量

级配良好

空隙率小，水泥浆量少，

提高流动性、密实度和强度

粗细程度

影响总表面积，包裹的水泥浆少

细度模数

细度模数越大，砂越粗。

3.7~3.1为粗砂

3.0~2.3为中砂

2.2~1.6为细砂

（三）粗集料

大于5mm

接近立方体或球形为好

碎石

与水泥浆粘结较好，强度较高

卵石

流动性好

泥、泥块、云母、有机质、硫化物与硫酸盐、等

重要工程做碱活性检验

针、片颗粒含量

针颗粒：

长度大于所属粒级平均粒径的2.4倍

片颗粒：

颗粒厚度小于平均粒径的0.4倍

易折断，含量较大时影响孔隙率，影响混凝土的工作性及强度，

岩石的块体抗压强度

边长50mm立方体试件（或直径、高度为50的圆柱体），浸泡48h，岩石的抗压强度不低于混凝土抗压强度的1.5倍，

岩浆岩≥80Mpa，沉积岩≥45Mpa，变质岩≥60Mpa，

压碎指标（卵石）

越大，强度越大

颗粒级配

最大粒径

粒径越大，总表面积越小，包裹的水泥浆少

不超过最小截面尺寸的1/4，不超过钢筋间最小净距的3/4

不超过实心板板厚的1/3，不超过40mm

坚固性

评价指标

硫酸钠溶液浸渍，五次循环后的质量损失

碱-集料反应

指水泥中的碱性氧化物含量较高时，会与骨料中所含的二氧化硅发生化学反应 

，并在骨料表面生成碱-硅酸凝胶，吸水后会产生较大的体积膨胀，导致混凝土胀裂现象

无裂缝、酥裂、胶体外溢，膨胀率<

0.1%

（四）水

采用符合国标的饮用水

（五）外加剂（不超过水泥质量的5%）

减水剂

前提

稠度不变，

经济技术效果

提高流动性：

配合比不变，塌落度增大100~200mm

提高强度：

塌落度不变，减少水量10%~20%，强度提高10%~20%

节约水泥：

强度不变，水泥节省10%~15%，

改善砼某些性能：

减少泌水、离析，延缓凝结、水化放热，提高抗渗性和抗冻性

常用品种

类型

掺量（水泥用量的）

减水

宜

其它

木质素系减水剂

（引气1%~2%）

0.2%~0.3%

10%

夏季施工、滑模施工、

大体积混凝土、泵送混凝土

不宜蒸气养护

缓凝（1~3h）

萘系减水剂

0.5~1.0%

10%~25%

所有混凝土，尤其高强混凝土和流态混凝土

非引气型

聚羧酸系减水剂

25%~30%

塌落度损失小

树脂系减水剂

0.5~2.0%

20%~30%

有特殊要求的混凝土工程

贵，

早强，非引气型

糖蜜系减水剂

6%~10%

夏季施工、大体积混凝土

水工混凝土

缓凝（>

3h），降低水化热

复合减水剂

弥补引气而导致的后期强度降低

早强剂

例

掺量

优点

缺点

氯化物系

氯化钙

1%~2%

早强、促凝、防冻

钢筋混凝土中掺量小于1.0%，与阻锈剂NaNO2复合使用

硫酸盐系

硫酸纳

0.5%~2%

又称元明粉

硫酸纳、糖钙、与青砂混合磨细而成

三乙醇胺系

0.02%~0.05%

有缓凝作用，

不单掺，与其它早强剂复合使用

缓凝剂

木质磺酸钙与糖蜜

高温季节，大体积混凝土，泵送与滑模方法方式，及较长时间停放或无距离运送的商品混凝土

速凝剂

隧道与地下工程，引水涵洞等工程锚喷支护时的喷射混凝土

引气剂

气泡直径0.05~1.25mm

掺量：

0.005%~0.012%

强度稍降

提高抗渗、抗冻，改善拌和物的工作性，

多用于水工混凝土

防水剂、防冻剂、膨胀剂、发气剂等

（六）矿物掺和料

二、普通混凝土的主要技术性质

（一）混凝土拌合物的和易性（又称工作性）

和易性

流动性

坍落度

150mm，大流动性

100~150，流动性

50~90，塑性

10~30配筋稀疏的结构

30~50板、梁或大中型截面的柱等

50~70配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）

70~90配筋特密的结构

10-40，低塑性

尺寸越小、配筋越密或人工插捣时，坍落度选大，

保证施工为前提，坍落度越小为宜

维勃稠度

适用于干硬混凝土拌和物

粘聚性

保水性

影响和易性的主要因素

（决定作用：

用水量）

水泥浆的数量与稠度，由水灰比控制

砂率（砂的质量占砂石总量的比值），

合理砂率值，过大过小都减少和易性

水泥品种与集料品质、性质

外加剂、时间、环境的温度、温度等

调整和易性的措施

合理砂率，提高混凝土质量和节省水泥

改善砂石级配

尽量采用较粗的砂、石

配合比初步确定后，根据现场砂石情况调整水泥浆量（水灰比不变）

外加剂（减水剂、引气剂）提高流动性

（二）混凝土的强度

混凝土立方体抗压强度标准值及强度等级

划分强度等级

150mm，20±

3度，相对温度90%以上，28d

混凝土轴心抗压强度

立方体抗压强度的0.67倍

直径150，高度300

混凝土抗拉强度

劈裂法

水泥强度等级和水灰比

水泥水化需要的水约在水泥重量的23%，

多余的水分形成水泡可蒸发后成气孔，减少抵抗荷载的实际有效面，强度降低

公式

水灰比越小，，

水泥浆硬化后的强度越高

与集料表面的粘结力越强

混凝土强度越高

水灰比过小

过于干稠，振捣困难，

较多的蜂窝、空洞

温度

温度↗水化速度加快，强度发展加快

冰点以下，水化停止

湿度

干燥：

失水影响水化作用，水化不充分，结构疏松或干缝

形成干缩裂缝

养护

凝结后（12h以内），覆盖浇水，

浇水保湿：

普通和矿渣水泥，7d

火山灰、粉煤灰、掺缓凝、抗渗，14d

龄期

fn=f28*（lgn/lg28），n为龄期

三天33%，7天58%，14天79%

提高混凝土抗压强度的措施

高强水泥或早强水泥

低水灰比（低水胶比），0.3~0.5

温热养护

蒸气养护

提高早强：

16h达70~80%

硅酸盐水泥或普硅：

80度

矿渣、火山灰90度

蒸压养护

175度，8个大气压

析出的氢氧化钙与活性二氧化硅或结晶氧化硅结合，生成水化硅酸钙，强度提高

机械搅拌和振捣

提高均匀性、密实度，强度提高

对干硬性混凝土效果明显

外加剂

（三）混凝土的变形性能

化学收缩

水泥水化引起，

不可恢复，收缩一般不大

随龄期增长，40天后渐趋稳定

干湿变形

周围环境引起

湿胀变形量很小，无明显破坏作用

干缩变形，较大，引起混凝土开裂

水泥用量、水灰比大，砂石用量少，干缩大

线收缩值1.5~2.0*10-4

温度变形

线膨胀系数

1*10-5/度*米

大体积混凝土不利，温差50~60度，内胀外缩

低热水泥、减少水泥用量、人工降温、表层加强养护，伸缩缝，温度钢筋等

荷载作用下的变形

短期荷载变形

水灰比小，水泥用量较少，集料弹性模量较高、养护较好及龄期较长，弹性模量较大

1/3轴心抗压强度时的割线弹性模量，严格上，应力/应变为应力变形模量。

徐变：

（3~15）*10-4/度*米

长期荷载下随时间增加的变形，初期增长较快

影响因素：

水泥品种、水泥用量、水灰比、砼弹性模量、养护

水灰比小，水中养护、集料用量较多时，徐变就小

能消除钢筋混凝土内的应力集中

（四）混凝土耐久性

抗渗性

6个试件，4个未渗水

混凝土密实度，孔隙特征

提高混凝土密实度，减小孔隙连通

孔隙的数量、特征、充水程度、环境的温湿度与经历冻融次数等

快冻法

立方体，（-20，20）强度损失≤25%，质量损失≤5%

慢冻法

棱柱体，（-18，5），强度损失≤40%，质量损失≤5%

Na2O，ka2O与活性二氧化硅反应

体积膨胀，开裂

控制碱含量，不用活性氧化硅（蛋白石）的集料。

加活性混合材料吸引钠和钙

抗碳化性

Ca（oh）2和CO2，碱性变成中性，

提高混凝土密实度，增加混凝土内Ca（oh）2数量

碱性环境免锈蚀，中性环境加速锈蚀

抗化学侵蚀性

取决于水泥，合适的品种

提高耐久性的措施

控制水灰（胶）比和水泥用量

质量好的集料

引气，减水等

保证施工质量

三、普通混凝土配合比设计

配合比设计计算

配制强度

配置强度＝设计强度+1.645*标准差

标准差反应施工单位质量控制水平高低

1.645为混凝土强度保证率要求

水灰比

单位用水量

水泥用量

砂率

粗集料用量

细集料用量

质量法

1立方混凝土拌合物的重量2400~2450kg

体积法

配合比的试配、调整和确定

施工配合比计算

注集料的含水率要扣除

第五节沥青及改性沥青

有机胶凝材料，混合物，常温下，固态、半固态、粘稠液态。

按产源，分为地沥青（天然沥青、石油沥青）与焦油沥青（煤沥青和页岩沥青）

建筑工程用：

石油沥青为主，煤沥青少量。

一、石油沥青（胶体）

组成

油分

淡黄色，液体

40%~60%

树脂

黄色到黑褐色，半固体

15~30%

粘性，塑性

地沥青质

黑色，固体

10%~30%

热稳定性，粘性

固体石腊

有害物质

少量

降低粘性、塑性。

增加温度敏感性，

主要技术性质

粘性（稠度）

针入度

25度，100g标准针，5s内，贯入深度（0.1mm）

延度仪

8字形试件，，25度水中，5cm/min速度拉伸至断时的长度（cm）

温度稳定性

软化点

耐热性，温度稳定性

大气稳定性

蒸发损失率

针入度比（蒸发后/蒸发前）

蒸发损失率越小，针入度比越大，老化慢，大气稳定性好

分类

按针入度划分，

延度和软件点

也要符合规定。

道路石油沥青

牌号越小，针入度越小（粘性越大），延度越小（塑性越差），软件点越高（温度稳定性好）

路桥，车间地坪，地下防水

建筑石油沥青

屋面与地下防水，防腐材料

普通石油沥青

防水防潮石油沥青

软化点高，质量好

特别适宜测油毡的涂敷材料，屋面与地下防水的粘结材料

二、煤沥青

按蒸馏程度分类

低温煤沥青、

中温煤沥青、

高温煤沥青

建筑工程用低温煤沥青

与石油沥青相比

塑性差，易开裂，温度稳定性及大气稳定性

与矿料的粘附性好，防腐好。

三、改性石油沥青

改性材料种类

与石油沥青的混溶性

提高

降低

常用的改性材料

矿物填充料

粘性、耐热性、

对温度的敏感性

滑石粉，石棉绒

橡胶

耐老化，低温柔性

高温变形

氯丁橡胶，再生橡胶，丁基橡胶，耐热性丁苯橡胶（SBS）

耐寒性，耐热性，粘性，不透气性

古马隆树脂，聚乙烯，聚丙烯树脂，酚醛树脂、天然松香

橡胶+树脂

二者相溶好

兼美

四、沥青的应用

冷底子油

建筑石油沥青（30%~40%）

汽油或其它有机溶剂（60%~70%）

常温下的沥青溶液

粘度小，渗透性好

防水层与混凝土间的粘结剂

沥青胶（玛蹄脂）

沥青与矿物填充料（滑石粉或石灰石粉、石棉屑、木纤维等）

热用

填充料掺量（10%~30%）

粘结防水卷材，接缝材料

冷用

沥青（40%~50%），绿油（25%~30%），矿粉（10%~30%），有时石棉（＜10%）

石油沥青胶（60~85度）和焦油沥青胶（55~65度）

耐热度（划分标号）、柔韧性、粘结力

按工程性质、屋面坡度和历年最高气温来选择标号

建筑防水沥青嵌缝油膏

加入改性材料+稀释剂+填充剂

冷用膏状

耐热度、低温柔性，保油性（）

施工注意清洁干燥，冷底子油打底并干燥，再嵌缝

沥青防水卷材

常用油毡

用低软化点沥青浸渍原纸，两面用高软化点沥青涂盖，再刷或撒布隔离材料

石油沥青油毡：

用石油沥青胶结料粘结

煤沥青油毡：

用煤沥青胶结料粘结

性能

不透水性、吸水率、耐热度、拉力（25±

2度、纵向），柔度

沥青再生胶油毡

较好的弹性、不透水性与低柔韧性

较高的延伸性、抗拉强度和热稳定性

水工、桥梁、地下建筑物管理等重要防水工程

建筑物变形缝的防水处理

SBS改性沥青柔性油毡

较高的耐热性、低温柔性、弹性及耐疲劳性

性能最佳，施工冷粘贴（氯丁粘合剂），热粘贴（汽油喷灯）

铝箔面油毡

良好的热反射功能及装饰功能

范围：

多层防水工程的面层

防水卷材

三元乙丙橡胶防水卷材

最好：

耐老化性最好（20年），-60~120度

良好：

耐候性、耐臭氧性、耐酸耐碱性，耐热性、耐寒性

抗拉强度大于7.5Mpa，伸长率450%

缺点：

遇机油溶胀，一次支付费用高

施工易于操作，用橡胶类胶粘剂

聚氯乙烯防水卷材

S型和P型

尺寸稳定性、耐腐蚀性、

较好：

低温柔性、耐老化性

抗拉强度14~17.5Mpa，伸长率300%

建筑防水工程中广泛使用

氯丁橡胶卷材

与三元乙丙橡胶防水卷材相似稍差，耐低温性能较差

地下室混凝土结构、屋面、桥面及蓄水池的防水层

氯化聚乙烯-橡胶共混型防水卷材

好：

抗拉强度、伸长率、弹塑性、耐低温性

密封材料

聚氨酯密封膏

性能最好

高弹性、粘结力、防水性

耐油性、耐候性、耐久性、耐磨性

与混凝土粘结性良好，无需打底