1、 山东大学课程情况登记表 课程编号 2005812021 课程名称 建筑材料 英文课程名称 Building Materials 课程类别 技术基础课 开课系所号 20 开课学期 (上、下) 本研标志 本科生课程 学 时 54 学 分 3 考试类型 (笔试考试无口试) 开设日期 2002.9 结束日期 2003.1 课程分类 必修课必修 主课名称 建筑材料 先修课程 力学、数学、物理、化学 课内总学时 54 实验总学时 讲课总学时 38 上机总学时 0 CAD 总学时 0 CAI 总学时 0 讨论辅导总学时 0 设计作业总学时 0 课外总学时 0 课外学分 0 课程负责人 孙纪正 师资队伍 孙
2、纪正 基本面向 二年级各专业 教学方式 讲课 教 材 建筑材料 参考书 建筑材料 土木工程材料 道路建筑材料 课程说明 本课程属于土建类专业的技术基础课。利用前期学过的力学、数学、物理、 化学知识，通过本课程的学习，为学习建筑、结构、施工等后续专业课提供建材 基本知识，同时它还为今后从事工程实践和科学研究打下必要的专业基础。 内容简介 (200 字左右 ) 主要介绍土建工程中常用的各种建筑材料。各种建筑材料的主要性能，质量 检验和评定的标准及方法，如何合理地选用和应用各种建筑材料以及几种建筑材 料的配合比设计方法等。 备 注 建筑材料课程简介及课程辅导教案 第 1 章 建筑材料的基本性质 本章
3、主要讲述：材料的组成、结构与性质、材料的基本物理性质、材料的力学性质、材料的耐 久性 本章重点：与材料结构状态有关的基本参数的计算、材料与水有关的性质、材料的力学性质、 材料的耐久性 本章难点：与材料结构状态有关的基本参数的计算、材料的力学性质 本章要点：材料的基本物理性质、材料的力学性质、材料的耐久性 本章基本概念：材料的密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、空隙率、耐水性、抗渗性、抗冻 性、强度、弹性、塑性、硬度、耐久性 本章基本要求：掌握材料的基本物理性质、力学性质及与水有关的性质； 了解材料与热有关的性质。 本章学时安排：与绪论一起共 7 学时 本章基本内容： 一、材料的组成、结构与性质
4、材料的组成 (1)化学组成：无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物的含量表示。金属材料以元素含 量来表示。化学组成决定着材料的化学性质,影响着物理性质和力学性质。 (2)矿物组成：材料中的元素或化合物是以特定的结合形式存在着,并决定着材料的许多重要性 质。矿物组成,是无机非金属建筑材料中化合物存在的基本形式。化学组成不同,有不同的矿物。 既使相同的化学组成,在不同条件下,结合成的矿物往往也是不同的。金属材料和有机材料也与 无机非金属材料一样,有其各自的基本组成,决定着同一种类材料的主要性质。所以说,认识各 类材料的基本组成,是了解材料本质的基础。 2.材料的结构：材料的结构决定着材料的许多性
5、质。一般从三个层次来观察材料的结构及其与 性质的关系。 (1)宏观结构(亦称构造)用放大镜或肉眼即可分辨的毫米级组织称为宏观结构。 材料的宏观结构中常含有孔隙或裂纹等缺陷,对材料性能有较大影响。材料的宏观结构较易 改变。 (2)亚微观结构（显微或细观结构)由光学显微镜所看到的微米级组织结构。该结构主要涉及到 材料内部的晶粒等的大小和形态、晶界或界面、孔隙、微裂纹等。一般而言,材料内部的晶粒 越细小、分布越均匀,则材料的强度越高、脆性越小、耐久性越好;不同组成间的界面粘结 或接触越好,则材料的强度、耐久性等越好。材料的亚微观结构相对较易改变。 (3)微观结构 利用电子显微镜、X 射线衍射仪等手段
6、来研究的原子或分子级的结构。 无机非金属材料中的晶体(或非晶体),其键的构成往往不是单一的,而是由共价键和离子键 等共同联结,如方解石、长石及硅酸盐类材料等。这类材料的性质相差较大。 非晶体,又称玻璃体,是熔融物在急速冷却时,质点来不及按特定规律排列,所形成的内部质 点无序排列(短程有序,长程无序)的固体或固态液体。因其大量的化学能未能释放出,故其化学 稳定性较晶体差,容易和其它物质反应或自行缓慢向晶体转换。如在水泥、混凝土等材料中使 用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等材料。 孔隙 大多数材料在宏观结构层次或亚微观结构层次上均含有一定大小和数量的孔隙,甚 至是相当大的孔洞。这些孔隙几乎对材料的
7、所有性质都有相当大的影响。 (1)孔隙的分类 材料内部的孔隙按尺寸大小,可分为微细孔隙、细小孔隙、较粗大孔隙、 粗大孔隙。 按常压下水能否进入孔隙中,又可分为开口孔隙(或连通孔隙)和闭口孔隙(或封闭孔隙)。 当然压力很高的水可能会进入到部分闭口孔隙中。 (2)孔隙对材料性质的影响 通常材料内部的孔隙含量（即孔隙率)越多,则材料的体积密 度、堆积密度、强度越小,耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性及其耐久性越差,而保温性、吸 声性、吸水性和吸湿性等越强。 人造材料内部的孔隙是生产材料时,在各工艺过程中留在材料内部的气孔。绝大多数的 建筑材料的生产过程中均使用水做为-个组成成分。为达到生产工艺所要求的
8、工艺性质,用水量 往往远远超过理论需水量(如水泥、石膏等的化学反应所需的水量),多余的水即形成了材料内 部的毛细孔隙,即绝大多数人造建筑材料中的孔隙基本上是由水所造成的。由此可以说,凡是影 响人造建筑材料内部孔隙数量、孔隙形状、孔隙状态或用水量的因素,均是影响材料性能的因 素。在确定改善材料性能的措施和途径时,必须考虑这些因素。 二、材料的基本物理性质 1.与材料结构状态有关的基本参数 (1)不同状态下的密度 1)密度：材料在绝对密实状态下(不含内部所有孔隙体积)单位体积的质量,用下式表示。 Vm 测试时,材料必须是绝对干燥的。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体 积。 2)表观密
9、度：材料在自然状态下单位体积的质量,用下式表示。 0Vm 测试时,材料的质量可以是任意含水状态下的,不加说明时,是指气干状态下的质量。形状 不规则的材料,须涂蜡后采用排水法测定其体积。 3)堆积密度 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量,用下式表示。 0V 测试时,材料的质量可以是任意含水状态下的。无说明时,指气干状态下的。 (2)孔隙率： 孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料自然状态下体积的百分数,分为开口孔隙率、闭口孔 隙率、总孔隙率简称孔隙率)。 孔隙率的计算 %10100 odPVV (3)空隙率： 散粒材料颗粒间空隙体积占整个堆积体积的百分率。 空隙率的计算 %101000 odVVP
10、 对于致密材料,如普通天然砂、石,可用视密度替代体积密度。 在大量配制混凝土、砂浆等材料时,宜选用空隙率（ ）小的砂、石。P 2.材料与水有关的性质： (1)材料的亲水性与憎水性： 水可以在材料表面铺展开,即材料表面可以被水浸润,此种性质称为亲水性,具备此种性质 的材料称为亲水性材料。若水不能在材料表面上铺展开, 即不能被浸润，则称为憎水性，该材 料称为憎水性材料。 含毛细孔的亲水性材料可自动将水吸入孔隙内。大多数建筑材料属于亲水性材料。孔隙率 较小的亲水性材料仍可做防水或防潮材料使用,如混凝土、砂浆等。 (2)吸水性与吸湿性： 1)吸水性 吸水性是材料吸收水分的性质,用材料在吸水饱和状态下的
11、吸水率来表示。分有 质量吸水率(所吸收水的质量占绝干材料质量的百分率)、体积吸水率(所吸收水的体积占自然 状态下材料体积的百分率),计算式分别如下： %10gbmW %0WV 二者的关系为： m 吸水率主要与材料的开口孔隙率、亲水性与憎水性等有关。 2）吸湿性 吸湿性是材料在空气中吸收水蒸汽的性质，用含水率表示。即材料中所含水的 质量与材料绝干质量的百分比称为含水率。材料吸湿或干燥至与空气湿度相平衡时的含水率称 为平衡含水率。建筑材料在正常使用状态下,均处平衡含水状态。 吸湿性主要与材料的组成、微细孔隙的含量及材料的微观结构有关。 3)吸水与吸湿对材料性质的影响 材料吸水或吸湿后,可削弱内部质
12、点间的结合力,引起强 度下降。同时也使材料的表观密度、导热性增加,几何尺寸略有增加,使材料的保温性、吸声性 下降,并使材料受到的冻害、腐蚀等加剧。由此可见含水使材料的绝大多数性质变差。 (3)耐水性 材料长期在水作用下,保持其原有性质的能力。 对于结构材料,耐水性主要指强度,对装饰材料则主要指颜色的变化、是否起泡、起层等, 即材料不同,耐水性表示方法也不同。对于结构材料,用软化系数( )来表示,计算式如下。PK 干 燥 状 态 下 的 抗 压 强 度强 度吸 水 饱 和 状 态 下 的 抗 压PK 材料的软化系数 =01.0， 0.85 的称为耐水性材料。长期处于潮湿或经常遇水的结构,P 需选
13、用 0.75 的材料,重要结构需选用 0.85 的材料。材料的耐水性主要与其组成成分在PKP 水中的溶解度和材料的孔隙率有关。溶解度很小或不溶的材料,则软化系数( )一般较大。若PK 材料可微溶于水且含有较大的孔隙率,则其软化系数( )较小或很小。PK (4)抗渗性： 抗渗性是材料抵抗压力水渗透的性质。常用抗渗等级来表示,即材料所能抵抗的最大水压 力。 材料的抗渗性与其内部的孔隙率,特别是开口孔隙率有关,与材料的亲、憎水性也有一定关 系。 (5)抗冻性： 材料抵抗冻融循环作用,保持其原有性质的能力。对结构材料主要指保持强度的能力,并多 以抗冻等级来表示。即以材料在吸水饱和状态下(最不利状态)所
14、能抵抗的最多冻融循环次数来 表示。 3.热工性质： （1）导热系数：材料传递热量的性质称为材料的导热性,以导热系数来表示。导热系数越小, 材料的保温性越好。 影响材料导热系数的因素有: 1)材料的组成与结构。一般地说,金属材料、无机材料、晶体材料的导热系数分别大于非 金属材料、有机材料、非晶体材料。 2)孔隙率越大,即材料越轻( 小,导热系数越小。细小孔隙、闭口孔隙比粗大孔隙、开0 口孔隙对降低导热系数更为有利,因为避免了对流传热。 3）含水或含冰时,会使导热系数急剧增加。 4)温度越高,导热系数越大(金属材料除外)。 上述因素一定时,导热系数为常数。 保温材料在存放、施工、使用过程中,需保证
15、为干燥状态。 (2)热容量： 材料受热时吸收热量,冷却时放出热量的性质称为材料的热容量,该值等于材料的比热(c) 与质量(m)的乘积。 材料的热容量越大,则建筑物室内的温度越稳定。 三、材料的力学性质 1.材料的强度 (1)理论强度 固体材料的强度决定于结构中各质点间的结合力,即化学键力。材料的破坏实际上是质 点化学键的断裂。 实际上材料结构中含有大量缺陷,如晶格缺陷、孔隙、裂纹等。材料受力时,在缺陷处形 成应力集中。 减小材料内部的缺陷(孔隙、裂纹等)可大幅度提高材料的强度。 (2)材料的强度 材料的实际强度,常采用破坏性试验来测定,根据受力形式分有抗压强度、抗拉强度 抗弯强度、抗剪强度等。
16、 材料的强度除与前述的内部因素(组成、结构)有关外,还与外部因素,即测试条件也有相 当大的关系。 2.材料的弹性与塑性： (1)弹性,是指受到外力作用产生的变形,能随外力撤消而完全恢复原状的性质。将发生的这种 变形称为弹性变形。明显具有这种特征的材料称为弹性材料。受力后材料的应力与应变的比值 即为弹性模量。 (2)塑性,是指受到外力作用产生的变形,不能随外力撤消而自行恢复的性质。所发生的这种变 形称塑性变形。具有这种明显特征的材料称塑性材料。大多数材料受力初期表现为弹性,达到 一定程度表现出塑性特征,称之为弹塑性材料。 3.材料的脆性与冲击韧性： 材料在破坏时,未出现明显的塑性变形,而表现为突
17、发性破坏,此种性质称为材料的脆性。脆 性材料的特点是塑性变形小,且抗压强度与抗拉强度的比值较大(550 倍)。无机非金属材料 多属脆性材料。 材料抵抗冲击振动作用,而不发生突发性破坏的性质称为材料的冲击韧性或韧性,或在冲击 振动作用下,吸收能量、抵抗破坏的能力称为冲击韧性。韧性材料的特点是变形大、特别是塑 性变形大、抗拉强度接近或高于抗压强度。术材、建筑钢材、橡胶等属于韧性材料。有冲击、 振动荷载时需考虑材料的韧性。 四、材料的耐久性 材料抵抗各种破坏因素或腐蚀介质的长期作用,保持其原有的主要性质的能力称为材料的 耐久性。材料的组成、结构、性质和用途不同,对耐久性的要求也不同。耐久性一般包括材
18、料 的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐溶蚀性、耐光性、耐磨性等等许多项。不同材料 所要求保持的主要性质也不相同,如对于结构材料,主要要求强度不显著降低;对装饰材料则主 要要求颜色、光泽等不发生显著变化等。金属材料常由化学和电化学作用引起腐蚀和破坏;无 机非金属材料常由化学位用、溶解、冻融、风蚀、温差、湿差、磨擦等其中某些因素或综合作 用而引起破坏;有机材料常由生物作用(细菌、昆虫等人溶蚀、化学腐蚀、光、热、大气等的作 用而引起破坏。 第 3 章 烧土制品 本章主要讲述：烧结普通砖、烧结多孔砖和烧结空心砖 本章重点：烧结普通砖、烧结多孔砖和烧结空心砖的主要技术要求及应用 本章难点：烧结普通
19、砖、烧结多孔砖和烧结空心砖的强度等级评定 本章要点：烧结普通砖、烧结多孔砖和烧结空心砖的主要技术 本章基本概念：烧结、欠火砖、过火砖、泛霜、石灰爆裂 本章基本要求：知道砖的生产工艺过程、分类及主要技术性质； 了解各种建筑陶瓷的规格及特点。 本章学时安排：共 2 学时 本章基本内容： 烧结制品是以粘土为主要原料,经成型、干燥、焙烧而成的人造石。主要制品有烧结普通 砖、烧结粘土瓦、烧结多孔砖和烧结空心砖,以及陶瓷饰面砖、锦砖、地砖、卫生陶瓷、污水 陶管等。 一、烧结普通砖 烧结普通砖是以粘土或煤矸石、页岩、粉煤灰等为主要原料,经成型、焙烧而成的实心或 孔洞率不大于 15%的砖。其外形尺寸为 240
20、11553mm。烧结普通砖主要品种有烧结粘土砖、 烧结粉煤灰砖、烧结煤矸石砖、烧结页岩砖等。 原料及焙烧工艺对砖质量的影响： 1.原料对砖质量的影响 烧结普通砖的主要原料是粘土。 (1)粘土的组成 粘土是含长石、云母的岩石经风化而成的多种矿物的混合体。其主要 成分是含水铝硅酸盐的粘土矿物,其次是杂质(石英,长石,云母,碳酸盐,铁、钒的氧化物及有机 质)。粘土矿物是粘土具有可塑性的主要来源。杂质含量对粘土可塑性、收缩性和焙烧温度影 响很大。含有氧化铁是砖带有颜色的主要因素。 烧制普通砖的粘土,主要是易熔粘土,即耐火度低于 1350的粘土,杂质含量较多。其 中颗粒较粗的砂质粘土适于制砖,较细的粘土
21、适于制瓦。颗粒过粗时,焙烧后砖质脆,过细时,砖 变形大。 (2)粘土的性质 可塑性和烧结性是粘土的重要性质。 1)粘土的可塑性 粘土和水后,能在外力作用下塑造成要求的形状,当外力撤消后,仍 能保持获得的形状,并不出现裂纹。当粘土矿物含量多时,可塑性好。但可塑性大的粘土坯体, 在干燥和焙烧过程中,随着脱水会出现较大的收缩。收缩对砖的尺寸规格有影响,同时易造成不 均匀变形和裂纹。 2)粘土的烧结性 粘土坯体在焙烧至 900以上时,粘土颗粒表面易熔化合物形成一 定数量的熔融物,逐渐填充颗粒之间空隙,随温度升高、熔融物增多,坯体孔隙率降低,其强度、 耐水性和抗冻性均相应提高,这一过程称为烧结。粘土的烧
22、结控制在部分熔融状态。将粘土中 熔融物开始出现的温度,至坯体出现显著变形而不能自持时的温度范围称为烧结范围。烧结范 围宽,表明生产容易控制,砖质量稳定。一般烧结粘土砖的烧结范围较窄,只有 50100。 2. 焙烧工艺对砖质量的影响 焙烧温度低于烧结温度下限时,砖坯体的孔隙率大,强度 低,耐久性差,颜色浅、敲击时音哑,称为欠火砖;若焙烧温度高于烧结范围上限时,砖坯体孔隙 率小,密实度大,导热性增大,强度高,但砖易变形,称为过火砖。两者均不符合砖的质量要求。 若在烧成后,造成窑内不完全燃烧,在还原气氛下,粘土中铁还原成低价铁而呈青灰色,得 到青砖。青砖比一般氧化气氛中烧成的红砖耐久性好。 烧结粉煤
23、灰砖、烧结煤矸石砖和烧结页岩砖的原料,要按照可塑性、内燃值等要求来确 定粘土和粉煤灰或粉碎的煤矸石或页岩的比例,其余工艺与烧结粘土砖基本相同。 烧结普通砖的技术性质： 国家标准 GB/T5101-1998烧结普通砖对产品形状、尺寸、强度等级、耐久性、外观 质量和等级划分做了具体规定。 (1)烧结普通砖外形为直角六面体、其公称尺寸为 24011553mm,每立方米砖砌体需 512 块普通砖。 (2)外观检验包括尺寸偏差、裂纹、弯曲等九项内容,按 GB/T2542 规定的方法检验。 (3)强度等级按抗压强度确定。分 MU30、MU25、MU20、MU15、MU10 五个强度等级。 (4)耐久性包括
24、吸水率、抗冻性、泛霜试验和石灰爆裂等内容,各项内容亦应符合规定。(5)强 度和抗风化性能合格的砖，根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂等分为优等 品(A)一等品(B)和合格品(C)三个质量等级。 烧结普通砖的应用： 一般建筑物中墙体材料约占 60%左右,目前我国的墙体材料中 95%左右仍用烧结普通砖, 绝大部分是烧结粘土砖。此外,还可以用来砌筑砖柱、拱、基础和烟囱、沟道及其它构筑物。 应用中不得使用欠火砖、酥砖和螺旋砖。由于烧砖毁田严重,耗能高,而且砖块小施工工效低、 砌体抗震性差等原因,烧结普通粘土砖将逐渐被烧结多孔砖和空心砖及其它轻质墙体材料所代 替,在有条件地区应提倡发展工业废渣制砖。
25、 第 5 章 无机气硬性胶凝材料 本章主要讲述：建筑石膏、建筑石灰、水玻璃及其制品 本章重点：建筑石膏、建筑石灰的技术标准、技术性质及应用 本章难点：建筑石膏、建筑石灰的特性 本章要点：建筑石膏、建筑石灰的特性及应用 本章基本概念：气硬性胶凝材料、水硬性胶凝材料、石灰的陈伏 本章基本要求：了解石灰、石膏、水玻璃的生产、凝结硬化过程； 掌握各气硬性胶凝材料的技术标准、技术性质及应用。 本章学时安排：共 2 学时 本章基本内容： 能够将散粒材料和块体材料粘结为一个整体的材料,称为胶凝材料。按化学成分,将胶凝材 料分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。建筑上使用的各种沥青、合成树脂属于有机胶凝材料。 无机
26、胶凝材料按硬化条件分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气 中硬化,也只能在空气中保持和发展其强度;水硬性胶凝材料则既能在空气中,又可在水中更好 地硬化,并保持和发展其强度。即气硬性胶凝材料的耐水性差,不宜用于潮湿环境或水中,而水 硬性胶凝材料的耐水性好,可以用于水中。 建筑工程中主要应用的气硬性胶凝材料有石膏、石灰、水玻璃和菱苦土。 一、建筑石膏 1. 建筑石膏的生产、水化和凝结硬化 (1) 建筑石膏的生产 将天然二水石膏 CaSO42H2O 加热脱水而得。 (2)水化与凝结硬化 建筑石膏与水拌合后,即与水发生化学反应(简称为水化)。 由于二水石膏的溶解度比半水石膏小许多
27、,所以二水石膏胶体微粒不断从过饱和溶液(即 石膏浆体)中沉淀析出。二水石膏的析出促使上述水化反应继续进行,直至半水石膏全部转化为 二水石膏为止。石膏浆体中的水份因水化和蒸发而减少,浆体的稠度逐步增加,胶体微粒间的搭 接、粘结逐步增强,使浆体逐渐失去可塑性,即浆体逐渐产生凝结。随水化的进一步进行,胶体 凝聚并逐步转变为晶体,且晶体间相互搭接、交错、共生,使浆体完全失去可塑性,产生强度,即 硬化。最终成为具有一定强度的人造石材。浆体的凝结硬化是一个连续进行的过程。将从加水 拌合开始一直到浆体开始失去可塑性的过程称为初凝,对应的这段时间称为初凝时间;将从加水 拌合开始一直到浆体完全失去可塑性,并开始
28、产生强度的过程称为终凝,对应的这段时间称为终 凝时间。 2.建筑石膏的技术要求建筑石膏的技术要求有强度、细度和凝结时间。并按强度和细度 划分为优等品、一等品和合格品。 3.建筑石膏的性质与应用 (1)性质 建筑石膏具有以下性质： 1)凝结硬化快 2)凝结硬化时体积微膨胀 3)孔隙率高、表观密度小 4)保温性、吸声性好 5)具有一定的调温调湿性 6)强度较低 7)防火性好 8)抗渗性、耐水性、抗冻性差 (2)建筑石膏的应用 建筑石膏由于具有较好的性能因而广泛用于较高级的室内抹灰、粉刷以及各种板材和 装饰板。经常使用的板材有纸面石膏板、纤维石膏板、石膏饰板、天花板等。这些板的厚度为 918mm,使
29、用时需采用龙骨连接。 二、石灰 1.石灰的生产 生产石灰所用原料主要是含碳酸钙为主的天然岩石,如石灰石、白垩等。将这些原料在高 温下锻烧,即得生石灰。 正常温度下般烧得的生石灰具有多孔结构,即内部孔隙率大、晶粒细小、体积密度小,与水 作用速度快。由于生产时,火候或温度控制不均,常会含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰中含 有未分解的碳酸钙内核,外部为正常锻烧石灰。欠火石灰只是降低了石灰的利用率,不会带来危 害。温度过高得到的生石灰,称为过火石灰。过火石灰的结构致密、孔隙率较小、表观密度大 (接近于密度),并且晶粒粗大,甚至发生烧结。此外由于原料中混入或夹带有粘土成分,在高温 下熔融,使过火石灰颗粒
30、表面部分为玻璃质物质(即釉状物)所包覆。因此过火 石灰与水的作用很慢(需数十天至数年以上),这对使用非常不利。 2.石灰的熟化 石灰的熟化,又称消解,是生石灰(氧化钙)与水作用生成熟石灰(氢氧化钙)的过程。 为避免过火石灰在使用后,因吸收空气中的水蒸汽而逐步水化膨胀,使硬化砂浆或石灰制品 产生隆起、开裂等破坏,在使用前必需使其熟化或将其去除。常采用的方法是在熟化过程中首 先将较大尺寸的过火石灰块利用筛网等去除(同时也为了去除较大的欠火石灰块,以改善石灰质 量),之后利用二周以上的熟化时间(即陈伏),使较小的过火石灰块熟化。熟化时需防止石灰碳 化。 熟石灰,又称消石灰,有二种使用形式: (1)石
31、灰膏 生石灰块加 34 倍的水,经熟化、沉淀、陈伏而得到的膏状体。 (2)消石灰粉 生石灰块加 60%80%的水,经熟化、陈伏等得到的粉状物(略湿,但不成 团)。 3.石灰的硬化 (1)干燥硬化与结晶硬化 石灰浆在干燥过程中,因失水产生毛细管压力,使氢氧化钙颗粒间的 接触紧密,产生一定的搭接。此外氢氧化钙也会在过饱和溶液中结晶,但结晶数量很少,故 由此过程产生的强度很低。若再遇水后,因毛细管压力消失,且氢氧化钙微溶于水,强度丧 失。 (2)碳化硬化 氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙而使石灰硬化。生成的碳酸钙具有 相当高的强度。但由于空气中二氧化碳的浓度很低,故碳化过程极为缓慢。空气中湿度
32、 过小或过大均不利于石灰的碳化硬化。 由硬化原因及过程可以得出石灰硬化慢、强度低、不耐水的结论。 4.技术要求 按石灰中氧化镁含量将生石灰、生石灰粉划分为钙质石灰(MgO5%); 按消石灰中氧化镁含量将消石灰粉划分为钙质消石灰粉MgO4% 、镁质消石灰粉(4%MgO24% 和白云石消石灰粉(24MgO30% 。按石灰中(Ca0+MgO)的含量、产浆量或细度等,将生石灰、 生石灰粉、消石灰粉划分为优等品、一等品、合格品三等。 5.石灰的性质 (1)保水性和可塑性好 (2)硬化慢、强度低 (3)耐水性差 (4)硬化时体积收缩大 6.应用 石灰乳,即石灰浆,可用于要求不高的室内粉刷。利用石灰膏或消石
33、灰粉配制成石灰砂浆或 混合砂浆,用于建筑物的抹灰和砌筑。利用生石灰粉配制砂浆时,砂浆的硬化速度比利用熟石灰 时快许多(熟化放出的热量可加速石灰浆硬化),且可不经陈伏直接使用。 消石灰粉与粘土拌合后称为灰土,若再加砂(或炉渣、石屑等)即成三合土。由于消石灰可 塑性好,在穷实或压实下,灰土和三合土密实度增大,并且粘土中的少量活性氧化硅和氧化铝与 石灰反应生成了少量水硬性水化产物,故二者的密实程度、强度和耐水性得到改善。因此,灰土 和三合土广泛用于建筑物基础和道路的垫层。 第 6 章 水泥 本章主要讲述：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
34、泥以及其它品种水泥 本章重点：硅酸盐水泥熟料的矿物组成、熟料矿物的水化及凝结硬化的特性、硅酸盐水泥的技 术性质、水泥石的腐蚀与防止、硅酸盐水泥的特性与应用以及掺混合材料硅酸盐水 泥的特性与应用 本章难点：硅酸盐水泥性能的评定、硅酸盐水泥的特性与应用以及掺混合材料硅酸盐水泥的特 性与应用 本章要点：硅酸盐水泥熟料的矿物组成、熟料矿物的水化及凝结硬化的特性、硅酸盐水泥的技 术性质、水泥石的腐蚀与防止、硅酸盐水泥的特性与应用以及掺混合材料硅酸盐水 泥的特性与应用 本章基本概念：细度、水泥初凝时间、水泥终凝时间、体积安定性、水泥石的腐蚀、活性混合 材料、标准稠度用水量 本章基本要求：了解水泥的生产过程
35、，凝结硬化机理； 掌握水泥熟料主要矿物成分，各自特性； 掌握水泥的主要技术性质、技术标准及应用； 掌握水泥石的腐蚀与防止。 本章学时安排：共 7 学时 本章基本内容： 目前生产和使用的水泥品种达 200 多种。但在建筑工程中主要使用的有硅酸盐类的水泥, 其中包括硅酸盐水泥、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,以及快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等;铝 酸盐类水泥,如高铝水泥;硫铝酸盐类水泥,如,快硬硫铝酸盐水泥、I 型低碱硫铝酸盐水泥等。 但使用量最大的为硅酸盐类水泥。在硅酸盐类水泥中,最重要、最基本的水泥是硅酸盐水泥,其
36、它水泥均是在硅酸盐水泥的基础上掺入了一定量的混合材料,因而在某些性能上它们与硅酸盐 水泥类同。本章重点介绍硅酸盐水泥。 一、硅酸盐水泥 1.硅酸盐水泥的组成与生产 凡由硅酸盐水泥熟料、0%5%的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称 为硅酸盐水泥。未掺混合材料的称为 I 型硅酸盐水泥,代号 PI;掺不超过 5%的混合材料的称 为型硅酸盐水泥,代号 P。 硅酸盐水泥熟料是以适当比例的粘土、石灰石、铁矿粉等原料经磨细制得生料,将生料成球后 在窑内般烧(1450左右)而得。 硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铠酸四钙 四种矿物的含量不同时,水泥的各项性质也不同。如增加 C3S 和 C3A
37、 的含量,可生产出快硬 硅酸盐水泥；增加 C2S 和 C4AF 的含量可生产出低热硅酸盐水泥。水泥熟料矿物的含量不同,水 泥的性质和用途也不同。 2.硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 (1) 硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥的水化反应及水化产物如下： 2(3CaOSiO2)+6H2O 3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 2(2CaOSiO2)+4H2O 3CaO2SiO23H2O+ Ca(OH)2 3CaOAl2O3+6H2O 3CaOAl2O36H2O 4CaoAl2O3Fe2O3+7H2O 3CaOAl2O36H2O+ CaoFe2O3H2O 硅酸盐水泥在水化后，主要有五种水化产物，按形态
38、又分有凝胶和晶体。凝胶占水化产物的 绝大多数，在水中几乎不溶。氢氧化钙则微溶于水。 (2) 硅酸盐水泥的凝结硬化 水泥在加水后即产生水化反应，随水化反应的进行，水泥浆逐 步变稠，最终因水化产物的增多而失去可塑性，即凝结。之后逐步产生强度，即硬化。 (3)水泥石的组成与性质 水泥石，即硬化后的水泥浆体。它由凝胶体、未水化水泥颗粒、 毛细孔隙等组成。水泥石的强度主要取决于水泥强度等级、水灰比 、养护条件及龄期等。在 保证成型质量的前提下,水灰比越小、温度适宜、湿度越大、养护时间越长,则水泥石的凝胶体 越多、毛细孔隙越小,水泥石强度越高水泥石的其它性能也越好。 3.硅酸盐水泥的技术要求 (1)细度
39、水泥颗粒越细,凝结硬化速度越快,早期和后期强度越高,但硬化时的干缩增大。国 标规定,硅酸盐水泥的比表面积应大于 300m2/kg(勃氏法测得值)。否则为不合格。 (2)凝结时间 为保证在施工时有充足时间完成搅拌、运输、浇灌、成型等各项工艺过程,水 泥的初凝时间不宜太短。施工完毕后，希望水泥能尽快硬化，产生强度，故终凝不太长。 (3)体积安定性 指水泥石在硬化过程中体积变化的均匀性。 体积安定性不合格的水泥不得使用。 (4)强度及强度等级 水泥的强度是评定其质量的重要指标。国家标准规定,采用水泥胶砂 强度检验方法(ISO 法)(GB/T17671-1999)测定水泥强度，该法是将水泥和中国 IS
40、O 标准砂按 质量计以 1:3 混合，用 0.5 的水灰比按规定的方法制成 4040160的试件，在标准温 度(20+1)的水中养护，分别测定其 3d 和 28d 的抗折强度和抗压强度。根据测定结果，分为 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5 和 62.5R 等 6 个强度等级。 此外对水泥中的不溶物、氧化镜、三氧化硫、烧失量等有要求。 4.水泥石的腐蚀与防止 (1)软水侵蚀(溶出性侵蚀) 不含或仅含少量重碳酸盐的水称为软水,如雨水、雪水、淡水及 多数江水、湖水等。当水泥石与静止或无压力的软水接触时,水泥石中的氢氧化钙微溶于水,水 溶液迅速饱和。因而对水泥石性能的影响不大。但在
41、流动的或有压力的软水中,由于水不断地 将水泥石内的氢氧化钙溶解,使水泥石孔隙率增加,同时由于氢氧化钙浓度的降低,部分水化产 物分解,从而引起水泥石强度下降。 (2) 盐类腐蚀 1)硫酸盐腐蚀 2)镁盐腐蚀 (3)酸类腐蚀 1)碳酸腐蚀 2)一般酸腐蚀工业废水,某些地下水、沼泽水中常 1 (4)强碱腐蚀 (5)腐蚀的原因与防止 1) 腐蚀的原因 a.水泥石中含有易受腐蚀的成分,即氢氧化钙和水化铝酸钙等; b.水泥石本身不密实含有大量的毛细孔隙。 2)腐蚀的防止。 a.根据环境特点,选择适宜的水泥品种。 b.减小水泥石的孔隙率,提高密实度。 c.设置隔离层或保护层。 5.硅酸盐水泥的性质与应用 (
42、1)硅酸盐水泥的性质与应用 1)早期及后期强度均高 适合早强要求高的工程和高强度混凝土工程。 2)抗冻性好 适合抗冻性要求高的工程。 3)耐腐蚀性差 因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。 4)水化热高 不得用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。 5)抗碳化性好 适合用于空气中二氧化碳浓度高的环境。 6)耐热性差 不适合耐热混凝土工程。 7)耐磨性好 适合于道路、地面工程。 (2)硅酸盐水泥的存放 水泥应在干燥条件下存放。 二、掺混合材料的硅酸盐水泥 1.混合材料 掺入到水泥或混凝土中的人工或天然矿物材料称为混合材料。 (1)非活性混合材料 常温下不能与氢氧化钙和水反应,也不能产
43、生凝结硬化的混合材料,称为 非活性混合材料。在水泥中主要起到调节强度、降低水化热、增加水泥产量、降低成本等作用。 主要使用的有石灰石、石英砂、缓慢冷却的矿渣等。 (2)活性混合材料 常温下可与氢氧化钙反应,生成具有水硬性的水化产物,凝结硬化后产生强 度的混合材料,称为活性混合材料。它们在水泥中的主要作用是调整水泥强度等级、增加水泥 产量、改善某些性能、降低水化热和成本等。常用活性混合材料有： 1)粒化高炉矿渣 2)火山灰质混合材料。 2.普通硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、少量(6%15%)混合材料和适量石膏组成。其中非活性混 合材料的掺量不得大于 10%,窑灰不得大于 5%。 普
44、通硅酸盐水泥的技术要求为: (1)细度 筛孔尺寸为 80m 的方孔筛的筛余不得超过 10%。 (2)凝结时间 初凝时间不得早于 45min,终凝时间不得迟于 10h。 (3)强度与强度等级 根据抗压和抗折强度,将普通水泥划分为 32.5、42.5、52.5 及 32.5R、42.5R、52.5R 等 6 个等级。各龄期强度不得低于国家标准中规定的数值。 其它技术要求与硅酸盐水泥相同。 由于混合材料的掺入量较少,故普通硅酸盐水泥的性质和用途与硅酸盐水泥基本相同,略有差异。 其主要差别表现为: (1)早期强度略低; (2)耐腐蚀性稍好; (3)水化热略低; (4)抗冻性及抗渗性好; (5)抗碳化性
45、略差; (6)耐热性较好; (7)耐磨性略差。 3.矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、多量(20%70%)粒化高炉矿渣、适量石膏组成。允许 用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替粒化高炉矿渣,代替量不得超 过水泥质量的 8%,替代后水泥中粒化高炉矿渣不得少于 20%。 火山灰质硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、多量(20%50%)火山灰质混合材料和适量石膏组 成。 粉煤灰硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、多量(20%40%)粉煤灰和适量石膏组成。 (1)技术要求 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的强度等级划分有 32
46、.5、42.5、52.5 及 32.5R、42.5R、52.5R 六个标号。各龄期的抗压和抗折强度应不低于国 家标准中规定的数值。 矿渣硅酸盐水泥的三氧化硫含量不得超过 4.0%,火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 不得超过 3.5%。细度、凝结时间、体积安定性、氧化镁含量的要求与普通硅酸盐水泥相同。 (2)性质与应用 l)三种水泥的共性 a.早期强度低、后期强度高 这三种水泥不适合早期强度要求高的混凝土工程。 b.对温度敏感,适合高温养护 c.耐腐蚀性好 因此耐腐蚀性好适合于耐腐蚀性要求较高的工程,如水工、海港、码头等工程。 d.水化热少 适合用于大体积混凝土工程 e.抗碳化性较差 不适用
47、二氧化碳浓度高的工业厂房,如铸造翻砂车间。 f.抗冻性较差 但矿渣硅酸盐水泥较其它二种稍好。 2)三种水泥的特性 a.矿渣硅酸盐水泥 泌水性大,抗渗性差,干缩较大,但耐热性较好。 适合于有耐热要求的混凝土工程,不适合于有抗渗要求混凝土工程。 b.火山灰质硅酸盐水泥 保水性好、抗渗性好,但干缩大、易开裂和起粉、耐磨性较差。 适合用于有抗渗要求的混凝土工程,但不宜用于干燥环境。 c.粉煤灰硅酸盐水泥 泌水性大,易产生失水裂纹、抗渗性差、干缩小、抗裂性较高。 不宜用于干燥环境和有抗渗要求的混凝土工程。 三、特性水泥 1. 白色与彩色硅酸盐水泥 2. 快硬高强水泥 3. 膨胀水泥及自应力水泥 第 7 章 混凝土 本章主要讲述：普通混凝土组成材料、和易性、强度、耐久性、变形性质、普通混凝土配合比 设计、混凝土外加剂及其它品种混凝土 本章重点：普通混凝土组成材料
