教学课件：《土木工程材料》.ppt

1、绪论一.建筑材料的分类 用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木工程材料。1.按化学成分分类：1.1 无机材料：金属材料：黑色金属材料钢、铁有色金属材料铝、铜、合金非金属材料：天然石材大理石、花岗石陶瓷和玻璃砖、瓦、卫生陶瓷、玻璃 无机胶凝材料石灰、石膏、水玻璃 砂浆、混凝土水泥、砂浆、混凝土1.2 有机材料：木材、沥青、塑料、涂料、油漆1.3 复合材料：金属与非金属复合 钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机与无机复合 玻璃钢、沥青混凝土、聚合物混凝土 2.按用途分类 结构材料：砖、石材、砌块、钢材、混凝土防水材料：沥青、塑料、橡胶、金属、聚乙烯胶泥饰面材料：墙面砖、石材、彩钢板、彩色混凝土吸音材料：多

2、孔石膏板、塑料吸音板、膨胀珍珠岩绝热材料:塑料、橡胶、泡沫混凝土卫生工程材料：金属管道、塑料、陶瓷二.建筑材料的发展：随生产力发展而发展原始时代天然材料：木材、岩石、竹、粘土石器、铁器时代金字塔（2000-3000 BC)：石材、石灰、石膏万里长城（200 BC):条石、大砖、石灰砂浆布达拉宫：石材、石灰砂浆罗马园剧场（70-80 AC):石材、石灰砂浆18世纪中叶钢材、水泥 (J.Aspdin,1824）19世纪钢筋混凝土（1890-1892）；中国，189820世纪预应力混凝土、高分子材料21世纪轻质、高强、节能、高性能绿色建材胡夫金字塔，高146.59m,底部232m建方，用 230多万

3、块、每块重2.5T的岩石砌成，万里长城（200 BC):条石、大砖、石灰砂浆布达拉宫：石材、石灰砂浆罗马斗兽场（70-80 AC):石材、石灰砂浆三.建筑材料在国民经济中的地位和作用1.建筑材料是发展建筑业的物质基础 材料费用一般占建筑工程总造价的50-70%；“十五”期间我国全社会固定资产投资总规模为2224万亿元。固定资产投资的6070将用于建筑设施建设或工程安装，从而转化为建筑业的产值，而建筑业产值中的3040又要转化为对建材业的需求，尤其是对水泥产品的需求。2002年，我国共生产水泥约70000万吨，比2001年大幅增长了12.7%，占世界产量的三分之一左右，超过亚洲产量的50%。我国

4、水泥行业，为我国经济持续、快速发展做出了重要贡献。2002年水泥产量的大幅度增长与我国持续快速稳定增长的宏观经济形势密切 相关。今年我国经济增长速度将达到8，GDP将突破10万亿元大关。建筑材料工业在国民经济建设中意义重大2.必须恰当选择和合理使用原材料材料质量的优劣，配制是否合理，选用是否恰当直接影响建筑工程质量3.发展绿色建材四四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法建筑材料课程的作用、任务和学习方法1.1.作用作用1.1 1.1 为后续课程的学习提供必要的知识为后续课程的学习提供必要的知识1.2 1.2 为今后从事专业技术工作时，合理选择和使用建筑材料打为今后从事专业技术工作时，合理选择和

5、使用建筑材料打下基础下基础2.2.任务任务 2.1 2.1 了解材料在建筑物上所起的作用和要求了解材料在建筑物上所起的作用和要求2.2 2.2 了解常用材料的生产、成分和构造了解常用材料的生产、成分和构造2.3 2.3 掌握常用材料的技术性质，掌握常用材料的技术性质，以及影响材料性质的主要因以及影响材料性质的主要因素及其相互关系素及其相互关系2.4 2.4 掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格2.5 熟悉常用材料的测试仪器，掌握测试方法和技术。2.6 掌握常用材料的选用原则和方法。2.7 掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解这些材料的施工注意事

6、项3.学习方法3.1 重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能常用材料水泥、砼、石灰、石膏、玻璃、钢材、木材、沥青、高分子材料主要的水泥、砼、钢材每种材料：原料生产工艺组成成分构造性质应用检验储存以及它们之间的相互关系重点：性质和应用，质检的基本原理（引起材性变化的内因和外因）3.2 学习材料的技术标准:国家标准、行业标准、企业标准GB-国家标准GBJ-建筑工程国家标准JGJ-建设部行业标准JC-国家建材局行业标准YB-冶金部行业标准JTJ-交通部行业标准SD-水电行业标准ZB-国家级专业标准 例：国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥GB175-1999 标准名称部门代号编号批准年份ASA-A

7、merican Standard Association 美国标准ASTM American Society for Testing MaterialsBS-British Standard 英国标准DIN Deutsch Industrie Normen 德国标准ISO-International Standard Organization 国际标准协会3.2 重视学好试验学习常用建筑材料的检验方法合格性判断和验收对实验数据、试验结果进行分析判别培养从事科学研究的能力 第1章 土木工程材料的基本性质 建筑材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性

8、质。因为建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。第一节 材料的物理性质材料的物理性质一一.材料的密度材料的密度.表观密度和堆积密度表观密度和堆积密度1.1.材料的体积材料的体积体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。1.1 材料的绝对密实体积：干材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示材料的绝对密实体积1.2 材料的表观体积：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0 表示材料的表观体积。1

9、.3 材料的堆积体积：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。根据其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可能不同，松散堆积下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。材料的堆集体积一般以 来表示。V2.2.材料的密度材料的密度材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：式中：密度,g/cm3 或 kg/m3m材料的质量，g 或 kgV材料的绝对密实体积，cm3 或 m3 测试时，材料必须是绝对干燥状态。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。Vm3.3.材料的表观密度材料的表观密度表观密度（俗称“容重”）是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：00Vm 材

10、料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关 4.4.材料的堆积密度材料的堆积密度堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。状态下单位体积的质量。按下式计算：按下式计算：式中式中0 0，材料的堆积密度材料的堆积密度,g/cmg/cm3 3 或或 kg/mkg/m3 3m m 材料的质量，材料的质量，g g 或或 kgkgV V0 0，材料的堆

11、积体积，材料的堆积体积，cmcm3 3 或或 m m3 300Vm 粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。二二.材料的孔隙率与空隙率及密实度材料的孔隙率与空隙率及密实度 1.材料的密实度材料的密实度密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密实度的计算式如下：对于绝对密实材料，因 0=，故密实度D=1 或 100%。对于大多数土木工程材料，因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。密度；

12、00VVD 2.2.孔隙率孔隙率材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：0001VVVPV材料的绝对密实体积，cm3 或 m3密度,g/cm3 或 kg/m3 3.空隙率空隙率空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P，按下式计算：0 0，材料的堆积密度材料的堆积密度 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。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。00000011VVVVVP三、材料与水有关的性质三、材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不

13、能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿角 时，为亲水性材料；当材料的润湿角 时，为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗

14、入材料的毛细管中，见图1-1图11 材料润湿示意图（）亲水性材料；（）憎水性材料2.材料的吸水性材料的吸水性材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。2.1.1 质量吸水率质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以m 表示。质量吸水率m 的计算公式为：%100ggbmmmmW2.2.2 体积吸水率体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以W表示。体积吸水率W的计算公式为：%10010WgbvVmmWg 材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通

15、孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。3.材料的吸湿性材料的吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以h表示，其计算公式为：%100ggshmmmW 显然，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫

16、作材料的平衡含水率。4.材料的耐水性材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR：gbRffK式中 KR 材料的软化系数 fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性

17、差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将 0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。5.抗冻性抗冻性材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为

18、抗冻等级。材料的抗冻等级可分为15、25、50、100、200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。6.材料的抗渗性材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。6.1.1 渗透系数渗透系数材料的渗透系数可通过下式计算:AtHQdK 式

19、中K渗透系数,（cm/h）;Q渗水量，（cm3）A 渗水面积,（cm2）H 材料两侧的水压差，（cm）d 试件厚度 （cm）t 渗水时间 （h）材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。6.2.2 抗渗等级抗渗等级材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。四.材料的热工性质材料的热工性质1.1.导热性导热性当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面

20、的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数 表示。导热系数的定义和计算式如下所示：)(12ttFZQd 在物理意义上，导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1)的热量。2.2.热容量和比热热容量和比热材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低1所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热。比热的计算式如下所示：)(12ttmQC热容量)3.3.热阻和传热系数热阻和传热系数 热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力，热阻的定义及计算式为：/式中 材料层热阻，（m2K）/W；材料层厚度，；材料的导热系

21、数，(K)热阻的倒数称为材料层（墙体或其它围护结构）的传热系数。传热系数是指材料两面温度差为1时，在单位时间内通过单位面积的热量。4.4.材料的温度变形性材料的温度变形性材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。除个别材料以外，多数材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。这种变化表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收缩，相应的技术指标为线膨胀系数（）。材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为：L=（t2-t1）L式中L-线膨胀或线收缩量（mm 或 cm）(t2-t1）-材料升（降）温前后的温度差（）-材料在常温下的平均线膨胀系数()L-材料原来的长度（或）第二节 材料的力学性质材料的力学

22、性质1.1.材料的强度材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。和破坏时的荷载值，计算材料的强度。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯

23、（抗折）强度等。材料的抗拉、抗压、抗剪强度的计算式如下：AFfmax 材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：2max23bhLFfw 2.2.弹性和塑性弹性和塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。3.3.脆性和韧性脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形

24、，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大能量而不破坏的性能，称为韧性或冲击韧性。韧性以试件破坏时单位面积所消耗的功表示。计算公式如下：AWakk 4.4.硬度和耐磨性硬度和耐磨性 硬度 材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚

25、石的顺序，分为个硬度等级。回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：AmmG21式中式中 G-G-材料的磨耗率，材料的磨耗率，（g/cmg/cm2 2）m m1 1-材料磨损前的质量，（材料磨损前的质量，（g g）m m2 2-材料磨损后的质量，（材料磨损后的质量，（g g）A-A-材料试件的受磨面积材料试件的受磨面积 （cmcm2 2）第三节 材料的耐久性材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有

26、害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑材料要具有耐热性能。在民用和公共建筑中，考虑安全防火要求，须选用具有抗火性能的难燃或不燃的材料。化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作

27、用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。例如处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。第五节 材料的组成与结构材料的组成与结构1.1.材料的组成材料的组成1.1 1.

28、1 化学组成化学组成无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物含量来表示。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，影响其物理性质和力学性质。1.2 1.2 矿物组成矿物组成 材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材料的许多重要性质。矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。1.3 相组成 材料中结构相近性质相同的均匀部分。2.2.材料的结构与构造材料的结构与构造2.1 2.1 宏观结构（构造）宏观结构（构造）材料的宏观结构是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸约为毫米级大小，以及更大尺寸的构造情况。宏观构造，按孔隙尺寸可以分为：（1）致密结构，基本上是无孔隙

29、存在的材料。例如钢铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等。（2）多孔结构，是指具有粗大孔隙的结构。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质材料等。(3）微孔结构，是指微细的孔隙结构。如石膏制品、粘土砖瓦等。(4）纤维结构，是指木材纤维、玻璃纤维、矿物棉纤维所具有的结构。（5）层状结构，采用粘结或其他方法将材料迭合成层状的结构。如胶合板、迭合人造板、蜂窝夹芯板、以及某些具有层状填充料的塑料制品等。(6）散粒结构，是指松散颗粒状结构。比如混凝土骨料、用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料。2.2 2.2 微观结构微观结构微观结构是指材料在原子、分子层次的结构。材料的微观结构，基本上可分为

30、晶体与非晶体。晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间周期性排列。非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，容易与其它物体起化学作用。2.3 2.3 亚微观结构亚微观结构 亚微观结构也称作细观结构，是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式。如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。从宏观、亚微观和微观三个不同层次的结构上来研究土木工程材料的性质，才能深入其本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着重要的意义。例例1-11-1 材料的密度、表观密度、堆积密度有何区别？如何测定？材料含水后对三者有什么影响？解 密度：

31、表观密度：堆积密度：Vm00Vm0VmV为材料的绝对密实体积V0为材料的表观体积 (固、液、气）V0，为材料的堆积体积 对于含孔材料，三者的测试方法要点如下：测定密度时，需先将材料磨细，之后采用排出液体或水的方法来测定体积。测定表观密度时，直接将材料放入水中，即直接采用排开水的方法来测体积；测定堆积密度时，将材料直接装入已知体积的容量筒中，直接测试其自然堆积状态下体积。|含水与否对密度、表观密度无影响，因密度、表观密度均是对干燥状态而言的。含水对堆积密度的影响则较复杂一般来说是使堆积密度增大。例例1-21-2 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度

32、为1680 kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？解 石子的孔隙率P为：%51.165.261.21110000VVVVVP石子的空隙率P，为：%63.3561.268.11110000000VVVVVP 例例1-3 1-3 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165 MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。解 该石材的软化系数为:93.0178165gbRffK由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。第2章 气硬性胶凝材料1、定义：胶凝材料：凡是在物理化学作下，能从可塑性浆体变成坚固的石状体，并能将砂、石等散粒

33、状材料或块状材料胶结成一整体，而又具有一定机械强度的物质。又称胶结料。一、胶凝材料的定义及分类2、分类（按化学成分划分）天然的原材料2、原材料经煅烧后，反应方程式如下：900-1000CaCO3 CaO+CO21、原材料化学工业副产品（电石渣）（石灰石、白云石、白垩、贝壳等）CaC2+H2O=C2H2+Ca(OH)2建筑生石灰标准JC/T479-92规定，当石灰中MgO2含量小于等于5%时称为钙质石灰，当MgO2大于5%时，称镁质石灰。煅烧的过程中，若温度过低或煅烧时间不足，则不能完全分解，将生成“欠火石灰”，反之若时间过长或温度过高，将生成“过火石灰”。过火石灰需进行“陈伏”处理。石灰石块状

34、生石灰熟石灰粉生石灰粉石灰膏石灰乳煅烧加适量水熟化磨细加过量水进行陈伏加水稀释生石灰粉消石灰粉石灰膏石灰乳2.1.2 石灰的技术要求（1）建筑生石灰和建筑生石灰粉的技术要求 符合建材行业标准建筑生石灰JC/T479-92、建筑生石灰粉JC/T480-92的规定。（2）建筑消石灰粉的技术要求 符合建筑消石灰粉JC/T481-92规定。（1）可塑性和保水性好（2）生石灰水化时水化热大，体积增大Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜KJOHCaOHCaO9.64)(22+水化过程中体积增大1-2.5倍，迅速放出大量热（3）硬化缓慢硬化的两个过程结晶过程碳化过程石灰碳化过程反应式：Ca(OH)2+CO2+

35、nH2O CaCO3+(n+1)H2O 碳化生成的的碳酸钙膜层致密，阻碍了空气中CO2+渗入，也阻碍了内部水分蒸发，因此硬化缓慢。（4）硬化时体积收缩大（5）硬化后强度低（6）耐水性差2.1.4 石灰的应用三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土用作铺筑步道砖的垫层三三合合土土桩桩灰灰土土桩桩（1）制作石灰乳涂料（2）配制砂浆（3）拌制石灰土和石灰三合土（4）生产硅酸盐制品OHOHCaSOOHCaSO22417010724211212+0125 0.13MPa42422112122CCaSOH OCaSOH OH O+，2、天然二水石膏煅烧反应式：（1）.建筑石膏（2）.高强石膏2.2 石膏2.2.1

36、 建筑石膏的生产简介天然的原材料1、原材料化学工业副产品天然的二水石膏磷石膏和氟石膏OHCaSOOHOHCaSO24224221121+（1）.凝结硬化快。初凝时间极短，终凝时间也不超过30分钟。应用时加入缓凝剂。2.2.2 石膏的技术要求（略）硬化过程注意要点（1）二水石膏的溶解度约为半水石膏溶解度的1/5左右。（2）硬化过程中，水参与反应并不断蒸发。（2）硬化后体积微膨胀性（3）硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小（4）隔热、吸声性良好（5）防火性能良好，耐火性能差（6）具有一定的调湿性能（7）耐水性与抗冻性较差（8）加工性能好2.2.4 建筑石膏的应用 第第3 3章章 水泥水泥 水

37、泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。硬化的粉状水硬性胶凝材料。土木建土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等品种。盐水泥等品种。第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、石凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制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

38、为硅酸盐水泥。成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥在国际上分为两种类型：硅酸盐水泥在国际上分为两种类型：不掺混合材的称不掺混合材的称I I型硅酸盐水泥，其代号型硅酸盐水泥，其代号为为P P.I I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量不超过水泥质量5%5%的石灰石或粒化高炉的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称矿渣混合材料的称IIII型硅酸盐水泥，其型硅酸盐水泥，其代号为代号为IIII。一一.硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产 生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅粘土质两类原料。为了补充

39、铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。生产水泥的基本工序可以概括为：生产水泥的基本工序可以概括为：“两磨两磨一烧一烧”：先将原材料破碎并按其化学成分：先将原材料破碎并按其化学成分配料后，在球磨机中研磨为生料。然后入配料后，在球磨机中研磨为生料。然后入窑锻烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要窑锻烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，配以适量的石膏及混合成分的水泥熟料，配以适量的石膏及混合材料在球磨机中研磨至一定细度，即得到材料在球磨机中研磨至一定细度，即得到硅酸盐水泥。硅酸盐水泥。二二.硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟

40、料的主要矿物组成为硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:（）硅酸三钙（）硅酸三钙 硅酸三钙的化学成分为硅酸三钙的化学成分为 a ai i2 2，其简写为，其简写为3 3S S。它是硅。它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的。硅占水泥熟料总量的。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作内的早期强度以及后期强度都起主要作用用。（）硅酸二钙（）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成

41、分为硅酸二钙的化学成分为 2 2a ai i2 2，其简写为，其简写为C C2 2S S，约占水泥熟料总量的约占水泥熟料总量的15153737。硅酸二钙遇水后反应较慢，水化硅酸二钙遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。对水泥的后期强度起主要作用。（）铝酸三钙（）铝酸三钙 铝酸三钙的化学成分是铝酸三钙的化学成分是CaOCaOAlAl2 2O O3 3，其简写为其简写为C C3 3，约占水泥熟料总量的，约占水泥熟料总量的7 7 1515。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水

42、泥的凝热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。主要对水泥的早期强度有所贡献。（）铁铝酸四钙（）铁铝酸四钙 铁铝酸四钙的化学成分为铁铝酸四钙的化学成分为:CaOCaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3，其简写为，其简写为4 4AFAF，约占，约占水泥熟料总量的水泥熟料总量的10101818。铁铝酸四钙。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗折强度贡献

43、较大。贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。3.3.硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。很快发生水化反应，生成各种水化物。硅酸三钙硅酸三钙水水水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙22222)(3336)3(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO+22222)(33234)2(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO+硅酸二钙硅酸二钙 水水 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙|铝酸三钙铝酸三钙 水水水化铝酸三钙水化铝酸三钙|铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水水 水化铝酸三钙水化铝酸三钙

44、水化铁酸水化铁酸钙钙OHOAlCaOOHOAlCaO2322326363+OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO232232232326374+水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶体为钙矾石晶体：水化硫铝酸钙（钙矾石）经过上述水化反应后，水泥浆中不断增加经过上述水化反应后，水泥浆中不断增加的水化产物主要有：水化硅酸钙的水化产物主要有：水化硅酸钙(50%)(50%)、氢、氢氧化钙氧化钙(25%)(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝

45、酸钙等新生矿物。水化硫铝酸钙等新生矿物。OHCaSOOAlCaOOHOHOAlCaOOHCaSO243222322431331963)2(3+4.4.硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化 水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越浆中固体颗粒间的

46、间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。泥的初凝。由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在

47、水泥水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。使水泥的初凝时间得以延缓。当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。间逐渐相互

48、靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。不断发展。随着水泥水化的不

49、断进行，水泥浆结随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的加固的过程，称为水泥的“凝结凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石的人造石水泥石，这一过程称为水泥石，这一过程称为水泥的水泥的“硬化硬化”。实际上，水泥的水化过程很慢，实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。等组成的不均质体。

50、5.5.影响水泥凝结硬化的主要因素影响水泥凝结硬化的主要因素 （）矿物组成（）矿物组成 不同矿物成分和水起反应时所表不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如现出来的特点是不同的，如C C3 3A A水化水化速率最快，放热量最大而强度不高；速率最快，放热量最大而强度不高；C C2 2S S水化速率最慢，放热量最少，早水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。因期强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的组成是影响水泥凝结硬