1、第1章 绪 论一、土木工程材料的定义与分类 土木工程材料土木工程材料是指用于建筑工程中所有材料的总称。不仅包括构成建筑物的材料，而且包括在建筑工程施工中的一些辅助性材料。建筑工程 是指一般的工业与民用建筑的房屋建筑工程，以及与房屋建筑工程构造形式类似的构筑物。一、土木工程材料的定义与分类 按化学成分分按化学成分分土木工程材料无机材料有机材料复合材料金属材料非金属材料植物性材料沥青材料高分子材料一、土木工程材料的定义与分类 按使用功能分按使用功能分土木工程材料建筑结构材料墙体材料建筑功能材料如钢筋、混凝土等如砖、砌块如装饰、绝热材料等二、土木工程材料在建筑工程中的地位和作用 土木工程材料是建筑业
2、的物质基础。在建筑工程总投资中，土木工程材料投资占50%-70%。二、土木工程材料在建筑工程中的地位和作用 建筑艺术的发挥，建筑功能的实现，必须有品种多样质量良好的土木工程材料。土木工程材料的质量直接关系到建筑工程的质量。三、我国工程材料工程材料及工程材料工程材料工业的发展 历史上传统土木工程材料的应用历史上传统土木工程材料的应用 建国以来工程材料建国以来工程材料及其工业的发展工业的发展 改革开放以后工程材料工业的发展改革开放以后工程材料工业的发展 我国建材工业的现状及发展方向我国建材工业的现状及发展方向三、我国工程材料工程材料及工程材料工程材料工业的发展 历史上我国土木工程材料的应用历史上我
3、国土木工程材料的应用 我国的土木工程材料主要是天然石材、木材、砖、石灰等一些材料。古代劳动人民在土木工程材料的生产和使用方面，取得了许多重大成就。例如：建成于公元前7世纪的万里长城；福建泉州的洛阳桥；山西五台山木结构的佛光寺大殿；河北赵州桥。我国古代的建筑成就（选）万里长城万里长城福建泉州的洛阳桥福建泉州的洛阳桥建成于公元建成于公元857857年的木结构佛光寺大殿年的木结构佛光寺大殿河北赵州桥河北赵州桥三、我国工程材料工程材料及工程材料工程材料工业的发展 建国以来工程材料建国以来工程材料及其工业的发展其工业的发展 解放后，工程材料工程材料工业的发展随着国民经济的发展而迅猛发展。名 称解放前解放
4、后备注水 泥100万4亿多钢 材几十万吨1000多万建筑陶瓷单一品种上千品种普通玻璃108万标箱1亿多标箱三、我国工程材料工程材料及工程材料工程材料工业的发展 改革开放后工程材料工业的发展改革开放后工程材料工业的发展 改革开放后，我国工程材料工程材料工业更是得到突飞猛进的发展。在世界工程材料工程材料生产中占的比例大幅度地提高。特别是装饰材料的发展，更是日新月异。土木工程材料的发展方向的总趋势。土木工程材料的发展方向的总趋势。三、我国工程材料工程材料及工程材料工程材料工业的发展 在材料性能方面在材料性能方面:需要轻质、高强、多功能和耐久；在产品形式方面在产品形式方面:要求大型化、构件化、预制化和
5、单元化；在生产工艺方面在生产工艺方面:要求采用新工艺和新技术，改造和淘汰陈旧设备和工艺，提高产品质量；在资源利用方面在资源利用方面:既要研制和开发新材料，又要充分利用工农业废料和地方材料；在经济效益方面在经济效益方面:需降低材料消耗方面，进一步提高劳动生产率和经济效益。四、土木工程材料技术标准 土木工程材料的标准及其作用土木工程材料的标准及其作用 材料工业企业必须严格按技术标准进行设计、生产，以确保产品质量，生产出合格的产品。土木工程材料的使用者必须按技术标准选择、使用质量合格的材料，使设计、施工标准化，以确保工程质量，加快施工进度，降低工程造价。供需双方，必须按技术标准规定进行材料的验收，以
6、确保双方的合法权益。土木工程材料的技术标准土木工程材料的技术标准分为国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等，分别由相应的标准化管理部门批准并颁布。四、土木工程材料技术标准 各级标准均有相应的代号，其表示方法其表示方法由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组成。例如：普通混凝土小型空心砌块GB 82391993标准名称：普通混凝土小型空心砌块标准代号：GB发布顺序号：8239发布年号：1997年四、土木工程材料技术标准 国家及行业标准的相应代号国家及行业标准的相应代号 标准级别标 准 代 号 及 名 称国家标准GB国家标准；GBJ建筑工程国家标准；GB/T推荐国家标准行业标准（部分）JGJ
7、建设部行业标准；JC国家建材局行业标准；JT交通部行业标准；YB冶金部行业标准；SD水电部行业标准；LY林业部行业标准;JG 建工行业标准；SH 石化行业标准地方标准DB地方标准企业标准QB企业标准四、土木工程材料技术标准 国际组织及几个主要国家标准国际组织及几个主要国家标准标准名称代号标准名称代号国际标准国际材料与结构实验研究学会英国标准法国标准ISORILEMASTMBSNF德国工业标准韩国国家标准日本工业标准加拿大标准学会瑞典标准DIMKSJISCSASIS五、本课程的作用、内容和学习方法 本课程的作用本课程的作用 土木工程材料科学与工程，本身是一门科学技术。对于建筑类高等职业学校的各相
8、关专业，土木工程材料课程是学好其它专业课的基础。因此，她它是一门必修的专业技术基础课。本课程的内容本课程的内容 本课程主要讲述建筑工程中常用土木工程材料的原材料及生产工艺、品种与规格、主要建筑性能、质量标准、检验方法、应用和保管等基本知识。掌握土木工程材料的性能和应用，是学习本课程的重点。必须懂得如何选择和使用土木工程材料。五、本课程的作用、内容和学习方法 本课程的学习方法本课程的学习方法1.了解或掌握材料的组成、结构和性质间的关系。2.应用对比的方法。3.密切联合工程实际，重视试验课并做好试验。4.抓住“土木工程组成土木工程建筑性能土木工程的实际应用”一条主线的学习方法。山东水利职业学院山东
9、水利职业学院建筑工程系建筑工程系第2章 材料的基本性质一、材料与质量有关的性质 材料的体积构成材料的体积构成 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。封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0V+Vp 孔隙体积：VpVb+VkVp孔隙体积一、材料与质量有关的性质 绝对密实体积绝对密实体积 干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。表观体积表观体积 对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接
10、用排开液体的方法测定的体积。一般以 表示。V 材料的自然体积材料的自然体积 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。形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。材料的堆积体积材料的堆积体积 粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以 表示。0V一、材料与质量有关的性质（一）材料的密度 1.密度（工程上称比重）密度（工程上称比重）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/m3；m材料的质量，
11、g 或 kg；V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。Vm2.表观密度（视密度）表观密度（视密度）材料单位表观体积的质量。按下式计算：式中：体积密度，g/cm3 或 kg/m3；m 材料的质量，g 或 kg；材料的表观体积，cm3 或 m3。Vm（一）材料的密度V（一）材料的密度 表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积（一）材料的密度 砂表观密度砂表观密度s的测定的测定（kg/m3）式中：m0砂试样的烘干质量，g；m0300g
12、；m1砂试样、水及容量瓶总质量，g;m2水及容量瓶总质量，g。测定瓶+砂+水的质量m1测定瓶+水的质量m210001200s）（mmmm3.体积密度（工程称容重）体积密度（工程称容重）体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：式中：0材料的体积密度,g/cm3 或 kg/m3；m 材料的质量，g 或 kg；V0材料的自然体积，cm3 或 m3。00Vm（一）材料的密度4.堆积密度堆积密度 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。按下式计算：式中：0材料的堆积密度,g/cm3 或 kg/m3；m 材料的质量，g 或 kg；材料的堆积体积，cm3 或 m3。00Vm（
13、一）材料的密度0V颗粒材料空 隙（一）材料的密度 砂堆积密度的测定砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积（一）材料的密度 几种密度的比较几种密度的比较 在工程中，计算材料和构件的自重、材料的用量，以及计算配料、运输台班和堆放场地时，经常要用到材料的密度、表观密度以及堆密度等数据。比较项目比较项目实际密度实际密度表观密度表观密度体积密度体积密度堆积密度堆积密度材料状态绝对密实表观状态自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算00VmVmVm00VmV0V（二）材料的密实度 密实度密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下：式
14、中：密度；0材料的体积密度。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%。10010000VVD 材料的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：式中：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3；V0材料的自然体积，cm3 或 m3；0材料的体积密度,g/cm3 或 kg/m3；密度,g/cm3 或 kg/m3。空隙率大小反映材料密实程度。）（1001100000VVVP （三）孔隙率（四）空隙率 空隙率空隙率是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率 按下式
15、计算：式中：0材料的体积密度；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砂率的依据。）（）（10011001100000000VVVVVP0P（四）空隙率 孔隙率与空隙率的区别孔隙率与空隙率的区别比较项目比较项目孔隙率孔隙率空隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作 用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式）（10010P）（100100P二、材料与水有关的性质1.1.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，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。具有亲水性或憎水性的根本原因在于
16、材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。二、材料与水有关的性质 9090（）亲水性材料（）亲水性材料 （）憎水性材料（）憎水性材料称为润湿角。二、材料与水有关的性质2.材料的吸水性材料的吸水性 材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率来表示。（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Wm 表示。质量吸水率Wm 的计算公式为：式中：mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。
17、%100ggbmmmmW（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WV表示。体积吸水率WV的计算公式为：式中:mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。V0 材料在自然状态下的体积，（cm3 或 m3）；w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）。%10010WgbvVmmW二、材料与水有关的性质二、材料与水有关的性质（3）影响材料吸水性的因素）影响材料吸水性的因素 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孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多
18、，其吸水率就愈大。（4）质量吸水率与体积吸水率之间的关系）质量吸水率与体积吸水率之间的关系WWm=水材料的体积吸水率就是材料开口空隙率。二、材料与水有关的性质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。用含水率h表示，其计算公式为：式中：ms材料吸湿状态下的质量（g或kg）mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。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，其含水率称为平衡含水率。%100ggshmmmW二、材料与水有关的性质 吸水率与含水率的区别吸水率与含水率的区别比较项目比较项目吸水率吸水率含水率含水率适用场合
19、在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率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。材料耐水性的指标用软化系数KR表示：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）。gbRffK二、材料与水有关的性质二、材料与水有关的性质 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
20、。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。二、材料与水有关的性质 软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR0.85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。二、材料与水有关的性质5.抗冻性抗冻性 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。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，体积膨胀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
21、称为冻融破坏。二、材料与水有关的性质 抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失分别不超过5%和25%时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200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。二、材料与水有关的性质 影响抗冻性的因素影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率）：密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征:开口孔隙越多则其抗冻性差。3.材料的强度:强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性:耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小:吸水量越大则其抗冻性越差。二、材料与水有关的性质
22、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。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数）渗透系数 材料的渗透系数K可通过 计算。式中：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）。AtHQdK 二、材料与水有关的性质（2）抗渗等级抗渗等级 对于混凝土砂浆等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、0.6
23、MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。二、材料与水有关的性质（3）影响材料抗渗性的因素）影响材料抗渗性的因素 材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度 ：密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征：具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。三、材料的热工性质1.导热性导热性 当材料两面存在温度差时，热量提高建筑材料传递的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数表示。物理意义：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1K时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1 m2）的热量。值越小，材料的绝热性能越好。习惯上把 0.175w/(m )的材料称为绝热材料。三、材料的热
24、工性质 式中：导热系数，W/（mK）；Q传导的热量，J；d材料厚度，m；F热传导面积，m2；Z热传导时间，h；（t2t1）材料两面温度差，K。）（12ttFZQd2.热容量和比热容热容量和比热容 性质称为材料的热容量。用热容量或比热容表示。热容量（cm）较大，导热系数较小的材料才是良好的绝热材料。三、材料的热工性质三、材料的热工性质比热容的计算式如下所示：式中：C材料的比热容，J/（gK）；Q材料吸收或放出的热量(热容量)；m材料质量，g；（t2 t1）材料受热或冷却前后的温差，K。）（12ttmQC三、材料的热工性质3.材料的耐燃性材料的耐燃性 材料的耐燃性是指建筑物失火时，材料能经受高温与
25、火的作用不破坏，强度不严重下降的性能。(1)不燃烧类不燃烧类材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，如混凝土。三、材料的热工性质(2)难燃烧类难燃烧类材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，只有在火源存在时继续燃烧阴燃，火焰熄灭后，而停止燃烧或阴燃，如沥青混凝土。(3)难燃类难燃类材料遇火遇高温而起火或阴燃，在火源扑灭后，能继续燃烧或阴燃，如木材。三、材料的热工性质4.材料的耐火性材料的耐火性材料的耐火性是指材料长期高温作用下，保持不溶性并能工作的性能。(1)耐火材料耐火材料耐火度 580的材料，如耐火砖中硅砖。(2)难溶材料难溶材料耐火度在1350 1580，如耐火混凝土。(3)易溶材料易溶
26、材料耐火度1350，如普通粘土砖。四、材料的力学性质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。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯（抗折）强度等。FFFFFFlFl/2bh抗压抗拉抗剪抗弯四、材料的力学性质AFfmax 抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：式中：f材料强度，MPa；Fmax材料破坏时的最大荷载，N；A试件受力面积，mm2。四、材料的力学性质 抗弯强度的计算：抗弯强度的计算：式中：fw材料的抗弯强度，MPa；Fmax材料受弯破坏时的最大荷载，N；A试件受力面积，mm2；L、b、h 两支点的间距，试件
27、横截面的宽及高，mm。2max23bhLFfw四、材料的力学性质2.弹性和塑性弹性和塑性（1 1）弹性）弹性 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）。（2 2）塑性）塑性 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）。四、材料的力学性质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，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
28、、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。四、材料的力学性质4.硬度和耐磨性硬度和耐磨性（1 1）硬度）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、金刚石的顺序，分为10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。（2)耐磨性耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用
29、磨耗率表示，计算公式如下：式中：G 材料的磨耗率，（g/cm2）；m1材料磨损前的质量，（g）；m2 材料磨损后的质量，（g）；A材料试件的受磨面积（cm2）。AmmG21四、材料的力学性质五、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。五、材料的耐久性 物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。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
30、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。山东水利职业学院山东水利职业学院建筑工程系建筑工程系第3章 天然石材的检测与应用天然岩石名 称成岩情况主要品种岩浆岩熔融岩浆上升到地表附近或喷出地表，冷却凝结而成岩。花岗岩玄武岩辉绿岩沉积岩岩石风化后，再经沉积、胶结而成岩。石灰岩砂岩变质岩岩石在温度、压力或化学的作用下，经变质而成岩大理岩片麻岩建筑中常用石材品种 砌筑用石材 拌合混凝土用石材 装饰用石材砌筑用石材一、一、主要品种主要品种（一）毛石：（一）毛石：山体爆破直接得到的石块。1.乱毛石：乱毛石：形状布规则，主要用
31、于砌筑基础、勒角、墙身、堤坝、挡土墙等；2.平毛石平毛石：乱毛石经粗略加工而成，主要用于砌筑基础、墙身、勒角、桥墩、涵洞等。（二）料石（条石）：（二）料石（条石）：具有较规则六面体形的石块。1.毛料石：毛料石：外观大致方正2.粗料石：粗料石：3.细料石：细料石：经过细加工，外观规则砌筑用石材二、砌筑用石材的强度二、砌筑用石材的强度 强度指标：立方体抗压强度（MPa）立方体试件：505050mm（1组3个）强度等级：（9个）MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10装饰用石材天然大理石板材耐化学腐蚀和抗风化性能较差主要应用于室内装饰天然花岗石板材强
32、度高、耐磨、抗风化、耐腐蚀性能好用于室内、室外装饰细面板材镜面板材粗面板材青石装饰板材属于砂岩具有古建筑的独特风格常用装饰用石材的品种、性能及应用天然石材的应用举例天然花岗石、大理石装饰板（室内）天然花岗石装饰板山东水利职业学院山东水利职业学院建筑工程系建筑工程系第4章 无机胶凝材料的检测与应用胶凝材料的定义和分类 胶凝材料的定义胶凝材料的定义 经过一系列的物理和化学变化，能够产生凝结硬化，将块状或粉状材料胶结起来，形成为一个具有一定强度整体的材料。胶凝材料的分类胶凝材料的分类如沥青、聚合物等胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料石灰、石膏、水玻璃通称为“水 泥”无机胶凝
33、材料 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 加水拌合均匀后形成的浆体，只能在空气中凝结硬化，而不能在水中硬化的胶凝材料。如石灰、石膏、水玻璃、镁质胶凝材料等。水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 加水拌合均匀后形成的浆体，不仅能在空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，继续保持或增长其强度。如各种水泥。41 石 膏一、石膏胶凝材料的生产 石膏胶凝材料的生产通常是把二水石膏在一定的温度和压力下，经过煅烧、脱水，再经磨细而成。在不同的煅烧温度下，得到的产品是不同的。具体过程如下所示：二水石膏CaSO42H2OCaSO40.5H2OCaSO40.5H2O107170加热、脱水125 0.13MPa蒸压锅型建筑石膏型
34、高强石膏一、石膏胶凝材料的生产-CaSO40.5H2O晶粒细小，此表面积大，需水量大，强度低。-CaSO40.5H2O晶粒粗大，此表面积小，需水量小，强度高。建筑工程中常用建筑石膏；高强石膏用于生产建筑石膏制品。二、建筑石膏的凝结硬化 建筑石膏加水后，与水发生的化学反应如下：-CaSO40.5H2O+1.5 H2O=CaSO42H2O 建筑石膏的凝结硬化过程可以表示如下：建筑石膏+水浆体凝 结硬化二、建筑石膏的凝结硬化 建筑石膏凝结过程，是一个溶解、反应、沉淀、结晶的过程；硬化过程则是二水石膏晶体之间，结晶结构网的形成过程。晶体之间互相交叉连生，形成网状结构；随着反应的继续进行，结晶结构网逐渐
35、密实，从而使石膏晶体逐渐硬化。三、建筑石膏的等级与技术性质 建筑石膏的质量等级建筑石膏的质量等级 建筑石膏按其细度、强度、凝结时间等指标，划分为优等品、一等品、合格品三个等级。具体指标见下表：技术指标名称优等品一等品合格品强度抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度（0.2mm方孔筛筛余）5.010.015.0凝结时间初凝不早于6min，终凝不迟于30min四、建筑石膏的技术性质 空隙率高，表观密度小，强度较低；空隙率高，表观密度小，强度较低；凝结硬化快凝结硬化快(一般在一般在30min30min内可安全凝结内可安全凝结)；有较好的功能性有较好的功能性(导热系数小，隔热保温好，
36、导热系数小，隔热保温好，吸光性强，具有一定调温调湿性吸光性强，具有一定调温调湿性)；凝结时体积产生微膨胀；凝结时体积产生微膨胀；吸湿性强，耐水性和抗冻性差；吸湿性强，耐水性和抗冻性差；具有较好的防火性能。具有较好的防火性能。具有良好的装饰性具有良好的装饰性。五、建筑石膏的应用 室内抹灰与粉刷室内抹灰与粉刷 生产建筑石膏制品生产建筑石膏制品 生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中生产水泥时作为缓凝剂加入水泥中42 石 灰一、石灰的生产 原材料原材料 生产石灰的原材料包括以碳酸钙为主要成分的天然岩石和化工副产品。主要成分为CaCO3，其含量 90%，粘土杂质 8%。生产工艺生产工艺煅烧煅烧 CaCO3 =
37、CaO +CO2MgCO3=MgO+CO21000-1200750-850生石灰一、石灰的生产 石灰生产过程，是石灰石煅烧过程。根据煅烧程度可分为欠火石灰、正火石灰、过火石灰。欠火石灰(温度过低或时间不足)，降低石灰利用率。过火石灰(温度过高，时间过长)保质石灰使用后产生膨胀引起崩裂或隆起现象。二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种 生石灰的熟化生石灰的熟化 熟化的过程熟化的过程:生石灰+水 熟石灰 熟化的方式熟化的方式:淋 灰生石灰粉（消石灰粉）化 灰 熟石灰膏 MgO+H2O=Mg（OH）2 CaO +H2O=Ca（OH）2 +65KJ二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种 熟化过程的特点熟化过程
38、的特点 熟化速度快，放出大量的热；体积膨胀1.53.5倍；又是可逆的 熟化过程的注意事项熟化过程的注意事项 熟石灰在使用前必须陈伏14d以上防止过火石灰的危害；在化灰池表面保留一层水防止石灰碳化。二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种 石灰的硬化石灰的硬化 Ca（OH）2从饱和溶液中析出，晶体互相交叉连生，从而提高强度。Ca（OH）2空气中的CO2发生化学反应，形成CaCO3使石灰的强度逐渐提高。二、石灰的熟化硬化过程、石灰的品种 石灰的品种石灰的品种 按石灰中的氧化镁含量的高低分 按成品的加工方法分块状生石灰、磨细生石灰粉、消石灰粉、石灰膏、石灰乳等。生石灰钙质石灰镁质石灰白云质石灰MgO5%M
39、gO为5%20%MgO为20%40%三、石灰的技术性质 石灰的质量等级石灰的质量等级 建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉按有效CaOMgO的含量，可分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体指标见教材。石灰的特性石灰的特性1.保水性和可塑性好；2.凝结硬化慢、强度低；3.硬化后体积收缩大，易开裂；4.耐水性差。四、石灰的应用 配制石灰砂浆和石灰乳；配制石灰砂浆和石灰乳；配制三合土和灰土配制三合土和灰土(石灰占灰土总重的石灰占灰土总重的10-10-30%30%，即一九、二八及三七灰土，即一九、二八及三七灰土)；制作碳化石灰板；制作碳化石灰板；生产无熟料水泥和硅酸盐制品。生产无熟料水泥和硅酸盐制
40、品。四、石灰的储存 生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一生石灰储存时间不宜过长，一般不超过一个月。做到个月。做到“随到随化随到随化”。(以防止碳化以防止碳化)不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输，放和混合运输，(受潮熟化放出大量热量受潮熟化放出大量热量)。熟石灰在使用前必须陈伏熟石灰在使用前必须陈伏14d14d以上，以防止以上，以防止过火石灰对建筑物产生的危害。过火石灰对建筑物产生的危害。43 水玻璃一、水玻璃的硬化和性质 水玻璃的概念水玻璃的概念 水玻璃又称泡花碱，是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成。是一种能够溶解于水的硅酸盐材料。一、水玻璃的
41、硬化和性质 水玻璃的硬化水玻璃的硬化 液体水玻璃吸收空气中的二氧化碳，形成无定型硅酸凝胶，并逐渐干燥硬化，具体反应式如下：Na2OnSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2mH20 为了加速水玻璃的硬化，可加热或掺入12%15%的促硬剂氟硅酸钠。水玻璃的性质水玻璃的性质 1.粘结力强 2.耐酸性好 3.耐热性好4.强度高二、水玻璃的应用 涂刷或浸渍材料；涂刷或浸渍材料；加固地基；加固地基；修补裂缝、堵漏；修补裂缝、堵漏；配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；配制耐热砂浆和耐热混凝土。配制耐热砂浆和耐热混凝土。44菱苦土菱苦土 菱苦土的生产菱苦土的生产 镁质胶凝材料是将菱
42、镁矿或白云石经煅烧、磨细而制成。煅烧的菱苦土为白色或浅黄色粉末。苛性白云石为白色粉末。菱苦土的水化硬化菱苦土的水化硬化 一般与MgCl2溶液按一定比例混合，硬化快，强度高。但吸湿性强，耐水性差。形成的水化产物主要为氯氧化镁和氢氧化镁。菱苦土 菱苦土的应用菱苦土的应用 生产木屑地板、木丝板、刨花板等。菱苦土板材用于机械包装材料，可以节约大量木材。只能用于干燥状态下，而不能受潮、遇水或酸性介质侵蚀的部位。55 硅酸盐水泥水泥的特点和适用范围 水泥的特点水泥的特点 水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构
43、的人造石材。水泥适用范围水泥适用范围 不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。水泥的分类 按性能和用途分按性能和用途分水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等水泥的分类 按主要水硬性物质分按主要水硬性物质分水泥种类主要水硬性物质主 要 品 种硅酸盐水泥硅酸钙通用水泥、专用水泥和特性水泥等铝酸盐水泥铝酸钙高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙硅酸二钙有自应力硫
44、铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥氟铝酸钙、硅酸二钙氟铝酸盐水泥等以潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥活性二氧化硅活性氧化铝石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺 硅酸盐水泥的原材料硅酸盐水泥的原材料 生产硅酸盐水泥熟料的原材料 石灰质原料:天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等。粘土质原料 :主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。校正原料:采用赤铁矿，化
45、学成分为Fe2O3。石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等。混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。硅酸盐水泥的生产工艺硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧两磨一烧”工艺工艺 生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种；硅酸盐水泥分为：型硅酸盐水泥（不掺混合材料）和型硅酸盐水泥（掺不超过5%混合材料）。一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺石灰石粘 土铁矿粉生 料石 膏硅酸盐水泥混合材料熟 料按比例混合磨细13501450煅烧磨细二、熟料的矿物组成及其特性 熟料的矿物组成熟料的矿物组成水泥熟料矿物硅酸二钙铁铝酸四钙铝酸三钙硅酸
46、三钙2CaOSiO2，C2S4CaOAl2O3Fe2O3，C4AF3CaOAl2O3，C3A3CaOSiO2，C3S化学式及简写二、熟料的矿物组成及其特性 水泥熟料矿物的主要特性水泥熟料矿物的主要特性 熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。矿物名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙含量范围（质量）376015377151018水化反应速度快慢最快快强 度高早期低，后期高低低（含量多时对抗折强度有利）水 化 热较高低最高中三、硅酸盐水泥的凝结和硬化 凝结硬化的概念凝结硬化的概念 凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；硬
47、化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化 熟料矿物的水化反应熟料矿物的水化反应 硅酸三钙2（3CaOSiO2）6H2O=3CaO2SiO23H2O3Ca（OH）2 硅酸二钙2（2CaOSiO2）4H2O=3CaO2SiO23H2OCa（OH）2 铝酸三钙3CaOAl2O3H2O=3CaOAl2O36H2O3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O 铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe
48、2O37H2O=3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O(C-S-H)(C-S-H)(C-A-H)(AFt)(C-A-H)(C-F-H)三、硅酸盐水泥的凝结和硬化 熟料矿物的水化反应过程熟料矿物的水化反应过程 水化初期水化初期 熟料矿物与水反应的速度较快，使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面，形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化 水化中期水化中期 以水化硅酸钙（CSH）和氢氧化钙的快速形成为特征。水化后期水化后期 由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂，使水进入未水化
49、水泥颗粒的表面，水化反应继续进行。水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密。三、硅酸盐水泥的凝结和硬化A凝胶体（CSH凝胶，水化硅酸钙凝胶）；B晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；D未水化的水泥颗粒 水泥石的结构水泥石的结构 水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。DABC四、硅酸盐水泥的主要建筑性能1.密度、堆积密度和各成分含量密度、堆积密度和各成分
50、含量建筑性能质 量 标 准密度，kg/m331003200堆积密度，kg/m313001600不溶物型：不溶物不得超过0.75；型：不溶物不得超 过1.50烧失量型：烧失量不得大于3.0；型：烧失量不得大于 3.5氧化镁水泥中氧化镁含量不宜超过5.0。如果水泥经压蒸法检验安定性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0三氧化硫3.5碱含量水泥中碱含量按Na2O0.658K2O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60或由供需双方商定(注：表中百分数均为质量百分数。)四、硅酸盐水泥的主要建筑性能2.细度细度 细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细，直接影响
