土木工程材料第二章气硬性胶凝材料.ppt

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1、1.3 材料的力学性质,材料的强度：外力作用下不破坏时能承受的最大应力。,按外力作用方式：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度。,抗压 抗拉 抗弯 抗剪,一、强度、比强度,材料强度的计算公式,（1）抗拉、抗压、抗剪强度：,f材料的强度 ，N/mm2或MPa； Fmax材料破坏时的最大荷载，N； A受力截面面积；,（2）抗弯强度：,常用土木工程材料的强度（ N/mm2或MPa ）,材料强度的影响因素：,材料组成、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、表面状况。,比强度,材料强度与表观密度之比。 衡量材料轻质高强性能的主要指标。,钢材、木材和混凝土的强度比较,1.弹性：,弹性变形：可完全恢复的变形,材

2、料的弹性变形曲线,外力作用变形 外力除去 变形保持,塑性变形：不能恢复的变形,材料的塑性变形曲线,二、弹性与塑性,外力作用变形 外力除去变形完全恢复,2.塑性：,真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料不存在。,3.弹塑性变形：,材料的弹塑性变形曲线,外力作用变形；卸载后弹性变形恢复，塑性变形保留。,1.脆性：外力达到一定限度材料突然破坏（无明显塑性变形）,脆性材料的变形曲线,常见脆性材料：砖、玻璃、生铁、混凝土、陶瓷、石材、砂浆,2.韧性：冲击、振动荷载作用材料吸收较大的能量而不发生破坏,三、脆性和韧性,1.硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。,回弹法测混凝土的抗压强度。,2.

3、耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。,四、硬度和耐磨性,莫氏硬度（刻划，测定天然矿物） 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度（压入法）,评价材料是否轻质高强的指标是_,它等于_，其值越大，表明材料_. 软化系数指_，大于_ 的材料认为是耐水的。,1.绪 言,材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的性质。,土木工程材料耐久性与破坏因素有关。,破坏因素包括物理作用、化学作用和生物作用。如抗渗性、抗冻性、冲磨气蚀、碳化、化学侵蚀、老化、钢筋锈蚀、碱集料反应、腐朽、虫柱、耐热、耐火等。,1.4 材料的耐久性,材料的耐久性：,材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。,

4、一、耐水性,耐水性用软化系数KR表示：,fb材料在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 。,0KR1; 常位于水中或潮湿环境的重要结构： KR 0.85（耐水材料）； 受潮较轻或次要结构： KR 0.75。,材料抵抗压力水（或液体）渗透的性质。,压力水的渗透,常用渗透系数（K）或抗渗等级（P）来评价。,二、抗渗性,材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。,常用抗冻等级（F）来评价。,三、抗冻性,现代工程中，对耐久性的要求愈来愈高，提出耐久性指标的工程设计也愈来愈多。对材料的质量评定也应逐渐由强度指标发展为耐久性指标。未来工程

5、设计中将用耐久性设计取代目前按强度进行的设计。,本章结束！,2.气硬性胶凝材料,1.胶凝材料,胶凝材料：经过自身的物理化学作用后，能够由液态或半固 态变成坚固的物质 。 如：水泥、石膏、石灰、沥青等。,概述：胶凝材料的定义与分类,2.胶凝材料的分类,胶凝材料,基本成分为天然的或合成的有机高分子化合物，如沥青、树脂。,基本成分为无机化合物。,只能在空气中硬化、保持或发展强度如：石膏、石灰、水玻璃等。,能在空气和水中硬化、保持和发展强度。如：水泥。,2.1 石膏,一、建筑石膏生产简介,1.生产原理：,2.原材料：,天然二水石膏。又称生石膏、软石膏。分子式 。 天然硬石膏。主要由无水硫酸钙 组成，又

6、名无水石膏。 工业副产石膏。如磷石膏、氟石膏、盐石膏、苏打石膏。,天然二水石膏,3. 在 系统中公认的石膏相有5种形态、7个变种。,为建筑石膏，又称熟石膏。,为高强石膏。,4.石膏的脱水转变图,试验室理想条件,工业生产条件,二、石膏的技术要求,产品标准：建筑石膏（GB 9776-88）， 分为优等品、一等品和合格品。,建筑石膏技术指标,1.凝结硬化快。常温下完全水化的时间为515min，终凝时间不超过30min，7d左右完全硬化。,三、建筑石膏的特性,凝结硬化原理：,的溶解度很小，约半水石膏的1/5，很快达到饱和析出晶体，晶体长大、连生、交错，并产生强度。,建筑石膏凝结硬化示意图,石膏缓凝剂：

7、硼砂、酒石酸钾钠、柠檬酸、聚乙烯醇、石灰活化动物骨胶或皮胶等。 作用：降低半水石膏的溶解度和溶解速度。,2.硬化时体积微膨胀,膨胀率约为1%； 注模后能真实反映模子的细致纹理； 石膏制品表面光滑饱满、棱角清晰，表面洁白细腻，适用于浇注各种建筑花饰和雕塑； 干燥时不开裂。,5.防火性好,石膏制品遇火时，二水石膏的结晶水蒸发，吸收热量，并在表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层。 不宜长期靠近65以上高温的部位，以免脱水分解。,3.孔隙率大，表观密度小，强度低。,半水石膏水化，理论需水量18.6%，实际加水量约为6080%，多余水分硬化后蒸发，留下孔隙。,4.隔热、吸声性良好。,孔隙率高，且为微细的毛细孔。

8、,7.耐水性和抗冻性差。,潮湿条件晶粒间的结合力减弱，强度下降； 水中浸泡水化物二水石膏晶体逐渐溶解而破坏； 吸水受冻空隙中水分会结冰膨胀破坏。,提高石膏耐水性,6.具有一定的调温调湿性。,热容量大，吸湿性强，可以保持室内“小气候”均衡状态。,8.加工性能好。可锯，可刨，可钉，可打眼。,四、建筑石膏的应用,1.制备粉刷石膏。 2.石膏砂浆。抹灰； 3.建筑石膏制品。如石膏墙板、石膏砌块； 4.艺术装饰石膏。如装饰石膏板、石膏浮雕花饰、雕塑制品；,石膏制品,建筑石膏板,建筑石膏粉,石膏应用实例,问题：为什么说建筑石膏是一种很好的内墙装饰材料？,要点： 强度低，不能用于承重。 不耐水，不能用外墙。

9、 孔隙高，可用隔声、隔热保温、防火，调节室内空气相对湿度。 体积膨胀，表面光滑、细腻，无裂缝。,问题2. 某材料重100g，其中含水3g，放入水中吸入5g水后达到饱和，该材料吸水率为： 5/100 5/97 8/100 8/97,建筑石膏产品标记 教材25页,2.2 石灰,一、石灰生产简介,1.生产原理：,煅烧时间过长或温度过高过火石灰； 温度过低或煅烧时间不足欠火石灰降低产量。,2.石灰的品种,生石灰（块灰）：石灰石煅烧而成。 生石灰粉（磨细生石灰）:块灰破碎、磨细而成。 消石灰粉（熟石灰）：块灰淋水消解而得。 石灰膏：块灰加入足量的水，淋制熟化而成（膏状）。 石灰乳（石灰水）：石灰膏用水冲

10、淡而成（浆液状）。,自行消解：热量促硬化，膨胀促致密； 磨细：过火石灰消解加快，混合均匀； 若条件许可，尽可能采用。,石灰的“熟化”或“消化”； 自身粉化，不需磨细； 大量放热，不断搅拌，减少逆反应； 防潮，防火防爆； 体积增大，注意容器匹配；,二、石灰的技术要求,1.建筑生石灰,产品标准：建筑生石灰（JC/T 479-92） 钙质生石灰（MgO5%），镁质生石灰（MgO5%） 。,建筑生石灰的技术指标,2.建筑生石灰粉,产品标准：建筑生石灰粉（JC/T 480-92）； 分类：钙质生石灰粉（MgO5%），镁质生石灰粉（MgO5%） 。,建筑生石灰粉的技术指标,3.建筑消石灰粉,产品标准：建筑

11、消石灰粉（JC/T 481-92）； 分类：钙质消石灰粉（MgO4%），镁质消石灰粉（4% MgO24%），白云石消石灰粉（24%MgO30%）。,建筑消石灰粉的技术指标,三、石灰的特性,1.可塑性和保水性较好。,高度分散的Ca(OH)2胶体表面吸附较厚水膜。,2.生石灰水化时水化热大，体积增大（增大1.02.5倍）。,石灰的“熟化”或“消化”,过火石灰：硬化后慢慢水化膨胀局部隆起和开裂需“预水化”（陈状）二周左右。,根据砌筑砂浆配合比设计规程（JGJ 98-2000）：生石灰熟化成石灰膏时，应用孔径不大于3mm3mm的网过滤，熟化时间不得小于7d；磨细生石灰粉的熟化时间不得小于2d。,石灰的

12、陈伏,建筑装饰装修工程质量验收规范（ GB 50203-2001 ）规定：抹灰用的石灰膏的熟化期不应小于15d；罩面用的磨细石灰粉的熟化期不应小于3d。,3.硬化缓慢。,石灰浆的硬化过程：,表层以CaCO3为主，内层以Ca(OH)2晶体为主，内部水分脱出缓慢，因而石灰凝结硬化缓慢。,4.硬化时体积收缩大。,游离水分蒸发所致。 除调成石灰乳做薄层粉刷外，不宜单独使用。 施工时常加入骨料或纤维材料（如麻刀、纸筋）。,6.耐水性差。,大部分尚未碳化的Ca(OH)2易溶于水所制。 石灰不宜用于潮湿环境。,7.吸湿性强，是传统的干燥剂。,5.硬化后强度低。,生石灰消化理论需水量32.13%，实际消化用水

13、量很大，多余水分在硬化后蒸发留下大量孔隙。 1:3石灰砂浆28d抗压强度只有0.20.5MPa。,四、石灰的应用,2.气硬性胶凝材料,3.气硬性胶凝材料,2.3 水玻璃,概述,水玻璃俗称泡花碱，化学通式为 ，其中，n 是二氧化硅与碱金属氧化物之间的摩尔比，为水玻璃的模数，一般在1.53.5之间。,按碱金属氧化物，分为钠水玻璃、钾水玻璃和钾钠水玻璃。,按含水程度的不同，分为以下三类：,块状或粉状水玻璃。溶解度很小，尤其是高模数的水玻璃； 含有化合水的固体水玻璃或水合水玻璃。溶解度提高。 块状水玻璃的水溶液，即液体水玻璃。,我国目前最常用的仍然是液体钠水玻璃，简称水玻璃。,一、水玻璃的生产,湿法：

14、将磨细的石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅（2.061053.09105Pa）内用蒸气加热，并搅拌，使之直接反应而成液体水玻璃。 干法：将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉内于13001400温度下熔化，生成固体水玻璃，再将它装进蒸压釜内，通入蒸汽熔（溶）化后，即制成液体水玻璃。,1.在空气中凝结硬化情况,（无定形硅胶）,空气中CO2浓度低，反应较慢，提高反应速度，可将水玻璃加热或加入氟硅酸钠 促硬剂。,二、水玻璃的特性,3.耐酸（不耐碱）：SiO2在强氧化性酸中化学稳定性高。,4.耐热：水玻璃不燃烧，在高温下不分解。,5.防水：水玻璃硬化时析出的硅胶能堵塞材料的毛细孔隙。,2.良好的粘结性能。,模数越大，粘结能力越强； 模数相同，则浓度越高，粘结力越强； 加入尿素，粘度不变，粘结力提高25%左右。,三、水玻璃的应用,涂刷在建材表面； 配制耐酸浆体、耐酸砂浆和耐酸混凝土； 配制耐热砂浆和耐热混凝土； 土壤加固； 配制快凝防水剂。,本章结束！,