建筑材料教学绪论PPT.ppt

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1、,建筑材料 Building Materials 主讲人:宣国良,绪言,建筑材料是指建造各种土木建筑工程中所用的材料，通常可分为三大类： 无机材料又分为无机非金属材料和金属材料 有机材料 复合材料,建筑材料是一切工程的重要物质基础，在工程中所占投资的比重较大（5060%）。 建筑材料的质量直接影响到工程的质量和耐久性。 品质优良的材料有利于许多工程技术问题的突破。 新材料的出现又将促进结构设计及施工技术的革新。,建筑材料的技术标准,建筑材料的技术标准由：标准名称、代号、标准号和年代组成。 国标GB GB/T 部标：JG SL DL JC JTJ 地方标准，企业标准 例：JTJ268-96水运工

2、程混凝土施工规范,课程内容：,着重讲述港航工程中常用的主要建筑材 料，是土建工程技术人员必学的一门技术 基础课，为后继课程，如钢筋混凝土，提 供必要的基础知识。另一方面，为在工程 实际中解决建筑材料问题提供一定的基本 理论知识和基本试验技能。,任务： 通过本课程的学习，要掌握主要建筑材料 的特性、基本理论，学会常用的材料试验 方法，学会使用和选择材料。,学习方法：以课堂讲课为主，试验课是 重要的教学环节。 考核方法：平时成绩加期末考试进行综 合评定。,第一章 建筑材料的基本性质 basic properties of building materials,建筑材料在建筑物中承受各种不同的作 用

3、，相应地，材料应具有不同的性质。 本章将介绍具有共同性和比较重要的材 料性质。,第一节 材料的组成、结构和构造 component, micro-structure and structure,材料的组成、结构和构造是决定材料性质的内因。 一、材料的组成指材料所含的化学组成和矿物组成。 化学组成指组成材料的化学元素及化合物的种类和数量。 矿物组成批组成材料的矿物种类和数量。 矿物 ,二、结构指组成材料的原子、分子的排列方式、结合状况等。,晶体结构 晶体的特性： 注：一般晶体材料却是各向同性的。为什么？ 影响晶体材料的物理力学性质的因素 ： 晶体材料中还存在各种缺陷 ：点，线，面,非晶体内容质点

4、的排列没有一定的 规律性的材料,特点： 特性 ： 胶体结构指粒径10-6 10-4mm的颗粒在介质中形成的分散体系。可分为溶胶和凝胶。 溶胶其性质主要取决于介质的胶体 凝胶其性质主要取决于胶粒的胶体。 胶体具有触变性。 亚微观结构1 10-3mm，用光学显微镜可观察到的材料内部结构。,三、材料的构造材料的宏观组织，肉眼 可辨析。可分为：,层状 纤维状 致密状 多孔状孔的大小和特征：极细孔，细小孔，粗大孔；开口孔，封闭孔。,第二节材料的密度、表观密度和孔隙率 density, apparent density, porosity,1、密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 g/cm3,Vm,V

5、b,Va,V0,2、表观密度材料在自然状态下单位体积的质量。 g/cm3 ，kg/m3 3、孔隙率孔隙体积占材料总体积的百分比。,四、散粒材料的视密度、堆积密度和空隙率,1、视密度apparent specific gravity材料包含封闭孔隙在内的单位体积的质量。 g/cm3 2、堆积密度accumulated density散粒材料在自然堆放状态下单位体积的质量。 kg/m3 3、空隙率percentage of voids,第三节 材料的力学性质 mechanical properties,力学性质是指材料在外力作用下的有关变形性 质与抵抗破坏的能力。 一、材料的变形性质 （一）弹性变

6、形与塑性变形 弹性变形 elastic deformation 塑性变形 plastic deformation 在规定的温度和湿度及加荷速度条件下施加外力，根据材料在破坏前产生 塑性变形的大小（2%），可将材料划分为塑性材料与脆性材料。,（二）横向变形与体积变形,1、横向变形 2、体积变形,（三）徐变与应力松弛,1、徐变creep变形随时间延长而逐渐增长的现象。 2、松弛stress relaxation 材料在一定荷载作用下，当其所产生的变形不能发展时，材料内部的应力随时间延长而逐渐减小的现象。,二、材料的强度 strength,（一）静力强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯强度 1强度测定用破坏

7、性试验方法测定。 抗压、剪、拉强度： f=F/A， Mpa 抗弯强度：中间一个集中力作用时 当跨中受两个对称的集中力作用时,2影响材料强度测定结果的因素,1） 试件的形状、尺寸、表面状况 2）测试时的温度和湿度 3）测试时的加荷速度及试验装置情况 3材料的强度等级 通常脆性材料按抗压强度大小划分强度等级；塑性材料按抗拉强度大小划分强度等级。,（二）持久强度和疲劳极限,持久强度约为静力强度的60%左右。 疲劳极限fatigue limit材料受到交变应力的反复作用而不破坏的应力极限值。对混凝土和钢材而言，以循环次数106108次来测定。,三、冲击韧性ak impact toughness,材料抵

8、抗冲击或震动等荷载作用的性能。 冲击韧性可分为：受压、受拉、受弯冲击韧性。 脆性材料冲击韧性小。 塑性材料冲击韧性大。,四、材料的硬度、磨损和摩耗 hardness, wearing, wearing and tearing,硬度材料抵抗较硬物体压入其内的能力。 摩损材料受磨擦作用造成质量和体积减 少 的现象。 摩耗材料同时受到磨擦和冲击作用造成质量 和体积损耗的现象。,第四节 材料与水有关的性质,一、亲水性和憎水性 hydrophilicity and hydropholicity,二、吸水性材料吸收水分的性质。 absorption,1、含水率 2、吸水率 三、耐水性材料受水的作用不破坏、

9、也不显著降低其强度的性质。 1、表示方法K软 2、用途,四、抗渗性材料抵抗压力水渗透的能力。Water tightness,第五节 材料的耐久性 durability,1、材料在自然环境中可能受到的作用有： 物理的 化学的 生物的 2、耐久性材料在所处的自然环境中，受到物理的、化学的、生物的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。,3、材料的抗冻性材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不产生宏观破坏，强度也不显著降低的性能。 4、材料冻融破坏的机理： 同质量的水结冰后其体积增加约9%，因此对毛细孔产生： 冰胀压力， 水压力， 显微析冰作用。,5、影响材料的抗冻性的因素： 内因：吸水程度，材料的

10、抗拉强度，孔隙率及孔隙特征，软化系数； 外因冻结温度、速度及冻融频繁程度。 6、材料抗冻性表示方法抗冻等级。,第三章 气硬性胶凝材料,胶凝材料指经过自身的物理化学作用硬化后，能把散粒材料胶结成一个整体的材料。 分类：有机胶凝材料inorganic materials 无机胶凝材料organic materials ： 气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料,第一节 石 灰 lime,石灰是一种古老的建筑材料，生产成本低，使用方便。 一、石灰的生产 CaCO3 CaO + CO2 二、石灰的熟化（消解） CaO + H2O Ca(OH)2 + 64.9kJ CaO熟化后生成消石灰Ca(OH)2 ，密度减

11、小，体积增加一倍以上。,陈伏把石灰浆放在消解坑内加水覆盖2周以上的过程。 陈伏的目的使未熟化的CaO颗粒充分熟化，消除过火石灰的危害。,三、石灰的硬化 hardening两个过程 结晶过程 2碳化过程 Ca(OH)2 + n H2O CaCO3 + (n+1) H2O 在石灰的硬化过程中，以结晶过程为主， 碳化过程为辅。 注意：石灰的硬化既要有水的参与，又必须在空气中才能进行。,四、石灰的分类,石灰的主要技术指标是有效钙、镁含量，按其含量高低分为优等品、一等品和合格品。要注意生石灰和消石灰的指标是不同的。其他指标可参见表3-2。,五、石灰的应用,配制砂浆，用作涂料、配制三合土及用于公路填料的改

12、良和底基层、二灰土、二灰碎石的无机结合料。以及硅酸盐制品的原材料。,第二节 石 膏 gypsum、 plaster stone,一、石膏的生产天然二水石膏煅烧脱水制得型半水石膏，然后再磨细。 CaSO42H2O = CaSO41/2H2O + 1/2H2O 煅烧温度107 170，生成型半水石膏。凝结硬化很快。是常用石膏,煅烧温度170 200，生成硬石膏。凝结硬化较快。 煅烧温度200 250，生成的石膏仅含微量水。凝结硬化很慢。 煅烧温度400，生成不溶解硬石膏。不能凝结硬化 煅烧温度800，生成的石膏又分解出部分CaO。重新能凝结硬化。,二、建筑石膏型半水石膏,1物理性质：=2.52.8

13、g/cm3,松堆积密度10001200kg/m3，通常为白色粉末。 2凝结硬化 CaSO41/2H2O + 1/2H2O = CaSO42H2O CaSO41/2H2O的溶解度远 CaSO42H2O的 溶解度（约为5倍）。,3建筑石膏的性质：,1）凝结硬化快（初凝约6min ，终凝30min），具有微膨胀性； 2）孔隙率大，表观密度较小，导热性较小，强度较低； 3）吸湿性强，耐水性和抗冻性较差； 4）良好的防火性能。遇火吸热而蒸发脱水。,建筑石膏按抗压、抗折强度、细度、凝结时间等技术指标分为三个等级。 4建筑石膏的应用 建筑石膏适用于室内装饰、抹灰、粉刷，制作各种石膏制品及石膏板。,三、高强度

14、石膏,它是将二水石膏在0.13Mpa压力的蒸压锅内蒸炼所得的型半水石膏，它密度和强度较建筑石膏为大。用于强度要求较高的抹灰工程石膏制品和石膏板。,四、无水石膏水泥,将二水石膏在600800温度下煅烧后所得的不溶性无水石膏，加入适量催化剂（如石灰、粒化高炉矿渣、硫酸钠等）共同磨细而制得的气硬性胶凝材料，强度较高。用于配制砂浆、保温混凝土、抹灰、石膏制品及石膏板等。,第四章 水泥cement,第一节 概述 水泥品种繁多，有硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。目前工程最常用的是硅酸盐水泥类水泥。 按用途和性能分，又可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。 本章主要介绍硅酸盐水泥类水泥。,第二节 硅酸

15、盐水泥 portland cement,一、生产及矿物组成 （一）生产两磨一烧,(二) 硅酸盐水泥熟料的矿物成分,硅酸三钙 3CaOSiO2 37 60% 硅酸二钙 2CaOSiO2 1537% 铝酸三钙 3CaOAl2O3 7 15% 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3 Fe2O3 10 18%,主要矿物成分 水化速度 水化热 强度,硅酸三钙 C3S 快 大 早强高强 硅酸二钙 C2S 慢 小 早期低后期高 铝酸三钙 C3A 最快 最大 不高 铁铝酸四钙 C4AF 快 中等 不高 其它矿物成分有：MgO 、SO3、 fCaO等。 水泥中主要矿物的含量对水泥的性质有何影响 呢？,二、硅酸盐水泥的水

16、化与凝结硬化,（一）水化反应 C3S + H2O 水化硅酸钙 + Ca(OH)2 （反应较快） C2S + H2O 水化硅酸钙 + Ca(OH)2 （反应较慢） C3A + H2O 水化铝酸钙 （反应极快） C4AF + H2O 水化铝酸钙 + 水化铁酸钙 （反应较快） 水化铝酸钙 + 石膏 + H2O 水化硫铝酸钙 + Ca(OH)2,主要水化产物有五种： 水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）（占70%）和水化铁酸钙凝胶 水化铝酸钙、水化硫铝酸钙（占7%）、Ca(OH)2 （占20%）结晶体等。,（二）硅酸盐水泥的凝结硬化 hardening,1、几个阶段 1) 初始反应期 2) 潜伏期 3）凝

17、结期 4）硬化期 2. 水泥石的结构 硬化后的水泥石是由水泥水化产物、未水化水泥颗粒、毛细孔等到组成。 水泥石中各组成部分所占的比例,将直接影响水泥石的强度和其它性质.,3.水泥石强度增长规律性,水泥石强度增长随龄期而发展,一般14天前较快,28天后较慢,三个月后更为缓慢.这就是以28天来确定水泥强度等级的理由. 4. 影响水泥凝结硬化的因素 温度 湿度 石膏掺量.,三、硅酸盐水泥的主要技术性质 main technical properties,(一)密度和堆积密度 =3.13.2g/cm3，=9001300kg/m3。 （二）细度 fineness 细度：水泥颗粒的粗细程度。 要求：0.0

18、8mm筛孔上的筛余量300/kg。 细度不合格者为不合格品。,（三）标准稠度(normal consistency)用水量P,水泥浆用标准稠度仪测得的试锥下沉深度为262mm时的稠度，这时拌制水泥浆所用的用水量为标准稠度用水量（P=W/C100%） 硅酸盐水泥的P=24%30%。P大对混凝土的性质不利。,（四）凝结时间 setting time,初凝（initial set）：水泥浆从加水拌和开始至浆体开始失去塑性的时间。45min。 终凝：( final set )：水泥浆从加水拌和开始至浆体完全失去塑性的时间。6.5h。 水泥的初凝和终凝的混凝土的施工具有重要意义。 初凝时间不合格者为废品

19、。 终凝时间不合格者为不合格品。,（五）体积安定性 soundness,体积安定性：指水泥浆体在硬化过程中体积变化的均匀性。 体积安定性不合格的现象：水泥石出现龟裂、弯曲、松脆或崩溃。 原因：水泥中fCaO、SO3、MgO含量过高。 安定性不合格者为废品。,（六）强度 strength,通过测定水泥胶砂3d和28d的抗折强度和抗压强度，并根据其28d的抗压强度来划分水泥强度等级，同时其他强度不得低于规定的数值。 硅酸盐水泥的强度等级有：42.5、52.5、62.5三个等级。每个等级又分普通型的早强型，如42.5R。,（七）水化热 hydrate,水泥水化过程中放出的热量。水泥的水化热会对大体积

20、混凝土产生不利影响，产生温度裂缝。 注意促凝物质和缓凝物质的影响,四、环境水对水泥石的侵蚀 erode,水泥石在受到环境水的物理和化学作用后，其结构会遭到破坏强度降低、甚至结构破坏的现象称为环境水对水泥石的侵蚀。 原因：1）水泥石本身含有易被腐蚀的 Ca(OH)2、水化铝酸钙等物质； 2）混凝土本身的不密实性； 3）环境水存在腐蚀介质。,侵蚀类型,溶出性侵蚀 碳酸盐侵蚀 Ca(OH)2 +CO2 +H2O = CaCO3 + 2H2O CaCO3 + CO2 +H2O = Ca(HCO3)2 易溶于水 一般酸性侵蚀 硫酸盐侵蚀 镁盐侵蚀 强碱、糖等侵蚀,防治措施：,合理选择水泥品种 提高混凝土

21、的密实性 必要时在混凝土表面设置保护层。,五、硅酸盐水泥的主要特性,早强高强， 抗冻耐磨性好， 干缩较小， 水化热大， 耐腐蚀性较差。,第三节 混合材料及掺有混合材料的 硅酸盐水泥,一、混合材料 mixture 1、非活性混合料活性很小或没有活性的混合料，只起填充作用。可调节水泥的强度等级。 2、活性混合料active addition：在常温下与石灰加水拌和后，能生成水硬性胶凝水化产物的混合料。,主要品种有： 粒化高炉矿渣 blast-furnace slag 火山灰质混合材料 pozzolan 粉煤灰 fly-ash,二、普通水泥代号：PO ordinary portland cement

22、,该水泥只是在硅酸盐水泥中掺加6%15%的非活性混合料，因此它的主要特性与硅酸盐水泥非常接近，是目前使用最广泛的水泥品种。,三、矿渣水泥Portland blast- furnace slag cement,水化反应的特点：首先是水泥熟料颗粒开始水化；然后熟料水化时生成的Ca(OH)2与矿渣中的SiO2、Al2O3进行二次反应，形成具有胶凝性能的水化产物。 密度=2.83.0g/cm3,细度、凝结时间、安定性同普通水泥。,技术性能特点：,具有较强的抗溶出性侵蚀和抗硫酸盐侵蚀的能力。 水化热低。 早期强度低，后期强度增长率大。 温度敏感性大，适宜于蒸汽养护。,保水性较差，泌水率较大。 干缩性较大

23、。 抗冻耐磨性较差。 碳化速度较快、深度较大。 耐热性较强，可用于200以下的高温车间、高炉基础混凝土。,四、火山灰质硅酸盐水泥portland pozzolan cement,水化反应的特点：与矿渣水泥相同。 技术性能与矿渣水泥基本相同，其不同点有： 抗冻耐磨性较之更差。 干缩率较之更大。 泌水率较小。 抗渗性较高。,五、粉煤灰硅酸盐水泥 portland fly-ash cement,粉煤灰水泥的水化特点和技术性能与火山灰水泥基本相同。其主要特点： 干缩率较小，拌制的混凝土抗裂性较好。特别适用于大体积混凝土。 配制的混凝土和易性较好。,六、复合硅酸盐水泥 composite portlan

24、d cement,该水泥掺有两种或两种以上规定的混合料，它扩大了混合材料的使用范围，又可降低水泥的生产成本。 在复合水泥中，两种混合料的作用不是简单的叠加，而是相互补充。 应当注意，复合水泥的性能与主要混合材料的品种有关。为此标准中规定在包装袋上要标明主要混合料的名称。,第四节 其它品种水泥,一、抗硫酸盐水泥 特点：抗硫酸盐侵蚀能力强，也有较强的抗冻性 用途：受硫酸盐侵蚀、冻融和干湿作用的海港工程、水利工程和地下工程。,二、快硬水泥 rapid hardening cement,特点：硬化快、早期强度高。 用途：配制早强、低温条件下高强混凝土预制构件、紧急抢修工程。,三、膨胀水泥和自应力水泥,

25、特点：水泥在硬化过程中具有体积膨胀性，形成较密实的水泥石结构，使之具有较高的抗渗性 用途：补偿收缩混凝土结构工程、防渗层和防渗混凝土。 当水泥的膨胀率较大，在膨胀受到限制的情况下，能产生一定的自应力，称之自应力水泥。,四、高铝水泥alumina cement,熟料成分以铝酸钙为主的水硬性胶凝材料。 特点：1）凝结硬化快且放热量大 2）有较高的抗渗、抗冻和抗侵蚀性能 3）耐热性好（低于900） 4）后期强度下降较大，不能用于结构混凝土。 5）不能与碱性材料混用。 用途：适用于抢建抢修、抗硫酸盐侵蚀和冬季施工等有特殊需要的非承重的混凝土工程。,第五节 水泥的应用application,根据不同水泥

26、的性能特点，结合工程所处的环境条件、建筑物特点及混凝土秘处部位，合理选用水泥品种。 一般条件下的普通混凝土，可选用普通、矿渣、火山灰、粉煤灰水泥 高强混凝土可选用硅酸盐水泥。,预制构件台工期紧张时可选用快硬水泥。 抗冻耐磨要求较高的混凝土宜选用硅酸盐水泥。 大体积混凝土宜选用矿渣、火山灰、粉煤灰水泥。 蒸养构件宜选用矿渣、火山灰、粉煤灰水泥。 海港工程可选用矿渣水泥或抗硫酸盐水泥。,水泥强度等级的选用：,混凝土强度等级C30，宜用32.5级水泥； 混凝土强度等级C30，宜用42.5级水泥 高强混凝土宜用52.5或62.5级水泥。,水泥的储运：,要防潮或混入其他杂物，不同品种、不同等级的水泥必须分别存放，不得混杂。 水泥在储运过程中要吸收空气中的水分受潮变质，降低强度，所以不能存放过久。超过3个月必须重新检验强度后再使用。,