建筑材料教学绪论PPT(2).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水运工程混凝土施工规范

2、,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，相应地，材料应具有不同的性质。本章将介

3、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 1

4、0-4mm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,Vb,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

5、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）弹性变形与塑性变形弹性变形 elastic deformation塑性变形 plastic deformation在

6、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

7、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

8、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、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 durabi

9、lity,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

10、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(

11、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/

12、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：=2.52.8g/cm3,松堆积密度10001200kg/m3，通常为白色粉末。2凝结硬化 CaSO41/2H2O+1/2H2O=CaSO42H2OCaSO41/2H2O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

13、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

14、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

15、 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

16、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

17、、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：0.08mm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

18、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。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

19、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=CaCO

20、3+2H2OCaCO3+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 mixture1、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

21、 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,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

22、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。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

23、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 portland 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

24、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,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

25、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。,