建筑材料大全_材料科学_工程科技_专业资料。建筑材料 张琳 绪论（introduction) 一、土木工程材料分类 1、定义：土木工程中所使用的一切材料及制品。 ? 分类 （1）按来源分 ? 天然材料：竹、木等 ? 人造材料：砖、瓦、水泥、
建筑材料 张琳 绪论（introduction) 一、土木工程材料分类 1、定义：土木工程中所使用的一切材料及制品。 ? 分类 （1）按来源分 ? 天然材料：竹、木等 ? 人造材料：砖、瓦、水泥、砼、钢材等 （2）按化学成分 ? 无机材料：金属材料（钢、铁、铝、铜等）；非金 属材料(水泥、玻璃、砖瓦、石材） ? 有机材料：木、竹、沥青、塑料等 ? 复合材料：玻璃纤维增强材料、钢纤维增强砼等 二、土木工程材料在土木工程中作用及重要性 1、土木工程材料是构成土木工程的物质基础。 2、直接影响着或决定着土木工程一些重要性质。 （1）结构形式：山西应县佛宫寺木塔（1055年）高66米； 马来西亚石油双塔楼（砼结构）高452米；上海金茂大 厦（钢砼混合材料结构）高420.5米； ? 上海电视塔（预应力砼结构）468米；旧金山金门大桥 （悬索桥）主跨1280.2米；苏通大桥（斜拉桥）主跨 1088米、主塔300多米；大跨度的钢结构展览馆；体育 馆；机场航站楼。07年有39人在金门大桥自杀，当局 准备化费5000万装防护网。--08-10-12京华时报。 （2）安全性 ? 唐山地震 ? 重庆彩虹桥事件（99年1月4日晚6时50分40多人伤亡） （3）功能、适用性 ? 绝热材料、吸声隔声材料、装饰材料、耐热防火材 料、防水抗渗材料、耐磨耐腐蚀材料、防爆防辐射 材料。 （4）经济性 ? 优良的建材能满足： ? 足够的强度（承载） ? 较轻（减轻地基负荷） ? 相应的耐久性（降低维修费） ? 美观 ? 功能要求 ? 低能耗 ? 环保 三、土木工程材料的发展趋势 1、上古时期人类野处穴居 ? 旧石器时代的北京猿人（69万年前）住天然岩洞。 ? 北京周口店龙骨山山顶洞人（18000年前）住天然 岩洞。 ? 巢氏教民构木为巢，居于树上。 2、砖木房屋 ? 土坯（8000年欧洲） ? 凿琢自然石（5000~6000年前） ? 砖（3000年前） ? 秦砖汉瓦（2000年前） ? 钢筋混凝土（19世纪） ? 化学建材具有特殊功能的新型建材 3 、展望 ? 发展方向：环保、节能、轻质高强、多功能、结构 功能一体化、构件化、单元化。 （1）墙体材料 ? 非黏土砖的应用 （2）轻质高强混凝土、改性混凝土、预应力混凝土 四、本课程的主要内容及学习方法 ? 水泥、混凝土、钢材、沥青、塑料的生产、性能及 应用是重点。 ? 听课、作业、实验。 ? 闭卷考试（考试成绩占80%、平时成绩20%）。 第一章 土木工程材料的基本性质 土木工程材料受到诸多因素的影响： ? 力学作用（外力、自重、风力、地震） ? 物理作用（雨、雪、霜、干湿循环、冻融循环、火） ? 化学作用（风化、酸碱盐侵蚀） 材料的性能是多方面的，必须与使用环境相适应。 §1-1材料科学的基本理论 1.1.1材料的组成 1、化学组成（化学元素、化合物种类及数量） ? 决定材料的：抗酸碱侵蚀性、可燃性、耐火性、钢材 的锈蚀等。 2、矿物组成（矿物种类和数量） 3、 相组成（结构相近性质，相同的均匀部分） ? 气相、液相、固相：一般材料 ? 铁素体、渗碳体、珠光体：钢 ? 集料相、基相、界面相：砼 1.1.2材料的结构和构造 1、宏观结构 （1）宏观结构的孔隙特征 ? 致密结构：金属、玻璃、塑料 ? 多孔结构：加气混凝土、泡沫混凝土、轻质多孔材料 ? 微孔结构：石膏制品 （2）按组织构造特征 ? 堆聚结构：混凝土、砂浆、沥青混合料 ? 纤维结构：木材、玻璃钢 ? 层状结构：胶合板 ? 散粒结构：混凝土集料 2、细观结构（以光学显微镜观察） ? 混凝土的基相、集料相、界面相 ? 钢铁的铁素体、珠光体、渗碳体 ? 木材的木纤维、导管髓线、微观结构（用中子显微镜或x射线分析) ? 晶体：钢铁材料 ? 玻璃体：火山灰 、炉渣、玻璃 ? 胶体：胶粒 （粒径 10-7-10-10）作为分散相，分散在 连续相（水、气、溶剂）中 形成的分散体。 §1.2材料的基本物理性质 1.2.1材料的密度、表观密度、堆积密度 1.密度 绝对密实状态下，材料单位体积的质量。 ρ =m/v ρ -g/cm3 m-g V-cm3 近似度密,有度的ρ教a 科：书用称排为液碎置石换等法的直表接观测密得度的。砂、碎石的密 2.表观密度 在自然状态下，材料单位体积的质量。 ? ρ 0 =m/v0 ? V0---表观体积（包含内部孔隙的体积） 3.堆积密度 ? ρ 0′ =m/v0′ 1.2.2材料的密实度与孔隙度 1.密实度 材料的体积内被固体物质充实的程度 ? D=v/v0*100% 2.孔隙率 或D=ρ 0/ρ *100% ? P=（v0-v）/v0=1-D 1.2.3材料的填充率与空隙率 1.填充率：某堆积体中，被散粒材料的颗粒所填充的程度 ? D′=v0/v0′*100% 或D= ρ 0′/ρ 0*100% 2.空隙率 ? P′ =1-D′ 1.2.4材料与水的关系 1. 材料的亲水性与憎水性 ? 亲水材料θ ≤90° ? 憎水材料θ ＞ 90° ? θ ---润湿边角 ? 石灰岩、玄武岩属于憎水岩石，与沥青粘结力强，常 用来做铺路材料。 ? 花岗岩属亲水岩石，与沥青粘结力不强，遇水易剥落， 即水稳定性差不宜用做铺路材料。 2.材料的吸水性与湿性 （1）含水率 所含水的质量与干燥状态下材料的质量 之比 ? W=（m1-m）/m*100% ? m---材料干燥状态下的质量，g ? m1---材料在含水状态下的质量，g （2）吸水性 ? 吸水率：材料吸水饱和时的含水率。 ? 致密岩石：0.5-0.7% ? 混凝土：2-3% ? 粘土砖：8-20% ? 木材等：＞100% （3）吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质，具有 可逆性。 ? 影响：木制门窗、保温材料 3.材料的耐水性：材料抵抗水破坏作用的能力。 （1）破坏作用 ? 力学性质方面 ? 光学性质方面 ? 装饰性质方面 （2）软化系数 ? 材料在吸水饱和状态下抗压强度/材料在干燥状态下 的抗压强度 ? 长期受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑，其材 料的软化系数≥0.85。 4.材料的抗渗性 ? 材料抵抗压力水渗透的性质。 ? K=Qd/AtH ? K---渗透系数，cm/h ? Q---透水量，cm3 ? D---试件厚度，cm ? A ---透水面积，cm2 ? t---时间，h ? H---静水压力水头，cm ? K越小，抗渗性越好。 §1-3 材料的基本力学性质 1.3.1材料的强度(strength) ? 材料在外力作用下，抵抗破坏的能力 ? 抗压强度 、抗拉强度 、抗剪强度 f=Fmax/A ? 抗f=弯Fma强xL度/bhf2 =(3三Fm分axL点/2集bh中2 加(单荷点）集中加荷）； ? 土木工程材料常根据其强度划分为若干不同的等级。 1.3.2弹性与塑性(elasticity and plasticity) ? 弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去后变 形随即消失，完全恢复原来形状的性质称为弹性。这 种可完全恢复的变形称为弹性变形。 ? 塑性：材料在外力作用下，当压力超过一定限值时产 生显著变形，且不产生裂缝或发生断裂，外力取消后， 仍保持变形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的 变形称为塑性变形。 1.3.4脆性与韧性(shortness/brittleness and toughness) ? 脆性：材料发生突然破坏之前无明显的塑性变形。 如陶瓷、玻璃、石材、砖瓦、铸铁。 ? 韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较 大的能量不发生破坏的性质。也称冲击韧性。如. 建筑钢材（软钢），木材等。 ? 桥梁、吊车梁及有抗震要求的工程中，结构材料要 有较好的韧性。 §1.4材料的耐久性(durability) ? 定义：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破坏、不变质的能力。 ? 内容：抗风化、抗酸碱盐侵蚀、抗渗、耐水、抗冻 等性能，属于综合指标。 第二章建筑钢材(steel material) ? 建筑钢材包括：钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于 钢结构各种型钢如钢管、槽钢、工字钢、角钢等。 §2-1 钢材的化学组成 1、主要成分：铁、碳、合金元素、杂质。 2、分类 按化学成分分为碳素钢和合金钢 （1）碳素钢 ? 低碳钢 含碳量小于0.25% ? 中碳钢 含碳量[0.25%，0.6%） ? 高碳钢 含碳量大于0.6% （2）合金钢 ? 低合金钢 合金元素含量小于 5% ? 中合金钢 合金元素含量[ 5%，10%] ? 高合金钢：合金元素含量大于 10% ? 建筑钢材含碳量一般为不超过0.8%的碳素钢及低合 金钢。 3、各元素对钢材性能的影响 （1）碳—它与铁原子的结合方式有： ? 固溶体：形成铁素体，含碳量极少。 ? 化合物（Fe3C）：形成渗碳体，含碳量较高。 ? 机械混合物：形成珠光体，含碳量在二者之间。 ? 含碳量↑，珠光体↑，强度↑，塑性、韧性、可焊 性↓（0.6%时，可焊性很差）。 （2）合金元素 ? 硅 含量低于1%时，能提高钢材的强度。 ? 锰 含量1%-2%，提高钢材的强度。 ? 钛 强度↑ ↑，韧性、可焊性↑。 ? 其化学性质稳定，耐腐蚀(抵抗海水腐蚀能力很强）， 主要用于飞机、火箭、导弹、飞船等，少量用于冶金、 能源、交通医疗及石化工业。 ? 矾 强度↑ ? 铌 强度↑ （3）杂质元素 ? 磷 强度↑ ，可焊性↓ ↓，冷脆性↑ ↑。 有益作用：提高强度、硬度、耐磨性、改善切削性，耐 大气腐蚀性强，在低合金钢中可配合其它元素做合金元 素用，军事上利用其脆性制造炮弹增大杀伤力。 普通碳素钢 磷含量≤0.045% 优质碳素钢 磷含量≤0.035% 高级优质碳素钢 磷含量≤0.030% ? 硫 极有害元素 可焊性↓ ↓，热脆性↑，热加工性↓ 普通碳素钢 硫含量≤0.055% 优质碳素钢 硫含量≤0.040% 高级优质碳素钢 硫含量 0.02%-0.03% ? 氧 韧性、可焊性↓ ? 氮 强度↑ ，塑性、韧性↓ §2-2建筑钢材的主要力学性能 ? 包括：抗拉、冷弯、冲击韧性、硬度和耐疲劳性。 2.2.1抗拉性能(tensile strength) ? 属最重要的性能，主要技术指标有：屈服点、抗拉强度、 伸长率。 1、σ -ε 图 ? OA：弹性阶段 ? AB：弹塑性阶段 ? BC：塑性阶段 ? CD：强化阶段 ? DD′：破坏阶段 （颈缩、断裂）插图p24 2、指标(indexes) ? 弹性极限σ p 弹性范围内，所能承受最大的力。 ? 弹性模量E 弹性模量大，抗变形能力强。 ? 上屈服点σ su 屈服阶段，所能承受最大的力。 ? 下屈服点σ sl 对试验条件较不敏感。 ? 屈服强度σ s 取为下屈服点 ? 抗拉强度σ b 抗拉试验中，所能承受最大的力。 ? 强屈比σ b / σ s 大于1.2，影响材料安全及利用率。 ? 硬时钢所的对屈应服的点应力σ。0.2 产生残余变形达到原始长度0.2% ? 断后伸长率 δ =（l1-l0）/l0*100% 对于钢筋一般 8-27%。反映钢材的塑性。 的长、径直比）。 δ 5＞δ 10 (5，10为试件 工程脆上性把材δ料1。0≥5%的材料成为塑性材料； δ 10＜5%的为 2.2.2 冷弯性能(cold bending property) 1、定义 钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 2、物理意义 一定程度上揭示钢材是否存在内部组织的 不均匀、内应力、夹杂物未融合及微裂纹等缺陷，能 反映冶金质量和焊接质量。 3、冷弯实验 ? 试件长度 L=5a+150(mm);试验角度180°； ? 弯心直径d=0,0.5a,a,2a,3a… a---试件厚度或直径； ? 试验温度10-35°； ? 缓慢加载。 4、指标 弯曲角度，弯心直径/试件厚度或直径 2.2.3冲击韧性(impact toughness) 1、定义：钢材抵抗冲击载荷的能力。 2、冲击韧性试验 3冲击韧性值：а k=Ak/F Ak冲断试件所消耗的功； F—试件断口处截面面积。 4、冷脆性：钢材在低温下，呈现脆性的现象。 5、脆性临界温度：钢材在降到某一温度范围时，冲击韧 性急剧下降，而呈现脆性，该温度即为脆性临界温度。 6、时效：钢材随时间延长强度提高、塑性和韧性下降的 现象。 7、时效敏感性：因时效而导致性能改变的程度。受动载 的结构物如桥梁等，应选用时效敏感性小的钢材。 8、实例(instances) ? 国外一钢桥在夜间温度骤降下，因冷脆而塌落。 ? Poland 一跨度76.6米的钢梁组合桥（composite bridge)于1987.1.8在温度-35°发生塌毁事故。 ? 我国北方60年代初，一钢筋混泥土梁，因钢筋焊接接 头冷脆而塌落的事故。 ? 选用钢材时，在负温使用下的结构应选用脆性临界温 度较使用温度为低的钢材。 2.2.4硬度(hardness) 1、定义 指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性 变形的能力。是钢材弹性、塑性、强度、韧性及变形 强化率等的综合反映。 2、布氏硬度(Brinell hardness) HB=P/（π Dh) ? P-压入载荷，N;D-钢球直径，mm;H-压入深度，mm。 F,D是定值，只要测出d,再查表即可。 硬度计压头为淬火钢球时用HBS表示适用于HB＜450的材料； 压头为硬质合金钢球时用HBW表示，适用于450≤HB≤650的 材料。 标注方法：170HBS10/3000/30 170-布氏硬度值 10-钢球直径(mm) 3000-试验力F值（kgf) 30-加压持续时间（s) 3、布氏硬度值与抗拉强度的相关性 碳素钢： ? HB﹤175时，σ b=3.6HB ? HB﹥175时，σ b=3.5HB 根据以上关系，可在钢结构上原位测得的HB值估算σ b。 4、洛氏硬度(Rockwell hardness) 根据压头压入试件的深度大小确定材料的硬度值。一般用于判断机械零 件的热处理效果。数值可直接从硬度计仪表盘读出。 1）包括4种类型: HRA:120°金刚石圆锥压头，测量范围60~85HRA,试验力588.4N; HRB:直径1.588mm钢球压头，25~100 HRB,980.7N; HRC:金刚石圆锥压头,20~67 HRC,1471N;（生产中使用最多） HRD:金刚石圆锥压头,40~77 HRC,980.7N. 2）标注：60HRC 3）HRC:HB=1:10(当HBS＞220时） 5、维氏硬度（Vickers hardness)压头为金刚石正四棱锥，用HV表示。 2.2.5 耐疲劳性 1、钢材的疲劳破坏：指在交变应力作用下，钢材在应力远小于σ b时发 生断裂的现象。 2、疲劳极限σ r 在疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周 期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。 3、应力比值 ρ =σ min/ σ max ? 测定钢筋疲劳极限时，通常采用拉应力循环。 ? 非预应力筋 ρ =0.1-0.8 ? 预应力筋 ρ =0.7-0.85 ? 周期基数 200万次或400万次以上。 4、钢材疲劳破坏的原因 微小缺陷，表面质量不好 裂纹形成 裂纹扩展 断裂 §2.3 钢材的冷加工强化、时效强化、热处理和焊接 1、钢材的冷加工强化 指将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧 （热轧：1200°~1300°），产生塑性变形 屈服强度 ↑：塑性、韧性、弹模↓ 2、时效处理 ? 将经过冷加工后的钢材于常温下存放15-20天，或加热 到 100°-200°，并保持一段时间，这一过程就是时 效处理。 ? 前者称自然时效，后者为人工。 ? 一般强度较低的钢筋可采用自然时效，强度较高的钢 筋应采用人工时效处理。 屈服强度提高 时效处理 抗拉强度略有提高 塑性、韧性下降 弹模基本恢复 2.3.2钢材的热处理 1、退火：用于冷加工后的钢材处理，以减少冷加工产 生的各种缺陷，消除内应力。分为： ? 低温退火：加热温度在铁素体等转变温度以下，是少 量位错重新排列。 ? 完全退火：加热温度高于相变温度，达到800—850度， 在经适当保温后缓慢冷却，使钢材再结晶。 2、淬火和回火（二者通常相连） （1）淬火：加热到相变温度（723度）以上，保温使组 织完全转变，即投入冷却介质（水或矿物油）中急冷， 使转变为不稳定介质：强度、硬度↑，塑性、韧性↓。 （2）回火：在淬火之后进行，加热温度在转变温度以 下（150—650度），保温后按一定速度冷却至室温。 消除淬火内应力，硬度↓，塑性、韧性↑。 我国生产的热处理钢筋采用中碳低合金钢经油浴淬火 和铅浴高温（500-600度）回火制得。其组织为铁素体 和均匀分布的细颗粒渗碳体。 2.3.3钢材的焊接 1、焊接方法 （1）电弧焊（钢结构）焊条与焊件之间产生高温电弧， 将焊条与焊件金属熔化，凝固后形成焊缝。 （2）电渣压力焊（钢筋） 电流通过渣池产生电阻热将 钢筋端部熔化，施加压力使钢筋焊合。 2、焊接质量的检验 ? 取样试件试验（钢筋接头） ? 原位非破损检测（钢结构） 超声波、γ 射线、实例：鸟巢体育场钢结构（钢号Q460）焊缝总长 300Km，超声波检验合格率100%。 §2-4钢材的防火与防腐 2.4.1钢材的防火 1、高温对钢材的性能有很大影响（高温蠕变）: ? 250度时，σ b↑,а k↓↓,称蓝脆现象。 ? 大于300度时，σ b↓， σ s ↓↓. ? 600度时，强度 ↓↓ ↓（-2/3），不能承载。 2、防火措施 （1）设置防火板 （2）涂刷防火涂料 ? 非膨胀型防火涂料 难(不) 燃性树脂+难燃剂+防火填料。 ? 膨胀型防火涂料 难(不) 燃性树脂+难燃剂+成碳剂+脱水成碳催化剂+发 泡剂 2.4.2钢材的锈蚀与防止 1、主要原因 （1）化学锈蚀 钢材与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。主 要是氧化作用引起，环境干燥时较慢而在潮湿的环境， 和温度较高时则速度较快。空气中的二氧化碳，二氧 化硫也能引起。 （2）电化学腐蚀 金属在潮湿的气体中或导电溶液（电解质）中，形成 微电池而引起的腐蚀，是最主要的腐蚀形式。 1）钢的表面在电解质溶液中形成微电池： 铁素体-阳极，失去电子成为Fe2+进入水膜； 渗碳体-阴极，溶于水中的氧被还原成OH-; 二者反应最终产物为疏松易剥落的红棕色铁锈Fe(OH)3..随暴露出的渗碳 体越来越多，微电池也越来越多，锈蚀也日益加速。 2）铁铜接触形成微电池(二者之间存在电解质） 铁的电极电位低(-0.44v)，为阳极不断失去电子而被溶解；铜的电极电 位高(+0.33v)为阴极在其上放出氢气。 抗电化学腐蚀的措施： 提高电极电位--在钢中加入Cr、Ni、Si等合金，如在铁中加铬11.7%时， 可把合金的电位提高到+0.2v,能有效地抵抗空气、水、酸碱盐腐蚀； 尽量获得单相组织--在钢中加入Cr、Ni、Si等合金，使之在常温下形成 单相铁素体、奥氏体、马氏体，难以形成微电池； 形成氧化膜（钝化膜）--在钢中加入Cr、Si、Al等合金,在钢的表面形成 一层致密、牢固的氧化膜，把钢与周围介质隔开。 （3）应力腐蚀 指应力状态下腐蚀加快的现象。由于应力大的地方形成 阳极，易于腐蚀。预应力钢筋因应力存在更易腐蚀，要给予足够的关 注。 2、防止措施 （1）钢筋的防腐 混凝土中的钢筋因处于碱性环境中，一般不致腐蚀。 但有时会由于掺加掺合料，或碳化反应（CO2与水泥 石中的Ca(OH)2反应）使混凝土中Ca(OH)2含量减少， 降低了碱性。或由于添加了含有氯离子的外加剂， 也会使钢筋锈蚀。 ? 提高混凝土的密实度 ? 确保保护层厚度 ? 限制氯盐外加剂 ? 采用环氧树脂涂层 （2）钢结构防腐 ? 刷漆（包括底漆和面漆） ? 热浸镀锌或铬，镀锌后加涂塑料复合层 ? 特殊工程用不锈钢（加铬、镍） ? 牺牲阳极 如用电位较低的镁合金、锌合金、铝合金作阳极 和地下钢管连起来，形成微电池，不断消耗阳极以保护钢管。 ? 用废钢铁作阳极通过电池与要保护的钢管连起来。 §2-5建筑钢材的品种与选用 2.5.1主要钢种 基本上是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。 1、建筑用碳素结构钢(属普通碳素钢） (1)牌号：有5个牌号：Q195,Q215,Q235,Q255,Q275 ? 含碳量：0.06%-0.38% ? 质量等级：A、B、C、D（由低到高） ? 脱氧程度：F(沸腾钢），Z（镇静港），b（半镇 静钢），TZ（特殊镇静钢) (2)Q235-BZ的意义 (3)特点：塑性较好，适于各种加工，在焊接、冲击及适 当超载的情况下也不会突然破坏，对轧制 、加热、骤 冷的敏感性较小，因而常用于热轧钢筋。 2、低合金高强结构钢 （1）牌号 ? 5个牌号：Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 ? 质量等级：A B C D E ? 含碳量： 0.1%~0.25% ? 屈服点：比碳素钢高25%~50%以上，屈强比较高 (2)特点：采用低合金钢的目的是减轻结构的重量，节约 钢材和延长使用寿命。此类钢材具有较高的屈服强度 和抗拉强度，也有良好的塑性和韧性（尤其是低温韧 性）及耐腐蚀性，尤其适用于大跨度承受动载荷和冲 击载荷的结构物。 2.5.2常用建筑钢材 1、钢筋（reinforcing bar, rebar ) 钢筋公称直径：6、8、10、12、14、16、18、20、22、 25、28、32、36、40、50mm. (1)低碳钢热轧圆盘条：由Q215,Q235热轧而成(Ⅰ级钢筋） 含碳量：0.17%-0.25%；公称直径：8~20mm 特点：强度较低，但塑性好，伸长率高，便于弯折成形 和焊接。用作中小型结构的受力钢筋或箍筋，及冷加 工原料。 (2)热轧带肋钢筋（hot rolled ribbed steel bar) 采用低合金钢热轧而成，表面有两条纵肋及沿长度方向 均匀分布的横肋。 ? 含碳量：0.17%-0.25%;公称直径：6~50mm. ? 牌号：HPB235 HRB335 HRB400 HRB500 ? 特点：强度较高，塑性、可焊性也较好。用于受力钢 筋和预应力钢筋。 HPB235:热轧光面钢筋.(plain bar ) （3）冷轧带肋钢筋（cold rolled ribbed steel bar) 采用热轧圆盘条经冷轧而成。 ? 牌号：CRB550 CRB650 CRB800 CRB970 CRB1170(指抗 拉强度）；公称直径4~12mm 特点：冷轧后，σ ０.2↑，但保证σ ｂ／ σ ０.2≥１.05, 适用于中小预应力钢筋混凝土和普通钢筋混凝土结构。 (4)预应力混凝土热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢筋经淬火，回火调制处理的钢筋。 ? 规格：直径6，8.2，10mm. ? 技术指标：σ b ≥1500MPa δ 10 ≥ 6% σ 0.2 ≥1350MPa ? 特点: 设纵肋和横肋，以D1.2-2.0m圆盘条供应，不用 电焊切割、焊接。 （5）预应力混凝土用钢丝与钢绞线 采用优质碳素钢或其他性能相应的钢种，经冷加工及 时效处理或热处理而制得的高强钢丝。 ? 规格：钢丝直径4.5，6，7，8，9mm等 钢绞线根捻成一束 ? 指标：钢丝 σ b =1470-1770MPa σ 0.2=1250-1500MPa δ ≤4% 钢绞线根钢丝捻成的钢绞线% ? 特点：没有屈服点，抗拉强度很大，较好的柔韧性， 应力松弛率低。盘条供应，松卷后可自行弹直。适用 于大跨度、大载荷及需要曲线配筋的预应力混凝土结 构。 2、型钢 （1）热轧型钢：角钢，工字钢，槽钢，T、H、Z型等 钢种及钢号选择依据： ? 构件重要性 ? 荷载性质（动、静） ? 连接方法 ? 工作条件（ 温度、介质） 常用钢种 ? 碳素结构钢中Q235-A(含碳量0.14-0.22%），强度石 中，塑性好，可焊性好，成本低。 ? 低合金钢 Q345,Q390( 鸟巢用钢Q460），用于大跨度、 承受动在的钢结构。 （2）冷弯薄壁型钢 2-6mm薄板冷弯或模压而成，有角钢、槽钢以及方形、 矩形空心薄壁型钢等，用于轻型结构。 （3）钢板 ? 定义：用光面轧辊轧制而成的扁平钢材称为钢板。 ? 分类：冷轧钢板（厚度0.2-4mm），热轧钢板（厚板 d＞4mm;薄板） ? 应用：厚板：型钢的连接， 薄板：屋面、墙面围护材料 第三章无机胶凝材料 (non-organic cementing material) 1、胶凝材料的定义：能经过一系列物理、化学作用， 将散粒状或块状材料粘结成整体的材料，统称为胶 凝材料。 2、分类 按成份分为： （1）有机胶凝材料（如沥青，树脂）， （2）无机胶凝材料（如水泥，石灰，石膏）。 ? 气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化（石灰， 石膏）。 ? 水硬性胶凝材料： 在空气和水中均能凝结硬化， 如水泥。 §3-1气硬性胶凝材料 3.3.1石膏(plaster) ? 石广膏泛是。以常C用a的SO产4为品主有要建成筑分石的膏胶，凝高材强料石，膏成，本无低水，石应膏用 水泥。 1、石膏的生产 ? 原料：矿石（ CaSO4·2H2O),化工副产品和废渣。 ? 主要工序：破碎 加热煅烧 磨细 ? 化学反应：CaSO4·2H2O 107°-170°CaSO4·1/2H2O+3/2H2O ? 产品： （1）高强石膏（α 型半水石膏）加热条件： 0.13MPa,120°过饱和蒸汽下蒸炼，或在盐类溶液中沸 煮。晶粒粗，强度大。 （2）建筑石膏 （β 型半水石膏）加热条件：在非密闭窑 炉中加热脱水。用水量大，晶粒细，强度低。 2、建筑石膏的凝结与硬化 ? CaSO4·1/2H2O+3/2H2O CaSO4·2H2O （化学反应） ? 二水石膏的溶解度仅为半水石膏的1/5左右，反应总向 右进行，溶液中，不断析出二水石膏的胶粒。 ? 水化过程：胶粒 晶体 固体 3、建筑石膏的技术性质与应用 （1）技术性质 ? 颜色：白色粉末 ? 密度：ρ =2.6-2.75，ρ 0′=800-1000Kg/m3 ? 凝入结缓时凝间剂：，t如初硼≥6砂m，in,酒t终石≤酸30碱mi钠n,，要柠延檬长酸凝，结聚时乙间烯可醇加。 ? 硼玻砂璃：工N业a2，B4以O7提·10高H产2O品（的十热水稳四定硼性酸、钠）光，泽用、于透搪明瓷度、、 抗冲击性及抗腐蚀性。 ? 孔隙率：P=50-60%,导热系数小，吸声性强，吸湿性 大，可调节室内湿度。 ? 装饰性：质地洁白细腻， 因硬化时体积略有膨胀， 可浇铸出纹理细致的浮雕花饰。 ? 耐水性和抗冻性：较差，不宜用于潮湿的部位。 ? 抗火性：较好，因为遇火能放出结晶水，形成蒸汽幕。 但也不能长期用于65°以上环境，以免脱水而失去强 度。 ? 储存：注意防潮，储存3月后，强度降低30%左右， 要重新进行质量检测。 （2）应用 1）抹灰材料：即石膏砂浆（石膏+砂+缓凝剂+水） 2）墙体材料：石膏板，石膏砌块 3）装饰材料 ? 装饰石膏板：用作墙面和吊顶， 尺寸500×500×9，600×600×11 (mm) ? 嵌装式装饰石膏板：用于吊顶，嵌固在龙骨上。尺寸有 500×500×25（以上）， 600×600×28（以上） ? 普通纸面石膏板：用于室内隔断，吊顶，要经过表面处理 才能做装饰材料，如抹腻子、刷漆。尺寸： 长度 1800，2100，2400，2700，3000，3300，3600 宽度 900，1200 厚度 9，12，15，18 也可定做尺寸。 ? 吸声用穿孔石膏板：用于音乐厅，影剧院，会议室的吊顶、 墙面材料。尺寸500×500/600×600）×（9/12） ? 耐水纸面石膏板：（添加耐水外加剂），用于厨房、卫生 间。 ? 耐火纸面石膏板：（添加无机耐火纤维），用于公共建筑， 如影剧院、体育馆、展馆、幼儿园、商场的吊顶、墙面、 隔断。 ? 特种耐火石膏板 (1h)用于防火等级要求高的建筑物。 ? 艺术浮雕装饰制品 石膏角线 石膏造型 石膏壁画 艺术顶棚，灯圈，角花 艺术廊柱（罗马柱） 3.3.2 石灰（lime) 属于应用较早的胶凝材料，用于内外墙刷白，抹灰。目前， 在道路施工中，多用作基层材料。原料来源广，生产简单， 成本低廉，得到了广泛的应用。 工程中常用的产品有：磨细生石灰粉，消石灰分，石灰膏。 1、石灰的生产 ? 原料：石灰石，白云石，白垩，贝壳等。 ? 主要工序：破碎→加热、煅烧→磨细 ? 化学反应：CaCO3 900°以上 CaO+CO2 ? 产品：因原料中常含MgCO3 ,所以石灰中含有MgO ,按其 含量，建筑生石灰和消石灰分为： 钙质石灰（MgO含量不超5%) 镁质石灰（MgO含量超5%) 钙质消石灰粉（MgO含量小于4%) 镁质消石灰粉（MgO含量4-24%) 白云石消石灰粉（MgO含量24-30%) 2、石灰的熟化与硬化 （1）熟化 ? 化学反应：CaO+H2O Ca（OH）2+64.9*103J 熟化后，体积增大1-2.5倍。熟化方法根据用途不同有： ? 用于拌制砌筑砂浆或抹灰砂浆： 过筛 生石灰→石灰浆（化灰池中完成）→石灰膏（储灰坑沉淀） 石灰的陈伏：石灰浆应在储灰坑中储存两周以上，以充分熟 化过火石灰，防止使用时抹灰隆起或开裂。 ? 用于拌制石灰土（石灰+粘性土），或三合土（石灰+粘土 +砂石/粉煤灰/矿渣/炉渣/碎砖）： 向石灰堆中，用水管分层注水，加水量为生石灰重量的6080% ，使其充分消解，又不过湿成团。用前，往往要闷几 天，类似于石灰浆的陈伏。 （2）石灰的硬化 石灰浆体在空气中的硬化，包括两个同时进行的过程： ? 结晶作用 ：Ca(OH)2从饱和溶液中，结晶而出。 ? 碳化作用：Ca(OH)2+CO2+nH2O==CaCO3+(n+1) H2O 碳化作用长时间内仅限于表层， 结晶作用主要在内部发生。 硬化过程产生了两种晶体。 3、石灰的技术性质与应用 (1) 技术性质 ? 石灰浆具有良好的可塑性。可作为掺加料加入水泥砂浆中形 成混合砂浆，提高和易性。 ? 硬化慢、强度低。石灰砂浆28天强度0.2-0.5MPa。 ? 不能用于潮湿地点，也不能单独用于建筑基础。 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2（具有可溶性） ? 硬化过程中，体积显著收缩。使用中，常掺入砂、纸筋。 ? 储存要防潮，使用要注意安全。 ? 质量分三级：优等品、一等品、合格品。 （2）应用 ? 石灰乳刷白（内墙、顶棚、外墙）。加入高炉矿渣/粉煤 灰可提高耐水性；加入聚乙烯醇、干酪素、氯化钙、明矾 减少涂层粉化；加入耐碱颜料，可提高装饰性。 ? 石灰砂浆（石灰膏+砂+水）砌墙，抹灰。 ? 混合砂浆（水泥+石灰膏+砂+水）砌墙。 ? 石灰土（消石灰粉/生石灰粉+粘性土+水）作一般道路基层，或高等 级道路的底基层。 石灰能显著提高粘性土的强度和耐水性，原因是： 1）离子交换：石灰浆中的游离钙离子和氢氧根离子与细粒粘土矿物 中的钠离子、氢离子发生交换，减薄粘土颗粒吸附水膜厚度，使土 粒凝聚，形成稳定团粒结构，使石灰土获得初期强度。 2）石灰硬化过程中生成的氢氧化钙晶体和碳酸钙晶体相互结合，并 把土粒结成整体，提高了石灰土的稳定性。 3）粘土中少量的活性氧化铝与氧化硅与氢氧化钙反应生成不溶于水 的水化硅酸钙和水化铝酸钙 （粘土主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O）。 在土中形成凝胶结构，使石灰土的刚度不断增大，强度与水稳定性 不断提高。 影响石灰土强度的因素： 1）石灰细度越大，稳定效果越好。 2）对粉质粘土稳定效果明显优于沙质粘土，对均质砂的稳定效果较 差，塑性指数小于12的土则不宜用石灰稳定，最好用水泥来稳定。 3）石灰稳定土在最佳含水率条件下压实获得最大密实度，从而提高 其强度和刚度。 4）较高的温度与适当的湿度的养生有利于其强度增长。 ? 三合土（石灰+粘性土+粉煤灰/矿渣/砂石/碎砖/炉渣+水） 用于铺设道路基层，、建筑物基础、简易路面。 ? 二灰（石灰+粉煤灰）稳定土 1）二灰稳定细粒土---二灰土 2）二灰稳定砂砾、碎石、矿渣、煤矸石等---二灰稳定集 料 ? 生产硅酸盐制品 原料：生石灰粉/消石灰粉+硅质材料（粉煤灰/粒化高炉矿 渣/浮石、砂子）+水（有时加石膏）。 工序：配料 成型 蒸养 产品：墙板、砌块、灰砂砖等隔热保温制品。 高炉矿渣：即高炉铁渣，主要成份：CaO，SiO2 ，MgO， Al2O3 SiO2 ,FeO 经水结、碾压后，易形成板体，整体强 度高。 浮石 ：属火山熔岩 ，多孔轻质、保温、隔热隔音。成份： SiO2 ，Al2O3 ， Fe2O3 可作活性混合料。 3.1.3 水玻璃（泡花碱） 常用硅酸钠水玻璃（Na2O·nSiO2)和硅酸钾水玻璃 （K2O·nSiO2). 1、水玻璃的生产 ? 原料: 石英砂+苛性钠溶液 ? 工序： 石英砂 湿法 干法 石英砂 苛性钠溶液 + 碳酸钠 + 2-3大气压蒸气加热 液体水玻璃 磨细、加热1300-1400℃ 固体水玻璃 ? 化学反应 Na2CO3 +nSiO2 水玻璃的模数 n=1.5-3.5 Na2O·nSiO2+CO2↑ n=1时，能溶于常温的水中，模数加大，只能溶于热水。 n＞3时，要在4个大气压以上的蒸气中才能溶解。 n越大，水玻璃的粘结性越强，在液体水玻璃中加入尿素著可 提高其粘结力。 2、水玻璃的硬化 液体水玻璃吸收空气中的CO2，形成无定型硅酸，并逐渐干燥 而硬化。 Na2O·nSiO2+CO2+mH2O Na2CO3+ nSiO2·mH2O 加入水玻璃质量12-15% 的硅氟酸钠（Na2SiF6）能显著加速 硬化。 3、性质与应用 ? 具有良好的粘结性，硬化时析出硅酸凝胶，能堵塞毛细孔 具有抗渗性能。 ? 良好的耐高温性。在高温下，强度不降低。 ? 高度的耐酸性。 （1）涂刷建材表面可提高抗风化能力 用其水溶液（比重约1.35） 涂刷黏土砖、硅酸盐制品、水 泥混凝土及石灰石等。但不能用于石膏。 （2）配制快凝堵漏防水剂 以水玻璃为基料加入2、3、4种矾配制。如四矾防水剂： 蓝 矾（硫酸铜）、明矾（钾铝矾）、红矾（重铬酸钾）、紫 矾（铬矾）各1份，溶于60份100°C的水中，降温至 50°C，加入到400份水玻璃溶液搅拌而成。 其凝结很快，不超过1分钟，与水泥浆调和，可堵塞漏洞与 裂缝。 （3）用于土壤加固 将模数为2.5-3的液体水玻璃和氯化钙溶液交替压入土体， 二者反应，生成硅酸胶体，包裹土粒并填实空隙。 加固砂土，使其强度可达 3-6MPa。 （4）配制耐酸、耐热砂浆和混凝土 §3-2硅酸盐水泥 硅酸盐产品： 陶瓷、玻璃、水泥等。 硅元素占地壳的26.3%，仅次于氧的48.6%。其氧化物、硅酸 盐构成岩石、砂子、土壤占地壳质量的90%以上。 水泥是最主要的水硬性胶凝材料。 3.2.1硅酸盐水泥的生产及矿物组成 定义： 凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、 适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥 （Portland cement),不掺加混合料的称Ⅰ型硅酸盐水泥， 掺加混合料的称Ⅱ型硅酸盐水泥。分别记为P·Ⅰ和P·Ⅱ。 1、硅酸盐水泥的生产 石灰石 黏土 1400-1450°c 磨细 生料 石膏 熟料 磨细 P·Ⅰ 铁矿粉 以上过程简称“两磨一烧”。 2、水泥熟料主要矿物： ? 硅酸三钙 3CaO·SiO2 简写为C3S 含量 37-60% ? 硅酸二钙 2CaO·SiO2 C2S 15-37% ? 铝酸三钙 3CaO·Al2O3 C3A 7-15% ? 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 10-18% 少量的游离CaO和MgO及碱，总量不超过水泥量的10%。 3.2.2 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 1、硅酸盐水泥的水化 水化：熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称水化。 水泥水化生成水化物并放出热量。 2(3CaO·SiO2)+ 6H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2 水化硅酸钙 2（2CaO·SiO2）+ 4H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2 3CaO·Al2O3 + 6H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O （水化铝酸三钙） 4CaO·Al2O3·Fe2O3 + 7H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O +CaO·Fe2O3·H2O 水化铁酸一钙 3CaO·Al2O3·6H2O+3（CaSO4·2H2O）+19H2O = 3CaO·Al2O3·3 CaSO4·31H2O （高硫型水化硫铝酸钙，即钙 矾石） 充分水化后的主要的水化产物： ? 水化硅酸钙凝胶 (不溶于水） C-S-H 含量 约70% ? Ca(OH)2 （微溶于水） 约20% ? 钙矾石及单硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O） 约7% (不溶于水） ? 各熟料矿物单独与水作用时的特性 名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 凝结硬化 快 速度 28天水化 多 放热量 强度 高 慢 最快 快 少 最多 中 早低后高 低 低 2、水泥的凝结与硬化 ? 凝结： 水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具强度的过程。 ? 硬化： 水泥浆开始产生强度并逐渐发展成为坚硬的人造 石的过程。 水泥的凝结与硬化理论由Le Chatelier于1882年创立。目前 的理论认为： 水泥颗粒表面 初凝 具有可塑性 凝聚结构 终凝 凝聚-结晶网状结构 砼 3、影响cement凝结硬化的因素 ? 矿物成分 C3S及 C3A↑,setting & hardening ↑ ? 细度 fineness ↑ ,setting & hardening ↑ ? 加水量 reasonable w/c ? 养护时间curing time 前4周快后期慢 ? 养护温度curing temperature 低于5℃很慢，0℃基本停 止 ? 养护湿度curing humidity 洒水保湿两周或更长 ? 石膏掺量 降低凝结硬化速度，防止瞬凝instant setting 3.2.3Portland cement 的技术性质 GB175-1999 对水泥有细度、凝结时间、安定性、强度等要 求： 1、细度：一般粒径为0.007-0.2mm. 0.04mm以下才具有很高的活性;0.1mm以上的活性很小。 表示方法 ? 筛析法 80?m方孔筛的筛余百分数 ? 比表面积法 单位质量粉末具有的总表面积（m2/Kg) 对 水泥而言，应大于300 m2/Kg，一般为317-350 m2/Kg。 2、凝结时间 ? 初凝时间 规定不小于45min,一般为1-3h. ? 终凝时间规定 不迟于6.5h,一般为3-4h. 3、体积安定性 指水泥硬化后，体积的变化是均匀的，不产生膨胀性裂缝。 水泥体积安定性不良的原因： ? 水泥熟料中含有过多的游离CaO 或MgO，它们往往是过少 的，水化慢，水化时体积膨胀，使构件产生膨胀性裂缝： CaO +H2O =Ca(OH) 2 MgO + H2O = Mg (OH) 2 ? 掺加的石膏过多，多余石膏会与已硬化的固体水化铝酸 钙反应，生成钙矾石，体积膨胀。 用煮沸法(饼法和雷氏法)可快速检验CaO的危害,单不易检 验MgO,尤其是过量石膏的危害,为此国家标准规定水泥熟 料中 ： ? 游离MgO含量≤5.0% ? SO3含量≤5.0% ? 体积安定性不良的水泥作废品处理,不能用于工程. 4、强度及强度等级 用水泥：标准砂 =1：3，水灰比=0.5制得试件,在20±1℃ 的水中养护3天和28天,分别测得其抗压强度,每组6个,取 平均值作为抗压强度的试验结果。 根据测定结果，把硅酸盐水泥分为6个强度等级： 42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R R—早强型 5、碱含量 水泥中的碱含量按Na2O+0.685K2O的计算值表示，使用活性骨 料，碱含量高会产生碱--骨料反应，导致结构破坏。 低碱水泥要求碱含量≤0.06%,也可由供需双方协商. 6、水化热 大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土构筑物，要用低热水 泥或采取内部降温、外部保温的措施，消除内外温差，以 杜绝产生由内外温差引起的裂缝。 3.2.4水泥石的腐蚀与防止 水泥石具有良好的耐久性,但有时也会受到一些介质的缓慢 腐蚀,常见的情况如下。 1、软水的侵蚀（溶出性侵蚀） 指水泥石在流动及压力的淡水作用下，其所含的Ca(OH)2不断 溶解，流失的现象。 淡水：雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐很少 的河水与湖水。 2、盐类腐蚀 （1）硫酸盐的腐蚀 海水、湖水、盐沼水、地下水、一些工业污水等含有钠、钾、 铵等硫酸盐，能与水泥石中的Ca(OH)2发生置换反应,生成 CaSO4。而CaSO4还能与水泥石中的固态水化铝酸钙反应，生 成体积膨胀的钙矾石是双重的破坏。 （2）镁盐的腐蚀 地下水和海水中，含有大量的镁盐，主要是MgSO4和MgCl2它 们能与水泥石中的Ca(OH)2发生反应： MgSO4 + Ca(OH)2 +2H2O = CaSO4·2H2O +Mg(OH)2(无胶凝能 力） 易溶于水 MgCl2 + Ca(OH)2 =CaCl2 + Mg(OH)2 CaSO4·2H2O还能进一步破坏水泥石。 3、酸类腐蚀 （1）碳酸腐蚀 由工业污水、地下水中的CO2引起： Ca(OH)2+ CO2 +H2O = CaCO3 +2H2O 进一步反应： CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 （2）一般酸的腐蚀 HCl+ Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4·2H2O 4、强碱的腐蚀 易溶 3CaO·Al2O3 + 6NaOH =3Na2O·Al2O3 + 3Ca(OH)2 腐蚀的主要原因： ? 水泥石中存在Ca(OH)2 和CaO·Al2O3·6H2O ? 水泥石不密实，存在很多毛细通道。 5、水泥石腐蚀的防止 ? 根据使用环境，选择合适的水泥 ? 提高水泥石的紧密程度 ? 加做保护层 如耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。 3.2.5 硅酸盐水泥的应用与存放 1、应用 ? 主要用于高强混凝土和预应力混凝土工程。 ? 要求快凝、早强、冬季施工、严寒地区施工工程。 ? 不适于受流动的淡水、海水作用的工程。 ? 不适于大坝、桥墩等大体积工程，如若使用须采取必要措 施 ，消除水化热带来的问题。 2、存放 ? 注意防潮 ? 存放期不能过长 一般的储存条件，3个月后强度下降10-20%，6个月下降15- 30%，一年下降25-40%。 ? 按不同的品种、强度等级、出厂日期分别存放 §3-3掺混合料的硅酸盐水泥 3.3.1水泥混合材料 掺加混合料的目的： ? 改善水泥性能 ? 调节水泥强度等级 1、混合料的类别 (1)活性混合材料 定义: 磨细后与石灰或与石灰和石膏拌合在一起,加水后,在 常温下,能生成具有水硬性的水化产物的材料。 常见种类: 1）粒化高炉矿渣 ? 由炼铁高炉的熔融矿渣经急冷而成的松散颗粒粒径0.55mm. ? 其活性成分:活性SiO2和活性Al2O3 ? 可用于制造矿渣水泥 2) 火山灰质混合料 指火山灰一类物质,常用的有: ? 含水硅酸质混合料 硅藻土、硅藻石、蛋白石、硅质渣等 ? 铝硅玻璃质混合料 火山灰、凝灰岩、浮石和一些工业废 渣 ? 烧黏土质混合料 烧黏土、煤渣、煅烧的煤矸石 ? 火性成分 氧化铝与氧化硅 ? 主要用于制造火山灰水泥 3）粉煤灰 ? 从热电厂锅炉烟道中收集的灰渣，也称飞灰。粒径0.001- 0.05mm,呈玻璃态实心或空心的球状颗粒。 ? 火性成分 氧化铝与氧化硅 ? 制造火山灰水泥 （2）非活性混合材料 ? 包括：磨细的石英砂、石灰石、慢冷矿渣等 ? 作用：降低水泥强度、减少水化热、降低成本 2、活性混合材料的作用 ? 本身不硬化或硬化很慢 ? 强度很低 加到饱和的Ca(OH)2溶液中后： ? 有显著水化作用产生 ? 产生了无定型的水化硅酸钙，可进一步转变为微晶体，或 结晶不完善的凝胶。 xCa(OH)2 +SiO2+m H2O xCaO·SiO·nH2O ? Ca(OH)2与活性氧化铝相互作用生成水化铝酸钙 液相中有石膏存在时，将与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸 钙，具有水硬性。 ? 石灰和石膏激发了混合料的化学活性，故称它们为激发 剂。 3.3.2普通硅酸盐水泥 1、成分 硅酸盐水泥熟料+6-15%混合料+适量石膏 2、代号 P.O 3、强度 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R 4、凝结时间 T初≥45min, T终≤10h 5、特点及应用 ? 早期硬化速度稍慢，抗冻性与耐磨性略差。 ? 广泛应用于混凝土或钢筋混凝土，是我国的主要水泥品种。 3.3.3矿渣硅酸盐水泥（P.S) 1、成分 硅酸盐水泥熟料+20-70%的粒化高炉矿渣+石膏 2、强度等级 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R 3、特点 ? 存在二次水化反应---熟料先与水反应，其产物Ca(OH)2 又与矿渣中的活性氧化硅和氧化铝反应。 ? 凝结硬化速度较缓慢，早期强度较低，后期强度（28天后 ）较高，甚至超过P.O。 ? 采用蒸汽养护，可显著加快硬化速度。 ? 抵抗软水、海水及硫酸盐腐蚀能力强，适用于水工和海港 工程。 ? 具有一定的耐热性，用于耐热混凝土。 ? 保水性差，拌合用水多，干缩性大。 ? 抗冻性、抗渗性、抗干湿交替循环差。 ? 水化热低，适于大体积混凝土工程。 3.3.4火山灰质硅酸盐水泥(P.P) 1、成分 硅酸盐水泥熟料+20-50%的火山灰质混合料+石膏 2、特点 ? 在潮湿的环境中，火山灰质混合料能吸收石灰而产生膨胀 胶化作用，使水泥石结构致密，具有较高的密实度和抗渗 性。 ? 不宜用于干热环境，否则易产生表面“起粉”现象。 ? 水化热低，可用于大体积混凝土。 3.3.5粉煤灰硅酸盐水泥（P.F) 1、成分 硅酸盐水泥熟料+20-40%的粉煤灰+石膏 2、特点 ? 拌合物和易性好。 ? 拌合用水少，干缩小，抗裂性较高。 3.3.6复合硅酸盐水泥（P.C) 硅酸盐水泥熟料+2种以上的混合料+石膏 六大通用水泥: ? P.I(II) ? P.O ? P.S ? P.P ? P.F ? P.C ? 可查 P68,表3-11.选用。 §3-4其他水泥 特性水泥:快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、中热水泥、低 热矿渣水泥、白色和彩色水泥、膨胀水泥、自应力水泥。 专用水泥、道路硅酸盐水泥、油井水泥、砌筑水泥。 3.4.1白色和彩色硅酸盐水泥 1、成分 白色水泥：白色硅酸盐水泥熟料+石膏 彩色水泥：白色硅酸盐水泥熟料+石膏+耐碱矿物颜料 2、常用耐碱颜料 ? 氧化铁（红、黄、褐、黑） ? 氧化锰（褐、黑） ? 氧化铬（绿） ? 赭石（蓝） ? 普鲁士红 3、生产 ? 采用含极少量着色物质的原料，如纯净的高岭土、纯净的 石灰石、纯石英砂等。 ? 较高的加热温度1500-1600℃。 ? 煅烧、粉磨、及运输时采取措施防止着色物质混入。 4、强度 分为325，425，525，625四个标号。 5、白度 特级、一级、二级、三级。 6、凝结 T初≥45min; T终≤12h. 7、主要用于建筑物内外的表面装饰工程，如地面、楼面、楼 面、楼梯、墙、柱、及台阶。 3.4.2快硬水泥 1、快硬硅酸盐水泥 1）成分 硅酸盐水泥+适量石膏 ? 其中C3A含量8-14%； C3S含量50-60%；二者总量不低于6065%。 ? 适当增加石膏掺量（8%） ? 提高水泥细度，比表面积3000-4000cm2/g. 2)强度与标号 标号： 325、375、425 3天抗压强度：32.5、37.5、42.5 3）应用 适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬季施工， 制作混凝土及预应力混凝土预制件。 2、铝酸盐水泥 1）生产 铝钒土 磨细 石灰石 煅烧 磨细 生料 熟料 成品 2）熟料 ? CaO·Al2O3 铝酸一钙 CA 硬化迅速，强度高。 ? CaO·2Al2O3 二铝酸一钙 低，后期强度高。 CA2 硬化较慢，强度早期较 ? C12A7 七铝酸十二钙 硬化迅速，强度不高。 3）水化 ? 温度小于20度时 CaO·Al2O3 +10H2O→CaO·Al2O3·10H2O（水化铝酸钙CAH10） ? 温度在20-30度时 2（CaO·Al2O3）+ 11H2O → 2CaO·Al2O3·8H2O +Al2O3·3H2O ? 温度高于30度时 水化铝酸二钙 铝胶 3（CaO·Al2O3）+ 12H2O →3CaO·Al2O3·6H2O +2（Al2O3·3H2O） ? 水化产物 一般条件为CAH10 ，C2AH8； 较高温度下（30度以上）主要为C3AH6。 CAH10 ，C2AH8均属于六方晶体，具有细长的针状和板状结构， 能互相结成坚固的结晶连生体，形成晶体骨架，析出的铝 胶难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成密实的水泥 石结构。 4）特点 ? 颜色为黄褐色，有的灰色； ? 根据Al2O3 含量分为CA-50,60,70,80 四类。 ? 强度 水泥 Al2O3 抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 类型 含量/% 6h 1d 3d 28d 6h 1d 3d 28d CA-50 [50,60) 20 40 50 - 3.0 5.5 6.5 - CA-60 [60,68) CA-70 [68,77) CA-80 ≥77 - 20 45 80 30 40 - 25 30 - - 2.5 5.0 10 5.0 6.0 4.0 5.0 - ? 凝结时间 CA-50,70,80 t初≥30min, t终≤6h CA-60 t初≥60min, t终≤18h 总结：快凝、早强、高强、低收缩、耐热、耐硫酸 盐腐蚀。水化热大、耐碱性差、长期强度会降低。 5)应用 ? 工期紧急的工程； ? 抢修工程； ? 冬季施工工程； ? 耐热混凝土工程； ? 耐硫酸盐混凝土工程。 3、快硬硫铝酸盐水泥 1）成分 ? 无水硫铝酸钙3(Ca·Al2O3)·CaSO4 水化快，早期生成大量的钙矾石和铝胶，使水泥早期强度高。 ? Β 型硅酸二钙 较低的温度烧成(1250-1350℃)，活性高，水化快，水化硅 酸钙凝胶填充于晶体骨架中，提高密实度，保证了后期强 度的增长。 2）技术指标 ? 强度 以3天的抗压强度划分为425、525、625三个标号。 ? 细度 比表面积不得低于380m2/kg. ? 凝结时间 初凝时间不得早于23min,终凝不得迟于3h. 标号 425 525 625 抗压强度/MPa 12h 1d 29.4 34.4 3d 41.1 36.8 44.1 51.5 39.2 51.5 61.3 抗折强度/MPa 12h 1d 3d 5.9 6.4 6.9 6.4 6.9 7.4 6.9 7.4 7.8 3.4.3膨胀水泥与自应力水泥 1、两种类型：硅酸盐型和铝酸盐型。 ? 硅酸盐型 硅酸盐水泥+高铝水泥+石膏 ? 铝酸盐型 高铝水泥+二水石膏 2、膨胀机理 主要是硬化初期，高铝水泥中的铝酸盐和石膏遇水化合，生 成钙矾石晶体，开始时，充填水泥石内部孔隙，后来钙 矾石数量增多，晶体长大，体积膨胀。 3、应用 ? 膨胀水泥适用于防渗混凝土、填灌接缝和接头、结构的加 固与修补。 ? 自应力水泥（自应力大于2MPa) 用于制造自应力钢筋混凝 土压力管及配件。 第四章 水泥混凝土及砂浆（concrete and mortar) 1、混凝土的定义 由胶凝材料，水，和粗细骨料按适当的比例配合、拌制成 拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。 2、按表观密度分类 1）重混凝土 ρ 0＞2600kg/m3(用试件在105度条件下测得） 用重晶石、钢屑作骨料，能防x,γ 射线）轻混凝土 ρ 0 ＜ 1950 kg/m3 ? 轻骨料混凝土 ρ 0 =800-1950 kg/m3 轻骨料：浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、 煤渣等。 a.陶粒 人造轻骨料，将页岩、粘土、珍珠岩、凝灰岩等在回转窑中 高温（1050-1300℃）快速焙烧，膨胀而成,主要成分为 SiO2,Al2O3。 陶粒特点：质轻、高强、耐火、耐化学、细菌腐蚀、抗冻、 抗震。 b.膨胀珍珠岩 是以珍珠岩、松脂岩、黑耀石（均属于火山灰玻璃质熔岩） 为原料加工而成。 主要用于：保温、隔热、防辐射、防水防潮、吸音、过滤材 料、混凝土骨料。 c.重晶石 化学成分是BaSO4,能吸附x射线、γ 射线。 ? 多孔混凝土 ρ 0 =300-1000 kg/m3 包括泡沫混凝土，加气混凝土。 ? 大孔混凝土 a.普通大孔混凝土 ρ 0 =1500-1900 kg/m3 b.轻骨料大孔混凝土 ρ 0 =500-1500 kg/m3 3、特种混凝土 ? 高强混凝土 ? 流态混凝土 ? 防水混凝土 ? 耐热混凝土 ? 耐酸混凝土 ? 纤维混凝土 ? 聚合物混凝土 ? 喷射混凝土 4、混凝土的优点 ? 可浇筑出各种形状、尺寸的构件或结构； ? 与钢筋配合制成钢筋混凝土构件或结构； ? 抗压强度高； ? 耐久性好，维修费用低； ? 造价较低。 5、缺点 ? 自重大，不利于建造大跨度结构； ? 抗拉强度低，抗裂性差，不利于结构抗渗； ? 现场浇筑时，工序多，要养护，工期长。 6、对混凝土质量的基本要求 ? 具有符合设计要求的强度； ? 具有与施工条件相适应的和易性； ? 具有与工程环境相适应的耐久性。 §4-1普通混凝土的组成材料 物质组成： ? 水泥(cement) ? 水(water) ? 砂子(sand) ? 石子（gravel) 有时，还添加： ? 外加剂（addition agent,又称第五组分） ? 掺合料（admixture ,又称第六组分） 4.1.1 各组成材料的作用 砂石：骨架作用，限制混凝土的干缩，提高强度与耐久性。 水泥浆：硬化前包裹骨料，充填空隙，并起润滑作用，使之 具有和易性，易于施工；硬化后，将骨料胶结成坚实的整 体。 4.1.2混凝土组成材料的技术要求 Concrete 的技术性质取决于： ? 组成材料的性质及相对含量； ? 施工工艺（搅拌、输送、成型、养护）。 1、水泥 （1）cement品种 : 选择根据工程特点和所处的环境，一 般选 用:P.I(II),P.O,P.S,P.P,P.F,P.C。 （2）水泥强度等级的选择 cement强度等级应与concrete的设计强度相适应。一般配 制高强度等级的concrete,选用高强度等级的cement。 2、细骨料（fine aggregate ） Ф 0.15-4.75mm的天然砂，包括河砂、海砂及山砂，以河砂 应用较多。 质量要求： （1）有害杂质含量 a.有害杂质：云母、粘土、淤泥、粉砂等。 b.危害： ? 妨碍水泥与砂的粘结，降低强度； ? 有时含有硫化物、硫酸盐，对cement 石有腐蚀作用。 c.重要混凝土工程用砂要进行碱活性检验。 d.用海砂配制混凝土或钢筋混凝土（reinforced concrete) 要求海砂中Cl-含量≤0.06%；预应力混凝土（prestressed Concrete)不宜用海砂，必须用时Cl-含量≤0.02%。 （2）颗粒形状及表面特征 均会影响与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。 （3）砂的颗粒级配及粗细程度 ? 砂的级配（grading ,gradation )：砂子大小颗粒搭配 情况。 ? 砂的粗细程度：不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的 粗细程度。分为粗砂、中砂和细砂。 ? 细度模数 筛孔尺寸/mm 分计筛余/% 累计筛余/% 4.75 a1 2.36 a2 1.18 a3 0.6 a4 0.3 a5 0.15 a6 A1= a1 A2= a1+a2 A3= a1+a2+ a3 A4= a1+a2+ a3 + a4 A5= a1+a2+ a3 + a4 +a5 A6= a1+a2+ a3 + a4 +a5 +a6 细度模数公式:μ f=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100-A1) ? 粗砂 μ f=3.7-3.1； ? 中砂 μ f=3.0-2.3； ? 细砂 μ f=2.2-1.6。 砂颗粒级配应符合下表的规定（GB/T14685-2001） ? 混凝土用砂的级配应处于表中的任何一个级配区以内； ? 除4.75mm和0.6mm筛号外允许超出分区界限，但不超过5%； ? 砂过粗（细度模数大于3.7）拌合物和易性差，内摩擦大， 不易振捣成型； ? 砂过细（细度模数小于0.7）配制混凝土水泥用量多，强 度降低； ? 配制混凝土时宜优先选用2区砂(中砂） ? 对于泵送混凝土宜采用中砂、细度模数为2.5-3.2、通过 0.3mm筛孔的砂不应少于15%,通过0.15mm筛孔的含量不应 少于5% ? 砂的自然级配不合适，人工进行粗细搭配，掺合使用。 筛孔尺寸/mm 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 级配区 1区 2区 3区 累计筛余（按质量）/% 0 0 0 10-0 10-0 10-0 35-5 25-0 15-0 65-35 50-10 25-10 85-71 70-41 40-16 95-80 92-70 85-55 100-90 100-90 100-90 （4）砂的坚固性 定义：指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破 裂的能力。 测定：依据JGJ52-92,用硫酸钠溶液检验，试样经5次湿干循 环后其损失质量应符合规定。 混凝土所处的环境条件 在严寒及寒冷地区室外使 用并经常处于潮湿或干湿 交替状态下的混凝土 其他条件下使用的混凝土 循环后的质量损失/% ≤8 ≤10 根据《建筑用砂》（GB/T14684-2001)将砂按技术要求分 为 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三级： 项目 人工砂 压碎指标/% Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 ＜ 20 25 30 甲基蓝 MB ＜1.4 石粉含量/ % ＜ 3.0 5.0 7.0 试验 或合格 泥块含量/ % ＜ 0 1.0 2.0 MB≥1.4 石粉含量 /% ＜ 1.0 3.0 5.0 或不合格 泥块含量/ % ＜ 0 1.0 3.0 天然砂 含泥量/% ＜ 1.0 2.0 5.0 泥块含量/% ＜ 0 1.0 2.0 有害杂质 氯化物含量（以氯离子质量计）/% ＜ 0.01 0.02 0.06 含量 云母含量/% ＜ 1.0 2.0 2.0 有机物含量/% 合格 合格 合格 硫化物及硫酸盐（以SO3质量计）/% ＜ 0.5 0.5 0.5 轻物质含量/% ＜ 1.0 1.0 1.0 坚固性 /% ＜ 8 8 10 密度和空隙率:ρ 0＞2500kg/m3；松散ρ 0’ ＞1350kg/m3；P’ ＜47% ? 含泥量：砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。 ? 石粉含量：人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。 ? 甲蓝基MB值：用于判别人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒 含量主要是泥土还是母岩岩粉，MB值较小时，主要是岩粉。 ? 泥块含量：砂中原尺寸大于1.18mm,但经水浸洗、手捏后 小于0.6mm的颗粒含量。 Qb=(G1-G2)/G2 (%) Qb:泥块含量； G1 :粒径大于1.18mm筛上试样的干质量； G2 :粒径大于1.18mm筛上试样经水洗后，粒径大于0.6mm 筛上烘干试样的质量。 泥块存在类型：纯泥块；由砂、石屑与泥组成的团块；包裹 在砂表面的泥。 ? 砂的坚固性测试： 1）试样在20~25度硫酸钠溶液浸泡20小时； 2）在100~110度的烘箱中烘干4小时，完成第一个循环； 3）以下4个循环浸泡与烘干时间均为4小时。 4）计算试样质量损失率 P=(m0-m)/m0 砂的压碎指标测试： 1）把干试样按颗粒级配分成四个粒级（质量1000g）： 0.3~0.6mm,0.6~1.18mm,1.18~2.36mm,2.36~4.75mm; 2）把每级330g试样装入钢模内，用加压块加压至25kN稳荷 5s卸荷，过筛筛去碎粒； 3）压碎指标计算： Yi=m2/(m1+ m2) M2:试样通过量； m1-试样筛余量 3、粗骨料 指粒径大于4.75mm的碎石或卵石。 （1）有害杂质：粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物、有 机杂质、针、片状颗粒含量。 ? JGJ52-92和JGJ53-92对以上杂质的含量均有相应的规定； ? 重要的工程要对石子进行碱活性检验； ? 石子中严禁混入煅烧过的白云石或石灰石块。 （2）颗粒形状及表面特征 主要影响混凝土拌合物的流动性与混凝土的强度。 （3）最大粒径与颗粒级配 1）最大粒径 ? 不得大于混凝土结构截面最小尺寸的1/4，并不得大于钢 筋最小净距的3/4； 对于混凝土实心板，最大粒径不宜大 于板厚的1/2，并不得超过50mm. ? 泵送混凝土用的碎石，不应大于输送管内径的1/3；卵石不 应大于输送管内径的2/5，且和泵送高度有关。 ? 水泥混凝土路面板所用粗骨料，其最大粒径不应超过40mm. 2）颗粒级配 石子级配影响混凝土的水泥用量、拌合物的和易性甚至强度。 通过筛分试验确定： ? 标准筛子（方孔）尺寸（mm)为：2.36、4.75、9.5、16.0、 19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0、90。 ? 石子的级配应符合GB/T14685-2001的规定(见P84表4-6）。 （4）强度 为保证混凝土的强度要求，粗骨料必须质地致密、具有足够 的强度。 a.混凝土强度等级为C60及以上时， 应进行岩石抗压强度试 验。 试样: 5cm×5cm×5cm/d=h=5cm; 进行饱水抗压强度试验，JGJ53-92规定： ? 岩石饱水抗压强度/混凝土强度等级≥1.5； ? 对于路面混凝土，该值≥2.0。 b.经常性的质量检验，用压碎指标值检验。 ? 将一定质量的气干状态下的10-20mm的石子装入钢筒内， 施加载荷到200kN，卸荷后，计算压碎指标。 ? 压碎指标=(m0-m1)/m0*100% 式中 m0---试样的质量，g； m1---压碎试验后筛余（筛子孔径2.36mm）的试样质 量，g. 碎石与卵石的压碎指标要符合相关规定。参见P86,表4-7 和表4-8。 (5)坚固性 参见p87,表4-9。 4、骨料的含水状态及饱和面干吸水率 （1）骨料的四种含水状态： ? 干燥状态：骨料含水率等于或接近于零； 含水率小于 0.2%的石子,视为干燥石子; 含水率小于 0.5%的砂子,视为干燥砂子. ? 气干状态:骨料含水率与大气湿度相平衡； ? 饱和面干状态：骨料表面干燥而内部孔隙含水饱和； ? 湿润状态：骨料不仅内部孔隙充水，而且表面还附有一层表面水。 （2）饱和面干含水率：指骨料在饱和面干状态时的含水率。进行配比计 算时，以饱和面干骨料为基准，则不会影响混凝土的用水量和骨料用 量。所以一些大型水利工程、道路工程常以饱和面干状态骨料为基准， 混凝土的用水量和骨料用量的控制较准确。 （3）一般工业与民用建筑工程混凝土配合比设计常以干燥状态骨料为基 准，根据现场骨料实际的含水量再进行调整。 5.混凝土拌合及养护用水 对混凝土拌合及养护用水的要求是： ? 不得影响混凝土的和易性及凝结； ? 不得有损于强度发展； ? 不得降低耐久性； ? 不得加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断； ? 不得污染混凝土表面。 一般可饮用的自来水可用于混凝土拌合及养护，使用其它水 则要检验质量，如PH值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸 盐、硫化物的含量。应符合《混凝土拌合用水标准》 （JGJ63-89)的要求。 《混凝土质量控制标准》（GB 50164-92)第3.1.10条规定： 不得使用海水拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。不宜用海 水拌制有饰面要求的素混凝土。 6、混凝土外加剂 （1）目的：用以改善混凝土的性能，掺量一般不超过水 泥质量的5%。 （2）分类 ? 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、泵 送剂、引气剂、保水剂等； ? 调节混凝土气体含量的外加剂，如引气剂、加气剂、 泡沫剂等； ? 调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂，如早强剂、 缓凝剂、速凝剂等； ? 改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防冬剂、阻 锈剂、防水剂等 ? 其它外加剂，如膨胀剂、碱骨料反应抑制剂等。 （3）常见混凝土外加剂 1）减水剂： 在混凝土坍落度基本相同的请况下，能 减少拌合用水量，一般为表面活性剂 。 a.种类： ? 普通减水剂: 木质素系（木质素磺酸钙、木质素磺 酸钠、木质素磺酸镁）和糖蜜系（3FG、TF、ST) , 掺量0.2-0.3%，减水率6-10%。同时具有缓凝作用， 缓凝1-3小时。 ? 高效减水剂：多环芳香族磺酸盐系( NN0、NF、FDN、 UNF、JN、MF、建1型等）和水溶性树脂系（SM、CRS 等） 掺量0.2-2.0%，减水率15-30% ，同时具有明显的早 强作用。 b.作用机理 ? 减水剂憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团 指向水溶液； ? 水泥颗粒相互排斥从而使水泥浆的絮状结构解体，释 放出其所包裹的拌合水； ? 增大了水泥颗粒与水的接触面积，提高了拌合物的流 动性； ? 使水泥水化更充分，利于提高强度，增加了水泥颗粒 间的滑动能力。 c.主要技术效果 ? 用水量不变时，可提高混凝土拌合物的流动性，坍落 度可提高50-150mm； ? 保持拌合物流动性及水泥用量不变的条件下，减少用 水量10-20%；提高强度10-30%，尤其是早期强度； ? 在保持拌合物流动性和强度不变的条件下，可减水1020%；节约水泥10-20% ； ? 减少拌合物的分层、离析和泌水； ? 减缓水化放热速度和减少最高放热温度； ? 改善耐久性； ? 可配制特殊混凝土或高强混凝土； ? 可降低混凝土成本。 d.掺加方法 ? 同掺法：将减水剂预先溶于水中，制成一定浓度的溶 液搅拌混凝土时与拌合水同时加入（溶液中的水量必 须从混凝土拌合水中扣除）。该方法优点是计量准确、 拌合质量均匀，搅拌程序简单，缺点是坍落度随时间 的延续损失较大。 ? 后掺法：在混凝土拌合物浇筑前或运输过程中加入， 再搅拌一次。主要用于商品混凝土。 2）早强剂：能提高混凝土早期强度，并对后期强度无显 著影响。 ? 氯盐类：主要有氯化钙和氯化钠，其中氯化钙是国内 外使用最早、应用最广泛的一种早强剂。因含有氯离 子，能促进钢筋锈蚀，其掺量要严格控制，一般掺量 为水泥质量的0.5-1%，1d强度提高70-140%；3d强度提 高50-100%；7d强度提高20-40%，对后期强度影响较小， 且可提高防冻性。 氯化钙主要用于冬季施工混凝土、早强混凝土，不适于 蒸气养护混凝土。 ? 硫酸盐类：硫酸钠是应用较多的一种硫酸盐系早强剂。 硫酸钠也称元明粉，掺量0.5-2.0% ，可使达到混凝土设 计强度70%的时间缩短一半。其应用范围比氯盐系早强 剂更广泛。 ? 有机胺类：主要是三乙醇胺。 三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体，无毒呈碱性。 掺量0.02-0.05%，3d强度提高20-40% ，对后期强度影 响较小，抗冻、抗渗性能用所提高，对钢筋无锈蚀 作用， 但会增大干缩。 ? 复合类 使用效果最佳。如将早强剂与减水剂复合使 用即可进一步提高早期强度又可使后期强度增长， 并可改善混凝土的施工性质。像硫酸钠与木钙、糖 钙及高效减水剂等得到了广泛的应用。 3）引气剂：在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布 的、稳定而封闭的微小气泡（Φ10-100μm）。 a.作用机理 ? 具有表面活性，能定向吸附在水-气界面上； ? 显著降低水的表面张力和界面能； ? 在搅拌力作用下产生大量的气泡； ? 引气剂分子定向排列在气泡上，形成单分子吸附膜 ，使 液膜坚固不易破裂； ? 水泥的微小颗粒以及氢氧化钙与引气剂反应生成的钙皂吸 附在气泡膜壁上，进一步提高了气泡的稳定性。 b.技术效果 ? 改善混凝土拌合物的和易性； ? 提高混凝土的耐久性（抗冻性与抗渗性显著提高）； ? 强度与耐磨性有所降低。保持水灰比不变时，含气量增加 1%混凝土的强度下降3-5%。 应使混凝土具有合适的含气 量。使用引气剂时，混凝土含气量一般控制在3-6%为宜。 c.常用引气剂： ? 松香热聚物- 由松香与硫酸、石炭酸聚合再经NaOH 中和 ? 松香皂 ? 烷基苯磺酸钠 ? 脂肪醇硫酸钠 d.适用工程 配制抗冻混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、轻集料混凝土 等。不适于蒸汽养护混凝土。 4）缓凝剂：能延长混凝土的凝结时间，并对混凝土的后期 强度发展无不利影响。 a.常用缓凝剂 ? 木质素磺酸盐类 常用木钙，掺量0.2-0.3%，延长凝结时 间2-3h。 ? 糖蜜缓凝剂 主要成分为已糖钙、蔗糖钙等。掺量0.10.3%，延长凝结时间2-4h。 ? 羟基羧酸及其盐类 常用酒石酸、柠檬酸等。掺量0.030.1%，延长凝结时间4-10h。但是，这类缓凝剂会增加混 凝土的泌水性，使用时要注意。 缓凝剂的水泥品种适应性十分明显，不同品种水泥的缓凝效 果不同，甚至会出现相反的效果。因此，使用前必须进行 试验，检验其缓凝效果。 b.适用工程 ? 主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土 和滑模混凝土工程施工； ? 远距离运输商品混凝土。 5）速凝剂 使砂浆或混凝土迅速凝结硬化。 a.常用速凝剂：711型、红星I型以及8604型和8604-2型。 b.掺量2.5-5.0%。 c.效果：5min内处凝，10min终凝，1h产生强度。对钢筋无 锈蚀作用，但28d强度较不掺下降20-25%。 d.适用工程：主要用于喷射混凝土、堵漏。 6）防冻剂：使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下 达到预期性能。 a.常用防冻剂：亚硝酸钠、亚硝酸钙、氯化钙、氯化钠、 碳酸钾及尿素等。 b.掺量：亚硝酸钠、亚硝酸钙掺量1.0-8.0%；氯化钙、氯 化钠掺量0.5-1.0%。 c.效果 ? 亚硝酸钠、亚硝酸钙：降低冰点、阻锈 、早强。 ? 氯化钙、氯化钠：早强、降低冰点，但对钢筋有锈蚀作 用。 为提高效果，防冻剂常与减水剂、早强剂及引气剂等复合， 目前工程上使用的都是复合防冻剂。 d.适用工程：主要用于冬季混凝土施工。（5℃以下） 7）膨胀剂 能使混凝土产生一定体积膨胀。 a.常用膨胀剂 ：U型膨胀剂，主要成份：无水硫铝酸钙、 明矾石、石膏。 b.掺量：10-15%。 c.效果 ? 膨胀率0.05-0.1%； ? 28d强度提高10-30%； ? 抗渗性提高2-3倍； ? 自应力值0.2-0.6MPa; ? 抗裂性显著提高。且对钢筋无锈蚀作用。 d.适用工程 ? 防水混凝土； ? 补偿收缩混凝土； ? 接缝、地脚螺丝灌浆料； ? 自应力混凝土等。 8）泵送剂 能改善混凝土拌合物泵送性能。 ? 非引气剂型 主要含有：木钙、高效减水剂等。 ? 引气剂型 主要含有：减水剂、引气剂等 7、混凝土掺合料 （1）掺合料作用 ? 改善混凝土性能； ? 节约水泥； ? 调节混凝土强度等级。 (2)技术效果 ? 显著改善混凝土拌合物的和易性； ? 提高混凝土的密实度、抗渗性、耐腐蚀性； ? 提高混凝土的强度。 （3）常用掺合料 1）粉煤灰 用量最大，应用范围最广。 a.按质量分为三个等级：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ b.粉煤灰掺量 混凝土种类 粉煤灰取代水泥的最大限量/% 硅酸盐水泥 普通水泥 矿渣水泥 预应力钢筋混凝土 25 15 10 火山灰水泥 - 钢筋混凝土 30 高强混凝土 高抗冻混凝土 蒸养混凝土 中、低强度混凝土 50 泵送混凝土 大体积混凝土 水下、地下混凝土 压浆混凝土 碾压混凝土 65 25 20 15 40 30 20 55 45 35 c.应用：泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、抗 硫酸盐混凝土、抗软水混凝土、蒸养混凝土、轻骨料 混凝土、地下和水下混凝土、碾压混凝土。 2）粒化高炉矿渣 ? 可用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土； ? 大掺量粒化高炉矿渣可用于大体积混凝土、地下和水 下混凝土、抗硫酸盐混凝土。 ? 还可用于高强混凝土、高性能混凝土。 3）硅灰（也称硅粉） a.来源：由生产硅铁或硅钢时排放的烟气中收集到的极 细的烟尘，粒径0.1-1.0μ m，为水泥粒径的1/501/100，具有很高的火山灰活性。 b.应用：配制高强、超高强混凝土和高性能混凝土。 ? 掺加水泥质量5-10%的硅灰，可配制100MPa的超高强混 凝土； ? 掺加水泥质量20-30%的硅灰，可配制200-800MPa的活 性粉末混凝土。 ? 掺入4-6%的硅灰，可配制出和易性、耐久性优良的高 性能混凝土。 4）沸石粉 ? 配制高强混凝土、流态混凝土、泵送混凝土； ? 配制调湿混凝土。 5）超细微粒掺合料 采用超细粉磨的高炉矿渣、粉煤灰、或沸石粉等配制高 强、超高强混凝土和高性能混凝土。 §4-2普通混凝土的主要技术性质 4.2.1混凝土拌合物的和易性 1、和易性的概念 和易性：混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇 灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能。 和易性包括以下几方面含义： ? 流动性 ? 粘聚性 ? 保水性 ? 捣实性 易于振捣密实、排除被携带空气的性质 泵送混凝土的可泵性含义： ? 流动性 ? 稳定性（包括粘聚性、保水性） ? 管道摩阻力 2、和易性测定方法及指标 （1）坍落度的测定 ? 采用坍落度筒进行(另有：捣棒、小铲、直尺、镘刀 等）； ? 实验时间：从开始装料到提起筒应在150s内完成； ? 坍落度单位：mm ? 适用范围：测定坍落度10mm以上，石子粒径不大于 40mm的混凝土。GB 50164-92 级别 T1 T2 T3 T 名称 坍落度/mm 低塑性混凝土 10-40 塑性混凝土 50-90 流动性混凝土 100-150 大流动性混凝土 ≥160 （2）维勃稠度测定 ? 适用：测试坍落度值小于10mm的干硬性混凝土拌合物； ? 测试仪器：维勃稠度仪； ? 单位：s； ? 测量范围：5-30s； 超干硬性混凝土：大于31s; 特干硬性混凝土：30~21s； 干硬性混凝土： 20~11s； 办干硬性混凝土：10~5s. （3）泵送混凝土的稳定性测定 稳定性用相对压力泌水率测定. ? 仪器：普通混凝土压力泌水仪； ? 相对泌水率: S10=V10/V140(%) 式中 V10—混凝土拌合物在3.5MPa压力下10s后的泌水量； V140--混凝土拌合物在3.5MPa压力下140s后的泌水量； 拌合物的可泵性一般可用坍落度和相对泌水率来评定。 （4）捣实性的测定 1)采用捣实因数试验测定（捣实仪） 2)捣实因数=部分捣实混凝土密度/充分捣实混凝土密度 部分捣实混凝土密度的测定 ? 将捣实仪的上漏斗装满混凝土拌合物（不经捣实） ? 开启漏斗底门，使混凝土落入下漏斗 ? 开启下漏斗底门，使混凝土落入圆柱体容量器内 ? 测定容量器内混凝土的密度 3）捣实因数试验适用于不宜做坍落度试验的干硬性混凝土 拌合物（最大粒径不超过40mm） 4）普通混凝土的捣实因数范围为0.8-0.92，超过0.92时试 验结果与实际情况出入较大 3、流动性的选择 项 结构种类 次 坍落度/mm 1 基础或地面的垫层、无配筋大体积混凝 10-30 土、配筋稀疏的结构 2 板、梁、大型及中型截面的柱子 30-50 3 配筋密列的结构,如薄壁、斗仓、筒仓、 50-70 细柱等 4 配筋特密的结构 70-90 泵送混凝土坍落度选用值与泵送高度相关 泵送高度/m 30以下 30-60 坍落度/mm 100-140 140-160 60-100 100以上 160-180 180-200 4、影响和易性的主要因素 和易性主要与两大因素相关： ? 水泥砂浆的流变性（水泥浆的稠度）； ? 骨料颗粒间的内摩擦力（骨料的表面特征，骨料之间水 泥浆层厚）。 具体讲： （1）水泥浆的数量：满足流动性要求为度，不宜过量。否 则粘聚性不能保证，也浪费水泥 。 （2）水泥浆的稠度：由水灰比决定。 ? 水灰比由混凝土的强度和耐久性选用 ? 应在水灰比保持不变的条件下，增加或减少水泥浆的 数量来调整流动性。 （3）砂率: 混凝土中砂的质量占砂石总质量的百分比。 砂率影响： ? 和易性 ? 水泥用量 存在一个合理的砂率： ? 在水泥浆量一定时，能使混凝土拌合物获得最大的流 动性及良好的粘聚性; ? 当和易性一定时，能使水泥用量最小。 ? 对于大工地或混凝土量大的工程应通过试验找出合理 砂率； ? 根据水灰比及骨料最大粒径查表p105表4-22 ? 泵送混凝土砂率比非泵送混凝土砂率高2-5%，一般为 35-45%。 （4）水泥品种和骨料 ? 矿渣水泥、一些火山灰水泥坍落度低于普通水泥； ? 矿渣水泥泌水性大。 （5）外加剂 主要为减水剂。 （6）时间与温度 5、改善和易性的措施 ? 采用合理砂率； ? 改善砂石级配； ? 尽量采用较粗的砂石； ? 坍落度太小时，保持W/C不变，适当增加水泥浆量； ? 坍落度太大时，但粘聚性良好时，保持砂率不变，适当增 骨料。 6、新拌混凝土的凝结时间 ? 与水泥凝结时间不同； ? W/C越大，凝结时间越长，还与环境温度密彻相关； ? 凝结时间用贯入阻力法测定：分别把贯入阻力为3.5MPa和 28.0MPa所对应的时间规定为初凝于终凝时间。 4.2.2 混凝土的强度 1、混凝土的脆性断裂 ? 混凝土的破坏属于拉断破坏； ? 混凝土受压破坏过程： 化学收缩与 物理收缩 界面裂缝 裂缝扩展 破坏 ? 混凝土强度理论 a.细观力学理论： 根据混凝土细观非均质的特征，研究其组成材料对混凝土强 度所起的作用，认为水泥石性能是影响混凝土强度的主要 因素。它是混凝土材料设计的主要依据。 b.宏观力学理论： 假定混凝土为宏观均质且个相同性，研究混凝土在复杂 应力条件下的普适化破坏条件。 它是混凝土结构设计 的重要依据。 c.断裂力学理论 其基本观点是，决定断裂强度的是某处存在的临界宽度 的裂缝，它和孔隙的形状和尺寸相关，而不是总的孔 隙率，属于微观力学，是研究混凝土强度的新方向。 2、混凝土立方体抗压强度(fcu) （1）试验条件：依据《普通混凝土力学性能试验方法》 GB/T50081-2002 ? 温度 20±2℃ ? 湿度 ≥95% ? 养护28天 （2）试件标准尺寸：15cm×15cm×15cm 3、混凝土立方体抗压强度标准值与强度等级 (1)立方体抗压强度标准值fcu,k 按标准方法制作和养护边长15cm的立方体试件，在28天龄期 用标准试验方法测得的强度总体分布中具有不低于95%的 保证率的抗压强度值。 （2）混凝土强度等级依据立方体抗压强度标准值划分： C7.5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60共12级。 4、混凝土的轴心抗压强度fcp ? 为较为真实地反映工程中混凝土构件的受力情况，采用 150*150*300mm试件（非标准件：100*100*300或 200*200*400） ? 试验表明，在立方体抗压强度为10-55MPa的范围内有 fcp=0.7~0.8 fcu 5、混凝土的劈裂抗拉强度fts ? 试件尺寸150*150*150mm ? Fts=0.637F/A F-混凝土试件的破坏载荷，MPa A-试件劈裂面面积，mm2 ? 应用 间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度； 预测混凝土构件由于干缩或温缩受约束而产生的裂缝 ? 约为抗压强度的1/10~1/20 6、弯拉强度fcf 在道路工程中，混凝土路面主要承受弯拉作用，所以弯拉强 度fcf是结构设计与质量控制的主要指标，抗压强度作为 参考指标 ? 试件150*150*600或150*150*550（道路） ? fcf=Fl/bh2（三分点加载） F-试件的破坏载荷，MPa l-支座间距，mm b-试件宽度，mm h-试件高度，mm 混凝土破裂面的位置 ? 沿集料和水泥石粘结界面破坏----最为常见 ? 水泥石的破坏 ? 集料自身破裂---多发生在高强度混凝土中 7、影响混凝土强度的因素 （1）水灰比、水泥强度 fcu=Afce(C/W-B) fce-水泥28天抗压强度实测值，也可估算fce=γ c*fce,k γ c -水泥强度等级值的富裕系数 碎石 A=0.46,B=0.07 卵石 A=0.48,B=0.33 ? 此公式仅适于流动性与低流动性混凝土，不适于干硬性混 凝土； ? A，B值有条件时，应通过不同的W/C条件下混凝土强度试 验来确定符合当地实际情况的A ，B值。 （2）养护的温度与湿度 见图4-22，23，24（p116，117） 注意：混凝土养护时间长短还与使用的水泥品种有关： ? P.O,PI(II),P.S浇水保湿至少7天； ? P.P,P.F或掺加缓凝剂型外加剂或有抗渗要求，保湿至少 14天； ? 高铝水泥，保湿至少3天。 （3）龄期 fn=f28*㏒10n/ ㏒1028 n≥3 8、混凝土强度的检验评定（依据GBJ107-87) ? 混凝土强度应分批进行检验评定 ? 一个验收批的混凝土应由强度等级相同、龄期相同以及生 产工艺和配合比基本相同的混凝土组成 （1）统计方法 1）种当混混凝凝土土的的强生度产变条异件性在（较变长异时系间数能C保v=持σ 一/f-致cu），能且保同持一稳品 定时，由连续的三组试件组成一个验收批，该批试样混凝 土强度应满足： f-cu≥fcu,k+0.7σ 0 fcu,min≥fcu,k-0.7σ 0 当混凝土强度等级≤C20,还要满足 fcu,min≥0.85fcu,k 当混凝土强度等级＞C20,还要满足 fcu,min≥0.90fcu,k 式中： f-cu—同一验收批混凝土立方体抗压强度的平均值，MPa fcu,min---同一验收批混凝土立方体抗压强度的最小值，MPa σ 0---验收批混凝土立方体抗压强度的标准差，MPa σ 0应根据前一个检验期内同一品种混凝土试件的强度数据计 算： m σ⊿0f=c(u,0i.-9-5-/第m)i批i∑=立1⊿方fc体u,抗i 压强度中最大值与最小值之差 m—总批数 上述检验期不应超过3个月，总批数不少于15 2）当混凝土的生产条件在较长时间内不能保持一致，且混 凝土强度变异性不能保持稳定时，或在前一个检验期内同 一种混凝土没有足够的数据确定标准差σ 0时，应由不少 - 于10组的试件组成一个验收批，强度应同时满足： fcu-λ 1Sfcu≥0.9fcu,k fcu,min≥λ 2fcu,k Sfcu-----同一验收批混凝土立方体抗压强度的标准差。Sfcu小 于0.06fcu,k时，取Sfcu=0.06fcu,k. 试件组数 λ1 λ2 10-14 1.70 0.9 15-24 1.65 0.85 ≥25 1.60 0.85 Sfcu=[ (∑fcu,i2-nf-cu2)/(n-1) ]1/2 fcu,i---第i组混凝土试件的立方体抗压强度值 n---一个验收批混凝土试件的组数 （2）非统计方法 混凝土强度应满足： f-cu≥1.15fcu,k fcu,min≥0.95fcu,k ? 当检验结果不能满足上述规定时，该批混凝土强度判定为 不合格 ? 由不合格批混凝土制成的结构或构件，应进行鉴定 ? 对不合格的结构或构件必须及时处理 ? 对混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可从结构或构件上 钻取试验或用非破损检验方法，推定其强度。 4.2.3混凝土的变形性能 1、化学收缩 ? 前40天收缩增长较快，以后趋于稳定； ? 不能恢复。 2、干湿变形 ? 混凝土的干缩不能完全恢复； ? 干缩与水泥品种、水泥用量、用水量有关： 使用矿渣水泥、高强度等级水泥、水泥用量多、水灰比大或 细度大者收缩量大。 ? 水中养护或保湿养护能有效减少收缩，压蒸养护效果也很 明显，混凝土浇筑得越密实，收缩量越小。 ? 设计中，多采用混凝土的线、温度变形 混凝土的热胀系数约为1.0*10-5（温度升高1度，每米膨 胀0.01毫米）与钢的值1.2*10-5很接近，温度变化时， 二者之间不会产生内应力。 当混凝土产生温度变形，而又受到约束时，导致混凝土内 部产生应力，超过混凝土的强度时→失效、破坏 （1）对大体积混凝土工程施工或温差较大的季节施工不 利 ? 大体积混凝土内部温度可达50~70℃，使内外温差过大， 造成外部混凝土承受拉应力（管道效应）→开裂 ? 防止措施 采用低热水泥 人工降温 对表层混凝土加强保温、保湿 （2）在水泥混凝土路面上设置涨缝和缩缝，把面层划分成 较小尺寸的板 （3）在较纵长的混凝土结构中（如挡土墙）设温度伸缩缝 4、载荷作用下的变形 （1）短期载荷作用下的变形 1）混凝土的弹塑性变形—受力时，既产生可恢复的弹性变 形，也产生不可恢复的塑性变形。 2）弹性模量 ? 混凝土应力-应变曲线上任意一点的应力与应变的比值叫 做混凝土在该应力下的变形模量 ? 国标GBJ81-85规定，采用反复加载卸载（σ =0.4fcp)三次 后所得割线模量，作为混凝土的静力抗压弹性模量Ec用于 结构计算。 Ec的测定可参见GB/T50081-2002. ? 道路用混凝土的弯拉弹性模量取重复加卸载（σ =0.5fcf) 的割线）长期载荷作用下的变形——徐变 ? 徐变：载荷不变，变形仍然增加 ? 混凝土的徐变：0.3-1.5mm/m ? 一般要持续2-3年 ? 弹模大，徐变小 ? 无论受压、受拉还是受弯，均有徐变 ? 徐变能消除一部份温度应力 ? 混凝土的徐变-压缩，会使预应力钢筋的预加应力损失。 4.2.4混凝土的耐久性 1、耐久性的概念 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外 观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。 混凝土的耐久性主要内容： ? 抗渗性 ? 抗冻性 ? 抗侵蚀 ? 抗侵蚀 ? 耐磨性 ? 碳化 ? 碱骨料反应 ? 钢筋锈蚀 (1)抗渗性 ? 抗力渗为等0.级4MSP4a，,0S.66,MSP8,aS,100.,8SM1P2,a共,15.级0M表Pa示,1分.2别MP抵a.抗的水压 ? ≥S6的混凝土为抗渗混凝土； ? 影响抗渗性的主要因素：水灰比、骨料最大粒径、养 护、外加剂、水泥品种、掺合料. （2）抗冻性 ? 抗冻等级：D10,15,25,50,100,150,200,250,300 共9 级。分别表示混凝土能承 10,15,25,50,100,150,200,250,300 次的反复冻融循环而其抗压强度下降和质量损失分别不 超过25%和5%。 （3）抗侵蚀性（略） （4）耐磨性 ? 指混凝土抵抗表面损伤的能力 ? 耐磨性是道路和桥梁用混凝土结构的重要性能之一 ? 耐磨性的评价 150mm边长的立方体试件养护至规定龄期，在60度下烘至恒重， 用磨耗机在200N载荷下磨削50转，计算试件磨损量： G=(m0-m)/0.025 G-试件单位面积的磨损量，kg/m2 m0-试件磨损前的质量，kg m-试件磨损后的质量，kg 0.025-试件磨损面积m2 （5）混凝土的碳化 指的是：二氧化碳与水泥中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和 水。 ? 碳化降低了混凝土的碱度，可能导致钢筋锈蚀； ? 降低了混凝土的抗拉与抗折强度； ? 提高了混凝土的抗压强度。 （5）碱骨料反应（碱+活性骨料+水） 防治措施： ? 选择非活性骨料； ? 选择低碱水泥，降低水泥用量； ? 掺加硅灰、粉煤灰（高钙高碱粉煤灰除外）； ? 防止外界水分进入混凝土。 2、提高混凝土耐久性的措施 同学自己总结。 §4.4 普通混凝土的配合比设计 4.4.1 混凝土配合比设计的基本要求 ? 满足结构设计的强度要求； ? 满足施工要求的和易性； ? 满足结构设计中耐久性要求 4.4.2 混凝土的配合比设计中的三个参数 ? 水灰比 ? 砂率 ? 单位用水量 4.4.3混凝土配合比设计的步骤 1、初步配合比的计算 (1) 配制强度的计算 fcu,0=fcu,k+1.645σ Fcu,k---设计的混凝土立方体抗压强度标准值，MPa; σ —混凝土强度标准差，两个方法确定： ? 根据施工单位拥有的同一品种混凝土强度试验资料，计算 n - σ =[(∑fcu,i-nf2cu)/(n-1)]1/2 i=1 fcu,i—统计周期内混凝土第i组试件的强度值，MPa; f2cu---统计周期内混凝土n组强度平均值，MPa; n--统计周期内混凝土试件的总组数，不得小于25。 ? 无统计资料，可查表4-30（p133) (2) 初步确定水灰比的值 W/C=Afce/（fcu,0+ABfce) 为保证耐久性，要对计算值查表4-25（p126)校验。 （3）选取每1m3混凝土的用水量W0 ? 查表4-19确定坍落度再查表4-21（p104) 确定； ? 当坍落度大于90mm时在90mm的用水量的基础上，坍落度每 增加20mm用水量增加5kg; ? 也可用经验公式估算： W0=(10/3)(T+K) T---混凝土坍落度，cm; K---系数，查表4-31（p134). （4）计算混凝土的单位水泥用量C0 C0=(C/W)W0,再查表4-25（p126)校验。 （5）选取合理的砂率Sp ? 通过试验确定； ? 查表4-22（p105) ? 通过公式计算 Sp=(β ρ ′osP′)/ (ρ ′osP′+ρ ′og) β —砂浆剩余系数，也称拨开系数，取1.2-1.4； ρ ′os， ρ ′og----砂和石子的堆积密度，kg/m3; P′----石子空隙率。 （6）计算粗、细骨料的用量G0,S0 1)体积法 ? 假定混凝土拌合物的体积等于各组成材料体积及拌合物中 所含空气体积之和。 ? C0/ρ c+G0/ ρ ag+S0/ ρ as+W0/ ρ w+10α =1000 式中 ：ρ ag, ρ as---粗细骨料的近似密度； α ---混凝土含气量百分数，不掺引气剂时，取1。 ? S0/(S0+ G0)= Sp 联立以上两个方程，即可求出S0， G0。 2） 假定密度法（质量法） ? 根据经验认定，原材料比较稳定时，所配混凝土拌合物的 表观密度将接近一固定值。 ? C0+ S0+ G0 + W0 = ρ oh 式中ρ oh---根据经验资料确定；或在2400-2450范围取值。 ? S0/(S0+ G0)= Sp 由以上两个方程，也可求出S0， G0。 以上计算出的各量，是以干骨料为基准。 ? 含水率小于 0.2%的石子,视为干燥石子; ? 含水率小于 0.5%的砂子,视为干燥砂子. 2、配合比的试配、调整与确定 （1）配合比的试配、调整 1）按初步配合比配制混凝土，检查、调整其和易性，使之 达到设计要求，此时的配合比为基准配合比。 2）分别以基准配合比，以及基准配合比水灰比±0.05(保持 用水量与基准配合比相同,砂率增减1%)配制混凝土,进行 抗压试验 ,同时检验拌和物的和易性和表观密度. (2)配合比的确定 1)根据试验的数据,绘出f- C /W曲线,由该曲线 所对应的C/W值. 2)材料用量的确定原则: ? 用水量—在基准配合比的基础上,根据制做强度试块时测 得的坍落度适当调整; ? 水泥用量—用定出的C/W和用水量计算; ? 粗、细骨料用量—根据基准配合比的G、S，再按定出的 C/W做调整。 （3）混凝土表观密度的调整 ? 计算出混凝土的计算表观密度ρ oh计=C+W+S+G.并实测ρ oh实 ? 求出校正系数δ = ρ oh实/ ρ oh计 ? 当│ρ oh实- ρ oh计│/ ρ oh计≤2%，配合比不做调整； ? │ρ oh实- ρ oh计│/ ρ oh计＞2%，配合比做调整，及以上定 出的C、W、S、G均乘以δ ，即为最终的设计配合比。 3、施工配合比 按工地砂石的含水率调整设计配合比： ? C′=C ? S′=S(1+Ws) ? G′=G (1+Wg) ? W′=W -SWs - G Wg 4.4.4普通混凝土配合比设计例题 1、组成材料 普通硅酸盐水泥32.5级，实测28天抗压强度为36.8MPa,密度 ρ c=3100kg/m3;中砂，其近似（表观）密度 ρ as=2650kg/m3，施工现场砂的含水率为2%；碎石，其粒 径5~40mm,近似（表观）密度ρ ag=2700kg/m3,施工现场碎 石的含水率为1%；采用自来水。 2、设计要求 某桥梁工程桥台用钢筋混凝土（受冰雪影响），混凝土设计 强度等级C30，要求强度保证率为95%，强度标准差计算值 为3.0MPa.混凝土由机械拌合、振捣，施工要求坍落度为 35~50mm.试确定混凝土的设计配合比及施工配合比。 3、设计计算 步骤1:初步配合比的计算 (1)计算配制强度（fcu,0） fcu,0=fcu,k+1.645σ =30+1.645*3.0=34.9(MPa) (2)计算水灰比（W/C) W/C=Afce/（fcu,0+ABfce)=0.46*36.8/（34.9+0.46*0.07*36.8） =0.47 查表可知最大允许水灰比为0.5，所以取W/C=0.47 （3）确定单位用水量(W0) 根据要求的坍落度35~50mm和碎石的最大粒径40mm,查表可得 W0=175kg （4）计算单位水泥用量（C0) C0= W0/(W/C)=175/0.47=372(kg) 查表可知符合要求。 （5）确定砂率（Sp) 根据碎石的最大粒径40mm，水灰比0.47，查表取Sp=32% （6）计算粗、细骨料用量(S0,G0) 1）按照体积法可列出方程组： S0/2.65+G0/2.7+175+372/3.1+10=1000----------（1） S0/（S0+G0）=0.32----------------------------（2） 解得：S0=596（kg），G0=1268 （kg） 所以，混凝土的初步配合比为：水泥：水：砂：碎石=372： 175：596：1268 2）按照密度法可列出方程组： S0+G0+175+372=2400---------------------------（3） S0/（S0+G0）=0.32----------------------------（4） 解得：S0=593（kg），G0=1260 （kg） 所以，混凝土的初步配合比为：水泥：水：砂：碎石=372： 175：596：1268 步骤2：基准配合比设计 按初步配合比试拌0.025m3混凝土拌合物，各种材料用量为： 水泥：0.025*372=9.3(kg) 水：0.025*175=4.38(kg) 砂：0.025*596=14.9(kg) 碎石：0.025*1268=31.7(kg) a.将混凝土拌合物搅拌均匀后，做坍落度试验，测得坍落度 为25mm，低于设计坍落度35~50mm的要求。 b.保持w/c=0.47不变，增加水泥浆量3%： 水泥增至9.3*1.03=9.58（kg） 水量增至4.38*1.03=4.50（kg） 再经搅拌后测得坍落度为40mm,粘聚性、保水性均良好。 c.基准配合比为水泥：水：砂：碎石=383：180：596：1268 步骤3：设计配合比的确定 a.强度检验 ? 以基准水灰比0.47为基础，采用W/C=0.42，0.47，0.52， ? 用水量采用基准水量，砂率可增加或减少1%（水灰比为 0.42和0.52），并检验和易性。 ? 制作试块,养护28天,做抗压强度试验.与三个水灰比相对应 的28天抗压强度实测结果分别为： 45.1， 37.8, 30.1(MPa) ? 根据以上三组数据：（2.38，45.1），（2.12，37.8）， （1.92，30.1），绘制fcu-C/W图 ? 在fcu-C/W图上确定与混凝土配制强度34.9MPa所对应的 C/W=2.05,即W/C=0.49 b.设计配合比的确定 ? 用水量为基准水量180kg ? 水泥用量为180/0.49=367kg 用体积法可求得： ? 砂用量为594kg ? 碎石用量为1263kg c.设计配合比的调整 ? 混凝土表观密度计算值为： ρ oh计=367+180+594+1263=2404kg ? 实测表观密度： ρ oh实=2478kg ? （2478-2404）/2404=3%＞2%，所以需要调整： 校正系数δ = ρ oh实/ ρ oh计=2478/2404=1.03 水泥：C=367*1.03=378kg 水：W=180*1.03=185kg 砂：S=594*1.03=612kg 碎石： G=1263*1.03=1301kg 所以，混凝土的设计配合比为： 水泥：水：砂：碎石=378：185：612：1301 步骤4：施工配合比的计算 水泥：C′=378kg 砂：S′=612*(1+2%）=624kg 碎石：G′=1301*（1+1%）=1314kg 水：W′ =185-612*2%-1301*1%=159kg 所以，混凝土的施工配合比为： 水泥：水：砂：碎石=378：159：624：1314 4.4.5掺减水剂混凝土配合比计算 掺减水剂目的： ? 改善和易性； ? 提高强度； ? 节约水泥。 1、当掺减水剂只为改善混凝土的和易性，混凝土各材料用 量与基准混凝土（指未掺减水剂混凝土）配合比相同，适 当增大砂率，重新计算粗细骨料，再试配、调整。 2、为提高混凝土的强度时，若基准混凝土配合比为C0 W0,G0,S0,砂率为Sp,,计算表观密度为ρ oh计： 减水剂的减水率为α %，掺量为b%, ? 水泥用量C= C0 ; ? W=W0(1- α %); ? 减水剂用量：C* b% ? 砂率适当减小，确定为Sp′ ? S=(ρ oh计-C-W) Sp′ ? G=(ρ oh计-C-W)*(1-Sp′) 在实验室内，进行试配、调整确定出设计配合比。 （3）为节约水泥时： ? W/C=W0/C0; ? W=W0(1- α %); ? C=W*(C0/W0); ? S=(ρ oh计-C-W) Sp ? G=(ρ oh计-C-W)*(1-Sp) 再进行试配、调整确定出设计配合比。 4.4.6掺粉煤灰混凝土配合比设计 先确定基准混凝土(即未掺粉煤灰的混凝土)配合比C0 W0,G0,S0,再进行掺粉煤灰混凝土配合比的设计: 1、一般采用超量取代法：以与基准混凝土等和易性、等强 度为原则。依据《粉煤灰混凝土应用技术规范》，选取粉 煤灰取代水泥率f%和超量系数K: ? 粉煤灰取代水泥量F= C0 * f%; ? 总掺量Ft= K* F; ? 超量部分质量Fe= (K-1) * F; ? C= C0 – F; ? Se=S0 –(Fe/ρ f ) * ρ as ? G=G0 1m3粉煤灰混凝土各材料用量： C，W0 ，Se ，G0 ， Ft 再进行试配、调整确定出设计配合比。 2、配制大体积混凝土时，采用等量取代法 （1）先确定基准混凝土配合比C0 ,W0 ,G0 ,S0,； （2）根据确定的粉煤灰取代水泥量（应符合规程要求）f%， 可计算： ? 粉煤灰用量F= C0 * f%; ? C = C0–F; ? W= (W0/C0）*(C+F) ? 水泥和粉煤灰的浆体体积Vp= C/ρ c+ F/ ρ f+ W ? 砂和石子的总体积 VA=1000(1-α )- Vp ? 选用基准砂率或稍低的砂率： S=VA*Sp*ρ as G=VA*(1-Sp)ρ ag 1m3粉煤灰混凝土各材料用量： C ,W ，S ，G， F. 4.4.7泵送混凝土的配合比设计 1、要求 ? 强度要求 ? 耐久性要求 ? 可泵性要求 2、配合比计算与试配 除按普通混凝土（非泵送）进行计算与试配外，还要符合以 下规定： ? 相对压力泌水率S10≤40%; ? W/C=0.4-0.6; ? Sp=35%-45%; ? 最小水泥用量(含掺合料取代水泥）宜为300kg/m3; ? 应掺加泵送剂或减水剂，掺引气剂时，混凝土含气量不宜 大于4%； ? 宜掺用Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰或其它活性掺合料； ? 试配根据原材料、混凝土泵、输送管径、泵送距离、气温 等条件进行，试配时要求的坍落度： Tt=Tp+⊿T Tp---入泵时要求的坍落度，查表4-20（p102) 4.4.8水泥混凝土路面配合比设计 依据：《水泥混凝土路面施工及验收规范》（GBJ97-94) 《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》 （JTJ/T037.1-2000) 1、设计的基本要求 ? 和易性 ? 抗折强度 ? 耐久性（包括耐磨性） ? 经济性 2、设计步骤 （1）计算初步配合比 1）配置强度 ? fcf,0=k*fcf,k 式中 fcf,0 ---混凝土的配制抗折强度，MPa; fcf,k----混凝土的设计抗折强度，MPa; k----系数，施工水平高者取为1.10，一般取1.15； ? 或fcf,0=fcf,k/（1-1.645Cv) 式中 Cv---变异系数，无统计资料时，可查下表： 施工管理水平 优秀 良好 一般 差 变异系数Cv ＜0.10 0.10-0.15 0.15-0.20 ＞0.20 2）计算水灰比 ? 碎石混凝土：W/C=1.5684/(fcf,0+1.0097-0.3485fcef) ? 卵石混凝土：W/C=1.2618/(fcf,0+1.5492-0.4565fcef） 式中 fcef---水泥实际抗折强度，MPa. 以上计算出的水灰比还必须满足耐久性的要求： ? 高速公路、一级公路W/C≤0.44； ? 二、三级公路W/C≤0.48 ； ? 有抗冻要求的高速公路、一级公路W/C≤0.42 ； ? 有抗盐冻要求的高速公路、一级公路W/C≤0.40 ； ? 有抗盐冻要求的二、三级公路W/C≤0.44。 3）确定和易性 施工中的坍落度宜为10-25mm,或维勃稠度为10-30s. 4)砂率的选择 根据粗骨料品种、规格及水灰比查表选取。 水灰比 0.40 0.50 碎石最大粒径/mm 20 40 29-34 32-37 27-32 30-35 卵石最大粒径/mm 20 40 25-31 29-34 24-30 28-33 表中数值为2区砂的选用砂率。采用1区砂时，应采用较大砂 率；采用3区砂时，应采用较小砂率。 采用滑模施工时，应按滑模施工的技术规程的规定选取。 5)计算单位用水量 ? 碎石混凝土 W0=104.97+0.309H+11.27C/W+0.61Sp ? 卵石混凝土 W0=86.89+0.370H+11.24C/W+1.00Sp 式中 H---混凝土拌合物的坍落度，mm； 注：①以上计算的用水量是按骨料为饱和面干含水量计算的。 当以骨料为干燥状态为基准时，应适当调整，或采用经 验数值。 ②当使用的是粗砂或细砂时，用水量应酌情减少或增加 5kg. ③掺加外加剂或掺合料时，应相应增减水量。 6）计算单位水泥用量 C0=W0*C/W 还要符合以下规定： ? 路面混凝土单位水泥用量≥300kg/m3; ? 掺用粉煤灰C0≥250kg/m3; ? 有抗冻性和抗盐冻性要求时C0≥320kg/m3。 7）计算粗、细骨料 C0/ρ c+G0/ ρ ag+S0/ ρ as+W0/ ρ w+10α =1000 S0/(S0+ G0)= Sp ρ ag ，ρ as—石子和砂子饱和面干状态下的近似密度。 α —混凝土含气量百分数(%),取值可参考JTJ/T037.1-2000。 （2）配合比的试配、调整与确定 ? 与普通混凝土基本相同，不同之处是应检验混凝土的抗 折强度。 ? 同时配制和易性满足设计要求的较计算水灰比大0.03和 小0.03的另外两组试件（150mm*150mm*550mm)进行抗折 试验，确定符合强度要求的配合比。 （3）施工配合比 根据现场粗细骨料的实际含水情况进行修正。 §4-5混凝土技术进展 ? 发展趋势：高性能、多功能、智能化混凝土。 ? 标志：结构-功能一体化 ? 核心：外加剂与掺合料的研究与应用 4.5.1混凝土第五组分--化学外加剂 ? 提高强度 ? 改善和易性 ? 提高耐久性 ? 节约水泥 ? 减缩剂 ? 阻锈剂 ? 碱-骨料反应抑制剂 4.5.2混凝土第六组分 按特性分为： ? 改性型 ? 功能型 ? 智能型 1、改性型第六组分 能显著改善混凝土的物理力学性能，主要包括矿物外加 剂、聚合物和各类纤维。 （1）矿物外加剂 搅拌过程中加入的，具有一定的细度和活性，能改善混 凝土拌合物和硬化混凝土的性能（尤其是耐久性）。 包括：硅灰、磨细粉煤灰、矿渣微粉、沸石粉、烧偏高 岭土及其复合物。 （2）聚合物 ? 聚合物水泥混凝土 聚合物乳液+水泥+粗、细骨料+水 ? 聚合物浸渍混凝土 以混凝土为基材，浸入有机单体，能提高混凝土的力学性能 ? 聚合物水泥砂浆（也称聚合物改性砂浆） 水泥+骨料+聚合物+水 常用聚合物： ? 丙烯酸脂共聚乳液 ? 聚氯丁二烯胶乳 ? 聚苯乙烯胶乳 ? 氯乙烯偏氯乙烯共聚乳液 ? BJ乳液 ? HBC乳液 ? 苯丙乳液 聚合物混凝土和聚合物砂浆的特点 ? 具有较高的抗拉、抗折强度 ? 抗拉弹模较低，收缩率较小，极限引伸率大 ? 抗裂性明显优普通砂浆 ? 和老混凝土粘结强度极好 ? 具有良好的抗水、抗氯离子渗透、抗冻融性 ? 是性能优异的新型补强加固材料 （3）纤维 在混凝土中加入碳纤维、钢纤维、有机纤维等，可提高混凝 土的抗拉、韧性、抗裂、抗疲劳等性能。 纤维的作用机理：对混凝土中微裂缝的扩展起到阻止和抑制 作用。 1）钢纤维 a.种类 钢纤维种类 特性 切断钢纤维 断面形状 表面 剪切钢纤维 圆形 冷拔表面 切割钢纤维 正方形 长方形 切削钢纤维 三角形 压延面 切断面 波纹粗面 熔融抽丝钢 月牙形 氧化皮膜 纤维 防拔 其它 压痕弯折 强度高、表 面易处理 压痕、弯 可使用不锈 折、扭曲 钢 扭曲 硬度大、可 制作细纤维、 可使用不锈 钢 两端较粗 淬火或回火 可用不锈钢 b.钢纤维的规格： ? 直径（或边长）0.3-0.6mm, ? 长度不超过40mm, ? 长度为直径的40-60倍时，纤维易均匀分布于混凝土中。 c.钢纤维混凝土性能 项目 与普通混凝土比较 项目 与普通混凝土比较 抗压强度 1.0-1.3倍 耐破损性能 有所改善 抗拉、抗弯 1.5-1.8倍 延伸率 约2.0倍 早期抗裂 1.5-2.0倍 韧性 40-200倍 抗剪强度 1.5-2.0倍 耐热性能 显著改善 疲劳强度 有所改善 抗冻融性 显著改善 抗冲击强度 5-10倍 耐久性 有所改善 2）合成纤维 纤维种类 密度 抗拉强度 弹模 断裂伸长率 （g/cm3 ） （*103MPa） （*103MPa） （%） 聚丙烯纤维 0.91 0.56-0.77 3.5 1.5-2.5 尼龙纤维 0.9-1.5 0.40-0.84 1.4-8.4 10-45 聚乙烯纤维 —— 丙烯酸纤维 —— 0.56-0.70 0.20-0.40 0.1-0.4 2.1 1.5-10 25-45 醇胺纤维 —— 0.42-0.84 2.4 15-25 合成纤维能： ? 有效地控制混凝土内应力裂缝，早期收缩裂缝减少50-90% ? 显著提高抗渗性、耐久性 ? 提高混凝土的粘聚性、抗碎裂性 ? 使混凝土内钢筋锈蚀时间推迟2.5倍 聚丙烯合成纤维混凝土 ? 聚丙烯合成纤维的性能 长度mm 吸 比重 耐酸 耐碱 熔融 燃点 抗拉强度 湿 性 性 点℃ ℃ MPa 19-50 无 0.91 很高 很高 162 590 350-770 ? 掺量0.9kg/m3,混凝土中纤维含量约600-800万根/m3 ? 聚丙烯合成纤维混凝土的性能 弹模 MPa 3500 项目 抗压强度 /MPa 抗折强度 /MPa 劈裂抗拉强 度/MPa 基准混凝土（28天） 纤维混凝土（28天） 强度增长/% 28.5 39.6 28.0 4.41 5.09 13.3 2.0 2.17 8.5 ? 特别适用于载荷不高但要求耐冲击、高韧性的工程结构， 多用于桥面、隧道和结构修补混凝土工程。 2、功能型第六组分 （1）导电混凝土 1)构成：传统混凝土+石墨/碳纤维/钢纤维 2)应用 ? 工业防静电结构 ? 寒冷地区公路路面、机场跑道化雪除冰 ? 钢筋混凝土的阴极保护 ? 住宅及养殖场的电热结构 （2）屏蔽电磁辐射混凝土 1）构成： ? 掺加导电粉末（碳、石墨、铝、铜、镍等） ? 掺加导电纤维（碳、铝、钢或铜锌等） ? 掺加导电絮片（石墨、锌、或镍等） 2）应用：该混凝土能吸收电磁波，用于通讯、导航的防止 电磁波干扰，以及防止电磁波对人体健康的危害。 （3）屏蔽磁场混凝土 在混凝土中加入5%体积的钢制曲别针（长3.18cm,宽0.64cm， 直径0.79mm），能有效地防止地下电力传输线和电力设施 （如变压器、开关等）所产生的磁场对人体健康的损害。 3、智能型第六组分 （1）交通导航混凝土 在智能化交通系统的混凝土路面中掺入碳纤维微丝，使混凝 土具备较高的对电磁波的反射率，通过汽车上的磁传感器 的识别，实现自动化高速公路的导航。 （2）损伤自诊断混凝土 掺加一定量的特殊碳纤维可以配制损伤自诊断混凝土，以取 代安装在重要建筑物上的各种监控仪器，使监控廉价、方 便、耐久、准确。 原理: 掺加碳纤维后，水泥基复合材料的电阻率变化与其内 部结构变化相对应，电阻率的可逆变化对应于可逆的弹性 变形，而电阻率的不可逆变化对应于非弹性变形和断裂。 碳纤维可作为高灵敏度的应变传感器，以实现损伤自我诊断 （3）调湿混凝土 在混凝土中加入沸石粉制成的调湿混凝土已经用于美术馆的 室内墙壁，效果很好。 （4）温度自控混凝土 ? 将适量5nn短切碳纤维掺入水泥基料中，使混凝土产生热 电效应 ? 实现对建筑物内部和周围环境温度变化的实时测量 ? 远景：利用太阳能和室内外温差为建筑物提供电能 （5）仿生自愈混凝土 在混凝土中掺加含有粘结剂（聚合物）的多孔纤维，发生损 伤时，纤维中放出聚合物，愈合损伤。 4.5.3高性能混凝土(HPC) 1990年5月在美国马里兰州Gaithersburg城的会议上提出的: 1、定义 1)美国人：高性能混凝土应具备 ? 和易性好 ? 长期保持高强、韧性及体积稳定 ? 在严酷的环境下使用寿命长 ? 抗压强度在55MPa以上 2）日本人：高性能混凝土应具备 ? 高充填能力 ? 拌和物不需振捣就能完善浇筑 ? 水化热及干缩裂缝很少 ? 硬化后，有足够的强度与耐久性 3）加拿大人：高性能混凝土应具备 ? 高弹模 ? 高密度 ? 低渗性 ? 高抗侵蚀能力 4）中国人：高性能混凝土应具备 ? 高抗渗性 ? 高体积稳定性（低干缩、低徐变、低温度变形、高弹模） ? 良好的施工性（高流动性、高粘聚性、自密实性） 2、技术路线 正确选择原材料 合理的工艺参数 施工工艺控制 HPC 1、硅酸盐水泥 （包括中热硅酸盐 水泥、球状水泥、 调粒水泥、活化水 泥） 2、优质骨料 3、超细矿物质掺 料 4、新型高效减水 剂 1、水灰比小于0.4 2、粗骨料含量 0.4m3, 3、Dmax≤25mm 4、砂率34~39% 5、胶凝材料用量 500~600kg 6、高效减水剂 掺量0.8%~1.4% 1、强制式搅拌机 2、泵送施工 3、高频振动 4、坍落度损失控 制 5、混凝土养护剂 养护 1、密实的水泥石 及合理的孔结构 2、界面过渡区的 改善（解决氢氧化 钙在过渡区的富集 与定向排列） 3、体积稳定性高4、 高强 5、高耐久性 ? 调粒水泥： 将水泥组成中的粒度分布进行调整，提高胶凝材料的填充率； 并掺入部分历经较大的水泥和超细矿粉，以获得最密实的 填充。 效果：水泥浆流动性好； 适宜的早期强度； 水化热低，水化防热速度慢； 使用材料 密度 g/cm3 比表面积 使用材料 密度 m2/kg g/cm3 比表面积 m2/kg 硅酸盐水 3.17 340 泥 石灰石粉 2.71 1800 水泥粗粉 3.17 60 硅粉 2.26 2000 调粒水泥的配制实例 代号 A B C D E 配合比例（质量比） 水泥 100 70 70 70 70 粗粉 0 30 20 20 20 石灰石粉 0 0 10 0 5 硅粉 0 0 0 10 5 填充率 0.5 0.55 0.55 0.55 0.56 通过试验发现：在坍落度相同条件下，使用调粒水泥比普通水泥粉体的 填充率提高5%，表中调粒水泥E配制的混凝土，28天抗压强度达到 124.9MPa,91天可达143.1MPa. ? 球状水泥 将水泥熟料通过高速气流粉碎及特殊处理得到的，处理后水泥颗粒呈 球形，粉尘减少，粒度分布合理，分散状态好。 效果：水化放热峰值及总放热量低； 流动性好； 强度高。 ? 高效减水剂对混凝土强度的影响： 高效减水剂 水灰比 （液体，%） （%） 水 水泥 抗压强度(MPa) （kg/m3） （kg/m3） 7d 28d 0 33.3 200 600 60.2 68.1 0.6 31.7 190 66.8 75.7 1.2 29.2 175 74.3 85.3 1.8 27.2 163 77.0 87.2 2.4 25.3 152 78.6 92.0 ? 3、我国部分桥梁使用HPC的资料 桥名 部位 配合比（kg/m3） 外加剂 水泥：水：砂：石 坍落 度 珠海市前 T型梁 550：185：600： NF-2： 178 山大桥 1115 1.2 中山市东 连续刚构 525：189：618： NF-2： 184 明大桥 1098 1.2 武汉长江 连续刚构 498：179：605： 高效减水剂： 210 二桥 1148 1.1 TEA:0.055 TM:0.1 江西贡水 河特大桥 预应力混 488：166：600： 凝土连续 1186 箱梁 FDN-5: 0.6 100 FDN-100:0.6 三乙醇胺： 0.04 万县长江 钢管混凝 499：157：724： FIS：7.99 200 公路大桥 土拱圈 1085 28天 强度 70.1 65.8 55.0 50.0 79.5 §4-6砂浆（mortar) ? 组成:胶凝材料+细集料+掺加料+水 ? 用途：砌筑、抹面、修补、装饰 ? 按胶凝材料分为： 水泥砂浆 混合砂浆（水泥和石灰为胶凝材料） 石灰砂浆 聚合物砂浆 ? 按功能和用途分为 砌筑砂浆 抹面砂浆 装饰砂浆 修补砂浆 绝热砂浆 防水砂浆等 4.6.1砂浆的组成材料 1、胶凝材料 ? 水泥 P.O,P.S,P.P等，强度较低 ? 石灰 注意要陈伏 ２、细集料 优质河砂，最大粒径受到限制 ３、掺加料和外加剂： a.掺加料 ? 石灰膏 ? 粉煤灰 ? 沸石粉 b.外加剂 ? 增塑剂 ? 早强剂 ? 防水剂 4、拌和水 同混凝土用水 4.6.2砌筑砂浆 1、作用： ? 粘结砖、石、砌块 ? 传递载荷 ? 协调变形 2、性质 （1）良好的和易性 ? 流动性 用砂浆稠度仪测定，稠度值（沉入量）单位mm,砌 筑砂浆一般60~90mm,抹灰砂浆90~120mm. ? 保水性 用分层度表示，一般10-20mm 3、砂浆的强度等级 ? 试块70.7mm* 70.7mm * 70.7mm,养护28天 ? 根据抗压强度分为6级：M2.5,M5,M7.5，M10,M15,M20 ? 砂浆的强度公式 a.对于不吸水底面 fm,0=A*fce(C/W-B) b.对于吸水底面 fm,0=A*fceQc/1000+B Qc---水泥用量，kg 4、砂浆的耐久性 ? 与基底材料粘结良好 ? 较小的收缩变形 ? 受冻融影响时，符合抗冻要求 5、混合砂浆配比计算 （1）砂浆强度等级的选择：根据规范或设计要求确定 （2）砂浆试配强度的确定 fm,0=f2+0.645σ o f2—砂浆的强度等级 σ o—标准差 a.统计资料确定 b.查表p165,表4-45 （3）水泥用量的确定 Qc=1000*(fm,0-B)/A*fce A=3.03,B=-15.09 fce—无实测值时， fce=γ c*fce,k ? γ c根据统计资料确定 ? 无统计资料γ c=1 （4）掺加料的确定 Qd=(300-350)-Qc (5）砂用量 Qs=ρ 0s′ (6)水的用量 在240-310间，依据气温及砂子的粗细选取。 （7）进行实验室试配 6、水泥砂浆的配比计算 直接查表4-46(p166)确定。 4.6.3抹面砂浆 1、普通抹面砂浆 ? 具有保护和美化建筑的功能 ? 分两层或三层施工：粘底、找平、美观 ? 配比（体积比） 水泥砂浆：水泥：砂=1：2--1：3 石灰砂浆：石灰：砂=1：2--1：4 混合砂浆：水泥：石灰：砂=1：1：6--1：2：9 ? 抹灰厚度: 内墙不大于25mm,外墙（砖）不大于20mm 2、装饰砂浆 其常见的工艺做法： ? 拉毛 ? 干粘石 ? 水刷石 ? 斩假石 ? 假面砖 ? 水磨石 3、防水砂浆 ? 砂浆中加入防水剂，如引气剂、引气减水剂、氯化铁、氯 化铝、三乙醇胺 ? 施工要求高，粉刷4-5层，每层厚约5mm,总厚20-30mm. 4、绝热砂浆 加入多孔材料，如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒聚苯乙烯泡 沫等 5、耐酸砂浆 ? 水玻璃与氟硅酸钠为胶凝材料 ? 耐酸石粉（石英岩、花岗岩、铸石） ?砂 ?水 6、防辐射砂浆 ? 加重晶石砂和粉防x、γ 射线 ? 水泥中加硼砂可防中子射线 ? 厚重、气密且不易开裂的砂浆可防土基或岩石里的放射性 惰性气体氡 7、膨胀砂浆 加入膨胀剂 ? 可补偿水泥砂浆的收缩，防止干缩开裂 ? 用于修补工程或装配工程的填缝 8、吸声砂浆 水泥：石灰膏：砂：锯末=1:1:3:5(体积比） 第五章砌筑材料 §5-1砌墙砖 分为 ? 烧结砖 ? 蒸养或蒸压砖（免烧砖） 5.1.1烧结砖 按孔隙情况： ? 烧结普通砖 ? 烧结多孔砖 ? 烧结空心砖 按生产原料： ? 粘土砖 ? 页岩砖 ? 煤矸石砖 ? 粉煤灰砖 1、烧结普通砖 （1）生产工艺 采土→配料→制坯→干燥→焙烧→成品 （2）主要技术性质 ? 外形尺寸 240mm*115mm*53mm;1m3砌体要用512快转 ? 外观质量 颜色、形状、尺寸 ? 强度等级：据抗压强度平均值和标准值分为5个等级： MU30,MU25,MU20,MU15,MU10 ? 泛霜 砖表面的盐析现象→起粉、掉角、脱皮。优等品应 无泛霜 ? 石灰爆裂 ? 抗风化性能（抗冻性、吸水率、饱和系数） （3）应用 ? 表观密度1600-1800kg/m3 ? P=30-35% ? 吸水率8-16% ? 导热系数0.78W/mK(轻集料混凝土0.23-1.01W/mK） 绝热材料导热系数小于0.23W/mK ? 用于砌墙、柱、拱、基础等 2、烧结多孔砖与空心砖（轻、节能、节约粘土、工效高） ? 多孔砖用于承重部分 ? 空心砖用于非承重部分 ? 欧美多孔砖、空心砖产量大80-90% ? 我国提倡、鼓励使用多孔砖与空心砖 ? 外形见P172、173 1)多空砖常见规格：240*180*150；190*190*90；240*115*90 外形为直角六面体，长宽高尺寸应符合下列要求： 290、240、190、180mm； 175、140、115、90mm 2)强度等级和烧结普通砖相同 5.1.2免烧砖 1、粉煤灰砖： 240*115*53 ? 粉煤灰+石灰+石膏+炉渣+水 ? 配料→加压成型→蒸汽养护 ? 强度等级：MU30、25、20、15、10 2、灰砂砖 240*115*53 ? 石灰+天然砂+水 ? 配料→加压成型→蒸汽养护 ? 强度等级：MU25、20、15、10 §5-1砌块 按孔隙情况分为 ? 实心砌块 ? 空心砌块（空心率30-50%） 按原料 ? 普通混凝土小型空心砌块 ? 加气混凝土砌块 ? 轻骨料混凝土空心砌块 ? 粉煤灰砌块 ? 粉煤灰小型空心砌块 ? 石膏砌块 5.2.1普通混凝土小型空心砌块 1、主要技术性质 ? 主规格尺寸390mm*190mm*190mm ? 强度等级MU5.0,7.5,10,15,20 ? 吸水率6-8%；软化系数0.85-0.95 ? 收缩：与粘土砖比墙体易产生收缩裂缝。GB8239-1997规定了砌块的 含水率，砌筑时不宜浇水。 ? 导热系数： 同骨料以及孔结构相关 2、应用 ? 承重墙与非承重墙 ? 铺地 ? 挡土墙 ? 道路护坡 ? 堤岸护坡 5.2.2轻骨料混凝土小型空心砌块 1、主规格尺寸：390*190*190 2、按其干表观密度，分为500、600、700、800、900、1000、1200、 1400共八个等级。 ? 5.2.3粉煤灰砌块 ? 主规格：880*380*240；880*430*240 ? 1、生产原料 粉煤灰+石灰+石膏+骨料+水 ? 2、生产 配料、搅拌、振动成型、蒸汽养护 ? 3、抗压强度等级：MU13、10 5.2.4粉煤灰小型空心砌块 主规格： 390*190*190 1、生产原料： 粉煤灰+水泥+骨料+水 2、强度等级：MU15、10、7.5、5.0、3.5、2.5 5.2.5石膏砌块 常用尺寸：666*500*（60、80、90、100、110、120） 1、生产原料：建筑石膏+水+轻骨料/填充料/纤维/发泡剂 2、生产：配料、搅拌、浇注成型、自然干燥/烘干 3、 密度：实心砌块800~1100kg/m3,空心砌块500~700kg/m3 4、性能：石膏砌块墙体为轻质结构，能减轻基础造价，并能调节湿度、 保温隔热、节约能源等。 5.2.6加气混凝土砌块 规格：长600*宽（75、100、125、150、175、200、225….. 以25mm递增）*高（200、250、300） 1、材料组成 ? 钙质材料：水泥、石灰 ? 硅质材料：粉煤灰、石英砂、粒化高炉矿渣 ? 加气剂 2、生产：配料、搅拌、成型、高压蒸汽养护 3、强度等级：MU7.5、5.0、3.5、2.5、1.0 4、容重级别：六个：0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 干容重：300~820 kg/m3 5、应用 ? 表观密度小、保温性好、抗冻性好 ? 用作非承重墙体 §5-3建筑用石材 ? 属于最古老的建材之一 ? 许多古建筑采用：埃及金字塔、赵州桥 1、石材的技术性质 （1）表观密度 ? 致密石材 2500-3100kg/m3 花岗岩、大理岩 ? 孔隙率较大石材 500-1700kg/m3 火山凝灰岩、浮石 按表观密度分为 ? 轻质石材 表观密度小于1800kg/m3 用作墙体材料 ? 重质石材 表观密度大于1800kg/m3 用作基础、贴面、 地面、外墙、桥梁、水工构筑物。 （2）吸水性 与岩石的孔隙率和孔隙特征有关 (3)耐水性 ? 高耐水性石材 软化系数大于0.9 ? 中耐水性石材 软化系数0.7-0.9 ? 低耐水性石材 软化系数0.6-0.7 工程中使用的石材软化系数应大于0.80 （4）抗冻性 ? 指抵抗冻融破坏的能力 ? 与吸水率密切相关 (5)耐火性 ? 石材组成矿物的热膨胀系数不同，受热体积变化不一致 而产生崩裂破坏 ? 耐火性取决于化学成分与矿物组成 （6）抗压强度 ? 取决于： 矿物组成、结构、构造特征、胶结物质的性质 ? 以5cm*5cm*5cm试件饱水状态下的抗压强度分为9级： MU100,80,60,50,40,30,20,15,10 ? 石材属于脆性材料，抗压强度高，抗拉强度低，仅为抗压 强度的1/10-1/20 （7）、硬度 （8）耐磨性 5.3.3石材的应用 1、毛石 (1)技术要求 ? 尺寸要求 中部厚度不小于15cm,长度30-40cm ? 抗压强度应大于10MPa ? 软化系数不小于0.80 （2）应用 ? 砌筑建筑基础、勒脚、墙身、挡土墙、堤岸及护坡 ? 浇筑片石混凝土 2、料石 ? 由致密的砂岩、石灰岩、花岗岩加工而成 ? 用于建筑基础、勒脚、墙体、镶面 3、石板 ? 一般采用大理石或花岗岩 ? 用于内外墙面、地面、柱面、台面装饰（大理石板材只适 于室内） 4、广场地坪、路面、庭院小径用石材 ? 包括：石板、方石、条石、拳石、卵石等 ? 要求：坚实耐磨，抗冻抗冲击好，色彩好 第六章沥青及沥青混合料 ? 属于有机胶凝材料 ? 用于铺设路面、防水 ? 分为地沥青（天然沥青、石油沥青）和焦油沥青（煤沥青、 页岩沥青） §6-1沥青材料 6.1.1石油沥青 生产： 原油 汽油、煤油 润滑油 沥青 1、石油沥青的组成与结构 （1）石油沥青的组分 石油沥青由许多高分子碳氢化合物及其氧、硫、氮等衍生物 组成的复杂混合物。其成分简化为： ? 油分 油状液体→流动性 ? 树脂 粘稠状物质（半固体） →粘结性、塑性、流动性 ? 地沥青质 固体粉末→温度敏感性、粘度 (2)石油沥青的胶体结构 胶体结构：胶团+油分 油分 地沥青质 树脂 ? 溶胶型胶体结构 ? 溶凝型胶体结构 ? 凝胶型胶体结构 2、石油沥青的技术性质 （1）防水性（用作防水材料） ? 憎水材料 ? 不溶于水 ? 与矿物材料表面粘结力强 (2)粘滞性（粘性） ? 指阻碍相对流动的性质（流体）。 影响因素？ ? 用相对粘度表示 ? 测定指标： a.粘稠沥青用针入度（25度，100克标准针，5秒内贯入沥青 试样的深度，0.1毫米为一个单位） b.液体或较稀的沥青用标准粘度（50克沥青流过小孔的用时） （3）塑性 ? 做柔性防水材料 ? 做路面材料能吸振，减少摩擦噪音 ? 影响因素？ ? 用延度（cm)表示 (4)温度敏感性 ? 指沥青的粘滞性和塑性随温度变化而变化的性能 ? 影响因素？ ? 用软化点（度）表示 （5）大气稳定性 ? 指沥青在热、阳光、氧气及潮湿等因素长期综合作用下抵 抗老化的性能 ? 老化过程：沥青的组分转化：油分、树脂↓，沥青质↑ ? 老化结果：塑性、流动性↓，硬脆性↑ ? 用蒸发损失和蒸发后针入度比表示 （6）沥青的溶解度、闪点、燃点 ? 溶解度 指石油沥青在三氯乙烯、四氯化碳或苯中溶解的 百分率---表示纯度 ? 闪点 加热沥青至挥发出的可燃气体和空气的混合物，与 火焰接触，初次闪火时沥青的温度 ? 燃点（着火点） 加热沥青至挥发出的可燃气体和空气的 混合物与火焰接触，能持续燃烧5秒以上时沥青的温度 ? 闪点、燃点----沥青运输、储存、加热的安全 3、石油沥青的技术标准及选用 按用途石油沥青分为： ? 建筑石油沥青 ? 道路石油沥青 ? 普通石油沥青 （1）建筑石油沥青 ? 按针入度分为3个牌号：40号、30号、10号 ? 粘性大、耐热性好，但塑性较小 ? 主要用作制造油毡、防水涂料、嵌缝膏 ? 应用工程： a.屋面及地下防水 屋面用沥青的软化点高于当地屋面最高 温度20℃以上 b.沟槽防水防腐蚀 c.管道防腐 (2)道路石油沥青 1）重交通道路石油沥青 ? 用于交通量大的高速、一级公路，城市快速、主干路，机 场道面 ? 5个标号：AH-50，70，90，110，130 ? 塑性、温度稳定性好，含蜡少 2）中、轻交通道路石油沥青 ? 用于一般的道路路面 ? 标号有：A-60甲，60乙,100甲，100乙,140,180,200 (3)沥青的掺配 ? 一各牌号的沥青不符合工程要求时采用 ? 掺配的两种沥青应表面张力相近、化学性质相似 ? 掺配的两种沥青比例： Q1=(T2-T)/(T2-T1) Q1—较软沥青所占的比例 T—掺配后的沥青软化低点，度 T1、T2 —较软和较硬沥青的软化低点，度 6.1.2煤焦油沥青 ? 生产： 煤气 煤 干馏 水分、轻油部分 中、重油蒽油 去氨苯 蒸馏 液体 煤焦油 煤沥青 ? 工程性能不如石油沥青：温度稳定性低，气候稳定性差， 并且有毒性和臭味（含蒽、酚），但防腐好，与矿物表 面粘结好。 ? 适用于道路工程中的透层和粘层，不宜用于城市道路的 路面面层。 ? 石油沥青和煤沥青的元素比较; 沥青名称 元素组成（%） 碳氢比（原子数比） C H OS N 石油沥青 86.7 9.7 1.0 2.0 0.6 0.8 煤沥青 93.0 4.5 1.0 0.6 0.9 1.7 ? 根据道路标准粘度煤沥青分为9个标号：T-1,T-2,T-3,T4,T-5,T-6,T-7,T-8,T-9 ? 常用标号：T-7,T-8,T-9 6.1.3改性沥青 1、改性目的为提高以下指标： ? 低温塑性、高温强度与稳定性 ? 抗老化性 ? 粘结强度 ? 耐疲劳性 2、改性沥青的分类 （1）橡胶改性沥青 ? 氯丁橡胶改性沥青 ? 丁基橡胶改性沥青 ? 热塑性弹性体（SBS)改性沥青 应用最广泛（卷材、 路面） ? 再生橡胶改性沥青 （2）树脂改性沥青 （3）橡胶和树脂改性沥青 （4）矿物充填改性沥青 常见的充填矿物包括的品种有： ? 滑石粉、石灰石粉 ? 硅藻土 ? 石棉绒或石棉粉 §6-2沥青混合料的组成与性质 沥青混合料用于路面的优点： ? 良好的力学性能（塑性） ? 一定的高温、低温适应性 ? 不设接缝，行车舒适 ? 施工方便，能及早开放交通 ? 旧混合料可再生利用 6.2.1沥青混合料的组成及结构 1、组成 1）沥青：道路石油沥青/煤沥青/乳化石油沥青/液体沥青 （1）道路石油沥青：适于各类沥青路面的面层 ? 高速公路、一级公路、城市快速路、主干路铺筑沥青路面时，石油沥 青材料的质量应符合表6-2（课本p189页）的规定。 ? 其他等级的公路与城市道路，石油沥青材料的质量要求宜符合表6-1 规定。 ? 沥青面层所采用的沥青标号，宜根据气候分区、沥青路面类型、沥青 种类查表4.2.2选用（《沥青路面施工及验收规范》GB50092-96) a.沥青路面施工气候分区： 寒区：黑、吉、辽（营口以北）、内蒙古（包头以北)、冀（承德、张 家口以北）、晋（大同以北）、陕（榆林以北）、甘、新、青、宁、 藏等 温区：辽（营口以南）、内蒙古（包头以南)、冀（承德、张家口以 南）、晋（大同以南）、陕（榆林以南、西安以北）、甘（天水一 带）、鲁、豫（南阳以北）、京、津、苏（徐州、淮阴以北）、皖 （宿县、毫县以北）、川（成都西北）等 热区：豫（南阳以南）、苏（徐州、淮阴以南）、沪、皖（宿县、毫县 以南）、陕（西安以南）、粤、琼、桂、湘、鄂、闽、浙、赣、黔、 滇、重庆、川（成都东南）、台等 ? 多雨潮湿地区：年降雨量大于1000mm;广州(1682mm,150d)、海口、 南昌、长沙…… ? 少雨干旱地区：年降雨量小于500mm.乌鲁木齐(194mm,88d)、银川、 兰州、西宁 ? 年降雨量500-1000mm的地区，还要考虑年下雨天数。北京684mm,76d b.沥青路面类型： ? 沥青表面处治：沥青和集料按层铺或拌和法施工，厚度不大于3cm； ? 沥青贯入式：在初步压实的碎石上，分层浇洒沥青、撒布嵌缝料再压 实而成，厚度4-8cm; ? 沥青碎石: 沥青混合料中不含细集料，或细集料很少。拌和、摊铺、 碾压 ? 沥青混凝土：混合料级配齐全（粗集料、细集料、填料） 沥青混凝土用石油沥青标号的选择（摘录）： 寒区：AH-90,AH-110,AH-130,A-100,A-140 温区：AH-70,AH-90,A-60,A-100 热区：AH-50，AH-70，A-60，A-100 ? （2）乳化石油沥青 将热融的石油沥青、水、乳化剂、稳定剂在胶体磨加工下形成的水包油 的沥青乳液。分为： ? 阳离子乳化沥青：用于酸性石料（花岗岩、石英岩等）、潮湿的石料 ? 阴离子乳化沥青：用于碱性石料（石灰岩）、干燥状态的石料 乳化沥青用于抵等级路面，可常温施工，受低温、雨水影响小。 （3）煤沥青 用于抵等级路面，但热拌沥青混凝土路面的表面层不宜使用煤沥青。 （4）液体石油沥青 用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品。 适用于透层、粘层，及拌制常温沥青混凝料。 ? 透层：为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好，在基层上浇洒乳化 沥青、煤沥青或液体沥青而形成的透入基层表面的薄层。 ? 粘层：为加强路面的沥青层之间、沥青层与水泥混凝土之间的粘结而 洒布的沥青材料薄层。 2）粗集料 粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等，要符合国标规 定。如：物理力学指标、与沥青的粘附性、杂质含量等。 3）细集料 天然形成或经轧碎、筛分等加工而成的粒径小于2.36mm的天然砂、机制 砂及石屑等。 石屑：采石场加工碎石时通过规格为4.75mm的筛子的筛下部分集料的统 称。 4）填料 在沥青混合料中起充填作用的粒径小于0.075mm的矿物质粉末。最好采 用石灰岩等憎水的碱性岩粉。 2、级配 热拌沥青的矿料级配范围应符合表6-3的要求（课本p198） 3、热拌石油沥青混合料施工温度： ? 沥青加热温度130-170℃， ? 混合料出厂温度120-165 ℃ ? 到现场温度不低于120-150℃ ? 摊铺温度：正常施工不低于110-130 ℃也不超过165 ℃ ；低温施工 不低于120-140 ℃且不超过175 ℃ ? 碾压温度：正常施工≥110-140 ℃ ；低温120-150 ℃且不低于110 ℃ ? 碾压终了温度：钢轮压路机≥70 ℃ ；轮胎压路机≥80 ℃ ；振动压 路机≥65 ℃ ? 开放交通温度：冷却后（低于50 ℃） 4、沥青混合料组成结构 ? 悬浮密实结构—矿料颗粒由大到小连续存在，粗骨料少且粗骨料之间 不能直接接触也就不能形成嵌挤骨架结构，而较小颗粒与沥青胶浆较 为密实，沥青用量多。我国传统的AC-Ⅰ沥青混合料属于该类。 特点：密实度较大、水稳定性、抗裂性、耐久性较好；高温条件下沥青 粘度降低会影响混合料强度和稳定性。 ? 骨架孔隙结构---粗骨料多形成嵌挤骨架结构、沥青用量少。 特点：高温稳定性好，但空隙率大气体、水分易进入混合料内部，造成 沥青老化或使沥青从集料表面剥落，因此其耐久性值得关注。 ? 骨架密实结构---既有足够数量的粗骨料形成嵌挤骨架，又根据粗集 料空隙的大小加入了足够多的细集料和沥青胶浆，填满粗集料空隙， 形成较高密实度的骨架结构，兼具上述两种结构的优点，较为理想。 沥青玛蹄脂碎石就是典型的骨架密实型结构。 5、间断级配-SMA (stone matrix asphalt)混合料 1）技术特性 （1）高温稳定性 在材料组成上，粒径≥4.75mm的粗集料高达70%~80%，矿粉10%左右，细 集料较少。 粗集料——嵌锁作用；沥青玛蹄脂——胶结、充填作用。 抗载荷能力强；高温抗车辙能力强。 （2）低温抗裂性 沥青玛蹄脂粘结力高、韧性柔性好——SMA混合料低温塑性很高——抗 裂性好。 （3）耐久性 SMA混合料空隙率较小——气体、水不易进入内部——水稳定性、耐久 性好；对中下面层、基层有隔水保护作用——路面整体强度、稳定性 好。 （4）表面特征 由于采用坚硬、粗糙、耐磨的高质量碎石——抗滑性、耐磨性高。 2）材料组成 （1）沥青结合料 要求沥青具有较高的粘度，与集料有良好的粘附性。 南方炎热地区可用AH-50,中部及北方温暖地区用AH-70,寒冷地区用AH- 70,AH-90. 高速公路、交通繁重的重大工程道路、夏季特别炎热或冬季特别寒冷地 区——改性沥青。 （2）集料与填料 粗集料——高质量的轧制碎石：坚韧、强度高、刚度大，如玄武岩、砂 岩、花岗岩。 细集料——坚硬的机制砂、石屑 填料——石灰石等碱性岩石磨细的矿粉。 （3）纤维 常用的有：木质素纤维、矿物纤维、腈纶纤维、涤纶纤维、玻璃纤维等。 作用——吸油、稳定、增强、提高混合料高温抗剪强度。 对纤维的要求：250度条件下，不变形、不变质、不脆化、化学稳定性 好、不污染环境。 6.2.2沥青混合料的技术性质 1、高温稳定性 a.指标：高温强度与稳定性 b.测定 ? 标准马歇尔试验测定 ⅰ）把沥青混合料制成圆柱试件Φ （101.6±0.2）*（63.5 ±1.3）； ⅱ）把试件在60 ±1℃的恒温水槽中放置30~40min； ⅲ）把试件横放在马歇尔稳定度仪（自动）上进行抗压试验； ⅳ）整理数据. 稳定度——试件能承受的最大载荷。 流值——最大载荷对应的变形值。 ? 车辙试验 ⅰ）将试件（尺寸：300*300*50）在60恒温室60 ±1℃的恒温室中保温 5~24小时； ⅱ）在温室内把试件放在车辙试验机上，试验轮在试件中部，进行往返 行走，行走约1h或最大变形达到25mm,行走方向与试件碾压方向一致； ⅲ）记录仪自动记录变形曲线（车辙深度—时间）； ⅳ）数据处理； 动稳定度计算公式： DS=c1 c2 (t2-t1 ）N/(d2-d1 ） DS——沥青混合料的动稳定度，次/mm； c1——试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式取1.0， 链驱动试验轮的等速方式取1.5； c2 ——试件系数，实验室制备的宽300mm的试件取1.0，从路面切割的宽 150mm的试件取0.8； t1，t2 ——时间45min,60min; d2 ， d1 ——分别对应于t2和t1的变形量。 至少平行试验3个试件，当3个试件动稳定度变异系数（标准差/平均值） 小于20%时，取其平均值作为实验结果，否则要追加试验。 2、低温抗裂性 ? 低温脆化—弯拉破坏试验测定 ? 低温收缩--低温收缩试验测定 ? 低温疲劳--低温疲劳试验测定 3、耐久性 浸水马歇尔试验（浸水残留稳定度）：试件在恒温水槽保温48h,其余同 标准马歇尔试验。 真空饱水马歇尔试验（线）将试件放在真空干燥器中，用真空泵使干燥器的线)打开进水胶管，靠负压进入冷水流试件全部浸入冷水中，浸水15min后 恢复常压； 3)取出试件再放入规定温度的恒温水槽保温48h, 其余同标准马歇尔试验。 4、抗滑性 ? 选用坚硬、有棱角的碎石（常用玄武岩-憎水材料） ? 适当增加集料粒径 ? 减少沥青用量 ? 控制沥青的含蜡量 5、施工和易性 影响因素： ? 气温 ? 施工机械条件 ? 混合料的性质，如骨料级配、沥青用量、沥青品种等 §6-3热拌沥青混合料的配合比设计 1、设计资料 （1)路面等级及结构； （2）气候条件； （3）拟使用的(现有的)沥青材料（含其技术性能指标）； （4)拟使用的(现有的)矿质材料（含其技术性能指标）。 2、设计要求 （1）确定沥青混合料类型，并进行矿质混合料配合比设计； （2）确定最佳沥青用量； （3）根据道路对混合料的要求，检验混合料的水稳定性和抗车辙能力。 3、设计步骤 （1）矿质混合料配合比设计 a.确定沥青混合料类型及矿质混合料的级配范围 根据设计资料主要是路面类型和拟用矿质材料查表6-3.计算出设计级配 范围的中值。 b.采用图解法（或电算法)进行矿质混合料配合比设计 步骤1：绘制设计级配中值线，把拟用集料级配曲线：确定各材料用量。 步骤3：配合比校核与调整。根据各材料用量计算出矿质混合料的合成级 配，并与设计级配范围比对，不符合时调整。 （2）沥青混合料的马歇尔试验 a.试件成型 根据设计级配范围中沥青用量范围如 m~n (n=m+2%)，采用0.5%间隔变化， 分别选择沥青用量m,m+0.5%,m+1.0%,m+1.5%,n拌制5组沥青混合料制 成试件。 b.试件物理力学指标的测定，包括：稳定度、流值、空隙率、沥青饱和 度、毛体积密度等。 c.绘制物理力学指标（纵坐标）——沥青用量（横坐标）图。 （3）最佳沥青用量确定 a.确定最佳沥青用量初始值OAC1 取稳定度最大值对应的沥青用量、毛体积密度最大值对应的沥青用量、 规定空隙率范围中值对应的沥青用量、规定饱和度范围中值对应的沥 青用量 4值的平均数。 b.确定最佳沥青用量初始值OAC2 取符合要求的稳定度、空隙率、流值、饱和度对应的沥青用量共同范围 OACmin——OACmax的中值。 c.最佳沥青用量的确定 一般取OAC1与OAC2的平均值Q1，有时考虑气候及工程经验在OACmin —— OAC2 之间再取一值Q2。 （4）分别以Q1 、Q2做沥青混合料的水稳定性和抗车辙检验，再最后确 定最佳沥青用量Q 第七章 建筑塑料与有机粘合剂 §7-1建筑塑料 建筑塑料属于化学建材，主要成分是高分子化合物，具有 以下特点： ? 表观密度小，比强度高 ? 耐腐蚀性强 ? 保温吸声 ? 装饰性好 塑料在土木工程领域得到了越来越广泛的应用： ? 各种塑料管道 ? 塑料门窗 ? 保温材料（泡沫塑料） ? 装修材料（地板、墙纸、家具） 7.1.1塑料的基本组成、分类与主要性能 1、塑料的组成 （1）树脂（粘料） ? 分子量不固定，在常温下呈固态、半固态或流动态的有 机物质， ? 塑料的主要成分，占塑料的40-100% ? 决定塑料的类型、基本性能 ? 塑料常用其树脂来命名，如聚氯乙烯塑料、酚醛塑料 （2）填充剂 ? 约占塑料的20-50% ? 降低成本 ? 改善性能 a.粉状填充剂--金属粉末、石英类、氧化铝粉、天然石墨、 玻璃粉等，提高塑料的刚度、硬度、强度，降低热膨胀 系数 b.纤维状填充剂—石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维 等提高强度、硬度和耐温性。 如玻璃纤维增强塑料，其强度接近于钢材----玻璃钢GRP (3)增塑剂 ? 樟脑、二苯甲酮、甘油、邻苯二甲酸二丁酯类、磷酸酯 ? 作用 提高塑料的弹性、塑性、柔韧性 （4）稳定剂 ? 包括抗氧剂（酚类化合物）、光稳定剂（炭黑、乙-羟基 二苯甲酮、水杨酸苯酯）、热稳定剂（硬脂酸铝、三盐 基亚磷酸铝） ? 作用 阻止塑料受热、受光、受氧条件下发生降解、氧 化断链、交联现象，稳定质量，延长塑料的使用寿命 （5）着色剂 使用颜料（金属氧化物）或染料（有机物） 使塑料着色 （6）其它添加剂 ? 润滑剂 ? 发泡剂 ? 阻燃剂 ? 抗静电剂 ? 固化剂 ? 磁性剂 ? 荧光剂 2、塑料的分类 （1）按塑料受热时的变化特点 ? 热塑性塑料 能反复加热软化或熔融，冷后硬化。 属于此类的塑料有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙 烯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰胺、ABS塑料 ? 热固性塑料 受热时软化或熔融可塑造成型，随着进一 步加热，硬化成不融的的塑料制品。 常见的热固性塑料有酚醛、环氧、不饱和聚酯、有机硅塑 料 （2）按塑料的功能和用途 ? 通用塑料 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚 醛、氨基塑料---6大品牌，以及其它品种 ? 工程塑料 强度高、刚性大替代钢铁、有色金属制造机 械零件和工程结构。主要包括：聚酰胺、ABS(丙烯晴-丁 二烯-苯乙烯三元共聚物）、聚碳酸酯塑料 ? 特种塑料 耐热或具有特殊性能和用途的塑料。主要包 括有机硅、环氧、不饱和聚酯、有机玻璃、聚酰亚胺、 有机氟塑料。 7.1.2建筑常用的塑料制品 1、装饰用塑料 （1）装饰地面塑料 常用塑料地板；聚氯乙烯塑料地板、聚丙烯塑料地板、氯化 聚乙烯塑料地板 聚氯乙烯(PVC)塑料地板 ? 加工 聚氯乙烯+石棉+碳酸钙粉 或石英粉 ? 特点 耐磨耐蚀、防潮防滑、阻燃 ? 规格 卷材 ：20/30米*1.8/2.0米 *1.5/2.0毫米 块材：300mm*300mm*1.5mm (2)装饰用塑料板材 1）塑料贴面板 ? 以酚醛树脂的纸质压层为胎基，表面用三聚氰胺树脂浸渍 过的印花纸为面层，经热压制成并覆盖于各种基材上的装 饰贴面材料有木纹、大理石纹、织物等图案 ? 用于建筑室内贴面及家具表面装饰 2）PVC塑料装饰板 替代玻璃用于室内浴室隔墙、透明屋面等 3）有机玻璃板 以甲基丙烯酸甲酯为原料，在特定的硅玻璃或金属模内浇筑、 聚合而成 2、塑料管材 （1）特点 ? 重量轻 ? 连接、安装方便 ? 耐酸碱盐的腐蚀 ? 装饰效果好 ? 耐久性好，管道设计寿命达50年 ? 不易积垢，内壁光滑输送流体阻力小 ? 冷热变形大，工作温度窄 ? 强度较低、 ? 抗变形能力差 （2）常用塑料管 1）给排水用管 ? 市政用管：聚氯乙烯管、聚乙烯管、钢塑复合管、玻璃 钢夹心管 ? 建筑用管：聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、聚丁烯管、 ABS、铝塑复合管 3）热水采暖管 聚乙烯交联管、聚丙烯管、聚丁烯管、ABS、 铝塑复合管 3、泡沫塑料 树脂中加入发泡剂制成，孔隙率95-98%，孔 隙尺寸小于1.0mm. （1）聚苯乙烯泡沫塑料 ? 性能 表观密度10-20kg/m3,导热系数0.031-0.045W/mK 使用温度范围-100~70度,抗压强度0.14~0.36MPa ? 应用 制冷设备、冷藏设备的隔热材料、墙体和屋面、地 面、楼板的保温、吸声防震。 （2）聚氨酯泡沫塑料 -60~60度 （3）聚氯乙烯泡沫塑料 -60~60度 （4）脲醛泡沫塑料 -200~100度 4、塑料门窗 以硬质聚氯乙烯为基料制成 （1）特点 ? 耐水、耐蚀、阻燃 ? 导热系数接近木材，隔热性好 ? 采用橡胶密封条，抗风压性能、气密性、水密性好 ? 隔声性能好 ? 装饰性好 ? 耐久性好，可达50年 （2）塑料窗产品型号 分为固定、平开、推拉窗 CSG\CSP\MST 5、玻璃钢 ? 主要由玻璃纤维和树脂（聚酯树脂/酚醛树脂） ? 应用 卫生洁具、排水、通风管道等 7.1.3 粘合剂（胶粘剂） 1、粘合剂的概念 能够在两个物体表面形成薄膜，并能紧密地将他们粘结起来 的物体，称为粘合剂。 （1）早期粘合剂 骨胶、皮胶、大豆胶，属水溶性 （2）现代粘合剂 耐热、耐侯、绝缘、高强、多功能 （3）特性 ? 粘结范围广 比焊接、铆接、螺纹连接更具优势 ? 连接工序简化，工期短 ? 减轻结构重量 ? 提高结构的耐疲劳性 ? 缺点：质量检查困难、使用温度低、有些具有毒性、易燃 2、粘合剂的组成 （1）基料 通常是树脂或橡胶 （2）固化剂 加快固化产生胶结强度 （3）增塑剂 ? 改善韧性、提高抗冲击性能 ? 常用邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂 （4）溶剂 ? 稀释分散、降低粘度 ? 常用丙酮、甲乙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯、酒精 （5）填充剂 ? 增加稠度、降低线膨胀系数、减少固化收缩、提高胶结层 的抗冲击韧性和机械强度、降低成本 ? 常用氧化铝粉、铝粉、锌粉、磁性铁粉、石英粉、滑石粉、 石墨粉等 （6）其它组分：偶联剂、络合剂、乳化剂 3、分类 （1）按其热行为分 ? 热塑性粘合剂 聚醋酸乙烯酯、乙烯-醋酸乙烯酯 ? 热固性粘合剂 环氧、酚醛、脲醛、有机硅 （2）按用途 ? 结构型 环氧、酚醛、丁腈、酚醛-缩醛 ? 非结构型 聚乙烯醇、乙酸乙烯、橡胶、有机硅、沥青 ? 特种用途 导电胶、导热胶、光敏胶、医用胶、水下胶、 耐高温胶 （3）按固化形成分 ? 溶剂挥发型 聚乙烯醇 聚丙酸酯 纤维素 ? 化学反应型 环氧 不饱和聚酯、氨基树脂 ? 热熔型 聚氨酯、沥青、硫磺、聚酯 （4）按固结温度分 ? 低温硬化型 ? 室温硬化型 ? 高温硬化型 4、胶结原理 ? 机械连接理论 ? 扩散理论 ? 吸附理论 ? 化学键理论 5、常用粘合剂 建筑结构用胶、建筑装饰用胶 （1）结构用胶 1）环氧树脂粘合剂 ? 有很多品种，应用最广泛的是双酚A型环氧树脂，（通用 型/E型） 应用 ? 锚固与加固 用于道桥、机械设备的锚固以及预制构件的 粘结和已建成结构的加固 ? 低温施工 可用于-20~-10度环境 ? 修补结构 用于修补裂缝、表面损伤、断面损伤的修补 可对各类老建筑、古建筑（木结构、混凝土结构、石结构、 砖结构）进行粘接修复。 ? 高湿与水下施工 具有高粘结性的双酚A型634环氧树脂， 即使在水中也能粘接金属。可用于修补输水管接口、水电 站工程、甚至用于带压水的蒸汽阀门管道破裂等的维修。 2）聚氨酯建筑结构粘合剂 耐水、耐油、耐溶剂、耐臭氧、 耐低温、粘结强度较高。常见类型： ? 聚氨酯-聚脲粘合剂 用于金属-碳纤维复合材料的粘接 及部件的修复 ? 聚氨酯-环氧树脂-聚脲粘合剂 兼具柔韧性和高强度 3）其它结构胶粘剂 ? 丙烯酸脂建筑结构胶粘剂 近年来发展较快的胶粘剂 ，特点是：室温下快速固化、对 被粘结物体表面处理要求不严格、粘结强度和锚固强度较 高、机械性能好、粘结对象广泛、抗各种介质、抗冻融抗 老化性能好、可在低温下施工。 ? 有机硅结构胶粘剂 具有高粘结强度、高伸长率、中低弹 性模量，常用于玻璃幕墙： a.将玻璃及其他材料同结构金属框架牢固地粘在一起 b.向结构主体传递玻璃受到的载荷 c.适应使用条件下（风力、温度、湿度等各种变化）玻璃及 支撑材料间所发生的形变与位移。 2、装饰工程用胶粘剂 （1）种类 ? 陶瓷墙砖、地砖胶粘剂 ? 壁纸胶粘剂 ? 天花板胶粘剂 ? 半硬质聚氯乙烯塑料地板胶粘剂 ? 木地板胶粘剂 （2）常用品种 1）环氧树脂胶粘剂 应用最广泛 ? AH-03型 适用于大理石、花岗岩、马赛克、面砖、瓷砖 等水泥基底的粘结。 ? HN-605(731) 塑料、金属、橡胶、陶瓷等多种材料的粘 结 ? XY-507 塑料、陶瓷、玻璃等非金属材料的粘结 ? 6202建筑胶粘剂 使用面广、安全、简便，用于不适合 打钉的水泥墙面。 ? EE-3 耐潮、耐水、耐低温，用于厨房、浴室、卫生间及 地下室的墙面、地面及顶棚的装修。 2）聚乙烯醇缩脲甲醛胶粘剂（商品名801胶） 无毒、无味、不燃、游离甲醛含量低。用于墙布、墙纸、地 面、内外墙涂料的基料 3）乙烯共聚胶粘剂（EVA) 粘接木材、塑料。 4）丙烯酸酯树脂胶粘剂 分为两类： ? 热塑性丙烯酸酯树脂胶粘剂 适于木材、纸张、皮革、 玻璃、金属与有机玻璃 ? 热固金属性丙烯酸酯树脂胶粘剂 适于金属、非金属 5）聚醋酸乙烯酯类胶粘剂 主要产品有： ? PAA胶粘剂 适于在水泥、菱苦土、木板地面粘贴塑料地 板 ? 水乳型地板胶粘剂 适于塑料地板、木地板、与水泥地面 的粘结 ? 水性10号塑料地板胶粘剂 6、安全防护措施 大部分胶粘剂含有对人体有毒的物质，使用时注意安全。 ? 选用胶粘剂要考虑毒性大小和常用溶剂在空气中的最高允 许浓度； ? 使用胶粘剂要加强通风排风； ? 加强施工人员的安全防护教育和管理 第八章 竹木材料 §8-1竹材 1、竹材的特点 ? 我国竹资源丰富，品种达250种，主产区：长江流域、华 南、西南 ? 竹材是节木代木的理想材料 a.具有较好的强度 毛竹抗拉强度为203MPa(杉木的2.48倍） ，抗压强度79MPa (杉木的2倍），抗剪强度161MPa (杉木的 2.2倍）。 b.生产周期短 几年就可成材 ? 在建筑工程中的应用 搭建临时房、脚手架、模板、地 板、装饰墙面、家具、工艺品 2、常用竹材 （1）毛竹 又名楠竹、茅竹、江南竹、孟宗竹。 ? 高10-20米，胸径10-20厘米 ? 生长4年以上材质较好 ? 皮为鸭蛋青色 ? 产量最大，用途最广 （2）刚竹 又叫台竹、苦竹 ? 高10-13米，胸径10厘米左右 ? 生长2年以上材质较好 ? 新鲜刚竹皮呈白色 ? 产量与用量仅次于毛竹 （3）淡竹 又名白夹竹、钓鱼竹 ? 长6-13米，胸径3-6厘米 ? 生长4年以上材质较好 ? 细长节疏，材质柔韧，易于劈簚，可做工艺品 2、常用竹材的性能 ? 密度为0.6-1.2g/cm3,比木材密度0.4-1.0g/cm3大 ? 含水率5-8%，比木材（15%）小 ? 抗拉强度较高 刚竹可达278MPa ? 抗压强度平均值33.6-82.0MPa（毛竹最高） ? 抗弯强度 49.5-90MPa ? 导热系数0.17W/mK,较好的保温材料 3、制品及应用 （1）竹材层压板 ? 3、5层板，板厚10-35mm ? 硬度大、强度高、弹性好、耐磨蚀、抗虫蛀 ? 制作房屋楼地板、建筑模板、火车车厢地板、家具、包装 材料 （2）竹材贴面板 ? 将竹材用碳酸氢钠蒸煮软化，旋切、干燥、拼接成图案用 脲醛树脂或白乳胶粘接基材。 ? 用作地板、护墙板家具的贴面 （3）竹材碎料板 ? 将竹材及下脚料，经刨片、再碎、施胶、热压、固结等工 艺处理而成的人造板材。 ? 用于内隔墙、地板、顶棚、建筑模板、门芯板及活动用房 (4)竹材原料 使用时要做防腐防蛀处理并粉刷油漆。 4、竹材的防腐 ? 用砷液、石炭酸液、醋酸铅液等浸渍 ? 用氟化钠溶液、食盐溶液浸渍 ? 先用明矾水溶液浸渍，后用水玻璃溶液涂刷 ? 防干裂：使用前，将竹材浸水数日，还能减少虫蛀。 §8-2木材的分类与构造 1、木材的特点 （1）优点： ? 轻质 ? 较高的强度 ? 较好的韧性 ? 导热系数低 ? 吸声 ? 电绝缘性好 ? 易加工 ? 装饰性好 （2）缺点： ? 构造上各向异性 ? 易燃 ? 易虫蛀、易腐朽 ? 受水及疵病影响性能波动大 目前，主要用作装饰、装修和制作家具的材料。 2、木材的分类 按树叶的外观形状分类： （1）针叶树 （软木材） 杉木、红松、白松、黄花松等 ? 叶呈针状 ? 树干通直、高大 ? 纹理顺直 ? 木质较软 ? 以加工 ? 表观密度（12度时的气干密度）小 ? 胀缩变形小 ? 耐腐蚀性较强 ? 常作承重材料 （2）阔叶树（硬木） 檀香紫檀（十檀九空）、黄花梨、酸 枝木（红木）、鸡翅木、乌木、铁木(最重）、金丝楠木、 香樟木、核（胡）桃木 、柚木、水曲柳、橡木（葡萄酒 桶）、榆木、椴木(铅笔、火柴）桦木、杨木等。 ? 材质坚硬 ? 密度大（贵重木材表观密度大于1g/cm3,遇水沉底） ? 加工较难 ? 胀缩变形大 ? 颜色、纹理美观（贵重木材油性大，呈金属色） ? 主要用作装修或制作家具 2、木材的构造 （1）宏观构造 用三个切面进行观察可看到： ? 横切面 树皮、髓心、木质部、年轮 a.木质部分为： ? 心材 色深、较硬、质量好 ? 边材 色浅、质量差 b.同一年轮内的木材又分： ? 春材（早材）色浅、较软 ? 夏材（晚材）色深、较硬 同一树种，年轮越密越均匀， 材质越好；夏材部分越多，木 材的强度越高。 （2）微观构造 ? 木材由大量管状细胞紧密结合而成，大部分沿树木纵向排 ? 树木细胞由细胞壁（纤维构成）和细胞腔构成 ? 细胞壁越厚、细胞腔越小，木材越密实，强度越大，胀缩 也大 ? 木材细胞按功能分为 a.管胞 起支撑和输送养分的作用 b.导管 壁薄而腔大 c.木纤维（木质素） 其作用是将纤维素、半纤维素粘结 在一起构成坚韧的细胞壁，使木材具有强度与硬度 ? 针叶树显微结构简单规则：由管胞和髓线(有的树种还有 树脂道，如松树）组成 ? 阔叶树显微结构较复杂：由导管、木纤维和髓线组成， 髓线、木材的物理性质 ? 密度1.48-1.56g/cm3 ? 含水率 木材易从周围环境中吸收水分，木材中的水分以 三种形式存在：自由水、吸附水、化合水。 a.自由水 存在于细胞腔及细胞间隙中。木材干燥时，它首先蒸发，影 响木材的表观密度、燃烧性和抗腐蚀性。 b.吸附水 存在于细胞壁中。木材受潮时，细胞壁首先吸水。吸附水的 含量是影响木材涨缩的主要因素。 c.化合水 木材化学组成中的结合水。占总量1-2%，常忽略不计。 新砍木材含水率一般大于35%，盖房子用的木材含水率要小于18%。 1 吸附水 自由水 2 水 1 自由水 2 吸附水 c.木材的纤维饱和点 木材中自由水为零，而细胞壁吸附水尚未饱和时， 木材的含水率。它是木材的物理力学性质随含水率变化而变化的转折 点。纤维饱和点随树种而异，一般为25-35%，平均30%。 坚硬木材涨缩率较大。由于各方向涨缩不均易产生翘曲和裂缝。 1-顺温抗拉强度；2-抗弯强度； 3-顺纹抗压强度；4-顺纹抗剪 2、木材的力学性质 (1)抗压强度 ? 顺纹抗压强度一般为30-70MPa ? 横纹抗压强度为顺纹抗压强度的10-20% （2）抗拉强度 ? 顺纹抗拉强度为顺纹抗压强度的2-3倍 ? 横纹抗拉强度为顺纹抗拉强度的1/20-1/40 （3）抗弯强度 约为顺纹抗压强度的1.5-2倍 （4）抗剪强度 ? 顺纹抗剪强度为顺纹抗压强度的1/7-1/3倍 ? 横纹抗剪强度低于顺纹抗剪强度，实际工程一般不出现木材的横纹受 剪 ? 横纹切断强度为顺纹抗剪强度的4-5倍 （5）影响木材强度的因素 ? 含水率 木材强度随含水率增加而降低，超过纤维饱和点 （30%）后下降趋缓。 ? 温度 木材强度随温度增加而降低，150度时，木质分解 加速而且碳化，275度时开始燃烧（含水率为零），木材 不宜用于环境温度50度以上。 ? 疵病 ? 承载时间 木材的持久强度约为标准强度的0.5-0.6倍。 §8-4木材的防腐与防火 1、木材的干燥 木材采伐后，使用前通常要进行干燥处理，控制其含水量， 以防止细菌腐蚀，减少木材在使用中产生收缩裂缝。 2、木材的腐蚀原因 （1）腐蚀木材的线)真菌的种类 ? 霉菌 生长在木材表面，使表面发霉，抛光后可去除。 ? 变色菌 使木材变色，影响外观，对强度无影响。 ? 腐朽菌 以木质素为养料，分泌酶来分解木材的细胞壁中 的纤维素、半纤维素，使木材腐朽。 2）真菌最适宜的生长繁殖条件 ? 温度 25-30度 ? 含水率 25-50% ? 一定量的空气 （2）腐蚀木材的昆虫 包括白蚁、天牛、蠹虫等。 3、防腐措施 ? 将木材置于通风、干燥处 ? 浸没于水中或深埋于地下 ? 表面涂油漆 ? 用化学防腐剂处理木材（浸泡、喷淋、注射） a.水溶性防腐剂 用于室内木构件的防腐。常见的有：氯化 锌、氟化钠、氟硅酸钠、硼砂等。 b.油剂防腐剂 用于室外、地下或水下木构件。毒性大、 持久、有刺激性臭味，使木材表面呈黑色。常见品种有： 煤焦油、蒽油、林丹五氯酸合剂、克里苏油。 4、木材的防火 ? 在木材的表面涂刷难防火涂料，如硅酸盐类、石膏、四氯 苯酐醇树脂。 ? 用金属材料覆盖 ? 用防火剂浸注木材 §8-5 木材的应用 木材用作结构材料，目前主要见于农村民居，或仿古建筑， 或古建筑的修复。主要用于制作家具或装饰装修材料。 因木材资源的稀缺及价格的昂贵，用实木（原木）制造家具 及装修，造价既高，木材的利用率也低。为提高木材的利 用率，降低成本，目前主要有以下人造木板材： 1、贴面板 用旋切的方法将装饰性好的木材切成薄片，粘贴在基材上。 2、胶合板 将旋切方式生产的木材薄片用胶粘剂粘结成板材，相邻板的 纤维方向垂直，层数 3-13，多用三合板及五合板。用于 制作家具、装饰墙面。 3、纤维板 用树梢、树皮、刨花、锯末等，经破碎、浸泡、热压、干燥 等工艺制成的人造板材。将木材的利用率提高到90%以上。 按表观密度分为： ? 硬质纤维板 表观密度大于800kg/m3,强度高，不易变形， 用作地面、墙面装饰及制作家具。 ? 中密度纤维板 表观密度500-800kg/m3,用于家具、地面、 室内隔断。 ? 软质纤维板 表观密度小于500kg/m3,用于吊顶。 4、细木板 即大芯板，用于制作门、家具、装修。 第九章 建筑功能材料 介绍防水材料、密封材料、灌浆材料、保温隔热材料、吸声 隔声材料。 建筑功能材料的作用：扩展建筑的功能、延长其寿命以及节 约能源。 §9-1防水材料 建筑物主要防水的部位有屋面、墙面、地面及地下室。 防水材料的分类： ? 刚性防水材料 防水混凝土、防水砂浆、瓦片 ? 柔性防水材料 防水卷材、防水涂料 9.9.1防水卷材 指具有一定的宽度和厚度并可卷曲的片状定型防水材料。 主要种类：沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材、合成 高分子防水卷材。 防水卷材应具有的性能： ? 耐水性 抵抗0.2-0.3MPa的压力水而不渗漏。用不透水性、 吸水性等指标 ? 温度稳定性 在一定温度变化范围内保持原有性能的能力。 用耐热度、耐热性等指标表示。 ? 机械强度、延伸性和抗断裂性 在一定载荷或一定变形的 条件下不断裂。用拉力、拉伸强度和断裂伸长率表示。 ? 柔韧性 在低温条件下保持柔韧性的性能。用柔度和低温弯 折性等指标表示。 ? 大气稳定性 在阳光、热、臭氧及其它化学侵蚀介质等因素 的长期综合作用下保持功能的能力。用耐老化性、热老化保 持率表示。 1、沥青防水卷材 用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青，表面撒布粉状、 粒状或片状材料而制成的防水卷材。 （1）常用品种 1）石油沥青纸胎油毡 按原纸每平米的质量克数分为200、350、500三种 标号；按物理性能分为合格品、一等品和优等品。 ? 规格：宽度915/1000；面积20±0.3m2/卷 200号油毡适用于简易防水、临时性建筑防水、防潮及包装等 350号和500号油毡用于多层建筑防水。 2）玻璃布胎沥青油毡 多用作纸胎油毡的增强附加层和突出部位的防水 层（其抗拉强度高、柔韧性好）。 规格：宽度915/1000；面积20±0.3m2/卷 3）玻纤毡胎沥青油毡 用于屋面或地下防水工程。 规格：宽度1000；面积20±0.2m2/卷（15号）；10±0.1m2/卷25，35号） 4）黄麻胎沥青油毡 常用作屋面增强附加层。 5）铝箔胎油毡 用于隔汽层 （2）应用 对于屋面防水，根据《屋面工程技术规范》（GB50207-94)： 沥青防水卷材仅适用于屋面防水等级为Ⅲ级（一般的工业与 民用建筑，防水耐用年限为10年）和Ⅳ（非永久性建筑，防水耐用年限 为5年）。 Ⅲ级防水多用三毡四油； Ⅳ级防水多用二毡三油。 （3）施工用的粘结剂： 1）冷底子油（属于基层处理剂） a.构成：30~40%的10号或30号石油沥青与60~70%的稀释剂（汽油、煤油、 柴油）配成。 b.制作：将石油沥青加热至180-200度脱水，冷却至130-140度，加入约 占溶剂10%的煤油或柴油，等降温至月70度，再加入全部溶剂（汽油） 搅拌均匀即可。 c.应用：可在常温下直接涂刷在基层材料（混凝土、砂浆、木材等）的 干燥表面，溶剂蒸发后形成沥青薄膜，在其上再浇铺沥青胶，二者极 易粘合为一体，使整个防水层与基底粘结牢固。 2）乳化沥青（可代替冷底子油） 3）沥青胶（沥青玛蹄脂）mastic asphalt mastic-胶、膏、胶粘剂、玛蹄脂 a.构成：沥青与适量的矿粉（石灰石粉/滑石粉）或纤维状矿物质（石棉 绒/石棉粉）填充料的混合物。 b.制作：热用与冷用两种。 ⅰ.热用：将沥青加热脱水后与一定量填料热拌后，趁热施工。 ⅱ.冷用：将沥青熔化脱水后，加入25~30%的溶剂，再加入 10~30%的填料，拌匀即可，可在常温下施工。 ⅲ.石油沥青玛蹄脂的技术要求(GB50207-94) 标号 S-60 S-65 S-70 S-75 S-80 S-85 耐热度（45℃，5h) ℃ 60 65 70 75 80 85 柔韧性（18±2℃，180度）弯 10 心圆棒直径/mm 粘结力（撕开脱离面积），≯ 15 15 20 25 30 1/2 ⅳ.石油沥青玛蹄脂选用标号(GB50207-94) 材料名称 沥青玛蹄脂 屋面坡度 历年最高气温/℃ 标号 1%~3% 3%~15% 15%~25% ＜38 38~41 41~45 ＜38 38~41 41~45 ＜38 38~41 41~45 S-60 S-65 S-70 S-65 S-70 S-75 S-75 S-80 S-85 2.高聚物改性沥青防水卷材 以合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层，纤维织物或纤维毡为胎体，粉 状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成的可卷曲片状防水卷材。 （1）特点 ? 温度稳定性好、拉伸强度高 ? 延伸率较大 ? 价格适中，属中低档防水卷材 （2）规格 宽度920，1000，1100，面积20，15，11，10，7.5，7，5m2 厚度为2mm,3mm,4mm,5mm等，一般单层铺设，也可复合使用。施工方 法：热熔法、冷粘法、自粘法。 （3）常用品种 ? SBS改性沥青防水卷材 以沥青或热塑性弹性体改性沥青浸渍胎基（玻纤毡或聚酯毡），两面涂 以弹性体沥青涂盖层，上、下表面撒以细砂、矿物粒（片）或覆盖聚 乙烯膜。 a.将10m2卷材的重量作为标号，玻纤毡胎基卷材分为25号、35号、45号； 聚酯毡胎基卷材分为25号、35号、45号、55号。 b.按卷材的物理性能分为：合格品、一等品、优等品。 c.适用于各建筑防水、防潮工程，尤其适于寒冷地区和结构变形频繁的 建筑物防水。35号以下品种用作多层防水；35号以上可用作单层或多 层防水的面层，并可采用热熔法施工。 ? APP改性沥青防水卷材 结构同SBS卷材,只是以热塑性塑料 （无规聚丙烯APP)改性沥青代替热塑性弹性体SBS改性沥青。 特别适用于高温或有强烈太阳辐射地区的建筑防水。 （4）用于屋面防水 适用于防水等级为Ⅰ级（特别重要的民用建筑和对防水有特 殊要求的工业建筑。防水耐用年限为25年）；Ⅱ级和Ⅲ级。 ? Ⅰ级屋面防水：除规定应有的一道合成高分子防水卷材外， 高聚物改性沥青防水卷材可用于应有的三道或三道以上防 水的各层，且厚度不宜小于3mm。 ? Ⅱ级屋面防水：在应有的两道防水设防中，应优先采用高 聚物改性沥青防水卷材，且所有卷材厚度不宜小于3mm。 ? Ⅲ级屋面防水：应有一道防水设防，或两种防水卷材复合 使用。单独使用，高聚物改性沥青防水卷材的厚度不宜小 于4mm；复合使用，高聚物改性沥青防水卷材的厚度不应小 于2mm. 3、合成高分子防水卷材 以合成橡胶、合成树脂或他们两者的共混体为基料，加入适 量的化学助剂和填充料等，经混炼、压延、或挤出而制成。 （1）特点 ? 拉伸强度和抗撕裂强度高 ? 断裂伸长率大 ? 耐热性和低温柔性好 ? 耐腐蚀耐老化 ? 属于新型高档防水卷材 （2）规格 长度10，15，20m,宽度1，1.1，2m,厚度分为1mm、1.2mm、1.5mm、 2.0mm。 一般单层铺设，冷粘或自粘施工。 （3）常用品种 1）聚氯乙烯（PVC)防水卷材 ? 材料组成：聚氯乙烯树脂+填充料+改性剂+增塑剂 ? 分类：S型（以煤焦油与聚氯乙烯树脂为主料）和P型（以增塑聚氯乙 烯树脂为主料），后者拉伸强度大。 ? 用于各类建筑的屋面防水工程和水池、堤坝等防水抗 渗工程 2）三元乙丙（EPDM)橡胶防水卷材 ? 具有优良的耐候性、耐臭氧性和耐热性。 ? 适用于防水要求高、耐用年限长的工民建的防水工程。 3)氯化聚乙烯-橡胶共混型防水卷材 ? 兼具氯化聚乙烯的高强度及优异的耐臭氧、耐老化性 能，和橡胶类材料的高弹性、高延伸性和良好的低温 柔性。 ? 特别适用于寒冷地区或变形较大的建筑防水工程。 （4）用于屋面防水 用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级屋面防水。 ? Ⅰ级屋面防水：必须至少有一道厚度不小于1.5mm的合 成高分子防水卷材。 ? Ⅱ级屋面防水：可采用一道或两道厚度不小于1.2mm的 合成高分子防水卷材。 ? Ⅲ级屋面防水：可采用一道厚度不小于1.2mm的合成高分 子防水卷材。 9.1.2防水涂料 1、定义 防水涂料是一种流态或半流态物质，可用刷、喷 等工艺涂布在基层表面，经溶剂或水分挥发或各组分间的 化学反应，形成具有一定弹性和一定厚度的连续薄膜，使 基层与水隔绝，起到防水、防潮的作用。 2、适用条件 各种复杂不规则部位的防水，能形成连续、 完整的防水膜。用于屋面防水、地下室防水、地面防水防 渗工程。 3、分类 1）按液态类型分为： ? 溶剂型 粘结性好，污染环境 ? 水乳型 粘结性差些，有发展前途 ? 反应型 2）按成膜物质分类 ? 沥青类 ? 高聚物改性沥青类 ? 合成高分子类 4、防水涂料应具备的性能 ? 固体含量 与成膜厚度及涂膜质量密切相关。 ? 耐热度 指成膜后的膜层在高温下不发生软化变形、不留 流淌。 ? 柔性 指膜层在低温下保持柔韧的性能。 ? 不透水性 一定水压，一定时间内不出现渗漏的性能。 ? 延伸性 防水涂膜适应基层变形的能力。 5、常用防水涂料 1）沥青基防水涂料 主要用于Ⅲ、Ⅳ级屋面防水、混凝土 地下室防水和卫生间防水。 ? 石灰乳化沥青防水涂料 以石油沥青为基料，石灰膏为乳 化剂，在机械强制搅拌下将沥青乳化制成。无毒、不燃、 可在潮湿基层上施工。 ? 膨润土乳化沥青防水涂料 ? 水性石棉沥青防水涂料 （2）高聚物改性沥青防水涂料 主要用于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级屋 面防水、地面、混凝土地下室防水和卫生间防水。 ? 再生橡胶改性沥青防水涂料 ? 氯丁橡胶改性沥青防水涂料 ? SBS橡胶改性沥青防水涂料 ? 聚氯乙烯改性沥青防水涂料 （3）合成高分子防水涂料 主要用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级屋面防 水、地面、地下室、水池防水和卫生间防水。 ? 聚氨酯防水涂料 ? 丙烯酸酯防水涂料 ? 环氧树脂防水涂料 ? 有机硅防水涂料 9.1.3建筑密封材料 1、定义 能承受位移并具有高气密性及水密性而嵌入建筑 接缝中的定型和不定型材料。 2、具备的性能 ? 高水密性和气密性 ? 良好的粘结性 ? 良好的耐高、低温性 ? 良好的耐老化性 ? 一定的弹塑性和拉伸-压缩循环性能 3、常用密封材料 1）沥青嵌缝油膏 ? 组成：石油沥青+改性材料+稀释剂+填充料 ? 应用： 屋面、墙面、沟槽、混凝土路面的防水嵌缝材料。 ? 施工：将缝内清理干净，涂刷冷底子油（石油沥青+稀释 剂）待其干后即嵌填油膏。 2）聚氯乙烯接缝膏和塑料油膏 ? 组成：煤焦油和聚氯乙烯树脂粉+增塑剂（邻苯二甲酸二 丁酯、邻苯二甲酸二辛脂）+稳定剂（三盐基硫酸铝、硬 脂酸钙）+填充料（滑石粉、石英粉） 在140度下塑化而 成。 ? 应用： 用于屋面嵌缝或表面涂布做防水层、水渠、管道 接缝、工业厂房自防水屋面嵌缝、大型墙板嵌缝。 3）丙烯酸类密封膏 ? 组成： 丙烯酸树脂+增塑剂+分散剂+碳酸钙+增量剂 ? 应用： 屋面、墙板、门、窗嵌缝，缝宽一般9-15mm，不 宜太大。因耐水性不强，不宜用于广场、公路、桥面的接 缝以及水池、堤坝等水下接缝。 4）聚氨酯密封膏 ? 组成： 双组分构成，甲组-含有异氰酸基的预聚体； 乙组分-含有多羟基的固化剂与增塑剂、填充料、稀释剂。 使用时将甲乙两组按比例混合。 ? 应用： 特别适于游泳池工程，以及公路、机场跑道的接 缝补缝、玻璃、金属材料的嵌缝。 5）硅酮密封膏 ? 组成： 氧烷聚合物+硫化剂+硫化促进剂+填料 ? 应用： 分为F类与G类 a. F类适于预制混凝土墙板、水泥板、大理石板的外墙接缝， 混凝土和金属框架的粘结，卫生间和公路接缝的防水密 封。 b. G类主要用于镶嵌玻璃和建筑门、窗的密封。 §9-2灌浆材料 1、定义 在压力作用下注入构筑物的缝隙孔洞中，具有增加 承载能力、防止渗漏以及提高结构的整体性能等效果的一 种工程材料。 2、分类 1）固粒灌浆材料 ? 水泥浆 ? 黏土浆 ? 水泥黏土浆 2）化学灌浆材料 ? 甲基丙烯酸甲酯（甲凝） ? 丙烯酰胺（丙凝） ? 聚氨酯（氰凝） ? 环氧树脂 ? 木质素和水玻璃等 3、具备的性能 ? 良好的可灌性 ? 胶凝时间可调性 ? 良好的粘结性 ? 良好的强度 ? 良好的抗渗性、耐久性 4、常用灌浆材料 1）水泥灌浆材料 ? 主要成分：各类硅酸盐水泥+水+外加剂（有时加砂子） ? 特点：胶结性能好、无毒、固结强度高、施工方便、成本 低。 ? 应用：适于灌缝的宽度大于0.15mm或渗透系数大于1m/d的 岩层。用于岩石、基础或结构物的加固和防渗堵漏、后张 法预应力混凝土的孔道灌浆以及制作压浆混凝土。 2)水玻璃灌浆材料 ? 主要成分：硅酸钠(Na2O·nSiO2 ）或硅酸钾（模数2.4-2.6） +水+促凝剂 ? 特点：具有较强的粘结性，在促凝剂作用下能快速形成硅 酸凝胶，填充缝隙及毛细孔（Φ ＜0.5mm），耐酸碱、耐 高温。 ? 应用：土质基础或结构的加固及防渗堵漏。 3）环氧树脂灌浆材料 ? 主要成分： 环氧树脂（主要是双酚A型）+固化剂、促进 剂（如乙二胺）+稀释剂（苯、二甲苯、丙酮）+增塑剂 （邻苯二甲酸二丁酯）。 ? 特点：强度高、粘结力强、收缩小及化学稳定性好。 ? 应用： 重要结构裂缝的修复和漏水裂缝的处理。 4）甲基丙烯酸甲酯灌浆材料（甲凝） ? 主要成分：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯+氧化剂（过 氧化苯甲酰）+还原剂（二甲基苯胺）+抗氧剂(对苯亚磺酸） ? 特点：灌浆时粘度比水低，渗透力强，扩散半径大，可灌缝 隙0.05-0.1mm；聚合后强度和粘结力很高，光稳定性及耐 酸碱性好。 ? 应用：应在干燥条件下使用，不宜直接堵漏。可用于大坝、 油管、船坞和基础等混凝土的补强与堵漏。 5）丙烯酰胺灌浆材料（丙凝） ? 主要成分：丙烯酰胺+交联剂、促进剂、引发剂 ? 特点： 粘度低（与水接近），可灌性极好；强度低，有一 定毒性，干燥条件下会产生收缩裂缝。掺加脲醛树脂或水泥 可提高其强度。 ? 应用: 用于大坝、基础等混凝土的补强、堵漏及防渗。 6）聚氨酯灌浆材料（氰凝） ? 主要成分： 多异氰酸脂、含羟化合物、稀释剂、阻聚剂 促进剂 ? 特点： 聚合体抗渗强、结石后强度高，胶凝工作时间可 控。 ? 应用： 地下工程的渗漏补强和混凝土工程结构补强。 §9-3绝热材料 9.3.1绝热材料的绝热机理 1、热量的传递方式 ? 导热： 由于物体各部分直接接触的物质质点（分子、原 子、自由电子）做热运动而引起的热能传递过程。 ? 对流： 较热的液体或气体因热膨胀，密度减小而上升， 较冷的液体或气体补充过来，形成热的循环传递。 ? 热辐射：靠电磁波传递热量。 实际的传热 根据热源不同及传热介质的不同往往以一种为 主同时存在其他方式。墙体等实体结构以导热为主。 2、热量通过围护结构的计算 1)总的传热量 Q=λ (t1-t2) ·F·Z/a Q—总的传热量，J或kcal; λ —材料的导热系数，W/(m·K)或kcal/（m·h·℃); t1,,t2 —壁体内、外表面的温度，K或℃； F—导热表面积，m2; Z—传热时间，s或h. a—壁体厚度，m. 由上式可知，降低传热量的方法： ? 采用λ 值较小的材料 ? 增加壁厚a 多数建材的导热系数值介于0.029-3.49 W/(m·K)； 建筑中，把导热系数值小于0.23 W/(m·K)的材料称为绝热材 料。 2）热流强度与热阻 ? 热流强度 q= λ (t1-t2)/a ? 热阻 R=a/λ 3、绝热材料的类型 1）多孔性 沿固相传热路线加长；沿气孔传热阻力增大。 2）纤维型 3）反射型 I0 IB IA 材料对热辐射的能量反射率B=IB/I0.。铝箔反射率为0.95. 应用实例：热反射玻璃（镀覆金属膜或金属氧化膜），利乐 枕包装奶。 9.3.2绝热材料的性能 1、导热系数 受到以下因素的影响： ? 材料的物质构成：化学组成和分子结构较简单的物质比结 构复杂的物质有较大的导热系数。如钢材比木材导热系数 大。 ? 孔隙率：孔隙率越大，一般来说，导热系数越小。 ? 温度: 导热系数随温度升高而增大。 ? 湿度： 材料受潮吸水后，会使导热系数增大。因为水的 导热系数比空气的大20倍；而冰的则为空气的80倍左右。 ? 热流方向：热流方向与纤维长度方向垂直时的导热系数大 于热流方向与纤维长度方向平行时的导热系数。 2、温度稳定性 3、吸湿性 绝热材料外面要做防潮层。 4、强度 主要为抗压与抗折强度。 绝热材料一般要达到以下要求： ? 导热系数不宜大于0.23W/(m·K)； ? 表观密度或堆积密度不宜大于600kg/m3; ? 块状材料的抗压强度不低于0.3MPa； ? 在实际使用温度下，具有稳定性。 9.3.3常用绝热材料及其性能 1、硅藻土 ? 导热系数λ =0.06W/(m·K) ? 使用温度900℃ ? 用作填充料或制砖 2、膨胀蛭石（将粒状天然蛭石煅烧，使其膨胀5-10倍，成蜂窝泡沫状） 堆积密度：80-200kg/m3 耐碱不耐酸，电绝缘性不好，吸水性较强 ? 导热系数λ =0.046-0.07W/(m·K) ? 使用温度1000-1100℃ ? 用作填充料或与水泥及水玻璃制作膨胀蛭石制品。如膨胀蛭石轻集料 混凝土墙板等轻质构件在工程应用广泛。 3、膨胀珍珠岩（将天然珍珠岩颗粒高温加热，使其膨胀成蜂窝泡沫状） 堆积密度：70~250kg/m3 ? 导热系数λ =0.047-0.07W/(m·K) ? 使用温度-200-800℃, ? 耐腐蚀，不燃烧 ? 缺点是易吸水，，要做防水封闭层。 ? 用其散粒层做屋面防水，用胶粘剂将其散粒制成板、砖、管瓦等产品， 也可混凝土、砂浆骨料提高保温性。 4、发泡粘土 ? 加热使粘土膨胀具有绝热性，用作填充材料或混凝土轻骨料。 ? 导热系数λ =0.105W/(m·K) 5、轻质混凝土 ? 轻骨料混凝土λ =0.222W/(m·K)(水玻璃+陶粒+蛭石砂+水） ? 泡沫混凝土λ =0.082-0.186W/(m·K)由发泡剂、水泥、粉煤灰、石 粉等制成，内部空隙细小（小于2mm）而封闭，保温、隔音性能优于 加气混凝土，表观密度可低于500kg/m3。 ? 加气混凝土（加气块）λ =0.093-0.164W/(m·K)，内部空隙细小 （小于2mm）而联通，表观密度多大于500kg/m3 。 6、微孔硅酸钙 7、泡沫玻璃 8、岩棉、玻璃棉及矿渣棉 以岩石、砂、矿渣及辅料为原料高温熔化成液体，通过喷吹、 离心等工艺制成的棉丝状保温材料。 特点：质轻、耐高温、防腐、保温、吸音、防火 原棉表观密度：50-200kg/m3 制品表观密度：约80kg/m3 制品：板材、毡、管、壳等，如装饰吸音板、防火保温板、 防水卷材、管道保温毡、墙体复合保温层、屋面保温层、 隔音防火门。 9、陶瓷纤维 10 、吸热玻璃 11 、热反射玻璃 12 、中空玻璃 13 、窗用绝热薄膜（贴在玻璃上） 14 、泡沫塑料 ? 聚氨基甲酸酯泡沫塑料 屋面、墙面绝热，吸声、浮力、 包装、衬垫。 ? 聚苯乙烯泡沫塑料 ? 聚氯乙烯泡沫塑料 15 、碳化软木板 将软木外皮破碎、加热处理制成。 16 、纤维板 17 、蜂窝板 两块较薄的面板，夹一层较厚的蜂窝状芯板。 §9-4吸声隔声材料（sound-absorbing material） 9.4.1概述 1、吸声系数 α =E/E0 E---被材料吸收的声能 E0 ---入射声能 2、吸声材料 对于125、250、500、1000、2000、4000Hz六 个频率的平均吸声系数大于0.2的材料。 3、吸声材料应用 ? 音乐厅、影剧院、大会堂、播音室内部的墙面、地面、顶 棚等部位。 ? 材料强度较低且易吸湿，安装位置在一定高度以上，以免 撞坏，且要做防水、防腐、防蛀处理。 9.4.2吸声材料的类型及其结构形式 1、多孔性吸声材料 吸声原理：声波引起孔隙内的空气震荡，使相当一部分声能 转化为热能而被吸收。 （1）材料表观密度及构造的影响 ? 表观密度↑， →低频吸声效果↑，高频吸声↓ ? 孔隙率↑，孔隙细小→吸声效果↑ （2）材料厚度 厚度↑ →低频吸声效果↑ （3）背后空气层的厚度 ? 一般5-15mm ? 等于1/4波长的奇数倍时，吸声效果最好 （4）表面特征 表面的空洞和开口孔隙对吸声是有利的。 2、薄板振动吸声结构 薄板固定在墙或顶棚的龙骨上，背后 留有空气层 ? 建筑中常用薄板振动吸声结构的共振频率为80-300Hz ? 常用板为：胶合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉 水泥板、金属板 3、共振腔吸声结构 4、穿孔板组合共振腔吸声结构 5、柔性吸声材料 具有密闭气孔和一定弹性，如PVC泡沫板 6、悬挂空间吸声体 7、帘幕吸声体 9.4.3隔声材料 1、声波透射系数 τ =Eτ /E0 E0---入射总声能 Eτ —透过材料的声能 2、空气声 经由空气直接传播或声波使材料或构件产生振 动，使声音传至另一空间。 3、结构声（固体声） 由于机械振动或撞击使材料或构件振 动发声。 4、隔声材料 （1）对于空气声 选择密实厚重的材料，如粘土砖、钢板、钢筋混凝土等。 （2）对于结构声 ? 采用弹性材料作为楼板面层，如厚地毯、软木地板等。 ? 在楼板基层与面层间加弹性垫层材料，如矿棉毡、玻璃棉 毡、橡胶板、软质纤维板等。 ? 在楼板基层下设置弹性吊顶，如纤维板、石膏板、板条吊 顶。 第十章装饰材料 §10-1概述 1、装饰材料的分类 1）按部位分为 ? 外墙装饰材料 ? 内墙装饰材料 ? 地面装饰材料 ? 顶棚装饰材料 ? 其它---门窗、龙骨、卫生洁具、建筑五金 2）按化学组成分为 ? 无机装饰材料 包括金属与非金属 ? 有机装饰材料 2、建筑装饰材料的性能 ? 颜色、光泽、透明性 ? 质感 ? 形状与尺寸 ? 立体造型 ? 耐玷污性、易洁性与、耐擦性 §10-2装饰石材 10.2.1天然石材 1、装饰用岩石 ? 火成岩—花岗岩、玄武岩 ? 沉积岩—石灰岩（青石）、砂岩 ? 变质岩—大理石、石英岩 2、石板 1）天然大理石(云南大理城）－ｍａｒｂｌｅ ? 成分 CaO\MgO\SiO2 ? 特点 较致密、强度高、吸水率低、表面硬度不大、耐风 化差 ? 品种 白色（汉白玉，耐风化可用于室外）、彩色 ? 规格 长度300-1220mm,宽度150-915mm，厚度多为20mm, 也有较薄的品种 ? 质量等级 优等品A、一等品B、合格品Ｃ ? 标记 房山汉白玉（Ｍ）Ｎ ６００×４００ ×２０ Ｂ ＪＣ ７９ ２）天然花岗石－－ｇｒａｎｉｔｅ ? 主要成分 ＳｉＯ２ ? 特点 致密＼强度高＼耐久＼耐风化＼耐火性差（含石 英，受热膨胀） ? 品种 北京白虎涧，济南青，四川石棉红，湖北将军红， 山西灵邱贵妃红；国际：巴西黑，非洲黑，印度红。 ? 标记 济南青（Ｇ）Ｎ ＰＬ ４００ ×４００ ×２０Ａ ＪＣ ２０５ ＰＬ－镜面 Ｎ－－普型（异型Ｓ） ３、天然石材的放射性问题 ? 大多数石材放射性极小，不会危害人体健康 ? 花岗石及部分大理石放射性等级： A，B(不能用于居室室 内），C(只用于室外） 10.2.2人造石材 1、水泥型人造大理石 硅酸盐（铝酸盐）水泥+砂+碎花岗石+水 浇筑成型、养护、抛光 2、树脂型人造大理石 不饱和聚酯+石英砂+大理石、方解石粉+固化剂 3、复合型人造大理石 采用无机与有机两种胶凝材料制成。 4、烧结型人造大理石 长石、石英、辉石、方解石+铁矿粉+高岭土 1000度窑中烧结而成。 §10-3建筑陶瓷装饰制品 10.3.1陶瓷的基本知识 1、陶瓷的分类 （1）陶质制品 ? 特点：原料要求不高，有一定的吸水率（大于10%），断 面无光，不透明，敲击声哑，可施釉，也可无釉。 ? 制品： 砖瓦、陶管、盆罐（粗陶，多为一次烧成）；建 筑精陶（釉面砖）、美术精陶、日用精陶（精陶，两次烧 成）。 （2）瓷质制品 ? 特点：原料质量要求高，坯体致密，吸水率低于1%，敲击 声脆，通常施釉。 ? 制品： 日用餐具、茶具、陈列瓷、美术瓷等。 （3）炻质制品： 性能介于陶与瓷之间。制品有外墙砖、地 砖、宜兴紫砂陶（细炻器）。 2、生产陶瓷制品用原材料 （1）可塑性物料—粘土 主要矿物为含水铝硅酸盐、杂质有云母、铁化合物、石英 等。可细分为： ? 耐火粘土 耐火度1500℃以上，原料杂质少，焙烧后坯 体色白，----内墙面砖、瓷器。 ? 难熔粘土 耐火度1350-1500 ℃，制造外墙面砖、地砖。 ? 易熔粘土 耐火度1350 ℃以下，生产普通砖瓦。 （2）助熔物料（助熔剂） ? 作用 使烧结温度↓，密实度和强度↑，其副作用：耐 火度、体积稳定性、高温下抗变形能力↓。 ? 常用品种 长石、铁化合物、碳酸钙（镁）。 （3)有机物料 锯末、糠皮、煤粉—提高原料的可塑性。 3、成型方法(焙烧前） ? 半干压法 将含水5%-8%的坯料加压（10-25MPa)成型。 ? 浇注法 将含水率达40%呈泥浆状的原料在位于传送带上 的耐火质多孔垫板上浇注成型。可实现机械化、自动化生 产。 4、生产工艺 10.3.2陶瓷的装饰 1、釉的作用与分类 （1）作用 覆盖于陶瓷坯体表面的玻璃质薄层（120140μ m)，使陶瓷制品表面密实、光亮、不吸水、抗腐蚀、 耐风化、易清洗及装饰作用。 （2）原料 ? 天然原料 高岭土、长石、石英、石灰石、滑石、含锂矿 物、含锆矿物 ? 化工原料（助剂） 工业硼砂、硝酸钾、碳酸钙、氧化锌 （助熔剂）；工业纯氧化钛、氧化锑、铅丹、氟硅酸钠 （乳浊剂）；钴、锰、铁、镍、铬的化合物（着色剂）。 （3）分类 釉常见的分类见下表: 分类方法 按坯体种类 按化学组成 按烧成温度 按制备方法 按外表特征 种类 瓷器釉、陶器釉、炻器釉 长石釉、石灰釉、滑石釉、混合釉、硼釉、 铅硼釉、食盐釉、土釉 易熔釉（1100℃以下）、中温釉（11001250 ℃）、高温釉(1250 ℃以上） 生料釉、熔块釉 透明釉、乳浊釉、有色釉、光亮釉、无光 釉、结晶釉、砂金釉、碎纹釉、珠光釉 2、釉下彩绘 ? 在生坯或素烧釉坯上进行彩绘，然后施一层透明釉，再经 釉烧而成。 ? 青花瓷、釉丹红、釉下五彩。 3、釉上彩绘 ? 在釉烧过的陶瓷釉上用低温彩釉进行彩绘，然后在不高的 温度下彩烧而成。 ? 缺点是画面易磨损，光滑性差，有时发生彩料中铅熔出造 成人体中毒。 4、贵金属装饰 将金、银、铂等贵金属在陶瓷釉上装饰，常见于高级细瓷制 品。 10.3.3建筑陶瓷制品 1、釉面内墙砖（精陶） ? 坚固耐用、色彩艳丽、易于清洁、防火、防水、耐磨、耐 腐蚀。 ? 正面施釉、背面有凹凸纹，便于粘贴施工。 ? 品种—白色釉面砖、彩色釉面砖、印花釉面砖等。 ? 用于室内卫生间、厨房等。 2、墙地砖 墙砖和地砖的总称，包括外墙装饰贴面砖和室 内外地面装饰铺贴用砖。 ? 彩色釉面陶瓷墙地砖 ? 无釉陶瓷地砖 ? 新型墙地砖 劈离墙地砖 仿花岗岩墙地砖 钒钛饰面板 金属光泽釉面砖 渗花砖 玻化墙地砖 3、陶瓷锦砖（mosaic) 室内铺地、外墙饰面。 4、琉璃制品 仿古建筑的砖瓦。 5、陶瓷壁画 内外墙装饰，用于地铁、机场、车站等地点。 §10-4建筑装饰玻璃 ? 占到墙体面积的50%以上 ? 作用：控制光线、调节热量、节约能源、控制噪音、降低 建筑物自重提高建筑艺术水平。 10.4.1玻璃的基础知识 1、原料及生产 ? 以石英砂、纯碱、石灰石、长石为主要原料，其中的主要 成分为SiO2(含量72%左右）、Na2O (含量15%左右）、CaO (含量9%左右）以及少量的Al2O3、MgO等。 ? 将原料加热到1550-1600℃熔融、成型快速冷却而制成玻 璃产品。 2、基本性质 ? 普通玻璃的密度为2.5-2.6g/cm3,几乎无孔隙，属致密材 料。 ? 具有透光、反射光、吸收光的能力。根据用途而定。用于 采光、照明的玻璃，要求透光好，如一般3mm窗玻璃可见 光的透射比为87%，5mm玻璃为84%。 ? 导热系数一般为0.75-0.92W/m·K（约为铜的1/400）,属热 的不良导体。 ? 热稳定性：玻璃抵抗温度变化而不破坏的性质。玻璃抗急 热能力强于抗急冷的能力，因为后者造成玻璃表面受拉。 ? 抗压强度一般可达600-1200MPa;抗拉强度40-80MPa.常温 下具有弹性，E=60-70MPa. ? 具有较高的化学稳定性。一般情况下，对酸（氢氟酸除 外）、碱、盐及化学试剂或气体等具有较强的抵抗力。 玻璃的导热系数 名称 平板玻璃 化学玻璃 石英玻璃 石英玻璃 石英玻璃 玻璃砖 泡沫玻璃 泡沫玻璃 泡沫玻璃 ρ0 2500 2450 2210 2210 2250 2500 140 166 300 λ 0.75 0.93 0.71 1.35 2.71 0.81 0.052 0.087 0.116 名称 λ 充氮夹层玻璃（D=12.03,一个氮气层） 0.097 充氮夹层玻璃（D=21.42,二个氮气层） 0.092 充氮夹层玻璃（D=30.16,三个氮气层） 0.089 干空气夹层玻璃（ D=12.03,一个空气层） 0.096 干空气夹层玻璃（ D=21.04,二个空气层） 0.089 干空气夹层玻璃（ D=29.83,三个空气层） 0.089 夹层玻璃（ D=8.6,空气层3，四周玻璃条） 0.103 夹层玻璃（ D=15.92,空气层10，四周玻璃条）0.094 夹层玻璃（ D=15.92,空气层6，四周橡皮条） 0.128 10.4.2建筑玻璃的主要品种 1、平板玻璃 ? 包括窗用玻璃、磨光玻璃、磨砂玻璃、压花玻璃、有色玻 璃、镜面玻璃等。 ? 厚度2，3，4，5，6mm等，以3mm厚的玻璃用量最大。 2、中空玻璃 ? 由两片或多片平板玻璃构成，中间充入干燥空气或惰性气 体，四周用胶接、焊接或熔接密封。 ? 用于采暖、空调、防止噪声、防结霜等建筑上。 3、钢化玻璃（安全玻璃） ? 将玻璃加热到玻璃软化温度，经迅速冷却或用化学方法钢 化处理而成。 ? 机械力学性能强，破碎后棱角不尖锐，不伤人；但不能切 割、磨削、边角不能敲击。 ? 常用品种：普通钢化玻璃、钢化吸热玻璃、磨光钢化玻璃 ? 平钢化玻璃用于建筑门窗、隔墙、幕墙、橱窗、家具。 ? 曲面钢化玻璃用于汽车、火车、船舶、飞机等。 4、夹丝玻璃（钢丝玻璃、防碎玻璃） ? 将普通平板玻璃加热到红热软化状态，再将预热处理的钢 丝或钢丝网压入玻璃中间而制成。 ? 强度高、碎片不会飞散，因而不伤人；能防火。 ? 用于建筑的防火门窗、天窗、采光屋顶、阳台等。 5、夹层玻璃 ? 在两片或多片玻璃原片之间用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂 胶片，经加热、加压粘合而成的平面或曲面复合玻璃。 ? 抗冲击性能高于一般平板玻璃几倍，可制成防弹玻璃。碎 时不会伤人。 6、钛化玻璃 ? 用钛金箔膜（铁甲箔膜）经由特殊粘合剂与玻璃结合。 ? 抗冲击、抗击穿、不破裂成碎片、防高温、防紫外线、防 太阳能，属于最安全玻璃。 7、压花玻璃 8、毛玻璃 ? 透光，不透视。用于卫生间、浴室、办公室门窗及隔断、 黑板。 ? 包括磨砂玻璃、喷砂玻璃、酸蚀玻璃等。 9、热反射玻璃（镀膜玻璃、镜面玻璃） ? 在玻璃表面喷涂金、银、铜、铝、铬、镍、铁等金属及金 属氧化物或粘贴有机薄膜等工艺制成。 ? 透光、热反射。用作门窗、幕墙。 10、吸热玻璃 ? 制造：在普通玻璃中加入一定量的着色剂（氧化亚铁、氧 化镍）或在玻璃表面喷涂能吸热和着色的氧化膜（氧化锡、 氧化锑） ? 玻璃颜色有蓝色、茶色、灰色、绿色、古铜色等。 ? 吸收太阳的辐射热、可见光、紫外线，一定的透明度（能 清楚地观察室外景物）色彩经久不变。 ? 用于高档建筑物的门窗或玻璃幕墙。 11、玻璃锦砖（玻璃马赛克） ? 以玻璃为基料并含有未熔解的微小晶体（主要为石英）的 乳浊制品，属小规格的彩色饰面玻璃。 ? 规格：20*20*4.0、25*25*4.2、30*30*4.3 ? 表面光滑、色泽柔和、抗污性好、可拼成彩色图案。 ? 多用于外墙贴面。 12、玻璃砖（特厚玻璃） ? 包括空心砖和实心砖。 ? 空心砖常用规格：190*190*80 ? 玻璃空心砖-砌筑透光墙壁、非承重隔墙、淋浴隔断等。 §10-5建筑装饰涂料 10.8.1涂料的分类 1、作用：涂料借助于刷涂、辊涂、喷涂等覆盖建筑物表面， 具有丰富的色彩和质感装饰、美化建筑，延长其使用寿命。 2、原料：过去多为天然树脂、松香、大漆、虫胶、亚麻仁 油、桐油、豆油---油漆；现在人工合成树脂为主要原 料—涂料。 3、组成： （1）主要成膜物质： ? 天然树脂（大漆、虫胶） ? 人造树脂（松香甘油酯、硝化纤维） ? 合成树脂（醇酸树脂、聚丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯、 氯磺化聚乙烯、聚乙烯醇系缩聚物、聚醋酸乙烯及其共聚 物等） ? 植物油料（桐油、梓油、亚麻仁油）及硅溶胶 （2）次要成膜物质（涂料中各种颜色） ? 着色颜料 如铅铬黄、铁黄（无机），甲苯胺红（有机） ? 体质颜料（填料） 不具备着色能力，起填充、骨架作用 包括粉料（重晶石粉、滑石粉
