[理学]土木工程材料课件

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1、建筑建筑材料材料复习复习 混凝土混凝土混凝土混凝土砌筑材料砌筑材料砌筑材料砌筑材料沥青沥青沥青沥青胶凝材料胶凝材料胶凝材料胶凝材料高分子高分子高分子高分子木材木材木材木材钢材钢材钢材钢材第1章 土木工程材料的基本性质1.1 材料的基本物理性质(physical properties)1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度*(1)密度(density)*P8近似密度（视密度）(apparent density)(2) 材料的体积密度（ density ）(3)表观密度表观密度(apparent density)(4) 堆积密度（散粒体）(bulk density)(for particles

2、)压实密度（compacted density）表1-1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度第1章 土木工程材料的基本性质1.1.2 材料的密实度与孔隙率(1)密实度(density)(2)孔隙率(porosity)1.1.3 材料的填充率与空隙率（散粒体）(1)填充率(filling ratio)(2)空隙率(voids ratio, void content, void volume)第1章 土木工程材料的基本性质1.2 材料与水有关的性质1.2.1 材料的亲水性与憎水性hydrophilicity*(1)亲水性QINGSHUI.SWF（被水润湿P8 ）(hydrophilic prope

3、rty)(2)憎水性（润湿角90）(hydrophobic nature)1.2.2材料的含水状态（材料的含水状态）1.2.3材料的吸水性与吸湿性*(1)吸水性(water absorptivity)用吸水率表示质量吸水率(water absorption)材料体积的吸水率(2)吸湿性(hydroscopic nature) 用含水率表示*含水率(moisture content)*1.2.3 材料的耐水性(抗水性)(water resistance)P12*软化系数(softening coefficient)*1.2.4 材料的抗冻性与抗渗性(1)抗冻性(frost resistance)

4、水结冰时体积约增大9，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环(freezing and thawing circle)抗冻标号(grade) （等级） D15(Dong)F15(Freeze)(2)抗渗性(impermeability)渗透系数(coefficient of permeability)抗渗等级（抗渗标号 ） S(Shen) P(Permeate)第1章 土木工程材料的基本性质1.3 材料的基本力学性质1.3.1 材料的强度(strength)(1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(2)材料的抗弯强度表1.2 常用材料的强度/MPa1.3.2 材料的弹性与塑性1.3.3 材料的脆性与

5、韧性1.3.4 材料的硬度和耐磨性1.3.4.1材料的硬度1.3.4.2材料的耐磨性第1章 土木工程材料的基本性质1.4 材料的热工、声学、光学性质及材料的耐久性1.4.1 材料的热工性质(1)材料的导热性导热系数*影响材料导热系数的主要因素物质构成、微观结构表观密度与孔隙构造湿度温度热流方向第1章 土木工程材料的基本性质(2)材料的热容量(heat capacity)比热容1.4.2 材料的声学性质(1)吸声性(sound absorption)吸声系数(sound-absorption coefficient)(2)隔声性（材料的隔声性） (sound insulation)材料的密度 材

6、料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：密度，gcm3； m 材料在干燥状态的质量，g； V 材料的绝对密实状态下的体积，cm3。 材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：0表观密度，kgm3； m 材料的质量，kg； V0材料在自然状态下的体积（含含材材料料实体体及及闭口口空空隙体隙体积），m3。材料的体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：0表观密度，kgm3； m 材料的质量，kg； V0材料在自然状态下的体积（含含材材料料实体体及及闭口口空空隙、隙、闭口空隙体口空隙体积），m3。材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在在自自然

7、然堆堆积状状态下下，单位体积的质量。按下式计算：式中： 材料的堆积密度，kgm3； m 材料的质量，kg； 材料的自然(松散)堆积体积(包包括括材材料料固固体体颗粒粒体体积及及其其闭口口、开开口口空空隙隙体体积和和颗粒粒之之间空空隙隙的的体体积)，m3。材料的堆积密度材料的密实度材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：材料的孔隙率材料体积内，孔隙体积所占总体积的百分率。按下式计算：密实度与孔隙率的关系可表示为：DP=1即密实度孔隙率=1。材料的孔隙率对应开口孔和闭口孔的孔隙率分别称为开口孔隙率和闭口孔隙率。材料的填充率 散粒材料堆积体积中，被颗粒所填充的程度。按下式计算：材料的空隙率 散粒

8、材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算：即：DP=1或填充率空隙率=1。材料的质量吸水率 材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：1、质量吸水率 指材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料干质量的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下式表示：式中：Wm材料质量吸水率，%； mg材料干燥状态下质量，g； mb材料吸水饱和状态下质量，g。材料的含水率 材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示，即式中：W材料质量吸水率，%； ms材料含水时的质量，g； mg材料干燥状态下的质量，g。材料的软化系数* 材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水

9、性，用软化系数表示，即式中：KR材料的软化系数； fw材料在吸水饱和状态下的强度，MPa； f 材料在干燥状态下的强度，MPa。材料的软化系数 0.85的材料称为耐水材料材料的渗透系数 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，用渗透系数表示，即式中：K渗透系数，cmh； Q透水量，cm3； d试件厚度，cm； A透水面积，cm2； t渗水时间，h； H静水压力水头，cm。材料的抗渗等级表示混凝土抗渗能力的指标。即28天龄期的混凝土标准试件在标准试验方法下能承受的最大水压力值。 P=10H1 (1-15)式中：P抗渗等级； H试件开始渗水时的水压力，MPa。 S (Shen) P (Permeate

10、)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(compressive, tensile and shear strength)材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算：式中：f材料的强度，MPa； Fmax破坏时最大荷载，N； A受力截面面积，mm2。材料的抗弯强度(bending strength)1)二分法。将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则抗弯强度按下式计算：2)三分法。在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载，则抗弯强度按下式计算：式中：fm抗弯强度，MPa； Fmax弯曲破坏时最大荷载，N； b、h试件横截面的宽及高，mm； L两支点间的距离，mm。材料的弹性与塑性、脆性与韧性

11、弹性：弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，变形能完全消失的性质。(elasticity)塑性：塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状，并不产生裂缝的性质。(plasticity)脆性：脆性：材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。(brittleness, fragility)韧性：韧性：材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。(fracture toughness)材料的导热系数*(coefficient of thermal conduction)材料传导热量的性

12、质称为导热性，以导热系数表示，即式中：导热系数，W(mK)； Q总传热量，J； a材料厚度，m； A热传导面积，m2； t热传导时间，h； T2T1材料两面温度差，K。可将本式与材料的渗透系数定义式比较理解和记忆材料的吸声系数(acoustical coefficient) 声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数()，即式中：Ea穿透材料的声能； E材料消耗的声能； E0入射到材料表面的全部声能。材料的体积密度(density)材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中： 材料的堆积密度，kgm3； m 材料的质量，kg； V 材料

13、的自然外形体积(包括材料固体颗粒体积、开口及其闭口空隙体积体积)，m3。材料体积的吸水率 材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：2、质量吸水率 指材料在吸水饱和状态下，所吸水的体积占干燥材料自然状态下体积的百分率，即材料吸水饱和时的含水率。按下式表示：式中：Wv材料体积吸水率，%； V干燥材料自然状态下体积，cm3； w水的密度，g/ cm3 。材料的隔声性隔声性（隔声性（sound insulation） ：材料隔绝声音的能力。材料的隔声性用隔声量来表示：R材料的隔声量（分贝，dB）Eo入射到材料表面的总声能Ea透过材料的声能基础知识基础知识2.1

14、2.1 2.1 2.1 建筑钢材的生产建筑钢材的生产建筑钢材的生产建筑钢材的生产 2.2.1 2.2.1 炼钢（炼钢2.2.2.2.2、浇注（浇注、脱氧 2.2.2.2.3、脱氧（脱 氧2.2.2.2.4、加工（钢材的加工钢材轧制*钢材的轧制钢材热处理钢材的热处理钢材的生产过程（钢材的生产过程第二章第二章 钢材的生产钢材的生产 基础知识基础知识2.2 2.2 2.2 2.2 钢的分类钢的分类钢的分类钢的分类 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.062.06的铁碳合金称为钢。含碳量大于的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.062.06的铁碳的铁碳合金

15、称为生铁。合金称为生铁。2.1.1 2.1.1 按化学成分分类按化学成分分类2.1.2 2.1.2 按品质（杂质含量）分类按品质（杂质含量）分类2.1.3 2.1.3 按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类 2.2.2 2.1 .1 按化学成分分类按化学成分分类 1. 1. 碳素钢碳素钢 ( (carbon content=0.02%2.06% 的铁碳合金) 低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量 0.25 0.60 0.60 2. 2. 合金钢合金钢 （碳素钢中加入合金元素Si,Mn,Ti,V) 低合金钢：合金元素总含量低合金钢：合金元素总含量alloy content alloy content

16、5.0 10 10 建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，主要使用非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加钢，主要使用非合金钢中的低碳钢，及低合金钢加工成的产品。工成的产品。2.2.2 2.2 .2 按品质（杂质含量）分类按品质（杂质含量）分类1.1.普通钢：含硫量普通钢：含硫量 ( (sulphur content) )0.0500.050； 含磷量含磷量 ( (sulphur content) )0.0450.045。2.2.优质钢：含硫量优质钢：含硫量0.0350.035；含磷量；含磷量0.0350.035。3.3.高级优质钢：含硫量高级优质钢：含硫

17、量0.0250.025；含磷量；含磷量0.0250.025。 4.4.特级优质钢：含硫量特级优质钢：含硫量0.0150.015；含磷量含磷量0.0250.025。 2.2.2 2.3 .3 按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类 1. 1. 沸腾钢沸腾钢 rimmed steel; rimming steel 炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为生成大量一氧化

18、碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为沸腾钢，其代号为“F F”。其冲击韧性和可焊性较差。其冲击韧性和可焊性较差。 2. 2. 镇静钢镇静钢( (fully-killed steel; killed steel ) ) 炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为 “Z Z”。 3. 3. 半镇静钢半镇静钢balanced steel; balanced steel; semikilledsemikilled steel s

19、teel 指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为号为“b b”。 4. 4. 特殊镇静钢特殊镇静钢 比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为“TZTZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。 基础知识基础知识2.3 2.3 2.3 2.3 建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能 2.2.3 3.1 .1 抗拉性能抗拉性能 2 2.3 3.2 .2

20、 冲击韧性冲击韧性2.2.3 3.3 .3 耐疲劳性耐疲劳性 2.2.3 3.4 .4 工艺性能工艺性能2.2.3 3.1 .1 抗拉性能抗拉性能 3 3. .1.21.2.1 .1 抗拉性能抗拉性能弹性阶段为OA 弹性：卸去拉力，试件能完全恢复原状。与A点对应的应力称为弹性极限，用p表示（fE)。elastic此阶段应力与应变的比值为常数，称为弹性模量，用E表示。弹性模量反映钢材的刚度。 土木工程中常用的碳素结构钢Q235的弹性模量E为(2.0-2.1)105MPa。3 3. .1.21.2.1 .1 抗拉性能抗拉性能屈服阶段为AB应力超过应力超过A A点后，应变的速度大于应力的速度点后，应

21、变的速度大于应力的速度卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。卸去拉力，试件上已有不能消失的塑性变形。B B上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，上点是屈服阶段的应力最高点，为屈服上限，B B下点为屈服下限。下点为屈服下限。B B下点比较稳定，容易测定，所以一般以下点比较稳定，容易测定，所以一般以B B下下点对应的应力，作为屈服强度点对应的应力，作为屈服强度( (yield strength) yield strength) s s( (f fy y) )Q235Q235钢的屈服点应在钢的屈服点应在235MPa235MPa以上。以上。2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能P26硬钢强度高，塑性差，硬钢

22、强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈屈服强度。用条件屈服强度服强度0.2来代替屈服来代替屈服强度。（强度。（f0.2)条件屈服点条件屈服点0.2（f0.2)：使硬钢产生：使硬钢产生0.2%塑塑性变形时的应力。见性变形时的应力。见左图。书左图。书Fig.3.30A0.2%aboa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形0.2%。2.2.3 3.1 .1 抗拉性能抗拉性能强化阶段为BC内部组织发生晶格畸变、错位等，使其抵抗塑性变形的能力又重新提高，故称为强化阶段。对应C点的应力称为抗拉强度，用b表示。Q235的抗拉强度在37

23、5MPa以上。伸长率：断面收缩率：E为常量，低碳钢有明显屈服点，为常量，低碳钢有明显屈服点，fy作为作为破坏标志破坏标志，fy/fu强屈比强屈比*抗拉强度与抗拉强度与屈服强度之比屈服强度之比（P26）为强度储备为强度储备，伸长伸长率率、表示塑性变表示塑性变形形能力能力。2 2.3 3.2 .2 冲击韧性冲击韧性 *P27 钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。钢材的冲击韧。钢材的冲击韧性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于

24、受拉的一侧，在试样中间开切槽位于受拉的一侧，在试样中间开V V形形缺口。缺口。2.2.3 3.3 .3 耐疲劳性耐疲劳性 受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象下突然发生脆性断裂破坏的现象, ,称为疲劳破坏。钢材的疲劳破称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的

25、，所以瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。危害极大，往往造成灾难性的事故。 关于关于疲劳疲劳的几个概念的几个概念 疲劳极限(fatigue limit; fatigue value)：试件在交变荷载作用下，在规定的周期基数N内(一般为200万次或400万次以上) 不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳强度(fatigue strength)：金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次（N）后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度。此时，N称为材料的疲劳寿命。某些金属材料在重复或交变应力作用下，没有明显的疲劳极限，常用疲劳强度表示。 2.2.3 3.4

26、 .4 工艺性能工艺性能 1.1. 冷弯性能冷弯性能(cold-bend performance):(cold-bend performance):指指钢钢材在常材在常温温下承受下承受弯弯曲曲变变形的能力，以形的能力，以试验时试验时的的弯弯曲曲角度角度和和弯弯心直心直径径d d为为指指标标表示表示，如下，如下图图所示所示。2.2.3 3.4 .4 工艺性能工艺性能 2. 焊焊接性能接性能(welding performance ) 钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接

27、后钢材的力学性能，脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强特别是强度应不低于原有钢材的强度度应不低于原有钢材的强度。2.2.4 4.3 .3 钢材的成分对性能的影响钢材的成分对性能的影响（1 1） 除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能有重料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能有重要影响。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢要影响。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有材的性能称为合金元素，主要有SiSi、MnMn、TiTi、V V、NbNb等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主等

28、；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。要有氧、硫、氮、磷等。 ReferingRefering P32 Table 2-2 P32 Table 2-2 2.2.4 4.3 .3 钢材的成分对性能的影响钢材的成分对性能的影响（2 2） 碳（碳（C C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%0.22%以下，在以下，在0.20.2以下时，可焊性良好。以下时，可焊性良好。 硫（硫（S S）：热脆性。不得超过）：热

29、脆性。不得超过0.05%0.05%。磷（磷（P P）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。 不得超过不得超过0.045%0.045%。锰（锰（MnMn）：合金元素。弱脱氧剂。与）：合金元素。弱脱氧剂。与S S形成形成MnSMnS，（熔点为，（熔点为16001600），可以消除一部分），可以消除一部分S S的有害作用。的有害作用。硅（硅（SiSi）：合金元素。强脱氧剂。）：合金元素。强脱氧剂。钒（钒（V V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。高温稳定性，适

30、用于受荷较大的焊接结构。 氧（氧（O O）：有害杂质。）：有害杂质。氮（氮（N N）：有害杂质。）：有害杂质。冶金缺陷、构造、加荷速度冶金缺陷、构造、加荷速度对性能的影响对性能的影响 2.2.4 4. .4 4 钢材的钢材的冶金缺陷冶金缺陷对性能的影响对性能的影响 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。偏析裂纹等。偏析化学成分分布的不均匀程度。化学成分分布的不均匀程度。2.2.4 4. .5 5 构件构件的的构造构造对性能的影响对性能的影响 试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，

31、缺陷处有高峰应时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力力应力集中。应力集中。2.2.4 4. .6 6 加荷速度对性能的影响加荷速度对性能的影响 加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。 因此，（因此，（1 1）性试验要求缓慢加载）性试验要求缓慢加载 （2 2）要考虑动荷载对结构的不利影响）要考虑动荷载对结构的不利影响*例题：从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果，屈服下限荷载分别为45kN，46kN，抗拉极限荷载分别为62.0kN，63kN，钢筋公称直径为12mm，标距为60.0mm，拉断时长度分别为70mm，71mm。试计算该钢

32、筋的屈服强度，抗拉强度及伸长率。解： 解： 基础知识基础知识2.5 2.5 2.5 2.5 钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工钢材的强化与加工 2.2.5 5.1 .1 冷加工强化冷加工强化2.2.5 5.2 .2 时效处理时效处理2.2.5 5.3 .3 热处理热处理2.2.5 5.1 .1 冷加工强化冷加工强化* * *P30P30 钢材在常温下进行冷加工(冷拉、冷拔或冷轧)使其产生塑性变形，而屈服强度得到提高，这个过程称为冷加工强化。 *冷加工的结果：产生塑性变形，晶格缺陷增多，发生畸变，对进一步变形起到阻碍作用，因此，钢材的屈服点提高（冷拉可提高15%20%，冷拔可提高4

33、0%60%。），塑性、韧性和弹性模量下降。*2.2.5 5.2 .2 时效处理时效处理 将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放151520 20 d d，或加热至，或加热至100100200 200 后保持一定时间（后保持一定时间（2 23 3 h h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。复。这个过程称为时效处理。 时效处理方法有两种：在常温下存放时效处理方法有两种：在常温下存放151520 d20 d

34、，称为自然时效，适合用于低强度钢筋；加热至，称为自然时效，适合用于低强度钢筋；加热至100100200 200 后保持一定时间（后保持一定时间（2 23 h3 h），称人工时效，），称人工时效，适合于高强钢筋。适合于高强钢筋。 2.2.5 5.3 .3 热处理热处理 热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保温和冷却处理，保温和冷却处理，以改变其晶格组织以改变其晶格组织，得到所需要的，得到所需要的性能的一种工艺。性能的一种工艺。 热处理包括淬火、回火、退火和正火热处理包括淬火、回火、退火和正火，见下图，见下图。 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 基础知识

35、基础知识2.6 2.6 2.6 2.6 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用 2.2.6 6.1 .1 建筑常用钢种建筑常用钢种2.2.6 6.2 .2 钢结构用钢钢结构用钢 2.2.6 6.3 .3 混凝土结构用钢混凝土结构用钢 2.2.6 6.4 .4 铝合金铝合金 2.2.6 6. .6 6 实例实例钢材的选用钢材的选用 2.2.6 6. .5 5 黄铜黄铜 2.2.6 6.1 .1 建筑常用钢种建筑常用钢种1.1. 碳素结构钢碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质碳素结构

36、钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成 2.2. 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢和较高锰含量钢两组。和较高锰含量钢两组。 3.3. 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于于5 5的的合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。好、耐锈蚀等特点。2.6.1

37、2.6.1 2.6.1 2.6.1 碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号 碳碳素素结结构构钢钢的牌的牌号号由代表屈服点的字母、屈服点由代表屈服点的字母、屈服点数数值值、质质量等量等级级符符号号、脱氧脱氧方法等四部分按方法等四部分按顺顺序序组组成成如如Q235-AQ235-AF F表示屈服点强度为表示屈服点强度为235N/mm235N/mm2 2的的A A级沸腾钢级沸腾钢 ？Q275-CQ275-C2.6.1 2.6.1 2.6.1 2.6.1 低合金高强度结构钢的低合金高强度结构钢的低合金高强度结构钢的低合金高强度结构钢的牌号牌号牌号牌号 2.6.1 2.6.1 2

38、.6.1 2.6.1 低合金高强度结构钢的低合金高强度结构钢的低合金高强度结构钢的低合金高强度结构钢的选用选用选用选用 特点：强度高，塑性、韧性和可焊性好，抗冲击性强、耐低温和腐蚀。轧制成型钢、钢板、钢管及钢筋，用于钢筋混凝土结构和钢结构中，特别是重型、大跨度、高层结构和桥梁中。2.2.6 6.3 .3 混凝土结构用钢混凝土结构用钢 混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构

39、的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。钢丝和钢绞线。2.6.3混凝土混凝土结结构构用用钢钢*P35热轧钢筋的表面形状热轧钢筋的表面形状光圆光圆(代号代号HPB=HotrolledPlainBar）带肋带肋(代号代号HRB=HotrolledRibbedBar)月牙肋月牙肋等高肋等高肋2.6.3混凝土混凝土结结构构用用钢钢热轧钢筋的级别和代号*I级：用Q235碳素结构钢轧制而成，光圆。用于普通钢筋混凝土的主要受力钢筋、构造筋和箍筋等。

40、代号：HPB235（Hot Rolled Plain Steel Bar热轧光面钢筋 ） 级：用低合金镇静钢和半镇静钢轧制而成，带肋。用于大、中型钢筋混凝土结构。经冷拉后，可用做预应力钢筋。代号：HRB335（Hot Rolled Ribbed Steel Bar热轧带肋钢筋 ） 级：同级钢。代号：HRB400级：用中碳低合金钢轧制而成，带肋。用做预应力钢筋。代号：HRB5002.6.3混凝土混凝土结结构构用用钢钢冷轧扭钢筋的级别用光圆低碳钢用专用冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型。特点：刚度大、不易变形，与混凝土握裹力大，无需弯钩，节约钢材。2.6.3混凝土混凝土结结构构用用钢钢冷轧带肋钢筋的

41、级别用光圆低碳钢经冷轧后，在其表面上轧出三面或两面的横肋。根据冷轧带肋钢筋（GB 13788-2000)规定，钢筋牌号由CRB和钢筋最小抗拉强度值表示：CRB550,CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170五个牌号，CRB550用于钢筋混凝土，其他宜用于预应力混凝土（CRB=Cold Rolled Ribbed Steel Bar) 。说明：为改善预应力结构的力学性能，现行钢筋混凝土设计规范已不再收入冷加工钢筋。基础知识基础知识2.7 2.7 2.7 2.7 钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护钢材的腐蚀与防护*P34_35P34_35 2.2.7 7.1 .1 钢

42、材的腐蚀钢材的腐蚀 2.2.7 7.2 .2 钢材的防护钢材的防护 2.2.7 7.1 .1 钢材的腐蚀钢材的腐蚀* * * 钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等

43、力学性能。起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。学腐蚀。*化化学学腐腐蚀蚀:钢钢与与周周围围介介质质（氧气氧气、二、二氧氧化化碳碳、二、二氧氧化硫化硫和水等）直接和水等）直接发发生化生化学学作用，生成疏松的作用，生成疏松的氧氧化物。化物。*电电化化学学腐腐蚀蚀：钢钢中不同成分的中不同成分的电电极极电电位不同，有位不同，有电电解解质质（如水）存在（如水）存在时时，就，就会会在在钢钢表面形成表面形成许许多微小的原多微小的原电电池，使池，使钢钢中的中的铁铁逐逐渐渐失去

44、。（失去。（为为主）主）2.2.7 7.2 .2 钢材的防护钢材的防护 3.钢材的防腐钢材的防腐*p35具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈。凝土用钢筋的防锈。 （1）耐候钢（耐蚀钢）耐候钢（耐蚀钢） “耐蚀钢耐蚀钢”是一个统称，包括高性能耐蚀钢，（如是一个统称，包括高性能耐蚀钢，（如不锈钢）和中等程度的耐蚀钢。不锈钢虽好，但由于不锈钢）和中等程度的耐蚀钢。不锈钢虽好，但由于资源、价格等因素，大量应用于主体结构，在未来很资源、价格等因素，大量应用于主体结构，在未来很长的时期内，都是困难的（仅部分使用于附属、围护长的时期内，

45、都是困难的（仅部分使用于附属、围护结构与装饰）。因此，介于碳钢与不锈钢之间的不同结构与装饰）。因此，介于碳钢与不锈钢之间的不同程度、不同用途的耐蚀钢，成为发展的方向之一。程度、不同用途的耐蚀钢，成为发展的方向之一。2.2.7 7.2 .2 钢材的防护钢材的防护 （2 2）涂层防护涂层防护最大限度地隔绝腐蚀环境：最大限度地隔绝腐蚀环境：这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的这是把钢结构封闭起来、与腐蚀环境隔绝的技术路线，也是目前国内外最普遍应用的防护方技术路线，也是目前国内外最普遍应用的防护方法。涂层品种繁多，有金属涂（镀）层法。涂层品种繁多，有金属涂（镀）层包括包括电镀、浸镀、化学转化层等金属

46、层、非金属涂层电镀、浸镀、化学转化层等金属层、非金属涂层涂料、搪瓷和塑料（镀塑）等。涂料、搪瓷和塑料（镀塑）等。用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的，用涂层将钢结构与环境完全隔离是很难做到的，因为涂层总会有缺陷，并且涂层本身性能也随时因为涂层总会有缺陷，并且涂层本身性能也随时间而变化（如老化）间而变化（如老化）。 2.2.7 7.2 .2 钢材的防护钢材的防护 （3 3）电化学防护技术电化学防护技术阴极保护（牺牲阳极）阴极保护（牺牲阳极）（Cathodic(alCathodic(al) Protection) Protection） 这是一种电化学保护方法。按照电化学腐蚀原理，这是一种电化

47、学保护方法。按照电化学腐蚀原理，处于腐蚀电池的处于腐蚀电池的“阳极阳极”是受腐蚀者，而是受腐蚀者，而“阴极阴极”则则不腐蚀。如果使钢结构处于阴极状态，则可实现不腐不腐蚀。如果使钢结构处于阴极状态，则可实现不腐蚀（被保护）的目的。可用蚀（被保护）的目的。可用“外加电流外加电流”或或“牺牲阳牺牲阳极极”两种方法，就能够使其进入两种方法，就能够使其进入“免蚀区免蚀区”（变成阴（变成阴极而不腐蚀），使被保护的钢结构处于阴极状态。阴极而不腐蚀），使被保护的钢结构处于阴极状态。阴极保护技术已经是一项常规性应用技术，其新的发展极保护技术已经是一项常规性应用技术，其新的发展主要是阳极材料、辅助电极的创新等方面

48、。主要是阳极材料、辅助电极的创新等方面。 阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、阴极保护方法多用于水、土介质条件下的钢体、钢结构，如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。钢结构，如钢桩、海洋钢结构平台、地下油气管线等。 2.2.7 7.2 .2 钢材的防护钢材的防护 2.2.钢结构的防火保护钢结构的防火保护温度对钢材的影响：温度对钢材的影响：100100以内以内 对钢材性能无影响；对钢材性能无影响；100100以上以上 随温度升高，总的趋势是强度、随温度升高，总的趋势是强度、 弹性模量降低，塑性增大。弹性模量降低，塑性增大。250250左右左右 抗拉强度略有提高，塑性降低，抗拉强度略有提高

49、，塑性降低， 脆性增加脆性增加兰脆现象，该温度兰脆现象，该温度 区段称为区段称为“兰脆区兰脆区”。 250250350350 产生徐变现象。产生徐变现象。400 400 钢材的强度、弹性模量都显著降低钢材的强度、弹性模量都显著降低600600左右左右 弹性模量趋于零弹性模量趋于零 ，承载能力几乎，承载能力几乎 完全丧失。完全丧失。2.2.7 7.2 .2 钢材的防护钢材的防护 钢结构的防火保护方法钢结构的防火保护方法 （1 1）截流法：）截流法：截断或阻滞火灾产生的热量向构截断或阻滞火灾产生的热量向构件传输，从而使构件在规定的时间内温度不超件传输，从而使构件在规定的时间内温度不超过临界温度过临

50、界温度幻幻灯片灯片喷涂法喷涂法 包覆法包覆法 复合法复合法 蔽屏法蔽屏法 （2 2）疏导法：）疏导法：允许热量传到构件上，然后设允许热量传到构件上，然后设法把热量导走火消耗掉，同样可以构件温度不法把热量导走火消耗掉，同样可以构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。至升高到临界温度，从而起到保护作用。 2.2.7 7.2 .2 钢材的防护钢材的防护 喷涂法喷涂法：目前，我国在大型钢结构防火工程：目前，我国在大型钢结构防火工程中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点及桁架的处理，但施工时对环境略有污染。及桁架的处理，但施工时对环境略有污染。防火涂料包括以无

51、机材料为主的厚型非膨胀防火涂料包括以无机材料为主的厚型非膨胀涂料涂料厚型涂料呈颗粒状，涂层厚度通常厚型涂料呈颗粒状，涂层厚度通常在在8 8毫米以上，一般在毫米以上，一般在101040mm40mm，施工方，施工方法为喷涂，高温时依靠涂料本身的厚度及较法为喷涂，高温时依靠涂料本身的厚度及较低的导热率起到对钢构件的隔热作用。低的导热率起到对钢构件的隔热作用。 胶凝材料:指进过一系列物理、化学作用，能将散粒状或块状材料粘接成整体并具有一定强度的材料。分类：*气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。*水硬性胶凝材料：既能在空气中，还能更好地在水中硬化、保持和发展强度的胶凝材料。第第3

52、 3章章 无机胶凝材料无机胶凝材料P44 P44 基础知识基础知识基础知识基础知识3.13.13.13.1 石灰石灰石灰石灰 3.1.1 3.1.1 石灰的生产及分类石灰的生产及分类3.1.2 3.1.2 石灰的熟化与硬化石灰的熟化与硬化3.1.33.1.3 石灰的性质与技术要求石灰的性质与技术要求3.1.4 3.1.4 石灰的应用石灰的应用3.1.1 3.1.1 石灰的生产及分类石灰的生产及分类1 1、石灰石灰的生产的生产 采用石灰石、白云石、白垩、采用石灰石、白云石、白垩、 贝壳等原料贝壳等原料(CaCO(CaCO3 3) ) 经经90090011001100煅烧后煅烧后 ，即得到块状的生

53、石，即得到块状的生石灰灰CaOCaO。2 2、石灰的分类、石灰的分类 “欠火石灰欠火石灰”：温度过低或煅烧时间不足，：温度过低或煅烧时间不足，CaCOCaCO3 3 未完全分解，未完全分解，( (CaOCaO) )含量低。含量低。 “过火石灰过火石灰”：温度过高或煅烧时间过长，：温度过高或煅烧时间过长， CaOCaO表表面有一层玻璃体，使水解速度极慢。面有一层玻璃体，使水解速度极慢。 “钙质石灰钙质石灰”：石灰中：石灰中MgOMgO的含量的含量5%5%。 “镁质石灰镁质石灰”石灰中石灰中MgOMgO的含量的含量5%5%。3.1.1 3.1.1 石灰的生产及分类石灰的生产及分类 生石灰粉：生石灰

54、粉：由由块块状状生石灰磨生石灰磨细细而成而成。 消石灰粉消石灰粉：将生石灰用适量水经消化和干燥而将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末成的粉末，主要成分为主要成分为Ca(OH)2Ca(OH)2,称为消石灰粉称为消石灰粉。 石灰膏石灰膏：将将块块状状生石灰用生石灰用过过量水量水(约为约为生石灰体生石灰体积积的的34倍倍)消化消化，或或将将消石灰粉和水拌消石灰粉和水拌和和，所所得的一定稠度的膏得的一定稠度的膏状状物物，主要成分主要成分为Ca(OH)2和和水水。 3.1.2 3.1.2 石灰的熟化与硬化石灰的熟化与硬化 1. 1. 石灰的石灰的熟熟化化* 生石灰生石灰与水反应生成氢氧化钙，称为石灰的

55、熟化与水反应生成氢氧化钙，称为石灰的熟化。又称消化或消解。又称消化或消解。 CaO+HCaO+H2 2O=Ca(OH)O=Ca(OH)2 2+64.9+64.910103 3J J 石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大大1 12.52.5倍。为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使倍。为了消除过火石灰的危害，石灰膏在使用之前应进行陈伏。用之前应进行陈伏。 *陈伏陈伏是指石灰乳在储灰坑中放置一段时是指石灰乳在储灰坑中放置一段时间（间（7d7d、14d14d）的过程）的过程(P48)(P48)。陈伏期间，石灰膏陈伏期间，石灰膏表面应有一层水，以防与空气中

56、表面应有一层水，以防与空气中COCO2 2 发生钙化反应。发生钙化反应。3.1.2 3.1.2 石灰的熟化与硬化石灰的熟化与硬化2. 2. 石灰浆体的硬化石灰浆体的硬化 石灰石灰浆浆体的硬化体的硬化 包括干燥结晶和碳化，后者过程包括干燥结晶和碳化，后者过程缓慢。缓慢。 （1 1）干燥结晶硬化过程）干燥结晶硬化过程 石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，使石灰粒子更紧密，并使状孔隙，使石灰粒子更紧密，并使Ca(OH)Ca(OH)2 2从饱和溶液从饱和溶液中逐渐结晶析出。中逐渐结晶析出。 （2 2）碳化过程）碳化过程 Ca(OH)Ca(OH)2

57、 2与空气中的与空气中的COCO2 2和水反应，形成碳酸钙。由和水反应，形成碳酸钙。由于碳化作用主要发生在颗粒表层，且生成的于碳化作用主要发生在颗粒表层，且生成的CaCOCaCO3 3膜层膜层较致密，阻碍了空气中较致密，阻碍了空气中COCO2 2的渗入，也阻碍了内部水分的渗入，也阻碍了内部水分蒸发，因此硬化缓慢。蒸发，因此硬化缓慢。 3.1.33.1.3 石灰的性质石灰的性质与技术要求与技术要求 石灰的性质是石灰的性质是可塑性好可塑性好；硬化较慢硬化较慢，强度低强度低，硬化时硬化时体积收缩大体积收缩大，耐水性差耐水性差，吸湿性强。吸湿性强。建筑生石灰技术指标建筑生石灰技术指标 P55 Tabl

58、e 3-1 P56 Table3-2 3-3P55 Table 3-1 P56 Table3-2 3-3项项 目目钙质生石灰钙质生石灰镁质生石灰镁质生石灰优等品优等品一等品一等品合格品合格品优等品优等品一等品一等品合格品合格品CaO+MgOCaO+MgO含量不少于含量不少于（）（）909085858080858580807575COCO2 2含量不大与（）含量不大与（）5 57 79 96 68 81010未消化残渣含量（未消化残渣含量（5mm5mm圆孔筛余）不大于（）圆孔筛余）不大于（）5 5101015155 510101515产浆量不少于（产浆量不少于（L/kgL/kg）2.82.82.

59、32.32.02.02.82.82.32.32.02.03.1.4 3.1.4 石灰的石灰的贮运贮运 1. 1. 生石灰在贮存运输时要防止受潮，且贮生石灰在贮存运输时要防止受潮，且贮存时间不能过长。否则，会吸收空气中水分自存时间不能过长。否则，会吸收空气中水分自行消化成石灰粉，然后与行消化成石灰粉，然后与COCO2 2作用形成碳化层，作用形成碳化层，失去胶凝能力。失去胶凝能力。 2. 2. 生石灰不宜与易燃易爆品装运、存放在生石灰不宜与易燃易爆品装运、存放在一起。因石灰受潮熟化要放出大量的热且体积一起。因石灰受潮熟化要放出大量的热且体积膨胀。膨胀。 3.2 3.2 3.2 3.2 石膏石膏石膏

60、石膏 3.2.4 3.2.4 建筑石膏的应用建筑石膏的应用 3.2.1 3.2.1 石膏的种类石膏的种类3.2.2 3.2.2 建筑石膏的水化硬化建筑石膏的水化硬化3.2.3 3.2.3 建筑石膏的性质与技术要求建筑石膏的性质与技术要求基础知识基础知识3.2.1 3.2.1 石膏的种类石膏的种类 * * *P44P44 1. 1. 天然二水石膏（天然二水石膏（CaSOCaSO4 42H2H2 2O O）：天然二水石膏又）：天然二水石膏又称称生石膏生石膏*或软石膏。它是生产石膏胶凝材料的主要原或软石膏。它是生产石膏胶凝材料的主要原料。纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天料。纯净的天然二水

61、石膏矿石呈无色透明或白色，但天然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，黑色等颜色。黑色等颜色。 2 2化工石膏：化工石膏是指一些含有化工石膏：化工石膏是指一些含有CaSOCaSO4 42H2H2 2O O与与CaSOCaSO4 4混合物的化工副产品及废渣，如磷石膏是制造磷混合物的化工副产品及废渣，如磷石膏是制造磷酸时的废渣，此外还有盐石膏、硼石膏、钛石膏等。酸时的废渣，此外还有盐石膏、硼石膏、钛石膏等。 3 3天然无水石膏（天然无水石膏（CaSOCaSO4 4）：天然无水石膏结晶紧）：天然无水石膏结晶紧密，结构比天然二水石膏致密，质地较硬

62、，难溶于水，密，结构比天然二水石膏致密，质地较硬，难溶于水，又称天然硬石膏。天然硬石膏一般作为生产水泥的原料。又称天然硬石膏。天然硬石膏一般作为生产水泥的原料。 3.2.1 3.2.1 石膏的种类石膏的种类 4 4建筑石膏（建筑石膏（-CaSO-CaSO4 4H H2 2O O）：建筑石膏是）：建筑石膏是以以半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。 5 5高强石膏（高强石膏（-CaSO-CaSO4 4H H2 2O O）：将二水石膏）：将二水石膏置于置于0.13MPa0.13MPa、

63、124124的过饱和蒸压条件下，或置的过饱和蒸压条件下，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的的型半水石膏即高强石膏。型半水石膏即高强石膏。3.2.2 3.2.2 建筑石膏的水化硬化建筑石膏的水化硬化 1 1、凝结：石膏浆体中的自由水分因水化、凝结：石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，粒子总表面积增加，因和蒸发而逐渐减少，粒子总表面积增加，因而浆体可塑性逐渐减小，浆体渐渐变稠，这而浆体可塑性逐渐减小，浆体渐渐变稠，这一过程称为凝结。一过程称为凝结。 2 2、硬化：石膏开始凝结后，浆体继续变、硬化：石膏开始凝结后，浆体继续变稠，逐渐凝聚

64、成为晶体。晶体逐渐长大，共稠，逐渐凝聚成为晶体。晶体逐渐长大，共生和相互交错，浆体逐渐产生强度，并不断生和相互交错，浆体逐渐产生强度，并不断增长，直到完全干燥。晶体之间的摩擦力和增长，直到完全干燥。晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止发展。这一过粘结力不再增加，强度才停止发展。这一过程称为建筑石膏的硬化。程称为建筑石膏的硬化。 3.2.2 3.2.2 建筑石膏的水化硬化建筑石膏的水化硬化 3 3、凝结时间、凝结时间* 石膏浆体的凝结和硬化是一个连续的过程。凝石膏浆体的凝结和硬化是一个连续的过程。凝结可以分为初凝和终凝两个阶段：初凝和终凝。结可以分为初凝和终凝两个阶段：初凝和终凝。 （1

65、 1）初凝：将浆体开始失去可塑性的状态称为）初凝：将浆体开始失去可塑性的状态称为浆体初凝。浆体初凝。 （2 2）初凝时间：从加水至初凝的这段时间称为）初凝时间：从加水至初凝的这段时间称为初凝时间。初凝时间。 （3 3）终凝：浆体完全失去可塑性，并开始产生）终凝：浆体完全失去可塑性，并开始产生强度称为浆体终凝。强度称为浆体终凝。 （4 4）终凝时间：从加水至终凝的时间称为终凝）终凝时间：从加水至终凝的时间称为终凝时间。时间。3.2.3 3.2.3 建筑石膏的性质建筑石膏的性质 建筑石膏建筑石膏及及其制品具有以下特性：其制品具有以下特性：凝结凝结硬化快硬化快；硬化时体积微膨胀；硬化时体积微膨胀；硬

66、化后孔隙硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低率较大，表观密度和强度较低，吸声性良好吸声性良好；小，小，隔热隔热性能好性能好；具有一定的调温调湿性；具有一定的调温调湿性；防火性能良好防火性能良好，遇火灾时，二水石膏中的结，遇火灾时，二水石膏中的结晶水蒸发吸收大量的热、蒸汽形成汽幕阻碍火晶水蒸发吸收大量的热、蒸汽形成汽幕阻碍火势蔓延、脱水后石膏隔热性能更好且无有害气势蔓延、脱水后石膏隔热性能更好且无有害气体产生体产生；耐水性和抗冻性差；耐水性和抗冻性差；加工性能好。加工性能好。3.2.3.2.4 4 建筑石膏的应用建筑石膏的应用 1.1. 制备石膏砂浆和制备石膏砂浆和粉刷石膏粉刷石膏 建筑石膏加水

67、、砂、缓凝剂拌合成石膏砂浆，可建筑石膏加水、砂、缓凝剂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。建筑石膏加水、缓凝剂拌合成石膏浆用于室内抹灰。建筑石膏加水、缓凝剂拌合成石膏浆体，可用于室内的粉刷涂料。石膏粉刷层表面坚硬、体，可用于室内的粉刷涂料。石膏粉刷层表面坚硬、光滑细腻、洁白美观、不易起灰，便于再装饰（墙纸、光滑细腻、洁白美观、不易起灰，便于再装饰（墙纸、涂料）、调节室内温湿度。涂料）、调节室内温湿度。2.2. 建筑石膏制品建筑石膏制品 建筑石膏制品的种类很多建筑石膏制品的种类很多，如纸面石膏板、空心石如纸面石膏板、空心石膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏角线、灯圈、罗膏板、石膏砌块、装饰石膏板、石膏

68、角线、灯圈、罗马柱等，主要用于分室墙马柱等，主要用于分室墙、内隔墙、吊顶及装饰内隔墙、吊顶及装饰。 基础知识基础知识3.3 3.3 3.3 3.3 其他气硬性胶凝材料其他气硬性胶凝材料其他气硬性胶凝材料其他气硬性胶凝材料 3.3.1 3.3.1 水玻璃水玻璃 3.3.1 3.3.1 水玻璃水玻璃 1.1.水玻璃的组成和硬化水玻璃的组成和硬化水玻璃俗水玻璃俗称称泡花泡花碱碱，是由不同比例的，是由不同比例的碱碱金金属氧属氧化物化物和二和二氧氧化硅化合而成的一化硅化合而成的一种种可溶于水的硅酸可溶于水的硅酸盐盐。建。建筑常用的筑常用的为为硅酸硅酸钠钠(Na2OnSiO2)水溶液，又水溶液，又称称钠钠

69、水水玻璃。要求高玻璃。要求高时时也使用硅酸也使用硅酸钾钾(K2OnSiO2)的水溶的水溶液，又液，又称称钾钾水玻璃。液体水玻璃是一水玻璃。液体水玻璃是一种种具有具有胶胶体特体特征，又具有溶液特征的征，又具有溶液特征的胶胶体溶液体溶液。*水玻璃的模数水玻璃的模数(P51):(P51):水玻璃分子式中的水玻璃分子式中的n n，即二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比，称为即二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比，称为水玻璃的模数水玻璃的模数，一般在，一般在1.5-3.51.5-3.5之间。之间。3.3.1 3.3.1 水玻璃水玻璃 2.水玻璃的性质与应用水玻璃的性质与应用 水玻璃在凝结硬化后，水玻璃在凝结硬化后，

70、粘粘结力强结力强, ,强度较高强度较高, ,耐酸性好耐酸性好, ,耐热性好耐热性好, ,耐碱性和耐水性差。利用水玻璃凝结硬化耐碱性和耐水性差。利用水玻璃凝结硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下几方面用途：涂后的性能，在建筑工程中主要有以下几方面用途：涂刷材料表面，提高抗风化能力；加固土壤；配制速凝刷材料表面，提高抗风化能力；加固土壤；配制速凝防水剂；修补砖墙裂缝。防水剂；修补砖墙裂缝。基础知识基础知识5 5. 1 . 1 通用硅酸盐水泥的定义及生产概况通用硅酸盐水泥的定义及生产概况 5.2 5.2 通用硅酸盐水泥的组成材料通用硅酸盐水泥的组成材料3.23.23.23.2通用硅酸盐水泥的组成与技

71、术要求通用硅酸盐水泥的组成与技术要求通用硅酸盐水泥的组成与技术要求通用硅酸盐水泥的组成与技术要求 5.3 5.3 通用硅酸盐水泥的技术要求通用硅酸盐水泥的技术要求 5 5.1.1 通用硅酸盐水泥的定义及生产概况通用硅酸盐水泥的定义及生产概况 水泥水泥(Cement)(Cement)：加水拌和成塑性浆体，能胶：加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。化的粉末状水硬性胶凝材料。 一、通用一、通用硅酸盐水泥的定义硅酸盐水泥的定义和分类和分类1 1、定义：通用硅酸盐水泥（、定义：通用硅酸盐水泥（Common

72、Portland Common Portland CementCement）是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、或）是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、或/ /和混合材和混合材料制成的水硬性胶凝材料。料制成的水硬性胶凝材料。 2 2、分类、分类 （1 1）按组成成分，可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、）按组成成分，可分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥。硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥。 （2 2）按性质和用途，可分为通用水泥、专用水泥和特性水）按性质和用途，可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。建筑中常用的是通用水泥。泥。建筑中常用的是通用水泥。 5 5.1.1 通用硅酸盐水泥的定义及

73、生产概况通用硅酸盐水泥的定义及生产概况 通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥（泥（P.P.、 P.P.）、普通硅酸盐水泥（）、普通硅酸盐水泥（P.OP.O）、矿渣硅酸盐水）、矿渣硅酸盐水泥（泥（P.SP.S）、）、 火山灰质硅酸盐水泥（火山灰质硅酸盐水泥（P.PP.P）、粉煤灰硅酸盐水）、粉煤灰硅酸盐水泥（泥（P.FP.F）、和复合硅酸盐水泥（）、和复合硅酸盐水泥（P.CP.C）。）。通用硅酸盐水泥的组成见表通用硅酸盐水泥的组成见表。代号的意义：代号的意义：P.=P.=Portland CementPortland Cement P

74、. P.= =Portland CementPortland CementP.O=P.O=rdinaryrdinary Portland cement Portland cementP.S=Slag P.S=Slag PortlandPortland Cement CementP.P=P.P=PozzolanPozzolan PortlandPortland Cement CementP.F=Fly Ash P.F=Fly Ash PortlandPortland Cement Cement P.C=P.C=ompoundompound PortlandPortland Cement Ceme

75、nt P.L=Limestone P.L=Limestone PortlandPortland Cement Cement5 5.1.1 通用硅酸盐水泥的定义及生产概况通用硅酸盐水泥的定义及生产概况 2.2.通用通用硅酸盐水泥的生产概述硅酸盐水泥的生产概述(两磨一烧)5 5. .2 2 通用硅酸盐水泥的组成材料通用硅酸盐水泥的组成材料 1.1.硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料2.2.石膏石膏3.3.水泥混合材料水泥混合材料1.1.硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料*P54P54 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、含量及特性如下：硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、含量及特性如下： 硅酸三钙，矿物成分为硅酸三钙，矿

76、物成分为3CaO3CaOSiOSiO2 2，简称为，简称为C C3 3S S，含量为，含量为37%37%60%60%，其水化速度较快，其水化速度较快，硅酸盐水泥强度的主要来源硅酸盐水泥强度的主要来源，水化热较高，水化热较高，干缩较小。干缩较小。 硅酸二钙，矿物成分为硅酸二钙，矿物成分为2CaO2CaOSiOSiO2 2，简称为，简称为C C2 2S S，含量为，含量为15%15%37%37%；其水化速度慢，早期强度低，后期强度增进率较高，水化热；其水化速度慢，早期强度低，后期强度增进率较高，水化热低，干缩较小。低，干缩较小。 铝酸三钙，矿物成分为铝酸三钙，矿物成分为3CaO3CaOAlAl2

77、2O O3 3，简称为，简称为C C3 3A A，含量为，含量为7%7%15%15%，水化速度快，早期强度高，后期强度较低，水化热高，干缩，水化速度快，早期强度高，后期强度较低，水化热高，干缩大。大。 铁铝酸四钙，矿物成分为铁铝酸四钙，矿物成分为4CaO4CaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3，简称为，简称为C C4 4AFAF，含，含量为量为10%10%18%18%，水化速度较快，早期强度较高，水化热较低，干，水化速度较快，早期强度较高，水化热较低，干缩小。缩小。 其他组分包括少量的游离氧化钙、硫酸盐等。其他组分包括少量的游离氧化钙、硫酸盐等。硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料

78、的主要矿物组成、含量及特性的主要矿物组成、含量及特性*P54P54矿物组成矿物组成矿物特性矿物特性矿物名称矿物名称简写简写式式含量含量% 密度密度g/cm3强度强度水化热水化热J/g凝结硬凝结硬化速度化速度耐腐蚀耐腐蚀性性干缩干缩硅酸三钙3CaO3CaOSiOSiO2 2C3S37603.25高大快中中硅酸二钙2CaO2CaOSiOSiO2 2C2S15373.28早期低后期高小慢好中铝酸三钙3CaO3CaOAl2OAl2O3 3C3A7153.04低最大最快最差大铁铝酸四钙4CaO4CaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3C4AF10183.77低中中好小 (1)(1)天然

79、石膏：符合天然石膏：符合GB/T 5483GB/T 5483中规定的中规定的G G类或类或M M类二级（含）以上的石膏或混合石膏。类二级（含）以上的石膏或混合石膏。(A(A类：硬石类：硬石膏产品）膏产品） (2)(2)工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工工业副产石膏：以硫酸钙为主要成分的工业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。业副产物。采用前应经过试验证明对水泥性能无害。*石膏作用：石膏作用：石膏在水泥中主要是为了延缓石膏在水泥中主要是为了延缓水泥的凝结时间，提高早期强度，有利于混凝土的水泥的凝结时间，提高早期强度，有利于混凝土的搅拌、运输和施工。搅拌、运输和施工。 *掺量要控制，掺量

80、太大，SO3会引起安定性不良（用化学分析法检验）水泥中SO3 的含量不得超过3.5。2.2.石膏石膏5 5.3 .3 几种通用硅酸盐水泥的技术要求几种通用硅酸盐水泥的技术要求* *P5760P5760 1. 1. 化学要求化学要求2 2. . 物理要求物理要求(2)(2)标准稠度标准稠度 包括：不溶物（定义：包括：不溶物（定义：P68P68）、烧失量）、烧失量（定义：（定义：105105110110烘干的原料，在烘干的原料，在100010001100 1100 灼烧后失去的重量百分比灼烧后失去的重量百分比）、三氧化硫三氧化硫、氧化镁氧化镁、氯离子氯离子、碱含量等。碱含量等。水泥凝结时间测定水泥

81、凝结时间测定水泥标准稠度用水量测定水泥标准稠度用水量测定( (4 4) )安定性安定性水泥安定性实验水泥安定性实验(5)(5)强度强度(1)(1)细度细度(3)(3)凝结时间凝结时间1.化学要求化学要求 (1)(1)不溶物不溶物：P.IP.I硅酸盐水泥不大于硅酸盐水泥不大于0.750.75； P.P.硅酸盐水泥硅酸盐水泥不大于不大于1.501.50。 (2)(2)烧失量烧失量：P.IP.I硅酸盐水泥不大于硅酸盐水泥不大于3.03.0； P.P.硅酸盐水泥硅酸盐水泥不大于不大于3.53.5；普通硅酸盐水泥不大于普通硅酸盐水泥不大于5.05.0。 (3)(3)三氧化硫三氧化硫：硅酸盐水泥硅酸盐水泥

82、、普通水泥普通水泥、粉煤灰水泥粉煤灰水泥、火山灰火山灰水泥水泥和和复合水泥不大于复合水泥不大于3.53.5；矿渣水泥；矿渣水泥不大于不大于4.04.0 。 (4)(4)氧化镁氧化镁：硅酸盐水泥硅酸盐水泥和和普通水泥不大于普通水泥不大于5.5.。a.a.如果水如果水泥压蒸试验合格，则放宽至泥压蒸试验合格，则放宽至6.0%6.0%。其它通用。其它通用硅酸盐水泥不大于硅酸盐水泥不大于6.6.，若水泥中氧化镁的含量大于，若水泥中氧化镁的含量大于6.0%6.0%时，需进行水泥压蒸安定时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。性试验并合格。 (5)(5)氯离子氯离子：通用：通用硅酸盐水泥不大于硅酸盐水泥不大于0

83、.060.06。 (6)(6)碱含量：水泥中碱含量按碱含量：水泥中碱含量按NaNa2 2O+0.658KO+0.658K2 2O O计算值表示。用户计算值表示。用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不大于要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不大于0.600.60或由供需双或由供需双方商定。方商定。(1)(1)细度细度 定义：水泥的细度是指水泥的粗细程度。 细度对水泥的性质影响很大。一般认为：7200微米，水化程度随细度增加而增加； 100微米，活性很小 一般情况下，水泥颗粒越细，水泥水化速度越快，强度也越高。但水泥太细，其硬化收缩较大，且磨制成本也高。 国家规定：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以（勃

84、氏）比表面积表示，不小于300m2kg。 *矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥0.080mm方孔筛筛余10%或0.045mm方孔筛筛余30% 。 (2)(2)标准稠度及标准稠度用水量标准稠度及标准稠度用水量 定义： （1）水泥净浆标准稠度是对水泥净浆以标准方法拌制、测试并达到规定的可塑程度时的稠度。 （2）水泥净浆标准稠度用水量是指水泥净浆达到标准稠度用水量时所需加的水量，常以水和水泥质量百分数表示。 各种水泥的矿物成分、细度不同，拌合成标准稠度时的用水量也各不相同，水泥的标准稠度需水量一般为2433（为水泥质量的百分数）。2. 2. 物理要求物理要求(1)(1)凝结时间凝结时间

85、* 硅酸盐水泥初凝不小于硅酸盐水泥初凝不小于45 min45 min，终凝不大于，终凝不大于390min(6.5h)390min(6.5h)；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、；普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥初凝不小于盐水泥初凝不小于45min45min，终凝不大于，终凝不大于600min(10h)600min(10h)。初凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆开始失去可初凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至

86、标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完成，浇捣和砌筑，水泥初凝时间不能过短。当施工完成，则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。2. 2. 物理要求物理要求(2)(2)安定性安定性 沸煮法合格。沸煮法合格。安定性是指水泥在凝结硬化过安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发当水泥浆体硬化过程发生了不均

87、匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。建筑物质量，甚至引起严重事故。 *引起安定性不良的因素（引起安定性不良的因素（P58P58）（1 1）熟料中游离氧化镁过多）熟料中游离氧化镁过多（2 2）石膏掺量过多）石膏掺量过多（3 3）熟料中游离氧化钙过多）熟料中游离氧化钙过多(5)(5)强度及强度等级强度及强度等级* 按照按照通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥的规定，采用规定的方法，将的规定，采用规定的方法，将水泥、水泥、标准砂标准砂和水按和水按 3.

88、0 .的比例，制成的比例，制成40mm40mm160mm的标准试件，在标准养护条件下的标准试件，在标准养护条件下（d内为内为201摄氏度、相对湿度为摄氏度、相对湿度为90以上的空气中，以上的空气中，d后为后为201摄氏度的水中）养护至规定的龄期，分别按摄氏度的水中）养护至规定的龄期，分别按规定的方法测定其规定的方法测定其3和和28的抗压强度和抗折强度。根的抗压强度和抗折强度。根据测定的结果划分水泥强度等级。据测定的结果划分水泥强度等级。各强度等级的各龄各强度等级的各龄期强度值不得低于期强度值不得低于P69 Table 3-8P69 Table 3-8的要求。的要求。 * *国家标准规定国家标准

89、规定：凡氧化镁、三氧化硫、凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时，安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时，均为废品。均为废品。凡细度、终凝时间、强度低于规定指凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。标时为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。若水泥仅强度低于规定时，可降级使用。若水泥仅强度低于规定时，可降级使用。5.3 5.3 通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防P60P601.1.通用硅酸盐水泥石的腐蚀通用硅酸盐水泥石的腐蚀2.2.通用硅酸盐水泥石腐蚀的预防通用硅酸盐水泥石腐蚀的预防 1.1.通用硅酸盐水泥石的腐蚀通

90、用硅酸盐水泥石的腐蚀 引起水泥石腐蚀的原因很多，作用机理也引起水泥石腐蚀的原因很多，作用机理也很复杂，但主要是下面几种典型的腐蚀：很复杂，但主要是下面几种典型的腐蚀：软软水的侵蚀；水的侵蚀；硫酸盐的腐蚀；硫酸盐的腐蚀；镁盐的腐蚀；镁盐的腐蚀；一般酸的腐蚀；一般酸的腐蚀；碳酸腐蚀碳酸腐蚀 。 * *需说明的是，水泥石腐蚀的主要内因有需说明的是，水泥石腐蚀的主要内因有两方面：一是水泥石中存在易被腐蚀的组分，两方面：一是水泥石中存在易被腐蚀的组分，*主要是氢氧化钙主要是氢氧化钙和水化铝酸钙；二是水泥石和水化铝酸钙；二是水泥石本身不够密实。本身不够密实。5.3 5.3 通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防通用

91、硅酸盐水泥石的腐蚀与预防 * 2.2.腐蚀的预防腐蚀的预防 根据以上腐蚀原因的分析，可采用下列措施，减根据以上腐蚀原因的分析，可采用下列措施，减少或防止水泥石的腐蚀：少或防止水泥石的腐蚀： 根据侵蚀环境特点，合理选用水泥及熟料矿物根据侵蚀环境特点，合理选用水泥及熟料矿物组成。组成。 提高水泥石的密实度，改善孔结构。硬化水泥提高水泥石的密实度，改善孔结构。硬化水泥石是一多孔体系，腐蚀性介质通常是靠渗透进入水泥石是一多孔体系，腐蚀性介质通常是靠渗透进入水泥石内部，从而使水泥石腐蚀。石内部，从而使水泥石腐蚀。 加做保护层。当腐蚀作用较强时，可用耐腐蚀加做保护层。当腐蚀作用较强时，可用耐腐蚀性好的涂料

92、等材料，在混凝土及砂浆表面做不透水的性好的涂料等材料，在混凝土及砂浆表面做不透水的保护层，防止腐蚀性介质与水泥石接触。保护层，防止腐蚀性介质与水泥石接触。5.3 5.3 通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防通用硅酸盐水泥石的腐蚀与预防 6.1 6.1 6.1 6.1 普通混凝土概述普通混凝土概述普通混凝土概述普通混凝土概述 普通混凝土普通混凝土( (concrete)一般是由胶凝材料（一般是由胶凝材料（水泥水泥Cement)Cement)、骨料、骨料( (aggregate砂、石）和水按适当的砂、石）和水按适当的比例配合、拌制，经一定时间的硬化而成的人造比例配合、拌制，经一定时间的硬化而成的人造石材（

93、砼）。石材（砼）。 1 1、按胶凝材料不同：、按胶凝材料不同： 水泥混凝土；水泥混凝土； 石膏混凝土；石膏混凝土； 水玻璃混凝土；水玻璃混凝土； 沥青混凝土；沥青混凝土； 聚合物混凝土。聚合物混凝土。 Building Materials第第4章章水泥混凝土水泥混凝土P766.1 6.1 普通混凝土概述普通混凝土概述 2 2、混凝土按照表观密度大小分为三类：、混凝土按照表观密度大小分为三类： (1)(1)重混凝土；重混凝土； (2)(2)普通混凝土；普通混凝土； (3)(3)轻混凝土；轻混凝土； 轻骨料混凝土；轻骨料混凝土； 多孔混凝土多孔混凝土( (泡沫混凝土、加气混凝土泡沫混凝土、加气混凝

94、土) )； 大孔混凝土。大孔混凝土。 3 3、混凝土按施工工艺可分为：、混凝土按施工工艺可分为： 泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、造泵送混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、造壳混凝土壳混凝土( (裹砂混凝土裹砂混凝土) )、碾压混凝土、压力灌浆混凝、碾压混凝土、压力灌浆混凝土土( (预填骨料混凝土预填骨料混凝土) )、热拌混凝土、太阳能养护混凝、热拌混凝土、太阳能养护混凝土等多种。土等多种。Building Materials6.1 6.1 普通混凝土概述普通混凝土概述 4 4、混凝土按掺合料可分为：、混凝土按掺合料可分为：粉煤灰混凝土；粉煤灰混凝土；硅灰混凝土；硅灰混凝土；磨细高炉矿

95、渣混凝土；磨细高炉矿渣混凝土；纤维混凝土等多种。纤维混凝土等多种。5 5、混凝土也可按功能或材料分类、混凝土也可按功能或材料分类如防水混凝土；如防水混凝土；耐热混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；耐酸混凝土；纤维混凝土和聚合物混凝土。纤维混凝土和聚合物混凝土。Building Materials6.1普通混凝土概述普通混凝土概述普通混凝土普通混凝土(Concrete)一般一般是由是由水泥水泥(Cement)、骨料、骨料(Aggregate)（砂、石）和水（砂、石）和水（Water）所组成。）所组成。为改善混凝土的某些性能，为改善混凝土的某些性能，经常还加入适量的外加剂和经常还加入适量的外加剂和掺合

96、料。掺合料。图4.1 普通混凝土结构示意图 1石子；2砂子；3水泥浆；4气孔 Building Materials基础知识基础知识6 6.1.1 .1.1 水泥水泥1.1. 水泥品种的选择水泥品种的选择 配制混凝土时，配制混凝土时，应根据混凝土工程的性质应根据混凝土工程的性质、部位、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性作出合施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性作出合理的选择。如大坝工程理的选择。如大坝工程, ,宜用中热硅酸盐水泥或低热宜用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。矿渣硅酸盐水泥。 2.2. 水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择 Building Materials2.2

97、. 水泥强度等级的选择水泥强度等级的选择 水泥强度等级的选择，应与混凝水泥强度等级的选择，应与混凝土设计强度等级相适应。若用低强度土设计强度等级相适应。若用低强度等级的水泥配制高强度等级混凝土，等级的水泥配制高强度等级混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。反之，用高强度等土产生不利影响。反之，用高强度等级的水泥配制低强度等级混凝土，若级的水泥配制低强度等级混凝土，若只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，只考虑强度要求，会使水泥用量偏少，从而影响耐久性；若水泥用量兼顾了从而影响耐久性；若水泥用量兼顾了耐久性等要求，又会导致超强而不经耐久性等要求，又会

98、导致超强而不经济。因此，济。因此，根据经验一般选择以水泥根据经验一般选择以水泥强度等级标准值为混凝土强度等级标强度等级标准值为混凝土强度等级标准值的准值的1.51.52.02.0倍为宜。倍为宜。 高强砼选高强砼选等级水泥。等级水泥。Building Materials基础知识基础知识6 6.1.2 .1.2 骨料骨料 1 1、骨、骨料料的分类的分类 骨料骨料（也称骨料也称骨料aggregate ）总体积占混凝土）总体积占混凝土体积的体积的60608080，按粒径大小分为粗，按粒径大小分为粗骨骨料料(coarse (coarse aggregateaggregate）和细和细骨骨料料 （fine

99、 aggregatefine aggregate砂砂sandsand ）。 粒径粒径4.75mm4.75mm的骨料称为细骨料，俗称砂。的骨料称为细骨料，俗称砂。有天然砂（河砂、湖砂、山砂、淡化海砂）人有天然砂（河砂、湖砂、山砂、淡化海砂）人工砂（机制砂、混合砂）。工砂（机制砂、混合砂）。 粒径粒径4.75mm4.75mm的骨料称为粗骨料俗称石子。的骨料称为粗骨料俗称石子。常用的有卵石和碎石。常用的有卵石和碎石。Building Materials基础知识基础知识6 6.1.2 .1.2 骨料骨料2. 2. 骨骨料的技术性质料的技术性质3.3. 细细骨骨料料 4.4. 粗粗骨骨料料Buildin

100、g Materials1. 1. 骨骨料的技术性质料的技术性质 骨骨料的各项性能指标将直接影响混凝土的料的各项性能指标将直接影响混凝土的施工性能和使用性能。施工性能和使用性能。骨骨料的主要技术性质包料的主要技术性质包括：括：1 1、颗粒级配及粗细程度、颗粒级配及粗细程度、2 2、颗粒形态和颗粒形态和表面特征、表面特征、3 3、强度、强度、4 4、坚固性、坚固性、5 5、含泥量、含泥量、6 6、有害物质及有害物质及7 7、碱骨料反应等。碱骨料反应等。 Building Materials2.2. 细骨料细骨料 Fine aggregate 粒径粒径4.75mm4.75mm以下的骨料称为细骨料以下

101、的骨料称为细骨料，俗称，俗称砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。砂。砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然天然砂是由于自然风化砂是由于自然风化、水流搬运和分选、堆积形、水流搬运和分选、堆积形成的粒径小于成的粒径小于4.75mm4.75mm的岩石颗粒，但不包括软的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖质岩、风化岩石的颗粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的砂、山砂和淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。国家标准机制砂、混合砂的统称。国家标准GB/T GB/T 1468414684- -20012001建筑用砂建筑用砂规定了建筑用砂的技规定

102、了建筑用砂的技术要求。术要求。Building Materials2.2. 细骨料细骨料Fine aggregate (1)砂的粗细程度和颗粒级配砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的总体粗细程度。图42 骨料颗粒级配筛分法表41 累计筛余与分计筛余的关系图43 砂的级配区筛分曲线 砂的细度模数及级配评定Building Materials图4-2 骨料颗粒级配示意图 (a)单一粒径；(b)两种粒径；(c)多种粒径 2.细骨料细骨料Fine aggregate骨料颗粒级配 砂的颗粒级配是指粒径不同的砂粒互相搭配的情况。同样粒径的砂空隙率最大，若大颗粒间空隙由中颗粒填充，空隙率会减小，若再填

103、充以小颗粒，空隙率更小，如图4.2所示。 Building Materials2.细骨料细骨料Fine aggregate筛分法砂的粗细程度与颗粒级配的评定。砂的粗细程度和颗粒级配，常用筛分析方法进行评定。用一套孔径(方孔)为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的标准筛筛分。 称取试样500g，将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛(附筛底)上进行筛分，然后称取各筛上的筛余量，计算各筛的分计筛余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累计筛余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其计算关系如表4-1。 Building Materials砂的累计筛余与分计筛余的

104、关系 Table 4-1筛孔尺寸分计筛余量(g)分计筛余百分率(%)累计筛余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)100% A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)100%A3=a1+a2+a3600m m4a4=(m4/500)100%A4=a1+a2+a3+a4300mm5a5=(m5/500)100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150mm6a6=(m6/500)100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6细骨料细骨料Fine aggregateBuilding Materials砂的级配区筛分曲线

105、图4-3 砂的级配曲线 细骨料细骨料Fine aggregateBuilding Materials细骨料细骨料Fine aggregate*砂的细度模数砂的细度模数：砂的粗细程度用细度模数Mx表示，其计算式如下： 建筑用砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为： 粗砂：3.73.1；中砂：3.02.3；细砂：2.21.6。Building Materials细骨料细骨料Fine aggregate (2)(2)颗粒形状及表面特征颗粒形状及表面特征天然砂(natural sand)：河砂、海砂人工砂(artificial sand)：山砂、机制砂从流动性上看，人工砂的颗粒形状及表面

106、特征不及天然砂好从粘结力上看，天然砂的颗粒形状及表面特征不及人工砂好Building Materials（3）含泥量与泥块含量含泥量是指天然砂中粒径小于75m的颗粒含量；石粉含量是指人工砂中粒径小于75m的颗粒含量；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600m的颗粒含量。 天然砂的含泥量应符合表4-3的规定。 人工砂的石粉含量应符合表4-4的规定。 砂中泥块含量应符合表4-3和表4-4的规定。 2.2.细骨料细骨料Fine aggregateBuilding Materials（5 5）砂的坚固性是指砂在自然风化）砂的坚固性是指砂在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下

107、，和其他外界物理、化学因素作用下，抵抗破裂的能力。抵抗破裂的能力。天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验，砂样经砂样经5 5次循环后其质量损失应符合次循环后其质量损失应符合表表4-64-6的规定。人工砂采用压碎指标的规定。人工砂采用压碎指标法进行试验，压碎指标值应符合法进行试验，压碎指标值应符合表表4-74-7的规定。的规定。 2.2. 细骨料细骨料 Fine aggregateBuilding Materials（6 6）表观密度、堆积密度、空隙率）表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表

108、观密度大于表观密度大于2500kg/m2500kg/m3 3，松散堆积密度大于，松散堆积密度大于1350kg/m1350kg/m3 3，空隙率小于，空隙率小于47%47%。（7 7）碱骨料反应）碱骨料反应碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。经碱骨料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、经碱骨料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率酥裂、胶体外溢等现象，在

109、规定的试验龄期膨胀率应小于应小于0.10%0.10%。2.2. 细骨料细骨料 Fine aggregate Building Materials3.3. 粗粗骨骨料料 粒径大于粒径大于4.75 mm4.75 mm的骨料称为的骨料称为粗骨料粗骨料，俗称石。常用的有碎石及，俗称石。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石或岩石卵石两种。碎石是天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的粒径大于经机械破碎、筛分制成的粒径大于4.75 mm4.75 mm的岩石颗粒。的岩石颗粒。卵石是由于卵石是由于自然风化自然风化、水流搬运和分选、堆积、水流搬运和分选、堆积而成的粒径大于而成的粒径大于4.75 mm4.75 mm

110、的岩石颗的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径颗粒所属相应粒级的平均粒径2.42.4倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径径0.40.4倍者为片状颗粒（平均粒径倍者为片状颗粒（平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值）。指该粒级上、下限粒径的平均值）。建筑用卵石、碎石应满足国家标准建筑用卵石、碎石应满足国家标准GB/T 14685GB/T 14685- -20012001建筑用卵石、建筑用卵石、碎石碎石的技术要求。的技术要求。卵石卵石 碎石碎石 Building Materials基础知识基础知识6.6.1.4 1.4

111、 外加剂外加剂*P89混凝土外加剂，是指在混凝土拌和过程中混凝土外加剂，是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。除特殊掺入的，用以改善混凝土性能的物质。除特殊情况外，掺量一般不超过水泥用量的情况外，掺量一般不超过水泥用量的5%5%（掺量（掺量小，效果大）。小，效果大）。外加剂的分类外加剂的分类P89P89 国家标准国家标准GB 80762008GB 80762008中按外加剂的主中按外加剂的主要功能将混凝土外加剂分为四类：要功能将混凝土外加剂分为四类： (1)(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，其中包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。其中包括

112、各种减水剂、引气剂和泵送剂等。Building Materials (2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，其中包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。 (3)改善混凝土耐久性的外加剂，其中包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。 (4)改善混凝土其他性能的外加剂，其中包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。混凝土外加剂混凝土外加剂Building Materials基础知识基础知识 土木工程常用外加剂：土木工程常用外加剂： (1(1）减水剂）减水剂 减水剂是应用最广的混凝土外加剂。它属于表面活性减水剂是应用最广的混凝土外加剂。它属于表面活性剂，是由亲水基团和憎水基团二个部分组成。加入水后，其亲

113、水基团会剂，是由亲水基团和憎水基团二个部分组成。加入水后，其亲水基团会电离出离子，使表面活性剂分子带有电荷。亲水基团指向溶剂，憎水基电离出离子，使表面活性剂分子带有电荷。亲水基团指向溶剂，憎水基团指向水泥颗粒，并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面张力。团指向水泥颗粒，并作定向排列，形成定向吸附膜而降低水的表面张力。这种表面活性作用是减水剂起减水增强作用的主要原因。这种表面活性作用是减水剂起减水增强作用的主要原因。 (2(2）缓凝剂）缓凝剂 缓凝剂是指延长混凝土凝结时间的外加剂。缓凝剂是指延长混凝土凝结时间的外加剂。 (3(3）早强剂）早强剂 早强剂可加速混凝土硬化，提高早期强度。早强剂可

114、加速混凝土硬化，提高早期强度。 (4(4）引气剂）引气剂 引气剂与减水剂相似，都是表面活性剂。使水溶液在引气剂与减水剂相似，都是表面活性剂。使水溶液在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡。搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡。 (5(5）膨胀剂）膨胀剂 混凝土膨胀剂是指与水泥、水拌和后经水化反应生成混凝土膨胀剂是指与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石、钙矾石和氢氧化钙或氢氧化钙，使混凝土产生膨胀的外加剂。钙矾石、钙矾石和氢氧化钙或氢氧化钙，使混凝土产生膨胀的外加剂。 (6(6）防冻剂）防冻剂 能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到能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的

115、外加剂为混凝土防冻剂。预期性能的外加剂为混凝土防冻剂。 (7(7）钢筋阻锈剂）钢筋阻锈剂 加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的外加剂。加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的外加剂。 混凝土外加剂混凝土外加剂Building Materials基础知识基础知识4、引气剂：引气剂：在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂。常用的产品有松香热聚物、松香皂等，此外还有烷基磺酸常用的产品有松香热聚物、松香皂等，此外还有烷基磺酸钠及烷基苯磺酸钠等。钠及烷基苯磺酸钠等。引气剂可在混凝土拌合物中

116、引入直径为引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.051.25mm的气的气泡泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，降低混凝土强度、弹性模量耐久性，降低混凝土强度、弹性模量。适用于港口、土工、地适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。不能用于预应力砼、蒸养砼。下防水混凝土等工程。不能用于预应力砼、蒸养砼。5、膨胀剂：在搅拌混凝土的过程中，能使混凝土产生膨、膨胀剂：在搅拌混凝土的过程中，能使混凝土产生膨胀的外加剂称为膨胀剂。胀的外加剂称为膨胀剂。常用的产品有硫铝酸钙类、硫铝酸钙常用的产品有硫铝酸钙类、硫铝酸钙氧化钙类、氧化钙氧

117、化钙类、氧化钙等。等。NOTE：硫铝酸钙类温度不得长期处于：硫铝酸钙类温度不得长期处于80度以上、不宜和度以上、不宜和氯盐类同时使用。氯盐类同时使用。混凝土外加剂混凝土外加剂P89Building Materials4.2.2 4.2.2 混凝土拌合物性能的影响因素混凝土拌合物性能的影响因素 4.2.1 4.2.1 混凝土拌合物性能的涵义与测定混凝土拌合物性能的涵义与测定6.2 6.2 6.2 6.2 混凝土拌合物的性能混凝土拌合物的性能混凝土拌合物的性能混凝土拌合物的性能 P100 P100 P100 P100 Building Materials基础知识基础知识6 6.2.1 .2.1 混

118、凝土拌合物性能的涵义与测定混凝土拌合物性能的涵义与测定 1.1.和易性的涵义与测定和易性的涵义与测定* * *P101P101 2.2.混凝土凝结时间测定混凝土凝结时间测定 从混凝土拌合物中筛出砂浆用贯入阻力法来测从混凝土拌合物中筛出砂浆用贯入阻力法来测定坍落度值不为零的混凝土拌合物凝结时间。贯入定坍落度值不为零的混凝土拌合物凝结时间。贯入阻力达到阻力达到3.5MPa3.5MPa和和28.0MPa28.0MPa的时间分别为混凝土拌合的时间分别为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。物的初凝和终凝时间。 和易性和易性( (workablityworkablity) )混凝土拌合物的和易性混凝土拌合物的和

119、易性又称工作性，又称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作是指混凝土拌合物易于施工操作(拌和、拌和、运输、浇灌、捣实运输、浇灌、捣实)并能获得质量均匀，成型密实的并能获得质量均匀，成型密实的性能。性能。它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。性和保水性等三方面的含义。Building Materials1.1. 和易性的涵义与测定和易性的涵义与测定 (1)坍落度坍落度(slump)*P101及坍落扩展度试验及坍落扩展度试验将混凝土拌合物分将混凝土拌合物分3次按规定方法装入坍落度次按规定方法装入坍落度筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍

120、落度筒。筒内，刮平表面后，垂直向上提起坍落度筒。拌合物因自重而坍落，测量坍落的值拌合物因自重而坍落，测量坍落的值(mm)，即为该拌合物的坍落度即为该拌合物的坍落度(如图如图4-9)。坍落扩展度值：当混凝土拌合物的坍落坍落扩展度值：当混凝土拌合物的坍落度大于度大于220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，当二者的差小最终的最大直径和最小直径，当二者的差小于于50mm时，用其算术平均值作为坍落扩展时，用其算术平均值作为坍落扩展度值。最大最小差大于度值。最大最小差大于50mm时试验结果无时试验结果无效。效。 Building Materials1.1.

121、和易性的涵义与测定和易性的涵义与测定 (2)维勃稠度试验维勃稠度试验*P101维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪维勃稠度试验需用维勃稠度测定仪(见图见图4-10)。所用的时间所用的时间(以秒计以秒计)称为该称为该混凝土拌合物的维勃稠度。混凝土拌合物的维勃稠度。维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物维勃稠度值越大，说明混凝土拌合物越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小越干硬。混凝土拌合物根据维勃稠度大小分为分为4级，级，见见表表5-17。 Building Materials1.1. 和易性的涵义与测定和易性的涵义与测定 (1)坍落度及坍落扩展度试验坍落度及坍落扩展度试验图4-9 坍落度测定 Buildin

122、g Materials坍落度筒坍落度筒1.1. 和易性的涵义与测定和易性的涵义与测定 图6-5 维勃稠度仪 Building Materials维勃稠度仪维勃稠度仪基础知识基础知识6 6.2.2 .2.2 混凝土拌合物性能的影响因素混凝土拌合物性能的影响因素 1.1. 混凝土和易性的影响因素混凝土和易性的影响因素 2.2. 混凝土凝结时间影响因素混凝土凝结时间影响因素Building Materials1.1. 混凝土和易性的影响因素混凝土和易性的影响因素 *P103-107 *和易性的影响因素有和易性的影响因素有：水泥浆量、水灰比、水泥浆量、水灰比、砂率、骨料的品种、规格和质量、外加剂、温度

123、和砂率、骨料的品种、规格和质量、外加剂、温度和时间及其他影响因素。时间及其他影响因素。本小节着重讨论水泥浆量、本小节着重讨论水泥浆量、水灰比和砂率对混凝土和易性的影响。水灰比和砂率对混凝土和易性的影响。 水泥浆量水泥浆量水泥浆量是指混凝土中水泥及水水泥浆量是指混凝土中水泥及水的总量。的总量。 水灰比水灰比拌制水泥浆、砂浆和混凝土混合料拌制水泥浆、砂浆和混凝土混合料时，水与水泥的质量比称为水灰比（时，水与水泥的质量比称为水灰比（W/CW/C）。）。 砂率砂率砂率是指砂用量与砂、石总用量的质砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比，它表示混凝土中砂、石的组合或配合程量百分比，它表示混凝土中砂、石的

124、组合或配合程度。度。Building Materials1.1. 影影响和易性的和易性的主要因素主要因素*（1）原材料的性质）原材料的性质水泥品种和细度水泥品种和细度不同品种的水泥，颗粒粗细、不同品种的水泥，颗粒粗细、特征不同，需水量也不同。在其他条件相同时，硅特征不同，需水量也不同。在其他条件相同时，硅酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合酸盐水泥和普通水泥较矿渣水泥拌制的混凝土拌合物的和易性好。用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性物的和易性好。用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好，保水性和粘聚性也较好。最好，保水性和粘聚性也较好。骨料如其他条件相同，卵石混凝土比碎石骨料如其他条件相同，卵石混

125、凝土比碎石混凝土流动性大，河砂比山砂流动性大。混凝土流动性大，河砂比山砂流动性大。较大粒径、级配好的比级配差的流动性大。较大粒径、级配好的比级配差的流动性大。 （2）水泥浆的数量）水泥浆的数量浆骨比浆骨比浆骨比：拌合物中水泥浆与骨料的重量比。流动浆骨比：拌合物中水泥浆与骨料的重量比。流动性由水泥浆而来。性由水泥浆而来。Building Materials1.1. 影影响和易性的和易性的主要因素主要因素 （3）水泥浆的稠度水泥浆的稠度主要取决于水灰比(1m3混凝土中水与水泥用量的比值)大小。水灰比过大，水泥浆太稀，产生严重离析及泌水现象；过小，因流动性差而难于施工，通常水灰比在0.400.75之

126、间，并尽量选用小的水灰比。 （4）砂率）砂率(S)选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，并保持良好的粘聚性和保水性；或在保证良好并保持良好的粘聚性和保水性；或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值和易性的同时，水泥用量最少。此时的砂率值称为合理砂率称为合理砂率(如如图图4.6、图图4.7)。Building Materials1.1. 影影响和易性的和易性的主要因素主要因素 （5）其他因素外加剂拌制混凝土时，掺入少量外加剂，有利于改善和易性 温度混凝土拌合物的流动性

127、随温度的升高而降低。 时间随着时间的延长，拌和后的混凝土坍落度逐渐减小。 工艺 拌合好，塌落度(slump)大。Building Materials* *和易性的和易性的调整与改善（调整与改善（P107P107） 流动性小：保持W/C不变，增加水泥浆用量。 坍落度大：保持砂率不变，增加砂石用量，实际上减少水泥浆用量。选择合理得浆骨比。 改善骨料级配，可改善和易性（既可增加流动性，也能改善粘聚性和保水性）。 加外加剂（掺减水剂或引气剂是改善和易性的有效措施。Building Materials2.2. 混凝土凝结时间及其影响因素混凝土凝结时间及其影响因素 (1)(1)混凝土凝结时间测定混凝土凝结

128、时间测定 从混凝土拌合物中筛出从混凝土拌合物中筛出砂浆用贯入阻力法来测定坍砂浆用贯入阻力法来测定坍落度值不为零的混凝土拌合落度值不为零的混凝土拌合物凝结时间。贯入阻力达到物凝结时间。贯入阻力达到3.5 3.5 MPaMPa和和28.0 28.0 MPaMPa的时间的时间分别为混凝土拌合物的初凝分别为混凝土拌合物的初凝和终凝时间。和终凝时间。混凝土的初凝时间一般为：混凝土的初凝时间一般为：24h24h。终凝时间为：。终凝时间为：610h610h。 Building Materials2.2. 混凝土凝结时间及其影响因素混凝土凝结时间及其影响因素 (2)(2)水泥的水化是混凝土产生凝结的主水泥的水

129、化是混凝土产生凝结的主要原因，但是，混凝土的凝结时间与所用水要原因，但是，混凝土的凝结时间与所用水泥的凝结时间并不一致。因为水灰比的大小泥的凝结时间并不一致。因为水灰比的大小会明显影响水泥的凝结时间，水灰比越大，会明显影响水泥的凝结时间，水灰比越大，凝结时间越长，一般混凝土的水灰比与测定凝结时间越长，一般混凝土的水灰比与测定水泥凝结时间的水灰比是不同的，凝结时间水泥凝结时间的水灰比是不同的，凝结时间便有所不同。而且混凝土的凝结时间还受温便有所不同。而且混凝土的凝结时间还受温度、外加剂等其他各种因素的影响。度、外加剂等其他各种因素的影响。 Building Materials基础知识基础知识6.

130、3 6.3 6.3 6.3 硬化后混凝土的性能硬化后混凝土的性能硬化后混凝土的性能硬化后混凝土的性能 4.3.3 4.3.3 混凝土的耐久性混凝土的耐久性4.3.1 4.3.1 混凝土的强度混凝土的强度 P108P1084.3.2 4.3.2 混凝土的变形混凝土的变形Building Materials基础知识基础知识6 6.3.1 .3.1 混凝土的强度混凝土的强度P108-118P108-1181.1. 立方体抗压强度立方体抗压强度2.2. 混凝土强度等级混凝土强度等级3.3. 混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度4.4. 混凝土的弯拉强度混凝土的弯拉强度

131、5.5. 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素Building Materials1.1. 立方体抗压强度立方体抗压强度* * *P111P111 国家标准国家标准GB/T 50081GB/T 5008120022002普通混凝土普通混凝土力学性能试验方法标准力学性能试验方法标准规定，将混凝土拌合规定，将混凝土拌合物制作物制作边长为边长为150mm150mm的立方体试件的立方体试件，在标准条件，在标准条件（温度（温度202022，相对湿度，相对湿度9595以上）下，养以上）下，养护到护到28 d28 d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度（简称立

132、方体抗压强度），方体试件抗压强度（简称立方体抗压强度），以以f fcucu表示。表示。 Cubiccompressivestrength Building Materials2.2. 混凝土强度等级混凝土强度等级* * *P112P112按照国家标准按照国家标准GB 50010GB 5001020022002混凝土结构设计规混凝土结构设计规范范，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确，混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养定。立方体抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为护的边长为150mm150mm的立方体试件，在的立方体试件，在28d

133、28d龄期用标准试龄期用标准试验方法测得的具有验方法测得的具有9595保证率的抗压强度，以保证率的抗压强度，以f fcucu，k k表表示。普通混凝土划分为十四个强度等级：示。普通混凝土划分为十四个强度等级：C15C15、C20C20、C25C25、C30C30、C35C35、C40C40、C45C45、C50C50、C55C55、C60C60、C65C65、C70C70、C75C75和和C80C80。混凝土强度等级是混凝土结构设计、。混凝土强度等级是混凝土结构设计、施工质量控制和工程验收的重要依据。不同的建筑工施工质量控制和工程验收的重要依据。不同的建筑工程及建筑部位需采用不同强度等级的混凝

134、土，一般有程及建筑部位需采用不同强度等级的混凝土，一般有一定的选用范围。一定的选用范围。Building Materials例题施工中制作一组标准混凝土立方体试件，经标准养护28d，上机进行力学性能试验，测得抗压破坏荷载分别为700kN、720 kN、740 kN，试判断该混凝土的强度等级。 即该组试件的立方体抗压强度等级为C30。3.3. 混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度 混凝土的轴心抗压强度的测定采用混凝土的轴心抗压强度的测定采用150mm150mm150mm150mm300mm300mm棱柱体作为标准试件。轴心抗压棱柱体作为标准试件。轴心抗压强度设计值

135、以强度设计值以f fcpcp表示，轴心抗压强度标准值以表示，轴心抗压强度标准值以f fcp,kcp,k表表示。示。 *混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之间具有一定的关系，通过大量试验表明：在立方体抗压强度fcu为1055MPa的范围内，fcp=(0.70.8)fcu。轴心抗拉强度轴心抗拉强度axialtensilestrength（棱柱体抗压强度（棱柱体抗压强度 prismaticcompressivestrength ）Building Materials3.3. 混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft可按

136、劈裂抗拉强可按劈裂抗拉强度度fts换算得到，换算系数可由试验确定。混换算得到，换算系数可由试验确定。混凝土劈裂抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验凝土劈裂抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度来测定，称为劈裂抗拉强度fts。fts=2F/A=0.637F/A 劈裂抗拉强度劈裂抗拉强度 tensilesplittingstrength Building Materials 3.3. 混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度混凝土的轴心抗压强度和轴心抗拉强度Building Materials5.5. *影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素P114-118P114-118 影响混凝土强度的

137、因素很多，包括三方面：影响混凝土强度的因素很多，包括三方面：(2)(2)生产工艺因素生产工艺因素(3)(3)实验因素实验因素(1)(1)原材料因素原材料因素Building Materials(1(1）原材料因素）原材料因素 A.A.水泥强度水泥强度 水泥强度的大小直接影响混凝土强度。在水泥强度的大小直接影响混凝土强度。在配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成配合比相同的条件下，所用的水泥强度等级越高，制成的混凝土强度也越高。试验证明，混凝土强度与水泥强的混凝土强度也越高。试验证明，混凝土强度与水泥强度成正比关系。度成正比关系。 B.B.水灰比水灰比 当用同一种水泥时，混凝土的强度主

138、要决定当用同一种水泥时，混凝土的强度主要决定于水灰比。满足和易性要求时，水灰比越小，水泥石的于水灰比。满足和易性要求时，水灰比越小，水泥石的强度越高。强度越高。 混凝土强度与水泥强度等级、水灰比的关系可以用下混凝土强度与水泥强度等级、水灰比的关系可以用下述公式表达（保罗米公式述公式表达（保罗米公式*P115P115）：）：* *已知水泥强度、水灰比，可估算混凝土强度。已知水泥强度、水灰比，可估算混凝土强度。* *已知水泥强度、要求混凝土强度，计算水灰比。已知水泥强度、要求混凝土强度，计算水灰比。5.5. 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素 P114-118 5.5. 影响混凝土强度的因素

139、影响混凝土强度的因素Fig.混凝土强度与水灰比、灰水比的关系混凝土强度与水灰比、灰水比的关系(1(1）原材料因素）原材料因素 C.C.骨料骨料 与骨料尤其是粗骨料的表面状与骨料尤其是粗骨料的表面状况有关。碎石表面粗糙，粘结力比较大，况有关。碎石表面粗糙，粘结力比较大，卵石表面光滑，粘结力比较小。在其它相卵石表面光滑，粘结力比较小。在其它相同的条件下，碎石混凝土的强度较高。同的条件下，碎石混凝土的强度较高。 D. D. 外加剂和掺合料外加剂和掺合料 加入外加剂可按要加入外加剂可按要求改变混凝土的强度及强度发展规律，如求改变混凝土的强度及强度发展规律，如掺入减水剂可减少拌合用水量，提高混凝掺入减水

140、剂可减少拌合用水量，提高混凝土的强度。超细的掺合料可配制高强度的土的强度。超细的掺合料可配制高强度的混凝土。混凝土。5.5. 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素(2) (2) 生产工艺因素生产工艺因素 这里所指的生产工艺因素包括混凝土生产过程中涉及到的施这里所指的生产工艺因素包括混凝土生产过程中涉及到的施工（搅拌、捣实）、养护条件、养护时间等因素。工（搅拌、捣实）、养护条件、养护时间等因素。 A. A. 施工条件施工条件 在施工中须将混凝土拌合物搅拌均匀，浇注在施工中须将混凝土拌合物搅拌均匀，浇注后必须捣固密实，才能使混凝土达到预期强度。采用机械搅拌后必须捣固密实，才能使混凝土达到预期强

141、度。采用机械搅拌比人工搅拌的拌合物更均匀，采用机械捣实比人工捣实的混凝比人工搅拌的拌合物更均匀，采用机械捣实比人工捣实的混凝土更密实。土更密实。 B. B. 养护条件养护条件 混凝土的养护条件主要指所处的环境温度和混凝土的养护条件主要指所处的环境温度和湿度，它们是通过影响水泥水化过程而影响混凝土强度。养护湿度，它们是通过影响水泥水化过程而影响混凝土强度。养护环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度较高。环境温度高，水泥水化速度加快，混凝土早期强度较高。 C. C. 龄期龄期 龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。龄期是指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常养护条件下，混凝土强度

142、将随着龄期增长而增长。在正常养护条件下，混凝土强度将随着龄期增长而增长。5.5. 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素(3)(3)实验因素实验因素 A.A.试件形状尺寸试件形状尺寸 试件尺寸会影响到混凝土强度实验的测试试件尺寸会影响到混凝土强度实验的测试结果。试件尺寸越大，测得的强度值越低。当采用非标准尺寸试结果。试件尺寸越大，测得的强度值越低。当采用非标准尺寸试件时，应将其抗压强度折算为标准试件抗压强度。件时，应将其抗压强度折算为标准试件抗压强度。 B. B. 表面状态表面状态 当混凝土受压面非常光滑时（如有油脂），由当混凝土受压面非常光滑时（如有油脂），由于压板与试件表面的磨擦力减小，

143、使环箍效应减小，试件将出现于压板与试件表面的磨擦力减小，使环箍效应减小，试件将出现垂直裂纹而破坏，测得的混凝土强度值较低。垂直裂纹而破坏，测得的混凝土强度值较低。 C. C. 含水程度含水程度 混凝土试件含水率越高，其强度越低。混凝土试件含水率越高，其强度越低。 D. D. 加荷速度加荷速度 在进行混凝土试件抗压试验时，若加荷速度过在进行混凝土试件抗压试验时，若加荷速度过快，材料裂纹扩展的速度慢于荷载增加速度，会造成测得的强度快，材料裂纹扩展的速度慢于荷载增加速度，会造成测得的强度值偏高。故在进行混凝土立方体抗压强度试验时，应按规定的加值偏高。故在进行混凝土立方体抗压强度试验时，应按规定的加荷

144、速度进行。荷速度进行。 5.5. 影响混凝土强度的因素影响混凝土强度的因素基础知识基础知识6 6.3.2 .3.2 混凝土的变形混凝土的变形 P118P1181.1. 化学变形化学变形 2.2. 干湿变形干湿变形3.3. 温度变形温度变形4.4. 荷载作用下的变形荷载作用下的变形 混凝土在硬化和使用过程中，由于受物理、化学等混凝土在硬化和使用过程中，由于受物理、化学等因素的作用，会产生各种变形，这些变形是导致混凝土因素的作用，会产生各种变形，这些变形是导致混凝土产生裂纹的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的强产生裂纹的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的强度和耐久性。度和耐久性。1.1. 化学

145、变形化学变形 混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水泥与水）的体积，导致混凝土在硬化小于反应物（水泥与水）的体积，导致混凝土在硬化时产生收缩，称为化学收缩。混凝土的化学收缩是不时产生收缩，称为化学收缩。混凝土的化学收缩是不可恢复的，收缩量随混凝土的硬化龄期的延长而增加，可恢复的，收缩量随混凝土的硬化龄期的延长而增加，一般在一般在40d40d内逐渐趋向稳定。内逐渐趋向稳定。2.干湿变形干湿变形混凝土在环境中会产生干缩湿胀变形。水泥石内混凝土在环境中会产生干缩湿胀变形。水泥石内吸附水和毛细孔水蒸发时，会引起凝胶体紧缩和毛细吸附水和毛细孔水

146、蒸发时，会引起凝胶体紧缩和毛细孔负压，从而使混凝土产生收缩。当混凝土吸湿时，孔负压，从而使混凝土产生收缩。当混凝土吸湿时，由于毛细孔负压减小或消失而产生膨胀。影响混凝土由于毛细孔负压减小或消失而产生膨胀。影响混凝土干湿变形的因素有多种。干湿变形的因素有多种。3.3. 温度变形温度变形 对大体积混凝土工程，在凝结硬化初期，由于对大体积混凝土工程，在凝结硬化初期，由于水泥水化放出的水化热不易散发而聚集在内部，造水泥水化放出的水化热不易散发而聚集在内部，造成混凝土内外温差很大，有时可达成混凝土内外温差很大，有时可达4050 4050 以上，以上，从而导致混凝土表面开裂。从而导致混凝土表面开裂。 混凝

147、土在正常使用条件下也会随温度的变化而混凝土在正常使用条件下也会随温度的变化而产生热胀冷缩变形。混凝土的热膨胀系数与混凝土产生热胀冷缩变形。混凝土的热膨胀系数与混凝土的组成材料及用量有关，但影响不大。混凝土的热的组成材料及用量有关，但影响不大。混凝土的热膨胀系数一般为（膨胀系数一般为（0.6 0.6 1.31.3）10105 5/。4.4. *荷载作用下的变形荷载作用下的变形 (1)(1)混凝土在短期荷载作用下的变形混凝土在短期荷载作用下的变形 混凝土是一种非均质弹塑性体。在外力作用下，混凝土是一种非均质弹塑性体。在外力作用下，既产生弹性变形，又产生塑性变形，即混凝土的应力既产生弹性变形，又产生

148、塑性变形，即混凝土的应力与应变的关系不是直线而是曲线。混凝土的塑性变形与应变的关系不是直线而是曲线。混凝土的塑性变形是内部微裂纹产生、增多、扩展与汇合等的结果。是内部微裂纹产生、增多、扩展与汇合等的结果。 (2)(2)混凝土在长期荷载作用下的变形混凝土在长期荷载作用下的变形徐变徐变* 混凝土在长期不变荷载作用下，沿作用力方向随混凝土在长期不变荷载作用下，沿作用力方向随时间而产生的塑性变形称为混凝土的时间而产生的塑性变形称为混凝土的徐变徐变(P121)(P121)。基础知识基础知识6 6.3.3 .3.3 *混凝土的耐久性混凝土的耐久性(P122_127)(P122_127)1 1.*.*混凝土

149、耐久性的概念混凝土耐久性的概念 混凝土的耐久性是混凝土在使用环境下抵抗各种物理和化混凝土的耐久性是混凝土在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。混凝土的耐久性直接影响结构物的安全性学作用破坏的能力。混凝土的耐久性直接影响结构物的安全性和使用性能。耐久性包括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和和使用性能。耐久性包括抗渗性、抗冻性、化学侵蚀和碱骨料碱骨料反应（反应（P98)P98)等。下图是被腐蚀的混凝土。等。下图是被腐蚀的混凝土。2.2. 提高混凝土耐久性的措施提高混凝土耐久性的措施氯离子腐蚀氯离子腐蚀 酸雨腐蚀酸雨腐蚀 （7）碱骨料反应（）碱骨料反应（P98)碱骨料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成

150、物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。经碱骨料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀率应小于0.10%。 2.2. 细骨料细骨料Fine aggregateBuilding Materials6.3.3混凝土的耐久性混凝土的耐久性混凝土的碳化 4 4、混凝土的碳化、混凝土的碳化（*P125P125） 定义：定义：混凝土的碳化作用是空气中的二氧化混凝土的碳化作用是空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙在有水存在的条件下发生碳与水泥石中的氢氧化钙在有水存在的条件下发生化学作用，生成碳酸钙和水。化学作用，生成碳酸钙和水

151、。 碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。渐扩散的过程。 利弊利弊 弊：弊：碳化对混凝土最主要的影响是使混凝碳化对混凝土最主要的影响是使混凝土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，可能导土的碱度降低，减弱了对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀（钝化作用消失）。碳化还会引起混凝致钢筋锈蚀（钝化作用消失）。碳化还会引起混凝土收缩土收缩( (碳化收缩碳化收缩) )，容易使混凝土的表面产生微细，容易使混凝土的表面产生微细裂缝。裂缝。 2.2. 提高混凝土耐久性的措施提高混凝土耐久性的措施P126P126(1)(1)选用适当品种的水泥及掺合料；选用适当

152、品种的水泥及掺合料；(2)(2)适当控制混凝土的水灰比及保证水泥用量；适当控制混凝土的水灰比及保证水泥用量；(3) (3) 掺用外加剂（减水剂、引气剂、防冻剂），改善抗掺用外加剂（减水剂、引气剂、防冻剂），改善抗渗性和抗冻性；渗性和抗冻性；(4)(4)选用较好的砂、石骨料，选用较好的砂、石骨料，改善粗细骨料的颗粒级配改善粗细骨料的颗粒级配； (5) (5) 改善混凝土的施工操作方法，改善混凝土的施工操作方法，加强浇捣和养护，以加强浇捣和养护，以提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象 ；(6)(6)进行表面处理。进行表面处理。采用浸渍处理

153、或用有机材料作防护采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层。涂层。Building Materials4.4 4.4 4.4 4.4 混凝土的质量控制及配合比设计混凝土的质量控制及配合比设计混凝土的质量控制及配合比设计混凝土的质量控制及配合比设计4.4.2 4.4.2 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计4.4.1 4.4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制基础知识基础知识6 6.4.1 .4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制1.1. 混凝土的基本要求混凝土的基本要求 2.2. 混凝土的质量控制混凝土的质量控制3.3. 混凝土生产质量水平评定混凝土生

154、产质量水平评定 1.1. 混凝土的基本要求混凝土的基本要求 建筑工程中所使用的混凝土须满足以下四项基建筑工程中所使用的混凝土须满足以下四项基本要求：本要求：(1)(1)混凝土拌合物须具有与施工条件相适应的和混凝土拌合物须具有与施工条件相适应的和 易性。易性。(2)(2)满足混凝土结构设计的强度等级。满足混凝土结构设计的强度等级。(3)(3)具有适应所处环境条件的耐久性。具有适应所处环境条件的耐久性。(4)(4)在保证上述三项基本要求前提下的经济性。在保证上述三项基本要求前提下的经济性。2.2. 混凝土的质量控制混凝土的质量控制 混凝土质量控制的目标是使所生产的混凝土能混凝土质量控制的目标是使所

155、生产的混凝土能按规定的保证率满足设计要求。质量控制过程包括按规定的保证率满足设计要求。质量控制过程包括以下三个过程：以下三个过程：(1)(1)混凝土生产前的初步控制，主要包括人员混凝土生产前的初步控制，主要包括人员配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定配备、设备调试、组成材料的检验及配合比的确定与调整等项内容。与调整等项内容。(2)(2)混凝土生产过程中的控制，包括控制称量、混凝土生产过程中的控制，包括控制称量、搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等项内容。搅拌、运输、浇筑、振捣及养护等项内容。(3)(3)混凝土生产后的合格性控制，包括批量划混凝土生产后的合格性控制，包括批量划分，确定批取样数，

156、确定检测方法和验收界限等项分，确定批取样数，确定检测方法和验收界限等项内容。内容。3.3. 混凝土生产质量水平评定混凝土生产质量水平评定 用数理统计方法可求出几个特征统计量用数理统计方法可求出几个特征统计量: :强度平强度平均值（均值（ ）、强度标准差）、强度标准差( () )以及变异系数以及变异系数( (C Cv v) )。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝土质量越不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，土质量越不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，混凝土质量越均匀。我国混凝土质量越均匀。我国混凝土强度检验评定标混凝土强度检验评定标准准根据

157、强度标准差的大小，将混凝土生产单位的根据强度标准差的大小，将混凝土生产单位的质量管理水平划分为质量管理水平划分为“优良优良”、“一般一般”及及“差差”三等。三等。 1、混凝土立方体混凝土立方体抗压强度标准值是抗压强度标准值是指具有指具有95强度保强度保证率的标准立方体证率的标准立方体抗压强度值，也就抗压强度值，也就是指在混凝土立方是指在混凝土立方体抗压强度测定值体抗压强度测定值的总体分布中，低的总体分布中，低于该值的百分率不于该值的百分率不超过超过5。6 6.4.1 .4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制 2 2、用数理统计方法可求出几个特征统计量用数理统计方法可求出几

158、个特征统计量: :强强度平均值（度平均值（m mfcufcu）、强度标准差）、强度标准差( () )以及变异系数以及变异系数( (C Cv v) )。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，。强度标准差越大，说明强度的离散程度越大，混凝土质量越不均匀。也可用变异系数来评定，值混凝土质量越不均匀。也可用变异系数来评定，值越小，混凝土质量越均匀。越小，混凝土质量越均匀。Building Materials6 6.4.1 .4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制强度平均值强度平均值标准差：标准差：能反应混凝土的质量均匀性能反应混凝土的质量均匀性变异系数：变异系数：能反应混凝土的

159、质量均匀性能反应混凝土的质量均匀性 6 6.4.1 .4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制3、混凝土的强度保证率、混凝土的强度保证率定定义义：制制混混凝凝土土的的强强度度总总体体中中大大于于等等于于设设计计强度等级所出现的概率强度等级所出现的概率计算计算概率度法：概率度概率度法：概率度6 6.4.1 .4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制例题配制C25混凝土，要求强度保证率95%，则混凝土的配制强度为多少（已知=3.0N/mm2）?若采用普通水泥，碎石来配制，试求混凝土的水灰比，已知:水泥实际强度为40MPa，A=0.46，B=0.07解（1）f

160、cu,o=fcu,k+1.645 =25+4.935 =29.935(MPa)（2）fcu,o=Afce(C/W-B)三、三、混凝土强度的混凝土强度的检测评定方法检测评定方法 混凝土强度的混凝土强度的检验检验 1 1、一般规定（混凝土强度检验评定标准、一般规定（混凝土强度检验评定标准GBJ107GBJ1078787）第第2.0.12.0.1条条 混凝土的强度等级应按立方体抗压强混凝土的强度等级应按立方体抗压强度标准值划分，混凝土强度等级采用符号度标准值划分，混凝土强度等级采用符号C C与立方体与立方体抗压强度标准值（以抗压强度标准值（以N/mN/m计）表示。计）表示。第第2.0.22.0.2条

161、条 立方体抗压强度标准值系指对按标准立方体抗压强度标准值系指对按标准方法制作和养护的边长为方法制作和养护的边长为150mm150mm的立方体试件，在的立方体试件，在28d28d龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。总体分布中龄期，用标准试验方法测得的抗压强度。总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过的一个值，强度低于该值的百分率不超过5%5%。Building Materials6 6.4.1 .4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制 2、混凝土的取样，试件的制作、养护和试验、混凝土的取样，试件的制作、养护和试验第第3.0.1条条混凝土试样应在混凝土浇筑地点随机抽取，

162、混凝土试样应在混凝土浇筑地点随机抽取，取样频率应符合下列规定：取样频率应符合下列规定：一、每一、每100盘，但不超过盘，但不超过100的同配合比的混凝土，的同配合比的混凝土，取样次数不得少于一次；取样次数不得少于一次；二、每一工作班拌制的同配合比的混凝土不足二、每一工作班拌制的同配合比的混凝土不足100盘盘时其取样次数不得少于一次。时其取样次数不得少于一次。注：预拌混凝土应在预拌混凝土厂内按上述规定取样。注：预拌混凝土应在预拌混凝土厂内按上述规定取样。混凝土运到施工现场后，尚应按本条的规定抽样检验。混凝土运到施工现场后，尚应按本条的规定抽样检验。Building Materials6 6.4.

163、1 .4.1 混凝土的基本要求与质量控制混凝土的基本要求与质量控制6.4.2普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计P133一、定义一、定义混凝土配合比，是指混凝土中各组成材料数量之混凝土配合比，是指混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。间的比例关系。混凝土配合比设计，是根据材料的技术性能、工混凝土配合比设计，是根据材料的技术性能、工程要求、结构形式和施工条件，来确定混凝土各程要求、结构形式和施工条件，来确定混凝土各组成材料之间的配合比例。组成材料之间的配合比例。通常有两种表示方式：一种是以每立方米混凝土通常有两种表示方式：一种是以每立方米混凝土中各种材料的用量来表示。另一种是以各种材料中各种

164、材料的用量来表示。另一种是以各种材料相互间质量比来表示相互间质量比来表示(以水泥质量为以水泥质量为1)。Building Materials二、二、混凝土配合比的表示方法混凝土配合比的表示方法1、以每、以每lm3混凝土中各项材料的质量比表示。例混凝土中各项材料的质量比表示。例如如lm3混凝土：水泥混凝土：水泥300kg，水，水180kg，砂，砂720kg，石子，石子1200kg，每，每lm3混凝土总质量为混凝土总质量为2400kg。2、以各项材料间的质量比来表示、以各项材料间的质量比来表示(以水泥质量为以水泥质量为1)。例如，将上例换算成质量比为：水泥。例如，将上例换算成质量比为：水泥 砂砂

165、石石=1 2.4 4.0，水灰比，水灰比0.60。6.4.2普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计Building Materials三、三、混凝土配合比设计的基本要求混凝土配合比设计的基本要求(1)满足设计要求的强度；满足设计要求的强度；(2)满足施工要求的和易性；满足施工要求的和易性；(3)满足与环境相适应的耐久性；满足与环境相适应的耐久性；(4)在保证质量的前提下，应尽量节约水泥，在保证质量的前提下，应尽量节约水泥，降低成本。降低成本。6.4.2普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计Building Materials*四、混凝土配合比设计中的三个基本参数四、混凝土配合比设计中的三个

166、基本参数P1331、水与水泥之间的比例关系，用、水与水泥之间的比例关系，用水灰比水灰比表示；表示；2、砂与石子之间的比例关系，用、砂与石子之间的比例关系，用砂率砂率表示；表示；3、水泥浆与骨料之间的比例关系，常用、水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量单位用水量来来反映反映(1m3混凝土的用水量混凝土的用水量)。混凝土配合比设计就是要正确地确定这混凝土配合比设计就是要正确地确定这3个参数。个参数。6.4.2普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计Building Materials【例题】某工程制作室内用的钢筋混凝土大梁（不受风雪影响），混凝土设计强度等级为C25，施工要求坍落度为3050

167、mm，采用机械振捣。该施工单位无历史统计资料。采用材料：普通水泥，32.5级，实测强度为35.0MPa，密度为3100kg/m3；中砂，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1500kg/m3；碎石，最大粒径20mm，表观密度为2.70g/cm3，堆积密度为1550kg/m3；自来水。试设计混凝土的配合比(按干燥材料计算)。若施工现场中砂含水率为3%，卵石含水率为1%，求施工配合比。 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials【解解】设计步骤：设计步骤：(1)确定配制强度。确定配制强度。(2)确定水灰比确定水灰比(W/C)(3)确定用水量确定用水量(

168、mW0)(4)计算水泥用量计算水泥用量(mC0）(5)确定砂率确定砂率(6)计算砂、石用量计算砂、石用量mS0、mG0(7)计算初步配合比计算初步配合比(8)配合比调整配合比调整(9)试验室配合比试验室配合比(10)施工配合比施工配合比普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials(1)确定配制强度。该施工单位无历史统计资料，查表4-20，混凝土强度等级为C25时，取=5.0MPa。fcu,o=fcu,k+1.645 =25+8.2 =33.2(MPa)(2)确定水灰比(W/C) 利用强度经验公式计算水灰比（要求记忆）： 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合

169、比设计实例实例Building Materials复核耐久性 查表4-19规定最大水灰比为0.65，因此W/C=0.47满足耐久性要求。 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials(3)确定用水量(mW0) 此题要求施工坍落度为3050mm，碎石最大粒径为20mm，查表4-22得每立方米混凝土用水量：mW0=195kg(4)计算水泥用量(mC0） mC0=mW0/(C/W)=195/0.47414.9(kg)查表4-19规定最小水泥用量为260kg，故满足耐久性要求。(5)确定砂率根据上面求得的W/C=0.47，碎石最大粒径20mm，查表4-23，选砂

170、率S=30%。 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials (6)计算砂、石用量mS0、mG0 按质量法：强度等级C20的混凝土查表5.23，取混凝土拌合物计算表观密度=2400kg/m3，mCP=2400kg，列方程组即： 解得： mSO=537.2kg mGO=1253.3kg普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials按体积法列方程组 （不使用外加剂=1）即：解得：mSO=532.3kg mGO=1242.0kg普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials(7)计算初

171、步配合比质量法 mC0mS0mG0 ：mwo =414.9537.21253.3：195=11.293.02：0.47即：W/C=0.47体积法 mC0mS0mG0 ：mwo =414.9532.31242.0：195=11.282.99：0.47即：W/C=0.47两种方法计算结果相近。 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials(8)配合比试配、调整按初步配合比称取15L混凝土拌合物的材料：水泥 414.915/1000=6.22kg水 19515/1000=2.93kg 砂子 537.215/1000=8.06kg石子 1253.315/1000

172、=18.80kg和易性调整 将称好的材料均匀拌和后，进行坍落度试验。假设测得坍落度为20mm，小于施工要求的3050mm，应保持原水灰比不变，增加增加5%水泥浆。水泥浆。再经拌和后，坍落度为40mm，粘聚性、保水性均良好，已满足施工要求。 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials *此时（和易性调整后）各材料实际用量为：水泥6.22+6.225%=6.53kg水2.93（1+5%）=3.07kg 砂8.06kg石18.80kgM拌=6.53+3.07+8.06+18.80=36.46kg并测得每立方米拌合物质量为mCP=2420kg/m3调整后各材料

173、用量（配合比）：普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials强度调整方法如前所述， 采用： W/C=0.42、 W/C=0.47和 W/C=0.52三个水灰比（ W/C=0.42、 W/C=0.52的两个配合比，坍落度均满足要求），测得表观密度分别为：2415kg/m3、2420kg/m3、2425kg/m3。强度实测结果如下： W/CC/W强度实测值MPa0.422.3838.60.472.1335.60.521.9232.6普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials绘出fcuo与C/W的关系图从图上找出恰好满

174、足要求的fcuo =33.2MPa对应的灰水比C/W=2，即W/C=0.5。修正每1m3混凝土各材料的用量：水203.7kg，水泥砂535.0kg，石子1247.8kg。该配合比为最佳配合比。普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials(9)试验室配合比按照所确定的最佳配合比重新试配，并检验新拌混凝土的表观密度为2412kg/m3。计算该混凝土的表观密度：则其配合比校正系数为则前面计算的配合比即为确定的设计（实验室）配合比，mCmSmG：mw =407.4535.01247.8：203.7=11.313.06：0.5Building Materials(

175、10)施工配合比1m3拌合物的实际材料用量(kg)：mC=mC=407.4kgmS=mS(1+a%)=535(1+3%)=551.0kgmG=mG(1+b%)=1247.8(1+1%)=1260.2kmW=mW-mSa%-mGb%=207.3-5533%-1247.81%=175.2kg 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计实例实例Building Materials例题：某混凝土经过试配调整后，各材料的用量分别为水泥3.12kg,砂6.52kg，卵石12.52kg，水1.82kg，并测得拌合物的表现密度为2420kg/m3。（1）计算1m3混凝土中各种材料的用量？（2）若采用实测强度为4

176、3MPa的普通水泥，河砂，碎石来配制，试估算该混凝土的28天强度(A=0.46，B=0.07)。解: 3.12+6.52+12.52+1.82=23.9 8m3混凝土中各材料用量分别为:水泥: 24203.12/23.98=314.86 kg砂子: 24206.52/23.98=657.98 kg石子: 242012.52/23.98=1263.49 kg水: 24201.82/23.98=183.672420-314.86-657.98-1263.49=183.67 kg fcu=0.4643(314.86/183.67-0.07)=32.5 MPa6.6 6.6 6.6 6.6 砂浆砂浆砂

177、浆砂浆 4.6.3 4.6.3 抹面砂浆抹面砂浆 4.6.1 4.6.1 砂浆的分类组成材料及技术性质砂浆的分类组成材料及技术性质4.6.2 4.6.2 砂浆的配合比设计砂浆的配合比设计Building Materials6 6.6.1 .6.1 砂浆的分类组成材料及技术性质砂浆的分类组成材料及技术性质1.1. 砂浆的分类组成材料砂浆的分类组成材料2.2. 砂浆的技术性质砂浆的技术性质 基础知识基础知识Building Materials砂浆（mortar）砂浆是由胶凝材料、细骨料、水或外加剂按一定的比例配制而成的建筑材料。砂浆在土木结构工程中不直接承受荷载，而是传递荷载。砂浆按所用的胶凝材料

178、可分为水泥砂浆、水泥混合砂浆、石灰砂浆、石膏砂浆和聚合物砂浆等。砂浆按用途分为砌筑砂浆、抹面砂浆和特种砂浆。砌筑砂浆将块体(砖石、砌块等)、散粒的材料粘结(称为砌筑)为整体，修建各种建筑物，如桥涵、堤坝和房屋的墙体等。(部分表面的抹灰及勾缝等。)在砌体中起着传递荷载的作用。1.1. 砂浆的分类组成材料砂浆的分类组成材料用于砌筑砂浆的水泥用六大通用水泥来配制，一般水泥强度等级为砂浆强度等级的45倍。如M20、M15、M10、M7.5等。用通用水泥来配制砂浆，其强度等级和砂浆标号的比值已超过4倍5倍的技术经济原则。为了满足砌筑砂浆和易性的要求，往往需多加水泥而造成砌筑砂浆超标号的浪费现象，因此配制

179、M5.0、M2.5、M1.0低标号砂浆使用低标号的筑砌水泥更为必要。1.1. 砂浆的分类组成材料砂浆的分类组成材料1.1. 砂浆的分类组成材料砂浆的分类组成材料 建筑砂浆按用途不同，可分为砌筑砂浆、抹面砂建筑砂浆按用途不同，可分为砌筑砂浆、抹面砂浆。按所用胶结材不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆、浆。按所用胶结材不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆等。水泥石灰混合砂浆等。 建筑砂浆的组成材料主要有：胶结材料、砂、掺建筑砂浆的组成材料主要有：胶结材料、砂、掺加料、水和外加剂等。加料、水和外加剂等。2.2. *砂浆的技术性质砂浆的技术性质 P163P163 (1)(1)砂浆的和易性砂浆的和

180、易性 砂浆的和易性包括砂浆的和易性包括流动性流动性和和保水性保水性。 (2)(2)砂浆强度等级砂浆强度等级 砂浆强度等级是以边长为砂浆强度等级是以边长为7.07 cm7.07 cm的立方体试块，按的立方体试块，按标准条件标准条件 在（在（20203 3）温度和相对湿度为温度和相对湿度为60608080的条件下或相对湿度为的条件下或相对湿度为9090以上的条件下养护至以上的条件下养护至28 d28 d的抗压强度值确定。的抗压强度值确定。(3)(3)收缩性能收缩性能 收缩性能是指砂浆因物理化学作用而产生的体积收缩性能是指砂浆因物理化学作用而产生的体积缩小现象。缩小现象。 (4)(4)粘结力粘结力砂

181、浆的粘结力主要是指砂浆与基体的粘结强度的大小砂浆的粘结力主要是指砂浆与基体的粘结强度的大小。 Building Materials新拌砂浆的流动性砂浆的流动性是指砂浆在重力或外力的作用下流动的性能。砂浆的流动性用“稠度”来表示。砂浆稠度的大小用沉入量表示，单位mm，用砂浆稠度仪测定。沉入量大的砂浆流动性好。新拌砂浆的保水性砂浆的保水性是指新拌砂浆保持内部水分不流出的能力。砂浆的保水性是用分层度来表示，单位mm。一般控制在10-30mm。加入掺合料(石灰膏、粉煤灰、石膏等)和外加剂，可以改善砂浆的保水性。2.2. *砂浆的技术性质砂浆的技术性质P163P163 观察察与讨论讨论讨论不同基层的砂浆

182、强度不同基层的砂浆强度 6 6.6.1 .6.1 砂浆的分类组成材料及技术性质砂浆的分类组成材料及技术性质 把相同配比的砂浆分别抹在加气混凝土砌块及陶瓷玻化把相同配比的砂浆分别抹在加气混凝土砌块及陶瓷玻化砖表面，从图砖表面，从图A A和图和图B B中可见，经半分钟后，于加气混凝土砌中可见，经半分钟后，于加气混凝土砌块表面的砂浆已变得相当干硬；而于陶瓷玻化砖表面的砂浆块表面的砂浆已变得相当干硬；而于陶瓷玻化砖表面的砂浆则仍相当润湿。请讨论砂浆的水灰比对其强度的影响。则仍相当润湿。请讨论砂浆的水灰比对其强度的影响。 图A 陶瓷玻化砖表面的砂浆图B 加气混凝土砌块表面的砂浆 Building Mat

183、erials不同基层的砂浆强度不同基层的砂浆强度 *不吸水基层砂浆强度不吸水基层砂浆强度P163P163 砂浆置于致密材料表面上，因基材基本不吸水，砂浆置于致密材料表面上，因基材基本不吸水，砂浆水灰比亦基本不变，故砂浆水灰比亦基本不变，故其强度主要取决于胶凝材其强度主要取决于胶凝材料的强度及水灰比。料的强度及水灰比。 吸水基层砂浆强度吸水基层砂浆强度 当基层吸水后，砂浆中保留水分的多少就取决于当基层吸水后，砂浆中保留水分的多少就取决于其本身的保水性，因而具有良好保水性的砂浆，不论其本身的保水性，因而具有良好保水性的砂浆，不论拌和时间用多少水，经底层吸水后，保留在砂浆中的拌和时间用多少水，经底层

184、吸水后，保留在砂浆中的水大致相同，而与初始水灰比关系不大。水大致相同，而与初始水灰比关系不大。 Building Materials6 6.6.2 .6.2 砂浆的配合比设计砂浆的配合比设计基础知识基础知识1.1. 砌筑砂浆的技术条件砌筑砂浆的技术条件2.2. 砌筑砂浆配合比设计步骤砌筑砂浆配合比设计步骤Building Materials1.1. 砌筑砂浆的技术条件砌筑砂浆的技术条件 将砖、石及砌块粘结成为砌体的砂浆称为砌筑砂浆。它起将砖、石及砌块粘结成为砌体的砂浆称为砌筑砂浆。它起着粘结砖、石及砌块构成砌体，传递荷载，并使应力的分布较着粘结砖、石及砌块构成砌体，传递荷载，并使应力的分布较为

185、均匀，协调变形的作用。按国家行业标准为均匀，协调变形的作用。按国家行业标准JGJ 98-2000JGJ 98-2000砌筑砌筑砂浆配合比设计规程砂浆配合比设计规程规定，砌筑砂浆需符合以下技术条件：规定，砌筑砂浆需符合以下技术条件：砌筑砂浆的强度等级宜采用砌筑砂浆的强度等级宜采用M20M20，M15M15，M10M10，M7.5M7.5，M5M5，M2.5M2.5。水泥砂浆拌合物的密度不宜小于水泥砂浆拌合物的密度不宜小于1 900 kg/m1 900 kg/m3 3；水泥混合；水泥混合砂浆拌合物的密度不宜小于砂浆拌合物的密度不宜小于1 800 kg/m1 800 kg/m3 3。砌筑砂浆稠度、分

186、层度、试配抗压强度必须同时符合要砌筑砂浆稠度、分层度、试配抗压强度必须同时符合要求。砌筑砂浆的稠度应按有关规定选用。砌筑砂浆的分层度不求。砌筑砂浆的稠度应按有关规定选用。砌筑砂浆的分层度不得大于得大于30 mm30 mm。水泥砂浆中水泥用量不应小于水泥砂浆中水泥用量不应小于200 kg/m200 kg/m3 3；水泥混合砂浆；水泥混合砂浆中水泥和掺加料总量宜为中水泥和掺加料总量宜为300300350 kg/m350 kg/m3 3。具有冻融循环次数要求的砌筑砂浆，经冻融试验后，质具有冻融循环次数要求的砌筑砂浆，经冻融试验后，质量损失率不得大于量损失率不得大于5 5，抗压强度损失率不得大于，抗压

187、强度损失率不得大于2525。Building Materials*硬化后砂浆的强度及强度等级P163砂浆的抗压强度是确定砂浆强度等级的重要依据。砂浆抗压强度是以标准立方体试件(70.7mm70.7mm70.7mm)，一组6块，在标准养护条件下，测定其28d的抗压强度值而定的。根据砂浆的抗压强度，将砂浆分为M20、M15、M10、M7.5、M5.0、M2.5、M1.0等7个强度等级。1.1. 砌筑砂浆的技术条件砌筑砂浆的技术条件2.2. 砌筑砂浆配合比设计步骤砌筑砂浆配合比设计步骤计算砂浆试配强度计算砂浆试配强度f fm,0m,0，MPaMPa；计算出每立方米砂浆中的水泥用量计算出每立方米砂浆中

188、的水泥用量Q Qc c，kgkg；按水泥用量按水泥用量Q Qc c计算每立方米砂浆掺加料用量计算每立方米砂浆掺加料用量Q QD D，kgkg；确定每立方米砂浆砂用量确定每立方米砂浆砂用量Q Qs s，kgkg；按砂浆稠度选用每立方米砂浆用水量按砂浆稠度选用每立方米砂浆用水量Q QW W，kgkg；进行砂浆试配；进行砂浆试配； 配合比确定。配合比确定。Building Materials粘结力提高砂浆的抗压强度充分润湿、干净、粗糙的基面砂浆的变形砂浆有较大的收缩变形。为了减小收缩，可以在砂浆中加入适量的膨胀剂。 第九章第九章 沥青沥青 1.沥青的分类沥青的分类 沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍

189、生物组成沥青材料是由高分子碳氢化合物及其衍生物组成的、黑色或深褐色、不溶于水而几乎全溶于二硫化碳的、黑色或深褐色、不溶于水而几乎全溶于二硫化碳的非晶态有机材料。分地沥青和焦油沥青两大类，其的非晶态有机材料。分地沥青和焦油沥青两大类，其分类如下所示。分类如下所示。 2.2. 沥青的基本组成结构沥青的基本组成结构 (1)(1)石油沥青的石油沥青的组分组分 由于沥青是由复杂化合物组成的混合物，对其由于沥青是由复杂化合物组成的混合物，对其组成进行分析十分困难。同时化学组成还不能反映组成进行分析十分困难。同时化学组成还不能反映沥青物理性质的差异，因此，一般不作沥青化学分沥青物理性质的差异，因此，一般不作

190、沥青化学分析，只从使用角度，将沥青中化学成分及性质极为析，只从使用角度，将沥青中化学成分及性质极为相近并与物理性质有一定联系的成分，划分为若干相近并与物理性质有一定联系的成分，划分为若干组，称为组，称为组分组分。不同组分对石油沥青性能影响不同。不同组分对石油沥青性能影响不同。三组分分析法（油份、树脂、沥青质）、四组分分三组分分析法（油份、树脂、沥青质）、四组分分析法（饱和分、芳香分、胶质、沥青质）。析法（饱和分、芳香分、胶质、沥青质）。 2.2. 沥青的基本组成结构沥青的基本组成结构 (1)(1)石油沥青的石油沥青的组分组分油分：油分：分子量最小、密度最小的组分。含量为分子量最小、密度最小的组

191、分。含量为40406060。油分赋予沥青以流动性。（影响柔软性、油分赋予沥青以流动性。（影响柔软性、油分赋予沥青以流动性。（影响柔软性、油分赋予沥青以流动性。（影响柔软性、抗裂性、施工难度）抗裂性、施工难度）抗裂性、施工难度）抗裂性、施工难度）石油沥青的树脂石油沥青的树脂( (脂胶脂胶) )：分子量比油分大。含量为分子量比油分大。含量为15153030。使沥青具有良好的塑性、可流动性和。使沥青具有良好的塑性、可流动性和粘性。（量增，粘聚力、延伸性增）粘性。（量增，粘聚力、延伸性增）地沥青质：地沥青质：分子量比树脂更大。含量在分子量比树脂更大。含量在10103030。降低石油沥青的温度敏感性，增

192、加粘性、粘结。降低石油沥青的温度敏感性，增加粘性、粘结力和硬脆性。力和硬脆性。（沥青碳、似碳物和蜡（沥青碳、似碳物和蜡分子量最大。降低石油沥青的粘结力和塑性。）分子量最大。降低石油沥青的粘结力和塑性。） 6 6.1.1 .1.1 沥青的分类与与基本组成结构沥青的分类与与基本组成结构观察察与与讨论沥沥青青的的胶胶体体结结构与构与性能性能 请观察沥青的三种胶体结构，图中的黑色部分为沥青质，讨论其性能的差异。 （a a）溶胶结构）溶胶结构 （b b）溶）溶- -凝胶结构（凝胶结构（c c）凝胶结构）凝胶结构讨论讨论讨论讨论 从上图可见，黑色为沥青质，从上图可见，黑色为沥青质，随沥青质含量增加，沥青随

193、沥青质含量增加，沥青的胶体结构从溶胶结构变为溶凝胶结构，再变为凝胶结构。的胶体结构从溶胶结构变为溶凝胶结构，再变为凝胶结构。当沥青质含量相对较少时，油分和树脂含量相对较高，胶团当沥青质含量相对较少时，油分和树脂含量相对较高，胶团外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。这时沥青形成溶胶结外膜较厚，胶团之间相对运动较自由。这时沥青形成溶胶结构。当沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，构。当沥青质含量适当，并有较多的树脂作为保护膜层时，胶团之间保持一定的吸引力，这时沥青形成溶胶凝胶结构。胶团之间保持一定的吸引力，这时沥青形成溶胶凝胶结构。其性能可作如下对比：其性能可作如下对比：具有溶胶结构的石油沥

194、青粘性小而流动性大，温度稳具有溶胶结构的石油沥青粘性小而流动性大，温度稳定性较差。定性较差。具有凝胶结构的石油沥青弹性和粘结性较高，温度稳具有凝胶结构的石油沥青弹性和粘结性较高，温度稳定性较好，但塑性较差。定性较好，但塑性较差。溶胶凝胶型石油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型两溶胶凝胶型石油沥青的性质介于溶胶型和凝胶型两者之间。者之间。 沥沥青青的的胶胶体体结结构与构与性能性能 基础知识基础知识6.1.2 6.1.2 沥青的主要性质及其测试方法沥青的主要性质及其测试方法1.1. 石油沥青的主要性质及其测试方法石油沥青的主要性质及其测试方法2.2. 石油沥青的技术要求石油沥青的技术要求3.3. 其他沥

195、青的主要性质其他沥青的主要性质沥青憎水，具有良好的防水性；沥青憎水，具有良好的防水性；具有较强的抗腐蚀性；具有较强的抗腐蚀性；具有很好的粘结力；具有很好的粘结力；具有很好的塑性，能适应基材的变具有很好的塑性，能适应基材的变形。形。6.1.2 6.1.2 沥青的主要性质及其测试方法沥青的主要性质及其测试方法1.1. 石油石油沥沥青青的主要性的主要性质质及其及其测试测试方法方法 (1)*(1)*粘滞性（粘滞性（P190)P190)粘滞性是指沥青材料在粘滞性是指沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗变形的能力。它是沥青材料最为重要的性质。力。它是沥

196、青材料最为重要的性质。用针入度仪测定。针入度是在用针入度仪测定。针入度是在25250.10.1条件下，条件下，以规定质量的标准针，在以规定质量的标准针，在5s5s内贯入试样中的深度，内贯入试样中的深度，以以1 110mm10mm为单位表示。为单位表示。 针人度测定示意图针人度测定示意图 （2 2）、粘滞度）、粘滞度定义：是在规定温定义：是在规定温度度t t，规定直径，规定直径d d的的孔流出孔流出50cm50cm3 3所需的所需的时间，以秒表示。时间，以秒表示。表示方法：常用符表示方法：常用符号号“C Cd dt tT T”表示粘滞表示粘滞度。度。例如：例如： C C5 52525100100

197、粘滞度测定示意图粘滞度测定示意图1.1. 石油石油沥沥青青的主要性的主要性质质及其及其测试测试方法方法1.1. 石油石油沥沥青青的主要性的主要性质质及其及其测试测试方法方法 (2)(2)延性和脆性延性和脆性沥青的延性沥青的延性是指当其受到外力是指当其受到外力的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，通的拉伸作用时，所能承受的塑性变形的总能力，通常是用延度作为条件指标来表征。常是用延度作为条件指标来表征。延度测定：把沥青制成“8”字形标准试件，置于延度仪内(250.5)水中，以(50.25)cmmin的速度拉伸，用拉断时的伸长度(cm)表示。延度越大，塑性越好。沥青的脆性沥青的脆性：指沥青从高弹

198、态转变到玻璃态过程中的某一规定状态的相应温度。沥青材料在低温下，沥青材料在低温下，受到瞬时荷载时，常表现为脆性破坏。受到瞬时荷载时，常表现为脆性破坏。 费拉斯(Frass)脆点：涂于金属片的试样薄膜在特定条件下，因被冷却和弯曲而出现裂纹时的温度，以表示。 1.1. 石油石油沥沥青青的主要性的主要性质质及其及其测试测试方法方法 (3)(3)温度敏感性温度敏感性是指石油沥青的粘温度敏感性温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能，是沥青的重滞性和塑性随温度升降而变化的性能，是沥青的重要指标之一。要指标之一。 (4)(4)大气稳定性大气稳定性是指石油沥青在热、大气稳定性大气稳定性是指

199、石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。的性能。 （5 5）防水性）防水性 石油沥青的软化点从固态转变到粘流态的起点温度，称为沥青从固态转变到粘流态的起点温度，称为沥青的软化点。的软化点。沥青软化点一般采用环球法测定。把沥青试沥青软化点一般采用环球法测定。把沥青试样装入规定尺寸的铜环内，上置一直径为样装入规定尺寸的铜环内，上置一直径为9.5mm9.5mm、质量为质量为(3.500.05)g(3.500.05)g的标准钢球，的标准钢球，浸入水或甘油中，以规定的速度升温浸入水或甘油中，以规定的速度升温(5(5min)min)，当

200、沥青软化下垂至规定距离当沥青软化下垂至规定距离(25.0mm)(25.0mm)时的温度即为软化点，以时的温度即为软化点，以计。计。详见试验演示详见试验演示 定义：石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气定义：石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，称为大因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，称为大气稳定性。也是沥青材料的耐久性。气稳定性。也是沥青材料的耐久性。表征指标：蒸发损失百分率和蒸发后针入度比表征指标：蒸发损失百分率和蒸发后针入度比检验方法：先测定沥青试样的重量和针入度，后检验方法：先测定沥青试样的重量和针入度，后沥青试样在沥青试样在160160条件下，加热蒸发

201、条件下，加热蒸发5h5h，等待冷，等待冷却后再测其重量及针入度。却后再测其重量及针入度。意义意义：大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。决大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能。决定沥青的耐久性。定沥青的耐久性。(4)(4)大气稳定性大气稳定性在大气因素的综合作用下，沥青各组分会不断递在大气因素的综合作用下，沥青各组分会不断递变：变：（1 1）轻质油分挥发轻质油分挥发（2 2）低分子化合物转变为高分子物质，即油分）低分子化合物转变为高分子物质，即油分和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多。且树脂转和树脂逐渐减少，地沥青质逐渐增多。且树脂转变为地沥青质比油分转变为树脂的速度快得多变为地沥青质比油分转变为树脂的速

202、度快得多（约（约50%50%）。）。因此，使石油沥青随着时间的进展而流动性和塑因此，使石油沥青随着时间的进展而流动性和塑性逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，这个性逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，这个过程称为石油沥青的过程称为石油沥青的“老化老化”。所以大气稳定性。所以大气稳定性即为石油沥青的抗即为石油沥青的抗“老化老化”性，也即沥青材料的性，也即沥青材料的耐久性。耐久性。(4)(4)大气稳定性大气稳定性石油沥青的闪点石油沥青的闪点( (flashpoint)也称闪火点，指加热沥青至挥发出的可燃气体与也称闪火点，指加热沥青至挥发出的可燃气体与空气的混合物在规定条件下与火焰接触，初次闪空气的

203、混合物在规定条件下与火焰接触，初次闪火火( (有蓝色闪光有蓝色闪光) )时的沥青温度时的沥青温度()()。石油沥青的燃点石油沥青的燃点( (firepoint) 也称着火点，指加热沥青产生的气体与空气的混也称着火点，指加热沥青产生的气体与空气的混合物，与火焰接触能持续燃烧合物，与火焰接触能持续燃烧5s5s以上，此时沥青以上，此时沥青的温度即为燃点的温度即为燃点(t)(t)。燃点温度比闪点温度高约燃点温度比闪点温度高约1010。闪点和燃点的高低表明沥青引起火灾或爆炸的可闪点和燃点的高低表明沥青引起火灾或爆炸的可能性大小，关系到运输、贮存和加工的安全。能性大小，关系到运输、贮存和加工的安全。施工安

204、全性2.2. 石油石油沥沥青青的技的技术术要求要求及及选选用用建筑石油沥青建筑石油沥青（GB/T494GB/T49419981998） 石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青、石油沥青按用途分为建筑石油沥青、道路石油沥青、防水防潮石油沥青和普通石油沥青。防水防潮石油沥青和普通石油沥青。建筑建筑石油沥青、石油沥青、道道路石油沥青和普通石油沥青路石油沥青和普通石油沥青的的牌号牌号主要根据针入度、延主要根据针入度、延度和软化点等指标划分，度和软化点等指标划分，并以针入度值表示。并以针入度值表示。例如针入例如针入度指标为度指标为25254040的建筑石油沥青，其牌号为的建筑石油沥青，其牌号为30

205、30（即（即3030号号沥青）。沥青）。 同一品种的石油沥青材料，牌号越高，则粘性越小，同一品种的石油沥青材料，牌号越高，则粘性越小，针入度越大，塑性越好，延度越大，温度敏感性越大，针入度越大，塑性越好，延度越大，温度敏感性越大，软化点越低。软化点越低。 防水、防潮石油沥青按针入度指数划分牌号，还增防水、防潮石油沥青按针入度指数划分牌号，还增加了保证低温变形性能的脆点指标。加了保证低温变形性能的脆点指标。 *石油沥青的选用根据工程性质根据工程性质( (房屋、道路、防腐等房屋、道路、防腐等) )及及当地气候条件，所处工程部位当地气候条件，所处工程部位( (屋面或地屋面或地下等下等) )来选用不同

206、品种和牌号的沥青。来选用不同品种和牌号的沥青。*为避免夏季流淌，用于屋面沥青的软为避免夏季流淌，用于屋面沥青的软化点应高于当地最高气温化点应高于当地最高气温2020以上以上(P175)(P175)。道路石油沥青用于道路工程。道路石油沥青用于道路工程。建筑石油沥青用于建筑防水和防腐工程。建筑石油沥青用于建筑防水和防腐工程。防水、防潮石油沥青用于防水工程。防水、防潮石油沥青用于防水工程。PE(polyethylene) PE(polyethylene) 聚乙烯聚乙烯PP(polypropylene) PP(polypropylene) 化化 聚丙烯聚丙烯PVC(polyPVC(poly (viny

207、l chloride) n. (vinyl chloride) n.聚氯乙烯聚氯乙烯CPVC(chlorinated poly (vinyl chloride) CPVC(chlorinated poly (vinyl chloride) 氯化聚氯乙烯氯化聚氯乙烯ABS(acrylonitrileABS(acrylonitrile-butadiene-styrene -butadiene-styrene copolymer)copolymer)丙烯腈丙烯腈 丁二烯丁二烯 化化 苯乙烯苯乙烯 化化 共聚物）共聚物） 烯苯乙烯共聚物（丙烯腈丁）烯苯乙烯共聚物（丙烯腈丁）PPRpentatricop

208、eptiderepeats无规共聚聚丙烯无规共聚聚丙烯 APP=atactic（不规则的;无规立构的）polypropylene （聚丙烯）无规聚丙烯SBS=styrene苯乙烯-butadiene丁二烯-styrene苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物第第8 8章章 合成高分子材料合成高分子材料 高分子化合物又称高分子聚合物（简称高聚物高分子化合物又称高分子聚合物（简称高聚物polymerpolymer），高聚物是组成单元相互多次重复连接而），高聚物是组成单元相互多次重复连接而构成的物质，因此分子量很大，但化学组成都比较构成的物质，因此分子量很大，但化学组成都比较简单，都是由许多低分子化合物聚

209、合而形成的。例简单，都是由许多低分子化合物聚合而形成的。例如，聚乙烯分子结构为：如，聚乙烯分子结构为： CHCH2 2-CH-CH2 2 CH CH2 2-CH-CH2 2 - CH- CH2 2-CH-CH2 2-n n- - 聚合高聚物的低分子化合物称为聚合高聚物的低分子化合物称为“单体单体(monomer)”(monomer)”。组成高聚物的最小重复单元称为。组成高聚物的最小重复单元称为“链链节节”。高聚物所含连接的数目称为。高聚物所含连接的数目称为“聚合度聚合度”，一，一般为般为1101103 31101107 7，因此高聚物分子量均较大。，因此高聚物分子量均较大。-mer -mer

210、基体基体 poly- poly- 多，聚多，聚合成高分子材料合成高分子材料 7.1.1 7.1.1 合成高分子材料的分子特征合成高分子材料的分子特征 高分子化合物按其链节在空间排列的几何形高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为线型聚合物和体型聚合物两类，其中状，可分为线型聚合物和体型聚合物两类，其中线型聚合物包括线型和支链型，见下图。线型结线型聚合物包括线型和支链型，见下图。线型结构的合成树脂可反复加热软化，冷却硬化，故称构的合成树脂可反复加热软化，冷却硬化，故称为热塑性树脂。体型结构的合成树脂仅在第一次为热塑性树脂。体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，并且分子间产生化学交联而固

211、化，加热时软化，并且分子间产生化学交联而固化，以后再加热不会软化，故称为热固性树脂。以后再加热不会软化，故称为热固性树脂。 聚聚合物的合成是将小的有机单体，通过聚合反应，合物的合成是将小的有机单体，通过聚合反应，连接成分子量很大的聚合物，按聚合反应方式的连接成分子量很大的聚合物，按聚合反应方式的不同，分为加聚聚合与缩聚聚合。不同，分为加聚聚合与缩聚聚合。 7.1.2 7.1.2 合成高分子材料的性能特点合成高分子材料的性能特点 一般合成高分子材料有七方面的性能优点一般合成高分子材料有七方面的性能优点（P220)P220)：优良的加工性能；优良的加工性能；质轻；质轻；导热系数导热系数小；小；化学

212、稳定性较好（耐腐蚀）；化学稳定性较好（耐腐蚀）；功能的可设计功能的可设计性强；性强；出色的装饰性能；出色的装饰性能；电绝缘性好。需说明的电绝缘性好。需说明的是，高分子材料经特殊工艺改性也可导电。是，高分子材料经特殊工艺改性也可导电。 合成高分子材料有三方面的性能缺点（合成高分子材料有三方面的性能缺点（P220) P220) ：易老化。易老化。可燃性。高分子材料一般属于可燃的材可燃性。高分子材料一般属于可燃的材料，部分高分子材料燃烧时发烟，还会产生有毒气体。料，部分高分子材料燃烧时发烟，还会产生有毒气体。一般可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品，一般可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产

213、品，但其防火性仍比无机材料差。但其防火性仍比无机材料差。耐热性较差。使用温耐热性较差。使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；有的塑料受热会发度偏高会促进其老化，甚至分解；有的塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。 一、建筑塑料一、建筑塑料塑料是以聚合物为基本材料，加入各种添加剂后，塑料是以聚合物为基本材料，加入各种添加剂后，在一定温度和压力下混合、塑化、成型的材料或在一定温度和压力下混合、塑化、成型的材料或制品的总称。塑料具有以下特性：质量轻、比强制品的总称。塑料具有以下特性：质量轻、比强度高、可塑性好、耐腐蚀性好、耐水性好、耐热度高、可塑性

214、好、耐腐蚀性好、耐水性好、耐热性差、热膨胀系数高、易老化、可燃等。性差、热膨胀系数高、易老化、可燃等。高分子材料在土木工程中的应用1.*1.*建筑塑料的基本组成建筑塑料的基本组成(P216)(P216) 建筑塑料绝大多数是以建筑塑料绝大多数是以合成树脂合成树脂（即（即合成高分子化合物）和合成高分子化合物）和添加剂添加剂组成的多组组成的多组分材料，但也有例外，如有机玻璃是聚甲分材料，但也有例外，如有机玻璃是聚甲基丙烯酸甲酯基丙烯酸甲酯PMMAPMMApoly(methylpoly(methyl methacrylatemethacrylate) (glass) (glass)的合成树脂，不的合成

215、树脂，不加其它成分的具有较高机械强度和良好的加其它成分的具有较高机械强度和良好的抗冲击性能、且高度透明的有机高分子材抗冲击性能、且高度透明的有机高分子材料。料。2.2.建筑塑料的分类及主要性能建筑塑料的分类及主要性能 常用塑料可分为常用塑料可分为热塑性塑料热塑性塑料和热和热固性塑固性塑料料* *，主要性能见表，主要性能见表7-17-1高分子材料在土木工程中的应用热固性塑料热固性塑料 是指在受热或其他条件下能固化或具有不是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型等。热固性塑料又分甲醛

216、交联型和其他交联型两种类型。两种类型。热塑性塑料热塑性塑料 是指在加热时变软以至流动，冷却变硬，是指在加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑其共聚物、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。料。 高分子材料在土木工程中的应用 1.胶粘剂的基本组成材料胶粘剂的基本组成材料 胶粘剂的基本组成材料有粘料、固化剂、填料和稀释胶粘剂的基本组成

217、材料有粘料、固化剂、填料和稀释剂等。此外，为使胶粘剂具有更好的性能，还应加入剂等。此外，为使胶粘剂具有更好的性能，还应加入一些其他的添加剂，如增韧剂、抗老化剂、增塑剂等。一些其他的添加剂，如增韧剂、抗老化剂、增塑剂等。2.胶粘剂的基本要求胶粘剂的基本要求胶粘剂是能将各种材料紧密地粘结在一起的物质的总称。胶粘剂是能将各种材料紧密地粘结在一起的物质的总称。基本要求：适宜的粘度；适宜的流动性；良好的浸润性；可调基本要求：适宜的粘度；适宜的流动性；良好的浸润性；可调的固化性；足够的强度和较好的其他性能。的固化性；足够的强度和较好的其他性能。胶粘剂必须对人体无害。表胶粘剂必须对人体无害。表7-3、7-4

218、。高分子材料在土木工程中的应用3 3. .胶粘剂的基本组成材料胶粘剂的基本组成材料 粘结料、固化料、增韧剂、填料、稀释剂、改性剂。粘结料、固化料、增韧剂、填料、稀释剂、改性剂。4.4.土木工程常用的胶粘剂性能及应用土木工程常用的胶粘剂性能及应用 （1 1）热塑性树脂胶粘剂）热塑性树脂胶粘剂 聚醋酸乙烯胶粘剂（白乳胶）聚醋酸乙烯胶粘剂（白乳胶） （2 2）热固性树脂胶粘剂）热固性树脂胶粘剂 不饱和聚酯树脂胶粘剂、环氧树脂胶粘剂不饱和聚酯树脂胶粘剂、环氧树脂胶粘剂 （3 3）合成橡胶胶粘剂）合成橡胶胶粘剂 氯丁橡胶胶粘剂、丁晴橡胶胶粘剂氯丁橡胶胶粘剂、丁晴橡胶胶粘剂高分子材料在土木工程中的应用8.

219、1.1木材的分类木材的分类按树木成长的状况分为外长树与内长树按树木成长的状况分为外长树与内长树外长树exogenexogen tree tree是指树干的成长是向外发展的，由细小逐渐长相成材，而且成长情况因季节不同而形成年轮；内长树的成长则是内部木质的充实。热带的木材几乎都是内长材。按树叶的外观形状针叶树木材和阔叶树木材按树叶的外观形状针叶树木材和阔叶树木材针叶树树干直而高大，易得大材，纹理平顺。材质均匀而且较软，易加工，属软木材。其材质强度较高，容量和胀缩变形较小，耐腐蚀性强、广泛用于制作承重构件。第第9章章木材木材按树叶的外观形状针叶树木材和阔叶树木材按树叶的外观形状针叶树木材和阔叶树木材

220、阔叶树的树干通直部分一般较短，材质较硬，较难加工，属于硬木材。阔叶树一般较重，强度、胀缩、翘曲变形大、易开裂，故建筑上用于制作尺寸较小的构件。有的阔叶树具有美丽的纹理，适用于作内部装饰、家具及胶合板等。按用途和加工的不同原条、原木、按用途和加工的不同原条、原木、普通锯材和枕木普通锯材和枕木原条是指已经去皮、根及树梢，但尚未加工成规定尺寸的木料；原木是指由原条按一定尺寸加工成规定直径和长度的木材，分为直接使用原木和加工用原木；普通锯材是指已经加工锯解成材的木料；枕木是指按枕木断面和长度加工而成的木材。8.1.1 8.1.1 木材的分类木材的分类 1.1. 木材的宏观构造木材的宏观构造 (1)(1

221、)边材、心材边材、心材 在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材。心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强；材。心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强；外面部分颜色较浅，称为边材。边材含水量高，易干外面部分颜色较浅，称为边材。边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如心材。心材。 (2)(2)年轮、春材、夏材年轮、春材、夏材 横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为。年横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为。年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细轮中浅色部分是树木在春季生

222、长的，由于生长快，细胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材( (早材早材) )；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，称为夏材称为夏材( (晚材晚材) )。每一年轮内就是树木一年的生长部。每一年轮内就是树木一年的生长部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。1.1. 木材的宏观构造木材的宏观构造8.2 8.2 木材的性能及应用木材的性能及应用 8.2.2

223、8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能基础知识基础知识8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能1. 1. 密度密度 2.2. 含水率含水率 3.3. 湿胀干缩性湿胀干缩性4. 4. 强度强度1. 1. 密度密度 (1)(1)密度与表观密度密度与表观密度 木材的实质密度是指构成木材细胞壁物质的密木材的实质密度是指构成木材细胞壁物质的密度。约为度。约为1.501.501.56g1.56gcmcm3 3，各材种之间相差不大，各材种之间相差不大，实际计算和使用中常取实际计算和使用中常取1.53g/cm1.53g/cm3 3。 木材表观密度的大小

224、随木材的孔隙率、含水量木材表观密度的大小随木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的变化而不同，通常以含水率为以及其他一些因素的变化而不同，通常以含水率为15%15%（标准含水率）时的表观密度为准。（标准含水率）时的表观密度为准。 2.2. 含水率含水率 (1)(1)含水率及吸湿性含水率及吸湿性 木材的含水率是木材中水分质量占干燥木材质量的木材的含水率是木材中水分质量占干燥木材质量的百分比。木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位百分比。木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位置，可分为自由水、吸附水和化学结合水。置，可分为自由水、吸附水和化学结合水。自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。自

225、由自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。自由水的变化只与木材的表观密度、含水率、燃烧性等有关。水的变化只与木材的表观密度、含水率、燃烧性等有关。吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。吸附水的吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。吸附水的变化是影响木材强度和涨缩变形的主要因素。变化是影响木材强度和涨缩变形的主要因素。结合水：形成细胞化学成分的化合水。常温下不变化，结合水：形成细胞化学成分的化合水。常温下不变化，对木材常温下性质无影响对木材常温下性质无影响。 2.2. 含水率含水率 (2)木材的纤维饱和点 木材受潮时，首先形成吸附水，吸附水饱和后，多余的水成为自由水；木材干燥时，首先失去

226、自由水，然后才失去吸附水。当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材含水率称为这时的木材含水率称为木材纤维饱和点。纤维饱和点。纤维饱和点随树种而异，一般为23%33%，平均为30%。木材的纤维饱和点是木材物理、力学性质的转折点。 (3)(3)木材的平衡含水率木材的平衡含水率 木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改变的，当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸气压与周围空气的压力达到平衡，木材中的含水量最后会达到与周围环境湿度相平衡，这时木材的含水率称为平衡含水率。 它与周围空气的温度、

227、相对湿度的关系如图8-10所示。根据周围空气的温度和相对湿度可求出木材的平衡含水率。2.2. 含水率含水率 木材细胞壁内吸附水的变化而引起木材的变形，即湿胀干缩。图9-13是木材含水率与胀缩变形的关系。 由于木材构造的不均匀性，木材具有各向异木材具有各向异性，性，在不同的方向干缩值不同。顺纹方向(纤维方向)干缩率最小，平均为0.1%0.35%；径向较大，平均为3%6%；弦向干缩率干缩率最大，平均为6%12%。一般来讲，表观密度大、夏材含量多的木材，湿胀变形较大。木材在干燥的过程中会产生变形、木材在干燥的过程中会产生变形、翘曲和开裂等现象，木材的干缩湿胀变形还随树翘曲和开裂等现象，木材的干缩湿胀

228、变形还随树种不同而异。种不同而异。3.3. 湿胀干缩性湿胀干缩性图9-13 木材含水率与胀缩变形的关系3.3. 湿胀干缩性湿胀干缩性为了避免木材湿涨干缩的不利影响，为了避免木材湿涨干缩的不利影响，在木材使用前预先将木材进行干燥在木材使用前预先将木材进行干燥处理，使木材含水率达到与使用环处理，使木材含水率达到与使用环境湿度相适应的平衡含水率。境湿度相适应的平衡含水率。3.3. 湿胀干缩性湿胀干缩性 4.4. 强度强度 工程上常利用木材以下几种强度：抗压、抗拉、工程上常利用木材以下几种强度：抗压、抗拉、抗弯和抗剪。由于木材是一种非均质材料，具有各抗弯和抗剪。由于木材是一种非均质材料，具有各向异性，

229、使木材的强度有很强的方向性。木材在长向异性，使木材的强度有很强的方向性。木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的为极限强度的50506060。 木材强度的影响因素主要有含水率、环境温度、木材强度的影响因素主要有含水率、环境温度、负荷时间、表观密度、疵病等。负荷时间、表观密度、疵病等。 (1) 木材的各种强度 按受力状态，木材的强度分为抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度。木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标准试件，按木材物理力学试验方法(GB

230、1927194391)进行测定。 木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维方向的不同，可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种，如图8-14所示。 当以木材的顺纹抗压强度为1时，木材理论上各强度大小关系见表9-1 (P234) 。4.4. 强度强度* * *P233236P233236 (2) 影响木材强度的主要因素 含水率 当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。如图8-15所示。 我国木材试验标准规定，以标准含水率(即含水率12%)时的强度为标准值，其他含水率时的强度，可按下式换算成

231、标准含水率时的强度。 4.4. 强度强度图8-15 含水率对木材强度的影响1顺纹抗拉；2抗弯；3顺纹抗压；4顺纹抗剪 4.4. 强度强度 负荷时间负荷时间 木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期负荷而破坏。负荷而破坏。 木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的强度小得多，一般为极限强度的50%60%50%60%，如图如图8-8-

232、1616所示所示*。木结构设计时以持久强度作为计算依据。木结构设计时以持久强度作为计算依据。 4.4. 强度强度图8-16 木材持久强度4.4. 强度强度 环境温度环境温度 温度对木材强度有直接影响。当温度由温度对木材强度有直接影响。当温度由2525升至升至5050时，将因木纤维和其间的胶时，将因木纤维和其间的胶体软化等原因，使木材抗压强度降低体软化等原因，使木材抗压强度降低20%40%20%40%，抗拉和抗剪强度降低，抗拉和抗剪强度降低12%20%12%20%；当温度在当温度在100100以上时，木材中部分组织会以上时，木材中部分组织会分解、挥发，木材变黑，强度明显下降。分解、挥发，木材变黑

233、，强度明显下降。因此，长期处于高温环境下的建筑物不宜因此，长期处于高温环境下的建筑物不宜采用木结构。采用木结构。4.4. 强度强度 缺陷缺陷a.a.节子节子 节子能提高横纹抗压和顺纹抗剪节子能提高横纹抗压和顺纹抗剪强度。强度。 b.b.木材受腐朽菌侵蚀后，不仅颜色改变，木材受腐朽菌侵蚀后，不仅颜色改变，结构也变得松软、易碎，呈筛孔和粉末状形结构也变得松软、易碎，呈筛孔和粉末状形态。态。 c.c.裂纹会降低木材的强度，特别是顺纹抗裂纹会降低木材的强度，特别是顺纹抗剪强度。而且缝内容易积水，加速木材的腐剪强度。而且缝内容易积水，加速木材的腐烂。烂。d.d.构造缺陷木纤维排列不正常均会降低木构造缺陷

234、木纤维排列不正常均会降低木材的强度，特别是抗拉及抗弯强度。材的强度，特别是抗拉及抗弯强度。4.4. 强度强度观察与讨论观察与讨论8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能 木材的干缩变形木材的干缩变形 观察湿木材不同位置的干缩变形情况，讨论产生干观察湿木材不同位置的干缩变形情况，讨论产生干缩变形的原因。木材为非匀质构造，边材干缩大于心材。缩变形的原因。木材为非匀质构造，边材干缩大于心材。基础知识基础知识8.2.2 8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用 木材，按供应形式可分为原条、原木、板材和方材。木材，按供应形式可分为原条、原木、板材和方材。原条是指已经除去皮、根、树梢的木料，但

235、尚未按一定原条是指已经除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定尺寸加工成规定木料。原木是原条按一定尺寸加工而成尺寸加工成规定木料。原木是原条按一定尺寸加工而成的规定直径和长度的木料，可直接在建筑中作木桩、格的规定直径和长度的木料，可直接在建筑中作木桩、格栅、楼梯和木柱等。板材和方材是原木经锯解加工而成栅、楼梯和木柱等。板材和方材是原木经锯解加工而成的木材，宽度为厚度的的木材，宽度为厚度的3 3倍和倍和3 3倍以上的为板材，宽度不倍以上的为板材，宽度不足厚度的足厚度的3 3倍者为枋材。倍者为枋材。 1.1. 胶合板胶合板2.2. 胶合木胶合木 3.3. 刨花板刨花板 4.4. 木屑板、木丝板、水泥木

236、屑板木屑板、木丝板、水泥木屑板 木材的综合利用 木材的综合利用就是将木材加工过程中的大量边角、碎料、刨花、木屑等，经过再加工处理，制成各种人造板材。这类板材与天然木材相比，板面宽，表面平整光洁，没有节子，不翘曲、开裂，经加工处理后还具有防水、防火、防腐、防酸性能。 常用人造板材有胶合板、纤维板、刨花板8.2.2 8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用 *胶合板是用原木旋切成薄片，经干燥处理胶合板是用原木旋切成薄片，经干燥处理后，再用胶粘剂按奇数层数，以各层纤维互相垂后，再用胶粘剂按奇数层数，以各层纤维互相垂直的方向粘合热压而成的人造板材。一般为直的方向粘合热压而成的人造板材。一般为3

237、13313层，建筑工程中常用的有三合板和五合板。一般层，建筑工程中常用的有三合板和五合板。一般可分为阔叶树普通胶合板和松木普通胶合板两种。可分为阔叶树普通胶合板和松木普通胶合板两种。 胶合板厚度为胶合板厚度为2.4mm2.4mm、3mm3mm、3.5mm3.5mm、4mm4mm、5.5mm5.5mm、6mm6mm，自，自6mm6mm起按起按1mm1mm递增。胶合板幅面尺递增。胶合板幅面尺寸寸见表见表9.59.5。其特性及适用范围。其特性及适用范围见表见表9.69.6。1.1. *胶合板胶合板观察与讨论观察与讨论讨论讨论8.2.2 8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用胶合板构造与木材

238、性能胶合板构造与木材性能 请观察胶合板的构造。讨论此对改善木材的性请观察胶合板的构造。讨论此对改善木材的性能有何好处。能有何好处。 纤维板是以植物纤维为原料经破碎、浸泡、纤维板是以植物纤维为原料经破碎、浸泡、研磨成浆，然后经热压成型、干燥等工序制成的研磨成浆，然后经热压成型、干燥等工序制成的一种人造板材。纤维板所选原料可以是木材采伐一种人造板材。纤维板所选原料可以是木材采伐或加工的剩余物或加工的剩余物( (如板皮、刨花、树枝如板皮、刨花、树枝) )，也可以，也可以是稻草、麦秸、玉米秆、竹材等。是稻草、麦秸、玉米秆、竹材等。 纤维板按其体积密度分为硬质纤维板纤维板按其体积密度分为硬质纤维板( (

239、体体积密度积密度800kg/m800kg/m3 3) )、中密度纤维板、中密度纤维板( (体积密度体积密度500800500800kg/mkg/m3 3) )和软质纤维板和软质纤维板( (体积密度体积密度500kg/m500kg/m3 3) )三种。三种。4.4. 纤维板纤维板 木质地板 木材具有天然的花纹，良好的弹性，给人以淳朴、典雅的质感。用木材制成的木质地板作为室内地面装饰材料具有独特的功能和价值。 木地板是由软木树材（如松、杉等）和硬木树材（如水曲柳、榆木、柚木等）经加工处理而制成的木板拼铺而成。木地板可分为：条木地板、拼花木地板、漆木地板、复合木地板等。木质地板8.3.1 8.3.1

240、 木材的腐朽与防腐木材的腐朽与防腐 1.1. 木材的腐朽木材的腐朽* * * *(P237)(P237) 木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分霉菌、变木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分霉菌、变色菌和腐朽菌三种，前两种真菌对木材质量影响较色菌和腐朽菌三种，前两种真菌对木材质量影响较小，但小，但腐朽菌影响很大。腐朽菌影响很大。 真菌在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个真菌在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个条件：条件： 适宜的温度；适宜的温度；木材含水率适当；木材含水率适当；有足有足够的空气；够的空气；适当的养料。适当的养料。2.木材的防腐木材的防腐根据木材产生腐朽的原因，木材防腐有两种方法：根据木材产

241、生腐朽的原因，木材防腐有两种方法：一种是创造条件，控制温度、含水率和隔绝空气，一种是创造条件，控制温度、含水率和隔绝空气，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；另一种方法是在使木材不适于真菌的寄生和繁殖；另一种方法是在木材中加入一些物质，使其不能作真菌的养料。木材中加入一些物质，使其不能作真菌的养料。 木材防腐的基本原理在于破坏真菌及虫类生存和繁木材防腐的基本原理在于破坏真菌及虫类生存和繁殖条件，常用方法有以下两种：殖条件，常用方法有以下两种： (1)(1)结构预防法结构预防法 在结构和施工中，使木结构不受潮湿，要有良好的通在结构和施工中，使木结构不受潮湿，要有良好的通风条件；在木材与其他材料之间用防

242、潮垫；不将支点或其风条件；在木材与其他材料之间用防潮垫；不将支点或其他任何木结构封闭在墙内；木地板下设通风洞；木屋架设他任何木结构封闭在墙内；木地板下设通风洞；木屋架设老虎窗等。老虎窗等。(2)(2)防腐剂法防腐剂法 这种方法是通过涂刷或浸渍水溶性防腐剂这种方法是通过涂刷或浸渍水溶性防腐剂( (如氯化钠、如氯化钠、氧化锌、氟化钠、硫酸铜氧化锌、氟化钠、硫酸铜) )、油溶性防腐剂、油溶性防腐剂( (如林丹五氯酚如林丹五氯酚合剂合剂) )、乳剂防腐剂、乳剂防腐剂( (如氟化钠、沥青膏如氟化钠、沥青膏) )等，使木材成为等，使木材成为有毒物质，达到防腐要求有毒物质，达到防腐要求。8.3.1 8.3.

243、1 木材的腐朽与防腐木材的腐朽与防腐 8.3.3 8.3.3 木材的防火木材的防火 一般木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过一般木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过程中，析出可燃气体，随着温度不同，析出的可燃程中，析出可燃气体，随着温度不同，析出的可燃气浓度也不同，此时若遇火源，析出的可燃气也会气浓度也不同，此时若遇火源，析出的可燃气也会出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，也会发生自燃现象。对木材及其制品的防火保护常也会发生自燃现象。对木材及其制品的防火保护常用种方法：用种方法：(1)(1)表面处理法：金属、水泥砂浆、石膏及防火涂料表面处理法：金属、水泥砂浆、石膏及防火涂料(2)(2)溶液浸注法溶液浸注法常压浸注常压浸注加压浸注加压浸注