凯发K8旗舰厅ag凯发K8旗舰厅ag建筑材料的定义与分类 1. 建筑材料的定义 建筑中所应用的各种材料的总称。包括： （1）构成建筑物本省的材料，如钢材，木材，水泥，石灰，砂石等。 （2） 施工过程中所用的材料，如钢，木模板，脚手架等。 （3）各种建筑器材，如给排水设备，采暖通风设备，空调，电器等 。 2. 建筑材料的分类 （1）按化学成分分类 分类 实例 无机材料 金属材料 黑色金属 普通钢材，非合金钢，低合金钢，合金钢 有色金属 铝，铝合金，铜及其合金 非金属材料 天然石材 毛石，料石，石板材，碎石 烧土制品 烧结砖，瓦，陶器 玻璃及熔融制品 玻璃，玻璃棉，岩棉 胶凝材料 气硬性： 石灰，石膏，水玻璃 水硬性： 各类水泥 混凝土类 砂浆，混凝土，硅酸盐制品 有机材料 植物质材料 木材，竹板，植物纤维及其制品 合成高分子材料 塑料，橡胶，胶凝剂，有机涂料 沥青材料 石油沥青，沥青制品 复合材料 金属-非金属复合 港及混凝土，预应力混凝土 非金属-有机复合 沥青混凝土，聚合物混凝土 （2）按使用功能分类 分类 定义 实例 建筑结构材料 构成基础，柱，梁，板等承重结构的材料 砖，适才，钢材，钢筋混凝土 墙体材料 构成建筑物内，外承重墙体及内分割墙体 石材，砖，加气混凝土，砌块 的材料 建筑功能材料 不作为承受荷载，且具有某种特殊功能的 保温隔热材料：加气混凝土 材料 吸声材料：毛毡，泡沫塑料 采光材料：各种玻璃 防水材料：沥青及其制品 防腐材料：煤焦油，涂料 装饰材料：石材，陶瓷，玻璃 建筑器材 为满足使用要求，而与建筑物配套使用的 电工器材及灯具，水暖及空调器材， 各种设备 环保器材，建筑五金 建筑材料的特点及其在工程中的地位 1. 建筑材料的特点 建筑材料必须具备如下四大特点：适用、耐久、量大和价廉。 2. 建筑材料在工程中的地位 建筑材料是一切建筑工程的物质基础。 （1）工业建筑、水利工程、港口工程、交通运输工程以及大量民用住宅工程需要巨大的优质的品种齐全的建筑材料。 （2 ）建筑材料有很强的经济性，直接影响工程的总造价。 （3 ）建筑材料的质量如何，直接影响建筑物的坚固性、适用性、耐久性。 （4 ）随着人民的生活水平不断改善，要求建筑材料具有轻质、高强、美观、保温、吸声、防水、防震、放火、节能等功能。 建筑材料技术标准简介 1. 定义 建筑材料技术标准：针对原材料、产品以及工程质量、规格、检验方法、评定方法、应用技术等作出的技术规定。 包括的内容：如原材料、材料及其产品的质量、规格、等级、性质、要求以及检验方法；材料以及产品的应用技术规范；材料生产以 1 及设计规定 ；产品质量的评定标准等。 2. 材料技术标准的分级 材料技术标准的分级 发布单位 适用范围 国家标准 国家技术监督局 全国 行业标准（部颁标准） 中央部委标准机构 全国性的某行业 企业标准与地方标准 工厂，公司，院所等单位 某地区内，某企业内 3. 材料技术标准的分类 分类方法 种类 必要时 试行标准，正式标准 按权威程度 强制性标准，推荐性标准 按特性 基础标准，方法标准，原材料标准，能源标准，环保标准，包装标准等 每个技术标准都有自己的代号、编号、名称。 代号：反映该标准的等级或发部单位，用汉语拼音表示； 标号：表示标准的顺序号，颁布年代号，用阿拉伯数字表示； 名称：反映该标准的主要内容，以汉字表示。 技术标准所属行业及其代号 所属行业 标准代号 所属行业 标准 国家标准 GB 石油 SY 建材 JC 冶金 YB 建设工程 JG 水利电力 SD 交通 JT 例如： GB 175 － 1999 硅酸盐水泥， 普通硅酸盐水泥 代号顺序号 批准年代号 名称 意义：表示国家标准 175 号，1999 年颁布执行，其内容是硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。 又如 GB/T14684 －2001 建筑用砂 表示国家推荐性标准 14684 号，2001 年颁布执行的建筑用砂标准。 注意：一方面，技术标准反映一个时期的技术水平，具有相对稳定性；另一方面，所有技术标准应根据技术发展的速度于要求不断进 行修订。 本课程的目的、任务与学习方法 1. 目 的 为其他专业课程提供建筑材料的基本知识，为从事技术工作时，能合理选择和正确使用建筑材料打下基础。 2. 任务 获得常用材料的性质于应用的基本知识和必要的基本理论，了解建筑材料的标准，并获得主要建筑材料检验方法的基本技能训练。 3. 学习方法 运用好事物内因与外因的关系，共性与特性的关系，掌握建筑材料的基本试验方法。 2 提出了运输要求 运 输 储 存 原 材 料 形成了 组 成 组成结构决定了 性 决定了 应 结 构 用 生 产 工 质 构 造 艺 提 影 出 响 了 了 技 术 外界环境条件 要 求 依 据 检验与验收 第一章建筑材料的基本性质 材料的组成与结构 1. 材料的组成 材料种类 元素组成及其化学成分表示 无机非金属材料 金属元素和非金属元素；氧化物含量百分数 金属材料 金属元素；其元素含量百分数 有机材料 主要C,H,O,N,S等元素 矿物：由金属元素与非金属元素按一定的化学组成和一定的结构特征构成。 无机非金属材料可由不同矿物构成，其性质受矿物组成及其含量的影响。 2. 材料的结构 定义： 从原子，分子水平直至宏观可见的各个层次的结构状态。 一般分为三个结构层次： 微观结构，亚微观结构，宏观结构。 分类 定义及特点 材料特点或实例 由晶粒不规则排列组成；无以 质点在空间中作周期性排列的固体。具有 晶体 定几何形状；最小内能，良好 固定的几何外形，各向异性，最小内能 微观结构 的化学稳定性 非晶体 无明显晶体结构的结构状态。质点无序排 各向同性；无一定的熔点；良 （玻璃体） 列 好的化学活性 亚微观结构 用光学显微镜观察 致密结构 金属，玻璃 宏观结构 微孔结构 用放大镜，肉眼观察 水泥制品 多孔结构 加气混凝土 注意： 材料孔隙的多少、大小及其特征对材料吸湿性性、绝热性、吸声性、抗冻、抗渗有影响。 宏观结构按构成形态分为：聚集结构（水泥混凝土、砂浆、沥青混凝土、塑料）、纤维结构（木材、玻璃纤维、矿棉）、层次结构（胶 合板、纸面石膏板）、散粒结构（砂、石、及粉状或颗粒状的材料）。 材料的物理性质 1. 材料的密度（材料的质量与体积之比） 定义及表达式 详情 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 测含孔材料的密度的方法：磨成细 密度 粉，用李氏瓶测定其实体积。 3 m ＝ V V —材料在绝对密实状态下的体积，即材料体积内固 体物质的实体积 材料在自然状态下，单位体积的质量。 自然状态下，孔隙分为开口孔，闭 m 口孔。 表观密度 0 V 表观密度：包括所有孔隙 0 视密度（  ）： 只包括闭口孔 V 0 自然状态下材料的体积 粉状即颗粒状材料在自然堆积状态下，单位体积的质 与材料颗粒的表观密度及堆积的 量。 疏密程度有关。 m 堆积密度  0  V 0 3 V  0  材料的自然堆积体积, m 建筑工程中，进行配料计算，确定材料的运输量及堆放空间，确定材料用量及构件自重等经常用到材料的密度、表观密度及堆积密度 材料名称 密度 表观密度 堆积密度 钢材 7.85   木材（松木） 1.55 0.4 0.8  普通黏土砖 2.5 2.7 1.6 1.8  花岗岩 2.6 2.9 2.5 2.8  水泥 2.8 3.1  1000 1600 砂 2.6 2.7 2.65 1450 1600 碎石（石灰石） 2.6 2.8 2.6 1400 1700 普通混凝土  2.1 2.6  2. 材料的孔率，空隙率 名称 定义及表达式 说明 在材料体积内，孔隙体积所占的比例 许多工程性质如强度、吸水性、抗 V V 渗性、抗冻性、导热性于材料的孔 P 0 100% 隙有关。且取决于孔隙率的大小与 V 构造特征（孔的种类、孔径的大小 0 及分布） 0 孔隙率 (1 ) 100%  V P K 100% K V 0 开口孔隙率 P P P B K 闭口孔隙率 在颗粒装材料的堆积体积内，颗粒间空隙体积所占的比例 用来评定颗粒材料在堆积体积内 V 0 V 疏密程度的参数。 P 0 100% 计算混凝土中粗骨料空隙时表观 空隙率 V 0 密度按视密度计算  0 (1 ) 100% 0 3. 材料与水有关的性质 （1）亲水性与憎水性 亲水性：水在材料表面易于扩展，这种与水的亲合性称为亲水性。 憎水性：材料与水接触时，不与水亲合。 材料种类 定义及特点 实例 表面与水亲合力较强的材料 各种无机胶凝材料、石材、砖瓦、 亲水性材料 浸润边角 90 混凝土等 表面不与水亲合的材料 沥青、油漆、塑料等，可作防潮、 憎水性材料 浸润边角 90 防水、防腐材料 4 （2）吸湿性 吸湿性：材料在环境中吸收空气中的水分的性质表示方式。 含水率：即吸入水分与干燥材料的质量比。开口孔隙率较大的亲水材料具有较强的吸湿性。 平衡含水率：含水率与环境湿度达到平衡状态时的含水率。 （3）吸水性 ①吸水性：材料在水中吸收水分的性质。 表示方法：吸水率。 m m W 1 100% m m 质量吸水率：材料在水中吸入水的质量与材料干质 W 量之比 m  材料的质量吸水率 m 1 材料吸水饱和后的质量 m  材料在干燥状态下的质量 V m m 1 W w 1  100% v V V  0 0 w 体积吸水率：材料吸入水的体积与材料在自 然状态 W v  材料的体积饱和率 积之比 V w  材料吸水饱和时，水的体积 w w  水的密度 w 质量吸水率与体积吸水率存在如下关系： 1 W W   100% v m 0 w ②材料吸水率的大小主要取决于材料的孔隙率及孔隙特征 密实在及只有闭口孔的材料 不吸水 具有粗大孔的材料 不易吸满水分，吸水率常小于孔隙率 孔隙率较大，且具有细小开口连通的亲水性材料 具有较大的吸水率 材料的吸水率是一定值，是该材料的最大含水率。 ③饱和系数：材料在水中吸水饱和后，吸入水的体积与孔隙体积之比。 V W P K w 0 k B V V P P 0 P K 、 P  分别为材料的开口孔隙率及孔隙率 意义：说明了材料的吸水程度，反映了材料的孔隙特征。 K 0 K 1 B 孔隙全部是闭口的； B 开口 材料吸水后不利：质量增加、强度降低、保温性能下降、抗冻性能变差、体积膨胀。 （4）耐水性 ①表示方法：软化系数 f 1 K f K — 材料的软化系数 f 1 — 材料吸水饱和状态下的抗压强度 f — 材料在干燥状态下的抗压强度 K 0 1 K ～ , 越小，说明材料吸水饱和后强度降低的越多，耐水性越差。 受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑无所选用的材料K要求不低于0.85。 K 大于0.85的材料，常被认为是耐水的。 5 干燥环境中使用的材料可不考虑耐水性。 （5）抗渗性 定义：材料抵抗压力水渗透的性质。 表示方法： ①抗渗等级：用材料抵抗压力水渗透的最大水压力值来确定，其抗 渗等级越大，则材料抗渗性越好。 ②渗透系数 K ：K 越大，抗渗性越差。 抗渗性的影响因素：材料的孔隙率及孔隙特征。 对于建筑及水工构筑无等经常受水压力作用的工程材料及防水材料及防水材料都应具有良好的抗渗性。 （6）抗冻性 定义：材料在使用环境中，经受多次冻融循环不破坏，强度也无显著降低的性质。 影响因素：材料的构造特征、强度、含水程度等因素。 一般情况下，密实的以及具有闭口孔的材料有较好的抗冻性；具有一定强度的材料对冰冻有一定抵抗力；材料含水量越大，冰冻破坏 越厉害。 抗冻性测定：材料在反复冻融15次后其重量及强度损失不超过规定值，即抗冻性合格。 对于冬季室外计算温度低于-10℃，工程使用的材料必须进行抗冻性检验。 4. 与热有关的性质 （1） 导热性 定义：材料传导热量的能力。 评价指标：导热系数( )、热阻 Q d  A (T T ) t 2 1 －导热系数 Q －传导的热量 d －材料的厚度 A －材料的导热面积 T T 2 1 －材料两侧的温度差 t －传热时间 Q  qd q T T  令 A t 称为热流量。上式可写为 2 1 1 R  热阻 材料的导热系数越小，热阻值大越大，导热性越差，保温隔热性能越好。 材料的导热性主要取决于材料的组成及结构状态。 ①组成及微观结构 金属材料的导热系数最大，如铜；无机非金属材料次之，如普通混凝土；有机材料最小，如松木。 相同组成的材料，结晶结构的导热系数最大，微晶结构次之，玻璃体结构的最小。为了获取导热系数较低的材料，可通过改变其微观 结构的办法来实现，如水淬矿渣即是一种较好是绝热材料。 ②孔隙率及孔隙特征 孔隙率越大，材料的导热系数越小。 孔隙率相近，孔径越大，孔隙互通的越多，导热系数偏大。 对于纤维状材料，当其密度低于某一值时，其导热系数有增大的趋势，这类材料存在一个最佳密度，即在该密度下导热系数最小。 此外，材料的含水程度对其导热系数的影响非常显著。所用材料受潮后其导热系数将明显增加。 将 不大于0.175的材料称为绝热（保温隔热）材料。 （2）热容量 定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。 Q C m(T T ) 2 1 Q —材料吸收（或放出）的热量 C —材料的比热 m —材料的质量 T T 2 1 ——材料受热（或冷却）前后的温度差 几种典型材料的热性质指标 材料 导热系数 比热 材料 导热系数 比热 6 钢材 58 0.48 泡沫塑料 0.035 1.30 花岗岩 3.49 0.92 水 0.58 4.19 普通混凝土 1.51 0.84 冰 2.33 2.05 普通黏土砖 0.80 0.88 密闭空气 0.023 1.00 横纹 0.17 松木 2.5 顺纹 0.35 （3）耐热性与耐燃性 ① 耐热性 定义： 材料长期在高温作用下，不失去使用功能的性质。 材料在高温下会发生性质的变化而影响材料的正常使用。 受热变质 ：如二水石膏在65～140℃脱水成为半水石膏；石英在573℃由石英转换为 石英，同时体积增大2％。 受热变形：材料受热膨胀大小以膨胀系数表示。钢材在350℃以上时，其抗拉强度显著降低，会使钢结构产生过大的变形而失去稳定。 ② 耐燃性 定义：在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质。可分为三大类： 非燃烧材料 普通砖、玻璃、陶瓷、混凝土、钢材、铝合金等无 即在空气中受高温作用不起火、不微燃、不炭化的 机材料材料 材料。 难燃烧材料 可燃材料为机体的复合材料，如沥青混凝土、水泥 即空气中受高温作用难起火、难微燃、难炭化，当 刨花板 火源移走后燃烧会立即停止的材料。 燃烧材料 如木材等大部分有机材料 即在空气中受高温作用会自行起火或微燃，当火源 移走后仍能继续燃烧或微燃的材料。 提高防火性的措施：表面涂刷防火涂料。组成防火涂料的成膜物质可为非燃烧材料（如水玻璃）或有机含率的树脂。原因是其受热能 分解而放出的气体中含有较多的卤素（F、Cl等）和氮（N）的有机材料具有自消火性。 常见材料的热性能 材料 温度 注解 材料 温度 注解 最高使用温度 火灾时最高允 普通黏土砖砌体 500 预应力混凝土 400 许温度 最高使用温度 火灾时最高允 普通钢筋混凝土 200 钢材 350 许温度 普通混凝土 200 最高使用温度 木材 260 火灾危险温度 最高使用温度 相变发生急剧 页岩陶粒混凝土 400 花岗岩 575 膨胀温度 火灾时最高允许温 开始分解温度 普通钢筋混凝土 500 石灰岩、大理岩 750 度 5. 材料的声学性质 （1）吸声 声波传播时，遇到材料表面，一部分将被材料吸收，并转变为其他形式的能。 E E 吸声系数：被吸收是能量  与传递给材料表面的总声能 0 之比，即 E  ＝ E 0 越大，表明吸声能力越强，材料对不同频率的声波的吸收能力也有所不同，通常采用频率为125、250、500、1000、2000、4000Hz的平 均吸声系数 ≥0.2的材料。孔隙越多，越细小，吸声效果越好。增加材料厚度对低频吸声效果提高，对高频影响不大。 （2）隔声 定义：材料阻止声波的传播。是环境中控制噪声的重要措施。 墙体的单位面积质量越大，隔声效果越好。因此，砖及混凝土等材料的结构，隔声效果都很好。 表示方法：隔声量，即入射与透过材料声能相差的分贝数。隔声量越大，隔声性能越好。 6. 材料的光学性能 （1）光泽度 定义：材料表面反射光线能力的程度。 颜色越浅，表面越光滑其光泽度越大。光泽度越大，表示材料表面反射光线）透光率 定义：光透过透明材料时，透过材料的光能与入射光能之比。 厚度越厚，透光率越小。普通窗用玻璃的透光率约为0.75～0.90。 7 材料的力学性质 1. 强度及强度等级 （1）材料的强度 定义：材料在外力作用下，抵抗破坏的能力。 两种情况： ① 当内部应力值达到某一值后，应力不再增加也会产生较大的变形，此时虽未达到极限应力值，却使构件失去了使用功能。如钢材 以屈服点值作为钢材的设计依据。 ② 应力未能使材料出现屈服现象就以达到了其极限应力值而出现断裂。如几乎所有的脆性材料：石材，普通砖，混凝土等。 （2 ）分类：材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、及抗弯强度等。 影响因素：孔隙率、试件的形状、尺寸、表面状况、含水程度、温度、及加荷载的速度等。 （3 ）强等级度、比强度 ① 强度等级 将建筑材料按极限强度划分为不同的等级，即强度等级。石材、普通砖等脆性材料，以抗压强度来划分等级；建筑钢材以屈服点作为 划分依据。 ② 比强度 用来评价材料是否轻质高强的指标。等于材料的强度于其表观密度之比。数值大者，材料质轻高强。 常用材料的比强度 材料名称 表观密度 强度值 比强度 低碳钢 7800 235 0.0301 松木 500 34 0.0680 普通混凝土 2400 30 0.0125 红砖 1700 10 0.0059 2. 弹性和塑性 （1）弹性 定义：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状、尺寸的性质。能够完全恢复的变形称为弹性变形。 特点：符合胡克定律，用弹性模量 E 来反映材料抵抗变形的能力。E 越大，越不易变形。 （2 ）塑性变形 定义：材料在外力作用下产生不能自行恢复的变形，且不破坏的性质。实际上，单纯的塑性或弹性都是不存在的。 3. 脆性和韧性 （1）脆性 材料在外力作用下，直至断裂前只发生弹性变形，不出现明显的塑性变形而突然破坏的性质。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多， 其抗冲击及动荷载能力很强。 （2 ）韧性 定义：材料在冲击、震动荷载作用下，能承受很大的变形而不致破坏的性质。采用冲击试验检验。 材料的装饰性 建筑材料对建筑物的装饰作用主要取决于建筑材料的色彩和材料本身的质感。 1. 色彩 建筑物的色彩首先应利用建筑材料的本色，这是最合理、经济、方便、可靠的来源。获得色彩的第二个来源是采用天然的矿物颜、植 物染料及人工合成染料来改变建筑材料的色彩。最经济的办法是采用饰面材料本身来装饰建筑物。 2. 质感 质感是指人们对建筑材料外观质地的一种感觉。它包括的内容很多，如材料表面粗糙或细腻的程度；材料本身的纹理与花样等。质感 取决于所有材料外，更重要的是取决于材料的加工方法和加工程度。一定的分格峰、凹凸线条也是构成饰面装饰效果的因素。此外，质感 的丰富与贫乏、粗犷与细腻是在比较中体现的。 材料的耐久性 定义： 材料在使用环境中，在多种因素作用下能经久不变质，不破坏而保持原有性能的能力 材料受自然因素的影响 ，如：物理作用（干湿类型、温度类型、冻融循环等），化学作用（酸、碱、盐类等物质的水溶液及有害气体 作用），生物作用（昆虫、菌类等对材料的蛀蚀作用及腐朽作用）。 耐久性是一项综合性质。它包括抗渗性、抗冻性、抗风化性、耐蚀性、耐老化性、耐热性、耐磨性。不同材料其耐久性的，内容各不 相同。 无机矿质材料 抗风、抗冻性 金属材料 化学腐蚀作用 木材等有机材料 生物作用 沥青，高分子材料 老化 提高耐久性的方法： （1）提高材料本身对外界作用的抵抗力（提高密实度改变孔结构，选择恰当的组成材料等）。 （2 ）用其他材料对主体材料加以保护（覆面，刷涂料等）。 （3 ）减轻环境条件对材料的破坏作用（对材料处理或采取必要构造措施）。 8 第二章无机气硬性胶凝材料 石灰 1．石灰的生产 石灰是将含碳酸钙的天然岩石在高温下煅烧而成。 9001100C。 CaCO CaO CO  3 2 2. 石灰的熟化与硬化 （1）石灰的熟化：生石灰（氧化钙）与水发生作用生成熟石灰（氢氧化钙）的过程。   CaO H O Ca OH 64.8kJ 2 2 伴随着熟化过程，放出大量的热，并且体积迅速膨涨 1～2.5 倍。 （2 ）石灰的硬化 ① 干燥硬化 石灰浆体在干燥过程中，毛细孔隙失水，使得由于水的表面张力作用而产生的毛细管压力增大，使氢氧化钙颗粒变得紧密，产生一定 强度同时体积明显缩小的过程。 ② 碳化硬化 氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体的过程，反应如下：   Ca OH CO H O CaCO 2H O 2 2 2 3 2 3. 石灰的技术要求 （1）根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、未消化残渣含量（欠火石灰、过火石灰及杂质含量）、二氧化碳含量及产浆量（1kg 生石灰 制得石灰膏的体积数 L ）化分为优等品、一等品和合格品。 （2 ）根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、二氧化碳含量及细度化分为优等品、一等品和合格品。 （3 ）根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、游离水含量、体积安定性及细度为优等品、一等品和合格品。 4. 石灰的性质与应用 （1）石灰的性质：① 保水性与可塑性好。② 凝结硬化慢、强度低。③ 耐水性差。④ 干燥收缩大。 （2 ）石灰的应用 ① 石灰乳和砂浆：石灰加大量水所的稀浆，即石灰乳。主要用于室内粉刷。石灰膏或消石灰粉可配制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂 浆，用于抹灰和砌筑。 ② 灰土和三合土：消石灰粉与粘土拌和后称为灰土或石灰土，再加砂、石屑、炉渣即成三合土，使土的密实度、强度和耐水性得到 改善三合土广泛用于建筑物的基础和道路的垫层。 ③ 硅酸盐混凝土及其制品。如：粉煤灰砖及砌块、灰沙砖及砌块、加气混凝土等。 石膏 1. 石膏的生产与品种 石膏的原料：含硫酸钙的二水天然石膏（生石膏）或硫酸钙的化工副产品和废渣。 名称 制作 特点与用途 该半水石膏的晶粒较为细小，称为 建筑石膏 将天然二水石膏在 107～170℃的干燥条件下加  型半水石膏。 热，脱去部分水分即得。 将此熟石膏磨细得到的白色粉末 称为建筑石膏。  型半水石膏，但杂质少、色白。 模型石膏 主要用于陶瓷制配柸工艺，少量用 于装饰浮雕。 将二水石膏置于蒸压釜中，在 127kPa 的水蒸气 拌合时水用的少，硬化后有较高的 高强度石膏 中脱水，得到晶粒比 型半水石膏粗大、使用 密实度，所以强度高。 用于室内高级抹灰、装饰制品、石 时拌合用水量少的半水石膏，称为型半水石 膏板等。 膏。将此熟石膏磨细得到的白色粉末。 2. 建筑石膏的凝结与硬化 （1）建筑石膏的水化 1 1 CaSO  H O 1 H O CaSO 2H O 4 2 2 4 2 2 2 由于二水石膏的溶解度较半水石膏的溶解度小许多，所以二水石膏从过饱和溶液中不断析出结晶并沉淀。二水石膏的析出促使上述反 应不断进行。 （2 ）建筑石膏的凝结与硬化 ① 凝结：随着水化的不断进行，生成的二水石膏胶体微粒不断增多，这些微粒较原来的半水石膏更加细小，比表面积很大，吸附着 9 很多的水分；同时浆体中的自由水分由于水化和蒸发而不断减少，浆体的稠度不断增加，胶体微粒间的接近及相互之间不断增加的范得华 力，使浆体逐渐失去可塑性。 ② 硬化：随水化的不断进行，二水石膏胶体微粒凝聚并转变为晶体，如图 2.1 所示。晶体颗粒逐渐长大，且晶体颗粒间相互搭接、交 错、共生，产生强度。 浆体的凝结硬化过程是一个连续进行的过程。将浆体开始失去可塑性的状态称为浆体 初凝，从加水至初凝的时间称为初凝时间；浆体完全失去可塑性，并开始产生强度称为浆体终凝，从加水至终凝的时间称为浆体的终 凝时间。 3. 建筑石膏的技术要求 建筑石膏的技术主要有强度、细度和凝结时间。各等级的强度和细度须满足下表中的规定。 等级 优等品 一等品 合格品 抗折强度（MPa ），不小于 2.5 2.1 1.8 抗压强度（MPa ），不小于 4.9 3.9 2.9 细度 5.0 10.0 15.0 0.2mm 方孔筛余（％），不大于 注：表中强度值为 2h 的强度值。 且各等级建筑石膏的初凝时间不得小于 6min，终凝时间不得大于 30min 。 4. 建筑石膏的性质与应用 （1）建筑石膏的性质 ① 凝结硬化快 建筑石膏在加水拌合后，浆体在 10min 内便开始失去可塑性，30min 内完全失去可塑性而产生强度。初凝时间短，须加缓凝剂。 石膏的强度发展较快，2h 的抗压强度可达 3～6MPa，7d 时可达最大的抗压强度值约为 8～12MPa。 ② 体积微膨胀 石膏浆体在凝结硬化初期会产生微膨胀，这一特性使石膏制品的表面光滑、尺寸精确、形体饱满、装饰性好。加之石膏制品洁白、细 腻，特别适合制作建筑装饰制品。 ③ 孔隙率大 石膏制品的孔隙率达 50 ％～60 ％，体积密度为 800～1000kg/m ，导热系数小，吸声性较好，属于轻质保温材料。但因石膏制品的孔 隙率大，且二水石膏可微溶于水，故石膏的抗渗性、抗冻性和耐水性差。石膏的软化系数只有 0.2～0.3 。 ④ 具有一定的调温调湿性能 建筑石膏制品的比热较大，因而具有一定的调节温度的作用。它内部的大量毛细孔隙对空气中的水蒸气具有较强的吸附能力，所以对 室内空气湿度有一定的调节作用。 ⑤ 防火性好、但耐火性较差 石膏的导热系数小，传热慢，且二水石膏受热脱水产生的水蒸气能阻碍火势的蔓延。但二水石膏脱水后，强度下降，因而不耐火。 （2 ）建筑石膏的应用 建筑石膏的用途很广，主要用于室内抹灰、粉刷和生产各种石膏板等。 ①室内抹灰和粉刷 由于建筑石膏的优良特性，常被用于室内高级抹灰和粉刷。建筑石膏加水、砂及缓凝剂拌合成的石膏砂浆，用于室内抹灰。抹灰的表 面光滑、细腻、洁白美观。 ②石膏板 种类 制作 特点 用途 以建筑石膏为主要原料，掺入适量的 生产效率高，但纸板用 主要用于隔墙、内墙 纤维材料、缓凝剂等作为芯材，并以 量大，成本较高。 等 纸面石膏板 纸板作为增强护面材料，经加水搅拌、 浇注、辊压、凝结、切断、烘干等工 序制得。 以纤维材料为增强材料，与建筑石膏、 强度高于纸面石膏板， 用于隔墙、内墙，还 纤维石膏板 缓凝剂、水等经特殊工艺制成 规格基本相同，但生产 可以用来代替木材 10 效率低。 制作家具。 以建筑石膏为主要原料，掺入适量的 造型美观、装饰强，具 主要用于公共建筑 纤维增强材料和外加剂，与水一起搅 有良好的吸声、防火功 的内墙、吊顶等。 装饰石膏板 拌成均匀的料浆，经浇注成型、干燥 能， 而成的不带护面纸的装饰板材 以建筑石膏为主，加入适量的轻质多 主要用于隔墙、内墙 空心石膏板 孔材料、纤维材料和水经搅拌、浇注、 等。 振捣成型、抽芯、脱模、干燥而成 以装饰石膏板或纸面石膏板为基板， 用于吸声性要求高 吸声用穿孔石膏板 背面粘贴或不贴背覆材料 的建筑 建筑石膏在贮运中，应防潮防水，且储存期不宜超过三个月。过期或受潮都会使其强度显著降低。 菱苦土 1．定义 菱苦土，又称镁质胶凝材料或氯氧化镁水泥，是由含 MgCO3 为主的原料，在 750～850℃下煅烧，经磨细而得的一种白色或浅黄色粉 末，其主要成分为MgO。煅烧适当的菱苦土，密度为3.1～4.1g/cm3 3 、堆积密度为800～900kg/m 。 2．水化与硬化 （1）水化：菱苦土与水拌合后的迅速水化并放出大量的热，但其凝结硬化很慢，强度很低。通常用氯化镁的水溶液来拌合 （2 ）硬化：氯化镁可大大加速菱苦土的硬化，且硬化后的强度很高。7 天左右可达最高强度，属于轻质高强材料。硬化后的主要产物 为xMgO yMgCl 2 zH 2 O ,其吸湿性大、耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不 宜用于潮湿环境。为改善其耐水性，可采用硫酸镁、硫酸亚铁来拌合，但强度有所降低。也可掺入少量的磷酸盐或防水剂。此外还可掺入 活性混合材料，如粉煤灰等。 （3 ）菱苦土与各种纤维的粘结良好，且碱性较低，对各种纤维和植物的腐蚀较弱。建筑上常用菱苦土与木屑及氯化镁溶液。它具有 保温、防火、防爆及一定的弹性。 （4 ）保存：菱苦土存放时，须防潮、防水，且贮存期不宜超过三个月。过期或受潮均会使其强度发生显著的下降。 水玻璃 1．水玻璃的组成 （1）水玻璃：俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。水玻璃为青灰色或淡黄色 粘稠状液体。 （2 ）钠水玻璃：建筑常用的为硅酸钠的水溶液。 （3 ）钾水玻璃：硅酸钾的水溶液。 （4 ）模数：二氧化硅与氧化钠的摩尔数的比值n 。模数越高，越难溶于水，水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘接 力与强度、耐热性与耐酸性越高。 （5 ）浓度：浓度越高，则水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘接力与强度、耐热性与耐酸性越高。但浓度太高， 则黏度太大不利于施工操作，难以保证质量。 2 ．水玻璃的硬化 加入氟硅酸钠作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。 3 ．水玻璃的性质 （1）粘结力强、强度较高：水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的粘结力和强度。用水玻璃配制 的混凝土的抗压强度可达 15～40Mpa 。 （2 ）耐酸性好：由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，其可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机和有机酸。用于 配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。 （3 ）耐热性好：硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥。 Na O nSiO Na O nSiO （4 ）耐碱性和耐水性差：水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃 2 2 由于 2 2 可 溶于碱，且可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。 4 ．水玻璃的应用 （1）涂刷材料表面，提高抗风化能力：可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。但不能用以涂刷或浸泽石膏制品， 因为硅酸钠会与硫酸钙反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品破坏。 （2 ）配制速凝防水剂：水玻璃加两、三种或四种矾，即可配制成所谓的二矾、三矾、四矾速凝防水剂。 （3 ）修补砖墙裂缝：将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到粘接和补强作用。 （4 ）加固土：将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土中，生成的硅酸 凝胶和硅酸钙凝胶可使土固结，从而避免了由于地下水渗透引起 的土下沉。 （5 ）存放：密闭存放，长期存放会有沉淀，使用时搅拌均匀。 第三章水泥 硅酸盐类水泥 硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成分的各种水泥的总称。 11 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 通用水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 硅酸盐水泥 砌筑水泥 专用水泥 道路水泥 油井水泥 快硬硅酸盐水泥 白色硅酸盐水泥 特性水泥 硅酸盐膨胀水泥 中热、低热矿渣硅酸盐水泥 1．硅酸盐水泥的生产和组成 硅酸盐水泥是硅酸盐类水泥品种中最重要的一种。由水泥熟料和适量石膏共同粉磨制成。工艺流程如下。 （1）硅酸盐水泥熟料 ① 硅酸盐水泥熟料的生产 以适当比例的石灰质原料（如石灰岩）、黏土质原料（如黏土、黏土质页岩）和少量校正原料（如铁矿粉）共同磨细制成生料，将生 料送入水泥窑（立窑或回转窑）中进行高温煅烧（约 1450℃），生料经烧结成为熟料。矿物成分是：硅酸三钙（3CaO ﹒SiO，简式 C3S ）、 硅酸二钙（2CaO ﹒SiO2，简式 C2S ）、铝酸三钙（3CaO ﹒Al2O3 ，简式 C3A ）、铁铝酸四钙（4CaO ﹒Al2O3 ﹒Fe2O3 ，简式 C4AF ）。 ② 酸盐水泥熟料的矿物组成及特性 硅酸盐水泥熟料矿物的特性 矿物成分 含量 密度 水化反应速度 水化放热量 强度 （% ） （g/cm3 ） 3CaO﹒SiO2 C3S 37～60 3.25 快 大 高 2CaO﹒SiO2 C2S 15～37 3.28 慢 小 早期低，后期 低 3CaO﹒Al2O3 C3A 7～15 3.04 最快 最大 低 4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3 C4AF 10～18 3.77 快 中 低 可以通过调整配料比例和生产工艺，改变熟料矿物的含量比例，制的性能不同的水泥。如提高 C3S 含量，可制成高强水泥；提高 C3S C3A 含量，可制得快硬水泥；降低 C3S C3A 含量，提高 C2S 含量，可制得中、低热水泥；提高 C4AF 含量，降低 C3A 含量，可制得道路 水泥。 （2 ）石膏缓凝剂 石膏的加入可以使水泥凝结速度减慢，使之便于施工操作。作为缓凝剂的石膏可采用天然二水石膏、半水石膏、硬石膏或工业副产品 石膏（磷石膏、盐石膏）。石膏掺加量一般为水泥质量的3%～5% 。 （3 ）水泥混合材料 ① 活性混合材料 具有火山灰性或潜在水硬性的矿物材料。 火山灰性：磨成细粉与消石灰和水拌合后，在湿空气中能够凝结硬化，并在水中继续硬化的性能。 潜在水硬性：磨成细粉与石膏粉和水拌合后，在湿空气中能够凝结硬化，并在水中继续硬化的性能。 活性混合材料含有活性氧化硅、活性氧化铝。常用的性混合材料主要包括：粒化高炉矿渣、火山灰质材料、煤灰等、 粒化高炉矿渣：高炉冶炼生铁时，浮在铁水表面的熔融物经极冷处理成疏松颗粒状材料。主要成分是 Al2O3 CaO SiO2 。 火山灰质混合材料：火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅藻土、自然煤矸石、煅烧煤矸石、煤渣、烧页岩、烧黏土、硅灰等。 粉煤灰：由煤粉燃烧炉烟道气体中搜集的粉末。 ② 非活性混合材料 掺入水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物材料称为非活性混合材料，又称惰性混合材料。常用的有：石灰石、石英石、 粘土、慢冷矿渣以及不符合质量要求的活性混合材料。 2．硅酸盐水泥的水化和凝结硬化 水泥的凝结：水泥加水拌合后成为可塑性的水泥浆，水泥颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，随着水化反应的进行， 水泥浆体逐渐变稠失去可塑性。 水泥的硬化：随着水泥水化的进一步进行，凝结了的水泥浆开始产生强度并逐渐发展成为坚硬的水泥石。 水泥的凝结、硬化是水泥水化的外在反映，它是一个连续的、复杂的物理化学变化过程 （1）熟料矿物的水化反应 水泥熟料化学成分与矿物成分的简写形式 氧化物 简写 矿物分子式 矿物名称 简写 CaO C 3 CaO ﹒SiO 2 硅酸三钙 C 3 S S 硅酸二钙 SiO 2 2 CaO ﹒SiO 2 C 2 S 12 Al 2 O 3 A 3 CaO ﹒Al 2 O 3 铝酸三钙 C 3 A F 3 Fe 2 O 3 4 CaO ﹒Al 2 O 3 ﹒Fe 2 O 33 铁铝酸四钙 C 4 AF H 2 C 3 S + 6H = C 3 S 2 H 3 + 3Ca (OH) 2 2 C 2 S + 4H = C 3 S 2 H 3 + Ca (OH) 2 C 3 A + 6H = C 3 AH 6 C 4 AF + 7H = C 3 AH 6 + CFH 熟料矿物反应的基本特性 强度 矿物 反应速度 水化热 耐化学侵蚀性 干缩 早期 后期 C 3 S 快 高 高 中 中 中 慢 低 高 小 良 小 C 2 S C 3 A 极快 高 低 大 差 大 快 低 低 小 优 小 C 4 AF 综上所述，忽略一些次要、少量成分，则硅酸盐水泥熟料矿物与水反应后，生成是主要水化产物为：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、 氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥石中，凝胶体约占 70%，氢氧化钙约占20% 。 （2 ）石膏的缓凝作用 石膏在水泥水化过程初期参与水化反应，与最初生成的水化铝酸钙反应。 在上述反应生成的水化铝酸钙不溶于水，呈针状晶体沉积在水泥颗粒表面，抑制了水化速度极快的铝酸三钙与水的反应，使水泥凝结 速度减慢，起可靠的缓凝作用。水化硫铝酸钙晶体也称为钙矾石晶体，水泥完全硬化后，钙矾石晶体约占 7%，它不仅在水泥水化初期起 缓凝作用，而且会提高水泥的早期强度。 （3 ）碳酸盐水泥凝结硬化 硅酸盐水泥的凝结硬化过程一般按水化反应速率和水泥浆体结构特征分为：初始反应期、潜伏期、凝结期和硬化期四个阶段。 水泥凝结硬化时的几个划分阶段 凝结硬化阶段 一般的放热反应速度 一般的持续时间 主要的物理化学变化 初始反应期 168J/g·h 5～10min 初始溶解和水化 凝胶体膜层围绕水泥颗 潜伏期 4.2 J/g·h 1h 粒成长 在 6h 内逐渐增加到21 膜层破裂，水泥颗粒进一 凝结期 6h J/g·h 步水化 在 24 内逐渐降低到4.2 硬化期 6h 至若干年 凝胶体填充毛细孔 J/g·h ① 初始反应期 水泥与水接触立即发生水化反应，C3S 水化生成 Ca(OH)2 溶于水中，溶液 pH 值迅速增大至 13，当溶液达到过饱和后，Ca(OH)2 开始 结晶析出。同时暴露在颗粒表面的C3A溶于水，并与溶于水的石膏反应，生成的钙矾石晶体析出，附着在水泥颗粒表面。这一阶段大约经 过10min，约有1%的水泥发生水化 ② 潜伏期 在初始反应期之后，约有 1～2h 的时间，由于水泥颗粒表面形成水化硅酸钙溶胶和钙矾石晶体构成的膜层，阻止了与水的接触使水化 反应速度很慢，这一阶段水化放热量小，水化产物增加不多，水泥浆体仍保持塑性。 ③ 凝结期 在潜伏期中，由于水缓慢穿透水泥颗粒表面的包裹膜，与矿物成分发生水化反应，而水化生成物穿透膜层的速度小于水分渗入膜层的 速度，形成渗透压，导致水泥颗粒表面膜层破裂，使暴露出来的矿物进一步水化。结束了潜伏期。水泥水化产物体积约为水泥体积的 2.2 倍，生成的大量的水化产物填充在水泥颗粒之间的空间，水的消耗与水化产物的填充使水泥浆体逐渐变稠失去可塑性而凝结。 ④ 硬化期 在凝结期以后，进入硬化期，如图 3.2 所示。水泥水化反应继续进行使结构更加密实，但放热速度逐渐下降，水泥水化反应越来越困 难，一般认为以后的水化反应是以固相反应的形式进行的。在适当的温度、湿度条件下，水泥的硬化过程可持续若干年。水泥浆体硬化后 形成坚硬的水泥石，水泥石是由胶凝体、晶体、未水化完的水泥颗粒以及固体颗粒间的毛细孔所组成的不匀质结构体。 13 水泥硬化过程中，最初的 3 天强度增长幅度大，3 天到 7 天强度增长率有所下降，7 天到 28 天强度增长率进一步下降，28 天强度已达 到较高水平，28 天以后强度虽然还会继续发展，但强度增长率却越来越小。 （4 ）掺混合材料的硅酸盐水泥的凝结硬化 ① 活性混合材料在水泥中的作用 ：掺混合材料的硅酸盐类水泥的水化，首先是熟料矿物的水化，熟料矿物水化生成的Ca (OH) 2 再 与活性混合材料发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙；当有石膏存在时，还会进一步反应生成水化硫铝酸钙。 ② 活性混合材料对水泥性质的影响 a. 掺入大量熟料数量相当减少，水泥中水化快的 C 3 S、 C 3 A 相对减少，二次反应速度会更慢。所有此类水泥凝结硬化过程缓慢，强 度的增长速度较低，早期强度较低，但后期强度会赶上甚至超过同强度等级的硅酸盐水泥。由于 C 3 S、 C 3 A 相对减少，二次反应水化放 热较低。 b. 二次反应消耗了水化产物中的大部分 Ca (OH) 2 ，此类水泥硬化后碱度较低。耐腐蚀性好，耐水侵蚀性好。碱度低的水泥对钢筋的 保护作用差，所有掺大量活性混合材料的水泥一般不宜于较强腐蚀条件下的重要的钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土。 3. 水泥石的腐蚀与防止 （1）主要的侵蚀类型 ① 软水侵蚀（溶出性侵蚀） 硅酸盐水泥属于典型的水硬性胶凝材料，在遇到“硬水”时，有足够的抵抗能力。但是，当水泥石受到冷凝水、雪水、冰川水等比较 纯净的“软水”，尤其是流动的“软水”作用时，水泥石中的 Ca(OH)2 首先溶解，并被流水带走。Ca(OH)2 的溶失，又会引起水化硅酸盐、 水化铝酸盐的分解，最后变成无胶结能力的低碱性硅酸凝胶、氢氧化铝。这种侵蚀首先源于 Ca(OH)2 的溶解失去，称为析出性侵蚀。 掺混合材料的水泥耐软水侵蚀性有一定程度的提高。 ② 酸类侵蚀（溶解性侵蚀） 硅酸盐水泥水化生成物显碱性，当遇到酸或酸性水时即发生中和反应，生成溶入水的盐类，导致水泥石受损坏。 a 碳酸的侵蚀 工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳： Ca(OH)2 + CO 2 + H 2 O = CaCO 3 + 2 H 2 O 最初生成的 CaCO 3 溶解度不大，但继续处于浓度较高的碳酸水中，则碳酸钙与碳酸水进一步反应。 3 2 2 3 2 CaCO + CO + H O = Ca(HC O ) Ca(OH)2 的浓度的降低会导致其他水化产物的分解，腐蚀作用加剧。 b 一般酸的腐蚀 工业废水、地下水、沼泽水中常含有多种无机酸、有机酸。工业窑炉是烟气中常含有二氧化硫，遇水后生成亚硫酸。以盐酸，硫酸与 水中是Ca(OH)2作用为例： Ca(OH)2 + 2HCl = + H 2 O 2 4 4 2 Ca(OH)2 + H SO = Ca SO . H O 反应生成的 CaCl 2 易溶于水，Ca SO 4 . H 2 O 结晶膨胀，还会进一步引起硫酸盐的腐蚀作用。 ③ 盐类的侵蚀 a 硫酸盐的侵蚀（膨胀性侵蚀） 在海水、湖水、盐沼水、地下水和某些工业污水中，常含有钾、钠、氨的硫酸盐，它们与水泥石中的 Ca(OH)2 起置换反应生成硫酸钙。 硫酸钙再与水泥石中固态水化铝酸钙作用生成高硫型水化硫铝酸钙。 14 3CaO Al O 6H O 3(CaSO 2H O) 19H O 3CaO Al O 3CaSO 31H O 2 3 2 4 2 2 2 3 4 2 生成的高硫型水化硫铝酸钙含大量的结晶水，体积膨胀 1.5 倍以上，在水泥石中产生内应力，造成极大的膨胀破坏作用。高硫型水化 硫铝酸钙晶体呈针状，对水泥石危害严重，所以称其为“水泥杆菌”。 b 镁盐腐蚀（双重腐蚀） 在海水、盐沼水、地下水中，常含有大量的镁盐，如硫酸镁、氯化镁。它们会与水泥石中的 Ca(OH)2 起复分解反应。 反应生成的二水石膏会进一步引起硫酸盐膨胀性破坏，氯化钙易溶于水，而氢氧化镁疏松无胶凝作用。因此镁盐的侵蚀又称双重侵蚀。 ④ 强碱的腐蚀 当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，则溶于水的铝酸钠会与空气中的 CO 2 反应生成碳酸钠，由于水分失去，碳酸钠在水泥 石毛细管中的结晶膨胀，引起水泥石疏松、开裂。 除上述四种侵蚀类型外，对水泥石有腐蚀作用的还有糖、酒精、脂肪、铵盐和含环烷酸的石油产品等。 水泥石的腐蚀往往是多种腐蚀介质同时存在的一个极其复杂的物理化学作用过程。 外部因素:侵蚀介质。 内在因素：一是石中含有腐蚀的成分，即Ca(OH)2 和水化铝酸钙；二是水泥石不密实。水泥水化反应理论需水量仅为水泥质量的 23% ， 而实际应用时拌合用水量多为 40%～70%，多余水分会毛细管和孔隙存在于水泥石中，侵蚀介质不仅在水泥石表面起作用，而且易于进入 水泥石内部引起严重破坏。 由于硅酸盐水泥水化生成物中，Ca(OH)2 和水化铝酸钙含量较多，所以其耐侵蚀性较其他品种水泥差。掺混合材料的水泥水化反应生 成物中 Ca(OH)2 明显减少，其耐侵蚀性比硅酸盐水泥显著改善。 （2 ）防止水泥石腐蚀的措施 ① 合理选择水泥品种 软水或浓度很小的一般酸条件下，宜选用 Ca(OH)2 较少的水泥。 硫酸盐侵蚀的工程，宜用铝酸钙含量低于 5%的抗硫酸盐水泥。 ② 提高水泥石密实度 措施：强制搅拌、振动成型、真空吸水、掺加外加剂等，或在满足施工操作前提下，努力减少水灰比，提高水泥石密实度。 ③ 表面加做保护层：保护层的材料常用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。 4. 硅酸盐水泥的技术性质 （1）细度：表示水泥颗粒的粗细程度。 颗粒越细，水化反应速度快，水化放热快，凝结硬化速度快，早期强度高。但颗粒过细，耗能高、成本高，硬化收缩率大，易引起开 裂。硅酸盐水泥的细度以比表面积法表示，普通硅酸盐水泥及其他几种通用水泥的细度用筛析法表示。 （2 ）凝结时间： 水泥从合水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝时间和终凝时间。 初凝时间：自加水拌合起，至水泥浆开始凝结所需要的时间。 终凝时间：自加水拌合至水泥浆完全凝结开始产生强度的时间。 工程上要求初凝时间不能过短，是为了保证施工过程能从容的在水泥浆初凝之前完成。终凝时间不可过长，因为水泥终凝后才开始产 生强度，而水泥制品遮盖浇水养护以及下面工序的进行，需待其具有一定强度后方可进行。 终凝时间的测定：在规定的恒温恒湿环境中，受测水泥浆必须是标准稠度的水泥浆。 标准稠度用水量：指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合水量，以占水泥质量的百分率表示。 （3 ）安定性： 水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。 ① 安定性不良：当水泥浆体硬化过程发生不均匀变化时，会导致膨胀开裂、翘曲。 ② 引起水泥安定性不良的因素：CaO MgO SO3，均引起膨胀开裂。 ③ 检测方法：国家标准规定用沸煮法检验。包括试饼法，雷氏法。 ④ 国家规定通用水泥f—MgO 含量不得超过 5%，SO3 含量不超过 3.5% 。通过定量化学分析，控制 SO3、f—MgO 含量，保证长期安 定性合格。 （4 ）强度与强度等级 ① 水泥的强度：以水泥、标准砂、水按规定比例拌合成水泥胶砂拌合物，再按规定方法制成软练水泥胶砂试件，测其不同龄的强度。 ② 强度等级：以水泥软练胶砂试件规定龄期的抗折强度和抗压强度数据评定。又根据 3 天强度分为普通型和早强型。 （5 ）水化热： 水泥与水的水化反应是放热反应，所释放的热称为水化热。取决于水泥熟料的组成。大部分水化热在水泥初期放出。 硅酸盐水泥是六种通用水泥中水化热最大、放热速率最快的一种，水泥的水化热多，有利于冬期施工，可在一定程度上防止冻害。但 不利于大体积工程，大量水化热聚集于内部，造成内部与表面有较大温差，内部受热膨胀，表面冷却收缩，使大体积混凝土在温度应力下 严重受损。 （6 ）水泥的密度和堆积密度 水泥的密度：主要与熟料的质量、混合材料的掺量有关。 水泥的堆积密度：除与水泥组成、细度有关外，主要取决于堆积的密实程度。堆积密 度约为 1000～1600kg/m3，通常取 1300 kg/m3。 5. 通用水泥 （1）硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 ① 定义、代号 a. 硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉煤渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。分两种类型：Ⅰ型—不 掺混合材料，代号 P ﹒I ；Ⅱ型—掺入不超过 5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号P ﹒Ⅱ。 b. 普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成 15 的水硬性胶凝材料，代号P ﹒O 。 ② 技术要求 a. 细度：硅酸盐水泥比表面积大于 300 ㎡/kg ，普通水泥 80 方孔筛筛余不得超过 10.0%。 b. 凝结时间：硅酸盐水泥初凝不得早于 45min ，终凝不得迟于 6.5h 。普通水泥的初凝不得早于45min ，终凝不得不迟于 10h。 c. 安定性：用沸煮法检验必须合格。为保证安定性 6% SO3≤3.5% 。d 强度：水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分， 各强度等级水泥的各期强度不得低于表值。（R 表示早强型水泥） 抗压强度 抗折强度（MPa ） 品种 强度等级 3d 28d 3d 28d 42.5 17.0 42.5 3.5 6.5 42.5R 22.0 42.5 4.0 7.0 52.5 23.0 52.5 4.0 7.0 硅酸盐水泥 52.5R 27.0 52.5 5.0 7.0 62.5 28.0 62.5 5.0 8.0 62.5R 32.0 62.5 5.0 8.0 32.5 11.0 32.5 2.5 5.5 32.5R 16.0 32.5 2.5 5.5 42.5 16.0 42.5 3.5 6.5 普通水泥 42.5R 21.0 42.5 4.0 6.5 52.5 22.0 52.5 4.0 7.0 52.5R 26.0 52.5 5.0 7.0 标准中规定，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合规定时，均为废品。 凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级规定的指标时， 称不合格品。 当使用含活性成分的骨料时，为了避免碱骨料反应的发生，应按照标准要求控制碱含量。 ③ 特性、应用 a. 强度高：适合早期强度要求高的工程。 b. 水化热高：用于冬季施工常可避免冻害，但高放热量对大体积混凝土工程不利。 c. 抗冻性好：密实度大，抗冻性优于其他通用水泥。适用于严寒地区受反复冻融作用的 混凝土工程。 d. 碱度高、抗碳化能力强，适用于重要的钢筋混凝土结构和预应力混凝土工程。 e. 耐蚀性差：含有大量的 Ca(OH)2 和水化铝酸钙，容易引起软水、酸类和盐类的侵蚀。 f. 耐热性差：在 250 ℃温度时水化物开始脱水，水泥石强度降低。 （2 ）矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥 ① 定义、代号 名称 定义 代号 掺加量（按重量%） 矿渣硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、石 P.S 20%～70% 膏磨细制成的水硬性胶凝材料 火山灰质硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材 P.P 20%～50% 料、石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 粉煤灰硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏 P.F 20%～40% 磨细制成的水硬性胶凝材料 ② 技术要求 GB/T1344-1999 规定的技术要求如下：a. 细度 80 m 方孔筛筛余量≤10.0%；b. 凝结时间 初凝不早于 45min,终凝不迟于 10h；c. 安 定性 用煮沸法检验必须合格，熟料中 MgO ≤5.0%；d强度 强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分。 矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥强度等级、各龄期强度最低值 抗压强度（Mpa） 抗折强度（MPa） 强度等级 3d 28d 3d 28d 32.5 10.0 32.5 2.5 5.5 32.5R 15.0 32.5 3.5 5.5 42.5 15.0 42.5 3.5 6.5 42.5R 19.0 42.5 4.0 6.5 52.5 21.0 52.5 4.0 7.0 52.5R 23.0 52.5 4.5 7.0 ③ 矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥的特性与应用 共同特性：a.早期强度低，后期强度高；b. 水化热低，不宜冬季施工，但适合大体积混凝土工程；c. 耐蚀性好；d. 蒸汽养护效果好； e.抗碳化能力差，对防止钢筋锈蚀不利；f. 抗冻性、耐磨性差，不适于受反复冻融作用的工程和有耐磨性要求的工程，各自特性如下表： 名称 特性 矿渣硅酸盐水泥 耐热性好，泌水性、干缩性大； 16 干缩率大，应有较长的养护期 抗渗性好，抗大气性好，在干燥空气中，易起粉； 火山灰质硅酸盐水泥 干缩率大，应有较长的养护期 与火山灰质水泥基本相同，但拌合物需水量较小，干缩率较小，抗裂性好； 粉煤灰硅酸盐水泥 早期强度更低，水化热低，抗碳化能力更差 （2）复合硅酸盐水泥 定义 由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水泥胶凝材料 代号 P.C 细度 80m方孔筛筛余量≤10.0%。 技术要求 凝结时间 初凝不早于45min,终凝不迟于10h. GB12958-1999 安定性 用煮沸法检验必须合格，熟料中 MgO≤5.0% 强度 等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R 性能及应用 早期强度高，其他性质与矿渣、火山灰质水泥相近 6. 专用水泥 定义：为满足工程要求而生产的专门用于某种工程的水泥。 砌筑水泥 道路水泥 由活性混合材料或具有水硬性的工业废料 道路硅酸盐水泥熟料 以适当成分的生料至部 为主要原料，加入少量硅酸盐水泥熟料和石 分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量铁铝 定义及代 膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料 酸盐是硅酸盐水泥熟料 号 代号 M 道路硅酸盐水泥 由道路硅酸盐水泥熟料，0～ 10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性 胶凝材料  1 MgO≤5.0% （1）细度 80 m方孔筛筛余量≤10.0%。 （2）凝结时间 初凝不早于 45min,终凝不 2 SO 3 ≤3.5% 迟于12h. 3烧失量≤3.0% （3）安定性 用煮沸法检验必须合格，熟 4游离CaO≤1.0%（旋窑）；≤1.8%（立窑） 料中 SO 3 ≤4.0% 5碱含量由用户提出要求 （4）强度 等级分为12.5、22.5 6铝酸三钙≤5.0% 技术要求 （5）保水率不低于80% 7铁率酸四钙不得小于16.0% 8细度 比表面积为300～450 ㎡/kg 9凝结时间 初凝不早于45min,终凝不迟于10h 10安定性 用煮沸法检验必须合格 11 28天干缩率≤0.1% 12 28 天磨损量不得大于 3.0kg/㎡ 13 强度等级、龄期见下表 强度等级低，降低成本， 干缩率小、抗冻性好、耐磨性好、抗折强度高、 适用于砖、石、砌体的砌筑砂浆和内墙抹面 抗冲击性好。 特点 砂浆 适用于道路路面和对耐磨性、抗干缩性要求高混 凝土工程。 道路硅酸盐水泥各强度等级、各龄期强度最低值 抗折强度（MPa ） 抗压强度（MPa ） 强度等级 3d 28 d 3 d 28 d 32.5 3.5 6.5 16.0 32.5 42.5 4.0 7.0 21.0 42.5 52.5 5.0 7.5 26.0 52.5 7. 特性水泥：与通用硅酸盐水泥相比较有突出特性的水泥。 （1）快硬硅酸盐水泥 ① 定义：凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以 3d 抗压强度表示标号的水硬性 胶凝材料。 ② 制造方法：和硅酸盐水泥基本相同，提高熟料中硅酸三钙和铝酸三钙含量；适当增加 石膏掺加量；提高水泥粉磨细度。 快硬水泥各标号、各龄期强度不得低于表值 水泥标号 抗压强度（Mpa） 抗折强度（Mpa） 17 1d 3d 28d 1d 3d 28d 325 15.0 32.5 52.5 3.5 5.0 7.2 375 17.0 37.5 57.5 4.0 6.0 7.6 425 19.0 42.5 62.5 4.5 6.4 8.6 ③ 特性及应用：水化热高、早期强度高、不透水性和抗冻性好。适用于早强、高强混凝土，特别适合紧急抢修工程和低温施工工程。 水化活性高，容易吸潮风化与失效。 （2 ）白色硅酸盐水泥 ① 定义：以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分，氧化铁含量少的熟料。 ② 制造方法：采用纯净的石灰石、纯石英砂、高岭土作原料，采用无灰分的可燃气体或液体燃料，磨机采用铸石衬板，研磨体用石 球。生产过程严格控制 Fe2O3 并尽量可能减少 MnO 、TiO2 等着色氧化物，因此成本较高。 ③ 细度、凝结时间、安定性及强度 细度要求 0.080mm 方孔筛筛余量不超过 10%；初凝时间不早于45min ，终凝时间不迟于 10h；体积安定性用沸煮法检验必须合格， 氧化镁含量不得超过 5.0%，三氧化硫不得超过 3.5% ；按 3d、28d 的抗折强度与抗压强度分为 32.5、42.5 、52.5 三个强度等级；产品白度 值应不低于 87。 ④ 废品与不合格品：凡三氧化硫，初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定或强度低于最低等级的指标时为废品。凡细度、终凝 时间、强度和白度任一项不符合标准的规定的，或水泥包装标志中品种、生产者名称、出厂编号不全的，为不合格产品。 8. 水泥的风化与贮运 （1）水泥的风化：水泥与空气接触，则会吸收空气中的水分和二氧化碳而发生部分的水化和碳化反应。氢氧化钙吸收二氧化碳，连 锁反应会使水泥风化加快。 （2 ）水泥的贮存：水泥的有效期自出厂之日期为三个月，新出厂水泥28天抗压强度为 标准规定值的 1.10～1.15 倍，称为水泥强度富于系数。水泥运输、贮存应注意防雨、防潮。不同品种、标号、批次的水泥，严禁混杂使用。 铝酸盐水泥 铝酸盐水泥是以铝酸钙为主要成分的各种水泥的总称。属于特性水泥。品种有：铝酸盐水泥、特快硬矾土水泥、铝酸盐自应力水泥、低 钙铝酸盐耐火水泥等。 1. 铝酸盐水泥的矿物组成、水化与硬化 （1）定义：以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得以铝酸钙为主要成分的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料。 （2 ）主要成分：铝酸一钙（CaO﹒Al2O3，简式CA）和二铝酸一钙（CaO﹒2Al2O3，简式CA2），还有少量的硅酸二钙及其他铝酸盐。 （3 ）水化与硬化 铝酸盐水泥的水化与硬化主要是铝酸一钙的水化和结晶作用。在不同的温度下铝酸一钙生成物不同。在较低温度下，水化物主要是 CAH10和C2AH8,所以铝酸盐水泥水化后密实度大、强度高。在温度大于30℃时，强度则大为降低。CAH10和C2AH8都是不稳定的，会逐步 转化为 C3AH6。结果使水泥石析出游离水，增大孔隙率；强度下降；虽然硬化快、早期强度很高，但后期强度会大幅下降，在湿热环境尤 其严重。 2. 铝酸盐水泥的技术性质 铝酸盐水泥常为黄色或褐色，也有呈灰色的。其密度与堆积密度与硅酸盐水泥相近。按含量百分数分为四类： CA-50 50%≤Al2O3 ﹤60% CA-60 60%≤Al2O3 ﹤68% CA-70 68%≤Al2O3 ﹤77% CA-80 77%≤Al2O3 国家标准规定： （1）细度：比表面积不小于300 ㎡/kg 或 0.045mm 筛余不得超过 20% 。 （2 ）凝结时间（胶砂）：CA-50 CA-70 CA-80 初凝时间不得早于 30min，终凝时间不得迟于 6h；CA-60 初凝时间不得早于60min，终 凝时间不得迟于18h。 3. 铝酸盐水泥的特性和应用 （1）长期强度有所降低，铝酸盐水泥不宜用于长期承重结构及处在高温高湿的结构，一般混凝土结构中禁止使用、 （2 ）早期强度增长快。故宜用于紧急抢修工程及要求早期强度高的特殊工程。 （3 ）水化热大，且释放速度快。实用于冬季施工，但不宜用于大体积混凝土工程。 （4 ）最适宜的硬化温度 15℃，一般不超过25 ℃。因此铝酸盐水泥不适用于高温季节施工，也不适合蒸气养护。 （5 ）抗硫酸盐侵蚀性强，耐酸性好，但抗碱性差，不得用于接触碱性的工程。 （6 ）耐热性较高，可以制成适用温度达 1300℃～1400℃的耐热混凝土。 （7 ）铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相混不但产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂，甚至破坏，因此施工时不得 与石灰和硅酸盐水泥混合，也不得接触尚未硬化的硅酸盐水泥。 （3 ）强度：见表值 抗压强度（Mpa） 抗折强度（Mpa） 水泥类型 6d 1d 3d 28d 6d 1d 3d 28d CA-50 20 40 50 3.0 5.5 6.5 CA-60 20 45 85 2.5 5.0 10.0 CA-70 30 40 5.0 6.0 CA-80 25 30 4.0 5.0 4. 铝酸盐水泥的特性与应用 ①长期强度有降低的趋势，强度降低可能是由于晶体转化造成。 ②早期强度增长快，用于紧急抢修工程。 18 ③水化热大，且放热速度快，适用于冬期施工的混凝土工程。 ④最适宜的硬化温度为 15℃左右，一般不得超过25 ℃。不适于高温季节施工。 ⑤耐热性较高 ⑥抗硫酸盐侵蚀性强、耐酸性好，但抗碱性极差，不得用于接触碱性溶液的工程。铝酸钙，是混凝土裂开，甚至破坏。 归纳为：硬化快、早强、高放热、耐水耐酸不耐碱不能与石灰质混用、致密抗渗、耐热性好，不宜高温季节使用。 第四章砼 普通混凝土概述 1. 普通混凝土的组成与结构 (1)组成：水泥、水、砂、石四种组分 (2)结构：水泥与水组成水泥浆包裹砂、石骨料表面，填充骨料的空隙，如图 4.1 所示。水泥浆起润滑作用，使其具有良好的可塑性， 砂、石骨料不与水泥发生化学作用，起骨架作用。 2. 混凝土的特点 (1)优点 ① 原料丰富、价格低廉。 ② 使用灵活、施工方便，有良好的可塑性。 ③ 可调整性能。 ④ 强度高。 ⑤ 耐久性好。 (2)缺点：自重大、抗拉强度低、呈脆性、易开裂，并且在施工中影响质量的因素较多，质量波动较大。 3. 工程上对混凝土的基本要求及其质量控制环节 (1) 四项基本要求 ① 工作性能，使之便于施工。 ② 强度必须满足结构设计的强度等级要求。 ③ 满足工程所需的耐久性能。 ④ 最大限度的节约水泥，以降低成本。 4. 质量控制： 为了使混凝土满足工程上的基本要求，必须： (1)初步控制 ① 组成材料的质量检验与控制。 ② 混凝土配合比的确定与控制。 (2)生产控制：准确的计量；均匀搅拌；减少运转次数，缩短运输时间和采用正确的装卸方法；合理的浇注程序，充分捣实；严格执行 规定的养护制度。 普通混凝土的组成材料 1. 水泥 （1）水泥品种的选择 常用水泥品种选用参考表 混凝土工程特点及所处环境条件 优先使用 可以使用 不宜使用 普 矿渣水泥 通 在普通气候环境中的混凝土 普通水泥 火山灰水泥 混 粉煤灰水泥 凝 在干燥环境中的混凝土 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 土 矿渣水泥 在高湿环境中或长期处于水下是混 火山灰水泥 普通水泥 凝土 粉煤灰水泥 19 矿渣水泥 厚大体积的混凝土 火山灰水泥 普通水泥 硅酸盐水泥 粉煤灰水泥 硅酸盐水泥 有 要求快硬高强的混凝土 快硬硅酸盐水泥 特 普通水泥 殊 严寒地区的露天混凝土及处于水位 硅酸盐水泥 要 矿渣水泥 火山灰水泥 升降范围内的混凝土 抗硫酸盐硅酸盐水 求 泥 的 普通水泥 硅酸盐水泥 混 有抗渗要求的混凝土 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 凝 有耐寒要求的混凝土 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 土 受侵蚀性环境或气体作用的混凝土 根据介质的种类、浓度具体情况，按专门规定选用 （2 ）水泥强度等级的选择 水泥强度等级的选择应与混凝土的强度等级相适应。一般，水泥是实际强度约为混凝土强度的 1.5～2.0 倍较为合适 2. 骨料（集料） 细骨料（砂）粒径为 0.16～5mm 。天然砂：河砂、湖砂、海砂、山砂。人工砂：破碎各种硬质岩石 是细粒 骨 料 粗骨料（石子） 粒径大于 5mm 。卵石：河卵石、海卵石、山卵石。碎石：由各种硬质岩石经破碎而成 混凝土用砂、石应符合 GB/T14684~14685-2001 标准中的要求。 （1）对骨料的一般要求 骨料约占混凝土总体积的 80%，砂石按技术要求分Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。 Ⅰ类用于强度等级大于C60 的混凝土； Ⅱ类用于强度等级C30~C60 及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土； Ⅲ类用于强度等级小于 C30 的混凝土 3 3 ① 砂石表观密度应大于 2500 ㎏/m ;松散堆积密度应大于 1350 ㎏/m ；空隙率应小于47% 。 ② 泥和黏土会增大拌合物的需水量，会阻碍水泥石与骨料间的粘结，降低混凝土的强度及耐久性，所以其含量应加以控制。 ③ 有害杂质含量 典型种类 影响 云母 降低混凝土强度 硫化物及硫酸盐 引起体积膨胀 氯盐 促进钢筋锈蚀 ④ 无定形二氧化硅：骨料中含有无定形二氧化硅时，可能与水泥中的碱发生碱集料反应，导致混凝土破坏。 ⑤ 坚固性：指在自然风化和其他外界物理化学因素作用下，抵抗破裂的能力。采用硫酸钠溶液法进行实验，样品在其饱和溶液中经 5 次循环浸渍后，其质量损失应符合表规定。 砂、石杂质含量及石子中针、片状颗粒含量的规定（按质量计 % ） 骨料种类 砂 石 项目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 含泥量 1.0 3.0 5.0 0.5 1.0 1.5 泥块含量 0 1.0 2.0 0 0.5 0.7 云母 1.0 2.0 2.0 - - - 轻物质 1.0 1.0 1.0 - - - 有机物（比色法） 合格 合格 合格 合格 合格 合格 硫化物及硫酸盐(按 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 SO 3 计) 氯化物（以氯离子计） 0.01 0.02 0.06 - - - 针、片状颗粒 - - - 5 15 25 质量损失 8 8 10 5 8 12 （2 ）细骨料的粗细程度与颗粒级配 ① 原则：选择骨料时，应以满足设计及施工要求的前提下能最大限度的减少水泥用量， 降低混凝土成本。 ② 粗细程度 M 定义：指不同粒径混合物平均粗细程度。通常用细度模数（ x ）表示。 ③ 颗粒级配：指粒径大小不同的颗粒搭配情况。较好的级配是在粗颗粒的间隙中由中颗粒填充，中颗粒的间隙再由细颗粒填充，这 样一级一级填充，使砂形成最密集的堆积，空隙率达到最小程度，如图 4.2 所示。 ④ 粗细程度和颗粒级配的确定 砂的粗细程度和颗粒级配用筛分析法确定，并用细度模数表示砂的粗细，用级配区判别砂的颗粒级配。 20 测定时，称取预先通过筛孔为 9.50mm 筛的干砂 500g，用一套孔径为4.75 、2.36 、1.18mm、600、300、150 m 的标准筛由粗到细依     次过筛，然后称取各筛筛余试样的质量（筛余量）。各号筛上的筛余量与试样总量之比称为分析筛余百分率，记作 1、 2 、 3、 4 、   5、 6 。每号筛上的筛余百分率加上该号筛的筛余百分率之和称为累计筛余百分率，记作A1 、A2 、A3 、A4 、A5 、A6 。砂的细度模数 Mx 可用下式计算： A2 A3 A4 A5 A6 5A1 M x 100A 1 M 细度模数愈大，表示砂愈粗。砂按细度模数 x 分为粗、中、细、特细四种规格，其 细度模数分别为： M 粗砂 x =3.7～3.1 M 中砂 x =3.0～2.3 M 粗砂 x =2.2～1.6 砂的颗粒级配 1 2 3 9.5mm 0 0 0 4.75mm 10～0 10～0 10~0 2.36mm 35～5 25～0 15~0 1.18mm 65～35 50～10 25~0 600 m 85～71 70～41 40~16 300 m 95～80 92～70 85~55 150 m 100～90 100～90 100~90 一般情况下，处于 1 区的砂粒粗，使用时应适当增加砂用量，并保持足够的水泥用量，多用于配置富混凝土或低流动性混凝土；3 区 砂偏细，可提高拌合物的粘聚性和保水性，但干缩大，使用时应适应当减少砂用量；2 区粗细适中，拌制混凝土时宜优先选用。 （3 ）粗骨料 组成混凝土骨架的主要组分，其质量对混凝土工作性、强度及耐久性等有直接影响。 ① 颗粒形状与表面状态：用卵石拌制的混凝土拌合物流动性较好，但强度偏低；碎石 拌制的混凝土强度较高，但拌合物流动性较差。骨料中含有一些针状颗粒和片状颗粒，这些颗粒本身容易折断，而且会增大骨料的总 表面积和空隙率，影响混凝土拌合物的工作性，降低混凝土质量。 ② 强度：用岩石的抗压强度和压碎值两种方法表示。 a. 抗压强度：采用直径与高度均为 50mm 的圆柱体或边长为 50mm 的立方体岩石试样进行试验。 b. 压碎值：将一定质量气干状态的粒径为 9.50～19.0mm 的石子试样装入压碎值测定的圆模中，盖上压头，在压力机上施加200kN 荷 载，卸荷后称试样的质量 G，再用孔径 2.36mm 的筛筛去被压碎的细粒，称量试样的筛余量 G1，则压碎值 Q 按下式计算。压碎值可推测 强度。 G G Q 1 100% G 指标 项目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 质量损失，＜% 5 8 12 c. 最大粒径与颗粒级配 粗骨料的粗细程度用最大粒径表示，把公称粒级的上限为该粒级最大粒径。当配置中、低强度等级混凝土时，粗骨料的最大粒径应尽 可能选用得大些。 粗骨料最大粒径的确定还要受到结构截面尺寸、钢筋净距及施工条件的限制。国标规 定，不得超过结构截面最小尺寸的 1/4，且不得超过钢筋最小净距的 3/4 。对混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的 1/3，且 不得超过 40mm 。 石子级配的判定也是通过筛分析方法，其标准筛的孔径为 2.36 、4.75 、9.50、16.0、19.0、 26.5 、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0、90.0mm 等十二个筛档。分析筛余百分率及累计筛余百分率的计算方法与细骨料的计算方法相同。 石子颗粒级配应符合表值 2.36 4.75 9.50 16.0 19.0 26.5 31.5 37.5 53.0 63.0 75.0 90 5～10 95~100 80~100 0~15 0 连 5～16 95~100 85~100 30~60 0~10 0 续 5～20 95~100 90~100 40~80 0~10 0 粒 5～25 95~100 90~100 30~70 0~5 0 径 5～31.5 95~100 90~100 70~90 15~45 0~5 0 5～40 95~100 70~90 30~65 0~5 0 140～ 单 95~100 85~100 0~15 0 20 21 粒 16～ 95~100 85~100 0~10 0 粒 31.5 径 20～40 95~100 80~100 0~10 0 31.5~63 95~100 75~100 45~75 0~10 0 40~80 95~100 70~100 30~60 0~10 0 3. 拌合用水及养护用水 凡符合国家标准的生活应用水，均可拌制各种混凝土。海水可拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土及预应力混凝土。不宜用 海水拌制有饰面要求的素混凝土。 4. 矿物掺和料： 混凝土搅拌过程中，为了改善混凝土的性能，节约水泥而加入的矿物质粉料。可有效的改善混凝土拌合物的和易性，改善拌合物的黏 聚性和保水性能。有利于混凝土强度的发展，提高混凝土的耐久性能。常用的有粉煤灰、高钙粉煤灰；粒化高炉矿渣粉、磨细矿渣；磨细 天然沸石粉；硅灰等。 5. 外加剂： 掺和不大于 5%，改善混凝土的某种性能如和易性、凝结时间、强度及耐久性或节省水泥。 普通混凝土拌合物 各材料按一定比例配合，经搅拌均匀后的混合物称为拌合物。 1. 和易性的含义 （1）和易性：又称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（搅拌、运输、浇筑、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的 性能。包括流动性、粘聚性和保水性。 （2 ）流动性：指拌合物在自重或施工机械振动作用下，能产生流动并均匀密实的填满模具的性质。流动性大小反映了拌合物的稀稠， 又称稠度。 （3 ）粘聚性：指拌合物的各组成材料具有一定的粘聚力，不致产生分层和离析现象。 （4 ）保水性：拌合物保持水分，不致产生泌水的性能。拌合物发生泌水现象会影响混凝土的密实性，降低强度。 2. 和易性的测定： 通常测定流动性（稠度）为主。稠度可采用坍落度与坍落扩展度法和维勃稠度法测定。 （1）坍落度与坍落扩展度法：适用于骨料最大粒径不大于40mm 、坍落度值大于 10mm 的塑性和流动性混凝土拌合物稠度测定。 方法是将拌合物按规定的试验方法装入坍落度筒内，提起坍落度筒后拌合物因自重而向下坍落，下落的尺寸即为该混凝土拌合物的坍 落度值，以毫米为单位，用 T 表示，如图 4.5 所示。当坍落度大于 220mm 时还应测定其坍落扩展度。 可分四。