土木工程材料2011920.ppt

土木工程材料土木工程材料同济大学材料科学与工程学院同济大学材料科学与工程学院建筑材料研究所建筑材料研究所张晏清张晏清绪论绪论o意义：用、买、卖、研发意义：用、买、卖、研发o特点：浅、广、杂；学习方法：特点：浅、广、杂；学习方法：o基本性能基本性能o水泥水泥及胶凝材料及胶凝材料o混凝土混凝土o钢材钢材o沥青沥青防水材料防水材料o其余其余第一章第一章 材料的物理性质材料的物理性质o1.密度性质：密度性质：4项项o定义：材料在定义：材料在-状态下，单位体积状态下，单位体积质量质量o1.密度：密度：=m/V；o材料属于材料属于绝对密实状态绝对密实状态：颗粒内无孔、外无：颗粒内无孔、外无孔孔o测定：磨细，排水法测定测定：磨细，排水法测定o表观密度：表观密度：=m/V；o定义：材料在定义：材料在近似绝对密实状态近似绝对密实状态下，单位体下，单位体积质量。积质量。o材料内有微孔、表面无孔材料内有微孔、表面无孔o测定方法测定方法:单块材料单块材料,排水法求体积：不涂蜡排水法求体积：不涂蜡o体积密度（容积密度、容重）：体积密度（容积密度、容重）：0=m/V0；o定义：材料在定义：材料在自然状态自然状态下，单位体积质量。下，单位体积质量。o自然状态：单一材料内有孔、表面有孔自然状态：单一材料内有孔、表面有孔o体积密度与含水率有关。一般指干燥状态。体积密度与含水率有关。一般指干燥状态。oV0：求法求法o量尺寸、计算量尺寸、计算o排水法：涂蜡排水法：涂蜡o堆积密度（松散容重）：堆积密度（松散容重）：0=m/V0；o定义：材料在自然堆积状态下，单位体积质定义：材料在自然堆积状态下，单位体积质量。量。o自然堆积状态：颗粒群体材料：单一颗粒内自然堆积状态：颗粒群体材料：单一颗粒内有有孔孔、表面有孔、颗粒之间存在、表面有孔、颗粒之间存在空空隙。隙。o单位体积：单位体积：1m3比较比较o密度：材料内无孔、表面无孔密度：材料内无孔、表面无孔o表观密度：材料内有孔、表面无孔表观密度：材料内有孔、表面无孔o体积密度：材料内有孔、表面有孔体积密度：材料内有孔、表面有孔o堆积密度：材料内有孔、表面有孔；颗粒之堆积密度：材料内有孔、表面有孔；颗粒之间有空隙。间有空隙。o计算方法、比较计算方法、比较2.孔隙与孔隙率孔隙与孔隙率o孔隙率公式孔隙率公式：o（总体积（总体积-固体体积）固体体积）/总体积总体积oP=（1-0/）o密实度密实度D=1-Po空隙率公式：空隙率公式：oP=（1-0/）o一堆石子、砂一堆石子、砂V0体积求算体积求算o规则物体：量尺寸、计算求之规则物体：量尺寸、计算求之o不规则物体：排水法求之不规则物体：排水法求之o不涂蜡：表观密度不涂蜡：表观密度o涂蜡：体积密度。涂蜡：体积密度。o堆积密度（松散容重）：堆积密度（松散容重）：0=m/V0；o定义：材料在自然堆积状态下，单位体积质定义：材料在自然堆积状态下，单位体积质量。量。o自然堆积状态：颗粒群体材料：单一颗粒内自然堆积状态：颗粒群体材料：单一颗粒内有孔、表面有孔、颗粒之间存在空隙。有孔、表面有孔、颗粒之间存在空隙。用途用途o密度（比重）：科研、配料计算；密度（比重）：科研、配料计算；o表观密度：可近似取代密度或体积密度（依表观密度：可近似取代密度或体积密度（依题意而定）题意而定）o体积密度（容重）：荷载计算；体积密度（容重）：荷载计算；o堆积密度：筒仓等体积计算堆积密度：筒仓等体积计算o研究材料孔隙率：研究材料孔隙率：o保温材料；保温材料；o吸声材料；吸声材料；o高强混凝土高强混凝土 o习题：某材料，已知其密度为习题：某材料，已知其密度为2.7，在水饱和，在水饱和状态下，体积密度为状态下，体积密度为1.862，体积吸水率为，体积吸水率为46.2%。求：材料孔隙率。求：材料孔隙率。3.材料与水有关的性质材料与水有关的性质o表面物理化学讨论的重点之一表面物理化学讨论的重点之一o3.1亲水性：混凝土要求质量优化，亲水性应亲水性：混凝土要求质量优化，亲水性应好。好。o亲水性：润湿角亲水性：润湿角90o润湿角：液气固三相交界处，液体表面切线润湿角：液气固三相交界处，液体表面切线与固体表面夹角。与固体表面夹角。材料的亲水性质o无机材料多为亲水性无机材料多为亲水性o玻璃、混凝土、砖瓦、钢铁、玻璃、混凝土、砖瓦、钢铁、o有机物：憎水材料有机物：憎水材料o有机硅、橡胶有机硅、橡胶o憎水性：润湿角憎水性：润湿角90o石蜡、沥青、有机硅、硬脂酸（盐）。石蜡、沥青、有机硅、硬脂酸（盐）。o保温材料保温材料:保温砂浆为了提高抗渗性，配方中保温砂浆为了提高抗渗性，配方中加入硬脂酸（盐）加入硬脂酸（盐）:硬脂酸钠、钙硬脂酸钠、钙o新型防化服；防水材料新型防化服；防水材料o润湿角润湿角=903.2吸水性吸水性o定义：材料在定义：材料在水中水中吸收水分的能力。吸收水分的能力。o用吸水率表示。用吸水率表示。o2个指标：个指标：o质量吸水率：质量吸水率：g/go体积吸水率体积吸水率g/cm3o1.体积吸水率体积吸水率=开口孔隙率。开口孔隙率。o2.体积吸水率体积吸水率100%o3.质量吸水率可大于、等于、小于质量吸水率可大于、等于、小于100%。o4.材料总孔隙率材料总孔隙率=开口孔隙率开口孔隙率+闭口孔隙率。闭口孔隙率。3.3吸湿性吸湿性o定义：材料在定义：材料在空气空气中吸收水分的能力。中吸收水分的能力。o用含水率表示。用含水率表示。o与环境湿度有关，变量！与环境湿度有关，变量！o平衡含水率平衡含水率！o含水率极限即为吸水率含水率极限即为吸水率3.5耐水性耐水性o定义：饱水材料与干燥材料强度之比定义：饱水材料与干燥材料强度之比o原土建筑：黄土；原土建筑：黄土；o石膏制品：不可用于潮湿环境。石膏制品：不可用于潮湿环境。o耐水性差耐水性差o软化系数：软化系数：K软软oK软软0.853.6抗渗性抗渗性o定义：材料抵抗压力水渗透的性质。定义：材料抵抗压力水渗透的性质。o用用2个指标表示：个指标表示：o1渗透系数：适于结构疏松材料：土、砂、渗透系数：适于结构疏松材料：土、砂、砖；砖；o流沙现象：流沙现象：o2）抗渗等级）抗渗等级P：适于结构密实材料：混凝土；：适于结构密实材料：混凝土；砂浆砂浆oP6P10；C30、3.7抗冻性抗冻性o定义：定义：饱水饱水试件承受多次试件承受多次冻冻-融循环融循环而而不破坏不破坏的性质。的性质。-2020；8ho饱、循、正常饱、循、正常o用抗冻等级用抗冻等级F-表示。表示。F100oF100抗冻性一般。抗冻性一般。o通常通常F300 o材料受冻破坏原因材料受冻破坏原因：材料中水结冰，体积膨：材料中水结冰，体积膨胀导致破坏。胀导致破坏。o抗冻性影响因素：抗冻性影响因素：o闭口小孔，孔隙率高，材料抗冻性好。闭口小孔，孔隙率高，材料抗冻性好。四、与热有关的性质四、与热有关的性质o1.导热性：材料传递热量的能力。（保温导热性：材料传递热量的能力。（保温/绝绝热性）热性）o用用导热系数导热系数表示。表示。o材料导热系数材料导热系数影响因素：化、孔、水。影响因素：化、孔、水。o化：化学组成；化：化学组成；o孔：孔隙率、孔隙形状：闭口小孔，孔隙率孔：孔隙率、孔隙形状：闭口小孔，孔隙率高，材料保温性好。高，材料保温性好。小。小。o水：含水率高，材料保温性差。水：含水率高，材料保温性差。大。大。o2.热阻：导热系数的倒数。计算房屋保温性热阻：导热系数的倒数。计算房屋保温性能时，累计计算即可能时，累计计算即可o3.热容热容c：反映温度的稳定性：反映温度的稳定性：o用比热表示。水的比热最大。砂石比热小。用比热表示。水的比热最大。砂石比热小。o理想建筑材料理想建筑材料,应当是：应当是：o导热系数导热系数应小、热容应小、热容c大大;o实际不存在实际不存在例题例题o理想建筑材料理想建筑材料,应当是：应当是：CoA.大、大、c大大;oB.小、小、c小小oC.小、小、c大大oD.大、大、c小小五、与声有关性质五、与声有关性质o吸声性：细微、开口、连通孔，孔隙率大，吸声性：细微、开口、连通孔，孔隙率大，吸声性好吸声性好:稻草板。稻草板。o隔声性：材料的质量有关隔声性：材料的质量有关(重量重量)：厚重、密：厚重、密实材料，隔声性好。实材料，隔声性好。思考题思考题o试述材料孔隙率、孔隙结构对材料性能的影试述材料孔隙率、孔隙结构对材料性能的影响响o试述含水率对材料性能的综合影响试述含水率对材料性能的综合影响第二节第二节 材料的力学性质材料的力学性质o所有材料的力学性质包括：强度、变形所有材料的力学性质包括：强度、变形o1.强度：材料抵抗荷载破坏的能力。强度：材料抵抗荷载破坏的能力。o强度分类：强度分类：抗拉强度抗拉强度；抗压强度抗压强度；抗剪强度；抗剪强度；弯曲抗压强度（抗弯强度）弯曲抗压强度（抗弯强度）=抗折强度抗折强度o三点弯曲与四点弯曲实验三点弯曲与四点弯曲实验o荷载：荷载：load；加载：；加载：loading、o钢：抗拉强度；钢：抗拉强度；o混凝土：抗压强度；混凝土：抗压强度；o岩石：抗压强度岩石：抗压强度,抗剪强度；抗剪强度；o混凝土：弯曲抗压强度（抗弯强度）混凝土：弯曲抗压强度（抗弯强度）o水泥胶砂：抗压强度水泥胶砂：抗压强度,抗折强度抗折强度o比强度比强度=强度强度/体积密度体积密度o比强度大，表示材料轻质高强。比强度大，表示材料轻质高强。o比强度大材料：钛合金；硼、碳纤维增强树比强度大材料：钛合金；硼、碳纤维增强树脂、芳纶增强树脂脂、芳纶增强树脂-凯芙拉凯芙拉o建筑材料中比强度大者：木材、玻璃钢（玻建筑材料中比强度大者：木材、玻璃钢（玻璃纤维增强树脂）璃纤维增强树脂）o比强度大：比强度大：o钛合金：钛合金：o玻璃钢：玻璃（碳、硼）纤维增强树脂；玻璃钢：玻璃（碳、硼）纤维增强树脂；二、变形二、变形o1.弹性：材料在荷载作用下产生变形，荷载弹性：材料在荷载作用下产生变形，荷载与变形呈线性关系；除去荷载，变形完全消与变形呈线性关系；除去荷载，变形完全消失。（胡克定律）失。（胡克定律）o2.塑性：材料在荷载作用下产生变形，两者塑性：材料在荷载作用下产生变形，两者无线性关系；除去荷载，变形不能完全消失无线性关系；除去荷载，变形不能完全消失o对于防水材料，良好塑性极为重要。对于防水材料，良好塑性极为重要。o3.脆性：材料在破坏（尤其指冲击性的荷载）脆性：材料在破坏（尤其指冲击性的荷载）前无前无显著塑性变形显著塑性变形的现象。的现象。o玻璃：在荷载作用下产生变形至破坏，两者玻璃：在荷载作用下产生变形至破坏，两者为线性关系。为线性关系。o4.韧性：材料韧性：材料/结构抵抗（冲击）荷载破坏的结构抵抗（冲击）荷载破坏的能力。能力。（二）影响材料强度试验的因素：（二）影响材料强度试验的因素：o1.试件尺寸大，测得的强度低；试件尺寸大，测得的强度低；（可能的缺陷尺寸大）（可能的缺陷尺寸大）o2.试件高宽比大，测得的强度低；试件高宽比大，测得的强度低；轴心抗压强度轴心抗压强度fc小于立方体抗压强度小于立方体抗压强度fcuo3.试件加载面光滑，测得的强度低试件加载面光滑，测得的强度低（界面约束小）（界面约束小）o4.加荷速度快，测得的强度高；加荷速度快，测得的强度高；o5.含水率高、温度高，测得的强度低含水率高、温度高，测得的强度低。温度高：木。温度高：木材、钢、沥青强度低材、钢、沥青强度低第三节第三节 耐久性耐久性o要素：要素：o1.在规定使用期限内（时间），在规定使用期限内（时间），o2.在所处工作环境条件下，在所处工作环境条件下，o3.材料材料/结构正常发挥使用功能的性质。结构正常发挥使用功能的性质。第四节第四节 材料组成与结构材料组成与结构o1.材料组成：化学组成；矿物组成。材料组成：化学组成；矿物组成。o2.材料结构：材料结构：o宏观：目视宏观：目视o细观：显微镜；细观：显微镜；o微观：电镜、微观：电镜、XRDo晶体：有固定熔点、尺寸：单晶体（各向异晶体：有固定熔点、尺寸：单晶体（各向异性）、多晶体（各向同性）性）、多晶体（各向同性）o玻璃体无固定熔点、有活性玻璃体无固定熔点、有活性o胶体胶体第二章第二章 石材石材o基本知识基本知识o1.岩石是矿物的集合体。岩石是矿物的集合体。o石英、长石、方解石、暗色矿物、石英、长石、方解石、暗色矿物、o2.岩石结构岩石结构岩石的分类岩石的分类o1.岩浆岩（火成岩）：岩浆岩（火成岩）：3种：种：o深成岩（深成岩（花岗岩花岗岩）；）；o喷出岩（玄武岩、安山岩、辉绿岩）；强度喷出岩（玄武岩、安山岩、辉绿岩）；强度高；铸石高；铸石o火山岩（火山灰、沸石）强度低火山岩（火山灰、沸石）强度低o2.沉积岩（水成岩）：沉积岩（水成岩）：o石灰岩石灰岩：强度较高：强度较高o砂岩：易于风化砂岩：易于风化o3.变质岩：变质岩：2种种o正变质岩：由岩浆岩转变片麻岩，劣化正变质岩：由岩浆岩转变片麻岩，劣化o副变质岩：副变质岩：大理石大理石，性能优化，性能优化二、用途二、用途o1.岩浆岩：花岗岩（类）：强度极高、耐磨、岩浆岩：花岗岩（类）：强度极高、耐磨、耐化学腐蚀（耐酸）；风格粗犷；不耐火耐化学腐蚀（耐酸）；风格粗犷；不耐火（573石英相转变，体积膨胀）；易于抛石英相转变，体积膨胀）；易于抛光但表面多裂隙；某些品种有一定放射性：光但表面多裂隙；某些品种有一定放射性：含氡含氡o适用于室外、交通流量大场合适用于室外、交通流量大场合o2.（变质岩）大理石（变质岩）大理石CaCO3：强度高、易于：强度高、易于抛光且表面光滑；风格细腻；不耐磨、不耐抛光且表面光滑；风格细腻；不耐磨、不耐化学腐蚀（酸）；无放射性；用于室内、交化学腐蚀（酸）；无放射性；用于室内、交通流量不大场合；通流量不大场合；o3.（沉积岩）石灰石（沉积岩）石灰石CaCO3：一般石材，烧：一般石材，烧制水泥、石灰、混凝土骨料。制水泥、石灰、混凝土骨料。o青石板青石板o砂岩：疏松、易于风化砂岩：疏松、易于风化 o文物保护：乐山大佛文物保护：乐山大佛o石材性质石材性质o砌筑用石材的抗压强度用砌筑用石材的抗压强度用70mm立方体试立方体试件测试件测试第三章第三章 气硬性无机胶凝材料气硬性无机胶凝材料o胶凝材料：胶凝材料：“胶水胶水”：能将固体材料粘结形成整体的：能将固体材料粘结形成整体的材料。材料。o无机胶凝材料：气硬性（无机胶凝材料：气硬性（4）；水硬性：水泥（）；水硬性：水泥（1）o有机胶凝材料：树脂。有机胶凝材料：树脂。o气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化并在空气中：只能在空气中硬化并在空气中保持强度的胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃、菱保持强度的胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土苦土o水硬性胶凝材料：既可以在空气中硬化、也可以水硬性胶凝材料：既可以在空气中硬化、也可以在水中硬化并保持强度的胶凝材料。在水中硬化并保持强度的胶凝材料。第一节第一节 石灰（传统、价廉）石灰（传统、价廉）生产生产o石灰石石灰石CaCO3煅烧煅烧oCaCO3 CaO+CO2o温度：温度：9001100oCaO：生石灰：生石灰o过火石灰过火石灰：焙烧温度过高所制得的石灰；：焙烧温度过高所制得的石灰；o欠火石灰：焙烧温度过低所制得的石灰。欠火石灰：焙烧温度过低所制得的石灰。石灰的消化（熟化）石灰的消化（熟化）oCaO+H2OCa(OH)2+QoCa(OH)2：熟石灰、石灰膏（乳）、石灰：熟石灰、石灰膏（乳）、石灰浆体。浆体。o1.体积膨胀过程体积膨胀过程o2.放热反应放热反应o3.Ca(OH)2保水性好保水性好！o熟化反应（消化反应）。熟化反应（消化反应）。o过火石灰与水反应速度极慢，使用时在空气过火石灰与水反应速度极慢，使用时在空气中吸收水分，逐渐水化反应生成中吸收水分，逐渐水化反应生成Ca(OH)2。体积膨胀导致石灰表面爆裂体积膨胀导致石灰表面爆裂o石灰爆裂石灰爆裂o名词：石灰爆裂，砖的性能指标之一名词：石灰爆裂，砖的性能指标之一o反应一般硬化反应一般硬化1年以上出现。年以上出现。o为防止过火石灰危害，采用陈伏工艺解决为防止过火石灰危害，采用陈伏工艺解决o陈伏：为防止过火石灰危害，石灰使用前在陈伏：为防止过火石灰危害，石灰使用前在水中浸泡一段时间使之充分水化。此工艺称水中浸泡一段时间使之充分水化。此工艺称为为；此段时间称为陈伏期。；此段时间称为陈伏期。o重点！重点！石灰的硬化石灰的硬化o分为两步：分为两步：o1.干燥硬化：干燥硬化：Ca(OH)2结晶析出；结晶析出；o2.碳化碳化硬化硬化 Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3oCaCO3 CaO+CO2oCaO+H2OCa(OH)2+QoCa(OH)2+CO2+H2OCaCO3石灰特点石灰特点o1、凝结硬化速度慢；石灰硬化速度极慢，表、凝结硬化速度慢；石灰硬化速度极慢，表面结硬一般面结硬一般23月完成。月完成。o2、硬化后体积收缩大、硬化后体积收缩大、开裂严重；必须加入、开裂严重；必须加入纸筋、麻纤维、砂纸筋、麻纤维、砂o3、保水性好、保水性好；（水泥砂浆加入石灰即利用此；（水泥砂浆加入石灰即利用此特性）特性）o4、耐水性差、耐水性差 o用途：砌墙砂浆、三合土、加气混凝土砌块；用途：砌墙砂浆、三合土、加气混凝土砌块；o必须加入：砂（石灰砂浆）；纸筋（纸筋灰）必须加入：砂（石灰砂浆）；纸筋（纸筋灰）；麻纤维；麻纤维 第二节第二节 石膏（传统、时尚）石膏（传统、时尚）o生产：天然二水石膏焙烧（炒石膏）、磨生产：天然二水石膏焙烧（炒石膏）、磨细即可细即可o质量与温度、压力、水分有关质量与温度、压力、水分有关oCa(SO)42H2O Ca(SO)40.5H2Oo温度：温度：107 170o-Ca(SO)40.5H2Oo（-半水石膏；半水石膏；建筑石膏建筑石膏）o温度温度124、1.3atm蒸汽蒸汽+催化剂：催化剂：Ca(SO)42H2O-Ca(SO)40.5H2Oo（-半水石膏；半水石膏；高强石膏高强石膏）；）；1525Mpa左右；左右；o温度温度800：生成：生成Ca(SO)4；无水石膏、；无水石膏、硬石膏。硬石膏。二、水化反应二、水化反应o半水石膏与水混合，重新生成二水石膏半水石膏与水混合，重新生成二水石膏oCa(SO)40.5H2O+H2OCa(SO)42H2Oo反应特点：凝结速度快：反应特点：凝结速度快：530min硬化硬化o原因：原因：Ca(SO)40.5H2O溶解度大，生成溶解度大，生成的的 Ca(SO)42H2O溶解度小，结晶析出导溶解度小，结晶析出导致反应快速、完成。致反应快速、完成。o缓凝剂：柠檬酸、硼砂、缓凝剂：柠檬酸、硼砂、名词解释：适用于石膏、水泥、混凝土名词解释：适用于石膏、水泥、混凝土o初凝（时间）：浆体从加水拌合开始，至浆初凝（时间）：浆体从加水拌合开始，至浆体初步失去流动性所经历的时间；体初步失去流动性所经历的时间；o终凝（时间）：浆体从加水拌合开始，至浆终凝（时间）：浆体从加水拌合开始，至浆体完全失去流动性所经历的时间。体完全失去流动性所经历的时间。o何谓初步失去流动性？用扩展度表示何谓初步失去流动性？用扩展度表示三、石膏特点（三、石膏特点（/石灰）石灰）o1.凝结硬化速度快凝结硬化速度快（/慢）；慢）；o2.硬化后体积略膨胀，硬化后体积略膨胀，不开裂不开裂（/收缩大）；收缩大）；o3.防火性好（防火性好（/保水性好）；保水性好）；o4.耐水性差耐水性差（/相同）（不易用于潮湿环境）相同）（不易用于潮湿环境）o5.孔隙率高：吸湿性好；吸声性可孔隙率高：吸湿性好；吸声性可o石膏板：纸面石膏板，吊顶、吸声板石膏板：纸面石膏板，吊顶、吸声板o石膏粉：腻子、粉刷浆料石膏粉：腻子、粉刷浆料o石膏条板石膏条板o化学石膏、脱硫石膏属于工业废渣化学石膏、脱硫石膏属于工业废渣o用于建筑，减少污染，符合可持续发展战略用于建筑，减少污染，符合可持续发展战略第三节第三节 水玻璃水玻璃o硅酸钠：硅酸钠：Na2OnSiO2o钠水玻璃钠水玻璃o硅酸钾、硅酸锂（质优、价高、少用）硅酸钾、硅酸锂（质优、价高、少用）on：水玻璃模数，重要！：水玻璃模数，重要！on大，水玻璃溶液粘度大，粘结力强，耐酸性、大，水玻璃溶液粘度大，粘结力强，耐酸性、耐热性好、强度高；不易溶解，施工略困难。耐热性好、强度高；不易溶解，施工略困难。o水玻璃密度（浓度）大，粘结力强，耐酸性、水玻璃密度（浓度）大，粘结力强，耐酸性、耐热性好、强度高；施工略困难。耐热性好、强度高；施工略困难。o水玻璃在空气中生成水玻璃在空气中生成SiO2oSiO2紧密聚集，形成无机网络。具有强度、紧密聚集，形成无机网络。具有强度、耐酸、耐高温；不耐碱。耐酸、耐高温；不耐碱。o水玻璃硬化缓慢，加入氟硅酸钠可以加速硬水玻璃硬化缓慢，加入氟硅酸钠可以加速硬化。化。o氟硅酸钠是促硬剂。单氟磷酸钠氟硅酸钠是促硬剂。单氟磷酸钠水玻璃特点：水玻璃特点：o耐酸耐酸:制备耐酸混凝土（有施工规范）制备耐酸混凝土（有施工规范）o耐高温耐高温:耐受耐受1000。耐高温混凝土；砌筑。耐高温混凝土；砌筑窑炉窑炉o可作为无机涂料。墙面，价廉，性能一般。可作为无机涂料。墙面，价廉，性能一般。耐水性差。工业地坪中有一种液体硬化剂：耐水性差。工业地坪中有一种液体硬化剂：硅酸锂为主。硅酸锂为主。o加固土壤加固土壤o水玻璃耐水性差、不耐碱水玻璃耐水性差、不耐碱第四节第四节 菱苦土菱苦土oMgCO3 MgO+CO2o烧成温度：烧成温度：600o比较：比较：CaCO3oMgO与水反应更慢，采用与水反应更慢，采用MgCl2 溶液拌合，溶液拌合，凝结快。凝结快。o亦称为亦称为氯氧镁水泥氯氧镁水泥。菱苦土特点：菱苦土特点：o菱苦土特点：菱苦土特点：o价廉、强度高；但是耐水性差，受潮后，体价廉、强度高；但是耐水性差，受潮后，体积扭曲、变形。导致其使用用途受限。积扭曲、变形。导致其使用用途受限。o可使用憎水剂、聚合物乳液改性。可使用憎水剂、聚合物乳液改性。o改性产品使用时宜进行实验。改性产品使用时宜进行实验。o很少用。很少用。第三章第三章 水泥水泥o最基本建筑材料之一。最基本建筑材料之一。o水泥三大系列：水泥三大系列：o硅酸盐硅酸盐水泥（为主，数以亿吨级）；水泥（为主，数以亿吨级）；o硫铝酸盐硫铝酸盐水泥；水泥；o高铝高铝水泥（铝酸盐水泥、矾土水泥）。水泥（铝酸盐水泥、矾土水泥）。o铁酸盐水泥铁酸盐水泥 硅酸盐系列水泥分类：硅酸盐系列水泥分类：o6种种o硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：P、P；o普通硅酸盐水泥：普通硅酸盐水泥：PO；o矿渣硅酸盐水泥：矿渣硅酸盐水泥：PS；o火山灰硅酸盐水泥：火山灰硅酸盐水泥：PP；o粉煤灰硅酸盐水泥：粉煤灰硅酸盐水泥：PF；o复合硅酸盐水泥：复合硅酸盐水泥：PC；第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥o水泥原料、生产与定义水泥原料、生产与定义o生产：生产：2磨磨1烧；烧；o粘土、石灰石、铁矿粉三者混合、球磨（生粘土、石灰石、铁矿粉三者混合、球磨（生料）料）焙烧（焙烧（1450）熟料、加入石膏熟料、加入石膏球磨（纯硅酸盐水泥）球磨（纯硅酸盐水泥）o回转窑；过去采用立窑，能耗大、质量差回转窑；过去采用立窑，能耗大、质量差硅酸盐水泥定义硅酸盐水泥定义o以硅酸盐水泥熟料、适量石膏及以硅酸盐水泥熟料、适量石膏及05%的混的混合材共同磨细所制得的产品。合材共同磨细所制得的产品。o其他水泥定义：以硅酸盐水泥熟料、适量石其他水泥定义：以硅酸盐水泥熟料、适量石膏及特定品种与掺量的混合材共同磨细所制膏及特定品种与掺量的混合材共同磨细所制得的产品。得的产品。o熟料熟料+石膏石膏+X磨细磨细X水泥水泥oX:混合材混合材特定品种与掺量特定品种与掺量o普通硅酸盐水泥：普通硅酸盐水泥：620%混合材混合材o矿渣水泥：水淬高炉矿渣矿渣水泥：水淬高炉矿渣:2050、70%o粉煤灰水泥：粉煤灰粉煤灰水泥：粉煤灰2040%；o火山灰水泥：火山灰火山灰水泥：火山灰2040%；o 复合水泥：复合水泥：2050%混合材混合材o硅酸盐水泥基本组成：硅酸盐水泥基本组成：4+1模式模式o4：水泥熟料含有：水泥熟料含有4种矿物种矿物o1：石膏：石膏o共计共计5种矿物种矿物2.水泥熟料的矿物组成与水化特性水泥化学矿物简写水泥化学矿物简写oC：CaO;oS：SiO2；oH：H2O；oA：Al2O3；oF：Fe2O3；oS：SO3;od：天；：天；2.1水泥熟料的矿物组成：水泥熟料的矿物组成：o4种矿物：种矿物：oC3S、C2S、C3A、C4AF 1.C3S：3CaOSiO2硅酸三钙：硅酸三钙：o水泥强度主要来源；水化快：遇水即产生化水泥强度主要来源；水化快：遇水即产生化学反应、反应持续进行至学反应、反应持续进行至28d以上；以上；o凝结快、硬化快；放热量大；强度高：早期、凝结快、硬化快；放热量大；强度高：早期、后期。后期。o水泥与水反应系放热反应。放热速率、放热水泥与水反应系放热反应。放热速率、放热量反映了水泥的水化进程。量反映了水泥的水化进程。2.C2S：o2CaOSiO2硅酸二钙：硅酸二钙：o水化慢：与水反应缓慢、反应至水化慢：与水反应缓慢、反应至1a以上强度较为可观；以上强度较为可观；o凝结慢、硬化慢；放热速率低、凝结慢、硬化慢；放热速率低、水化热最低水化热最低。3.C3A：o3CaOAl2O3铝酸三钙：铝酸三钙：o水化速度最快水化速度最快：与水即反应、反应至：与水即反应、反应至3d（天（天）以上可不）以上可不计；计；o凝结快、硬化快；放热速率大、（短时间内）放热量大。凝结快、硬化快；放热速率大、（短时间内）放热量大。4.C4AFo4CaOAl2O3Fe2O3o铁铝酸四钙（中）：水化中等速率：凝结硬铁铝酸四钙（中）：水化中等速率：凝结硬化较快；放热量小。化较快；放热量小。总结：总结：oC3S、C2S、C3A、C4AFoC3S：早高后高；（强度）：早高后高；（强度）oC2S：早低后高；：早低后高；oC3A：早高后低；：早高后低；o要求水泥早强、凝结快：要求水泥早强、凝结快：C3A高；高；o要求水泥早强、高强要求水泥早强、高强：C3A、C3S高；高；o要求水泥水化热小、大体积混凝土：要求水泥水化热小、大体积混凝土：C3A、C3S低，低，C2S高高(大坝水泥大坝水泥)水泥熟料的水化反应（重点水泥熟料的水化反应（重点）1.C3S+H2OC3S2H3+CH；反应速度快；反应速度快oC3S2H3简写为简写为C-S-H、CSHo水化硅酸钙；凝胶水化硅酸钙；凝胶oC3S2H3:C3,S2下标下标 3,2是一个变量是一个变量,C/S钙硅比钙硅比,与溶液的碱度有关与溶液的碱度有关;oC-S-H为凝胶体为凝胶体,在很小范围内有一定结在很小范围内有一定结晶度晶度,尺寸尺寸,形状变化大形状变化大.oCH:Ca(OH)2,六角形片状晶体六角形片状晶体 2.C2S+H2OC3S2H3+CH；产物与；产物与C3S相相同，但反应速度慢同，但反应速度慢;机理尚不清机理尚不清 3.C3A+H2OC3AH6；反应速度极快、；反应速度极快、1s即反应即反应oC3AH6：水化铝酸钙；晶体：水化铝酸钙；晶体 4.C4AF+H2OC3AH6+CFH oCFH：水化铁酸钙；凝胶：水化铁酸钙；凝胶 o水泥矿物组成：水泥矿物组成：41oC3S、C2S、C3A、C4AF、CaSO4o水泥水化反应：除以上反应外，还有一个极水泥水化反应：除以上反应外，还有一个极重要反应：重要反应：oCaSO4C3AH6 3CaOAl2O33CaSO431H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O：（高硫型）高硫型）水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙3CaOAl2O33CaSO432H2O：o简写为简写为:Aft;钙矾石钙矾石oC3AH6：水化铝酸钙：水化铝酸钙oAfto高硫型水化硫铝酸钙高硫型水化硫铝酸钙o钙矾石钙矾石石膏作用石膏作用o1.防止水泥速凝；不加石膏，水泥遇水即凝防止水泥速凝；不加石膏，水泥遇水即凝结结:闪凝。加入石膏，生成水化硫铝酸钙，可闪凝。加入石膏，生成水化硫铝酸钙，可以防止水泥速凝。以防止水泥速凝。o2.、o3.、小结：水化产物oCSH（C3S2H3）：水化硅酸钙；凝胶体；）：水化硅酸钙；凝胶体；oCH：Ca(OH)2：六角晶体、呈片状：六角晶体、呈片状oC3AH6：水化铝酸钙、晶体；：水化铝酸钙、晶体；oCFH；水化铁酸钙；凝胶体；水化铁酸钙；凝胶体oAFt:水化硫铝酸钙；针状晶体水化硫铝酸钙；针状晶体水泥的水化反应小结水泥的水化反应小结oC3S+H2OC3S2H3+CH；反应速度快；反应速度快oC2S+H2OC3S2H3+CH；反应速度慢；反应速度慢oC3A+H2OC3AH6；反应速度极快；反应速度极快oC4AF+H2OC3AH6+CFH；oCaSO4+C3AH6 3CaOAl2O3 3CaSO4 31H2Oo（高硫型、三硫型）水化硫铝酸钙；（高硫型、三硫型）水化硫铝酸钙；o钙矾石；钙矾石；AFT；针状；针状小结：o水泥矿物：水泥矿物：5个：个：41o反应式反应式5个个o水泥水化产物水泥水化产物5个：个：3晶、晶、2凝凝oCSH凝胶体；凝胶体；60强度强度oCa(OH)2：六角晶体；：六角晶体；20强度强度oC3AH6：晶体；：晶体；oCFH：凝胶体；：凝胶体；oAFT：晶体：晶体 10强度强度硅酸盐水泥水化机理硅酸盐水泥水化机理o水泥水化分为水泥水化分为4阶段阶段(或或5阶段阶段)o：初始反应期：初始反应期：1s10mo水泥快速水化、水泥快速水化、oC3A+H2OC3AH6；反应速度极快；反应速度极快oC3S+H2OCSH；反应较快；反应较快 oC3S早期产物包覆于水泥颗粒表面，早期产物包覆于水泥颗粒表面，减缓减缓水化过程水化过程 C3A与石膏反应生成与石膏反应生成AFt，减缓减缓水化过程水化过程o：潜伏期；：潜伏期；oCaSO4+C3AH6AFto水泥颗粒表面包覆令水化减缓。水泥颗粒表面包覆令水化减缓。23ho：快速反应期；凝结期：快速反应期；凝结期 内部产物压力足够大，包覆层破裂，快速水化内部产物压力足够大，包覆层破裂，快速水化 标志：标志：Ca(OH)2大量析出。大量析出。1015ho初凝点；终凝点初凝点；终凝点o：扩散期；硬化期：扩散期；硬化期o强度不断增长，可持续数年。强度不断增长，可持续数年。o 水泥石组成水泥石组成o1.水化产物：水化产物：3晶晶2凝凝o2.未水化水泥颗粒；未水化水泥颗粒；o3.孔；毛细孔、凝胶孔孔；毛细孔、凝胶孔o4.水：毛细水、凝胶水：毛细水、凝胶水泥石的孔隙尺寸、数量决定强度水泥石的孔隙尺寸、数量决定强度oMDF水泥：无宏观缺陷水泥水泥：无宏观缺陷水泥oRoy教授采用粉末冶金法制备了高强度水泥教授采用粉末冶金法制备了高强度水泥o500MPao胶体固体体积胶体固体体积/（凝胶孔隙体积）决定水泥石（凝胶孔隙体积）决定水泥石强度强度水泥的技术性质水泥的技术性质o1.密度：密度：3.1g/cm3；o（岩石、砂密度：（岩石、砂密度：2.72.6g/cm3）o2.细度：颗粒粗细程度。细度：颗粒粗细程度。o硅酸盐水泥细度用硅酸盐水泥细度用比表面积方法比表面积方法表示；表示；o其余所有水泥细度用筛分析方法表示。其余所有水泥细度用筛分析方法表示。o（0.08mm方孔筛）；方孔筛）；o筛分析方法有筛分析方法有3种方法，种方法，以负压法为准。以负压法为准。o细度大、水泥强度高；细度大、水泥强度高；o细度过大、水泥需水量增大，强度反下降。细度过大、水泥需水量增大，强度反下降。o增加水泥细度是提高水泥强度的主要技术措增加水泥细度是提高水泥强度的主要技术措施施o3.标准稠度用水量标准稠度用水量o稠度：浆体流动性的大小。稠度：浆体流动性的大小。o石膏、水泥、砂浆、混凝土均有此概念石膏、水泥、砂浆、混凝土均有此概念o标准稠度：标准流动性：水泥浆体沉入深度标准稠度：标准流动性：水泥浆体沉入深度o标准稠度用水量标准稠度用水量o标准稠度用水量大，水泥质量差。标准稠度用水量大，水泥质量差。o4.凝结时间凝结时间o初凝（时间）：从浆体加水拌合开始，至初步失去流初凝（时间）：从浆体加水拌合开始，至初步失去流动性所经历的时间；动性所经历的时间；o终凝（时间）：从浆体加水拌合开始，至完全失去流终凝（时间）：从浆体加水拌合开始，至完全失去流动性所经历的时间。动性所经历的时间。o（石膏、水泥、混凝土及所有建筑材料意义相同）（石膏、水泥、混凝土及所有建筑材料意义相同）o硅酸盐水泥初凝时间硅酸盐水泥初凝时间45min；不满足者为废品；不满足者为废品；o硅酸盐水泥终凝时间硅酸盐水泥终凝时间390min；不满足者为不合；不满足者为不合格品。格品。o5.安定性安定性o1）水泥浆体在凝结硬化过程中，体积变化的）水泥浆体在凝结硬化过程中，体积变化的整体均匀性。是否膨胀、开裂？整体均匀性。是否膨胀、开裂？o水泥浆体在凝结硬化过程中，体积均匀收缩，水泥浆体在凝结硬化过程中，体积均匀收缩，属正常现象。属正常现象。o水泥浆体在凝结硬化过程中，局部产生膨胀、水泥浆体在凝结硬化过程中，局部产生膨胀、开裂开裂体积安定性不良。体积安定性不良。o2）原因：水泥中三种成分（之一）超量将导）原因：水泥中三种成分（之一）超量将导致体积安定性不良：致体积安定性不良：of-CaO：游离氧化钙；相当于过火石灰（石：游离氧化钙；相当于过火石灰（石灰烧成温度：灰烧成温度：9001000；水泥烧成温度：；水泥烧成温度：1450），烧成温度高，晶体密实，与水反），烧成温度高，晶体密实，与水反应速度极慢，应速度极慢，1年以上水化、产生体积膨胀令年以上水化、产生体积膨胀令混凝土局部破坏。混凝土局部破坏。of-MgO：游离氧化镁；与水反应速度更慢，：游离氧化镁；与水反应速度更慢，若干年以上水化、体积膨胀令混凝土局部破若干年以上水化、体积膨胀令混凝土局部破坏。坏。oSO3：三氧化硫；：三氧化硫；SO2与水泥水化产物与水泥水化产物C3AH6反应、生成钙矾石，体积膨胀。反应、生成钙矾石，体积膨胀。oCaSO4+C3AH6AftoSO3过多导致水泥石腐蚀过多导致水泥石腐蚀oAft特点：防止水泥速凝；膨胀性；早强。特点：防止水泥速凝；膨胀性；早强。oCaSO4作用作用4；水化减缓、过多导致水泥石；水化减缓、过多导致水泥石腐蚀；腐蚀；oCa(OH)233）安定性检验方法：）安定性检验方法：of-CaO：采用沸煮法：采用沸煮法：o试饼法：目视观察其是否开裂、变形；试饼法：目视观察其是否开裂、变形；o雷氏夹：测量针尖张开幅度。大于雷氏夹：测量针尖张开幅度。大于5mm？o2者均可评价安定性；若有争议，以雷氏夹试者均可评价安定性；若有争议，以雷氏夹试验结果为准。验结果为准。o沸煮法原理：沸煮法原理：100下下f-CaO水化速度加速，水化速度加速，其危害可测。其危害可测。o对于对于f-MgO、SO3，沸煮法不可行，沸煮法不可行of-MgO：结晶密实度高于：结晶密实度高于f-CaO，100下下水化速度不加速。水化速度不加速。o在高温下（蒸压）可能加速。在高温下（蒸压）可能加速。o化学分析方法控制化学分析方法控制MgO含量。含量。oSO3：采用化学分析方法。：采用化学分析方法。o4）处理：体积安定性不良水泥为废品。！）处理：体积安定性不良水泥为废品。！o硅酸盐水泥初凝时间硅酸盐水泥初凝时间45min；不满足者为；不满足者为废品废品o6.强度强度o水泥强度等级用水泥胶砂强度表示。如水泥强度等级用水泥胶砂强度表示。如PO 42.5等等o水泥：水泥：ISO标准石英砂：水标准石英砂：水o=1：3：0.5；o600号号52542.5o试件尺寸：试件尺寸：4040160mm；3条条/组；组；o养护条件：养护条件：201，水中养护，水中养护3d、28d，分别，分别测试抗折强度、抗压强度。测试抗折强度、抗压强度。o共共4组强度值，组强度值，按按4组强度值确定水泥强度等级。组强度值确定水泥强度等级。o7.水泥水化热水泥水化热o很重要，但一般不测试。对于大体积混凝土很重要，但一般不测试。对于大体积混凝土重要！水化热大，混凝土易于开裂！重要！水化热大，混凝土易于开裂！o8.碱含量：为防止碱骨料反应，碱含量不宜碱含量：为防止碱骨料反应，碱含量不宜过高过高7