建筑材料的定义与分类.doc

,. 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的材料 石材，砖，加气混凝土，砌块 建筑功能材料 不作为承受荷载，且具有某种特殊功能的材料 保温隔热材料：加气混凝土 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各种设备 电工器材及灯具，水暖及空调器材，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。 决定了 原材料生产工艺 组成结构构 造 性质 外界环境条件 运输储 存 应用 技术要 求 检验与验收 形成了 组成结构决定了 影响 了 依 据 提出了 提出了运输要求 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 微观结构 晶体 质点在空间中作周期性排列的固体。具有固定的几何外形，各向异性，最小内能 由晶粒不规则排列组成；无以定几何形状；最小内能，良好的化学稳定性 非晶体 （玻璃体） 无明显晶体结构的结构状态。质点无序排列 各向同性；无一定的熔点；良好的化学活性 亚微观结构 用光学显微镜观察 宏观结构 致密结构 用放大镜，肉眼观察 金属，玻璃 微孔结构 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 密度 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 —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 测含孔材料的密度的方法：磨成细粉，用李氏瓶测定其实体积。 表观密度 材料在自然状态下，单位体积的质量。 自然状态下材料的体积 自然状态下，孔隙分为开口孔，闭口孔。 表观密度：包括所有孔隙 视密度（）： 只包括闭口孔 堆积密度 粉状即颗粒状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量。 材料的自然堆积体积, 与材料颗粒的表观密度及堆积的疏密程度有关。 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 孔隙率 在材料体积内，孔隙体积所占的比例 开口孔隙率 闭口孔隙率 许多工程性质如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性于材料的孔隙有关。且取决于孔隙率的大小与构造特征（孔的种类、孔径的大小及分布） 空隙率 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疏密程度的参数。 计算混凝土中粗骨料空隙时表观密度按视密度计算 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 亲水性材料 表面与水亲合力较强的材料 浸润边角q90 各种无机胶凝材料、石材、砖瓦、混凝土等 憎水性材料 表面不与水亲合的材料 浸润边角q>90 沥青、油漆、塑料等，可作防潮、防水、防腐材料 （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。 质量吸水率：材料在水中吸入水的质量与材料干质量之比 材料的质量吸水率 材料吸水饱和后的质量 材料在干燥状态下的质量 体积吸水率：材料吸入水的体积与材料在自 然状态下体积之比 材料的体积饱和率 w 材料吸水饱和时，水的体积 w 水的密度 质量吸水率与体积吸水率存在如下关系： 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。 、 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。 孔隙全部是闭口的；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 — 材料的软化系数 — 材料吸水饱和状态下的抗压强度 — 材料在干燥状态下的抗压强度 ～,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。 大于0.85的材料，常被认为是耐水的。 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：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 －导热系数 －传导的热量 －材料的厚度 －材料的导热面积 －材料两侧的温度差 －传热时间 令称为热流量。上式可写为 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。 —材料吸收（或放出）的热量 —材料的比热 —材料的质量 ——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 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 松木 横纹 0.17 顺纹 0.35 2.5 （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 即在空气中受高温作用不起火、不微燃、不炭化的材料。 普通砖、玻璃、陶瓷、混凝土、钢材、铝合金等无机材料材料 难燃烧材料 即空气中受高温作用难起火、难微燃、难炭化，当火源移走后燃烧会立即停止的材料。 可燃材料为机体的复合材料，如沥青混凝土、水泥刨花板 燃烧材料 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。 如木材等大部分有机材料 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 普通黏土砖砌体 500 最高使用温度 预应力混凝土 400 火灾时最高允许温度 普通钢筋混凝土 200 最高使用温度 钢材 350 火灾时最高允许温度 普通混凝土 200 最高使用温度 木材 260 火灾危险温度 页岩陶粒混凝土 400 最高使用温度 花岗岩 575 相变发生急剧膨胀温度 普通钢筋混凝土 500 火灾时最高允许温度 石灰岩、大理岩 750 开始分解温度 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。 吸声系数：被吸收是能量与传递给材料表面的总声能之比，即 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能力越强。 （2）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。 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）。 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。 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。 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： 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 建筑石膏 将天然二水石膏在107～170℃的干燥条件下加热，脱去部分水分即得。 该半水石膏的晶粒较为细小，称为型半水石膏。 将此熟石膏磨细得到的白色粉末称为建筑石膏。 模型石膏 型半水石膏，但杂质少、色白。主要用于陶瓷制配柸工艺，少量用于装饰浮雕。 高强度石膏 将二水石膏置于蒸压釜中，在127kPa的水蒸气中脱水，得到晶粒比型半水石膏粗大、使用时拌合用水量少的半水石膏，称为型半水石膏。将此熟石膏磨细得到的白色粉末。 拌合时水用的少，硬化后有较高的密实度，所以强度高。 用于室内高级抹灰、装饰制品、石膏板等。 2. 建筑石膏的凝结与硬化 （1）建筑石膏的水化 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 抗压强度（MPa），不小于 2.5 4.9 2.1 3.9 1.8 2.9 细度 0.2mm方孔筛余（％），不大于 5.0 10.0 15.0 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 纸面石膏板 以建筑石膏为主要原料，掺入适量的纤维材料、缓凝剂等作为芯材，并以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。 生产效率高，但纸板用量大，成本较高。 主要用于隔墙、内墙等 纤维石膏板 以纤维材料为增强材料，与建筑石膏、缓凝剂、水等经特殊工艺制成 强度高于纸面石膏板，规格基本相同，但生产效率低。 用于隔墙、内墙，还可以用来代替木材制作家具。 装饰石膏板 以建筑石膏为主要原料，掺入适量的纤维增强材料和外加剂，与水一起搅拌成均匀的料浆，经浇注成型、干燥而成的不带护面纸的装饰板材 造型美观、装饰强，具有良好的吸声、防火功能， 主要用于公共建筑的内墙、吊顶等。 空心石膏板 以建筑石膏为主，加入适量的轻质多孔材料、纤维材料和水经搅拌、浇注、振捣成型、抽芯、脱模、干燥而成 主要用于隔墙、内墙等。 吸声用穿孔石膏板 以装饰石膏板或纸面石膏板为基板，背面粘贴或不贴背覆材料 用于吸声性要求高的建筑 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、堆积密度为800～900kg/m3。 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,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。 （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由于可溶于碱，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。 硅酸盐水泥 通用水泥 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 复合硅酸盐水泥 专用水泥 砌筑水泥 道路水泥 油井水泥 特性水泥 快硬硅酸盐水泥 白色硅酸盐水泥 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（g/cm3） 水化反应速度 水化放热量 强度 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 硅酸三钙 CS SiO S 2 CaO﹒S