土木工程材料11.2.ppt

1、土木工程材料同济大学材料科学与工程学院 建筑材料研究所 张晏清,绪论,基本性能 水泥及胶凝材料 混凝土材料,性能,施工工艺 钢材,性能,第一章 材料的基本性质,1.密度性质 定义：材料在-状态下，单位体积质量 1.1密度(比重)：=m/V； 材料属于绝对密实状态：颗粒内无孔、外无孔 测定：磨细，排水法测定,1.2表观密度：=m/V； 定义：材料在近似绝对密实状态下，单位体积质量。 材料内有微孔、表面无孔 测定方法:单块材料,排水法求体积：不涂蜡,1.3容积密度（体积密度、容重）：0=m/V0； 定义：材料在自然状态下，单位体积质量。 自然状态：单一材料内有孔、表面有孔 体积密度与含水率有关。一

2、般指干燥状态。 V0： 量尺寸 排水法：表面须涂蜡,1.4堆积密度（松散容重）：0=m/V0； 定义：材料在自然堆积状态下，单位体积质量。 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。 空隙，孔隙、语意差别 单位体积：1m3,2.孔隙与孔隙率,（总）孔隙率公式： （总体积-固体体积）/总体积 P=（1-0/） 密实度D=1-P,空隙率公式： P=（1-0/） 一堆石子、砂,V0体积求算,规则物体：量尺寸、计算求之 不规则物体：排水法求之 涂蜡：体积密度。不涂蜡：表观密度,堆积密度（松散容重）：0=m/V0； 定义：材料在自然堆积状态下，单位体积质量。 自然堆积状态：

3、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。,比较,密度： 材料内无孔、表面无孔 表观密度：材料内有孔、表面无孔 体积密度：材料内有孔、表面有孔 堆积密度：材料内有孔、表面有孔；颗粒之间有空隙。,用途,密度（比重）：科研、混凝土配料计算； 表观密度：可近似取代密度或体积密度 体积密度（容重）：荷载计算； 堆积密度：筒仓等体积计算,研究材料孔隙率： 保温材料； 吸声材料； 高强混凝土 抗冻性 习题：某材料，已知其密度为2.7，在水饱和状态下，体积密度为1.862，体积吸水率为46.2%。求：材料孔隙率。,3.材料与水有关的性质,表面物理化学讨论的重点之一 3.1亲水性：混凝土要求质

4、量优化，亲水性应好。 亲水性：润湿角90 润湿角：液气固三相交界处，液体表面切线与固体表面夹角。 憎水性：润湿角90,材料的亲水性质,无机材料多为亲水性 玻璃、混凝土、砖瓦、钢铁、 有机物：憎水材料 有机硅 科密水,憎水性：润湿角90 石蜡、沥青、有机硅、硬脂酸（盐）。 保温材料:现代保温砂浆为了提高抗渗性，配方中加入硬脂酸（盐）:硬脂酸钠、钙 新型防化服；防水材料 润湿角=90 纳米TiO2：自清洁作用,3.2吸水性,定义：材料在水中吸收水分的能力。 用吸水率表示。 2个指标： 质量吸水率：g/g 体积吸水率g/cm3； 两者关系：Wv=Wm0；开口孔隙率 Wv=W0,1.体积吸水率=开口孔

5、隙率。 2.体积吸水率100% 3.质量吸水率可大于、等于、小于100%。 4.材料总孔隙率=开口孔隙率+闭口孔隙率。,3.3吸湿性,定义：材料在空气中吸收水分的能力。 用含水率表示。 与环境湿度有关，变量！ 平衡含水率！ 材料吸水后，性能的变化,3.4水饱和度KB=W0/P 开口孔体积在总孔隙中所占比例 水饱和度大，材料耐久性差,3.5耐水性,定义：饱水材料与干燥材料强度之比 原土建筑：黄土； 石膏制品：不可用于潮湿环境。 耐水性差 软化系数：KR饱水材料与干燥材料强度之比 KR= K软,3.6抗渗性,定义：材料抵抗压力水渗透的性质。 用2个指标表示： 1渗透系数：适于结构疏松材料：土、砂、

6、砖； 流沙现象： 2）抗渗等级P：适于结构密实材料：混凝土；砂浆 通常混凝土：P6P10；C30、,3.7抗冻性,定义：饱水试件承受多次冻-融循环而不破坏的性质。-2020；8h 饱、循、正常 用抗冻等级F-表示。F100 F100抗冻性一般。 通常F300,材料受冻破坏原因 ：材料中水结冰，体积膨胀导致破坏。静水压破坏 抗冻性影响因素： 闭口的小孔，孔隙率高，材料抗冻性好。 水饱和度大于0.8的材料抗冻性差。,四、与热有关的性质,1.导热性：材料传递热量的能力。（保温/绝热性） 用导热系数表示。 材料导热系数影响因素：化、孔、水。 化：化学组成； 孔：孔隙率、孔隙形状：闭口小孔，孔隙率高，材

7、料保温性好。小。 水：含水率高，材料保温性差。大。,2.热阻：导热系数的倒数。计算房屋保温性能时，累计计算即可 3.热容c：反映温度的稳定性： 用比热表示。水的比热最大。砂石比热小。 单位时间、质量材料升高1度所吸收的热量 理想建筑材料,应当是： 导热系数应小、热容c大; 实际不存在,耐火性：等级； 钢材耐火原理,例题:理想建筑材料,应当是：C A.大、c大; B.小、c小 C.小、c大 D.大、c小,五、与声有关性质,吸声性：吸声系数表示；吸声系数大，吸声性好；0.2以上吸声材料。 开口、连通孔，孔隙率大，吸声性好:稻草板。 隔声性：材料的质量有关(重量) 注意隔声与吸声材料区别！,思考题,

8、1.试述材料孔隙率、孔隙结构对材料性能的影响. 2.试述含水率对材料性能的综合影响.,第二节 材料的力学性质,所有材料,结构的力学性质包括：强度、变形，均可以用应力-应变曲线或荷载-变形曲线表征 1.强度：材料抵抗荷载破坏的能力。 强度分类：抗拉强度；抗压强度；抗剪强度；弯曲抗压强度（抗弯强度）=抗折强度 三点弯曲与四点弯曲实验 荷载：load；加载：loading、,强度影响因素： 孔隙率大，强度低 体积密度小，强度低 晶粒细度大，强度高 含水率高，强度低 钢：抗拉强度； 混凝土：抗压强度； 岩石：抗压强度,抗剪强度； 混凝土：弯曲抗压强度（抗弯强度） 水泥胶砂：抗压强度,抗折强度,f拉f压

9、：韧性材料：木材 f拉=f压：钢材，韧性材料 f拉f压：玻璃、混凝土：脆性材料; 在钢筋混凝土理论中，混凝土为弹塑性材料,强度vs强度等级: 比强度=强度/体积密度 比强度大，表示材料轻质高强。 钛合金；硼、碳纤维增强树脂、芳纶增强树脂-凯芙拉 碳纤维布增强-树脂加固结构 建筑材料中比强度大者：木材、玻璃钢（玻璃纤维增强树脂）,比强度大： 钛合金： 玻璃钢：玻璃（碳、硼）纤维增强树脂；,二、变形,1.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，变形完全消失。（胡克定律） 2.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 对于防水材料，良好塑性极

10、为重要。,3.脆性：材料在破坏（尤其指冲击性的荷载）前无显著塑性变形的现象。 玻璃：在荷载作用下产生变形至破坏，两者为线性关系。 4.韧性：材料/结构抵抗（冲击）荷载破坏的能力。,（二）影响材料强度试验的因素：,1.试件尺寸大，测得的强度低；（可能的缺陷尺寸大） 2.试件高宽比大，测得的强度低；轴心抗压强度fc小于立方体抗压强度fcu 3.试件加载面光滑，测得的强度低（界面约束小） 4.加荷速度快，测得的强度高； 5.含水率高、温度高，测得的强度低。温度高：木材、钢、沥青强度低,第三节 耐久性,要素： 1.在规定使用期限内（时间）， 2.在所处工作环境条件下， 3.材料/结构正常发挥使用功能的

11、性质。 习题：1-1,1-2,1-3,第四节 材料组成与结构,1.材料组成：化学组成；矿物组成:石墨，金刚石，石墨烯，碳纳米管 2.材料结构： 宏观：目视 细观：显微镜；偏光显微镜 微观：扫描电镜、XRD 晶体；玻璃体；胶体,第二章 气硬性无机胶凝材料,胶凝材料：“胶水”：能将固体材料粘结形成整体的材料。 无机胶凝材料：气硬性（4）；水硬性：水泥（1） 有机胶凝材料：树脂。 气硬性胶凝材料：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、菱苦土 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。,第二节 石灰（传统、价廉）,生产 石灰石CaCO3煅烧

12、CaCO3 CaO+CO2 温度：9001100 CaO：生石灰 过火石灰：焙烧温度过高所制得的石灰； 欠火石灰：焙烧温度过低所制得的石灰。,石灰的消化（熟化）,CaO+H2OCa(OH)2+Q Ca(OH)2：熟石灰、石灰膏（乳）、石灰浆体。 1.体积膨胀过程（很重要） 2.放热反应 3. Ca(OH)2保水性好！ 熟化反应（消化反应）。,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Ca(OH)2。体积膨胀导致石灰表面爆裂 石灰爆裂,名词：石灰爆裂，砖的性能指标之一 反应一般在硬化1年以上出现。,为防止过火石灰危害，采用陈伏工艺解决 陈伏：为防止过火石灰危害，石灰使用前

13、在水中浸泡一段时间使之充分水化。此工艺称为；此段时间称为陈伏期。 重点！,石灰的硬化,分为两步： 1.干燥结晶：Ca(OH)2结晶析出； 2.碳化硬化Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3CaCO3 CaO+CO2 CaO+H2OCa(OH)2+Q Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3,石灰特点,1、凝结硬化速度慢；石灰硬化速度极慢，表面结硬一般23月完成。 2、硬化后体积收缩大、开裂严重；必须加入纸筋、麻纤维、砂 3、保水性好；（水泥砂浆加入石灰即利用此特性） 4、耐水性差,用途：砌墙砂浆、三合土、加气混凝土砌块；灰砂砖； 必须加入：砂（石灰砂浆）；纸筋（纸筋灰）；麻纤维 产品：原状灰

14、；磨细生石灰；石灰膏，,第一节 石膏（传统、时尚）,生产：天然二水石膏焙烧（炒石膏）、磨细即可 质量与温度、压力、水分有关 Ca(SO)42H2OCa(SO)40.5H2O 温度：107 170 - Ca(SO)40.5H2O （-半水石膏；建筑石膏）,温度124、1.3atm蒸汽+催化剂： Ca(SO)42H2O - Ca(SO)40.5H2O （-半水石膏；高强石膏）；1525Mpa左右； 温度800：生成Ca(SO)4；无水石膏、硬石膏，代替水泥制备地板。,二、水化反应,半水石膏与水混合，重新生成二水石膏 Ca(SO)40.5H2O+H2OCa(SO)42H2O 反应特点：凝结速度快：5

15、30min硬化 原因： Ca(SO)40.5H2O溶解度大，生成的 Ca(SO)42H2O溶解度小，结晶析出导致反应快速、完成。 缓凝剂：柠檬酸、硼砂、 二、半、二,名词解释：适用于石膏、水泥、混凝土,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； 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。 何谓初步失去流动性？用扩展度表示,三、石膏特点（/石灰）,1.凝结硬化速度快（/慢）； 2.硬化后体积略膨胀，不开裂（/收缩大）； 3.防火性好（/保水性好）； 4.耐水性差（/相同）（不宜用于潮湿环境） 5.孔隙率高：吸湿性好；吸声性可 产品 石膏板：纸面

16、石膏板，吊顶、吸声板 石膏粉：腻子、粉刷浆料 石膏条板,化学石膏、脱硫石膏属于工业废渣 用于建筑，减少污染，符合可持续发展战略,第四节 水玻璃,硅酸钠：Na2OnSiO2 钠水玻璃（泡花碱） 硅酸钾、硅酸锂（质优、价高、少用） n：水玻璃模数，重要！ n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。,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。 水玻璃在空气中生成SiO2 SiO2紧密聚集，形成无机网络。 无机高分子 具有强度、耐酸、耐高温；不耐碱。 水玻璃硬化缓慢，加入氟硅酸钠可以加速硬化。 氟硅酸钠是促硬剂。单氟磷酸钠,水玻璃特点

17、：,1.耐酸: 制备耐酸混凝土（有施工规范） 2.耐高温: 耐受1000。耐高温混凝土；砌筑窑炉 3.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： 硅酸锂为主。 加固土壤 水玻璃耐水性差、不耐碱,第三节 菱苦土,MgCO3 MgO+CO2 烧成温度：600 比较：CaCO3 MgO与水反应更慢，采用MgCl2 溶液拌合，凝结快。 亦称为氯氧镁水泥。 菱镁矿,菱苦土特点：,菱苦土特点： 1.价廉 2.强度高 3. 耐水性差:受潮后，体积扭曲、变形。导致其使用用途受限。 可使用憎水剂、聚合物乳液改性。 改性产品使用时宜进行实验。 很少用。,第三章 水泥,最基本建筑材

18、料之一,水泥三大系列： 硅酸盐水泥（为主，数以亿吨级）； 硫铝酸盐水泥； 高铝水泥（铝酸盐水泥、矾土水泥）。铁酸盐水泥,硅酸盐系列水泥分类：,6种 硅酸盐水泥：P、P； 普通硅酸盐水泥：PO； 矿渣硅酸盐水泥：PS； 火山灰硅酸盐水泥：PP； 粉煤灰硅酸盐水泥：PF； 复合硅酸盐水泥：PC；,第一节 硅酸盐水泥,水泥原料、生产与定义 生产：2磨1烧； 粘土、石灰石、铁矿粉三者混合、球磨（生料）焙烧（1450）熟料、加入石膏球磨（纯硅酸盐水泥） 回转窑；立窑（能耗大、质量差。已淘汰） 膨胀剂,硅酸盐系列水泥定义,以硅酸盐水泥熟料、适量石膏及05%的混合材共同磨细所制得的产品。其他水泥定义：以硅酸

19、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得的产品。 熟料+石膏+X磨细X水泥 X:混合材名称：粉煤灰、矿渣、火山灰,特定品种与掺量,P：混合材掺量=0 P：05% 普通硅酸盐水泥：615%混合材 矿渣水泥：水淬高炉矿渣:2070% 粉煤灰水泥：粉煤灰2040%； 火山灰水泥：火山灰2050%；复合水泥：2050%混合材,2.水泥熟料的矿物组成与水化特性,水泥化学矿物简写,C：CaO; S：SiO2； H：H2O； A：Al2O3； F：Fe2O3； S：SO3; d：天；,水泥组成：4+1 4：水泥熟料：C3S、C2S、C3A、C4AF 1：石膏,2.1水泥熟料的矿物组成：,4

20、种矿物： C3S、C2S、C3A、C4AF1.C3S：3CaOSiO2硅酸三钙： 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28d以上； 凝结快、硬化快；放热量大；强度高：早期、后期。,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。,2.C2S： 2CaOSiO2硅酸二钙： 水化慢：与水反应缓慢、反应至1a以上强度较为可观； 凝结慢、硬化慢；放热速率低、放热量小。3.C3A： 3CaOAl2O3铝酸三钙： 水化速度最快：与水即反应、反应至3d（天 ）以上可不计； 凝结快、硬化快；放热速率大、（短时间内）放热量大。,4.C4AF 4CaOAl2O3Fe2O3 铁

21、铝酸四钙（中）：水化中等速率：凝结硬化较快；放热量小。,总结：,C3S、C2S、C3A、C4AF C3S：早高后高；（强度） C2S：早低后高； C3A：早高后低；,要求水泥早强、凝结快： C3A高；要求水泥早强、高强 ： C3A 、C3S高；要求水泥水化热小：C3A 、C3S低，C2S高(大坝水泥),砼混凝土，tong砼仝 混凝土,水泥熟料的水化反应（重点 ）,1.C3S+H2OC3S2H3+CH；反应速度快 C3S2H3简写为C-S-H、CSH 水化硅酸钙；凝胶 C3S2H3: C3, S2下标 3,2是一个变量,C/S钙硅比,与溶液的碱度有关; C-S-H为凝胶体,在很小范围内有一定结晶

22、度,尺寸,形状变化大. CH: Ca(OH)2,六角形片状晶体,2.C2S+H2OC3S2H3+CH；产物与C3S相同，但反应速度极慢;3.C3A+H2OC3AH6；反应速度极快、1s即反应 C3AH6：水化铝酸钙；晶体 4.C4AF+H2OC3AH6+CFH CFH：水化铁酸钙；凝胶,水泥矿物组成：41 C3S、C2S、C3A、C4AF+CaSO4 水泥水化反应：除以上反应外，还有一个极重要反应： C3A+H2OC3AH6； CaSO4 C3AH6 3CaOAl2O33CaSO431H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O,3CaOAl2O33CaSO431H2O： （高硫型）水化硫铝

23、酸钙 简写为:Aft;钙矾石 C3AH6：水化铝酸钙 Aft 高硫型水化硫铝酸钙 钙矾石,石膏作用,1.防止水泥速凝；不加石膏，水泥遇水即凝结:闪凝 2.、 3.、 C/S：钙硅比，变量。,小结：水化产物,CSH（C3S2H3）：水化硅酸钙；凝胶体； CH：Ca(OH)2：六角晶体、呈片状 C3AH6：水化铝酸钙、晶体； CFH；水化铁酸钙；凝胶体 AFt:水化硫铝酸钙；针状晶体,水泥的水化反应小结,C3S+H2OC3S2H3+CH；反应速度快 C2S+H2OC3S2H3+CH；反应速度慢 C3A+H2OC3AH6；反应速度极快 C4AF+H2OC3AH6+CFH； CaSO4+ C3AH63

24、CaOAl2O3 3CaSO4 31H2O （高硫型、三硫型）水化硫铝酸钙； 钙矾石；AFT；针状,小结：,水泥矿物：5个：41水泥水化产物5个：3晶、2凝 CSH凝胶体；60强度 Ca(OH)2：六角晶体；20强度 C3AH6：晶体； CFH：凝胶体； AFT：晶体 10强度,硅酸盐水泥水化机理,水泥水化热曲线：4阶段(或5阶段) ：初始反应期：1s10m 水泥快速水化、 C3A+H2OC3AH6；反应速度极快 C3S+H2OCSH；反应较快 C3S早期产物包覆于水泥颗粒表面，减缓水化过程C3A与石膏反应生成AFt，减缓水化过程 ：潜伏期； CaSO4+ C3AH6AFt 水泥颗粒表面包覆令

25、水化减缓。 23h,：快速反应期；凝结期内部产物压力足够大，包覆层破裂，快速水化标志：Ca(OH)2大量析出。1015h 初凝；终凝 ：扩散期；硬化期 强度不断增长，可持续数年。,水泥石组成,1.水化产物：3晶2凝 2.未水化水泥颗粒； 3.孔；毛细孔、凝胶孔 4.水：毛细水、凝胶,水化动力学： 水化硅酸钙CSH有4种形态： 型；针状；很短 型；针状、有分叉； ：等大粒子； 型：内部水化产物。,水泥石的孔隙尺寸、数量决定强度,MDF水泥：无宏观缺陷水泥，水泥弹簧 Roy教授采用粉末冶金法制备了高强度水泥 胶空比理论： 胶体固体体积/（凝胶孔隙体积）决定水泥石强度,水泥的技术性质,1.密度：3.

26、1g/cm3； （岩石、砂密度：2.72.6g/cm3） 2.细度：颗粒粗细程度。 硅酸盐水泥细度用比表面积方法表示； 其余所有水泥细度用筛分析方法表示。 （0.08mm方孔筛）；3种方法。 以负压法为准。,细度大、水泥强度高； 细度过大、水泥需水量增大，强度反下降。 增加水泥细度是目前提高水泥强度的主要技术措施,3.标准稠度用水量 稠度：浆体流动性的大小。paste 石膏、水泥、砂浆、混凝土均有此概念 标准稠度：标准流动性：水泥浆体沉入深度 标准稠度用水量 标准稠度用水量大，水泥质量差。,4.凝结时间 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； 终凝（时间）：从浆体加水

27、拌合开始，至完全失去流动性所经历的时间。 （石膏、水泥、混凝土及所有建筑材料意义相同） 硅酸盐水泥初凝时间45min；不满足者为废品； 硅酸盐水泥终凝时间390min；不满足者为不合格品。,5.安定性！ 1）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？ 水泥浆体在凝结硬化过程中，体积均匀收缩，属正常现象。 水泥浆体在凝结硬化过程中，局部产生膨胀、开裂体积安定性不良。,2）原因：水泥中三种成分（之一）超量将导致体积安定性不良： f-CaO：游离氧化钙；相当于过火石灰（石灰烧成温度：9001000；水泥烧成温度：1450），烧成温度高，晶体密实，与水反应速度极慢，1年以上水化、

28、产生体积膨胀令混凝土局部破坏。,f-MgO：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坏。 SO3：三氧化硫；SO2与水泥水化产物C3AH6反应、生成钙矾石，体积膨胀。 CaSO4+ C3AH6Aft 周五班2010.10.15,SO3过多导致水泥石腐蚀作用。 Aft特点：防止水泥速凝；膨胀性；早强。 CaSO4作用4；水化减缓、过多导致水泥石腐蚀； Ca(OH)23,3）安定性检验方法：,f-CaO：采用沸煮法： 试饼法：目视观察其是否开裂、变形； 雷氏夹：测量针尖张开幅度。5mm 2者均可评价安定性；若有争议，以雷氏夹试验结果为准。 沸煮法原理：100下f-CaO

29、水化速度加速，其危害可测。,f-MgO：结晶密实度高于f-CaO，100下水化速度不加速。 在高温下（蒸压）可能加速。 化学分析方法控制MgO含量。 SO3：采用化学分析方法。,4）处理：体积安定性不良水泥为废品。！ 硅酸盐水泥初凝时间45min；不满足者为废品；,6.强度 水泥强度等级用水泥胶砂强度表示。如PO 42.5等 水泥：ISO标准石英砂：水 =1：3：0.5； 600号52542.5 试件尺寸：4040160mm；3条/组； 养护条件：201，水中养护3d、28d，分别测试抗折强度、抗压强度。 共4组强度值，按4组强度值确定水泥强度等级。,7.水泥水化热 很重要，但一般不测试。对于

30、大体积混凝土重要！,7.水泥石的腐蚀,水泥浆体中有Ca(OH)2、C3AH6；在外界环境下，可能产生腐蚀。 7.1溶出性侵蚀：（软水、淡水腐蚀）：水泥浆体中Ca(OH)2在流动淡水作用下，持续溶解，导致水泥石结构松散、破坏。时间长。,7.2镁盐腐蚀：Mg2+ Ca(OH)2Mg (OH)2； Mg (OH)2松散、无胶结作用。 例：海水含Mg2+,7.3硫酸盐腐蚀 SO2与水泥水化产物C3AH6反应，生成钙矾石，AFt（水泥杆菌），体积膨胀。导致水泥混凝土破坏。 Mg SO4：双重腐蚀； 海工混凝土耐久性： 工程上，裂缝周边应进行化学物质的确定：XRD分析、化学分析,7.4碳酸盐腐蚀： CO2

31、+ Ca(OH)2CaCO3 CO2+CaCO3Ca（HCO3）2 Ca（HCO3）2易溶于水,7.5一般酸的腐蚀 所有的酸？（除了草酸）对水泥石均有腐蚀破坏作用。 水磨石打磨可以加草酸施工 乳酸：牛奶,碱的腐蚀：浓度过大，结晶析出，将导致破坏,水泥的腐蚀防止措施,水泥石产生腐蚀的内因： 一、Ca(OH)2，水化铝酸钙C3AH6； 二、水泥石具有渗透性。 防止水泥石产生腐蚀的措施： 1.适当减少Ca(OH) 2； 2.增加水泥石（混凝土）密实度！ 3.表面防护涂层。（极少使用）沥青、,思考： 1.Ca(OH)2在混凝土中作用： 强度来源； 腐蚀内因； 钢筋混凝土：防止碳化（防锈）； 碱性激发剂

32、 碱度大，与活性骨料产生碱骨料反应。,2. CaSO4在混凝土中作用： 水泥调凝； 硫酸盐激发剂作用； 腐蚀。 早强,第二节 掺混合材的硅酸盐水泥,为了节约熟料，在水泥中掺入部分工业或人工制作混合材料（废渣）。 环保、绿色建材、节约。 试述掺混合材对水泥性质的影响 1.节约水泥熟料； 2.调节水泥强度； 3.改善混凝土某些性质。,混合材,包括：活性混合材；非活性混合材。 活性混合材：常温下，可以与CaO在水中发生反应并生成硬化石状物的材料。 活性混合材3种： 1.矿渣slag（磨细矿渣、粒化高炉矿渣、矿粉）：炼铁副品； （又：钢渣性能不稳定、安定性不良。 ） 2.火山灰：品种相当多。多为地方性

33、材料：如火山灰、沸石、烧高岭土、,3.粉煤灰：火电厂燃煤废渣。 空心微珠 高级混合材：硅灰:铁合金冶炼废渣，极轻。比表面积极大。水化性能好。强度高！增稠！价钱高。活性混合材共同特点：含有活性氧化钙、活性氧化硅。,！掺活性混合材硅酸盐水泥的水化特点 掺活性混合材硅酸盐水泥水化反应为二次水化反应,掺活性混合材硅酸盐水泥水化步骤,分为2阶段： 1.硅酸盐水泥水化，生成CSH与Ca(OH)2（已述） 2.活性混合材中的活性氧化钙、活性二氧化硅在CaSO4存在条件下，与Ca(OH)2反应，生成新的水化产物：二次水化产物。 Ca(OH)2称为碱性激发剂； CaSO4称为硫酸盐激发剂。,二次水化反应特点：须

34、牢记！ 1、前期强度较低；后期强度逐渐提高； 2、混凝土碱度较低。pH值低。 原因：硅酸盐熟料含量少：原本含量低，加之被吸收一部分。（Ca(OH)2少！）,掺加混合材水泥共同特点,由于硅酸盐熟料含量少：原本含量低，加之被吸收一部分，令Ca(OH)2少！ 1、水泥早期强度低，后期强度提高； 2、水化热低； 3、耐腐蚀性好。 4、抗冻性差：早期强度低！ （冬季施工，早期强度低导致。注意与混凝土的抗冻性区别：后者具有耐久性概念）。,将6种水泥分为2个群、 硅酸盐水泥：P、P； 普通硅酸盐水泥：PO； 矿渣硅酸盐水泥：PS； 火山灰硅酸盐水泥：PP； 粉煤灰硅酸盐水泥：PF； 复合硅酸盐水泥：PC；,

35、水泥的选择（必考！）,A群：性质相同，普通硅酸盐水泥加“较”。 硅酸盐水泥：P、P； 普通硅酸盐水泥：PO；早期强度高，后期强度高； 水化热大；耐腐蚀性差。 抗冻性好。 熟料多！,B群：掺加混合材水泥,矿渣硅酸盐水泥：PS； 火山灰硅酸盐水泥：PP； 粉煤灰硅酸盐水泥：PF； 熟料少，掺有活性混合材。 共性： 早期强度低，后期强度高； 水化热低；耐腐蚀性好。 抗冻性差。 原因：Ca(OH)2少。原料中就少，加之二次水化反应又消耗一部分。,B群特点 共性： 早期强度低，后期强度高； 水化热低；耐腐蚀性好。 抗冻性差。 B群水泥适于蒸养（蒸汽养护；工厂化生产）：活性混合材可充分发挥作用。,B群个性

36、：优点/缺点,1.矿渣硅酸盐水泥： 耐热性好/抗渗性差。矿渣磨碎玻璃相、多棱角。 （不是耐高温！200） 2.火山灰硅酸盐水泥： 抗渗性好：水化充分（潮湿环境中）； 干缩大：一般需水量大（干燥环境中易于开裂）。 3.粉煤灰硅酸盐水泥： 干缩小：颗粒呈球状、需水量小； 早期强度最低；碳化严重;泌水大不耐磨.,小结：,A/B： 1.早强高/低，后期强度高； 2.水化热高/低； 3.耐腐蚀差/好。 4.抗冻好/差。 5. B群水泥适于蒸养（B内部： 矿渣：耐热好；抗渗差。 火山灰：抗渗好；干缩大。 粉煤灰：干缩小；早强低；碳化严重,水泥选择典型问题：思考,早期强度高；冬季施工；高强混凝土； 耐热；抗

37、渗；耐腐蚀；水化热低；干燥环境；蒸汽养护混凝土、复合硅酸盐水泥：混合材品种不限制。 1.早强低，后期强度高； 2.水化热低； 3.耐腐蚀好。 4.抗冻差。,高性能混凝土,必须掺加混合材 对于混合材有较高要求,第三节 其他品种水泥（特种水泥）,高铝水泥 硫铝酸盐水泥 低热水泥 ，,高铝水泥、铝酸盐水泥、矾土水泥,以铝酸盐矿物为主。CA系列 特点明显： 1.凝结、硬化快、强度增长快。紧急抢修用。2h凝结硬化 2.水化热集中释放、短期内水化热最大；总量不大 3.可以冬季施工 4.耐高温：1200； 5.强度下降，温度20100度高时尤甚。下降达50%,结构工程、大体积混凝土不可用 铝酸盐矿物遇水生成

38、水化铝酸钙，水化铝酸钙系列相多为亚稳定态，温度不同，产生相转变，强度逐渐降低。 注意：高铝水泥/或C3AH6经过蒸汽养护，强度=0。,二、硫铝酸盐水泥,矿物组成主要为Aft（钙矾石）。 特点： 早强、凝结快:早强水泥 碱度低（PH低）：制备低碱水泥耐碱玻璃纤维板，TK板 微膨胀：微膨胀水泥 可负温下施工。 强度不会倒缩。,碱度：制作玻璃纤维水泥制品（代石棉瓦）时，要求水泥碱度应当尽量低 碱度：水泥水化产生氢氧化钙，pH=1113。 碱度高，可以阻止钢筋锈蚀与水泥的碱含量不同！ Na2O、K2O：与混凝土碱骨料反应相关。,水泥中的碱包括2层含义： 1.Ca(OH)2：提供水泥混凝土碱度，防止碳化

39、； 2.Na2O：引起碱骨料反应；,水泥强度计算与评定方法！,抗折强度的测定与计算 3个数据的平均值作为抗折强度 条件：3个数据，最大值/最小值与平均值的差不大于10% 若1个数据（最大值/最小值）与平均值的差大于10%，剔除此值，取余下2值平均作为抗折强度 若2个数据大于10%，此次试验作废。,抗压强度的测定与计算 6个数据的平均值作为抗折强度 条件：6个数据，最大值/最小值与平均值的差不大于10% 若1个数据（最大值/最小值）与平均值的差大于10%，剔除此值，取余下2值平均作为抗折强度 若2个数据大于10%，此次试验作废,复习思考题：,水泥基本性能 水泥安定性、原因、检测、处理。 水泥腐蚀

40、分类、危害，防止腐蚀措施 混合材分类、作用，水化机理 水泥选择 水泥强度、评定方法。,第四章 混凝土,定义：胶凝材料胶结骨料所形成的固体材料 广义：沥青混凝土；环氧树脂混凝土；水泥混凝土；水玻璃混凝土 狭义：水泥混凝土矿渣+碱固体石材；凝石,混凝土分类,1.按胶凝材料：沥青混凝土；环氧树脂混凝土；水泥混凝土；水玻璃混凝土、 2.按体积密度分类： 轻混凝土：小于2000 kg/m3。承重、不承重。保温建筑；结构上层部分。 普通混凝土：20002500kg/m3 重混凝土：大于2500。防辐射、自重大。采用铁矿石,3.按施工方法： 泵送混凝土；喷射混凝土；碾压混凝土；真空混凝土（较少）；水下混凝土

41、、4.按材料性能：纤维混凝土（钢纤维、聚丙烯纤维混凝土、）；聚合物混凝土、,混凝土性能特点,1.强度较高：C30C80。对比：砖1030MPa；石灰：0.1MPa？ 2.价格低廉：砂、石易于获得 3.与钢筋粘结牢固、热膨胀系数接近；聚合物纤维、竹抗拉强度高，但不可代替钢筋 4.耐久性较好：优于钢材、塑料 5.耐火性好 6.可加工性好。表现形式多元化：清水混凝土，雕塑,缺点： 1.自重大：2.5t/m3； 2.抗拉强度低，易于开裂。 （抗拉强度/抗压强度比大：韧性材料）,目前对策、发展方向,混凝土高强化解决自重大； 预应力混凝土解决易于开裂、挠度大的问题C30：混凝土 42.5：水泥 Q235：

42、钢材 MU20：砖、石 M10：砂浆,第一节 普通混凝土材料组成与作用,混凝土原材料：水泥、水、细骨料、粗骨料 各材料在混凝土中作用： 1.水泥+水水泥浆体，作用为: 新拌混凝土：决定流动性主要因素 硬化混凝土：强度来源 新拌混凝土：从加水搅拌开始到凝结硬化之前的混凝土；Fresh concrete,2.粗骨料(石) ：构建混凝土的骨架；骨料=骨架材料，集料；骨料=集料3.细骨料（砂）：与水泥浆体均匀混合组成砂浆。 砂浆作用： 填充粗骨料颗粒间空隙； 减少粗骨料机械摩擦。4. 掺合料：矿渣，粉煤灰，掺合料与细骨料关系,原材料性能要求,5.水泥 水泥的选择： 水泥强度等级应与混凝土强度等级匹配

43、32.5水泥C20、C30 42.5水泥C20、C30、C40、C50； 52.5水泥：C40、C50、C60、C80、 62.5水泥极少使用C80、马与车关系,第一节 骨料的性质,粒径在0.154.75mm 范围内的岩石颗粒砂。 （原标准： 0.165.0mm ） 石的定义：粒径大于4.75mm的岩石颗粒 小于0.15mm的颗粒称为粉。石粉,一细骨料（砂）,砂分类：天然砂，机制砂/人工砂 天然砂分类： 河砂：颗粒圆润、较为洁净、含泥量较低； 海砂：颗粒圆润、洁净、含泥量低；缺点：含盐分；使用时需水洗。含有贝壳、海螺。 山砂：颗粒粗糙、级配差、含泥量高。质量差。黄山 工程上河砂最佳。随着自然资

44、源的日益减少，河砂较少使用。,机制砂： 岩石破碎制得 制砂机,技术指标,有害杂质: 1.含泥量、泥块含量 降低混凝土强度：粉尘包覆于骨料表面，令水泥石与骨料粘结强度降低；降低界面强度 低等级混凝土影响小。C20C30 增大混凝土干缩、开裂： 粘土呈层状、吸水膨胀、干燥收缩大。导致混凝土易于开裂。 提高混凝土生产成本：商品混凝土加入减水剂。砂含泥量大将降低减水效果。需多加减水剂。提高成本。,2.云母含量：解理性、层片状，憎水。与水泥粘结强度差。降低混凝土强度！ 3.SO3含量：危害与石膏过量相同！对水泥石产生腐蚀生成Aft（水化硫铝酸钙、钙矾石） 水泥、骨料、外加剂中所有SO3含量合计； 4.轻

45、物质：影响混凝土强度； 5.有机物：影响混凝土强度； 4、5、由水泥强度试验决定。 6.碱活性：防止碱骨料反应 碱骨料反应： 水泥中的碱与骨料中的活性SiO2 反应生成产物体积膨胀。 Na2O+0.658K2O+H2O+活性SiO2- 后果严重，预防为主，极少发生。 碱度：一分为二,（二）砂的颗粒细度与级配：,2个概念。 1.颗粒细度：砂的平均粗细程度；细度大，颗粒细小。 2.级配：各粒径颗粒在体系中的分布。（大小颗粒的搭配）。 级配决定/影响颗粒体系的空隙率。 评价固体颗粒粒度及分布的方法有许多：激光粒度、沉降法、筛分法 筛分法评价细度简便、迅捷、 骨料的筛分析,评价骨料粗细及粒径分布的方法

46、,筛分过程：称500g 干砂，依次过筛，各号筛上的残留砂：各号筛的筛余； 筛余/500=各筛的分计筛余.例 1#筛：5/4.75mm：5g（残留） 2#筛：2.5/2.36mm：100g 1.18mm：150g 0.600mm、 0.300mm、 0.15mm、,1#筛的分计筛余ai a1=5/500=1% 2#筛的分计筛余 a2=100/500=20% 、 3#筛的分计筛余：30% 累计筛余概念 2#筛的累计筛余A2 a1+a2=21 、 3#筛的累计筛余A3：51%、,累计筛余作用,1.计算细度模数 Mx=（A2+、+A6-5A1 ）/(100-A1) Mx=3.73.1：粗砂； Mx=2

47、.33.0中砂； Mx大，表示砂颗粒较粗。 级配：颗粒体系中，各粒径颗粒的分布情况。 2.按累计筛余，砂分为3个级配区域：p65 土木工程中，混凝土用砂宜采用区、中砂！（必考） 砂的级配区域划分按0.63mm/0.60mm筛的累积筛余确定。,粗骨料（石）,有害杂质: 1.含泥量、泥块含量 降低混凝土强度； 增大混凝土干缩； 提高混凝土生产成本 注意：石子的含泥量限制严于砂。 原因：石子较砂洁净；易于冲洗；骨料尺寸大，对混凝土强度影响大。 2.硫化物含量,3.粗骨料的几何特征（4点）,3.1 最大粒径Dm：公称粒级的上限。 公称粒级=规格：525；540；580 1/4，3/4：目的：令混凝土均

48、匀性好。,最大粒径对混凝土影响：,1）Dm增大，混凝土强度提高；但Dm过大，混凝土强度反降低。混凝土均（匀）质性差。 Dm，f；Dm，f； 2） Dm增大，混凝土流动性提高；但Dm过大，混凝土易于离析。 Dm以40mm为界。,2.颗粒级配3,连续级配：颗粒粒径分布连续的颗粒体系； 间断级配：缺少若干粒径分布的颗粒体系； 单粒级：瓜子片，拌制细石混凝土；绿豆砂，“苍蝇头”,级配对混凝土影响 1.连续级配不易离析，但理论空隙率大； 离析：粒径较大的颗粒脱离颗粒体系的现象：滚出间断级配易于离析，但理论空隙率小； 2.关键在于施工的管理水平、设备 间断级配应当设置专用运输、储存设施 混凝土级配应良好。

49、,3.颗粒形态：,针片状颗粒差 针片状颗粒多，混凝土强度、流动性均降低。,4.表面形貌：,碎石表面粗糙：强度提高（水泥与骨料粘结较好）、流动性降低。 卵石表面光滑：强度降低（水泥与骨料粘结较差）、流动性提高。过去时态,小结：粗骨料4大要素：,1.最大粒径Dm： Dm，f；Dm，f； 2.Dm增大，混凝土流动性提高；但Dm过大，混凝土易于离析； 2.颗粒级配 混凝土级配应良好 3.颗粒形态：针片状颗粒多，强度、流动性均降低。 4.表面形貌： 碎石强度提高、流动性降低。,其他概念,1.骨料的坚固性（抗风化性能）： 骨料抵抗物理因素破坏的性质。 风、冰冻、热造成的破坏 坚固性强度 强度：骨料抵抗荷载作用破坏的性质。 坚固性用硫酸钠溶液浸泡-干燥测试。 2.骨料含水状态：4种 全干状态：烘干 气干状态：自然干燥：含有少量水分 饱和面干状态：内部水饱和、表面干燥状态！ 湿润状态,