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建筑材料与检测 教学大纲



建筑材料教案

第一章

绪 论

建筑材料与检测是一门重要的专业基础课,对于土木工程专业的学生来说是一门必修 课,对于其他专业的学生来说是一门选修课,而对于其他工程技术人员来说,学习这门课程 也是有用的。

1 建筑材料的定义及其分类
1) 定义:任何建构筑物都是用材料按一定的要求构筑而成, 建筑工程中所使用的所有 材料通称为建筑材料。

知识点滴:万里成城: (体现我国古代建筑工程的高度成就,表现我国古代劳动人民的聪明 才智) 总长度大约有十万里以上!所用建筑材料: 土、石、木料、砖、石灰。关外有关、城 外有城,其材料运输量之浩大、工程之艰巨世所罕见。 知识点滴:河北赵州石桥建于 1300 多年前(桥长约 51m,净跨 37m) ,建造该桥的石材为青 白色石灰岩。比意大利人建石拱桥晚 400 多年,但在主拱肋与桥面间设计“敞肩拱”,比外 国早了 1200 多年。

2) 分类:
⑴ 按化学组成分类 ⑵ 按使用功能分类

2

土木工程与材料的关系

(1)材料是保证土木工程质量的基础。 材料是构成土木工程建(构)筑物的物质基础,当然也是其质量基础。在一般土木建筑 工程的总造价中,与材料有关的费用占 50%以上 (2)在实际工程中,材料的选择、使用及管理,对工程成本影响很大。 比如广东某跨海桥,其桥面原来使用的钢纤维混凝土,使用一年以后出现了许多裂纹, 后来要铲去重新铺沥青混凝土,从而大大增加了工程的造价。 (3)材料对土木建筑工程技术进步起了一个促进作用。 例如钢材及水泥的大量应用和性能改进,取代了过去的砖、石、土木,使得钢筋混凝 土结构已占领了土木工程结构材料的主导地位。现代玻璃、陶瓷、塑料、涂料等新型材料的 大量应用,又把许多建筑物装扮得绚丽多彩。

3

建筑材料的技术标准
国家标准有三大类: (1)国家标准 如 GB 175-1999 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥

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其中“GB”为国家标准的代号, “175”为标准编号, “1999”为标准颁布年代号, “硅 酸盐水泥、普通硅酸盐水泥”为该标准的技术(产品)名称,上述标准为强制性国家标准, 任何技术(产品)不得低于此标准。 此外, 以“GB/T”为推荐性国家标准代号, 它表示也可以执行其他标准, 是非强制性的。

(2)行业标准 如 JC/T 479-92 建筑生石灰
其中“JC”为建材行业的标准代号, “T”表示推荐标准; “479”为此类技术标准的二 类类目顺序号;“92”为标准颁发年代号。

(3)地方标准(DBJ)和企业标准(QB): 国际标准大致有以下几类:
①团体标准和公司标准。 指国际上有影响的团体和公司的标准。 如美国材料与实验协会 标准(ASTM)等。 ②区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。 ③国际标准化组织标准,代号 ISO。

4

建筑材料的发展趋势

最早使用的建筑材料是石材、木材和泥土,后来发展为使用石灰、砖瓦等,再到后来就 到钢筋混凝土,还发展了各种新型的墙体材料等。 (1)轻质、高强; (2)发展多功能材料; (3)廉价、低耗能; (4)由单一材料向复合材料及制品发展; (5)扩大装配式预制构件的工厂化生产; (6)用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料,向环保方向发展; (7)发展更多花色品种的装饰材料。

5,本课程的学习任务:
《建筑材料》是土木工程类专业的一门技术基础课。 本课程的任务是使学生具有建筑材料的基本知识,在进行建筑工程设计、施工和工程 监理时能正确认识和利用建筑材料的物理、 化学和力学性质, 并掌握各类建筑材料所具有的 使用功能,也为以后相关课程的学习打下基础。



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第2章
【教学重点与难点】

建筑材料的基本性质

重点:材料的强度等力学性质。 难点:孔隙率对材料性能的影响。

第一节

材料的化学组成、结构及构造

一 材料的组成对性质的影响
1)材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。材料组成是材料性质的基础,它对材 料的性质起着决定性的作用。材料化学组成相同但矿物组成不同也会导致性质的巨大差异。 例如:钢材中的 C 元素对钢材性质的影响. 2)材料的矿物组成是指元素组成相同,但分子团形成形式各异的现象。 例:水泥中各矿物组成不同,对强度、水化热、凝结速度等的影响也不同。

二 材料的结构对性质的影响
(1)宏观结构:材料的宏观结构是指可用肉眼能观察到的外部和内部的结构。常见的有: 1,致密结构:钢材、有色金属、玻璃、天然的致密石材和铝合金等; 2,多孔结构:加气混凝土、泡沫塑料、刨花板等; 3,微孔结构:石膏、烧土制品; 4,纤维结构:木材、玻璃纤维、矿棉等; 5,层状或片状结构:胶合板、复合木地板、纸面石膏板等; 6,散粒结构:石子、砂等; 7, 纹理构造:花岗岩、大理石等。 (2)细观结构:用光学显微镜可以观察到的微米级组织结构称为细观结构。 如混凝土中可以观察到的粗细颗粒、水泥石以及孔隙等。 (3)微观结构 用电子显微镜、X 射线衍射仪等手段来研究的原子、离子、分子层次上的组成形式。 土木工程材料的使用状态均为固体, 固体材料的微观结构基本上可分为晶体、 玻璃体、 胶体三类,不同结构的材料,各具不同特性。 晶体结构:具有强度高、硬度较大、有确定的熔点、力学性能各异的共性,建筑材料中 的金属材料何非金属材料中的石膏都是典型的晶体结构。 玻璃体微观结构的特点:是组成物质的微观粒子在空间的排列呈无序混沌状态. 胶体:是建筑材料中常见的一种微观结构形式。如水玻璃等.

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第二节 材料的物理性质
一 密度
根据体积的表现形式不一样,有密度、体积密度和堆积密度三种概念。 1,密度:是指材料的在绝对密实状态下,单位体积的干质量。

计算公式:

??

m V

密度的测定办法: 1)测质量:烘干(烘箱)-干燥(干燥器)-称量(天平) ; 2)测体积: (a)外观规则的材料,直接用游标卡尺测量尺寸求体积,如钢材、玻璃等 (b)外观不规则的坚硬颗粒,如砂、石等,可由排水法测得; (c)可研磨的非密实材料,如砌块、石膏等,V 可采用密度瓶测定。 2,表观密度:是指材料的在自然状态下,单位体积的干质量。

计算公式:

?0 ?

m V0

表观密度的测定: (1)外形规则的材料,如砖,可直接测量体积得到; (2)外形不规则的,可采用封腊排水法测定体积;

思考题:对同种物质,试比较密度和表观密度的大小? 【例 题】 烧结普通砖的尺寸为 240mm?115mm?53mm,已知其孔隙率为 37%,干燥质量为 、
2487g,浸水饱和后质量为 2984g。试求该砖的体积密度、密度、吸水率。 3 解:1)表观密度:ρ o=m1/Vo=2487/1462.8=1.7g/cm 孔隙率 P=V 孔/Vo?100%=37% V 孔/1462.8?100%=37% 3 故孔的体积:V 孔=541.236cm , 3 求密实物质的体积:V=Vo-V 孔=1462.8-541.236=921.6cm 3 2)求密度:ρ =m1/V=2487/921.6=2.7g/cm 3)求含水率:W=(m2-m1)/m1?100%=(2984-2487)/2487?100%=20%

3,堆积密度:是指粉末状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。
计算公式:
' ?0 ?

m V 0'

一般采用容积筒测定容量升的大小视颗粒的大小而定,一般砂子采用 1L 的容量升,石 子采用 10L,20L,30L 的容量升。

常用材料的密度、表观密度和堆积密度值参见教材

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二 材料的密实度和孔隙率、填充率和空隙率
1,材料的密实度:是指材料的体积内,被固体物质充满的程度,用 D 表示,
m ? V ? D? ? 100% ? ? 100% ? 0 ? 100% m V0 ?

?0

2,材料的孔隙率 P:是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。材料的孔隙可分为
闭口孔和开口孔。

?
材料内部孔隙示意

计算公式: P ?

V0 ? V ? V ? 100% ? (1 ? ) ? 100% ? (1 ? 0 ) ? 100% V0 V0 ?

3,材料的填充率 D‘:它是指散粒状材料堆积体积中,颗粒体积所占的百分率。
D ?
'

V0 V 0'

m ? 100% ? m

?0
'

? 100% ?

?0

' ?0 ? 100% ?0

4,空隙率 P’:它是指散粒状材料堆积体积中,颗粒间空隙体积所占的百分率。
P ' ? (1 ? V0 V0 ) ? 100% ? (1 ? '
' ?0 ) ? 100% ?0

三 材料与水有关的性质
1,亲水性和憎水性: 材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同,表现为亲水与憎水两种不同的性质; 常见的憎水性材料有:沥青、石蜡和塑料等,常用做防水、防潮材料。 2,吸水性: 材料在水中吸收水分的性质,称为吸水性,有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法:

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(1)质量吸水率: W m ?

mb ? m g mg

? 100%

?m
(2)体积吸水率: WV ? 3,吸湿性:

b

? mg V0

?

?W

? 100%

材料在潮湿空气中吸收水分的性质,称为吸湿性;

Wh ?

ms ? mg mg

? 100%

4,耐水性:材料耐水性指材料长期在水的作用下不破坏、强度不明显下降的性质。
KR ? fb fg

一般用软化系数 KR 表示,KR>0.85 的为耐水材料 5,抗渗性,指抵抗压力水渗透的性质。 用抗渗等级 P 表示,如 P6 表示材料的最大渗水压力为 0.6MPa; 6,抗冻性,指材料在含水状态下能忍受多次冻融循环而不破坏,强度也不显著下降的性质。 一般用抗冻等级 F 表示,如 F10,表示在标准试验条件下,材料强度下降不大于 25%, 质量损失不大于 5%,所能经受的冻融循环次数最多为 10 次。

四 材料与热量有关的性质
1, 导热性:导热性指当材料两侧有温度差时热量由高温侧向低温侧传递的能力,用导热系 数来表示。

思考题 1:影响材料导热系数的主要因素有哪些?
答: (1)材料的化学组成和物理结构:如金属比非金属导热系数大 (2)孔隙状况:孔隙率越大,导热系数越小; (3)含水率:受潮后导热系数较大; (4)环境的温度:温度越高,导热系数越大。

思考题 2:为什么保温隔热材料使用过程中一定要注意防潮防冻?
答:因为空气、水和冰的导热系数依次增加,故保温材料在受潮、受冻后,导热系数可增大 100 倍左右。 2, 材料的热容量:指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。 3, 耐燃性和耐火性:材料在空气中遇火燃烧的性能称为耐燃性。 (1) 非燃烧材料:砖、天然石材、混凝土、砂浆、金属材料等;
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(2) 难燃烧材料:石膏板、水泥石棉板等; (3) 燃烧材料:胶合板、纤维板、木材等。

第三节

材料的力学性质

一 强度、比强度和强度等级
1,强度:材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化的性质。在外力作用下,材料 抵抗破坏的能力称为强度。根据外力作用方式的不同,材料的强度有抗压强度、抗拉强度、 抗弯强度(或抗折强度)及抗剪强度等形式。

(a)抗压 (b)抗拉 (c)抗折 (d)抗剪

课堂例题:用直径为 10mm 的钢筋做抗拉强度实验,测得破坏时的拉 力为 31.5kN,求此钢筋的抗拉强度?
2,比强度:指材料强度与其表观密度之比。
3,强度等级:强度等级是按照强度的大小进行分级; 塑性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行分级,如钢材分为 Q195,215,235,255,275 等; 脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的, 如水泥一般分为 42.5, 52.5, 62.5 等 二 弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形,当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。

(弹性模量的定义)
材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,有一部分变形不能恢复,这种性质称为材 料的塑性。 如:钢材的应力应变曲线;

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三 韧性与脆性 1,脆性:材料受外力作用,当外力达一定值时,材料发生突然破坏,且破坏时无明显 的塑性变形,这种性质称为脆性。如砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土和铸铁等; 2,韧性:材料在冲击或振动荷载作用下,能吸收较大的能量,同时产生较大的变形而 不破坏,这种性质称为韧性。如建筑钢材、木材和塑料等;

四 硬度和耐磨性 1,硬度:是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测 定, 如布氏硬度法, 是以单位压痕面积上所受的压力来表示。 陶瓷等材料常用刻划法测定 。 工程中有时用硬度来间接推算材料的强度,如回弹法用于测定混凝土表面硬度,间接 推算混凝土强度。 2,耐磨性:是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性与材料的组成结构及强度、硬度有 关。在土木工程中,道路路面、工业地面等受磨损的部位,选择材料需考虑其耐磨性。

第四节 材料的耐久性
材料的耐久性:材料在长期使用过程中,能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质,统 称之为耐久性,它是一种复杂的、综合的性质,包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和 耐腐蚀性等。



业:

1, 同种材料,如孔隙率越大,则材料的强度越 ,保温性越 , 吸水率越 。 2、软化系数表明材料的( ) 。 A、抗渗性 B、抗冻性 C、耐水性 D、吸湿性 3、在 100g 含水率为 3%的湿砂中,其中水的质量为( ) 。 A、3.0g B、2.5g C、3.3g D、2.9g 4,新建的房屋保暖性差,到冬季更甚,这是为什么?(提示:从导热系数的影响 因素考虑.) 5、破碎的岩石试件经完全干燥后,其质量为 482g,将放入盛有水的量筒中,经 一定时间石子吸水饱和后,量筒的水面由原来的 452cm3 上升至 630cm3。取出石 子,擦干表面水分后称得质量为 487g。试求该岩石的表观密度、体积密度及吸 水率?

第三章 气硬性胶凝材料
教学目标与要求:
掌握胶凝材料(cementing material)的定义和分类; 掌握石膏的生产、硬化、技术性质与应用; 掌握石灰的生产、石灰的硬化与熟化、技术性质与应用; 了解水玻璃的应用;
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重点:掌握石膏和石灰的技术性质及应用; 教学课时安排:2 课时 基本概念:
1、什么叫胶凝材料? 胶凝材料是指在建筑工程中,能将散粒材料(如砂子、石子)或块状材料(如砖、 石块)粘合为一个整体的材料。 2、分类: 胶凝材料一般分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。 无机胶凝材料:水硬性和气硬性无机胶凝材料。 区别: (1)气硬性胶凝材料:只能在空气中(干燥条件下)硬化并保持和发展其强度的胶凝 材料,如石灰、石膏、水玻璃和菱苦水; (2)水硬性胶凝材料:既能在空气中(干燥条件下)硬化,又能在水中继续硬化并保 持和发展其强度的胶凝材料,如水泥;

第一节
一 简介
V V V V V V

建筑石膏

石膏胶凝材料是一种理想的高效节能材料--重点发展的新型材料; 具有质轻、强度较高、绝热、防火、质地细腻美观-优良的装饰材料; 我国已经探明的天然石膏矿储量为 52 亿吨,化学石膏储量约 100 万吨以上; 易于加工、成品多样-各类石膏线; 在美国,目前 80%的住宅使用石膏板作为内墙和吊顶; 石膏的品种很多,主要有建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏。

二 生产简介
化学反应方程式
不同条件 1 1 反应式: CaSO4 ? 2 H 2O ? CaSO4 ? H 2O ? 1 H 2O 2 2

三、建筑石膏的性质和技术要求

1、性质: 1)颜色为白色; 2)密度:2.6~2.75g/cm3; 3)孔隙率大:50%~60%; 2、等级标准: 具体参见 P21 表 3.1 建筑石膏的技术指标;
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3、石膏产品的标记:

4、建筑石膏的特性 1)凝结硬化快: ? 在常温下一般几分钟(>6 分钟)即可初凝,30 分钟内终凝; 2)微膨胀性: ? 石膏硬化过程中体积略有膨胀,因此,浇注成型时可以得到尺寸精确、表面光滑致密的构 件,或装饰图案; 3)孔隙率大: ? 轻质、隔热、吸声性好;但是强度低、吸水率大; 4)耐水性、抗冻性差: ? 软化系数为 0.2~0.3,不宜用于室外 5)抗火性好: ? 建筑石膏硬化后的主要成分为 CaSO4.2H2O,遇火时,其中的结晶水脱出能吸收热量,而 且生成的无水石膏是良好的热绝缘体。 6)塑性变形大: ? 石膏制品有明显的塑性变形性能,因此,一般不能用于承重构件; 思考:建筑石膏及其制品为什么适用于室内,而不适用于室外使用? 解: 建筑石膏及其制品适用于室内装修,主要是由于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有 以下的优良性质: (1)石膏表面光滑饱满,颜色洁白,质地细腻,具有良好的装饰性。加入颜料后,可具有 各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀,故其制品的表面较为光滑饱满,棱角清晰完 整,形状、尺寸准确、细致,装饰性好; (2) 硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔,故其保温 性、吸声性好。 (3) 硬化后石膏的主要成分是二水石膏,当受到高温作用时或遇火后会脱出 21%左右的 结晶水,并能在表面蒸发形成水蒸气幕,可有效地阻止火势的蔓延,具有一定的防火性。 (4)建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性,故可调节室内的温度和湿度,改 变室内的小气候。 (5)在室外使用建筑石膏制品时,必然要受到雨水冰冻等的作用,而建筑石膏制品的耐水性 差,且其吸水率高,抗渗性差、抗冻性差, 所以不适用于室外使用.

[工程实例分析] 石膏饰条粘贴失效
现象:石膏粉拌水为一桶石膏浆,用以在光滑的天花板上直接粘贴,石膏饰 条前后半小时完工。几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落,请分析原因。 分析讨论:其原因有两个方面,可有针对性地解决。 建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结,后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝, 粘结性能差。可掺入缓凝剂,延长凝结时间;或者分多次配制石膏浆,即配即用。 在光滑的天花板上直接贴石膏条,粘贴难以牢固,宜对表面予以打刮,以利粘贴。或者 在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂
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3.1.5 建筑石膏的应用 石膏用途 1:室内抹灰及粉刷 用途 2:装饰制品-如石膏像等 用途 3:建筑石膏制品:石膏板、石膏砌块等.如上图的石膏板造型天花 主要有纸面石膏板、石膏空心条板、石膏装饰板、纤维石膏板等;

第二节 石



石灰广泛应用于建筑工程中; 优点: (1)原材料丰富,分布广; (2)生产工艺简单,成本低. 1 生产简介: 主要原料是天然岩石(以碳酸钙为主要原料) 。常用的有石灰石,白云石等; 生产过程中形成的二种不利情况 第一种情况:生石灰烧制过程中,往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等 原因,生石灰中残留有未烧透的的内核,这种石灰称为“欠火石灰” 。 第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长,使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外 壳,体积收缩明显,颜色呈灰黑色,这种石灰称为“过火石灰” 。过火石灰表面常被粘土杂 质融化形成的玻璃釉状物包覆,熟化很慢。当石灰已经硬化后,过火石灰才开始熟化,并产 生体积膨涨,引起隆起鼓包和开裂。 2 石灰的种类 (1)石灰按加工方法分以下四种: ü块状的生石灰: ? 即由天然岩石原料煅烧而得到的产品,主要成分是 CaO; ü磨细生石灰: ? 把块状生水灰磨细而得到的粉末材料,主要成分为 Cao ü消石灰粉: ? 将生石灰加适量的水熟化而得到的粉末;Ca(OH)2; ü消石灰浆: ? 加多量的水(3~4 倍的水)而得的浆体,主要成分为 Ca(OH)2+水 (2) 石灰按氧化镁(MgO)含量分类: 钙质生石灰: ? 氧化镁(MgO)含量<5%; 镁质生石灰: ? 氧化镁(MgO)含量>5%; 3 石灰的熟化 生石灰(CaO)加水生成 Ca(OH)2 过程,称为石灰的熟化或消解过程。 思考题 1.)工地上使用石灰时,为什么要先进行熟化处理? 答:在建筑或抹面工程中,石灰必须先充分进行熟化后才能够使用,若有未熟化的颗粒,使 用后未熟化的颗粒将继续熟化,放出大量的热量,产生体积膨胀,使得表面凸起,开裂,或 局部脱落而影响施工的质量。故工地上使用石灰时先进行熟化处理。 2.)例某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后,墙面上出现了许多不规则的网状裂 纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因 解:
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引发的原因很多, 但最主要的原因在于石灰在硬化过程中, 蒸发大量的游离水而引起体积收 缩的结果。 墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹,是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入 了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化,以致于在砂浆硬化后,过火 石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化,造成体积膨胀。从而出现上述现象。 陈伏: 为了消除过火石灰的危害, 生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上, 这 一过程称为石灰的“陈伏”“陈伏”期间,石灰浆表面应保有一层水分,与空气隔绝,以免 。 碳化。 4 石灰的硬化 石灰浆体在空气中逐渐硬化,是由下面两个同时进行的过程来完成的: (1)结晶作用:游离水分蒸发,氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。 (2)碳化作用:氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶,释出水分并被 蒸发: 5 石灰的特性 6. 石灰的应用 (1)石灰乳和石灰砂浆 2)石灰土(灰土)和三合土 (3)灰砂砖和硅酸盐制品 7. 石灰的保存

第4章
【教学目标与要求】

水泥

熟悉硅酸盐水泥的矿物组成,了解其硬化机理,熟练掌握硅酸盐水泥等几种通用水泥 的性能特点,相应的应用等。 了解其他品种(特性水泥和专用水泥)的主要性能及使用特点。

【教学重点与难点】
重点:硅酸盐水泥等几种通用水泥的性能特点、检测方法及选用原则。 难点:对硅酸盐水泥技术要求的理解。

概 述
一,课外知识:
1,波特兰水泥的发明 1824年由英国建筑工人阿斯普丁发明,通过煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材 料,它制成砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石,由此将这种胶凝材料命名"波特兰水泥 " Portland Cement. 自1824年波特兰水泥问世以来,水泥和水泥基材料已成为当今世界最大宗的人造材料。 至2005年,我国水泥总需求量达到了7亿吨左右,占世界水泥用量的1/3,水泥混凝土的总需 求量也达到了50亿吨。 2,水泥基材料的发展历程: 波特兰水泥(1824年) ? 砂浆、混凝土 ? 钢筋混凝土(1850年) ? 石棉水泥(1900
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年) ? 预应力混凝土(1929年) ? 外加剂混凝土(1935年) ? 聚合物水泥混凝土(20世 纪50年代) ? 高强混凝土(20世纪70年代) ? 高性能混凝土(20世纪90年代) 。

二、水泥的定义、分类和发展趋势
1,定义 水泥是一种水硬性的胶凝材料,呈粉末状,加水拌和后成浆体后,能胶结砂、石等散粒 材料,并能在空气和水中硬化并保持、发展其强度。 2,分类 (1)按其组成成分分类,可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫酸盐系水泥和硫铝 酸盐系水泥等。 (2)按其性能及用途可分为三类:通用水泥:用于一般土木建筑工程的水泥;专用水 泥:专门用途的水泥;特性水泥:某种性能比较突出的水泥。 (3)按掺和了的不同,可分为普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥和火山灰水泥。 3,发展趋势: 1) 在水泥品种方面,将加速发展快硬、高强、低热等特种和多用途的水泥; 2) 大力发展水泥外加剂; 3) 大力发展高标号水泥;

4.1

硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、 0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝 材料,称为硅酸盐水泥(即国外通称的波特兰水泥) 。硅酸盐水泥分两种类型,不掺加混合 材料的称 I 型硅酸盐水泥,代号 P?I。在硅酸盐水泥粉磨时掺入不超过水泥质量 5%石灰石 或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥,代号 P?Ⅱ。

一,硅酸盐水泥熟料的烧成

1)生产原料:石灰质原 料 (如石灰岩) 、粘土质原 料 (如粘土、粘土质页岩) 和少量辅助原料 (如铁矿 粉) ;

2)生产过程: 两磨一烧。

二,硅酸盐水泥熟料的矿物组成及水化特性
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表 4-1 硅酸盐水泥熟料矿物组成 名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 矿物成分 3CaO?SiO2 2CaO?SiO2 3CaO?Al2O3 4CaO?Al2O3?Fe2O
3

简称 C3S C2S C3A C4AF

含量(%) 37~60 15~37 7~15 10~18

密度(g/cm ) 3.25 3.28 3.04 3.77

3

表 4-2 硅酸盐水泥熟料矿物的基本特性 硅酸三钙 C3S 硅酸二钙 C2S 铝酸三钙 C3A 铁铝酸四钙 C4AF

水化反应速度 水化热 强度 耐化学侵蚀性 干 缩 [例题]



大 高 中 中

慢 小 早期低晚期高 良 小

最快 最大 低 差 大

快 中 较低 优 小

挡墙开裂与水泥的选用

现象:某大体积的混凝土工程,浇注两周后拆模,发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。 该工程使用某立窑水泥厂生产 42.5Ⅱ型硅酸盐水泥,其熟料矿物组成如下:

C3S 61%

C2S 14%

C3A 14%

C4AF 11%

分析讨论:由于该工程所使用的水泥 C3A 和 C3S 含量高,导致该水泥的水化热高,且在浇 注混凝土中,混凝土的整体温度高,以后混凝土温度随环境温度下降,混凝土产生冷缩,造 成混凝土贯穿型的纵向裂缝。

[课堂练习] 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料,其矿物成分如下表,试估 计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的硬化速度、水化热和强度有何差异? 熟料矿物成分(%) 生产厂家 C3S C2S C3A C4AF 甲 56 17 12 15 16 乙 42 35 7 答: 由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、28d 时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥. 但耐腐蚀性则低于由 乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。
三,硅酸盐水泥的凝结硬化过程 水化-物质由无水状态变为有水状态,由低含水变为高含水,统称为水化。 凝结-水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体, 然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称

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为凝结。 硬化-此后,浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体(水泥石) ,这一过程称为硬 化。 影响水泥凝结硬化的因素主要有:熟料矿物成分、水泥的细度、用水量、养护时间、石 膏掺量、温度和湿度和外加剂等。

思考题:简述石膏在水泥中的主要作用? 答:石膏在水泥硬化中起缓凝剂的作用。 纯水泥熟料磨细后,与水拌和,凝结时间很短,因此不便使用,为调节水泥的凝结时 间,掺入适量(3%左右)的石膏,石膏与凝结速度最快的铝酸三钙作用,生成了难溶的水化 硫酸铝钙,覆盖在铝酸三钙的周围,阻止其继续快速水化,因而延缓了水泥的凝结时间。石 膏的掺量主要取决于铝酸三钙和 SO3 的含量

四,硅酸盐水泥的技术要求
1,密度、堆积密度: 3 在进行混凝土配合比的设计中,一般水泥密度取 3.1g/cm3,堆积密度取 1300kg/m 2,细度:是指水泥颗粒的粗细程度。 (1)细度对水泥的影响: 细度直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度和水化热; 一般水泥颗粒限制在 7~200um 范围内。 (2)细度测定的方法: 方法一:比表面积法(适合硅酸盐水泥) 以 1kg 水泥所具有的总的表面积(m2/kg)表示; (一般硅酸盐水泥>300 m2/kg) 方法二:筛析法(适合其他种类水泥) 包括负压筛析法(0.045mm 筛)、水筛法(0.08mm 筛)和手工干筛法(0.08mm 筛) 。

[思考题] 为什么水泥必须具有一定的细度? 分析: 在矿物组成相同的条件下,水泥磨得愈细,水泥颗粒平均粒径愈小,比 表面积越大,水泥水化时与水的接触面越大,水化速度越快,水化反应越彻底。 相应地水泥凝结硬化速度就越快,早期强度和后期强度就越高。但其 28d 水化热 也越大,硬化后的干燥收缩值也越大。另外要把水泥磨得更细,也需要消耗更多 的能量,造成成本提高。因此水泥应具有一定的细度。
(3)凝结时间 初凝为水泥加水拌合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 拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 硅酸盐水泥初凝时间不得早于 45min,终凝时间不得迟于 6h30min。 原因:初凝时间过早,下一道工序无充足的施工时间,终凝时间过迟,会拖延整个工程 的施工工期; 水泥凝结时间的测定:凝结时间测定仪

【思考题】现有四种白色粉末,已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和 白色硅酸盐水泥,请加以鉴别(化学分析除外) 。
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分析 取相同质量的四种粉末,分别加入适量的水拌合为同一稠度的浆体。放 热量最大且有大量水蒸气产生的为生石灰粉; 在5~30分钟内凝结硬化并具有 一定强度的为建筑石膏; 在45分钟到12小时内凝结硬化的为白色水泥;加水 后没有任何反应和变化的为白色石灰石粉。 (4)体积安定性
安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。 当水泥浆体硬化过程发生了不均 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建 筑物质量,甚至引起严重事故。 引起水泥安定性不良的原因有三个:①熟料中游离氧化镁过多;②石膏掺量过多;③熟 料中游离氧化钙过多。 测试方法可以用试饼法也可用雷氏法, 本书实验部分介绍了这两种方法, 有争议时以雷 氏法为准。 (5)强度及强度等级 水泥强度是采用软练胶砂法测定: 该 方 法 是 由 按 质 量 计 的 一 份 水 泥 、 三 份 ISO 标 准 砂 , 用 0.5 的 水 灰 比 拌 制 成 40mm*40mm*160mm 的试件,分别测定试件 3d 和 28d 的抗压强度及抗折强度,根据测定结果, 按 P38 表 4.2 确定水泥的强度等级:42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。R 表示该 水泥的早期强度。

[例题]有一组试件,用电动抗折机试验测得读数为 62N、65N、80N。求此组试 件的抗折强度? 解: 求平均值: (62+65+80)/3=69(N); 误差判断:69 的 ? 10%为 76-62(N) ; 可见这这组试件的三个读数中 80N 超过了这个范围,应舍去,取其中 62 和 65 的平均值 63.5 代表这组试件的平均值 Q; 则,抗折强度为:R 折=0.00234P=0.00234?50Q=0.117*63.5=7.4(MPa)
(6)碱含量 水泥中碱含量按 Na2O+0.653K2O 计算值来表示。 若使用活性骨料, 用户要求提供低碱水 泥时,水泥中碱含量不得大于 0.60%或由供需双方商定。 (7)水泥的不合格品和废品的含义: 废品:国家标准 GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》还规定:凡氧化镁、三 氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时,均为废品。 不合格品: 凡细度、 终凝时间中的任一项不符合本标准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的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、 生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。

五,水泥石的腐蚀与防止
水泥制品在一般使用条件下,具有较好的耐久性,但在某些侵蚀介质(如软水、含酸或 盐的水等)作用下,强度降低甚至造成建筑物结构破坏,这种现象称为水泥石的腐蚀。 (1)软水腐蚀; (2)酸性腐蚀; (3)盐类腐蚀; (4)强碱的腐蚀

4.2

掺混合材料的硅酸盐水泥
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一,掺混合材料的硅酸盐水泥的定义、分类
1 定义:在硅酸盐水泥熟料中,掺入一定量的混合材料的硅酸盐水泥。 2 分类: (1)普通硅酸盐水泥; (2)矿渣硅酸盐水泥; (3)火山灰质硅酸盐水泥; (4) 粉煤灰硅酸盐水泥; (5)复合硅酸盐水泥。 ? 水泥混合材料 ①粒化高炉矿渣: 凡在高炉冶炼生铁时, 所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物, 经淬冷成粒后,即为粒化高炉矿渣,简称矿渣。 ②粉煤灰:从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰。 ③火山灰质混合材料:凡天然的或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质材料, 本身磨细加水拌和并不硬化,但与气硬性的石灰混合后,再加水拌和,则不单能在空气中硬 化,而且能在水中继续硬化的,称为火山灰混合材料。

二、几大水泥的特性及选择
1,六大水泥的特性与选用** ? 六大水泥的特性,见教材 ? 六大水泥的选用,见教材

2, 几种通用水泥的组成与技术要求
①普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料,6%~15%混合材料,适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料,成 为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)代号 P?O,水泥中混合材料掺加量按质量百分比计。 与硅酸盐水泥相比,早期硬化速度稍慢,其 3d 的抗压强度稍低,抗冻性与耐磨性能也 稍差。在应用性能方面,普通水泥与硅酸盐水泥也相似,广泛应用于各种混凝土或钢筋混凝 土工程,是我国主要水泥品种之一。 ②矿渣水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣, 适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料称为矿渣硅 酸盐水泥 (简称矿渣水泥) 代号 P?S。 , 水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为 20%~ 70%。 ③火山灰水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火 山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥) 。代号 P?P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量 百分比计为 20%~50%。 ④粉煤灰水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐 水泥(简称粉煤灰水泥) 。代号P?F。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为 20~40%。 ⑤复合水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、 两种或两种以上规定的混合材料、 适量石膏磨细制成的水硬性胶 凝材料,称为复合硅酸盐水泥(简称复合水泥) ,代号 P?C。水泥中混合材料总掺加量按质 量百分比计应大于 15%,但不超过 50%。

4.3

特性水泥和专用水泥

一,高铝水泥

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以铝酸钙为主、 氧化铝含量约 50%的熟料, 磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为高铝水泥。 高铝水泥的特点: (1)强度发展非常迅速,24h 内几乎可达到最高强度,标号以 3d 抗 压强度来表示。 该水泥分 425、525、 625、725 四个标号。其 28d 强度不得低于 3d 强度指标。 (2)是在低温(5~10℃)也能很好硬化,而在高温(>30℃)养护时强度剧烈下降。因此 高铝水泥使用温度不得超过 30℃,更不宜采用蒸汽养护。 高铝水泥抗硫酸盐性能好,对碳酸和稀酸(pH 不小于 4)也有很好的稳定性,但对浓酸 和浓碱的耐蚀性不好。目前高铝水泥主要用于配制膨胀水泥、自应力水泥和耐热混凝土。 二,快硬硫铝酸盐水泥 以适当的生料烧至部分熔融,得到以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料, 加入适量的石膏磨细的具有早期强度高的特点的水硬性胶凝材料,称为快硬硫铝酸盐水泥。 强度发展很快,早期强度高,且结构致密,孔隙率小,抗渗性高,水化产物中 Ca(OH)2 的含量少,抗硫酸盐侵蚀能力强。因此快硬硫铝酸盐水泥主要用于配制早强、抗渗、抗硫酸 盐侵蚀的混凝土工程。可用于冬季施工、抢修、堵漏等工程。 三, 道路硅酸盐水泥 由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料, 0~10%活性混合材和适量石膏磨细制成的 水硬性胶凝材料,称为道路硅酸盐水泥,简称道路水泥。 对道路水泥(Portland cement for road)的性能要求是:耐磨性好、收缩小、抗冻性 好、抗冲击性好,有高的抗折强度和良好的耐久性。

四, 其它水泥 除上述水泥外,还有快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、自应 力水泥、中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、油井水泥、砌筑水泥、白色硅酸盐水泥和 彩色水泥等。下面仅介绍其中几种。 ⑴ 白色硅酸盐水泥和彩色水泥 ⑵ 抗硫酸盐硅酸盐水泥 抗硫酸盐水泥适用于一般受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧涵、道路和桥梁基础等 工程设施。 ⑶ 砌筑水泥 一般不用于钢筋混凝土结构和构件, 主要用于工业与民用建筑的砌筑砂浆、 内墙抹面砂 浆,也可用于配制道路混凝土垫层或蒸养混凝土砌块。 ⑷ 膨胀和自应力水泥 ⑸ 中热水泥和低热矿渣水泥 主要特点为水化热低,适用于大坝和大体积混凝土工程。

第5章
教学要求:

混 凝 土

1,掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用; 2,熟练掌握各种组成材料各项性质的要求,测定方法及对混凝土性能的影响; 3,熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法; 4,熟练掌握硬化混凝土的力学性质,变形性质和耐久性及其影响因素; 5,熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法。
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? 重点:混凝土的和易性,硬化混凝土的力学性能、变形性质和耐久性。
?

难点:混凝土的耐久性和普通混凝土的配合比设计

一、概述:
1, 混凝土的定义: 混凝土是由胶凝材料、状粒材料、水及其他外加剂按照适量的比例配制而成的。 *在土木工程中,应用最广泛的是水泥混凝土:以水泥为胶凝材料,以砂、石为骨料, 加水拌制成的混合物,经过一定时间硬化而成的水泥混凝土。 2, 混凝土的优点和缺点: 1, 原材料丰富,成本低;混凝土中 80%以上的是砂、石子,资源十分丰富。 2, 良好的可塑性;利用模板可以制成任何形状、尺寸的构件; 3, 高强度;混凝土的抗压强度为 20~55MPa. 4, 良好的耐久性;有抗冻、抗渗、抗风化、抗腐蚀等性能,比钢材、木材更耐久; 5, 可用钢筋增强; 6, 自重大;脆性材料;

3, 分类: ? 混凝土按胶凝材料分类:
(1) 水泥混凝土:在土木工程中应用最广泛; (2)石膏混凝土; (3)沥青混 凝土:在公路工程中应用较多; (4)聚合物混凝土等; 按表观密度分类: 特重混凝土( ? 0 >2500kg/m3); 轻混凝土(600< ? 0 <1900kg/m3); ? 普通混凝土(1900< ? 0 <2500kg/m3); 特轻混凝土( ? 0 <600 kg/m3)

?

按用途分类:结构用混凝土;道路混凝土;特种混凝土;耐热混凝土;耐酸混凝土

二、普通混凝土的组成材料
1,水泥: (1)水泥品种的选择:主要根据混凝土工程的特点和所处的环境,参考规范选择; (2)水泥强度等级的选择:一般来说,配制高强度的混凝土,选用强度等级高的水泥;配 制低强度的混凝土,选用强度等级低的水泥。根据经验,一般水泥的强度为混凝土强度等级 的(1.5~2.0)倍左右。 2,混凝土用水: 凡符合国家标准的生活饮用水,均可拌制混凝土。

? 思考题:海水为什么不能用作混凝土用水? 答:海水中含有硫酸、镁盐和氯化物,对水泥石有侵蚀作用,对钢 筋也会造成锈蚀,因此不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土工程。
3,骨料:
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普通混凝土所用骨料按粒径大小分为粗骨料和细骨料两种。 (1)粗骨料和细骨料划分的标准: (2)骨料的技术质量要求: GJ53-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》和 JGJ53-92《普通混凝土用碎石或 卵石质量标准及检验方法》 这两个行业标准对骨料的质量及其检验作出了相关的规定, 主要 包括有:泥和泥块含量、有害物质含量、坚固性、碱含量、级配和粗细程度、形状和表面特 征及强度等。 (3)砂的级配和粗细程度: ? 重点阐述筛分析法将 500g 干砂,依次通过一套孔径为 4.75、2.36、1.18、0.660、 0.30 和 0.15 的六个标准筛,测量各筛筛余量的质量 mi,计算出各筛的分计筛余量 和累计筛余量。 A,分计筛余量 mi: 砂子通过六个标准筛时各筛上的筛余量, mi(其中 i=1,2,3,4,5,6); 即 B,分计筛余率 ? i :各筛上的分计筛余量占砂样总质量(500g)的百分率; C,累计筛余率 Ai :各筛与比该筛粗的所有分计筛余率之和;

m ? i ? i , ( i ? 1,2,3,4,5,6) 500
? ?

Ai ? ? ? J , ( J ? 1,2,3,4,5,6)
J

I

级配划分的标准:按 GB/T14684-2001 标准规定,砂按 0.60mm 筛孔的累计筛余 百分率计,可分三个级配,具体参见教材 P59 表 5.5 砂的颗粒级配区 三个级配区: I 级配区砂: A4 =(85~71)%; II 级配区砂:A4 =(41~70)%; III 级配区砂: A4 =(16~40)%。

?

砂的粗细程度:指不同粒径的颗粒混合物的平均粗细程度 砂的粗细程度用细度模数表示,一般分为粗砂、中砂和细砂等;

Mx ?
? ? ?

? A2 ? A3 ? A4 ? A5 ? A6 ? ? 5 A1
100 ? A1
M x =3.7~3.1; M x =2.2~1.6
中砂: M x =3.0~2.3; 特细砂: M x =1.5~0.7。

粗砂: 细砂:

普通混凝土优先使用中砂 MX =3.0~2.3;

?

课堂例题:P98 习题 5.1 甲砂的细度模数的计算和级配情况的评定?

答: A4 ? 62% ,M x ? 2.87 , 属II级配区,中砂; (4)石子粒径 D 的一般范围:4.75mm<D<Dmax
? 建筑工程中考虑最大粒径 Dmax 的意义:
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1) 在石子质量 m 相同时,当增大颗粒的最大粒径 Dmax 时,其表面积减小; 2)用较大 Dmax 石子制做混凝土拌和物时,可以节约水泥的用量,因此比较经济。 3)故在混凝土设计中,尽可能选用最大粒径 Dmax 较大的石子。

? 石子最大粒径选择的基本原则:
1)从结构上考虑: 石子的最大粒径应该考虑建筑构件的尺寸以及配筋的疏密。最大粒径 Dmax 不得超过 结构截面最小尺寸的 1/4,且不得大于钢筋最小净距的 3/4;对混凝土实心板,石子的最大 粒径 Dmax 不宜超过板厚的 1/3,且最大不得超过 50mm。 2)从施工上考虑: 从施工上,对最大粒径也有相应的限制。 当最大粒径过粗时,不利于混凝土拌合物的 振捣、搅拌和运输。 3)从经济上考虑: 当 Dmax 增大时,水泥用量减少,但是从下面曲线可见,当 Dmax>150mm 时, 节约 水泥的效果不明显。所以最大粒径不宜超过 150mm。

**建筑工程中混凝土用石子的最大粒径 Dmax 大致选择范围:
? 一般水利、海港等大型工程中: 混凝土用石子最大粒径 Dmax 采用 120mm 或 150mm; ? 一般房屋建筑工程中: 混凝土用石子的最大粒径 Dmax 一般采用 20mm、 31.5 mm、 40mm 和 60mm。

(5)石子的颗粒级配:
是指石子中不同石子粒径的搭配分布情况。 ? 石子的颗粒级配与砂子一样,也是采用筛分析法来确定的,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 和 90mm 共 12 个筛. ? 粗骨料的颗粒级配应满足 P61 表 5.6 。 ? 石子的颗粒级配按供应情况分为连续粒级和单粒级两种。 ? 连续粒级:是按颗粒尺寸由大到小连续分级(4.75mm~Dmax),每一级粗骨料都有适 量的比例。 ? 单粒级:当粗颗粒最大粒径大于 37.5mm 时,粗颗粒的级配很不稳定、很不连续,此 时的石子搭配很不均匀。 ? 一般在混凝土配合比设计中,应优先选用连续级配;一般不宜选用“单一”的单粒 级来设计混凝土。

三 、混凝土外加剂
1,定义:是在拌制混凝土过程中掺入,用以改善混凝土性能的物质。外加剂掺量一般不大
于水泥质量的 5%(特殊情况除外) ,被称为混凝土的第五组分;

2,掺入外加剂的目的:
在拌制混凝土的过程中, 为改善混凝土的某些性能而特意掺入的物质, 其掺量一般不大 于水泥质量的 5%。
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3,国外外加剂的发展状况:
面前国外 60%~90%的混凝土和砂浆中使用了外加剂,因此,外加剂在当前已经成为混凝 土中除四种基本组成材料(胶凝材料、粗骨料、细骨料和水)以外的第五种重要组成材料。 建筑工程上常用的外加剂有:减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂和复合型外加剂等。

4,分类:
(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂: A)减水剂: ? 在混凝土拌合物坍落度基本相同的条件下,加入减水剂可以减少用水量,并提高混 凝土强度。 ? 我国常用的减水剂:M 型减水剂(木质磺酸盐类减水剂) ? 减水剂在混凝土中使用最普遍。 B)引气剂: ? 定义: 指在混凝土搅拌过程中,能引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡的外 加剂。 ? 历史背景:引气剂于本世纪 30 年代出现于美国, 被认为是混凝土材料发展进程中的 重大发现,现广泛应用于工程中 ? 我国常用的引气剂:松香树脂类。 ? 引气剂的作用: (1)改善混凝土拌和物的和易性; (2)能提高混凝土的抗渗性和抗 冻性; (3)但降低混凝土的强度; (2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂: A,缓凝剂:我国应用较多的有木质素磺酸钙和糖蜜; B,速凝剂:我国应用较多的有红星一型、国产 711; C,早强剂:我国应用较多的有 Nacl 等 (3)改善混凝土耐久性的外加剂: A,加气剂:如铝粉等;B,防水剂; C,阻锈剂:指能减少混凝土中钢筋的锈蚀。 (4)第四类外加剂:改善混凝土其他性能的外加剂: A,膨胀剂:能使混凝土产生补偿收缩或微膨胀。 B,防冻剂:能使混凝土在低温下免受冻害。 C,着色剂、防水剂、膨胀剂 5,使用外加剂注意点: (1) 外加剂品种的选择; (2) 掺量的选择要适当;

(3) 掺入方法:溶解于水的/不溶解于水的外加剂要采用不同掺入方法。
[工程实例分析] 含糖份的水使混凝土两天仍未凝结 概况:某糖厂建宿舍,以自来水拌制混凝土,浇注后用曾装过食糖的麻袋覆盖于混凝土 表面,再淋水养护。后来发现该水泥混凝土两天仍未凝结,而水泥经检验无质量问题,请分 析此异常现象的原因。 原因分析:由于养护水淋于曾装过食糖的麻袋,养护水已成糖水,而含糖份的水对水泥 的凝结有抑制作用,故使混凝土凝结异常。

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[工程实例分析] 氯盐防冻剂锈蚀钢筋 概况:北京某旅馆的一层钢筋混凝土工程在冬季施工,为使混凝土防冻,在浇筑混凝土 时掺入水泥用量 3%的氯盐。建成使用两年后,在 A 柱柱顶附近掉下一块约 40mm 直径的混 凝土碎块。停业检查事故原因,发现除设计有失误外,其中一重要原因是在浇筑混凝土时掺 加的氯盐防冻剂,它不仅对混凝土有影响,而且腐蚀钢筋,观察底层柱破坏处钢筋,纵向钢 筋及箍筋均已生锈, 原直径 ф 6 的钢筋锈蚀后仅为 ф 5.2 左右。 锈蚀后较细及稀的箍筋难以 承受柱端截面上纵向筋侧向压屈所产生的横拉力, 使得箍筋在最薄弱处断裂, 钢筋断裂后的 混凝土保护层易剥落,混凝土碎块下掉。 防治措施:施工时加氯盐防冻,应同时对钢筋采取相应的阻锈措施。该工程因混凝土碎 块下掉,引起了使用者的高度重视,停业卸去活荷载,并对症下药地对现有柱进行外包钢筋

四,普通混凝土的主要技术性质:新拌混凝土的和易性:
1, 混凝土拌合物的概念:
混凝土的各组成材料按一定比例配合,经搅拌均匀后、未凝结硬化之前,称为混凝土拌 合物;

2,和易性的概念
和易性是指混凝土拌合物易于施工操作(搅拌、运输、浇灌、捣实)并能获得质量均 匀,成型密实的混凝土的性能。和易性是一项综合的技术性质,包括流动性、粘聚性和保水 性三方面的含义。 ? 流动性:是指新拌混凝土在自重或机械振捣作用下,能产生流动,并均匀 密实地填充到模板的各个角落的性能; ? 粘聚性: 是新拌混凝土在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力, 使 得混凝土不致发生分层和离析的性能; ? 保水性:新拌混凝土在施工过程中,保持水分不易析出的能力。

3, 和易性测定方法:
通常是以测定拌合物的流动性来评定和易性, 而粘聚性和保水性主要通过观察的方法进 行评定。 方法一:坍落度法: (1) 流动性的测定: 将混凝土拌和物按规定的实验方法装入标准的圆锥形筒(坍落筒)内,均匀捣平 后,再将筒垂直向上快速(5~10s)提起,测量筒高与坍落后的混凝土试件最高点之间 的高度差,即为该混凝土拌和物的坍落度值(以 mm 为单位,精确到 5mm),通常用 T 表 示。 ? 坍落度反映的是混凝土拌合物流动性的好坏 【P67 表 5.10 混凝土浇灌时的坍落度(mm)】 (2) 粘聚性和保水性的观察: 混凝土拌和物的流动性通过坍落度法测定以后,再观察混凝土拌和物的粘聚性和保 水性,以判断其和易性。 ? 粘聚性的观察方法: 将捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打, 如果混凝土 锥体逐渐下降,表示粘聚性良好,如果锥体倒塌或崩裂,说明粘聚性不好; ? 保水性观察办法: 若提起坍落筒后发现较多浆体从筒底流出, 说明保水性不好。 方法二:维勃稠度测定法:
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仅适用于骨料最大粒径不超过 40mm,且坍落度小于 10mm 的混凝土拌合物流动性的测定; ? 坍落度法的优点和缺陷及适用范围; 1)坍落度法简单易行,且指标明确,故至今仍为世界各国广泛采用 2)测定结果受操作技术的影响较大; 3)观察粘聚性与保水性时有主观因素的影响; 4)该方法仅适用于骨料粒径小于 40mm,且坍落度大于 10mm 的混凝土拌合物流动性的测定。

4, 影响混凝土和易性的主要因素:
(1) 水泥品种:如配合比相同时,用矿渣水泥和某些火山灰水泥时,拌合物的坍落 度一般较用普通水泥时小,但矿渣水泥将使拌合物的泌水性显著增加。 (2) 骨料的性质:一般卵石拌制的混凝土拌合物比碎石拌制的流动性好。 【工程实例分析 5-3] 碎石形状对混凝土和易性的影响 概况: 某混凝土搅拌站原混凝土配方均可生产出性能良好的泵送混凝土。 后因供应的问 题进了一批针片状多的碎石。当班技术人员未引起重视,仍按原配方配制混凝土,后发觉混 凝土坍落度明显下降,难以泵送,临时现场加水泵送。请对此过程予以分析。 原因分析:① 混凝土坍落度下降的原因。因碎石针片状增多,表面积增大,在其它材 料及配方不变的条件下,其坍落度必然下降。 ②当坍落度下降难以泵送, 简单地现场加水虽可解决泵送问题, 但对混凝土的强度及耐久性 都有不利影响,且还会引起泌水等问题。

(3)水泥浆数量: 在水灰比不变的情况下,水泥浆数量越多,则拌和物的
流动性越好,但若水泥浆过多,将易出现流浆现象,使拌和物粘聚性变差;

(4)水灰比:水灰比不能过大或过小,一般应根据混凝土强度和耐久性要
求合理地选用 (5) 砂率:采用合理砂率,能使混凝土拌合物获得所要求的流动性及良 好的粘聚性与保水性的情况下,水泥用量最少;
(6) 外加剂:在拌制混凝土时,加入很少量的外加剂(如减水剂、引气剂)能使混凝土
拌合物在不增加水泥用量的条件下,获得很好的和易性,增大流动性和改善粘聚性、降低泌 水性。 (7)时间和温度 拌合物拌制后,随时间的延长而逐渐变得干稠,流动性减少,这是因为水分损失和水泥 水化。拌合物的和易性也受温度的影响,因为环境温度的升高,水分蒸发及水泥水化反应加 快,坍落度损失也变快。

五、硬化混凝土的强度
(1) 混凝土立方体抗压强度与强度等级: 按照国家标准《普通混凝土力学性能试验方法》规定,将混凝土拌合物制作边长为 150mm 的立方体试件,在标准条件(温度 20℃±3℃,相对湿度 90%以上)下,养护到 28d 龄期,测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度(简称立方体抗压强度) , 以?cu 表示。

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(2) 非标准试件强度的换算 试 件 尺 寸 100mm 立方体 1.0 150mm 立方体 1.05 200mm 立方体 换 算 系 数 0.95 强度计算公式

f cu ? 0.95

F 100 ? 100

f cu ?

F 100? 100 F 100 ? 100

f cu ? 1.055

(3) 强度等级的划分: 普通混凝土划分为十个强度等级: C7.5、 C15、 C20、 C25、 C30、 C35、C40、C45、C50、C55; 一般把 C60 以上的称为高强混凝土 强度等级 <C15 C15~C25 C20~C30 >C30 工程应用 多用于基础工程或大体积混凝土; 多用于普通的钢筋混凝土构件 多用于大跨度结构或预制构件; 预应力钢筋混凝土或特种构件

(4)课堂练习
边长为 200mm 的立方体某组混凝土试件,龄期为 28d,测得破坏载荷分别为 560kN 600kN,580kN,试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度? 解:计算公式为 fcu=1.05?P/(200?200) Fcu1=1.05?560/(200?200)=14.7MPa Fcu2=1.05?600/(200?200)=15.75MPa Fcu3=1.05?580/(200?200)=15.23MPa 所求的混凝土立方体抗压强度为: Fcu=(Fcu1+ Fcu2+ Fcu3)/3=15.23MPa (5)影响混凝土强度的因素: A 水泥强度和水灰比:

f cu , o ? ? a f ce (C / W ? ? b )
式中

C ——灰水比(水泥与水质量比) ; W
?cu——混凝土 28d 抗压强度,MPa; fce——水泥的 28d 抗压强度实测值,MPa.
α a、α b——回归系数,与骨料的品种、水泥品种等因素有关。

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表 回归系数 α a、α b 选用表 石子品种 碎石
a b

回归系数 α α

卵石 0.48 0.33

0.46 0.07

作业: 习题 5.2
B 骨料的影响 混凝土的强度还与骨料(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,卵石表面光滑,粘结力比较小。因而在水泥强度等级和水灰比相同的条件下,碎石 混凝土的强度往往高于卵石混凝土。 C,龄期 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, 混凝土强度将 随着龄期的增长而增长。最初 7~14d 内,强度增长较快,以后逐渐缓慢。 普通水泥制成的混凝土, 在标准条件养护下, 龄期不小于 3d 的混凝土强度发展大致与 其龄期的对数成正比关系。
f fn ? a lg n lg a

D,养护条件: 混凝土的养护条件主要指所处的环境温度和湿度。 养护环境温度高,水泥水化速度加快,混凝土早期强度高;反之亦然。为加快水泥的水 化速度,可采用湿热养护的方法,即蒸气养护或蒸压养护。 湿度通常指的是空气相对湿度。相对湿度低,混凝土中的水份挥发快,混凝土因缺水而 停止水化, 强度发展受阻, 一般在混凝土浇筑完毕后 12h 内应开始对混凝土加以覆盖或浇水。

六、混凝土的变形性能
⑴ 化学收缩 : 水泥水化生成的固体体积,比未水化水泥和水的总体积小,而使混凝土产生收缩,这种 收缩称为化学收缩。 ⑵ 湿胀干缩: 混凝土湿涨产生的原因是: 吸水后使混凝土中水泥凝胶体粒子吸附水膜增厚, 胶体粒子 间的距离增大。湿胀变形量很小,对混凝土性能基本上无影响。 ⑶ 温度变形: 混凝土与其他材料一样,也具有热胀冷缩的性质。这种热胀冷缩的变形称为温度变形。 -5 -1 混凝土温度变形系数约为 1?10 ℃ ,即温度变化(升高或降低)1℃,每米混凝土膨胀 0.01mm。温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利。 ⑷ 在短期荷载作用下的变形: ⑸ 长期荷载作用下的变形——徐变: 混凝土在一定的应力水平下(如 50%~70%的极限强度) ,保持荷载不变,随着时间的 增加而产生的变形称为徐变;

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七、混凝土的耐久性能
⑴ 抗渗性 抗渗性是指混凝土抵抗压力水(或油)渗透的能力。 ⑵ 抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在使用环境中, 经受多次冻融循环作用, 能保持强度和外观 完整性的能力。 ⑶ 抗侵蚀性 环境介质对混凝土的侵蚀主要是对水泥石的侵蚀,通常有软水侵蚀,酸、碱、盐侵蚀。

八 普通混凝土的质量控制与强度评定:
用数理统计方法可求出几个特征统计量:强度平均值( f cu ) 、强度标准差(σ )以及变 异系数(Cv)。 (1) 强度平均值( f cu ) :

f cu ?
n

1 n ? f cu ,i n i ?1

(2) 强度标准差(σ ):

? ?

??f
i ?1

cu , i

? f cu

?

2

n ?1

?

?f
i ?1

n

2 cu , i

? n f cu

2

n ?1

强度标准差越大,说明强度的离散程度越大,混凝土质量愈不均匀。也可用变异系数 来评定,其值越小,表示混凝土质量愈均匀。 (3) 变异系数(Cv):

CV ?

?
f cu

变异系数越小,说明混凝土质量越稳定 (4)混凝土强度计算公式: f cu , 0 ? f cu , k ? 1.645?

? 混凝土强度标准差σ 经验取值表:
混凝土强度等级 fcu,k C7.5~C20 C20~C35 >C35 强度标准差(σ )值 4.0 5.0 6.0

课堂思考题
1)影响混凝土强度的主要因素有哪些? 2)混凝土强度与水泥用量有无关系? 3)普通水泥混凝土的 7d 强度约为同条件下 28d 的 。 a)25% b)40% c)65% d)75% 4)能不能说 I 区砂是粗砂区, II 区砂是中砂区, III 区砂是细砂区?

九、普通混凝土配合比的设计:
1,混凝土设计的技术要求:
(1)满足混凝土结构设计要求的强度; (2)满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性;
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(3)满足耐久性要求; (4)节约水泥,降低成本。

2,配合比的定义与表示方法:
配合比就是指混凝土中各组成材料(水、水泥、砂和石)的比例关系, 配合比的表示方法: 3 1 以每 1m 混凝土中各项材料的质量来表示。如某配合比:水泥 300kg、水 180kg、砂 3 720kg、石子 1200kg,该混凝土 1m 总质量为 2400kg; 2 以各项材料相互间的质量比来表示(以水泥质量为 1) ,如将上例换算成质量比为: 水泥:砂:石=1:2.4:4,水灰比=0.60。 ? ?

3,混凝土配合比设计的三个重要参数:
水 水 泥

水灰比
单位用水量 水泥浆

混凝土
砂 骨料 石 砂 率

4,混凝土配合比设计前的准备工作:
1)混凝土的设计强度; 2)混凝土的耐久性设计要求; 3)原材料的品种以及物理性质: ? 水泥:水泥品种,实测强度, 密度; ? 砂子:级配和粗细情况,表观密度; ? 石子:品种(卵石或碎石) 、最大粒径、表观密度; ? 水:来源(自然水或天然水) 、密度 103kg/m3

5,混凝土配合比的设计步骤: (A)混凝土初步配合比的设计: (1)由强度条件和耐久性条件,求出相应的水灰比; a)根据强度设计混凝土的水灰比:
f cu , 0 ? f cu , k ? 1.645? f cu , o ? ? a f ce (C / W ? ? b )
(公式 1) (公式 2)

?

? a f ce W ? C f cu , 0 ? ? a? b f ce
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b)根据耐久性确定混凝土的最大水灰比 W/C:
根据混凝土的使用条件,由 P84 表 5.13 可得混凝土的最大水灰比

c)取上述两个水灰比的最小值,作为初步设计的水灰比值; (2),选取每立方米混凝土的用水量 mw0;
根据结构的种类,通过“P67 表 5.10 混凝土浇注时的坍落度” 确定坍落度的大 小,再根据已知粗骨料的种类及最大粒径,查表 P84 表 5.14 选用合适的用水量; 思考:比较同样条件下,两种粗骨料的用水量有何不同?为什么?

(3),计算每立方米混凝土的水泥用量;
(a),根据公式求解水泥用量:

m wo W m ? ? m co ? wo W m co C C

(b),根据结构使用环境和耐久性要求, P84 表 5.13 可得混凝土的最小水泥 由 用量; (c),取上述两个值中的最大值作为单位混凝土水泥的用量。 (4)选择砂率 ? s :根据计算的水灰比和粗骨料的种类、粒径,通过 P85 表 5.15 混凝土 砂率选用表来选择。 (5)计算粗骨料和细骨料的用量:假定表观密度法或体积法计算; (a)质量法: (又称假定表观密度法,工程上比较常用) :

? m co ? m wo ? m so ? m go ? m cp ? m so ? ? ?s ? m so ? m go ?

(b)体积法:

m so ? ? ?s ? m so ? m go ? ?m m m m ? co ? wo ? so ? so ? 0.01? ? 1 ?w ?s ?g ? ?c ?

(B)实验室配合比:
(1)和易性调整 按初步配合比称取材料进行试拌。 混凝土拌合物搅拌均匀后应测定坍落度, 并检查其粘 聚性和保水性的好坏。每次调整后再试拌,直到符合要求为止。试拌调整工作完成后,应测 出混凝土拌合的表观密度 ? c,t ,然后提出供混凝土强度试验用的基准配合比。

? 在测定混凝土拌和物的和易性时,可能存在以下四种情况:
a)流动性比要求的小: ? 调整办法:保持 W/C 不变,增大水、水泥用量; b)流动性比要求的大:
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? 调整办法: 保持砂率不变,增大砂、石用量; c)砂浆不足引起粘聚性和保水性不良时: ? 调整办法:单独增加砂的用量,适当增大砂率; d)砂浆过多引起粘聚性和保水性不良时: ? 调整办法:单独减少砂的用量,适当降低砂率;

(2)强度复核
分别用

W W , ? 0.05 三个水灰比,拌制三个混凝土试样,测量其 28d 的抗压强度 C C

值,看是否满足强度的要求。

例题讲解:习题 5.3
(C) 施工配合比
现场材料的实际称量应按工地砂、石的含水情况进行修正,修正后的配合比,叫做施 工配合比。施工配合比按下列公式计算:

C ' ? C SH ( kg) S ' ? S SH (1 ? ? % )(kg)

G ' ? G sh (1 ? b% )(kg)
W ' ? WSH ? S sh ? a% ? G sh ? b% (kg)

例题讲解

作业 习题 5.6

十、 其他品种混凝土
1, 高强混凝土
目前西方发达国家使用的混凝土平均强度已超 30MPa,在我国,高强混凝土是指强度 等级为 C60 及其以上的混凝土。

2, 轻混凝土
1) 轻骨料混凝土:凡由轻粗骨料、轻细骨料(或普通砂) 、水泥和水配置而成的轻混凝土, 称为轻骨料混凝土,其应用参见 P92 表 5-16。 2) 多孔混凝土:是一种内部均匀分布细小气孔而无骨料的混凝土,分为加气混凝土和泡沫 混凝土两种。加气混凝土一般用于屋面材料和墙体材料,泡沫混凝土主要用于屋面保温 材料。 3) 大孔混凝土:是以粒径相近的粗骨料、水泥、水,有时加入外加剂配制而成的混凝土。 主要适合墙体材料。

3, 抗渗混凝土
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抗渗混凝土是指抗渗等级等于或大于 P6 级的混凝土。

4,聚合物混凝土:
聚合物混凝土是由有机聚合物、 无机胶凝材料和骨料结合而成的一种新型混凝土。 聚合 物混凝土体现了有机聚合物和无机胶凝材料的优点, 克服了水泥混凝土的一些缺点。 聚合物 混凝土一般可分为三种:⑴ 聚合物水泥混凝土⑵ 聚合物浸渍混凝土⑶ 聚合物胶结混凝土 (树脂混凝土) 。

5, 防冻混凝土:
抗冻等级等于或大于 F50 级的混凝土称为防冻混凝土;

6,泵送混凝土:
泵送混凝土是指其拌合物的坍落度不低于 100mm,并用泵送施工的混凝土。泵送混凝土 除需满足工程所需的强度外,还需要满足流动性、不离析和少泌水的泵送工艺的要求。 规范规定泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥和粉煤灰水泥,不宜采用 火山灰水泥。

7,大体积混凝土
混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于 1m,或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温度 差过大而导致裂缝的混凝土称为大体积混凝土。

8,纤维混凝土:
纤维混凝土是以混凝土为基体, 掺入纤维的目的是提高混凝土的抗拉强度, 降低其脆 性。常用纤维材料有:玻璃纤维、矿棉、钢纤维、碳纤维和各种有机纤维。纤维混凝土目前 已逐渐地应用在飞机跑道、桥面、端面较薄的轻型结构和压力管道等处。

第6章
教学目的 教学难点、重点
砂浆的各项力学指标

建筑砂浆

掌握建筑砂浆的分类,主要技术性质有关计算及功能

砂浆是由胶结料、细集料、掺加料和水配制而成的建筑工程材料,在建筑工 程中起粘结、衬垫和传递应力的作用。

一、 砂浆的分类
⑴建筑砂浆按用途不同,可分为:砌筑砂浆、抹面砂浆和特种砂浆。 (2)按所用胶结材不同,分为:水泥砂浆、石灰砂浆、石膏砂浆、水泥石灰混合砂浆和 聚合物水泥砂浆等。
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二、砂浆的组成材料
建筑砂浆的组成材料主要有:胶凝材料、砂、掺合料、水和外加剂等。

1,胶凝材料:
建筑砂浆常用的胶凝材料有:水泥、石灰、石膏等。在选用时应根据使用环境、用途等 合理选择。在干燥条件下使用的砂浆即可选用气硬性胶凝材料(石灰、石膏) ,也可选用水 硬性胶凝材料(水泥) ;若在潮湿环境或水中使用的砂浆则必须选用水泥作为胶结材料。 (1),砌筑砂浆用水泥的强度等级的选定:在配制砂浆时要尽量选用低强度等级水泥或砌 筑水泥。水泥砂浆采用的水泥,其强度等级不宜大于 32.5 级;水泥混合砂浆采用的水泥, 其强度等级不宜大于 42.5 级。根据经验来,水泥的强度等级应为砂浆强度等级的 4~5 倍;

2,细骨料:砂:
建筑砂浆用砂,应符合混凝土用砂的技术要求。对于砌筑砂浆用砂,优先选用中 砂,即可满足和易性要求,又可节约水泥。毛石砌体宜选用粗砂。

3,砂浆用水:
对水质的要求,与混凝土的要求基本相同。

4,掺合料和外加剂:
掺合料是指为改善砂浆和易性和节约水泥,一般需要加入一些无机材料,如:石灰膏、 粘土膏、粉煤灰等。掺合料对砂浆强度无直接贡献。 砂浆掺入外加剂是发展方向。 砂浆中掺入的砂浆外加剂, 应具有法定检测机构出具的该 产品砌体强度型式检验报告,并经砂浆性能试验合格后,方可使用。 应用于建筑砂浆的常用外加剂是引气剂。

三、砂浆的主要技术性质
1, 砂浆的和易性: 砂浆和易性指砂浆拌合物是否便于施工操作, 并能保证质量均匀的综合性质, 包括 流动性和保水性两个方面。 对于硬化后的砂浆则要求具有所需要的强度、 与底面的粘结 强度及较小的变形。 ①流动性(稠度) 砂浆的流动性指砂浆在自重或外力作用下流动的性能,用沉入度表示。 沉入度是以砂浆稠度测定仪的圆锥体沉入砂浆内深度(mm)表示。圆锥沉入深度越大, 砂浆的流动性越大。若流动性过大,砂浆易分层、析水;若流动性过小,则不便施工操作, 灰缝不易填充,所以新拌砂浆应具有适宜的稠度。

2 ○保水性
指砂浆拌合物保持水分的能力。保水性好的砂浆在存放、运输和使用过程中,能很好 地保持水分不致很快流失,各组分不易分离,在砌筑过程中容易铺成均匀密实的砂浆层,能 使胶结材料正常水化,最终保证了工程质量。 砂浆的保水性用 分层度 表示。 分层度试验方法是:砂浆拌合物测定其稠度后,再装入分层度测定仪中,静置 30min
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后取底部 1/3 砂浆再测其稠度,两次稠度之差值即为分层度(以 mm 表示) 。 砂浆的分层度不得大于 30mm。分层度过大(如大于 30mm) ,砂浆容易泌水、分层或水分 流失过快,不便于施工。但如果分层度过小(如小于 10mm) ,砂浆过于干稠不易操作,易出 现干缩开裂。可通过如下方法改善砂浆保水性:

2,强度和强度等级
砂浆的强度用强度等级来表示。砂浆强度等级是以边长为 70.7mm 的立方体试件,在标 准养护条件下,用标准试验方法测得 28 天龄期的抗压强度值(MPa)确定。 砌筑砂浆的强度等级宜采用 M20、M15、M10、M7.5、M5、M2.5 等六个等级。 影响砂浆强度的因素很多,除了砂浆的组成材料、配合比、施工工艺等因素外, 砌体材料的吸水率也会对砂浆强度产生影响。

A. 不吸水砌体材料
当所砌筑的砌体材料不吸水或吸水率很小时(如密实石材) ,砂浆组成材料与其强度之 间的关系与混凝土相似,主要取决于水泥强度和水灰比。计算公式如下:

f m,0 ? Af ce (

C ? B) W

(公式 6-1)

式中 ?m,0——砂浆 28 天抗压强度,MPa; ?ce——水泥的实际强度,确定方法与混凝土中相同,MPa; C/W——灰水比(水泥与水质量比) ; A、B——回归系数,其中,A=0.29,B=0.4。

B. 吸水砌体材料
当砌体材料具有较高的吸水率时, 虽然砂浆具有一定的保水性, 但砂浆中的部分水仍会 被砌体吸走。因而,既使砂浆用水量不同,经基底吸水后保留在砂浆中的水分却大致相同。 这种情况下,砌筑砂浆的强度主要取决于水泥的强度及水泥用量,而与拌合水量无关。 强度计算公式如下:
f m, o ?

? ? f ce ? Qc
1000
3

??

(公式 6-2)

式中 Qc??每立方米砂浆的水泥用量,kg/m ; ?m,o??砂浆的配制强度,MPa; ?ce??水泥的实测强度,MPa; α 、β ??砂浆的特征系数,当为水泥混合砂浆时,α =3.03,β =-15.09。

3,砂浆的粘结力
砂浆的粘结力主要是指砂浆与基体的粘结强度的大小。 砂浆的粘结力是影响砌体抗剪强 度、耐久性和稳定性,乃至建筑物抗震能力和抗裂性的基本因素之一。

四、砌筑砂浆
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,并使应力的分布较为均匀,协调变形 的作用,它是砌体的重要组成部分。
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1,砌筑砂浆配合比设计步骤
按照行业标准 JGJ98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》 ,砌筑砂浆的配合比的计算, 可按下列步骤进行:

A. 计算砂浆试配强度? m,0
砂浆的试配强度应按下式计算:

f m,0 ? f 2 ? 0.645?
式中 ? m,0——砂浆的试配强度,精确至 0.1MPa; ?2 -----砂浆抗压强度平均值(或砂浆的设计强度) ,精确至 0.1MPa; ζ ——砂浆现场强度标准差,精确至 0.01MPa。 砌筑砂浆现场强度标准差ζ 可按下式计算:

(公式 6-3)

? ?

?f
i ?1

n

2 m, i

2 ? n? fm

n?1

(公式 6-4)

式中 ?m, i——统计周期内同一品种砂浆第 i 组试件的强度,MPa; μ fm——统计周期内同一品种砂浆 n 组试件强度的平均值,MPa; n——统计周期内同一品种砂浆试件的总组数,n≥25。 当不具有近期统计资料时,其砂浆现场强度标准差ζ 可按表 6-1 取用。 表 6-2 砂浆强度标准差ζ 选用值(MPa) 砂浆强度等级 M2.5 M5.0 M7.5 M10.0 良 般 差 0.50 0.62 0.75 1.00 1.25 1.50 1.50 1.88 2.25 2.00 2.50 3.00

施工水平 优 一 较

M15.0 3.00 3.75 4.50

M20 4.00 5.00 6.00

B. 计算每立方米砂浆中的水泥用量 QC 对于吸水基层的砂浆来说,水泥强度和用量成为影响砂浆强度的主要因素。 因此,每立方米砂浆的水泥用量,可按下式计算:
Qc ? 1000( f m,0 ? ? )

? ? f ce

(公式 6-5)

式中 Qc——每立方米砂浆的水泥用量,精确至 1kg fm,0——砂浆的试配强度,精确至 0.1MPa fce??水泥的实测强度,精确至 0.1MPa α 、β ??砂浆的特征系数,其中α =3.03,β =-15.09。 在无法取得水泥的实测强度值时,可按下式计算:

f ce ? ? c ? f ce, k

(公式 6-6)

式中 fce,k——水泥强度等级对应的强度值; γ c——水泥强度等级值的富余系数,该值应按实际统计资料确定,无统计资料时γ 可取 1.0。

c

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注意: 若计算出来的 QC<200kg/m ,应取 QC =200kg/m ,若计算出来的 200kg/m 3 <QC<350kg/m 时,为保证砂浆的和易性,需要补充一部分混合料(如石灰膏等) ,配制成混 合砂浆。
3 3 3

C. 计算每立方米砂浆掺加料用量 QD
掺加料用量的确定可按下式计算:

Qd ? Qa ? Qc

(公式 6-7)

式中 Qd??每立方米砂浆的掺加料用量,精确至 1kg;石灰膏使用时的稠度为 120±5mm, 具体换算系数见教材 P107 表 6.3,粘土膏使用时的稠度为 140~150mm。 QC——每立方米砂浆的水泥用量,精确至 1kg; 3 Qa??每立方米砂浆中胶结料和掺加料的总量, 精确至 1kg; 一般应在 300~350kg/m 之间。

D. 确定每立方米砂浆中砂的用量 QS
砂浆中的水、 胶结料和掺加料是用来填充砂子的空隙, 砂子就构成了 1m 砂浆。 1m 因此, 每立方米砂浆中的砂子用量,应按干燥状态(含水率小于 0.5%)砂的堆积密度值作为计算 值。
3 3

E. 每立方米砂浆用水量 QW
砂浆中用水量多少,应根据砂浆稠度要求来选用,由于用水量多少对其强度影响不大, 因此一般可根据经验以满足施工所需稠度即可。

每立方米砂浆中的用水量,根据砂浆稠度等要求可选用 240~310kg。

F,配合比试配调整和确定:
按计算或查表所得配合比进行试拌时, 应测定其拌合物的稠度和分层度, 当不能满足要 求时,应调整材料用量,直到符合要求为止。然后确定为试配时的砂浆基准配合比(即计算 配合比经试拌后,稠度、分层度已合格的配合比) 。 为了使砂浆强度能在计算范围内, 试配时应采用三个不同的配合比。 其中一个为基准配 合比,其他配合比的水泥用量应按基准配合比分别增加及减少 10%。在保证稠度、分层度 合格的条件下,可将用水量或掺加料用量作相应调整,最后测定砂浆强度,并选定符合试配 强度要求的且水泥用量最低的配合比作为砂浆配合比。

2,例题讲解: 【P108 例题】 砌筑砂浆配合比设计

作业:P113 习题

五、 其他建筑砂浆
1, 抹面砂浆
? 抹面砂浆的定义: 抹面砂浆是指涂抹在基底材料的表面, 兼有保护基层和增加美观 作用的砂浆。

①普通抹面砂浆
常用的普通抹面砂浆有水泥砂浆、石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆、麻刀石灰砂浆(简称
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麻刀灰) 、纸筋石灰砂浆(纸筋灰)等。

②防水砂浆
制作防水层的砂浆叫做防水砂浆。 砂浆防水层又叫刚性防水层。 这种防水层仅用于不受 震动和具有一定刚度的混凝土工程或砌体工程。 对于变形较大或可能发生不均匀沉陷的建筑 物,都不宜采用刚性防水层。

③装饰砂浆
涂抹在建筑物内外墙表面,且具有美观装饰效果的抹灰砂浆通称为装饰砂浆

2,特种砂浆 ①绝热砂浆
采用水泥、石灰、石膏等胶凝材料与膨胀珍珠岩、膨胀蛭石或陶粒砂等轻质多孔骨料, 按一定比例配制的砂浆称为绝热砂浆。 绝热砂浆具有质轻和良好的绝热性能, 其导热系数约 为 0.07~0.10W/m?K,可用于屋面绝热层、绝热墙壁以及供热管道绝热层等处。

②吸声砂浆
一般绝热砂浆是由轻质多孔骨料制成的, 同时具有吸声性能。 还可以用水泥、 石膏、 砂、 锯末(其体积比为 1:1:3:5)等配成吸声砂浆,或在石灰、石膏砂浆中掺入玻璃纤维、矿物 棉等松软纤维材料。吸声砂浆用于室内墙壁和平顶的吸声。

[工程实例分析 6-1]

砂浆质量问题

概况:某工地现配制 M10 砂浆砌筑砖墙,把水泥直接倒在砂堆上,再人工搅拌。该砌体 灰缝饱满度及粘结性均差。请分析原因。 原因分析: ①砂浆的均匀性可能有问题。 把水泥直接倒入砂堆上, 采用人工搅拌的方式往往导致混 合不够均匀,使强度波动大,宜加入搅拌机中搅拌。 ②仅以水泥与砂配制砂浆, 使用少量水泥虽可满足强度要求, 但往往流动性及保水性较 差,而使砌体饱满度及粘结性较差,影响砌体强度,可掺入少量石灰膏、石灰粉或微沫剂等 以改善砂浆和易性。

第八章
教学目的:

墙体与屋面材料

1,掌握常用的几种砌墙砖,包括烧结砖和蒸养砖的性能及应用特点。
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2,掌握混凝土砌块、加气混凝土砌块的性能及应用特点。

教学难点、重点:
普通粘土砖的主要技术性质及应用

一、概述: 1,墙体材料的定义:
是指用来砌筑、拼装或用其他方法构成承重或非承重的材料;

2, 墙体材料的作用:
承重、传递重力的作用;围护和分隔的作用

3, 墙体材料的地位:
墙体材料的用量占整个房屋建筑材料的首位,价值约占建筑物总成本的 30%左右。

a) 墙体材料的种类:
主要有砖、砌体和板材等,目前我国墙体材料中,砖约占 90%左右。

b) 屋面材料的定义:
是建筑物最上层的防护结构,起着防风雨、隔热、保温的作用。

二、烧结普通砖 1,定 义:
烧结普通砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料,经过制备、成型、干燥和焙 烧而成。

2,烧结普通砖的分类:
粘土砖(N) 、页岩砖(Y) 、煤矸石砖(M) 、粉煤灰砖(F)等多种。

3,烧结普通砖的标准尺寸: 4,生产简介: 采土 ? 配料调制 ? 制坯 ? 干燥 ? 焙烧 ? 成品 思考题:如何用简单的方法鉴别欠火砖和过火砖? 5,烧结普通砖的技术要求:
(1)外观指标: (3)抗风化性能: (2)强度等级: (4)烧结普通砖的产品标记:

6,烧结普通砖的应用:
作为传统的墙体材料,可用来砌筑建筑物的内、外墙体,柱、拱和烟囱等。

三、烧结多孔砖、空心砖和空心砌块
由于普通砖有废田制砖、耗能等缺点,随着我国人口的增加,耕地的减少,我国对实心 粘土砖的生产、使用将有所限制,转而重视空心砖的生产、使用。

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空心砖的优点:节约粘土原料,减轻墙体自重;节约能源,降低成本;改善墙体的绝热和 吸声性能。 1. 烧结多孔砖 烧结多孔砖为大面上有孔洞的砖, 孔洞尺寸小而数量多, 孔洞率>15%, 一般是以粘土、 页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料,经焙烧而成主要用于承重部位的多孔砖。 虽然多孔砖具有一定的孔洞率,使砖受压时有效受压面积减小,但因为制坯时受较大 的压力,使砖孔壁致密程度提高,且对原材料要求也较高,补偿了因有效面积减小而造成的 强度损失,因而烧结多孔砖的强度仍很高,可用于砌筑六层以下的承重墙。 2. 烧结空心砖和空心砌块 烧结空心砖和空心砌块为顶面有孔洞的砖或块, 孔的尺寸大而数量少, 其孔洞率一般可 达 30%以上。由于孔洞大,自重较,强度低,主要用于非承重部位。 3,墙用砌块 砌块是用于砌筑的人造块材,外形多为直角六面体,也有各种异形的。目前,我国以中 小型砌块使用较多。 常用砌块的特性、应用参见教材 砌块按其空心率大小分为空心砌块和实心砌块二种。空心率小于 25%或无孔洞的砌块 为实心砌块。空心率等于或大于 25%的砌块为空心砌块。 砌块通常又可按其所用主要原料及生产工艺命名, 如水泥混凝土砌块、 加气混凝土砌块 和粉煤灰砌块等。

1) 蒸压加气混凝土砌块
蒸压加气混凝土砌块是以钙质材料(水泥、石灰等)和硅质材料(砂、矿渣、粉煤灰 等)以及加气剂(铝粉) ,经配料、搅拌、浇注成型、切割和蒸压养护而成的多孔轻质块体 材料。 蒸压加气混凝土砌块的特性为多孔轻质、保温隔热性能好、加工性能好。但其干 缩较大,使用不当,墙体会产生裂纹。

2) 粉煤灰砌块
粉煤灰砌块是以粉煤灰、石灰、石膏和骨料(炉渣、矿渣)等为原料,经配料,加水 搅拌、振动成型、蒸汽养护而成的密实砌块。

3)混凝土小型空心砌块
普通混凝土小型空心砌块是由水泥,粗、细骨料加水搅拌,装模、振动(或加压振动或 冲压)成型,并经养护而成。粗、细骨料可用普通碎石或卵石、砂子,也可用轻骨料(如陶 粒、煤渣、煤矸石、火山渣、浮石等)及轻砂。砌块空心率大于 25%。

四、 新型墙体材料的发展
砌体材料主要用于砌筑墙体。 墙体材料的改革是一个重要而难度大的问题, 发展新型墙 体材料不仅是取代实心粘土砖的问题,首要是保护环境、节约资源、能源,另外是满足建筑 结构体系的发展,包括抗震以及多功能,还有是给传统建筑行业带来变革性新工艺,摆脱人 海式施工,采用工厂化、现代化、集约化施工。新型墙体材料正朝着大型化、轻质化、节能 化、利废化、复合化、装饰化以及集约化等方面发展。 墙体材料除砖与砌块外,还有墙用板材。其中建筑砌块和建筑人造板材试墙体技术改 革的方向。

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五、屋面材料:
1,烧结瓦
烧结瓦是以粘土为原料,经模压(或挤出)成型、干燥、焙烧而成的制品,是一种用于 屋面的防水材料

2,屋面板材
由过去主要以预应力钢筋混凝土大型屋面板的形式向承重、保温、防水三合一的轻型钢 板结构转移。

第八章
1,教学目的:

建筑钢材

1, 了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系; 2, 熟练掌握建筑钢材的力学性能(包括强度、弹性及塑性变形,耐疲劳性) ; 3,掌握化学元素对建筑钢材力学性能的影响,以及钢材的强化机理及强化方法; 4, 掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。

2,重点:钢材在土木工程中的选用原则; 3,难点:化学元素队钢材性能的影响;

一、概 述:
1)定义: 钢材是以铁为主要元素,含碳量为 0.02%~2.06%,并含有其他元素的合金材料。 2)建筑钢材主要包括: 钢结构用各种型钢(如工字钢、角钢、槽钢、方钢等) 、板材、钢管、钢筋和钢丝等; 3)钢材的优点: (1) 抗拉、抗压和抗冲击性能好; (2) 可切割、可焊接、可铆接,装配方便; 4)钢材的缺点: 容易锈蚀。

二 钢材的分类
1 钢材按化学成分分类
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钢材按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 ⑴ 碳素钢 含碳量为 0.02%~2.06%的铁碳合金称为碳素钢,也称碳钢。碳素钢根据含碳量可分 为: 低碳钢:含碳小于 0.25%; 中碳钢:含碳 0.25%~0.6%; 高碳钢:含碳大于 0.6%。 ⑵ 合金钢 碳素钢中加入一定量的合金元素则称为合金钢。 在合金钢中除含铁、 碳和少量不可避免 的硅(Si) 、锰(Mn) 、磷(P) 、硫(S) 、氮(N)之外,还加入一定量的硅(Si) 、锰(Mn) 、 钛(Ti) 、钒(V) 、镍(Ni) 、铌(Nb)等一种或几种元素进行合金化,以改善钢材的使 用性能和工艺性能,这些元素称为合金元素。按合金元素的总含量可分为: 低合金钢:合金元素总含量小于 5%; 中合金钢:合金元素总含量为 5%~10%; 高合金钢:合金元素总含量大于 10%。 建筑上所用的钢材主要是碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。

2

按冶炼时脱氧程度分类

根据炼钢过程中脱氧程度不同,钢材可分沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢四 类。 ⑴ 沸腾钢 如果炼钢时脱氧不充分, 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,生成大量一氧化碳气体外逸,引起钢液激烈沸腾, 因而这种钢材称为沸腾钢,其代号为“F” 。 沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等在钢中分布不均,富集于某些区间的现象较严重,钢的 致密程度较差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊性较差,特别是低温冲击韧性的降低更显著。但 从经济上比较,其成品率较高,故成本较低。 ⑵ 镇静钢 如果炼钢时脱氧充分, 钢液中金属氧化物很少或没有, 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“Z”。镇静钢组织致密,气泡少,偏析程度小,各种 力学性能比沸腾钢优越。可用于受冲击荷载的结构或其他重要结构。 ⑶ 半镇静钢 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“b” 。

3,按压力加工方式分为:
为消除冶炼、铸锭过程中,钢材中出现的结构不均匀、气泡等缺陷而进行压力加工的 方法 (1) 热加工钢材:加热到一定温度进行的压力加工; (2) 冷加工钢材:常温下进行压力加工的钢材; 4,按用途分类:

(1) 结构钢:建筑工程中常用结构钢种为碳素结构钢中的低碳钢和低合金高强度结构
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钢。

(2) 工具钢:主要用于各种切削工具的钢; (3) 特殊钢:据用某种特殊的物理、化学性质的钢,如耐酸钢、耐热钢和不锈钢等。

三、 建筑钢材的主要技术性能
钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。 其中力学性能是钢材最重要的使用性能, 包 括强度、弹性、塑性和耐疲劳性等。工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为,包括冷弯 性能和可焊性等。

? 建筑钢材的力学性能 1. 抗拉性能
抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。钢材受拉时,在产生应力的同时,相应地产生 应变。应力和应变的关系反映出钢材的主要力学特征。从低碳钢(软钢)的应力-应变关系 中可看出,低碳钢从受拉到拉断,经历了四个阶段:弹性阶段(OA) 、屈服阶段(AB)、强化 阶段(BC)和颈缩阶段(CD)。

低碳钢拉伸时的应力-应变图

硬钢应力-应变图

⑴ 弹性阶段 在图中 OA 段,应力较低,应力与应变成正比例关系,卸去外力,试件恢复原状,无残 余形变,这一阶段称为弹性阶段。弹性阶段的最高点(A 点)所对应的应力称为弹性极限, 用ζ p 表示,在弹性阶段,应力和应变的比值为常数称为弹性模量,用 E 表示,即 E=ζ /ε 。 ⑵ 屈服阶段 当应力超过弹性极限后,应变的增长比应力快,此时,除产生弹性变形外,还产生塑性 变形。当应力达到 B 上点时,即使应力不再增加,塑性变形仍明显增长,钢材出现了“屈服” 现象,这一阶段称为屈服阶段。在屈服阶段中,应力会有波动,出现上屈服点(B 上)和下 屈服点(B 下)。由于下屈服点比较比较稳定且容易测定,因此,采用下屈服点对应的应力作 为钢材的屈服极限(ζ S)或屈服强度。 钢材受力达到屈服强度后,变形迅速增长,尽管尚未断裂,已不能满足使用要求,故结 构设计中以屈服强度作为容许应力取值的依据。

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⑶ 强化阶段 在钢材屈服到一定程度后,由于内部晶格扭曲、晶粒破碎等原因,阻止了塑性变形的进 一步发展,钢材抵抗外力的能力重新提高,在应力-应变图上,曲线从 B 点开始上升直至最 高点 C,这一过程称为强化阶段; 对应于最高点 C 的应力称为抗拉强度(ζ b) 。它是钢材所承受的最大拉应力。常用低碳 钢的抗拉强度为 375~500MPa。

条件屈服点: 某些合金钢或含碳量高的钢材(如预应力混凝土用钢筋和钢丝)具有
硬钢的特点,其抗拉强度高,无明显屈服阶段,伸长率小。 故采用产生残余变形为 0.2%原标距长度时的应力作为屈服强度,称为条件屈服点,用 δ 0.2 表示。

强屈比: 抗抗拉强度与屈服强度之比(强屈比)ζ b/ζ S,是评价钢材使用可靠性的
一个参数。强屈比愈大,钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大,安全性越高,但是,强 屈比太大,钢材强度的利用率偏低,浪费材料。钢材的强屈比一般不低于 1.2,用于抗震结 构的普通钢筋实测的强屈比应不低于 1.25。 ⑷ 颈缩阶段 在钢材达到 C 点后,试件薄弱处的断面将显著减小,塑性变形急剧增加,产生“颈缩” 现象而断裂(图 8-3) 。 钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面收缩率来表示。

伸长率: 将拉断后试件拼合起来,测量出标距长度 l1,l1 与试件受力前的原标距 l0 之
差为塑性变形值,它与原标距 l0 之比为伸长率δ ,按下式计算:

??

l1 ? l0 ?100% l0

式中 δ ——伸长率;
l0——试件原始标距长度,mm; l1——断裂试件拼合后标距长度,mm;

断面收缩率: 是指断口处的面积收缩量与原面积之比

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试件拉伸前和断裂后标距的长度

2.冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力,以试验时的弯曲角度 α 和弯心直径 d 为指标表示。 钢材的冷弯试验是通过直径(或厚度)为 a 的试件,采用标准规定的弯心直径 d(d = na, n 为整数) ,弯曲到规定的角度时(180°或 90°) ,检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现 象。若没有这些现象则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度 α 越大,d/a 越小,则 表示冷弯性能越好。 3. 冲击韧性 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。钢材的冲
击韧性与钢材的化学成分、组织状态,以及冶炼、加工都有关系。例如,钢材中磷、硫含量 较高,存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。 冲击韧性随温度的降低而下降,其规律是:开始下降缓和,当达到一定温度范围时,突 然下降很多而呈脆性,这种性质称为钢材的冷脆性; 4. 耐疲劳性 受交变荷载反复作用时, 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,称为疲劳破坏。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。 在一定条件下, 钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。 钢材在无穷次交 变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值,称为疲劳强度极限,实际测量时常以 6 2?10 次应力循环为基准。一般来说,钢材的抗拉强度高,其疲劳极限也较高。 5.焊接性能 焊接是把两块金属局部加热, 并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态, 而牢固的连接 起来。它是钢结构的主要连接形式。建筑工程的钢结构中,焊接结构要占 90%以上。 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 脆倾向,焊接后钢材的力学性能,特别是强度不低于原有钢材的强度。 钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。 随钢材的含碳量、 合金元素及杂质元素 含量的提高,钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过 0.25%时,可焊性明显降低;硫含量较 多时,会使焊口处产生热裂纹,严重降低焊接质量。

[工程实例分析]

钢结构屋架倒塌

概况:某厂的钢结构屋架是用中碳钢焊接而成的,使用一段时间后,屋架坍塌,请分析 事故原因。 分析讨论:首先是因为钢材的选用不当,中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差;且其焊接 性能较差,焊接时钢材局部温度高,形成了热影响区,其塑性及韧性下降较多,较易产生裂 纹。
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注意:建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。

四、 钢材的组成对其性质的影响
1 钢材的基本晶体组织
钢是以铁(Fe)为主的 Fe-C 合金。Fe-C 合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合 体,称为钢的组织,在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像,故也称显微组织。其组织主 要有铁素体、珠光体、渗碳体和奥氏体四种。

2 化学成分对钢材性质的影响
除铁、碳外,钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些其他元素,这些元素存在于 钢材的组织结构中,对钢材的结构和性能有重要的影响,可分为两类:一类能改善优化钢材 的性能称为合金元素,主要有硅、锰、钛、钒、铌等;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。

化学元素对钢材性能的影响表 化学元素 碳 (C) <0.8% ↑ 硅(Si)>1% ↑ 锰(Mn) 钛 (Ti) 钒(V) 铌(Nb) 磷(P) 氮(N) 硫(S) 氧(O) ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 偏析、冷脆↑↑ 冷脆性↑ ↑ ↓ 强度 ↑ 硬度 ↑ 塑性 ↓ ↓ 韧性 ↓ ↓↓ ↑ ↑ 可焊性 ↓ ↓ 其他 冷脆性↑ 冷脆性↑ 脱氧、硫剂 强脱氧剂 时效↓

五、钢材的冷加工、时效
1 冷加工 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔、冷轧、冷扭和刻痕等使其产生塑性变形,从而提高屈 服强度,降低塑性韧性,这个过程称为冷加工强化处理。 2 时效处理 将冷加工处理后的钢筋, 在常温下存放 15~20d, 或加热至 100~200℃后保持一定时间 (2~3h) ,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 性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。 自然时效:时效处理方法有两种:在常温下存放 15~20d,称为自然时效,适合用于低 强度钢筋; 人工时效:加热至 100~200℃后保持一定时间(2~3h) ,称人工时效,适合于高强钢 筋。

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六、 建筑钢材的标准与选用
1 建筑钢结构常用钢种 ⑴ 碳素结构钢 ①牌号及其表示方法
国家标准 GB 700-88《碳素结构钢》中规定,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。 其中以"Q"代表屈服点; 屈服点数值共分 195、 215、235、255 和 275MPa 五种;质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少,分别用 A、B、C、 D 符号表示;脱氧方法以 F 表示沸腾钢、b 表示半镇静钢、Z、TZ 表示镇静钢和特殊镇静钢, Z 和 TZ 在钢的牌号中予以省略。

例如:Q235-A?F 表示屈服点为 235MPa 的 A 级沸腾钢。 ②碳素结构钢技术性能与应用
根据国家标准 GB 700-88《碳素结构钢》 ,随着牌号的增大,对钢材屈服强度和抗拉强 度的要求增大,对伸长率的要求降低。 碳素结构钢的化学成分、力学性能、冷弯性能应符合 P148 表 8-3、表 8-4 和表 8-5

的规定。 不同牌号的碳素钢在土木工程中有不同的应用:
Q195——强度不高,塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好,主要用于轧制薄板和盘条 等。 Q215——与 Q195 钢基本相同,其强度稍高,大量用做管坯、螺栓等。 Q235——强度适中,有良好的承载性,又具有较好的塑性和韧性,可焊性和可加工性也 较好,是钢结构常用的牌号,大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。 Q255——强度高、塑性和韧性稍差,不易冷弯加工,可焊性较差,主要用做铆接或栓接 结构,以及钢筋混凝土的配筋。

思考题:在钢结构中,为什么 Q235 结构钢能得到普遍的应用?
Q235 是建筑工程中最常用的碳素结构钢牌号,其既具有较高强度,又具有较好的塑性、 韧性,同时还具有较好的可焊性。Q235 良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温 度应力等不利因素作用下的安全性,因而 Q235 能满足一般钢结构用钢的要求。 Q235-A 一般用于只承受静荷载作用的钢结构; Q235-B 适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构; Q235-C 适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构; Q235-D 适合用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。 ⑵ 低合金高强度结构钢 低合金高强度钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于 5%的一种或多种合金元素的钢 材。合金元素有:硅(Si) 、锰(Mn) 、钒(V) 、铌(Nb) 、铬(Cr) 、镍(Ni)及稀土元素等。 ①牌号 根据国家标准 GB 1591-94《低合金高强度结构钢》的规定,低合金高强度结构钢分为 Q295、Q345、Q390、Q420 和 Q460 共五个牌号。每个牌号根据硫、磷等有害杂质的含量,分 为 A、B、C、D 和 E 五个等级。
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? 牌号表示方法为: 如 Q345B 表示屈服强度不小于 345MPa,质量等级为 B 级的低合金高强度结构钢。 ②技术性能与应用 根据国家标准 GB 1591-94《低合金高强度结构钢》的规定, P150 表 8-6 和 8-7 中分别 列出了低合金高强度结构钢的化学成分与力学性能。 低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋,广泛用于钢结构和钢 筋混凝土结构中,特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。 2 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。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筋,主要由碳素结构钢和 优质碳素钢制成,包括有: ⑴ 热轧钢筋 热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一, 主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢 筋混凝土结构的配筋。

热轧带肋钢筋的牌号由 HRB 和牌号的屈服点最小值构成,有 HRB335、HRB400、HRB500
三个牌号,其力学性能规定见 P153 表 8-9。 应用: 普通混凝土非预应力钢筋可根据使用条件选用 I 级钢筋或 HRB335、 HRB400 钢筋; 预应力钢筋应优先选用 HRB400 钢筋,也可以选用 HRB335 钢筋。 ⑵ 冷拉热轧钢筋 P153 表 8.10 冷拉热轧钢筋的性质 ⑶ 冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后, 在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或二 面横肋的钢筋。P154 表 8.11 冷轧带肋钢筋的性质 冷轧带肋钢筋分为 CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170 五个牌号。 CRB550 为普通钢筋混凝土用钢筋,其他牌号为预应力混凝土钢筋。 CRB550 钢筋的公称直径范围为 4~12mm。 CRB650 及以上牌号钢筋的公称直径为 4、5、6mm。

(4) 热处理钢筋
热处理钢筋是将钢筋按一定规则加热、保温和冷却,以改变其组织,从而获得需要性 能的一种工艺过程。其特点是塑性降低不多,但其强度提高很大,综合性能比较理想。其 力学性质见 P154 表 8.12 应用:主用用于预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土工程等。

(5) 冷拔低碳钢丝:
冷拉低碳钢丝是将直径为 6.5~8mm 的 Q235 圆盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝 而制成。 应用:主用用于预应力混凝土工程。 (6)预应力混凝土用钢丝 预应力混凝土用钢丝是以优质碳素结构钢盘条为原料,经淬火奥氏体化、酸洗、冷拉制 成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。 钢丝的抗拉强度比钢筋混凝土用热轧光圆钢、 热轧带肋钢筋高许多, 在构件中采用预应 力钢丝可收到节省钢材、减少构件截面和节省混凝土的效果,主要用作桥梁、吊车梁、大跨
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度屋架、管桩等预应力钢筋混凝土构件中。 ⑸ 钢绞线 根据 GB 5224-95《预应力混凝土用钢绞线》规定,预应力混凝土用钢绞线是以数根优 质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除应力的热处理而制成。根据钢丝的股数分为 1?2、1?3 和 1?7 三种类型,其中 1 表示以一根钢丝为芯、2、3、7 分别表示其周围围绕的钢丝数量为 2、 3 和 7 根。 应用:预应力钢绞线主要用于预应力混凝土配筋,适用于大型屋架、薄腹梁、大跨度 桥梁等负荷大、跨度大的预应力结构。

七、 钢材的腐蚀与防护
1 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(锈蚀) 。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。 ⑴ 化学腐蚀 化学腐蚀指钢材与周围的介质(如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等)直接发生化学 作用,生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢,但在温度高和 湿度较大时腐蚀速度大大加快。 ⑵ 电化学腐蚀 钢材在大气中的腐蚀, 实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致, 但以电化学腐蚀为 主。

2 钢材的防护
⑴ 钢材的防腐 ①采用耐候钢 耐候钢即耐大气腐蚀钢。耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加入少量铜、铬、镍、钼等合 金元素而制成。这种钢在大气作用下,能在表面形成一种致密的防腐保护层,起到耐腐蚀作 用. ②金属覆盖 用耐腐蚀性好的金属,以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面,提高钢材的耐腐蚀能力。 常用的方法有:镀锌(如白铁皮) 、镀锡(如马口铁) 、镀铜和镀铬等。 ③非金属覆盖 在钢材表面用非金属材料作为保护膜,与环境介质隔离,以避免或减缓腐蚀。如喷涂涂 料、搪瓷和塑料等。 ④混凝土用钢筋的防锈 在正常的混凝土中 pH 值约为 12,这时在钢材表面能形成碱性氧化膜(钝化膜) ,对钢 筋起保护作用。 为防止钢筋锈蚀, 应保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度, 在二氧化碳浓度高的工业区采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥, 限制含氯盐外加剂掺量并使 用混凝土用钢筋防锈剂。

⑵ 钢材的防火 钢是不燃性材料,但这并不表明钢材能够抵抗火灾。耐火试验与火灾案例表明:以失去 支持能力为标准,无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有 0.25h,而裸露钢梁的耐火极限
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为 0.15h。

第九章
? 概 述:

木 材

木材是用途十分广泛的建筑材料,在建筑工程中:门窗、屋架、梁、柱、模板、隔墙、 脚手架等,都使用木材。

*在现代建筑中,木材主要用于室内装饰和装修等。 ?

木材的优点:

1) 木质较软,易于加工; 2) 比强度大,轻质高强; ?普通混凝土、低碳钢和松木的比强度分别为 0.012,0.035,0.069。 3) 弹性、韧性好,抵抗冲击和震动效果好; 4) 导热性低,隔热、保温性能好; 5) 纹理美观,易于着色和油漆,装饰效果好。

? 木材的缺点:
A)构造不均匀,呈各向异性;
B)天然缺陷多(如木节,斜纹,裂缝等) ,易腐朽、虫害等; C)具有湿涨干缩的特点,易干裂,翘曲等; D)养护不当,易腐朽,霉烂和虫蛀等; E)耐火性差,易燃烧等

? 木材的分类与构造
种 类 针 叶 树 1) 2) 3) 4) 特 点 用 途 树 种 树叶细长、成针状; 多为常绿树; 树干高而直,易加工; 强度较高,胀缩性小 是建筑工程中主 松树 要使用的树种。 多 杉树 用于承重构件, 如 柏树 门窗。

阔 叶

1) 树叶成片状; 2) 多为落叶树;
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常用做胶合板或 内部装饰较次要

杨 树 槐 树

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3) 通直部分短,难加工; 的承重构件。 4) 表观密度大,易于胀缩,翘曲和 裂缝等

榆 树 桦 树

9.1.2 木材的构造
木材的构造是决定木材性能的重要因素,为合理使用木材,必须研究木材的构造,掌握 木材的基本性质; 木材的构造分宏观结构和微观结构两种。 下面分别介绍宏观结构与微观结构: *(本章重点介绍木材的宏观结构)

一 木材的微观结构:
是指用显微镜所能看到的木材组织。 (了解)

二 木材的宏观结构
1) 定义:宏观结构是指用肉眼或放大镜(通常为 10 倍)可以看见的木材组织。 2) 一般将树干切成三个不同切面: ? 横切面—垂直于树轴的切面; ? 径切面—通过树轴的切面; ? 铉切面—和树轴平行并与年轮相切的平面。 ** 图 9.1 表示的是树干的三个切面。 ? 通过三个切面可见,木材主要是用由树皮、木质部和髓心组成的。 1)树皮:一般用做烧材; 2)木质部:是木材使用的主要部分,分心材和边材两种: 心材— 木质部中靠近髓心,颜色较深的部分。心材含水量少,不易翘曲、抗腐蚀性好; 边材— 靠近横切面的外部,颜色较浅的部分。边材含水量大,易翘曲、抗腐蚀性不如 心材; 在力学性能上,心材与边材无显著的区别。

? ? ?

9.1.4 木材的缺陷
木材的缺陷包括: 节子、裂缝、夹皮、弯曲、伤疤、腐朽和虫害等,对木材的力学性能和外观质量都会 产生较大的影响。 **其中节子、裂纹和腐朽对材质的影响最大. *下面分别介绍节子、裂纹和腐朽对材质的影响: ? 节子:是指埋藏在树干中的枝条。包括活
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节和死节。活节由活枝条组成,死节由枯死的枝条组成。其中死节、腐朽节、漏节对木材的 力学性能、外观质量影响最大; ? 裂纹:木材纤维与纤维之间分离所形成的 缝隙。裂纹破坏了木材的完整性,降低了木材的强度,也是真菌侵入木材内部的通道。 ? 腐 朽: (略)

9.2 木材的主要性质
9.2.1 木材的含水量与吸湿性 1 木材中的含水量 以含水率表示,即木材中所含水的质量占干木材质量的百分率。 木材中的水包括两部分:自由水和吸附水? ? 自由水:木材中存在于细胞腔内和细胞间隙中的水分; ? 吸附水:木材中存在于细胞壁内的水分。 * 纤维饱和点: 当木材中无自由水,而细胞壁中充满吸附水,达到饱和状态时,称为纤维饱和水。木材的 纤维饱和点一般是 25%-35%。 2 吸湿性: 是指潮湿的木材能在较干燥的空气中失去水分, 干燥的木材也能从周围的空气中 吸取水分的性质。 * 平衡含水率: 当木材的含水率与周围空气相对湿度达到平衡时,称为木材的平均含水率。

9.2.2
?

湿胀干缩(变形)湿胀干缩:

是指木材细胞壁内吸附水含量的变化引起木材的变形。 产生裂缝或翘曲等变形, 致使木 构件的结合松弛和凸起;

?

湿胀干缩的影响:

1)产生裂缝或翘曲等变形,致使木构件的结合松弛和凸起; 2)木材的强度下降。

9.2.3 木材的强度
1,木材的各项强度: 木材的强度主要是指其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度. 木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多, 所以工程上均充分利用它的顺纹抗拉、 抗压和 抗弯强度,而避免使其横向承受拉力或压力。 当木材无缺陷时,其强度中顺纹抗拉强度最大,其次是抗弯强度和顺纹抗压强度,但有 时却是木材的顺纹抗压强度最高.各强度大小关系见表 9-2 所示。 2,影响木材强度的注意因素
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(1)含水率:木材的强度受含水率的影响很大,其规律是:当木材的含水率在纤维饱 和点以下时, 其强度随含水率降低而升高, 即吸附水减少, 细胞壁趋于紧密, 木材强度增大, 反之,吸附水增加,木材的强度就降低;当木材含水率在纤维他和点以上变化时,木材强度 不改变。 (2)环境温度;实验表明,温度从 250C 升到 500C 时,木纤维及纤维间胶体软化,木材 抗压强度降低 20%-40%,抗拉和抗剪强度降低 12%-20%; (3)外力作用时间;木材的持久强度仅为极限强度的 50%-60%; (4)缺陷、树木的种类、树龄等;

9.3

木材的防护

木材具有很多优点,但也存在两大缺点,一是易腐,一是易燃,因此建筑工程中应用木 材时,必需考虑木材的防腐和防火问题。 1,木材的干燥:

自然干燥和人工干燥;
2 木材的防腐 木材的腐朽是真菌侵害所致。真菌在木材中生存和繁殖必须具备三个条件,即:水分、 适宜的温度和空气中的氧。所以木材完全干燥和完全浸入水中(缺氧)都不易腐朽。 通常防止木材腐朽的措施有以下两种: (1) 是破坏真菌生存的条件,最常用的办法是:使木结构,木制品和储存 的木材处于经常保持通风干燥的状态,并对木结构和木制品表面进行 油漆处理,油漆涂层既使木材隔绝了空气,又隔绝了水分。 (2) 是把木材变成有毒的物质,将化学防腐剂注入木材中,使真菌无法寄 生。木材防腐剂种类很多,一般分水溶性防腐剂,油质防腐剂和膏状 防腐剂三类。

如何理解:民间谚语称木材: “干千年,湿千年,干干湿湿两三年” 。
? 意思是说,木材只要一直保持通风干燥或完全浸于水中,就不会腐朽破坏,但是 如果木材干干湿湿,则极易腐朽。

3 木材的防火 木材属木质纤维材料,易燃烧,它是具有火灾危险性的有机可燃物。所谓木材的防火, 就是将木材经过具有阻燃性能的化学物质处理后,变成难燃的材料,以达到遇小火能自熄, 遇大火能延缓或阻滞燃烧蔓延的目的,从而赢得扑救的时间。 常用木材防火处理方法是在木材表面涂刷或覆盖难燃材料和用防火剂浸注木材。

9.4

木材的综合应用

1,木材的种类和规格:
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在建筑工程中直接使用木材常有原木、原木、锯材和枕木四种型式。 (1) 原条-指除去皮、根、树梢的木料,但尚未按一定尺寸加工成规定直径和长度 的材料,主要用于工程的脚手架、建筑用材和家具等; (2) 原木-是指去皮去枝梢后按一定规格锯成一定长度的木料;主要用于屋架、檩 条等; (3) 锯材-是指已经加工锯解成材的木料;凡宽度为厚度的 3 倍或 3 倍以上的木料 称为板材,凡宽度不足厚度 3 倍的木料称为枋材。主要用于建筑工程、桥梁、 家具、车辆、包装箱板等

(4) 枕木-指按枕木断面和长度加工而成的材料,主要用于铁道工程。

2,人造木材:
(1)胶合板: 胶合板又称层压板,是用蒸煮软化的原木旋切成大张薄片,再用胶粘剂按奇数层以各 层纤维互相垂直的方向粘合热压而成的人造板材。胶合板层数可达 15 层。根据木片层数的 不同,而有不同的称谓,如三合板、五合板等。我国胶合板目前主要采用松木、水曲柳、椴 木、桦木、马尾松及部分进口原木制成。 胶合板大大提高了木材的利用率, 其主要特点是: 由小直径的原木就能制得宽幅的板材; 因其各层单板的纤维互相垂直, 故能消除各向异性, 得到纵横一样的均匀强度; 干湿变形小; 没有木节和裂纹等缺陷。胶合板广泛用作建筑室内隔墙板,天花板、门框、门面板以及各种 家具及室内装修等。

(2)木地板: a) 条木地板 条木地板分空铺和实铺两种,条木地板自重轻,弹性好,脚感舒适,其导热性小,冬暖 夏凉,且易于清洁。它适用于办公室、会客室、旅馆客房,卧室等场所。 b) 拼花木地板 拼花木地板是较高级的室内地面装修,分双层和单层两种。拼花木地板适合宾馆、会议 室、办公室、疗养院、托儿所、体育馆、舞厅、酒吧、民用住宅等的地面装饰。 c) 复合木地板 复合木地板是以中密度纤维板或木板条为基材, 涂布三氧化二铝等作为覆盖材料而制成 的一种板材,复合木地板安装方便,板与板之间可通过槽榫进行连接。在地面平整度保证的 前提下,复合木地板可直接浮铺在地面上,而不需用胶粘接。复合木地板适用于办公室、会 议室、商场、展览厅、民用住宅等的地面装饰。 (3) 刨花板、木丝板、木屑板 刨花板、木丝板、木屑板是分别以刨花碎片、短小废料刨制的木丝、木屑等为原料,经 干燥后拌入胶料,再经热压而制成的人造板材,这类板材一般表观密度较小,强度较低,主 要用作绝热和吸声材料,但不易用于潮湿处。其表面可粘贴塑料贴面或胶合板作饰面层,这 样既增加了板材的强度,又使板材具有装饰性,可用作吊顶、隔墙、家具等。 (4)纤维板:
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将树皮、刨花、树枝等废料,经破碎,研磨成木浆,加入胶粘剂或利用木材本身的胶粘 物质,再经过热压成型、干燥处理而制成的人造板材。 可代替木材用于室内壁板、门板、地板、家具和其他装修等。 (5)细工木板: 综合利用木材而加工的人造板材,具有吸声、绝热、质坚、易加工等特点,主要适合于家 具,车厢和建筑室内装修等。

第十章
【教学目标与要求】 【教学重点与难点】
重点:防水材料的种类简介。

防水材料

掌握防水材料的类别及其基本性能要求,了解它们于工程中的使用要点。

【教学内容】
防水材料根据其特性可分为柔性和刚性两类。 柔性防水材料是指具有一定柔韧性和较大 延伸率的防水材料,如防水卷材、有机涂料,它们构成柔性防水层。刚性防水材料是指采用 较高强度和无延伸能力的防水材料,如防水砂浆、防水混凝土等,它们构成刚性防水层。 随着现代科学技术的发展,建筑防水材料的品种、数量越来越多,性能各异。依据建筑 防水材料的外观形态可分为防水卷材、防水涂料、密封材料和刚性防水材料四大系列;防水 材料按其组成可分为沥青材料、 沥青基制品防水材料、 改性沥青防水材料和合成高分子防水 材料等。

10.1

沥青

10.1.1 沥青的分类与基本组成结构
⑴ 沥青的分类 沥青是高分子碳氢化合物及其非金属 (氧、 氮、 硫等) 衍生物组成的极其复杂的混合物。 沥青是一种有机胶凝材料,在常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体成液体状态。沥青在按 其产源不同可分为地沥青和焦油沥青,其分类如下所示。 天然沥青 石油沥青 焦油沥青 煤沥青 页岩沥青 石油在天然条件下,长时间地球物理作 用下所形成的产物 石油经炼制加工后所得到的产品 由煤干馏所得到的煤焦油再加工所得 由页岩炼油所得的工业副产品

地沥青 沥 青

沥青是一种憎水性的有机胶结材料,常温下呈固体、半固体或粘性液体。沥青能与砂、 石、砖、混凝土、木材、金属等材料牢固地粘结在一起,具有良好耐腐蚀性,在建设工程中 主要用于道路工程以及防潮、防水、防腐蚀材料。 ⑵ 沥青的基本组成结构 ①石油沥青的基本组成 石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到的残留物,主要为可溶于二硫化 碳的碳氢化合物的半固体粘稠状物质。 石油沥青的组分主要有油分、树脂和地沥青质其组分性状见表 10-1。 表 10-1 石油沥青三组分分析法的各组分性状
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平均分子 量 200~700 800~ 3000 1000~ 5000 碳氢比(原子 比) 0.5~0.7

性状

外观特性 淡黄色透明液 体 红褐色粘稠 半固体 深褐色固体微 粒

物化特性 溶于大部分有机溶剂, 具有光学活性, 常发现 有荧光。 温度敏感性高, 熔点低 于 100℃。 加热不熔化而碳化。

油分

树脂 地沥 青质

0.7~0.8 0.8~1.0

油分赋予沥青以流动性,油分含量的多少直接影响沥青的柔软性、抗裂性及施工难度。 油分在一定条件下可以转化为树脂甚至地沥青质。其含量为 45%~60%。 树脂主要使沥青具塑性和粘性。 它分为中性树脂和酸性树脂, 中性树脂使沥青具有一定 塑性、可流动性和粘结性,其含量增加,沥青的粘聚力和延伸性增加。沥青树脂中还含有少 量的酸性树脂,它是沥青中活性最大的部分,能改善沥青对矿质材料的浸润性,特别是提高 了与碳酸盐类岩石的粘附性,增加了沥青的可乳化性。其含量为 15%~30%。 地沥青质决定着沥青的粘结力、粘度和温度稳定性,以及沥青的硬度、软化点等。沥青 质含量增加时,沥青的粘度和粘结力增加,硬度和温度稳定性提高。其含量为 5%~30%。 ②石油沥青的胶体结构 根据石油沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同,可以形成溶胶型、凝胶型、溶胶 -凝胶型三种不同的胶体结构。随沥青质含量增加,沥青的胶体结构从溶胶结构变为溶胶凝胶结构,再变为凝胶结构。当沥青质含量相对教少时,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构。当沥青质含量较多而油分和树 脂较少时,胶团外膜较薄,胶团靠近聚集,移动比较困难,这时沥青形成凝胶结构。当沥青 质含量适当,并有较多的树脂作为保护膜层时,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: a. 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。 b. 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。 c. 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。 ⑶ 沥青的主要性质 ①粘滞性 石油沥青的粘滞性是指石油沥青内部阻碍其相对流动的一种特性, 它反映石油沥青在外 力作用下抵抗变形的能力。 粘滞性是划分沥青牌号的主要技术指标。 石油沥青粘滞性的大小 与其组分有关,石油沥青中地沥青质含量多,同时有适量树脂,而油分含量较少时,粘滞性 大。粘滞性受温度影响较大,在一定温度范围内,温度升高,粘度降低,反之,粘度升高。 对于固态或半固态粘稠石油沥青, 其粘滞性用相对粘度来表示, 用针入度仪测定其针入度来 衡量。针入度是在规定温度 25℃条件下,以规定质量 100g 的标准针,经历规定时间 5s 贯 入试样中的深度,以 0.1mm 为单位表示。针入度测定示意图见图 6-1。显然,针入度越大, 表示沥青越软,粘度越小。液体石油沥青或较稀的石油沥青的粘度,用标准粘度计测定的标 准粘度表示。 ②塑性 塑性是指石油沥青受到外力作用时, 产生不可恢复的变形而不破坏的性质。 它是石油沥 青的主要性能之一。 当石油沥青中油分和地沥青质适量,树脂含量越多,地沥青质表面的沥青膜层越厚,塑 性越好。温度对石油沥青塑性也有明显影响,当温度升高,沥青的塑性随之增大。
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石油沥青能制造出性能良好的柔性防水材料,很大程度上决定于沥青的塑性。塑性较 好的沥青防水层能随建筑物变形而变形, 一旦产生裂缝时, 也可能由于特有的粘塑性而自行 愈合。沥青的塑性对冲击振动荷载有一定吸收能力,并能减少磨擦时的噪声,故沥青是一种 优良的道路路面材料。 ③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。 变化程度小, 则沥 青温度敏感性小,反之则温度敏感性大。 在相同的温度变化范围内, 各种石油沥青的粘滞性和塑性变化的幅度不相同。 工程要求 沥青随温度变化而产生的粘滞性及塑性变化幅度应较小, 即温度敏感性较小, 以免沥青高温 下流淌,低温下脆裂。工程上往往加入滑石粉、石灰石粉或其他矿物填料的方法来减小沥青 的温度敏感性。 沥青中含蜡量多时, 会增大其温度敏感性, 因而多蜡沥青不能用于建筑工程。 ④大气稳定性 大气稳定性是指石油沥青在大气综合因素(热、阳光、氧气和潮湿等)长期作用下抵抗 老化的性能。大气稳定性好的石油沥青可以在长期使用中保持其原有性质。 石油沥青在热、阳光、氧气和水分等因素的长期作用下,石油沥青中低分子组分向高分子组 分转化,即沥青中油分和树脂相对含量减少,地沥青质逐渐增多,从而使石油沥青的塑性降 低,粘度提高,逐渐变得脆硬,直至脆裂,失去使用功能,这个过程称为老化。 ⑤其它性质 为全面评定石油沥青的品质和保证施工安全, 还应了解石油沥青的溶解度、 闪点和燃点。 溶解度是指石油沥青在三氯乙烯、 四氯化碳或苯中溶解的百分率。 不溶解的物质会降低 石油沥青的性能(如粘性等) ,因而溶解度可以表示石油沥青中有效物质含量。 闪点(也称闪火点)是指沥青加热挥发出可燃气体,与火焰接触闪火时的最低温度。燃 点(也称着火点)是指沥青加热挥发出的可燃气体和空气混合,与火焰接触能持续燃烧时的 最低温度。闪点和燃点的高低表明沥青引起火灾或爆炸的可能性的大小,它关系到运输、储 存和加热使用等方面的安全。 例如, 建筑石油沥青闪点约 230℃. 在熬制时—般温度为 185~ 200℃,为安全起见,沥青还应与火焰隔离。 石油沥青还具有良好防水性。因为沥青是憎水性材料,几乎完全不溶于水;构造致密;与矿 物材料表面有很好的粘结力,能紧密粘附于矿物材料表面;具有一定的塑性,能适应材料或 构件的变形。所以石油沥青具有良好的防水性,故广泛用作土木工程的防潮、防水材料。

10.1.2 改性沥青
建筑上使用的石油沥青必需具有一定的物理性质。如要求在低温条件下应有弹性和塑 性;在高温条件下要有足够的强度和稳定性;在加工和使用过程中具有抗老化能力;还应与 各种矿料和结构表面有较强的粘附力; 以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。 一般沥青不能 全面满足工程上的多项使用要求,因而,常用橡胶、树脂、矿物填料等材料改善沥青性能。 橡胶、树脂和矿物填料等通称为石油沥青的改性材料。 ①矿物填充料改性沥青 矿物填充料改性沥青可提高沥青的粘结能力、耐热性,减小沥青的温度敏感性。常用的 矿物填充料大多是粉状或纤维状矿物, 主要有滑石粉、 石灰石粉、 硅藻土、 石棉和云母粉等。 矿物改性沥青的机理为: 沥青中掺矿物填充料后, 由于沥青对矿物填充料有良好的润湿和吸 附作用,在矿物颗粒表面形成一层稳定、牢固的沥青薄膜,带有沥青薄膜的矿物颗粒具有良 好的粘性和耐热性。矿物填充料的掺入量要恰当,以形成恰当的沥青薄膜层。 ②橡胶改性沥青 橡胶是一类重要的石油改性材料。 它与沥青有较好的混溶性, 并能使沥青具有橡胶的很
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多优点,如高温变形小,低温柔性好等。沥青中掺入一定量橡胶后,可改善其耐热性、耐候 性等。 常用于沥青改性的橡胶有氯丁橡胶、丁基橡胶、再生橡胶等。氯丁橡胶改性沥青 ,可 使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光性、耐臭氧性、耐气候性和耐燃烧性得到大大 改善。丁基橡胶改性沥青具有优异的耐分解性,并有较好的低温抗裂性和耐热性能,多用 于道路路面工程和制作密封材料和涂料。 ③树脂改性沥青 树脂改性沥青,可以改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。由于石油沥青中 含芳香性化合物较少, 因而树脂和石油沥青的相溶性较差, 而且用于改性沥青的树脂品种也 较少,常用品种有:古马隆树脂、聚乙烯、无规聚丙烯 APP、酚醛树脂及天然松香等。无规 聚丙烯 APP 改性沥青克服单纯沥青冷脆热流缺点, 具有较好的耐高温性, 特别适合于炎热地 区。APP 改性沥青主要用于生产防水卷材和防水涂料。 ④橡胶和树脂改性沥青 橡胶和树脂同时用于沥青改性,可使沥青同时具有橡胶和树脂的特性。如耐寒性,且树 脂比橡胶便宜,橡胶和树脂间有较好的混溶性,故效果较好。橡胶和树脂改性沥青可用于生 产卷材、片材、密封材料和防水涂料等。

10.2

防水材料

⑴ 防水卷材 防水卷材是建筑工程防水材料的主要品种之一, 目前我国防水卷材是使用量最大的防水 材料。 防水卷材主要包括普通沥青防水卷材、 改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三个 系列。 ①普通沥青防水卷材 普通沥青防水卷材是指用原纸、 纤维织物、 纤维毡等胎体材料浸涂沥青、 表面撒布粉状、 粒状或片状材料制成可卷曲的片状防水材料。 常见的有石油沥青纸胎油毡、 石油沥青纤维胎 油毡、石油沥青玻纤布胎油毡、石油沥青聚酯毡胎体油毡等。 普通沥青防水卷材中最具代表性的是石油沥青纸胎油毡(油纸) 。用低软化点的石油沥 青浸渍原纸,即构成油纸,如果再用高软化点的石油沥青涂盖油纸的两面,再涂或撤隔离材 料则制成油毡。 隔离材料是防止油毡包装时卷材各层彼此粘结而起隔离作用, 油毡按所用隔 离材料分为“粉毡”和“片毡” ,分别代表所用的隔离材料为粉状(如滑石粉)和片状(如 云母片) 。隔离材料在使用前应扫掉。 沥青纸胎防水卷材是传统的防水卷材,它抗拉能力低、易腐烂、耐久性差,但由于其价 格较低,在我国的建筑防水工程中仍然广泛采用。近年来,通过对油毡胎体材料加以改进、 开发,已由最初的纸胎油毡发展成为玻璃纤维胎沥青油毡、玻璃纤维布胎沥青油毡、聚酯毡 胎沥青油毡和等一系列沥青防水卷材。 如石油沥青玻璃布胎油毡是以玻璃纤维织成的布作代 替纸作为胎体材料,这种油毡的抗拉强度,耐腐烛性均优于沥青纸胎油毡。 ②改性沥青防水卷材 改性沥青防水卷材是以改性沥青为涂盖层,纤维织物或纤维毡为胎体,粉状,片状,粒 状或薄膜材料为覆盖层材料制成可卷曲的片状防水材料。 改性沥青防水卷材改善了普通沥青防水卷材温度稳定性差、 延伸率小等缺点, 具有高温 不流淌、低温不脆裂、拉伸强度较高、延伸率较大等特点。我国常用改性沥青防水卷材有弹 性体改性沥青防水卷材、塑性体改性沥青防水卷材、改性沥青聚乙烯胎防水卷材、沥青复合 胎柔性防水卷材、自粘橡胶沥青防水卷材等。
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A. 弹性体改性沥青防水卷材 弹性体改性沥青防水卷材是以聚酯毡或玻纤毡为胎体、 苯乙烯—丁二烯—苯乙烯 (SBS) 热塑性弹性体作改性剂, 两面覆以隔离材料所制成的防水卷材。 此防水卷材耐高低温性能有 较明显的提高,同时还提高了卷材的弹性和耐疲劳性,并将传统的油毡热施工改为冷施工。 该类防水卷材广泛适用于各类建筑防水、防潮工程,尤其适用于寒冷地区的建筑物防水。 B. 塑性体改性沥青防水卷材 塑性体改性沥青防水卷材是以聚酯毡或玻纤毡为胎体、无规聚丙烯(APP)或聚烯烃类 聚合物(APAO、APO)作改性剂,两面覆以隔离材料所制成的防水卷材。常用塑性体改性沥 青防水卷材为 APP 改性沥青防水卷材,这类防水卷材广泛适用于各类建筑防水、防潮工程。 它可在 130℃以下的温度环境中使用,且耐紫外线的能力强,抗老化能力强于其他改性沥青 防水卷材,因而特别适用于有强烈线阳光照射的炎热地区。 ③合成高分子防水卷材 合成高分子防水卷材是指以合成橡胶、 合成树脂或两者共混体为基料, 加入适量的化学 助剂和填充料等, 经不同工序加工而成的可卷曲的片状防水材料; 或把上述材料与合成纤维 等复合形成两层或两层以上可卷曲的片状防水材料。 合成高分子防水卷材具有多方面的优点,如高弹性,高延伸性,良好的耐老化性、耐高 温性和耐低温性等。 因而已成为新型防水材料发展的主导方向, 其主要产品有聚氯乙烯防水 卷材、氯化聚乙烯防水卷材、氯化聚乙烯—橡胶共混防水卷材、三元乙丙橡胶防水卷材、三 元丁橡胶防水卷材等。 ⑵ 防水涂料 防水涂料是以高分子材料为主体, 在常温下呈无定形液态, 经涂布能在结构物表面固化 形成具有相当厚度并有一定弹性的防水膜的物料总称。 防水涂料广泛适用于工业与民用建筑 的屋面防水工程、地下室防水工程和地面防潮、防渗等。按主要成膜物质可分为乳化沥青类 防水涂料、改性沥青类防水涂料、合成高分子类防水涂料和水泥基防水涂料等。 防水涂料固化前呈粘稠状液态,不仅能在水平面施工,而且能在立面、阴角、阳角等复 杂表面施工。 因而, 特别适合于各种复杂、 不规则部位的防水, 能形成无接缝的完整防水膜。 防水涂料大多采用冷施工,既减少了环境污染,又便于施工操作,改善工作环境。此外,涂 布的防水涂料既是防水层的主体,又是粘结剂,因而施工质量容易保证,维修也较简单。尤 其是对于基层裂缝、施工缝,雨水斗及贯穿管周围等一些容易造成渗漏的部位,极易进行增 强涂刷、贴布等作业。施工时,防水涂料须采用刷子、刮板等逐层涂刷或涂刮,故防水膜的 厚度很难做到像防水卷材那样均匀。 ①沥青基防水涂料 沥青基防水涂料是以沥青为基料配制而成的水乳型或溶剂型防水涂料。 乳化沥青涂刷于 材料基面, 水分蒸发后, 沥青微粒靠拢将乳化剂膜挤裂, 相互团聚而粘结成连续的沥青膜层, 成膜后的乳化沥青与基层粘结形成防水层。乳化沥青涂料的常用品种是石灰乳化沥青涂料, 它以石灰膏为乳化剂,在机械强力搅拌下将沥青乳化制成厚质防水涂料。 乳化沥青的储存期不能过长(一般三个月左右), 否则容易引起凝聚分层而变质。 储存温 度不得低于零度,不宜在-5℃以下施工,以免水结冰而破坏防水层,也不宜在夏季烈日下施 工,因表面水分蒸发过快而成膜,膜内水分蒸发不出而产生气泡。乳化沥青主要适用于防水 等级较低的工业与民用建筑屋面、 混凝土地下室和卫生间防水、 防潮; 粘贴玻璃纤维毡片(或 布)作屋面防水层;拌制冷用沥青砂浆和混凝土铺筑路面等。 ②改性沥青类防水涂料 改性沥青类防水涂料指以沥青为基料, 用合成高分子聚合物进行改性, 制成的水乳型或 溶剂型防水涂料。改性沥青类防水涂料在柔韧性、抗裂性、拉伸强度、耐高低温性能、使用
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寿命等方面比沥青基涂料有很大改善。 这类涂料常用产品有氯丁橡胶沥青防水涂料、 水乳型 橡胶沥青防水涂料、APP 改性沥青防水涂料、SBS 改性沥青防水涂料等。这类涂料广泛应用 各级屋面和地下,以及卫生间等的防水工程。 ③合成高分子类防水涂料 合成高分子防水涂料指以合成橡胶或合成树脂为主要成膜物质制成的单组分或多组分 的防水涂料。这类涂料具有高弹性、高耐久性及优良的耐高低温性能。常用产品有聚氨酯防 水涂料、聚合物乳液建筑防水涂料、聚合物水泥防水涂料、聚氯乙烯防水涂料、有机硅防水 涂料等。适用于高防水等级的屋面、地下室、水池及卫生间的防水工程。 由于聚氨酯防水涂料是反应型防水涂料, 因而固化时体积收缩很小, 可形成较厚的防水 涂膜,具有弹性高、延伸率大、耐高低温性好、耐酸、耐碱、耐老化等优异性能。 还需说明的是, 由煤焦油生产的聚氨酯防水涂料对人体有害, 故这类涂料严禁用于冷库 内壁及饮水池等防水工程。 ⑶ 密封材料 建筑密封材料是能承受位移以达到气密、 水密目的而嵌人建筑接缝中的定形和不定形的 材料。它可起到防水作用,同时也起到防尘、隔汽与隔声的作用。为了使用建筑物或构筑物 工程中各种构件的接缝能够形成连续体, 并具有不透水性与气密性, 密封材料应具有良好的 变形性能、压缩循环性能和耐气候性以及耐水性。 密封材料可分为定型和不定型两大类: 定型密封材料是指具有特定形状的密封衬垫 (如 密封条、密封带、密封垫等) ;不定型密封材料是指一种粘稠状的材料(俗称密封膏或嵌缝 膏) 。 ①建筑防水沥青嵌缝油膏 建筑防水沥青嵌缝油膏是以石油沥青为基料, 加入改性材料、 稀释剂及填充料混合制成 的冷用膏状密封材料。主要用于各种混凝土屋面板、墙板等建筑构件节点的防水密封。 建筑防水沥青嵌缝油膏按耐热性和低温柔性划分标号,如 801 号的耐热温度不高于 80℃,保温柔性温度不低于-10℃。 ②聚氨脂建筑密封膏 聚氨酯建筑密封膏是以异氰酸基(-NCO)为基料,与含有活性氢化物的固化剂组成的一 种常温固化弹性密封材料。聚氨酯密封膏有以下特点:具有易触变的粘度特性,因此不易流 坠,施工性好;耐寒性好,在-50℃时仍具有弹性;耐热性差;聚氨酯预聚体遇水或湿气反 应而产生碳酸气,留在密封材料内部产生气泡,发泡膨胀率可达 0%~25%。 聚氨酯建筑密封膏广泛用于各种装配式建筑的屋面板、楼地板阳台、窗框、卫生间等部 位的接缝, 施工缝的密封; 给排水管道、贮水池、 游泳池、引水渠及土木工程等的接缝密封, 混土裂缝的修补。 ③聚硫建筑密封膏 聚硫建筑密封膏是由液态硫橡胶为主剂和金属过氧化物等硫化剂反应, 在常温下形成的 弹性体密封膏。国内多为双组分产品。 聚硫密封膏是一种饱和聚合物, 不含有易引起老化的不饱和键, 其硫化物在大气作用下 有优良的抗老化性。它与一般橡胶相似,在高温时变软,低温时变硬。适用于金属幕墙、预 制混凝土、玻璃窗、窗框四周、游泳池、贮水槽、地坪及构筑物接缝的防水处理及粘结。 ④硅酮密封胶 硅酮密封胶是以在机硅氧烷为主剂,加入适量硫化剂、硫化促进剂、增强填充料和颜料 等组成的。硅酮密封胶根据其功能可分为: A. 耐候密封胶(简称耐候胶) :是指用于嵌缝的具有较高变形能力的低模数密封胶,主 要用于铝合金、玻璃、石材等的嵌缝;
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B. 结构密封胶(简称结构胶) :是指用于玻璃幕墙结构中玻璃与铝合金构件、玻璃板与 玻璃板等之间的粘结的密封胶。硅酮密封胶具有如下特性:良好的抗老化性能;良好的变形 性能;具有良好的压缩循环性能;耐热、耐寒性能好。 ⑷ 刚性防水材料 刚性防水材料是指以水泥、 石为原料或其内掺入少量外加剂、 砂、 高分子聚合物等材料, 通过调整配合比、 抑制或减小孔隙率、 改变孔隙特征、 增加各原材料界面间的密实性等方法, 配制成具有一定抗渗透能力的水泥砂浆、 混凝土类防水材料。 刚性防水材料可通过两种方法 实现: 以硅酸盐水泥为基料,加入无机或有机外加剂配制而成的防水砂浆、防水混凝土。如外 加剂防水混凝土、聚合物防水砂浆等。 以膨胀水泥为主的特种水泥为基材配制的防水砂浆、防水混凝土。

第十一章 绝热材料和吸声材料
【教学目的与要求】
了解绝热材料的主要类型及性能特点; 了解吸声隔声材料的主要类型及性能特点; 了解装饰材料的主要类型及性能特点; 了解其它功能材料的新进展。

【教学重点与难点】
重点:吸声材料与隔声材料的差别;装饰材料的基本要求及选用原则。

【教学内容】
建筑功能材料是以材料的力学性能以外的功能为特征的材料, 它赋予建筑物防水、 防火、 绝热、采光、防腐等功能。建筑物用途的拓展以及人们物质需求的提高,使其对建筑功能材 料方面的要求越来越高。目前,国内外现代建筑中常用的建筑功能材料有:绝热材料、吸声 材料、装饰材料、光学材料、防火材料、建筑加固修复材料等。

12.1

绝热材料

在建筑中, 习惯上把用于控制室内热量外流的材料叫做保温材料; 把防止室外热量进入 室内的材料叫做隔热材料。保温、隔热材料统称为绝热材料。

12.1.1 绝热材料的性能要求
导热性指材料传递热量的能力。 材料的导热能力用导热系数表示。 导热系数的物理意义 2 为:在稳定传热条件下,当材料层单位厚度内的温差为 1℃时,在 1h 内通过 1m 表面积的热 量。材料导热系数越大,导热性能越好。工程上将导热系数λ <0.23W/m?K 的材料称为绝热 材料。影响材料导热系数的因素有: 材料组成:材料的导热系数由大到小为,金属材料>无机非金属材料>有机材料。 微观结构: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方法来实现,如水淬矿渣即是 一种较好的绝热材料。 孔隙率:孔隙率越大,材料导热系数越小。 孔隙特征:在孔隙相同时,孔径越大,孔隙间连通越多,导热系数越大,这是由于孔中
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气体产生对流。纤维状材料存在一个最佳表观密度,即在该密度时导热系数最小。当表观密 度低于这个最佳值时,其导热系数有增大趋势。 含水率:由于水的导热系数λ =0.58W/m?K,远大于空气,所以材料含水率增加后其导 热系数将明显增加,若受冻(冰λ =2.33W/m?K, )则导热能力更大。 绝热材料除应具有较小的导热系数外, 还应具有适宜的或一定的强度、 抗冻性、 耐水性、 防火性、耐热性和耐低温性、耐腐蚀性,有时还需具有较小的吸湿性或吸水性等。优良的绝 热材料应是具有很高的孔隙率的,且以封闭、细小孔隙为主的,吸湿性和吸水性较小的有机 或无机非金属材料。多数无机绝热材料的强度较低、吸湿性或吸水性较高,使用时应予以注 意。 室内外之间的热交换除了通过材料的传导传热方式外, 辐射传热也是一种重要的传热方 式,铝箔等金属薄膜,由于具有很强的反射能力,具有隔绝辐射传热的作用,因而也是理想 的绝热材料。

12.1.2 绝热材料的种类及使用要点
绝热材料按照它们的化学组成可以分为无机绝热材料和有机绝热材料。 ⑴ 常用无机绝热材料 ①多孔轻质类无机绝热材料 蛭石是一种有代表性的多孔轻质类无机绝热材料, 它主要含复杂的镁、 铁含水铝硅酸盐 矿物,由云母类矿物经风化而成,具有层状结构。将天然蛭石经破碎、预热后快速通过煅烧 带可使蛭石膨胀 20~30 倍。 膨胀蛭石的导热系数约为 0.046~0.070W/m?K, 可在 1000℃的 高温下使用。主要用于建筑夹层,但需注意防潮。 膨胀蛭石也可用水泥、水玻璃等胶结材胶结成板,用作板壁绝热,但导热系数值比松散 状要大,一般为 0.08~0.10W/m?K。 ②纤维状无机绝热材料 A. 矿物棉 岩棉和矿渣棉统称矿物棉, 由熔融的岩石经喷吹制成的纤维材料称为岩棉, 由熔融矿渣 经喷吹制成的纤维材料称为矿渣棉。将矿物棉与有机胶结剂结合可以制成矿棉板、毡、管壳 3 等制品,其堆积密度约为 45~150kg/m ,导热系数约为 0.049~0.044W/m?K。由于低堆积 密度的矿棉内空气可发生对流而导热,因而,堆积密度低的矿物棉导热系数反而略高。最高 使用温度约为 600℃。矿棉也可制成粒状棉用作填充材料,其缺点是吸水性大、弹性小。 B. 玻璃纤维 玻璃纤维一般分为长纤维和短纤维。 短纤维由于相互纵横交错在一起, 构成了多孔结构 3 的玻璃棉,常用于作绝热材料。玻璃棉堆积密度约 45~150kg/m ,导热系数约为 0.041~ 0.035W/m?K。玻璃纤维制品的纤维直径对其导热系数有较大影响,导热系数随纤维直径增 大而增加。以玻璃纤维为主要原料的保温隔热制品主要有:沥青玻璃棉毡和酚醛玻璃棉板, 以及各种玻璃毡、玻璃毯等,通常用于房屋建筑的墙体保温层。 ③泡沫状无机绝热材料 A. 泡沫玻璃 泡沫玻璃是用玻璃细粉和发泡剂(石灰石、碳化钙和焦炭)经粉磨、混合、装模、煅烧 (800℃左右)而得到的多孔材料。泡沫玻璃导热系数小、抗压强度高、抗冻性好、耐久性 好,并且对水分、水蒸汽和其它气体具有不渗透性,还容易进行机械加工,可锯、钻、车及 3 打钉等。表观密度为 150~200kg/m 的泡沫玻璃,其导热系数约为 0.042~0.048W/m?K,抗 压强度达 0.55~0.16MPa。泡沫玻璃作为绝热材料在建筑上主要用于保温墙体、地板、天花 板及屋顶保温。可用于寒冷地区建筑低层的建筑物。 B. 多孔混凝土
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多孔混凝土是指具有大量均匀分布、 直径小于 2mm 的封闭气孔的轻质混凝土, 主要有泡 沫混凝土和加气混凝土。随着表观密度减小,多孔混凝土的绝热效果而增加,但强度下降。 ⑵ 常用有机绝热材料 ①泡沫塑料 泡沫塑料是以各种树脂为基料, 加入各种辅助料经加热发泡制得的轻质保温材料。 泡沫 塑料目前广泛用作建筑上的保温隔音材料,其表观密度很小,隔热性能好,加工使用方便。 常用的泡沫塑料有聚苯乙烯泡沫塑料、 脲醛泡沫塑料、 聚氨酯泡沫塑料、 聚氯乙烯泡沫塑料、 泡沫酚醛塑料等。 ②硬质泡沫橡胶 硬质泡沫橡胶用化学发泡法制成。 特点是导热系数小而强度大。 硬质泡沫橡胶的表观密 3 度在 0.064~0.12g/cm 之间。表观密度越小,保温性能越好,但强度越低。硬质泡沫橡胶 的抗碱和盐的侵蚀能力较强, 但强的无机酸及有机酸对它有侵蚀作用。 它不溶于醇等弱溶剂, 但易被某些强有机溶剂软化溶解。硬质泡沫橡胶为热塑性材料,耐热性不好,在 65℃左右 开始软化。硬质泡沫橡胶有良好的低温性能,低温下强度较高且较好的体积稳定性,可用于 冷冻库。 12.2 吸声隔声材料 12.2.1 吸声材料 吸声材料是一种能在较大程度上吸收由空气传递的声波能量的建筑材料, 在音乐厅、 影 剧院、大会堂等内部的墙面、地面、天棚等部位,适当采用吸声材料,能改善声波在室内传 播的质量,保持良好的音响效果。 ⑴ 吸声材料的性能要求 吸声材料的吸声性能以吸声系数?表示。吸声系数?指声波遇到材料表面时,被吸收的 声能(E)与入射声能(E0)之比。材料的吸声系数 α 越高,吸声效果越好。 任何材料都有一定的吸声能力, 只是吸收的程度有所不同。 材料的吸声特性除与声波方 向有关外,还与声波的频率有关,同一材料,对于高、中、低不同频率的吸声系数不同。为 了全面反映材料的吸声特性,通常取 125、250、500、1000、2000、4000Hz 等六个频率的吸 声系数来表示材料的吸声的频率特性。 凡六个频率的平均吸声系数大于 0.2 的材料, 可称为 吸声材料。 为发挥吸声材料的作用,材料的气孔应是开放的,且应相互连通。气孔越多,吸声性能 越好。大多数吸声材料强度较低,设置时要注意避免撞坏。多孔的吸声材料易于吸湿,安装 时应考虑到胀缩的影响,还应考虑防火、防腐、防蛀等问题。 ⑵ 吸声材料的种类及使用要点 建筑上常用吸声材料及其吸声结构有如下几种: ①多孔吸声材料 声波进入材料内部互相贯通的孔隙,空气分子受到摩擦和粘滞阻力,使空气产生振动, 从而使声能转化为机械能, 最后摩擦而转变为热能被吸收。 这类多孔材料的吸声系数一般从 低频到高频逐渐增大, 故对中频和高频的声音吸收效果较好。 材料中的开放的、 互相连通的、 细致的气孔越多,其吸声性能越好。 ②薄板振动吸声结构 薄板振动吸声结构具有良好的低频的吸声效果, 同时还有助于声波的扩散。 建筑中通常 是把胶合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板或金属板等周边固定在墙或顶棚的 龙骨上,并在背后留有空气层,即构成薄板振动吸声结构。由于低频声波比高频声波容易激 起薄板产生振动,所以薄板振动吸声结构具有低频的吸声特性。
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③共振吸声结构 共振吸声结构具有封闭的空腔和较小的开口, 很象个瓶子。 当瓶腔内空气受到外力激荡, 会按一定的频率振动,这就是共振吸声器。每个单独的共振器都有一个共振频率,在其共振 频率附近, 由于颈部空气分子在声波的作用下象活塞一样进行往复运动, 因摩擦而消耗声能。 若在腔口蒙一层细布或疏松的棉絮, 可以加宽共振频率范围和提高吸声量。 为了获得较宽频 带的吸声性能,常采用组合共振吸声结构。 ④穿孔板组合共振吸声结构 穿孔板组合共振吸声结构与单独的共振吸声器相似, 可看作是许多个单独共振器并联而 成。穿孔板厚度、穿孔率、孔径、背后空气层厚度、以及是否填充多孔吸声材料等,都直接 影响吸声结构的吸声性能。 穿孔板组合共振吸声结构具有适合中频的吸声特性。 这种吸声结 构由穿孔的胶合板、硬质纤维板、石膏板、铝合板、薄钢板等,将周边固定在龙骨上,并 在背后设置空气层而构成。这种吸声结构在建筑中使用比较普遍。 ⑤柔性吸声材料 柔性吸声材料是具有密闭气孔和一定弹性的材料, 如聚氯乙烯泡沫塑料, 表面似为多孔 材料,但因具有密闭气孔,声波引起的空气振动不易直接传递至材料内部,只能相应地产生 振动,在振动过程中由于克服材料内部的摩擦而消耗了声能,引起声波衰减。这种材料的吸 声特性是在一定的频率范围内会出现一个或更多个吸收频率。 ⑥悬挂空间吸声体 悬挂于空间的吸声体, 由于声波与吸声材料的两个或两个以上的表面接触, 增加了有效 的吸声面积,产生边缘效应,加上声波的衍射作用,大提高实际的吸声效果。实际使用时, 可根据不同的使用地点和要求, 设计成各种形式的悬挂在顶棚下的空间吸声体。 空间吸声体 有平板形、球形、圆锥形、棱锥形等多种形式。 ⑦帘幕吸声体 帘幕吸声体是用具有通气性能的纺织品, 安装在离墙面或窗洞一定距离处, 背后设置空 气层。这种吸声体对中、高频都有一定的吸声效果。帘幕的吸声效果沿与材料种类和褶纹有 关。帘幕吸声体安装、拆卸方便。兼具装饰作用,应用价值较高。

12.2.2 隔声材料
建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔 墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声(通过空气传播的声音)和隔绝固体声(通过撞击或 振动传播的声音) 。两者的隔声原理截然不同。 对于空气声, 根据声学中的"质量定律", 其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质 量,质量越大,越不易震动,则隔声效果越好。可以认为:固体声的隔绝主要是吸收,这和 吸声材料是一致的;而空气声的隔绝主要是反射,因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢 板等作为隔声材料。 对于隔绝固体声音最有效的措施是采用不连续结构处理。 即在墙壁和承重梁之间, 房屋 的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫, 这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料, 如毛 毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。

12.3

建筑装饰材料

12.3.1 建筑装饰材料的分类与基本要求
⑴ 建筑装饰材料的分类

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在建筑上,把铺设、粘贴或涂刷在建筑物内外表面,主要起装饰作用的材料称为装饰材 料。 建筑装饰材料通常按照在建筑中的装饰部位分类。 ①地面装饰材料:如地面涂料、陶瓷地砖、花岗岩、木地板、复合材料等; ②外墙装饰材料:如玻璃制品、涂料、铝塑复合板、面砖、花岗岩、装饰混凝土等; ③内墙装饰材料:如墙纸与墙布、涂料、装饰板、复合制品等; ④天棚装饰材料:如塑料吊顶等。 也有按材料的组成来分类。常用的建筑装饰材料有由木材、塑料、石膏、铝合金、铝塑 等制作的装饰材料,这些材料在前几章已作介绍;此外还有涂料、玻璃制品、陶瓷、饰面石 材等。本章主要介绍后几种装饰材料。 ⑵ 建筑装饰材料的基本要求 建筑装饰材料的基本要求除了颜色、 光泽、 透明度、 表面组织及形状尺寸等美感方面外, 还应根据不同的装饰目的和部位,要求具有一定的环保、强度、硬度、防火性、阻燃性、耐 水性、抗冻性、耐污染性、耐腐蚀性等特性要求。在当今日益强调以人为本和社会发展可持 续性的今天, 对材料的绿色环保功能和防火功能也越来越受到人们的重视。 为了加强对室内 装饰装修材料污染的控制, 保障人民群众的身体健康和人身安全, 国家制订了 GB 6566-2001 《建筑材料放射性核素限量》以及关于室内装饰装修材料有害物质限量等 10 项国家标准, 并于 2002 年正式实施。10 项国家标准如下: GB 18580-2001《室内装饰装修材料 人造板及其制品中甲醛释放限量》 GB 18581-2001《室内装饰装修材料 溶剂型木器涂料中有害物质限量》 GB 18582-2001《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》 GB 18583-2001《室内装饰装修材料 胶粘剂中有害物质限量》 GB 18584-2001《室内装饰装修材料 木家具中有害物质限量》 GB 18585-2001《室内装饰装修材料 壁纸中有害物质限量》 GB 18586-2001《室内装饰装修材料 聚氯乙稀卷材地板中有害物质限量》 GB 18587-2001《室内装饰装修材料 地毯、地毯衬垫及地毯胶粘剂有害物质释放限量》 GB 1858-2001《混凝土外加剂中释放氨限量》 GB 6566-2001《建筑材料放射性核素限量》 此外,对不同使用部位的建筑装饰材料有不同的具体要求。 ①外墙装饰材料的功能及要求:使建筑物的色彩与周围环境协调、统一,同时起到保护 墙体结构,延长结构物的使用寿命。 ②内墙装饰材料的功能及要求:保护墙体和保证室内的使用条件,创造一个舒适、美观 和整洁的工作和生活环境。内墙装饰的另一功能是反射声波、吸声、隔音等作用。由于人对 内墙面的距离较近,所以质感要细腻逼真。 ③天棚装饰材料的功能及要求:天棚是内墙的一部分,色彩宜选用浅淡、柔和的色调, 不宜采用浓艳的色调,还应与灯饰相协调。 ④地面装饰材料的功能及要求:地面装饰的目的是保护基底材料,并达到装饰功能。最 主要的性能指标是具有良好的耐磨性。 12.3.2 常用建筑装饰材料性能与应用 ⑴ 装饰玻璃制品 建筑装饰玻璃泛指平板玻璃及由平板玻璃制成的深加工玻璃, 也包括玻璃空心砖和玻璃 马赛克等玻璃类建筑材料。建筑玻璃按其功能一般分为五类:平板玻璃、饰面玻璃、安全玻 璃、功能玻璃及玻璃砖。常用的装饰玻璃制品有: ①磨砂玻璃
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磨砂玻璃是用普通平板玻璃、磨光玻璃、浮法玻璃经机械喷砂,手工研磨(磨砂)或氢 氟酸溶蚀(化学腐蚀)等方法将表面处理成均匀毛面制成,又称毛玻璃、暗玻璃。因其表面 粗糙,使光线产生漫射,故只有透光性而不能透视,使室内光线柔和而不刺目。常用于需要 隐蔽的浴室、卫生间、办公室的门窗及隔断,还可用作黑板。 ②釉面玻璃 釉面玻璃是以普通平板玻璃、压延玻璃、磨光玻璃或玻璃砖为基体,在其表面涂敷一层 彩色易熔性色釉,在熔炉中加热至釉料熔融,使釉层与玻璃牢固结合在一起,再经退火或钢 化等热处理制成具有美丽色彩或图案的装饰材料。它具有良好的化学稳定性、热反射性,它 不透明,永不褪色和脱落,可用于餐厅、宾馆的室内饰面层,一般建筑物门厅和楼梯间的饰 面层,尤其适用于建筑物和构筑物立面的外饰面层,具有良好的装饰效果。 ③钢化玻璃 钢化玻璃也称强化玻璃。 它是平板玻璃经物理强化方法或化学方法处理后所得的玻璃制 品。经过加工处理后,玻璃表面产生一个预压的应力。这个表面预压应力使玻璃的机械强度 和抗冲击性能大大提高。钢化玻璃具有强度高、冲击性好、热稳定性高、安全性高等特性, 在建筑上主要用作高层建筑的门窗、隔墙与幕墙。 ④中空玻璃 中空玻璃由两片或多片平板玻璃构成,用边框隔开,四周边缘部分用密封胶密封,玻璃 层间充有干燥气体。中空玻璃能够保温绝热,而且节能性好,隔声性能优良,并能有效地防 止结露,非常适合在住宅建筑中使用。中空玻璃主要用于需要采暖、空调、防止噪音、结露 及需要无直接阳光和特殊光的建筑物上,如住宅、饭店、宾馆办公楼、学校、医院、商店以 及火车、轮船等。 ⑤玻璃马赛克 玻璃马赛克又称玻璃锦砖, 一般采用熔融法或烧结法生产。 它是一种小规格的彩色饰面 玻璃,色泽柔和、众多、颜色绚丽,可呈现辉煌豪华气派。而且玻璃马赛克还具有化学稳定 性、热稳定性好、抗污性强,不吸水、不积尘、天雨自洗、经久常新、易于施工、价格便宜 等优点,故而广泛应用于宾馆、医院、办公楼、住宅等建筑物外墙和内墙,也可用于壁画装 饰,通过艺术镶嵌,制得礼堂感很强的图案、字画及广告等。 ⑥热反射玻璃 热反射玻璃,又称镀膜玻璃或镜面玻璃。它是在玻璃表面用加热、蒸汽、化学等方法喷 涂金、银、铜、铝、铬、镍、铁等金属,或粘贴有机薄膜,或以某种金属离子置换玻璃表面 中原有离子而制成。热反射玻璃具有较强热反射能力、良好的隔热性能、单向透像等功能作 用。 由于热反射玻璃对光线的反射是镜面反射, 因而大面积使用高反射率的热反射玻璃存在 光污染的可能。 ⑦吸热玻璃 吸热玻璃是既能吸收大量红外辐射能, 又能保持良好的光透过率的平板玻璃。 它是通过 在生产普通玻璃中加入着色剂或在普通平板玻璃表面喷涂具有强烈吸热性能的物质薄膜制 成。吸热玻璃广泛用于现代建筑物的门窗和外墙,起到采光、隔热、防眩作用。吸热玻璃的 色彩具有极好的装饰效果,已成为一种新型的外墙和室内装饰材料。 ⑵ 建筑陶瓷 用于建筑工程的陶瓷制品,则称为建筑陶瓷,主要包括墙地砖、陶瓷锦砖、釉面砖、卫 生陶瓷和琉璃制品等。 ①陶瓷制品的质地分类 陶瓷制品按致密程度由小到大, 或吸水率由大到小可分为陶质制品、 炻质制品和瓷质制 品。陶质制品为多孔结构,通常吸水率大于 9%,断面粗糙无光,敲击时声音粗哑,有无釉
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和施釉两种制品,又可分为粗陶和精陶两种,粗陶不施釉,建筑上常用的烧结粘土砖瓦以及 日用陶盆、陶罐,就是最普通的粗陶制品。精陶一般经素烧和釉烧两次烧成,通常呈白色或 象牙色,吸水率为 9%~12%,高的可达 21%,建筑饰面用的釉面砖,以及卫生陶瓷和彩陶 等多属此类。精陶根据其用途不同,又可分别称为建筑精陶、日用精陶和美术精陶等;瓷质 制品结构致密,基本上不吸水,色洁白,具有一定的半透明性,其表面通常施有釉层。瓷质 制品按其原料土化学成分与工艺制作的不同, 又分为粗瓷和细瓷两种; 炻质制品是介于陶质 和瓷质之间的一类陶瓷制品,也称半瓷,其致密程度没能瓷质制品高,但比陶质制品致密。 炻质制品吸水率较小,其坯体多带有颜色,且无半透明性。炻器按其坯体的细密程度不同, 分为粗炻器和细炻器两种,粗炻器吸水率一般为 4%~8%,细炻器吸水率可小于 2%,建筑 饰面用的外墙面砖、地砖和陶瓷锦砖(马赛克)等均属粗炻器。 ②常用建筑陶瓷制品 A. 墙地砖 墙地砖一般是指外墙砖和地砖。外墙砖是用于建筑物外墙的饰面砖,通常为炻质制品。 外墙贴面砖具有强度高、防潮、抗冻、防火、耐腐蚀、易于清洗、色调柔和等特点。外墙贴 面砖包括带釉贴面砖、 不带釉贴面砖、 线砖及外墙立体贴面砖等。 地砖砖面平整, 色调均匀, 耐腐耐磨,施工方便,还可拼成图案。一般用于室外台阶、地面及室内门厅、厨房、浴厕等 处地面。 B. 陶瓷锦砖 陶瓷锦砖也称陶瓷马赛克,是用于建筑物墙面、地面装饰的片状小瓷砖。陶瓷锦砖花式 繁多,颜色丰富,可拼成各种图案,主要用于厨房、餐厅、浴室等的地面铺贴。 C. 釉面砖 釉面砖属精陶质制品。它色泽柔和、典雅、朴实大方,表面光滑且容易清洗,热稳定性 好,防潮、防火、耐酸碱,主要用作厨房、卫生间、实验室精密仪器车间及医院等室内墙面、 台面等作饰面材料,既清洁卫生,又美观耐用。 D. 琉璃制品 琉璃制品是用难熔粘土制坯成型后, 经干燥、素烧、 施釉、 釉烧而制成,多属陶质制品。 其特点是质地致密,表面光滑,不易沾污,坚实耐久,色彩绚丽,造型古朴。 E. 卫生陶瓷 卫生陶瓷制品主要是洗面器、大小便器、洗涤器、水槽等。 ⑶ 建筑涂料 建筑涂料是指能涂于建筑物表面,并能形成连结性涂膜,从而对建筑物起到保护、装饰 或使其具有某些特殊功能的材料。 建筑涂料的涂层不仅对建筑物起到装饰的作用, 还具有保 护建筑物和提高其耐久性的功能,还有一些涂料具有特殊功能,如防火、防水、吸声隔声、 隔热保温、防辐射等。 按主要成膜物质的性质来分, 建筑涂料可分为有机涂料、 无机涂料和有机无机复合涂料; 按使用功能的不同,建筑涂料又可分为装饰涂料、防水涂料、防火涂料和特种涂料,本节主 要介绍装饰涂料。常见的建筑装饰涂料有以下几种: ①内墙涂料 为了保护人民身体健康,我国已制订了 GB 18582-2001《室内装饰装修材料 内墙涂 料中有害物质限量》的强制性国家标准。其对有害物质的限量见表 12-1。 表 12-1 内墙涂料中有害物质限量值 项目 挥发性有机化合物(VOC) (g/L) 游离甲醛/(g/kg)
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限量值 ≤200 ≤0.1

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可溶性铅 重金属(mg/kg) 可溶性镉 可溶性铬 可溶性汞 ≤90 ≤75 ≤60 ≤60

A. 合成树脂乳液内墙涂料 此涂料是以合成树脂乳液为粘结料,加入颜料、填料及各种助剂,经研磨而成的水乳型 涂料。由于所用的合成树脂乳液不同,具体品种的涂料的性能、档次也就有差异。常用的合 成树脂乳液有:丙烯酸酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯-丙烯酸酯乳液、氯 乙烯-偏氯乙烯乳液等等。 B. 聚乙烯醇水玻璃内墙涂料 以聚乙烯醇树脂水溶液和水玻璃为粘结料,混合一定量的填料、颜料和助剂,经过混合 研磨。分散而成的水溶性涂料。这种涂料属于较低档的内墙涂料。适用于民用建筑室内墙面 装饰。 ②合成树脂乳液砂壁状建筑涂料 这种涂料是以合成树脂乳液为主要粘结料, 以彩色砂粒合石粉为骨料, 采用喷涂方法施 涂于建筑物外墙的,形成粗面涂层的厚质涂料。这种涂料质感丰富,色彩鲜艳且不易褪色变 色,而且耐水性、耐气候性优良。所用合成树脂乳液主要为苯乙烯-苯烯酸酯共聚乳液。此 涂料是一种性能优异的建筑外墙用中高档涂料。 ③溶剂型外墙涂料 此涂料是以合成树脂为基料, 加入颜料、 填料、 有机溶剂等经研磨配制而成的外墙涂料。 它的应用没有合成树脂乳液外墙涂料广泛,但这种涂料的涂层硬度、光泽、耐水性、耐沾污 性、耐蚀性都很好,使用年限多在十年以上,所以也是一种颇为实用的涂料。但此类涂料不 能在潮湿基层上施涂,且其有机溶剂易燃,有的还具毒性。 ④无机建筑涂料 无机建筑涂料是以碱金属硅酸盐或硅溶胶为主要粘结料, 加入颜料、 填料及助剂配制而 成的,在建筑物上形成薄质涂层的涂料。这种涂料性能优良,主要用于外墙装饰,常用喷涂 施工,也可用刷涂或辊涂。但这种涂料抵抗基体开裂的性能较低。 ⑷ 饰面石材 天然石材结构致密、抗压强度高、耐水、耐磨、装饰性好、耐久性好,主要用于装饰等 级要求高的工程中。常用的装饰板材有花岗岩和大理石两类。 ①花岗岩 花岗岩强度高,吸水率小,耐酸性、耐磨性及耐久性好,常用于室内外的墙面及地面。 但花岗岩耐火性差,因为石英在高温时(573℃、870℃)会发生晶型转变产生膨胀而破坏岩 石结构。另需注意某些花岗岩具有放射性污染的问题。 ②大理石 大理石主要化学成分为碱性物质(CaCO3) ,易被酸侵蚀,故除个别品种(汉白玉、艾叶 青等)外,一般不宜用作室外装修,否则会受到酸雨以及空气中酸性氧化物遇水形成的酸类 侵蚀,从而失去表面光泽,甚至出现斑点等现象。大理石的硬度相对较小,使用过程中应避 免用在耐磨性能高的场合,如作为公共场合的地面材料。 ⑸ 壁纸 壁纸图案多变, 色泽丰富, 通过印花、 压花、 发泡的工艺可以仿制许多传统材料的外观, 如可以制成仿木纹、仿石纹、仿瓷砖等的壁纸,甚至可以达到以假乱真的地步。 壁纸可以用不同的方法分类。如可以按壁纸的外观装饰效果分类,有印花壁纸、压花壁 纸、发泡壁纸、有光壁纸等等;从壁纸的功能上分有装饰性壁纸(只起装饰作用) ,防火壁
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纸(可以阻燃防火) 、耐水壁纸(可用于潮湿环境)等;从壁纸的施工方法分有现场刷胶裱 贴的,有壁纸背面预先涂有压敏胶可以直接裱贴的等。 我国目前习惯上多按壁纸生产的原材料来进行分类,包括有以下几个品种:塑料壁纸、 纸质壁纸、纺织纤维壁纸、麻草壁纸、金属壁纸、木片壁纸、静电植绒壁纸、玻璃纤维墙布、 无纺贴墙布和化纤装饰贴墙布等。 值得注意的是,壁纸也存在有害物质污染的问题。国家标准 GB 18585-2001《室内装 饰装修材料 壁纸中有害物质限量》对此作出了规定,见表 12-2。 表 12-2 壁纸中有害物质限量值 有害物质名称 钡 镉 铬 铅 砷 汞 硒 锑 氯乙烯单体 甲醛 限量值(mg/kg) ≤1000 ≤25 ≤60 ≤90 ≤8 ≤20 ≤165 ≤20 ≤1.0 ≤120

12.4

建筑功能材料的新发展

建筑功能材料发展迅速,且在三方面有较大的发展:一是注重环境协调性,注重健康、 环保;二是复合多功能;三是智能化。

12.4.1 绿色建筑功能材料
以前人们注重材料的使用及装饰功能,而忽视其环保、安全功能。随着社会的进步,健 康、 环保成为人类的共同愿望和正当要求, 人们把符合环保要求的产品冠以富于勃勃生机的 “绿色” ,如“绿色食品”“绿色建材”等。建筑功能材料作为建材活跃的一大类,重要的 、 发展方向就是绿色。所谓绿色建材又称生态建材、环保建材等,其本质内涵是相通的,即采 用清洁生产技术, 少用天然资源和能源, 大量使用工农业或城市废弃物生产无毒害、 无污染、 达生命周期后可回收再利用, 有利于环境保护和人体健康的建筑材料。 绿色材料一般具有以 下特征: ⑴ 满足建筑设计的力学性能、使用功能和寿命要求。 ⑵ 在生产、使用过程中具有最小的环境负荷影响,寿命终结时可实现再生循环利用, 对自然环境友好和符合可持续发展原则。 ⑶ 能够满足对人类健康无伤害原则,甚至具有有利于提高人类生活质量水平的功能特 性。 在当前的科学技术和社会生产力条件下,已经可以利用各类工业废渣生产水泥、砌块、 装饰砖和装饰混凝土等; 利用废弃的泡沫塑料生产保温墙体材料; 利用无机抗菌剂生产各种 抗菌涂料和建筑陶瓷等各种新型绿色功能建筑材料。

12.4.2 复合多功能建材
复合多功能建材是指材料在满足某一主要的建筑功能的基础上, 附加了其它使用功能的
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建筑材料。 例如抗菌自洁涂料, 它既能满足一般建筑涂料对建筑主体结构材料的保护和装饰 墙面的作用, 同时又具有抵抗细菌的生长和自动清洁墙面的附加功能, 使得人类的居住环境 质量进一步提高,满足人们对健康居住环境的要求;又如多功能玻璃,人类制造使用玻璃已 有上千年的历史,随着科学技术的发展,建筑玻璃的功能已不仅仅是采光要求,而发展为多 功能复合:光线调节、保温隔热、防弹防盗、防辐射、防电磁干扰、装饰等等。

12.4.3 智能化建材
所谓智能化建材是指材料本身具有自我诊断和预告失效、 自我调节和自我修复的功能并 可继续使用的建筑材料。 当这类材料的内部发生异常变化时, 能将材料的内部状况反映出来, 以便在材料失效前采取措施, 甚至材料能够在材料失效初期自动进行自我调节, 恢复材料的 使用功能。例如自修复混凝土材料,相当部分建筑物在完工,尤其受到动荷载作用后,可能 会产生不利的裂纹,对抗震尤其不利。自愈合混凝土有可能克服此缺点,大幅度提高建筑物 的抗震能力。把低模量粘接剂填入中空玻璃纤维,并使粘接剂在混凝土中长期保持性能。当 结构开裂,玻璃纤维断裂,粘接剂释放,粘接裂缝。为防玻璃纤维断裂,将填充了粘接剂的 玻璃纤维用水溶性胶粘接成束,平直地埋入混凝土中。又如自动调光玻璃,根据外部光线的 强弱,自动调节透光率,保持室内光线的强度平衡,既避免了强光对人的伤害,又可调节室 温和节约能源。 总之, 随着社会的发展和科学技术的进步, 人们对自身生活环境质量的改善的要求越来 越高, 建筑功能材料的发展也随之不断进步, 要真正实现建筑材料的多种功能于一体的健康、 环保材料的生产和应用,尚有较大差距,有待于建筑材料的研究者、生产者、使用者共同努 力,实现建筑功能材料生产和使用的可持续发展目标。

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