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建筑材料,樹玉秀 2012,10,緒論（introduction),一、土木工程材料分類 1、定義：土木工程中所使用的一切材料及制品。 分類 （1）按來源分 天然材料：竹、木等 人造材料：磚、瓦、水泥、砼、鋼材等 （2）按化學(xué)成分 無機(jī)材料：金屬材料（鋼、鐵、鋁、銅等）；非金屬材料(水泥、玻璃、磚瓦、石材） 有機(jī)材料：木、竹、瀝青、塑料等 復(fù)合材料：玻璃纖維增強(qiáng)塑料、鋼纖維增強(qiáng)砼等,二、土木工程材料在土木工程中作用及重要性 1、土木工程材料是構(gòu)成土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。 2、直接影響著或決定著土木工程一些重要性質(zhì)。 （1）結(jié)構(gòu)形式：山西應(yīng)縣佛宮寺木塔（1055年）高66米；馬來西亞石油雙塔樓（砼結(jié)構(gòu)）高452米；上海金茂大廈（鋼砼混合材料結(jié)構(gòu)）高420.5米； 上海電視塔（預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)）468米；舊金山金門大橋（懸索橋）主跨1280.2米；蘇通大橋（斜拉橋）主跨1088米、主塔300多米；大跨度的鋼結(jié)構(gòu)展覽館；體育館；機(jī)場(chǎng)航站樓。07年有39人在金門大橋自殺，當(dāng)局準(zhǔn)備化費(fèi)5000萬裝防護(hù)網(wǎng)。-08-10-12京華時(shí)報(bào)。 （2）安全性 唐山地震 重慶彩虹橋事件（99年1月4日晚6時(shí)50分40多人傷亡）,（3）功能、適用性 絕熱材料、吸聲隔聲材料、裝飾材料、耐熱防火材料、防水抗?jié)B材料、耐磨耐腐蝕材料、防爆防輻射材料。 （4）經(jīng)濟(jì)性 優(yōu)良的建材能滿足： 足夠的強(qiáng)度（承載） 較輕（減輕地基負(fù)荷） 相應(yīng)的耐久性（降低維修費(fèi)） 美觀 功能要求 低能耗 環(huán)保,三、土木工程材料的發(fā)展趨勢(shì) 1、上古時(shí)期人類野處穴居 舊石器時(shí)代的北京猿人（69萬年前）住天然巖洞。 北京周口店龍骨山山頂洞人（18000年前）住天然巖洞。 巢氏教民構(gòu)木為巢，居于樹上。 2、磚木房屋 土坯（8000年歐洲） 鑿琢自然石（50006000年前） 磚（3000年前） 秦磚漢瓦（2000年前） 鋼筋混凝土（19世紀(jì)） 化學(xué)建材具有特殊功能的新型建材,3 、展望 發(fā)展方向：環(huán)保、節(jié)能、輕質(zhì)高強(qiáng)、多功能、結(jié)構(gòu)功能一體化、構(gòu)件化、單元化。 （1）墻體材料 非黏土磚的應(yīng)用 （2）輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土、改性混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土 四、本課程的主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法 水泥、混凝土、鋼材、瀝青、塑料的生產(chǎn)、性能及應(yīng)用是重點(diǎn)。 聽課、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)。 閉卷考試（考試成績(jī)占80%、平時(shí)成績(jī)20%）。,第一章 土木工程材料的基本性質(zhì),土木工程材料受到諸多因素的影響： 力學(xué)作用（外力、自重、風(fēng)力、地震） 物理作用（雨、雪、霜、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、火） 化學(xué)作用（風(fēng)化、酸堿鹽侵蝕） 材料的性能是多方面的，必須與使用環(huán)境相適應(yīng)。 1.1.1材料的組成 1、化學(xué)組成（化學(xué)元素、化合物種類及數(shù)量） 決定材料的：抗酸堿侵蝕性、可燃性、耐火性、鋼材的銹蝕等。 2、礦物組成（礦物種類和數(shù)量）,1-1材料科學(xué)的基本理論,3、 相組成（結(jié)構(gòu)相近性質(zhì)，相同的均勻部分） 氣相、液相、固相：一般材料 鐵素體、滲碳體、珠光體：鋼 集料相、基相、界面相：砼 1.1.2材料的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 1、宏觀結(jié)構(gòu) （1）宏觀結(jié)構(gòu)的孔隙特征 致密結(jié)構(gòu)：金屬、玻璃、塑料 多孔結(jié)構(gòu)：加氣混凝土、泡沫混凝土、輕質(zhì)多孔材料 微孔結(jié)構(gòu)：石膏制品,（2）按組織構(gòu)造特征 堆聚結(jié)構(gòu)：混凝土、砂漿、瀝青混合料 纖維結(jié)構(gòu)：木材、玻璃鋼 層狀結(jié)構(gòu)：膠合板 散粒結(jié)構(gòu)：混凝土集料 2、細(xì)觀結(jié)構(gòu)（以光學(xué)顯微鏡觀察） 混凝土的基相、集料相、界面相 鋼鐵的鐵素體、珠光體、滲碳體 木材的木纖維、導(dǎo)管髓線、樹脂道 3、微觀結(jié)構(gòu)（用中子顯微鏡或x射線分析) 晶體：鋼鐵材料 玻璃體：火山灰 、爐渣、玻璃 膠體：膠粒 （粒徑 10-7-10-10）作為分散相，分散在連續(xù)相（水、氣、溶劑）中 形成的分散體。,1.2材料的基本物理性質(zhì),1.2.1材料的密度、表觀密度、堆積密度 1.密度 絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，材料單位體積的質(zhì)量。 =m/v -g/cm3 m-g V-cm3 近似密度a ：用排液置換法直接測(cè)得的砂、碎石的密度,有的教科書稱為碎石等的表觀密度。 2.表觀密度 在自然狀態(tài)下，材料單位體積的質(zhì)量。 0 =m/v0 V0-表觀體積（包含內(nèi)部孔隙的體積） 3.堆積密度 0 =m/v0,1.2.2材料的密實(shí)度與孔隙度 1.密實(shí)度 材料的體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度 D=v/v0*100% 或D=0/*100% 2.孔隙率 P=（v0-v）/v0=1-D 1.2.3材料的填充率與空隙率 1.填充率：某堆積體中，被散粒材料的顆粒所填充的程度 D=v0/v0*100% 或D= 0/0*100% 2.空隙率 P =1-D,1.2.4材料與水的關(guān)系 1. 材料的親水性與憎水性 親水材料90 憎水材料 90 -潤濕邊角 石灰?guī)r、玄武巖屬于憎水巖石，與瀝青粘結(jié)力強(qiáng)，常用來做鋪路材料。 花崗巖屬親水巖石，與瀝青粘結(jié)力不強(qiáng)，遇水易剝落，即水穩(wěn)定性差不宜用做鋪路材料。 2.材料的吸水性與濕性 （1）含水率 所含水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)下材料的質(zhì)量之比 W=（m1-m）/m*100% m-材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g m1-材料在含水狀態(tài)下的質(zhì)量，g,（2）吸水性 吸水率：材料吸水飽和時(shí)的含水率。 致密巖石：0.5-0.7% 混凝土：2-3% 粘土磚：8-20% 木材等：100% （3）吸濕性：材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)，具有 可逆性。 影響：木制門窗、保溫材料 3.材料的耐水性：材料抵抗水破壞作用的能力。 （1）破壞作用 力學(xué)性質(zhì)方面 光學(xué)性質(zhì)方面 裝飾性質(zhì)方面,（2）軟化系數(shù) 材料在吸水飽和狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度/材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度 長期受水浸泡或處于潮濕環(huán)境中的重要建筑，其材料的軟化系數(shù)0.85。 4.材料的抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。 K=Qd/AtH K-滲透系數(shù)，cm/h Q-透水量，cm3 D-試件厚度，cm A -透水面積，cm2 t-時(shí)間，h H-靜水壓力水頭，cm K越小，抗?jié)B性越好。,1-3 材料的基本力學(xué)性質(zhì),1.3.1材料的強(qiáng)度(strength) 材料在外力作用下，抵抗破壞的能力 抗壓強(qiáng)度 、抗拉強(qiáng)度 、抗剪強(qiáng)度 f=Fmax/A 抗彎強(qiáng)度 f=3FmaxL/2bh2 (單點(diǎn)集中加荷）；f=FmaxL/bh2 (三分點(diǎn)集中加荷） 土木工程材料常根據(jù)其強(qiáng)度劃分為若干不同的等級(jí)。 1.3.2彈性與塑性(elasticity and plasticity) 彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力除去后變形隨即消失，完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種可完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 塑性：材料在外力作用下，當(dāng)壓力超過一定限值時(shí)產(chǎn)生顯著變形，且不產(chǎn)生裂縫或發(fā)生斷裂，外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。,1.3.4脆性與韌性(shortness/brittleness and toughness) 脆性：材料發(fā)生突然破壞之前無明顯的塑性變形。 如陶瓷、玻璃、石材、磚瓦、鑄鐵。 韌性：在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量不發(fā)生破壞的性質(zhì)。也稱沖擊韌性。如.建筑鋼材（軟鋼），木材等。 橋梁、吊車梁及有抗震要求的工程中，結(jié)構(gòu)材料要有較好的韌性。 1.4材料的耐久性(durability) 定義：材料在使用中，抵抗其自身和環(huán)境的長期破壞作用，保持其原有性能而不破壞、不變質(zhì)的能力。 內(nèi)容：抗風(fēng)化、抗酸堿鹽侵蝕、抗?jié)B、耐水、抗凍等性能，屬于綜合指標(biāo)。,第二章建筑鋼材(steel material),建筑鋼材包括：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋、鋼絲和用于鋼結(jié)構(gòu)各種型鋼如鋼管、槽鋼、工字鋼、角鋼等。 2-1 鋼材的化學(xué)組成 1、主要成分：鐵、碳、合金元素、雜質(zhì)。 2、分類 按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼 （1）碳素鋼 低碳鋼 含碳量小于0.25% 中碳鋼 含碳量0.25%，0.6%） 高碳鋼 含碳量大于0.6% （2）合金鋼 低合金鋼 合金元素含量小于 5% 中合金鋼 合金元素含量 5%，10%,高合金鋼：合金元素含量大于 10% 建筑鋼材含碳量一般為不超過0.8%的碳素鋼及低合金鋼。 3、各元素對(duì)鋼材性能的影響 （1）碳它與鐵原子的結(jié)合方式有： 固溶體：形成鐵素體，含碳量極少。 化合物（Fe3C）：形成滲碳體，含碳量較高。 機(jī)械混合物：形成珠光體，含碳量在二者之間。 含碳量，珠光體，強(qiáng)度，塑性、韌性、可焊性（0.6%時(shí)，可焊性很差）。 （2）合金元素 硅 含量低于1%時(shí)，能提高鋼材的強(qiáng)度。 錳 含量1%-2%，提高鋼材的強(qiáng)度。 鈦 強(qiáng)度 ，韌性、可焊性。,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕(抵抗海水腐蝕能力很強(qiáng)），主要用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、飛船等，少量用于冶金、能源、交通醫(yī)療及石化工業(yè)。 礬 強(qiáng)度 鈮 強(qiáng)度 （3）雜質(zhì)元素 磷 強(qiáng)度 ，可焊性 ，冷脆性 。 有益作用：提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性、改善切削性，耐大氣腐蝕性強(qiáng)，在低合金鋼中可配合其它元素做合金元素用，軍事上利用其脆性制造炮彈增大殺傷力。 普通碳素鋼 磷含量0.045% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 磷含量0.035% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 磷含量0.030%,硫 極有害元素 可焊性 ，熱脆性，熱加工性 普通碳素鋼 硫含量0.055% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 硫含量0.040% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 硫含量 0.02%-0.03% 氧 韌性、可焊性 氮 強(qiáng)度 ，塑性、韌性 包括：抗拉、冷彎、沖擊韌性、硬度和耐疲勞性。 2.2.1抗拉性能(tensile strength) 屬最重要的性能，主要技術(shù)指標(biāo)有：屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長率。,2-2建筑鋼材的主要力學(xué)性能,1、-圖 OA：彈性階段 AB：彈塑性階段 BC：塑性階段 CD：強(qiáng)化階段 DD：破壞階段 （頸縮、斷裂）插圖p24,2、指標(biāo)(indexes) 彈性極限p 彈性范圍內(nèi)，所能承受最大的力。 彈性模量E 彈性模量大，抗變形能力強(qiáng)。 上屈服點(diǎn)su 屈服階段，所能承受最大的力。 下屈服點(diǎn)sl 對(duì)試驗(yàn)條件較不敏感。 屈服強(qiáng)度s 取為下屈服點(diǎn) 抗拉強(qiáng)度b 抗拉試驗(yàn)中，所能承受最大的力。 強(qiáng)屈比b / s 大于1.2，影響材料安全及利用率。 硬鋼的屈服點(diǎn) 0.2 產(chǎn)生殘余變形達(dá)到原始長度0.2% 時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。 斷后伸長率 =（l1-l0）/l0*100% 對(duì)于鋼筋一般 8-27%。反映鋼材的塑性。 510 (5，10為試件的長、徑直比）。 工程上把105%的材料成為塑性材料； 105%的為脆性材料。,2.2.2 冷彎性能(cold bending property) 1、定義 鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。 2、物理意義 一定程度上揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織的不均勻、內(nèi)應(yīng)力、夾雜物未融合及微裂紋等缺陷，能反映冶金質(zhì)量和焊接質(zhì)量。 3、冷彎實(shí)驗(yàn) 試件長度 L=5a+150(mm);試驗(yàn)角度180； 彎心直徑d=0,0.5a,a,2a,3a a-試件厚度或直徑； 試驗(yàn)溫度10-35； 緩慢加載。 4、指標(biāo) 彎曲角度，彎心直徑/試件厚度或直徑,2.2.3沖擊韌性(impact toughness) 1、定義：鋼材抵抗沖擊載荷的能力。 2、沖擊韌性試驗(yàn) 3沖擊韌性值：Kv=GH1-GH2 4、冷脆性：鋼材在低溫下，呈現(xiàn)脆性的現(xiàn)象。 5、脆性臨界溫度：鋼材在降到某一溫度范圍時(shí)，沖擊韌性急劇下降，而呈現(xiàn)脆性，該溫度即為脆性臨界溫度。 6、時(shí)效：鋼材隨時(shí)間延長強(qiáng)度提高、塑性和韌性下降的現(xiàn)象。 7、時(shí)效敏感性：因時(shí)效而導(dǎo)致性能改變的程度。受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)物如橋梁等，應(yīng)選用時(shí)效敏感性小的鋼材。,8、實(shí)例(instances) 國外一鋼橋在夜間溫度驟降下，因冷脆而塌落。 Poland 一跨度76.6米的鋼梁組合橋（composite bridge)于1987.1.8在溫度-35發(fā)生塌毀事故。 我國北方60年代初，一鋼筋混泥土梁，因鋼筋焊接接頭冷脆而塌落的事故。 選用鋼材時(shí)，在負(fù)溫使用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)選用脆性臨界溫度較使用溫度為低的鋼材。 2.2.4硬度(hardness) 1、定義 指鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。是鋼材彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性及變形強(qiáng)化率等的綜合反映。 2、布氏硬度(Brinell hardness) HB=P/（Dh) P-壓入載荷，N;D-鋼球直徑，mm;H-壓入深度，mm。,F,D是定值，只要測(cè)出d,再查表即可。 硬度計(jì)壓頭為淬火鋼球時(shí)用HBS表示適用于HB450的材料；壓頭為硬質(zhì)合金鋼球時(shí)用HBW表示，適用于450HB650的材料。 標(biāo)注方法：170HBS10/3000/30 170-布氏硬度值 10-鋼球直徑(mm) 3000-試驗(yàn)力F值（kgf) 30-加壓持續(xù)時(shí)間（s) 3、布氏硬度值與抗拉強(qiáng)度的相關(guān)性 碳素鋼： HB175時(shí)，b=3.6HB HB175時(shí)，b=3.5HB 根據(jù)以上關(guān)系，可在鋼結(jié)構(gòu)上原位測(cè)得的HB值估算b。,4、洛氏硬度(Rockwell hardness) 根據(jù)壓頭壓入試件的深度大小確定材料的硬度值。一般用于判斷機(jī)械零件的熱處理效果。數(shù)值可直接從硬度計(jì)儀表盤讀出。 1）包括4種類型: HRA:120金剛石圓錐壓頭，測(cè)量范圍6085HRA,試驗(yàn)力588.4N; HRB:直徑1.588mm鋼球壓頭，25100 HRB,980.7N; HRC:金剛石圓錐壓頭,2067 HRC,1471N;（生產(chǎn)中使用最多） HRD:金剛石圓錐壓頭,4077 HRC,980.7N. 2）標(biāo)注：60HRC 3）HRC:HB=1:10(當(dāng)HBS220時(shí)） 5、維氏硬度（Vickers hardness)壓頭為金剛石正四棱錐，用HV表示。 2.2.5 耐疲勞性 1、鋼材的疲勞破壞：指在交變應(yīng)力作用下，鋼材在應(yīng)力遠(yuǎn)小于b時(shí)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 2、疲勞極限r(nóng) 在疲勞試驗(yàn)中，試件在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。,3、應(yīng)力比值 =min/ max 測(cè)定鋼筋疲勞極限時(shí)，通常采用拉應(yīng)力循環(huán)。 非預(yù)應(yīng)力筋 =0.1-0.8 預(yù)應(yīng)力筋 =0.7-0.85 周期基數(shù) 200萬次或400萬次以上。 4、鋼材疲勞破壞的原因,微小缺陷，表面質(zhì)量不好,裂紋形成,裂紋擴(kuò)展,斷裂,2.3 鋼材的冷加工強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、熱處理和焊接,1、鋼材的冷加工強(qiáng)化 指將鋼材在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋 （熱軋：12001300），產(chǎn)生塑性變形 屈服強(qiáng)度 ：塑性、韌性、彈模,2、時(shí)效處理 將經(jīng)過冷加工后的鋼材于常溫下存放15-20天，或加熱到 100-200，并保持一段時(shí)間，這一過程就是時(shí)效處理。 前者稱自然時(shí)效，后者為人工。 一般強(qiáng)度較低的鋼筋可采用自然時(shí)效，強(qiáng)度較高的鋼筋應(yīng)采用人工時(shí)效處理。,時(shí)效處理,抗拉強(qiáng)度略有提高,塑性、韌性下降,彈?；净謴?fù),屈服強(qiáng)度提高,2.3.2鋼材的熱處理 1、退火：用于冷加工后的鋼材處理，以減少冷加工產(chǎn)生的各種缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力。分為： 低溫退火：加熱溫度在鐵素體等轉(zhuǎn)變溫度以下，是少量位錯(cuò)重新排列。 完全退火：加熱溫度高于相變溫度，達(dá)到800850度，在經(jīng)適當(dāng)保溫后緩慢冷卻，使鋼材再結(jié)晶。 2、淬火和回火（二者通常相連） （1）淬火：加熱到相變溫度（723度）以上，保溫使組織完全轉(zhuǎn)變，即投入冷卻介質(zhì)（水或礦物油）中急冷，使轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定介質(zhì)：強(qiáng)度、硬度，塑性、韌性。 （2）回火：在淬火之后進(jìn)行，加熱溫度在轉(zhuǎn)變溫度以下（150650度），保溫后按一定速度冷卻至室溫。 消除淬火內(nèi)應(yīng)力，硬度，塑性、韌性。,我國生產(chǎn)的熱處理鋼筋采用中碳低合金鋼經(jīng)油浴淬火和鉛浴高溫（500-600度）回火制得。其組織為鐵素體和均勻分布的細(xì)顆粒滲碳體。 2.3.3鋼材的焊接 1、焊接方法 （1）電弧焊（鋼結(jié)構(gòu)）焊條與焊件之間產(chǎn)生高溫電弧，將焊條與焊件金屬熔化，凝固后形成焊縫。 （2）電渣壓力焊（鋼筋） 電流通過渣池產(chǎn)生電阻熱將鋼筋端部熔化，施加壓力使鋼筋焊合。 2、焊接質(zhì)量的檢驗(yàn) 取樣試件試驗(yàn)（鋼筋接頭） 原位非破損檢測(cè)（鋼結(jié)構(gòu)） 超聲波、射線、磁力、熒光等。 3、實(shí)例：鳥巢體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)（鋼號(hào)Q460）焊縫總長300Km，超聲波檢驗(yàn)合格率100%。,2-4鋼材的防火與防腐,2.4.1鋼材的防火 1、高溫對(duì)鋼材的性能有很大影響（高溫蠕變）: 250度時(shí)，b,k,稱藍(lán)脆現(xiàn)象。 大于300度時(shí)，b， s . 600度時(shí)，強(qiáng)度 （-2/3），不能承載。 2、防火措施 （1）設(shè)置防火板 （2）涂刷防火涂料 非膨脹型防火涂料 難(不) 燃性樹脂+難燃劑+防火填料。 膨脹型防火涂料 難(不) 燃性樹脂+難燃劑+成碳劑+脫水成碳催化劑+發(fā)泡劑,2.4.2鋼材的銹蝕與防止 1、主要原因 （1）化學(xué)銹蝕 鋼材與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。主要是氧化作用引起，環(huán)境干燥時(shí)較慢而在潮濕的環(huán)境，和溫度較高時(shí)則速度較快?？諝庵械亩趸?，二氧化硫也能引起。 （2）電化學(xué)腐蝕 金屬在潮濕的氣體中或?qū)щ娙芤海娊赓|(zhì)）中，形成微電池而引起的腐蝕，是最主要的腐蝕形式。 1）鋼的表面在電解質(zhì)溶液中形成微電池： 鐵素體-陽極，失去電子成為Fe2+進(jìn)入水膜； 滲碳體-陰極，溶于水中的氧被還原成OH-;,二者反應(yīng)最終產(chǎn)物為疏松易剝落的紅棕色鐵銹Fe(OH)3隨暴露出的滲碳體越來越多，微電池也越來越多，銹蝕也日益加速。 2）鐵銅接觸形成微電池(二者之間存在電解質(zhì)） 鐵的電極電位低(-0.44v)，為陽極不斷失去電子而被溶解；銅的電極電位高(+0.33v)為陰極在其上放出氫氣。 抗電化學(xué)腐蝕的措施： 提高電極電位-在鋼中加入Cr、Ni、Si等合金，如在鐵中加鉻11.7%時(shí)，可把合金的電位提高到+0.2v,能有效地抵抗空氣、水、酸堿鹽腐蝕； 盡量獲得單相組織-在鋼中加入Cr、Ni、Si等合金，使之在常溫下形成單相鐵素體、奧氏體、馬氏體，難以形成微電池； 形成氧化膜（鈍化膜）-在鋼中加入Cr、Si、Al等合金,在鋼的表面形成一層致密、牢固的氧化膜，把鋼與周圍介質(zhì)隔開。 （3）應(yīng)力腐蝕 指應(yīng)力狀態(tài)下腐蝕加快的現(xiàn)象。由于應(yīng)力大的地方形成陽極，易于腐蝕。預(yù)應(yīng)力鋼筋因應(yīng)力存在更易腐蝕，要給予足夠的關(guān)注。,2、防止措施 （1）鋼筋的防腐 混凝土中的鋼筋因處于堿性環(huán)境中，一般不致腐蝕。但有時(shí)會(huì)由于摻加摻合料，或碳化反應(yīng)（CO2與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)）使混凝土中Ca(OH)2含量減少，降低了堿性?；蛴捎谔砑恿撕新入x子的外加劑，也會(huì)使鋼筋銹蝕。 提高混凝土的密實(shí)度 確保保護(hù)層厚度 限制氯鹽外加劑 采用環(huán)氧樹脂涂層 （2）鋼結(jié)構(gòu)防腐 刷漆（包括底漆和面漆） 熱浸鍍鋅或鉻，鍍鋅后加涂塑料復(fù)合層,特殊工程用不銹鋼（加鉻、鎳） 犧牲陽極 如用電位較低的鎂合金、鋅合金、鋁合金作陽極和地下鋼管連起來，形成微電池，不斷消耗陽極以保護(hù)鋼管。,用廢鋼鐵作陽極通過電池與要保護(hù)的鋼管連起來。,2-5建筑鋼材的品種與選用 2.5.1主要鋼種 基本上是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。 1、建筑用碳素結(jié)構(gòu)鋼(屬普通碳素鋼） (1)牌號(hào)：有5個(gè)牌號(hào)：Q195,Q215,Q235,Q255,Q275 含碳量：0.06%-0.38% 質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D（由低到高） 脫氧程度：F(沸騰鋼），Z（鎮(zhèn)靜港），b（半鎮(zhèn)靜鋼），TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼) (2)Q235-BZ的意義,(3)特點(diǎn)：塑性較好，適于各種加工，在焊接、沖擊及適當(dāng)超載的情況下也不會(huì)突然破壞，對(duì)軋制 、加熱、驟冷的敏感性較小，因而常用于熱軋鋼筋。 2、低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼 （1）牌號(hào) 8個(gè)牌號(hào)：Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 Q500 Q550 Q620 Q690 質(zhì)量等級(jí)：A B C D E 含碳量： 0.1%0.25% 屈服點(diǎn)：比碳素鋼高25%50%以上，屈強(qiáng)比較高 (2)特點(diǎn)：采用低合金鋼的目的是減輕結(jié)構(gòu)的重量，節(jié)約鋼材和延長使用壽命。此類鋼材具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，也有良好的塑性和韌性（尤其是低溫韌性）及耐腐蝕性，尤其適用于大跨度承受動(dòng)載荷和沖擊載荷的結(jié)構(gòu)物。,2.5.2常用建筑鋼材 1、鋼筋（reinforcing bar, rebar ) 鋼筋公稱直徑：6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、32、36、40、50mm. (1)低碳鋼熱軋圓盤條：由Q215,Q235熱軋而成HPB235,HPB300(級(jí)鋼筋） 含碳量：0.17%-0.25%；公稱直徑：622mm 特點(diǎn)：強(qiáng)度較低，但塑性好，伸長率高，便于彎折成形和焊接。用作中小型結(jié)構(gòu)的受力鋼筋或箍筋，及冷加工原料。 (2)熱軋帶肋鋼筋（hot rolled ribbed steel bar) 采用低合金鋼熱軋而成，表面有兩條縱肋及沿長度方向均勻分布的橫肋。 含碳量：0.17%-0.25%; 公稱直徑：6、8、10、12、16、20、25、32、40、50mm. 牌號(hào)：HRB335 HRBF335 HRB400 HRBF400 HRB500 HRBF500 特點(diǎn)：強(qiáng)度較高，塑性、可焊性也較好。用于受力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋。,（3）冷軋帶肋鋼筋（cold rolled ribbed steel bar) 采用熱軋圓盤條經(jīng)冷軋而成。 牌號(hào)：CRB550 CRB650 CRB800 CRB970 (指抗拉強(qiáng)度）；公稱直徑412mm 特點(diǎn)：冷軋后，.2，但保證 .2.05,適用于中小預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 (4)預(yù)應(yīng)力筋 中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲（光面，螺旋肋） 公稱直徑5、7、9mm（510、650、810 N/mm2) 預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋 公稱直徑18、25、32、40、50mm（650、770、900 N/mm2),消除應(yīng)力鋼絲（光面，螺旋肋） 公稱直徑5、7、9mm(1040、1110、1320 N/mm2） 鋼絞線（三股、七股） 公稱直徑: 三股（8.6、10.8、12.9mm) 七股（9.5、12.7、15.2、17.8、21.6mm) 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：1110、1220、1320、1390 N/mm2 2、型鋼 （1）熱軋型鋼：角鋼，工字鋼，槽鋼，T、H、Z型等 鋼種及鋼號(hào)選擇依據(jù)：,構(gòu)件重要性 荷載性質(zhì)（動(dòng)、靜） 連接方法 工作條件（ 溫度、介質(zhì)） 常用鋼種 碳素結(jié)構(gòu)鋼中Q235-A(含碳量0.14-0.22%），強(qiáng)度石中，塑性好，可焊性好，成本低。 低合金鋼 Q345,Q390( 鳥巢用鋼Q460），用于大跨度、承受動(dòng)在的鋼結(jié)構(gòu)。 （2）冷彎薄壁型鋼 2-6mm薄板冷彎或模壓而成，有角鋼、槽鋼以及方形、矩形空心薄壁型鋼等，用于輕型結(jié)構(gòu)。 （3）鋼板 定義：用光面軋輥軋制而成的扁平鋼材稱為鋼板。 分類：冷軋鋼板（厚度0.2-4mm），熱軋鋼板（厚板 d4mm;薄板）,應(yīng)用：厚板：型鋼的連接， 薄板：屋面、墻面圍護(hù)材料 第三章無機(jī)膠凝材料 (non-organic cementing material) 1、膠凝材料的定義：能經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用， 將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)成整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。 2、分類 按成份分為： （1）有機(jī)膠凝材料（如瀝青，樹脂）， （2）無機(jī)膠凝材料（如水泥，石灰，石膏）。 氣硬性膠凝材料：只能在空氣中凝結(jié)硬化（石灰，石膏）。 水硬性膠凝材料： 在空氣和水中均能凝結(jié)硬化，如水泥。,3-1氣硬性膠凝材料 3.3.1石膏(plaster) 石膏是以CaSO4為主要成分的膠凝材料，成本低，應(yīng)用廣泛。常用的產(chǎn)品有建筑石膏，高強(qiáng)石膏，無水石膏水泥。 1、石膏的生產(chǎn) 原料：礦石（ CaSO42H2O),化工副產(chǎn)品和廢渣。 主要工序：破碎 加熱煅燒 磨細(xì) 化學(xué)反應(yīng)：CaSO42H2O 107-170CaSO41/2H2O+3/2H2O 產(chǎn)品： （1）高強(qiáng)石膏（型半水石膏）加熱條件：0.13MPa,120過飽和蒸汽下蒸煉，或在鹽類溶液中沸煮。晶粒粗，強(qiáng)度大。 （2）建筑石膏 （型半水石膏）加熱條件：在非密閉窯爐中加熱脫水。用水量大，晶粒細(xì)，強(qiáng)度低。,2、建筑石膏的凝結(jié)與硬化 CaSO41/2H2O+3/2H2O CaSO42H2O （化學(xué)反應(yīng)） 二水石膏的溶解度僅為半水石膏的1/5左右，反應(yīng)總向右進(jìn)行，溶液中，不斷析出二水石膏的膠粒。 水化過程：膠粒 晶體 固體 3、建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用 （1）技術(shù)性質(zhì) 顏色：白色粉末 密度：=2.6-2.75，0=800-1000Kg/m3 凝結(jié)時(shí)間：t初6min, t終30min,要延長凝結(jié)時(shí)間可加入緩凝劑，如硼砂，酒石酸堿鈉，檸檬酸，聚乙烯醇。 硼砂：Na2B4O710H2O（十水四硼酸鈉），用于搪瓷、玻 璃工業(yè)，以提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性、 光澤、透明度、抗沖擊性及抗腐蝕性。,孔隙率：P=50-60%,導(dǎo)熱系數(shù)小，吸聲性強(qiáng)，吸濕性大，可調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度。 裝飾性：質(zhì)地潔白細(xì)膩， 因硬化時(shí)體積略有膨脹，可澆鑄出紋理細(xì)致的浮雕花飾。 耐水性和抗凍性：較差，不宜用于潮濕的部位。 抗火性：較好，因?yàn)橛龌鹉芊懦鼋Y(jié)晶水，形成蒸汽幕。但也不能長期用于65以上環(huán)境，以免脫水而失去強(qiáng)度。 儲(chǔ)存：注意防潮，儲(chǔ)存3月后，強(qiáng)度降低30%左右，要重新進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。 （2）應(yīng)用 1）抹灰材料：即石膏砂漿（石膏+砂+緩凝劑+水） 2）墻體材料：石膏板，石膏砌塊 3）裝飾材料,裝飾石膏板：用作墻面和吊頂， 尺寸5005009，60060011 (mm),嵌裝式裝飾石膏板：用于吊頂，嵌固在龍骨上。尺寸有 50050025（以上）， 60060028（以上） 普通紙面石膏板：用于室內(nèi)隔斷，吊頂，要經(jīng)過表面處理才能做裝飾材料，如抹膩?zhàn)?、刷漆。尺寸?長度 1800，2100，2400，2700，3000，3300，3600 寬度 900，1200 厚度 9，12，15，18 也可定做尺寸。 吸聲用穿孔石膏板：用于音樂廳，影劇院，會(huì)議室的吊頂、墻面材料。尺寸500500/600600）（9/12） 耐水紙面石膏板：（添加耐水外加劑），用于廚房、衛(wèi)生間。 耐火紙面石膏板：（添加無機(jī)耐火纖維），用于公共建筑，如影劇院、體育館、展館、幼兒園、商場(chǎng)的吊頂、墻面、隔斷。,特種耐火石膏板 (1h)用于防火等級(jí)要求高的建筑物。 藝術(shù)浮雕裝飾制品 石膏角線 石膏造型 石膏壁畫 藝術(shù)頂棚，燈圈，角花 藝術(shù)廊柱（羅馬柱） 3.3.2 石灰（lime) 屬于應(yīng)用較早的膠凝材料，用于內(nèi)外墻刷白，抹灰。目前，在道路施工中，多用作基層材料。原料來源廣，生產(chǎn)簡(jiǎn)單，成本低廉，得到了廣泛的應(yīng)用。 工程中常用的產(chǎn)品有：磨細(xì)生石灰粉，消石灰分，石灰膏。 1、石灰的生產(chǎn),原料：石灰石，白云石，白堊，貝殼等。 主要工序：破碎加熱、煅燒磨細(xì) 化學(xué)反應(yīng)：CaCO3 CaO+CO2 產(chǎn)品：因原料中常含MgCO3 ,所以石灰中含有MgO ,按其含量，建筑生石灰和消石灰分為： 鈣質(zhì)石灰（MgO含量不超5%) 鎂質(zhì)石灰（MgO含量超5%) 鈣質(zhì)消石灰粉（MgO含量小于4%) 鎂質(zhì)消石灰粉（MgO含量4-24%) 白云石消石灰粉（MgO含量24-30%) 2、石灰的熟化與硬化 （1）熟化 化學(xué)反應(yīng)：CaO+H2O Ca（OH）2+64.9*103J 熟化后，體積增大1-2.5倍。熟化方法根據(jù)用途不同有：,900以上,用于拌制砌筑砂漿或抹灰砂漿： 生石灰石灰漿（化灰池中完成）石灰膏（儲(chǔ)灰坑沉淀） 石灰的陳伏：石灰漿應(yīng)在儲(chǔ)灰坑中儲(chǔ)存兩周以上，以充分熟化過火石灰，防止使用時(shí)抹灰隆起或開裂。 用于拌制石灰土（石灰+粘性土），或三合土（石灰+粘土+砂石/粉煤灰/礦渣/爐渣/碎磚）： 向石灰堆中，用水管分層注水，加水量為生石灰重量的60-80% ，使其充分消解，又不過濕成團(tuán)。用前，往往要悶幾天，類似于石灰漿的陳伏。 （2）石灰的硬化 石灰漿體在空氣中的硬化，包括兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程： 結(jié)晶作用 ：Ca(OH)2從飽和溶液中，結(jié)晶而出。 碳化作用：Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1) H2O 碳化作用長時(shí)間內(nèi)僅限于表層， 結(jié)晶作用主要在內(nèi)部發(fā)生。硬化過程產(chǎn)生了兩種晶體。,過篩,3、石灰的技術(shù)性質(zhì)與應(yīng)用 技術(shù)性質(zhì) 石灰漿具有良好的可塑性?？勺鳛閾郊恿霞尤胨嗌皾{中形成混合砂漿，提高和易性。 硬化慢、強(qiáng)度低。石灰砂漿28天強(qiáng)度0.2-0.5MPa。 不能用于潮濕地點(diǎn)，也不能單獨(dú)用于建筑基礎(chǔ)。 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2（具有可溶性） 硬化過程中，體積顯著收縮。使用中，常摻入砂、紙筋。 儲(chǔ)存要防潮，使用要注意安全。 質(zhì)量分三級(jí)：優(yōu)等品、一等品、合格品。 （2）應(yīng)用 石灰乳刷白（內(nèi)墻、頂棚、外墻）。加入高爐礦渣/粉煤 灰可提高耐水性；加入聚乙烯醇、干酪素、氯化鈣、明礬 減少涂層粉化；加入耐堿顏料，可提高裝飾性。 石灰砂漿（石灰膏+砂+水）砌墻，抹灰。,混合砂漿（水泥+石灰膏+砂+水）砌墻。 石灰土（消石灰粉/生石灰粉+粘性土+水）作一般道路基層，或高等級(jí)道路的底基層。 石灰能顯著提高粘性土的強(qiáng)度和耐水性，原因是： 1）離子交換：石灰漿中的游離鈣離子和氫氧根離子與細(xì)粒粘土礦物中的鈉離子、氫離子發(fā)生交換，減薄粘土顆粒吸附水膜厚度，使土粒凝聚，形成穩(wěn)定團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使石灰土獲得初期強(qiáng)度。 2）石灰硬化過程中生成的氫氧化鈣晶體和碳酸鈣晶體相互結(jié)合，并把土粒結(jié)成整體，提高了石灰土的穩(wěn)定性。 3）粘土中少量的活性氧化鋁與氧化硅與氫氧化鈣反應(yīng)生成不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣 （粘土主要成分為Al2O32SiO22H2O）。在土中形成凝膠結(jié)構(gòu)，使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度與水穩(wěn)定性不斷提高。 影響石灰土強(qiáng)度的因素： 1）石灰細(xì)度越大，穩(wěn)定效果越好。 2）對(duì)粉質(zhì)粘土穩(wěn)定效果明顯優(yōu)于沙質(zhì)粘土，對(duì)均質(zhì)砂的穩(wěn)定效果較差，塑性指數(shù)小于12的土則不宜用石灰穩(wěn)定，最好用水泥來穩(wěn)定。 3）石灰穩(wěn)定土在最佳含水率條件下壓實(shí)獲得最大密實(shí)度，從而提高其強(qiáng)度和剛度。,4）較高的溫度與適當(dāng)?shù)臐穸鹊酿B(yǎng)生有利于其強(qiáng)度增長。 三合土（石灰+粘性土+粉煤灰/礦渣/砂石/碎磚/爐渣+水）用于鋪設(shè)道路基層，、建筑物基礎(chǔ)、簡(jiǎn)易路面。 二灰（石灰+粉煤灰）穩(wěn)定土 1）二灰穩(wěn)定細(xì)粒土-二灰土 2）二灰穩(wěn)定砂礫、碎石、礦渣、煤矸石等-二灰穩(wěn)定集料 生產(chǎn)硅酸鹽制品 原料：生石灰粉/消石灰粉+硅質(zhì)材料（粉煤灰/?；郀t礦渣/浮石、砂子）+水（有時(shí)加石膏）。 工序：配料 成型 蒸養(yǎng) 產(chǎn)品：墻板、砌塊、灰砂磚等隔熱保溫制品。,高爐礦渣：即高爐鐵渣，主要成份：CaO，SiO2 ，MgO， Al2O3 SiO2 ,FeO 經(jīng)水結(jié)、碾壓后，易形成板體，整體強(qiáng)度高。 浮石 ：屬火山熔巖 ，多孔輕質(zhì)、保溫、隔熱隔音。成份： SiO2 ，Al2O3 ， Fe2O3 可作活性混合料。 3.1.3 水玻璃（泡花堿） 常用硅酸鈉水玻璃（Na2OnSiO2)和硅酸鉀水玻璃（K2OnSiO2). 1、水玻璃的生產(chǎn) 原料: 石英砂+苛性鈉溶液 工序： 濕法 + 干法 +,石英砂,苛性鈉溶液,2-3大氣壓蒸氣加熱,液體水玻璃,石英砂,碳酸鈉,磨細(xì)、加熱1300-1400,固體水玻璃,化學(xué)反應(yīng) Na2CO3 +nSiO2 Na2O nSiO2+CO2 水玻璃的模數(shù) n=1.5-3.5 n=1時(shí)，能溶于常溫的水中，模數(shù)加大，只能溶于熱水。 n3時(shí)，要在4個(gè)大氣壓以上的蒸氣中才能溶解。 n越大，水玻璃的粘結(jié)性越強(qiáng)，在液體水玻璃中加入尿素著可提高其粘結(jié)力。 2、水玻璃的硬化 液體水玻璃吸收空氣中的CO2，形成無定型硅酸，并逐漸干燥而硬化。 Na2O nSiO2+CO2+mH2O Na2CO3+ nSiO2mH2O 加入水玻璃質(zhì)量12-15% 的硅氟酸鈉（Na2SiF6）能顯著加速硬化。 3、性質(zhì)與應(yīng)用,具有良好的粘結(jié)性，硬化時(shí)析出硅酸凝膠，能堵塞毛細(xì)孔具有抗?jié)B性能。 良好的耐高溫性。在高溫下，強(qiáng)度不降低。 高度的耐酸性。 （1）涂刷建材表面可提高抗風(fēng)化能力 用其水溶液（比重約1.35） 涂刷黏土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土及石灰石等。但不能用于石膏。 （2）配制快凝堵漏防水劑 以水玻璃為基料加入2、3、4種礬配制。如四礬防水劑： 藍(lán)礬（硫酸銅）、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）、紫礬（鉻礬）各1份，溶于60份100C的水中，降溫至50C，加入到400份水玻璃溶液攪拌而成。 其凝結(jié)很快，不超過1分鐘，與水泥漿調(diào)和，可堵塞漏洞與裂縫。,（3）用于土壤加固 將模數(shù)為2.5-3的液體水玻璃和氯化鈣溶液交替壓入土體，二者反應(yīng)，生成硅酸膠體，包裹土粒并填實(shí)空隙。 加固砂土，使其強(qiáng)度可達(dá) 3-6MPa。 （4）配制耐酸、耐熱砂漿和混凝土 3-2硅酸鹽水泥 硅酸鹽產(chǎn)品： 陶瓷、玻璃、水泥等。 硅元素占地殼的26.3%，僅次于氧的48.6%。其氧化物、硅酸鹽構(gòu)成巖石、砂子、土壤占地殼質(zhì)量的90%以上。 水泥是最主要的水硬性膠凝材料。 3.2.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成 定義： 凡由硅酸鹽水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高爐礦渣、,適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（Portland cement),不摻加混合料的稱型硅酸鹽水泥，摻加混合料的稱型硅酸鹽水泥。分別記為P和P。 1、硅酸鹽水泥的生產(chǎn),石灰石,黏土,鐵礦粉,磨細(xì),生料,1400-1450,c,石膏,熟料,P,磨細(xì),以上過程簡(jiǎn)稱“兩磨一燒”。 2、水泥熟料主要礦物： 硅酸三鈣 3CaOSiO2 簡(jiǎn)寫為C3S 含量 37-60% 硅酸二鈣 2CaOSiO2 C2S 15-37% 鋁酸三鈣 3CaOAl2O3 C3A 7-15% 鐵鋁酸四鈣 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 10-18% 少量的游離CaO和MgO及堿，總量不超過水泥量的10%。 3.2.2 硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)硬化 1、硅酸鹽水泥的水化 水化：熟料礦物與水發(fā)生的水解或水化作用統(tǒng)稱水化。 水泥水化生成水化物并放出熱量。 2(3CaOSiO2)+ 6H2O = 3CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)2,水化硅酸鈣,2（2CaOSiO2）+ 4H2O = 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2 3CaOAl2O3 + 6H2O = 3CaOAl2O36H2O （水化鋁酸三鈣） 4CaOAl2O3Fe2O3 + 7H2O = 3CaOAl2O36H2O +CaOFe2O3H2O 3CaOAl2O36H2O+3（CaSO42H2O）+19H2O = 3CaOAl2O33 CaSO431H2O （高硫型水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石） 充分水化后的主要的水化產(chǎn)物： 水化硅酸鈣凝膠 (不溶于水） C-S-H 含量 約70% Ca(OH)2 （微溶于水） 約20% 鈣礬石及單硫型水化硫鋁酸鈣（3CaOAl2O3CaSO412H2O）約7% (不溶于水）,水化鐵酸一鈣,各熟料礦物單獨(dú)與水作用時(shí)的特性,2、水泥的凝結(jié)與硬化 凝結(jié)： 水泥漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具強(qiáng)度的過程。 硬化： 水泥漿開始產(chǎn)生強(qiáng)度并逐漸發(fā)展成為堅(jiān)硬的人造石的過程。 水泥的凝結(jié)與硬化理論由Le Chatelier于1882年創(chuàng)立。目前的理論認(rèn)為：,水泥顆粒表面,具有可塑性,凝聚結(jié)構(gòu),初凝,凝聚-結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),終凝,砼,3、影響cement凝結(jié)硬化的因素 礦物成分 C3S及 C3A,setting 0.1mm以上的活性很小。,表示方法 篩析法 80m方孔篩的篩余百分?jǐn)?shù) 比表面積法 單位質(zhì)量粉末具有的總表面積（m2/Kg) 對(duì)水泥而言，應(yīng)大于300 m2/Kg，一般為317-350 m2/Kg。 2、凝結(jié)時(shí)間 初凝時(shí)間 規(guī)定不小于45min,一般為1-3h. 終凝時(shí)間規(guī)定 不遲于6.5h,一般為3-4h. 3、體積安定性 指水泥硬化后，體積的變化是均勻的，不產(chǎn)生膨脹性裂縫。 水泥體積安定性不良的原因： 水泥熟料中含有過多的游離CaO 或MgO，它們往往是過少的，水化慢，水化時(shí)體積膨脹，使構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫： CaO +H2O =Ca(OH) 2 MgO + H2O = Mg (OH) 2,摻加的石膏過多，多余石膏會(huì)與已硬化的固體水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成鈣礬石，體積膨脹。 用煮沸法(餅法和雷氏法)可快速檢驗(yàn)CaO的危害,單不易檢驗(yàn)MgO,尤其是過量石膏的危害,為此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥熟料中 ： 游離MgO含量5.0% SO3含量5.0% 體積安定性不良的水泥作廢品處理,不能用于工程. 4、強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí) 用水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂 =1：3，水灰比=0.5制得試件,在201的水中養(yǎng)護(hù)3天和28天,分別測(cè)得其抗壓強(qiáng)度,每組6個(gè),取平均值作為抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果。 根據(jù)測(cè)定結(jié)果，把硅酸鹽水泥分為6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)： 42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R R早強(qiáng)型,5、堿含量 水泥中的堿含量按Na2O+0.685K2O的計(jì)算值表示，使用活性骨料，堿含量高會(huì)產(chǎn)生堿-骨料反應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。 低堿水泥要求堿含量0.06%,也可由供需雙方協(xié)商. 6、水化熱 大型基礎(chǔ)、水壩、橋墩等大體積混凝土構(gòu)筑物，要用低熱水泥或采取內(nèi)部降溫、外部保溫的措施，消除內(nèi)外溫差，以杜絕產(chǎn)生由內(nèi)外溫差引起的裂縫。 3.2.4水泥石的腐蝕與防止 水泥石具有良好的耐久性,但有時(shí)也會(huì)受到一些介質(zhì)的緩慢腐蝕,常見的情況如下。 1、軟水的侵蝕（溶出性侵蝕） 指水泥石在流動(dòng)及壓力的淡水作用下，其所含的Ca(OH)2不斷溶解，流失的現(xiàn)象。,淡水：雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳酸鹽很少的河水與湖水。 2、鹽類腐蝕 （1）硫酸鹽的腐蝕 海水、湖水、鹽沼水、地下水、一些工業(yè)污水等含有鈉、鉀、銨等硫酸鹽，能與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生置換反應(yīng),生成 CaSO4。而CaSO4還能與水泥石中的固態(tài)水化鋁酸鈣反應(yīng)，生成體積膨脹的鈣礬石是雙重的破壞。 （2）鎂鹽的腐蝕 地下水和海水中，含有大量的鎂鹽，主要是MgSO4和MgCl2它們能與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)： MgSO4 + Ca(OH)2 +2H2O = CaSO42H2O +Mg(OH)2(無膠凝能力） MgCl2 + Ca(OH)2 =CaCl2 + Mg(OH)2,易溶于水,CaSO42H2O還能進(jìn)一步破壞水泥石。 3、酸類腐蝕 （1）碳酸腐蝕 由工業(yè)污水、地下水中的CO2引起： Ca(OH)2+ CO2 +H2O = CaCO3 +2H2O 進(jìn)一步反應(yīng)： CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 （2）一般酸的腐蝕 HCl+ Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO42H2O 4、強(qiáng)堿的腐蝕 3CaOAl2O3 + 6NaOH =3Na2OAl2O3 + 3Ca(OH)2 腐蝕的主要原因： 水泥石中存在Ca(OH)2 和CaOAl2O36H2O,易溶,水泥石不密實(shí)，存在很多毛細(xì)通道。 5、水泥石腐蝕的防止 根據(jù)使用環(huán)境，選擇合適的水泥 提高水泥石的緊密程度 加做保護(hù)層 如耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、瀝青等。 3.2.5 硅酸鹽水泥的應(yīng)用與存放 1、應(yīng)用 主要用于高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。 要求快凝、早強(qiáng)、冬季施工、嚴(yán)寒地區(qū)施工工程。 不適于受流動(dòng)的淡水、海水作用的工程。 不適于大壩、橋墩等大體積工程，如若使用須采取必要措施 ，消除水化熱帶來的問題。,2、存放 注意防潮 存放期不能過長 一般的儲(chǔ)存條件，3個(gè)月后強(qiáng)度下降10-20%，6個(gè)月下降15-30%，一年下降25-40%。 按不同的品種、強(qiáng)度等級(jí)、出廠日期分別存放 3-3摻混合料的硅酸鹽水泥 3.3.1水泥混合材料 摻加混合料的目的： 改善水泥性能 調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級(jí) 1、混合料的類別 (1)活性混合材料,定義: 磨細(xì)后與石灰或與石灰和石膏拌合在一起,加水后,在常溫下,能生成具有水硬性的水化產(chǎn)物的材料。 常見種類: 1）?；郀t礦渣 由煉鐵高爐的熔融礦渣經(jīng)急冷而成的松散顆粒粒徑0.5-5mm. 其活性成分:活性SiO2和活性Al2O3 可用于制造礦渣水泥 2) 火山灰質(zhì)混合料 指火山灰一類物質(zhì),常用的有: 含水硅酸質(zhì)混合料 硅藻土、硅藻石、蛋白石、硅質(zhì)渣等 鋁硅玻璃質(zhì)混合料 火山灰、凝灰?guī)r、浮石和一些工業(yè)廢渣 燒黏土質(zhì)混合料 燒黏土、煤渣、煅燒的煤矸石,火性成分 氧化鋁與氧化硅 主要用于制造火山灰水泥 3）粉煤灰 從熱電廠鍋爐煙道中收集的灰渣，也稱飛灰。粒徑0.001-0.05mm,呈玻璃態(tài)實(shí)心或空心的球狀顆粒。 火性成分 氧化鋁與氧化硅 制造火山灰水泥 （2）非活性混合材料 包括：磨細(xì)的石英砂、石灰石、慢冷礦渣等 作用：降低水泥強(qiáng)度、減少水化熱、降低成本 2、活性混合材料的作用 本身不硬化或硬化很慢 強(qiáng)度很低 加到飽和的Ca(OH)2溶液中后：,有顯著水化作用產(chǎn)生 產(chǎn)生了無定型的水化硅酸鈣，可進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕w，或結(jié)晶不完善的凝膠。 xCa(OH)2 +SiO2+m H2O xCaOSiOnH2O Ca(OH)2與活性氧化鋁相互作用生成水化鋁酸鈣 液相中有石膏存在時(shí)，將與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣，具有水硬性。 石灰和石膏激發(fā)了混合料的化學(xué)活性，故稱它們?yōu)榧ぐl(fā)劑。 3.3.2普通硅酸鹽水泥 1、成分 硅酸鹽水泥熟料+6-15%混合料+適量石膏 2、代號(hào) P.O,3、強(qiáng)度 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R 4、凝結(jié)時(shí)間 T初45min, T終10h 5、特點(diǎn)及應(yīng)用 早期硬化速度稍慢，抗凍性與耐磨性略差。 廣泛應(yīng)用于混凝土或鋼筋混凝土，是我國的主要水泥品種。 3.3.3礦渣硅酸鹽水泥（P.S) 1、成分 硅酸鹽水泥熟料+20-70%的?；郀t礦渣+石膏 2、強(qiáng)度等級(jí) 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R 3、特點(diǎn),存在二次水化反應(yīng)-熟料先與水反應(yīng)，其產(chǎn)物Ca(OH)2 又與礦渣中的活性氧化硅和氧化鋁反應(yīng)。 凝結(jié)硬化速度較緩慢，早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度（28天后 ）較高，甚至超過P.O。 采用蒸汽養(yǎng)護(hù)，可顯著加快硬化速度。 抵抗軟水、海水及硫酸鹽腐蝕能力強(qiáng)，適用于水工和海港工程。 具有一定的耐熱性，用于耐熱混凝土。 保水性差，拌合用水多，干縮性大。 抗凍性、抗?jié)B性、抗干濕交替循環(huán)差。 水化熱低，適于大體積混凝土工程。 3.3.4火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥(P.P) 1、成分,硅酸鹽水泥熟料+20-50%的火山灰質(zhì)混合料+石膏 2、特點(diǎn) 在潮濕的環(huán)境中，火山灰質(zhì)混合料能吸收石灰而產(chǎn)生膨脹膠化作用，使水泥石結(jié)構(gòu)致密，具有較高的密實(shí)度和抗?jié)B性。 不宜用于干熱環(huán)境，否則易產(chǎn)生表面“起粉”現(xiàn)象。 水化熱低，可用于大體積混凝土。 3.3.5粉煤灰硅酸鹽水泥（P.F) 1、成分 硅酸鹽水泥熟料+20-40%的粉煤灰+石膏 2、特點(diǎn)