內(nèi)蒙科大土木工程概論課件07工程材料與制品

1、第七 講 工程材料與制品 1簡(jiǎn)述 縱觀我國(guó)歷史，在土木工程材料的生產(chǎn)和使用方面，曾經(jīng)取得 偉大的成就。在金屬冶煉、木材防腐和陶瓷工藝等方面，都曾居世界領(lǐng)先地位。我國(guó)古代許多有名的建筑物如萬(wàn)里長(zhǎng)城、都江堰水利工程、明故宮和一些宏偉壯觀的寺廟、樓閣、塔等都說(shuō)明：當(dāng)時(shí)我國(guó)土木工程材料特別是天然石料、磚瓦、木材、油漆和粘結(jié)材料的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)都達(dá)到了很高的水平。每當(dāng)出現(xiàn)新的建筑材料時(shí)，土木工程就有飛躍式的發(fā)展。土木工程的三次飛躍發(fā)展是磚瓦的出現(xiàn)、鋼材的大量運(yùn)用、混凝土的興起。 2簡(jiǎn)述任何土木工程建（構(gòu)）筑物（包括道路、橋梁、港口、碼頭、礦井、隧道等）都是用材料按一定要求建造,土木工程中所使用的各種材料

2、統(tǒng)稱為土木工程材料。材料的品種很多，一般分為金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料包括黑色金屬（鋼、鐵）與有色金屬；而非金屬材料，按其化學(xué)成分，則有無(wú)機(jī)（礦物質(zhì)）與有機(jī)之別。 3材料也可按功能分類，一般分為結(jié)構(gòu)材料（承受荷載作用的材料，如基礎(chǔ)、柱、梁所用的材料）和功能材料（具有其它功能的材料，如起圍護(hù)、防水、裝飾、保溫隔熱作用等的材料）。材料還可按用途分類，如建筑結(jié)構(gòu)材料；橋梁結(jié)構(gòu)材料；水工結(jié)構(gòu)材料；路面結(jié)構(gòu)材料；建筑墻體材料；建筑裝飾材料；建筑防水材料；建筑保溫材料等。工程上通常按材料的化學(xué)成分將材料分為三大類，如表。 4無(wú)機(jī)材料金屬材料黑色金屬（鐵、鋼）、有色金屬（鋁、銅及合金等）非金屬材料

3、天然石材（砂、石及各種巖石加工成的石材），燒土制品（磚、瓦、陶瓷），玻璃膠凝材料（石灰、石膏、水玻璃、水泥），混凝土、砂漿有機(jī)材料植物材料瀝青材料高分子材料木材、竹材等石油瀝青、煤瀝青及其制品塑料、涂料、膠粘劑復(fù)合材料 鋼筋混凝土、聚合物混凝土、玻璃鋼、紙面或纖維石膏板57.1 磚、瓦、砂、石、灰 磚、瓦、砂、石、灰可統(tǒng)稱為地方材料，由于其工程用量大，原料價(jià)格低，一般都在當(dāng)?shù)鼗蚋浇少?gòu)。磚、瓦、砂、石、灰這些材料是最基本的建筑材料。無(wú)論是在古代，還是在現(xiàn)代的建筑領(lǐng)域中，磚、瓦、砂、石、灰處于不可替代的地位。就好比水是由氫元素和氧元素組成的，建筑都是由磚、瓦、砂、石、灰等基本的建筑材料組成的。

4、6在古埃及，充滿著智慧和勤勞的古埃及人民不可思議地創(chuàng)造了世界的七大奇跡之一的金字塔。金字塔由砂、石、灰等古老而基本的材料建成，完全沒(méi)有含有當(dāng)今科技的混凝土和鋼筋。我們祖先也是充滿著智慧和勤勞的，當(dāng)時(shí)我們的造橋技術(shù)處于領(lǐng)先地位，能橫跨很寬的河流而中間不用橋墩。這不僅體現(xiàn)了較好的結(jié)構(gòu)特性，而且還表明古人對(duì)磚、砂、石、灰等材料有較高制作水平和使用方法。如趙州橋經(jīng)歷了幾百年滄桑仍然屹立在那里。 7磚磚是一種常用的砌筑材料。磚瓦的生產(chǎn)和使用在我國(guó)歷史悠久，有“秦磚漢瓦”之稱。制磚的原料容易取得，生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，價(jià)格低、體積小便于組合，粘土磚還有防火、隔熱、隔聲、吸潮等優(yōu)點(diǎn)。至今仍然廣泛地用于墻體、基礎(chǔ)

5、、柱等砌筑工程中。但是, 生產(chǎn)傳統(tǒng)粘土磚毀田取土量大、能耗高、磚自重大，施工的勞動(dòng)強(qiáng)度高、工效低，因此有逐步改革并用新型材料取代的必要。有的城市已禁止在 建筑物中使用粘土磚。 8磚按照生產(chǎn)工藝分為燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚；按所用原材料分為粘土磚、頁(yè)巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等；按有無(wú)孔洞分為空心磚、多孔磚和實(shí)心磚。 9除粘土外，也可利用粉煤灰、煤矸石和頁(yè)巖等為原料燒制磚，這是由于它們的化學(xué)成分與粘土相近，但因其顆粒細(xì)度不及粘土，故塑性差，制磚時(shí)常需摻入一定量的粘土，以增加可塑性。利用煤矸石和粉煤灰等工業(yè)廢渣燒磚，不僅可以減少環(huán)境污染、節(jié)約良田，而且可以節(jié)省大量燃料煤。是三廢利用、變廢為寶

6、的有效途徑。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都在研制非燒結(jié)磚。如非燒結(jié)粘土磚是利用不適合種田的山泥、廢土、砂等，加入少量水泥或石灰作固結(jié)劑及微量外加劑和適量水混合攪拌壓制成型，自然養(yǎng)護(hù)或蒸養(yǎng)一定時(shí)間即成。 10瓦瓦，一般指粘土瓦。以粘土（包括頁(yè)巖、煤矸石等粉料）為主要原料，經(jīng)泥料處理、成型、干燥和焙燒制成。中國(guó)瓦的生產(chǎn)比磚早。西周時(shí)期就形成了獨(dú)立的制陶業(yè)，西漢時(shí)期工藝上又取得明顯的進(jìn)步，瓦的質(zhì)量也有較大提高，因稱“秦磚漢瓦”。粘土瓦的生產(chǎn)工藝與粘土磚相似，但對(duì)粘土的質(zhì)量要求較高，如含雜質(zhì)少，塑性高，泥料均化程度高等。中國(guó)目前生產(chǎn)的粘土瓦有小青瓦、脊瓦和平瓦。 11粘土瓦只能應(yīng)用于較大坡度的屋面。由于材質(zhì)脆、自重大

7、、片小，施工效率低，且需要大量木材等缺點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑屋面材料中的比例已逐漸下降。 12瓦是屋面材料。由于建筑技術(shù)的發(fā)展，對(duì)屋面材料提出了新的發(fā)展要求。目前，瓦的種類較多，按成分分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、鋼絲網(wǎng)水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦等；按形狀分有平瓦和波形瓦兩類。13砂砂是組成混凝土和砂漿的主要組成材料之一，是土木工程的大宗材料。砂一般分為天然砂和人工砂兩類。由自然條件作用（主要是巖石風(fēng)化）而形成的，粒徑在5mm以下的巖石顆粒，稱為天然砂。人工砂是由巖石軋碎而成，由于成本高、片狀及粉狀物多，一般不用。 骨料顆粒級(jí)配示意圖(a)單一顆粒 (b)兩種粒徑 (c)多種粒徑14砂在

8、自然狀態(tài)下往往含有一定的水分，其含水狀態(tài)有四種。1完全干燥狀態(tài) 圖（a） 在1055下烘干，達(dá)恒重時(shí)的狀態(tài)。2. 風(fēng)干狀態(tài) 圖（b） 也叫氣干狀態(tài)，指砂子含水率和周圍濕度達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的狀態(tài)。3. 飽和面干狀態(tài) 圖（c） ，顆粒表面干燥，內(nèi)部孔隙吸水達(dá)飽和時(shí)的狀態(tài)。4. 完全濕潤(rùn)狀態(tài) 圖（d） ，顆粒內(nèi)部吸水飽和且表面附有吸附水的狀態(tài)。砂的含水狀態(tài)直接影響混凝土或砂漿拌合用水及砂的用量。15石凡采自天然巖石，經(jīng)過(guò)加工或未經(jīng)加工的石材，統(tǒng)稱為天然石材。天然石材是最古老的土木工程材料之一。由于天然石材具有很高的抗壓強(qiáng)度，良好的耐磨性和耐久性，經(jīng)加工后表面美觀富于裝飾性，資源分布廣、蘊(yùn)藏量豐富，便于就

9、地取材，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是古今土木工程中修建城垣（yuan)、橋梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。天然石材經(jīng)加工后具有良好的裝飾性，是現(xiàn)代土木工程的主要裝飾材料之一。 16一、毛石毛石也稱片石，是采石場(chǎng)由爆破直接獲得的形狀不規(guī)劃的石塊。根據(jù)平整程度又將其分為亂毛石和平毛石兩類。毛石可用于砌筑基礎(chǔ)、堤壩、擋土墻等，亂毛石也可用作毛石混凝土的骨料。 17二、料石料石是由人工或機(jī)械開采出的較規(guī)則的六面體石塊，再略經(jīng)鑿琢而成。根據(jù)表面加工的平整程度分為毛料石、粗料石、半細(xì)料石和細(xì)料石四種。料石一般由致密均勻的砂巖、石灰?guī)r、花崗巖加工而成。18三、 飾面石材用于建筑物內(nèi)外墻面、柱面、地面、欄桿、臺(tái)階

10、等處裝修用的石材稱為飾面石材。飾面石材從巖石種類分，主要有大理石和花崗巖兩大類。所謂大理石是指變質(zhì)或沉積的碳酸鹽類巖石，所謂花崗石是指可開采為石材的各類巖漿巖。飾面石材的外形有加工成平面的板材，或者加工成曲面的各種定型件。表面經(jīng)不同的工藝可加工成凹凸不平的毛面，或者經(jīng)過(guò)精磨拋光成光彩照人的鏡面。 19四、色石渣色石渣也稱色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花崗巖等石材經(jīng)破碎篩選加工而成，作為骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斬假石等建筑物面層的裝飾工程。20五、 石子在混凝土組成材料中，砂稱為細(xì)骨料，石子稱為粗骨料，石子除用作混凝土粗骨粒外，路橋工程、鐵道工程的路基道渣等也常

11、用。石子分碎石和卵石，由天然巖石或卵石經(jīng)破碎、篩分而得到的粒徑大于5mm的巖石顆粒，稱為碎石或碎卵石。 巖石由于自然條件作用 而形成的，粒徑大于5mm的顆粒，稱為卵石。21灰所謂灰是指石灰和石膏。石灰和石膏是無(wú)機(jī)膠凝材料，土木工程中用膠凝材料將散粒材料（如砂和石子）或塊狀材料（如磚和石塊）粘結(jié)為一個(gè)整體。什么是膠凝材料 ：凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成堅(jiān)固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱膠凝材料。膠凝材料可分為無(wú)機(jī)與有機(jī)兩大類。石膏、石灰、水泥屬無(wú)機(jī)膠凝材料；瀝青和各種樹脂屬有機(jī)膠凝材料。無(wú)機(jī)膠凝材料可按照其硬化條件分為氣硬性與水硬性兩種，只能在空氣中硬化的稱為氣硬

12、性膠凝材料，如石膏、石灰。拌砂后既能在空氣中又能在水中硬化的稱為水硬性膠凝材料，如水泥。 22一、石膏我國(guó)石膏資源豐富，已探明天然石膏儲(chǔ)量為471.5億噸，居世界之首。土木工程中使用最多的石膏品種是建筑石膏，建筑石膏加水后拌制的漿體具有良好的可塑性。建筑石膏具有很好的防火性能、隔熱性能和吸音性能、良好的裝飾性和可加工性。建筑石膏的應(yīng)用很廣，除用于室內(nèi)抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各種石膏制品。 23常見(jiàn)的有：紙面石膏板、石膏裝飾板、纖維石膏板、石膏空心條板、石膏空心砌塊和石膏夾心砌塊等。石膏還可用來(lái)生產(chǎn)各種浮雕和裝飾品。如浮雕飾線、藝術(shù)燈圈、角花等。石膏制品具有輕質(zhì)、新穎、美觀、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。

13、但強(qiáng)度較低、耐水性能差。為了提高石膏的強(qiáng)度及耐水性，近年來(lái)我國(guó) 科研工作者先后研制成 功多種石膏外加劑（如 石膏專用減水增強(qiáng)劑）， 給石膏的應(yīng)用提供了更 廣闊的前景。 24二、石灰石灰是土木工程中使用較早的礦物膠凝材料之一。石灰石的主要成分是碳酸鈣，將石灰石煅燒，碳酸鈣將分解成為生石灰。大家以前在中學(xué)化學(xué)課也接觸過(guò)碳酸鈣，它是強(qiáng)堿弱酸鹽，呈堿性，可以用來(lái)制備二氧化碳。那么它在土木工程中有什么用途呢？ 257.2 鋼材 土木工程中應(yīng)用量最大的金屬材料是鋼材，廣泛應(yīng)用于鐵路、橋梁、建筑工程等各種工程中，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。土木工程用的鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型材（如圓鋼、角鋼、工字鋼等

14、）、鋼板、管材和用于各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的各種鋼筋、鋼絲等。 鋼材是在嚴(yán)格的技術(shù)控制條件下生產(chǎn)的，品質(zhì)均勻致密，抗拉、抗壓、抗彎、抗剪切強(qiáng)度都很高。常溫下能承受較大的沖擊和振動(dòng)荷載，有一定的塑性和很好的韌性，具有良好的加工性，可以鑄造、鍛壓、焊接、鉚接和切割，便于裝配。還可以通過(guò)熱處理方法，在很大范圍內(nèi)改變或控制鋼材的性能。 26 采用各種型鋼和鋼板制做的鋼結(jié)構(gòu)，具有自重小、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。鋼筋與混凝土組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，雖然自重大，但節(jié)省鋼材。由于混凝土的保護(hù)作用，克服了鋼材易銹蝕、維護(hù)費(fèi)用高的缺點(diǎn).由于對(duì)各類建筑物、 構(gòu)筑物的使用功能要 求的日益提高，建筑 用金屬材料的發(fā)展趨勢(shì) 將是： 2

15、71、以高效鋼材為主體的低合金鋼將得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。2、隨著冶金工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，建筑鋼材將向高強(qiáng)、耐腐蝕、耐疲勞、易焊接、高韌性或耐磨等綜合性能的方向發(fā)展。3、各種焊接材料及其工藝將隨低合金鋼的發(fā)展不斷完善和配套28鋼材的分類 將生鐵在煉鋼爐中冶煉，將含碳量降低到2以下，并使其雜質(zhì)控制在指定范圍即得到鋼。鋼錠（或鋼坯）經(jīng)過(guò)壓力加工（軋制、擠壓、拉拔等）及相應(yīng)的工藝處理后得到鋼材。 土木工程所使用的鋼材大多為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的低碳鋼和屬普通鋼類的低合金結(jié)構(gòu)鋼。 建筑鋼材的產(chǎn)品種類一般分為型材、板材、管材和金屬制品四類：291、型材：鋼結(jié)構(gòu)用鋼，主要有角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、吊車軌道、金

16、屬門窗、鋼板樁型鋼等。 2、板材：主要用于鋼結(jié)構(gòu)，有中厚板、薄板。3、管材。主要用于桁架、塔桅等鋼結(jié)構(gòu)中。4、金屬制品。土木工程中主要使用的產(chǎn)品有鋼絲、鋼絲繩以及預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線。30工字鋼角鋼槽鋼鋼管鋼絲31土木工程常用鋼材 土木工程常用鋼材可劃分為鋼結(jié)構(gòu)用材和鋼筋混凝土用材兩大類。一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)使用的鋼材主要有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。1 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼指一般結(jié)構(gòu)鋼及工程用熱軋板、管、帶、型、棒材，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB70088）。土木工程中主要使是用用碳素鋼軋制的各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。322 低合金結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，少量

17、添加若干合金元素而成，如硅、錳、釩、鈦、鈮等，加入這些合金元素可使鋼的強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐磨性、低溫沖擊韌性等得到顯著提高和改善。在土木工程中普通低合金結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用日益廣泛，在諸 如大跨度橋梁、大型柱網(wǎng)構(gòu)架、電視塔、大型廳、館中已成為主體結(jié)構(gòu)材料。33二、鋼筋混凝土用鋼材鋼筋混凝土用的鋼材主要指鋼筋，鋼筋是土木工程中使用最多的鋼材之一，其材質(zhì)包括普通碳素鋼和普通低合金鋼兩大類。鋼筋按生產(chǎn)工藝性能和用途的不同分為下列各類。 341熱軋鋼筋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)熱軋鋼筋的要求是機(jī)械強(qiáng)度較高，具有一定的塑性、韌性、冷彎性和可焊性。HPB235的強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛用做普通鋼筋混凝土中

18、的非預(yù)應(yīng)力鋼筋；HRB335和HRB400的強(qiáng)度較高，塑性及焊接性也較好，廣泛用做大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋；RRB400的強(qiáng)度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng)力鋼筋. 35362. 冷加工鋼筋（1） 冷拉鋼筋為了提高強(qiáng)度以節(jié)約鋼筋，工程中常按施工規(guī)程對(duì)鋼筋進(jìn)行冷拉。冷拉后鋼筋的強(qiáng)度提高，但塑性、韌性變差，因此，冷拉鋼筋不宜用于受沖擊或重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)。（2） 冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲是用6.5mm8mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼通過(guò)拔絲機(jī)進(jìn)行多次強(qiáng)力拉拔而成。 冷拔低碳鋼絲由于經(jīng)過(guò)反復(fù)拉拔 強(qiáng)化，強(qiáng)度大為提高，但塑性顯 著降低，脆性隨之增加，拉拔后 已屬硬鋼類鋼筋。 37（3） 熱處理鋼筋熱處理

19、鋼筋是用熱軋螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火的調(diào)質(zhì)處理而成的，公稱直徑分別為16mm、18mm、和20mm；其強(qiáng)度要求均為屈服點(diǎn) 不低于1,325MPa，抗拉強(qiáng)度 不低于1,470MPa；其伸長(zhǎng)率 要求均不低于6。熱處理鋼筋目前主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土。（4） 碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線是預(yù)應(yīng)力混凝土專用鋼絲，它們由優(yōu)質(zhì)碳素鋼經(jīng)過(guò)冷加工、熱處理、冷軋、絞捻等過(guò)程制得。特點(diǎn)是強(qiáng)度高、安全可靠、便于施工。 387.3 木材 木材是一種古老的工程材料。由于具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在有眾多新型土木工程材料的今天，木材仍占有重要地位，特別在裝飾領(lǐng)域。木材具有很多優(yōu)點(diǎn)，如輕質(zhì)高強(qiáng)；易于加工（如鋸、刨

20、、鉆等）；有較高的彈性和韌性；能承受沖擊和振動(dòng)作用；導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能低；木紋美麗；裝飾性好等。但木材也有缺點(diǎn)，如構(gòu)造不均勻，各向異性；易吸濕、吸水，因而產(chǎn)生較大的濕脹、干縮變形；易燃、易腐等。不過(guò)，這些缺陷經(jīng)加工和處理后，可得到很大程度的改善。39木材的分類 木材是由樹木加工而成的，樹木分為針葉樹和闊葉樹兩大類。針葉樹樹干通直而高大，易得大材，紋理平順，材質(zhì)均勻，木質(zhì)較軟而易于加工，故又稱軟木材。常用樹種有松、杉、柏等。闊葉樹樹干通直部分一般較短，材質(zhì)較硬，較難加工，故又 名硬木材。常用樹種有榆木、水曲柳、柞木等。 40木材的構(gòu)造 樹木可分為樹皮、木質(zhì)部和髓心三個(gè)部分。而木材主要使用木質(zhì)部。木質(zhì)

21、部的構(gòu)造特征如下：1 邊材、心材在木質(zhì)部中，靠近髓心的部分顏色較深，為心材。心材含水量較少，不易翹曲變形，抗蝕性較強(qiáng)；外面部分顏色較淺，為邊材。邊材含水量高，易干燥，也易被濕潤(rùn)，所以容易翹曲變形，抗蝕性也不如心材。412 年輪、春材、夏材橫切面上可以看到深淺相間的同心圓，稱為年輪。年輪中淺色部分是樹木在春季生長(zhǎng)的，由于生長(zhǎng)快，細(xì)胞大而排列疏松，細(xì)胞壁較薄，顏色較淺，為春材（早材）；深色部分是樹木在夏季生長(zhǎng)的，由于生長(zhǎng)遲綬，細(xì)胞小，細(xì)胞壁較厚，組織緊密堅(jiān)實(shí)，顏色較深，稱為夏材（晚材）。每一年輪內(nèi)就是樹木一年的生長(zhǎng)部分。年輪中夏材所占的比例越大，木材的強(qiáng)度越高。3髓心、髓線第一年輪組成的初生木質(zhì)部

22、分稱為髓心（樹心）。從髓心呈放射狀橫穿年輪的條紋，為髓線。髓心材質(zhì)松軟，強(qiáng)度低，易腐朽開裂。髓線與周圍細(xì)胞聯(lián)結(jié)軟弱，在干燥過(guò)程中，木材易沿髓線開裂。42木材的主要性質(zhì) 木材的性質(zhì)包括物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)、如含水率；熱脹干縮；密度；強(qiáng)度(抗拉、抗壓、抗彎和抗剪等四種強(qiáng)度)，其中抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度又有順紋和橫紋之分。順紋和橫紋強(qiáng)度有很大的差別。木材各種強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)表。 抗壓抗 拉抗彎抗剪順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋11/101/323 1/201/31.521/71/31/21437.4 水泥的定義與分類 水泥是粉狀的水硬性膠凝材料，即加水拌合成塑性漿體，能在空氣中和水中凝結(jié)硬化，可將其它材料膠結(jié)成整

23、體，并形成堅(jiān)硬石材的材料。水泥不但大量應(yīng)用于土木工程，還廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國(guó)防建設(shè)等工程。水泥的分類水泥的貯存、運(yùn)輸和保管水泥按其用途及性能分通用水泥 分類貯存不同品種、不同標(biāo)號(hào)的水泥應(yīng)分別存放，不可混雜。專用水泥 特性水泥 44主要水硬性物質(zhì)名稱分硅酸鹽水泥， 即國(guó)外通稱的波特蘭水泥。防潮防水不同品種、不同標(biāo)號(hào)的水泥應(yīng)分別存放，不可混雜。水泥受潮后即產(chǎn)生水化作用，凝結(jié)成塊，影響水泥的正常使用。所以運(yùn)輸和貯存時(shí)應(yīng)保持干燥。對(duì)袋裝水泥，地面墊板要高出地面30cm，四周離墻30cm，堆放高度一般不超過(guò)10袋。存放散裝水泥時(shí)，地面要抹水泥砂漿。鋁酸鹽水泥硫鋁酸鹽水泥氟鋁酸鹽水泥磷酸鹽水泥以火山灰性

24、或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥。45硅酸鹽水泥 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB17592）規(guī)定，凡由硅酸鹽水泥熟料、05石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）。硅酸鹽系水泥為干粉狀物，加適量的水并拌合后便形成可塑性的水泥漿體，水泥漿體在常溫下會(huì)逐漸變稠直到開始失去塑性，這一現(xiàn)象稱為水泥的初凝；隨著塑性的消失，水泥漿開始產(chǎn)生強(qiáng)度，此時(shí)稱為水泥的終凝；水泥漿由初凝到終凝的過(guò)程稱為水泥的凝結(jié)。水泥漿終凝后，其強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增長(zhǎng)，并形成堅(jiān)硬的水泥石，這一過(guò)程稱為水泥的硬化。 46特種水泥在實(shí)際施工中，往往會(huì)遇到一些有特殊要求的工程，如緊急搶

25、修工程、耐熱耐酸工程、新舊混凝土搭接工程等。對(duì)這些工程，普通水泥難于滿足要求，需要采用其他品種的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、高鋁水泥、白色硅酸鹽水泥等。 47一、快硬硅酸鹽水泥凡以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏磨細(xì)制成的，以3d抗壓強(qiáng)度表示標(biāo)號(hào)的水硬性膠凝材料稱為快硬硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱快硬水泥）。其初凝時(shí)間不得早于45min，終凝時(shí)間不遲于10h。由于快硬水泥凝結(jié)硬化快，故可用來(lái)配制早強(qiáng)、高標(biāo)號(hào)混凝土，適用于緊急搶修工程、低溫施工工程和高標(biāo)號(hào)混凝土預(yù)制件等。但儲(chǔ)存和運(yùn)輸中要特別注意防潮，施工時(shí)不能與其他水泥混合使用。另外，這種水泥水化放熱量大而迅速，不適合用于大體積混凝土工程。 48二、快凝快硬硅酸鹽水泥

26、 以硅酸鈣、氟鋁酸鈣為主要熟料，加入適量石膏、?；郀t礦渣、無(wú)水硫酸鈉，經(jīng)過(guò)磨細(xì)制成的一種凝結(jié)快、小時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)快的水硬性膠凝材料，稱為快凝快硬硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱為雙快水泥）。雙快水泥初凝不得早于10min，終凝不得遲于60min。主要用于軍事工程、機(jī)場(chǎng)跑道、橋梁、隧道和涵洞等緊急搶修工程。同樣不得與其他品種水泥混合使用，并注意放熱量大而迅速的特點(diǎn)。 49三、白色硅酸鹽水泥 由白色硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為白色硅酸鹽水泥（稱簡(jiǎn)白水泥）。磨制水泥時(shí)，允許加入不超過(guò)水泥質(zhì)量5的石灰石或窯灰作為外加物。白度是白水泥的一個(gè)重要指標(biāo)。我國(guó)白水泥的白度分為四個(gè)等級(jí)。根據(jù)白度及標(biāo)

27、號(hào)，又分為優(yōu)等品、一等品和合格品。白水泥強(qiáng)度高，色澤潔白，可配制彩色砂漿和涂料、白色或彩色混凝土、水磨石、斬假石 等，用于建筑物的內(nèi)外裝修。白水泥也是生產(chǎn)彩色水泥的主要原料。 50四、高鋁水泥高鋁水泥屬鋁酸鹽系水泥。是由鋁酸鈣為主，氧化鋁含量約50的熟料，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料（舊稱礬土水泥）。高鋁水泥是一種快硬、高強(qiáng)、耐熱及耐腐蝕的膠凝材料。主要特性有：早期強(qiáng)度高、耐高溫和耐腐蝕。高鋁水泥主要用于工期緊急的工程。如國(guó)防、道路和特殊搶修工程等，也可用于冬季施工的工程。 51五、膨脹水泥 由硅酸鹽水泥熟料與適量石膏和膨脹劑共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為膨脹水泥。按水泥的主要成分不同，分為硅

28、酸鹽、鋁酸鹽和硫鋁酸鹽型膨脹水泥；按水泥的膨脹值及其用途不同，又分為收縮補(bǔ)償水泥和自應(yīng)力水泥兩大類。 膨脹水泥是在硬化過(guò)程中不但不收縮，而且有不同程度的膨脹。膨脹水泥除了具有微膨脹性能外，也具有強(qiáng)度發(fā)展快，早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)?？捎糜谥谱鞔罂趶捷斔芎透鞣N輸油、輸氣管，也常用于有抗?jié)B要求的工程、要求補(bǔ)償收縮的混凝土結(jié)構(gòu)、要求早強(qiáng)的工程結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)澆筑等。但是，這種水泥的使用溫度不宜過(guò)高，一般使用溫度為60以下為好。 527.5 混凝土與砂漿 混凝土混凝土也稱砼，是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一。它是由膠結(jié)材料，骨料和水按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護(hù)而成的人造石材?；炷辆哂性县S富，

29、價(jià)格低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，因而使其用量越來(lái)越大；同時(shí)混凝土還具有抗壓強(qiáng)度高，耐久性好，強(qiáng)度等級(jí)范圍寬等特點(diǎn)，使用范圍十分廣泛，不僅在各種土木工程中使用，在造船業(yè)，機(jī)械工業(yè)，海洋開發(fā)，地?zé)峁こ痰?，混凝土也是重要的工程材料?3一、混凝土的種類與發(fā)展混凝土的種類很多。按膠凝材料不同，分水泥混凝土、瀝青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表觀密度不同，分重混凝土、普通混凝土、輕混凝土；按使用功能不同，分結(jié)構(gòu)用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土及防輻射混凝土等；按施工工藝不同，又分噴射混凝土、泵送混凝土、振動(dòng)灌漿混凝土等。為了克服混凝土抗拉強(qiáng)度低的缺陷，人們還將水泥混凝土與其

30、他材料復(fù)合，出現(xiàn)了鋼筋混凝土，預(yù)應(yīng)力混凝土，各種纖維增強(qiáng)混凝土及聚合物浸漬混凝土等。54此外，隨著混凝土的發(fā)展和工程的需要，還出現(xiàn)了膨脹混凝土，加氣混凝土，纖維混凝土等各種特殊功能的混凝土。泵送混凝土（商品混凝土）以及新的施工工藝給混凝土施工帶來(lái)方便。目前，混凝土仍繼續(xù)向輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能、高效能的方向發(fā)展，發(fā)展復(fù)合材料，不斷擴(kuò)大混凝土的制備資源，發(fā)展預(yù)制混凝土、綠色混凝土和使混凝土商品化是今后發(fā)展的重要方向。 5556二、普通混凝土 1 組成材料與結(jié)構(gòu)普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、細(xì)骨料（砂）和水拌合，經(jīng)硬化而成的一種人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收縮；水泥和

31、水形成水泥漿，包裹在粗細(xì)骨料表面并填充骨料間的空隙。水泥漿體在硬化前起潤(rùn)滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后將骨料膠結(jié)在一起，形成堅(jiān)強(qiáng)的整體。其結(jié)構(gòu)如圖 572 主要技術(shù)性質(zhì)混凝土的性質(zhì)包括混凝土拌合物的和易性、強(qiáng)度、變形及耐久性等。和易性又稱工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工條件下，便于各種施工工序的操作，以保證獲得均勻密實(shí)的混凝土的性能。和易性是一項(xiàng)綜合技術(shù)指標(biāo)，包括流動(dòng)性（稠度）、粘聚性和保水性三個(gè)主要方面。 58強(qiáng)度是混凝土硬化后的主要力學(xué)性能，反映混凝土抵抗荷載的能力。包括抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、抗折及握裹強(qiáng)度。其中以抗壓強(qiáng)度最大，抗拉強(qiáng)度最小。混凝土的變形包括非荷載作用

32、下的變形和荷載作用下的變形。非荷載作用下的變形有收縮、干濕變形及溫度變形等。水泥用量過(guò)多，在混凝土的內(nèi)部易產(chǎn)生化學(xué)收縮而引起微細(xì)裂縫?；炷聊途眯允侵富炷猎趯?shí)際使用條件下，抵抗各種破壞因素作用，長(zhǎng)期保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力。包括混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗蝕性及抗碳化能力等。 59砂漿砂漿是由膠凝材料、細(xì)骨料和水等材料按適當(dāng)比例配制而成的。砂漿與混凝土的區(qū)別在于不含粗骨料，可認(rèn)為砂漿是混凝土的一種特例，也可稱為細(xì)骨料混凝土。 60 砂漿常用的膠凝材料有水泥、石灰、石膏。按膠凝材料不同砂漿又可分為水泥砂漿、石灰砂漿和混合砂漿?；旌仙皾{有水泥石灰砂漿、水泥粘土砂漿和石灰粘土砂漿等。用于磚石砌體的砂漿稱為砌筑砂漿。起著傳遞荷載的作用，是砌體的重要組成部分。普通水泥、礦渣水泥、火山灰質(zhì)水泥等常用水泥都可以用來(lái)配制砌筑砂漿。有時(shí)為改善砂漿的和易性和節(jié)約水泥，常在砂漿中摻入適量的石灰或粘土膏漿制成混合砂漿。 61 新拌的砂漿主要要求具有良好的和易性。和易性良好的砂漿容易在粗糙的磚石底石面上鋪設(shè)成均勻的薄層，而且能夠和底面緊密粘結(jié)。砂漿和易性包括流動(dòng)性和保水性兩個(gè)方面。硬化后的砂漿則應(yīng)具有所需的強(qiáng)度和對(duì)底面的粘結(jié)力，而且其變形不能過(guò)大。根據(jù)砂漿的抗壓強(qiáng)度劃分的若干等級(jí)稱為砂