《建筑材料》 課件全套 第0-11章 緒論、建筑材料的基本性質(zhì) - 新型建筑材料

緒論1一、建筑材料的概念與分類1.建筑材料的概念建筑材料是指用于建筑和土木工程領(lǐng)域的各種材料的總稱，簡稱“建材”。狹義的建筑材料是指用于土建工程的材料，如鋼材、木材、玻璃、水泥、涂料等，通常將水泥、鋼材和木材稱為一般建筑工程的三大材料。廣義的建筑材料還包括用于建筑設(shè)備的材料，如電線、水管等。建筑學(xué)科中的“建筑材料”是指對不同建筑材料的物理和化學(xué)特性進(jìn)行研究的學(xué)科，主要研究建筑材料的組成、結(jié)構(gòu)與工程性能的關(guān)系和建筑材料的制備技術(shù)。22.建筑材料的分類（1）按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分不同，建筑材料可分為無機(jī)材料、有機(jī)材料和復(fù)合材料。1）無機(jī)材料。無機(jī)材料包括金屬材料和非金屬材料。金屬材料包括鋼、鋁等；非金屬材料包括燒土制品（陶瓷制品、黏土磚、玻璃等）、天然石材（砂、石、石材制品）、氣硬性無機(jī)膠凝材料（石灰、石膏、水玻璃、水泥等）和合成材料（混凝土）等。32）有機(jī)材料。有機(jī)材料包括植物材料、瀝青材料和高分子材料。植物材料包括木材、竹材等；瀝青材料包括煤瀝青、石油瀝青及制品等；高分子材料包括塑料、涂料和合成橡膠等。3）復(fù)合材料。復(fù)合材料包括各種材料復(fù)合形成的材料，如金屬材料與有機(jī)材料復(fù)合形成的新材料（輕質(zhì)金屬夾芯板、PVC鋼板、有機(jī)涂層鋁合金板等）、有機(jī)材料與無機(jī)非金屬材料復(fù)合形成的新材料（瀝青混凝土、聚合物混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)塑料等）。4（2）按功能分類按功能不同，建筑材料可分為結(jié)構(gòu)材料、墻體材料和功能材料三大類。1）結(jié)構(gòu)材料。結(jié)構(gòu)材料是指構(gòu)成基礎(chǔ)、柱、梁、板等承重系統(tǒng)的材料，如磚、石材、鋼筋混凝土、木材等材料。2）墻體材料。墻體材料是指用于建筑物內(nèi)、外承重墻體及內(nèi)隔墻的材料，如石材、普通磚、空心磚、加氣混凝土砌塊、混凝土墻板、石膏板、金屬板材以及復(fù)合墻板等。3）功能材料。功能材料主要是指具有某種特殊功能的材料，如防水材料、保溫隔熱材料、吸聲材料、裝飾材料、防腐材料等。5二、建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)建筑材料生產(chǎn)的現(xiàn)代化、管理的科學(xué)化，要求對材料產(chǎn)品的各項(xiàng)技術(shù)制定統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)是衡量企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量是否合格的技術(shù)依據(jù)，也是供需雙方對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收的依據(jù)。這些標(biāo)準(zhǔn)一般包括產(chǎn)品的規(guī)格、分類、技術(shù)性能檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則、包裝、儲存及運(yùn)輸?shù)确矫娴囊?。目前，我國常用的?biāo)準(zhǔn)共有三類：第一類是國家標(biāo)準(zhǔn)，包括強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)（代號GB）和推薦性標(biāo)準(zhǔn)（代號GB/T）；第二類是地方標(biāo)準(zhǔn)（代號DB）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（代號QB）；第三類是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（代號JG）、交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（代號JT）和冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（代號YB）等。6例如：國家標(biāo)準(zhǔn)（強(qiáng)制性）：《通用硅酸鹽水泥》（GB175—2007）。國家標(biāo)準(zhǔn)（推薦性）：《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》（GB/T5223—2014）。建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（推薦性）：《建筑裝飾用水磨石》（JC/T507—2022）。就強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)而言，任何技術(shù)（或產(chǎn)品）不得低于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求，對于推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)，也可以執(zhí)行其他標(biāo)準(zhǔn)要求，推薦性標(biāo)準(zhǔn)若被強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)采納，就認(rèn)為是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，地方標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所制定的技術(shù)要求應(yīng)高于國家標(biāo)準(zhǔn)。7為了促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大對外貿(mào)易和提高標(biāo)準(zhǔn)化水平，我國也采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。對于建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)化，世界范圍有統(tǒng)一使用的“ISO”國際標(biāo)準(zhǔn)，各國均有自己的標(biāo)準(zhǔn)，如美國的“ASTM”標(biāo)準(zhǔn)、德國的“DIM”標(biāo)準(zhǔn)、日本的“JSI”標(biāo)準(zhǔn)和英國的“BS”標(biāo)準(zhǔn)等。8三、建筑材料的發(fā)展史建筑材料是隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高而逐漸發(fā)展的。人類最初居住的是洞穴，使用的是天然石塊、樹枝、茅草等建筑材料，難以抵御猛獸的襲擊。鐵的出現(xiàn)，使人類可以對石、木進(jìn)行粗略加工，建造出簡單的房屋。隨著磚石的出現(xiàn)，建筑材料由天然材料階段進(jìn)入人工生產(chǎn)階段?！扒卮u漢瓦”印證了中國建筑材料的悠久歷史。下面這些著名建筑都凝聚著古代勞動人民的智慧。9用磚砌、石砌、磚石混合砌的方法建造的萬里長城，綿延起伏、氣勢磅礴，總計長度達(dá)21196.18km，被視為世界建筑史上一大奇跡，使用的磚、石材料多達(dá)1億m3。古埃及是歷史悠久的文明古國之一。10萬里長城金字塔趙州橋又稱安濟(jì)橋，是世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代敞肩石拱橋，全長64.4m，跨徑37.02m，拱頂寬9m，拱矢高7.23m，是一座空腹式的圓弧形石拱橋。11趙州橋定州塔位于河北省定州市城內(nèi)，原名開元寺塔，是中國現(xiàn)存最高大的一座磚木結(jié)構(gòu)古塔，有“中華第一塔”之稱，建于高大的臺基之上，共十一層，塔基外圍周長128m，高83.7m，塔身為磚木結(jié)構(gòu)。磚的規(guī)格不一，有十幾種。12定州塔埃菲爾鐵塔分為三層：離地面57.6m的第一層建有播放埃菲爾鐵塔歷史短片的迷你博物館；離地面115.7m的第二層建有高級餐廳；離地面276.1m處的第三層建有觀景臺，在這里可將巴黎市區(qū)城景盡收眼底。13埃菲爾鐵塔四、課程性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法建筑材料課程講述常用建筑材料的品種、規(guī)格、性質(zhì)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)方法、基本特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、儲運(yùn)和保管等方面的知識，為今后學(xué)習(xí)相關(guān)課程、走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)本課程后，學(xué)生應(yīng)能用所學(xué)知識正確、合理地選擇和使用常用建筑材料，能夠應(yīng)用常用的檢驗(yàn)方法對建筑材料的質(zhì)量進(jìn)行分析判斷，并具備認(rèn)識和鑒別新型建筑材料的能力。14學(xué)習(xí)本課程時，應(yīng)注意以材料性質(zhì)為主，以決定材料性質(zhì)的內(nèi)在因素和影響材料性質(zhì)的外界因素為線索，必須了解事物本質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，即材料的性質(zhì)與建筑工程之間的關(guān)系，才能把握材料的性質(zhì)。學(xué)習(xí)本課程時，還應(yīng)注意充分利用實(shí)踐課，加深對知識的認(rèn)知和掌握，結(jié)合工程實(shí)際，將理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐和材料試驗(yàn)結(jié)合起來。這樣不僅增強(qiáng)感性認(rèn)識，同時可在實(shí)踐中驗(yàn)證和補(bǔ)充材料的特性、使用方法、使用效果，以及使用中存在的問題等方面的知識。1516第一節(jié)建筑材料的物理性質(zhì)第三節(jié)材料的耐久性第二節(jié)建筑材料的力學(xué)性質(zhì)第一章建筑材料的基本性質(zhì)17掌握材料的密度、表觀密度、堆積密度、孔隙率、空隙率在工程實(shí)際中的意義。了解材料孔隙及其對材料性質(zhì)的影響，以及親水性、憎水性、吸水性、耐水性、抗凍性、抗?jié)B性、耐久性的內(nèi)涵。掌握材料受力類型及在外力作用下產(chǎn)生的變形。了解脆性、韌性、硬度、耐磨性及耐久性在工程中的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)1819建筑材料在建筑物各個部位的功能不同，其承受各種不同荷載及周圍環(huán)境介質(zhì)的作用也不同，必須具有相應(yīng)的基本性質(zhì)。建筑材料品種繁多，性質(zhì)各異，有共性也有特性。歸納起來，建筑材料的基本性質(zhì)包括物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。本章僅介紹建筑材料帶有共性的、重要的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。建筑材料的物理性質(zhì)第一節(jié)2021一、材料的密度、表觀密度與堆積密度密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量，單位為g/cm3或kg/m3。由于材料所處的狀態(tài)不同，故有密度（實(shí)際密度）、表觀密度和堆積密度之分。1.密度密度是指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，按下式計算：式中ρ———密度，g/cm3或kg/m3；

m———材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g或kg；

V———材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3或m3。22絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積是指內(nèi)部不包括孔隙的體積。除了鋼材、玻璃等少數(shù)接近于絕對密實(shí)的材料外，絕大多數(shù)材料都有一些孔隙，如磚、石材等塊狀材料。在測定有孔隙的材料密度時，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉以排除其內(nèi)部孔隙，經(jīng)干燥至恒重后，用密度瓶（李氏瓶）測定其實(shí)際體積，該體積即可視為材料絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積。材料磨得越細(xì)，測定的密度值越精確。232.表觀密度表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算：式中ρ0———表觀密度，g/cm3或kg/m3；

m———材料的質(zhì)量，g或kg；

V0———材料在自然狀態(tài)下的體積，cm3或m3。材料在自然狀態(tài)下的體積是指材料的實(shí)際體積與材料內(nèi)所含全部孔隙體積之和。24自然狀態(tài)下的體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的外形體積。在材料的內(nèi)部孔隙中，有的與外界連通，稱為開口孔，有的互相獨(dú)立，不與外界相通，稱為閉口孔，如圖所示。含孔材料體積組成1—閉口孔2—開口孔V0—自然狀態(tài)下的體積V—實(shí)際體積VP—孔隙體積25對于外形規(guī)則的材料，只要測得材料的質(zhì)量和自然狀態(tài)下的體積，即可算得表觀密度。另外，材料的表觀密度與含水狀態(tài)有關(guān)。材料含水時，質(zhì)量要增加，體積也會發(fā)生不同程度的變化。因此，一般測定表觀密度時，以干燥狀態(tài)為準(zhǔn)，含水狀態(tài)下測定的表觀密度必須注明含水率。263.堆積密度散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度，按下式計算：式中ρ′0———堆積密度，g/cm3或kg/m3；

m———材料的質(zhì)量，g或kg；

V′0———材料的堆積體積，cm3或m3。27散粒材料在自然狀態(tài)下的體積，是指包括散粒實(shí)際體積、散粒內(nèi)部的孔隙、散粒之間空隙的總體積，如圖所示。散粒材料松散體積組成1—散粒中的固體物質(zhì)2—散粒的開口孔隙3—散粒的閉口孔隙4—散粒間的空隙VK—開口孔隙體積VB—封閉孔隙體積VP—孔隙體積VS—空隙體積28在建筑工程中，密度、表觀密度、堆積密度常用來計算材料自重、材料用量、構(gòu)件自重、材料配比，以及確定堆放空間、運(yùn)輸量等。常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度見表。常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度29常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度30二、材料的密實(shí)度與孔隙率1.密實(shí)度密實(shí)度（D）是指固體材料體積內(nèi)實(shí)際物質(zhì)部分的體積占總體積的比例，表征材料體積內(nèi)被實(shí)際物質(zhì)所充填的程度，即反映了材料的致密程度。密實(shí)度可按下式計算：312.孔隙率孔隙率（P）是指材料體積內(nèi)孔隙體積（Vp）占材料總體積（V0）的百分率?？紫堵士捎孟率接嬎悖嚎紫堵逝c密實(shí)度的關(guān)系為：P+D=132由上式推導(dǎo)可以看出，密實(shí)度和孔隙率從兩個不同的側(cè)面反映了材料的疏密程度。建筑材料的許多性質(zhì)（強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性、吸聲性）都與材料構(gòu)造的疏密程度有關(guān)，除決定于孔隙率的大小以外，還與孔隙的構(gòu)造特征（開口孔或閉口孔）、大小及分布等有關(guān)。工程中，對于需要保溫隔熱的建筑構(gòu)件，要求其所用材料的孔隙率盡量大；相反，對要求高強(qiáng)度或不透水的建筑構(gòu)件，則要求其所用材料的孔隙率盡量小。333.空隙率空隙率是指散粒狀材料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積（VS）占堆積體積的百分率，以P′表示，因VS=V0′-V0，則空隙率可用下式計算：空隙率與孔隙率有諸多區(qū)別，孔隙率適用于個體材料，空隙率適用于堆積材料之間，孔隙率可以判斷材料的性質(zhì)，空隙率可以進(jìn)行材料用量計算。344.填充率填充率是指散粒狀材料堆積體積內(nèi)，散粒材料的顆粒所填充的程度（即散粒材料的顆粒體積占總體積的百分率），以D′表示，可按下式計算：35三、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.親水性與憎水性不同材料與水接觸時會出現(xiàn)不同的現(xiàn)象，據(jù)其能否被水濕潤，可將材料分為兩大類：親水性材料與憎水性材料。材料被水潤濕的情況可用潤濕角（θ）表示。當(dāng)材料與水接觸時，從材料、水、空氣三相的交界點(diǎn)出發(fā)，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角稱為潤濕角。如圖所示，潤濕角越小，材料越容易被水潤濕。常用潤濕角判斷材料的親水性與憎水性，見表。36潤濕角大小與親水性和憎水性的關(guān)系材料的潤濕角a）親水性材料b）憎水性材料37上述概念也適用于其他液體對固體材料的潤濕情況，相應(yīng)材料稱為親液材料和憎液材料。材料與水接觸時，材料與水分子之間的親合力大于水分子之間的內(nèi)聚力時，材料表現(xiàn)為親水性；材料與水接觸時，材料與水分子之間的親合力小于水分子之間的內(nèi)聚力時，材料則表現(xiàn)為憎水性。憎水性材料常用作防潮、防水、防腐材料，也可以對親水性材料進(jìn)行表面處理，以便降低其吸水性。382.吸水性與吸濕性（1）吸水性材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性強(qiáng)弱用吸水率表示，吸水率包括質(zhì)量吸水率和體積吸水率。1）質(zhì)量吸水率。質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和后，內(nèi)部所吸水分的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率，計算公式為：式中W質(zhì)———材料的質(zhì)量吸水率，%；

m濕———材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量，g；

m干———材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。392）體積吸水率。體積吸水率是指材料在吸水飽和后，其內(nèi)部所吸水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，計算公式為：式中W體———材料的體積吸水率，%；

V水———材料內(nèi)部吸水的體積，cm3；

V0———干燥材料在自然狀態(tài)下的體積，cm3。40（2）吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性用含水率表示，即材料所含水的質(zhì)量與材料干燥時的質(zhì)量之比。吸濕作用一般是可逆的，也就是說，材料既可吸收空氣中的水分，也可向空氣中釋放水分。式中Wwc———材料的含水率，%；

m含———材料含水時的質(zhì)量，g；

m干———材料干燥時的質(zhì)量，g。413.耐水性材料長期在水作用下不破壞，強(qiáng)度也不明顯降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，用公式表示為：式中K軟———材料的軟化系數(shù)；

f飽———材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；

f干———材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa。材料的軟化系數(shù)在0~1之間。軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后強(qiáng)度降低越多，耐水性越差。424.抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性，或稱不透水性。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)（K）表示，滲透系數(shù)的測定如圖所示。滲透系數(shù)的測定1—金屬圓筒2—止水材料3—試件4—橡膠墊圈5—底座43滲透系數(shù)的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，單位時間內(nèi)透過單位面積的水量，用公式表示為：式中W———透過材料試件的水量，cm3；

d———試件厚度，cm；

A———透水面積，cm2；

t———透水時間，s；

H———靜水壓力水頭，cm。K值越大，表示材料滲透的水量越多，即抗?jié)B性越差。材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關(guān)。44混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示?？?jié)B等級越高，抗?jié)B性能越好?？?jié)B等級是以規(guī)定的試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下所能承受的最大靜水壓力來確定，以符號Pn表示，其中n為該材料所能承受的最大靜水壓力的10倍（單位為MPa)，如P4、P6、P8、P10、P12等分別表示材料能承受0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa的靜水壓力而不滲水。通常來說，憎水性材料的抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料，密實(shí)度高的材料的抗?jié)B性也較高，具有開口空隙的材料抗?jié)B性較差。采取增大混凝土的密實(shí)度、改變混凝土中孔隙結(jié)構(gòu)、減小連通孔隙等措施，可以提高混凝土抗?jié)B性。455.抗凍性材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不明顯降低強(qiáng)度的性質(zhì)，稱為材料的抗凍性。材料的抗凍性用抗凍等級表示?？箖龅燃壥且砸?guī)定的試件，在規(guī)定試驗(yàn)條件下，測得其強(qiáng)度降低不超過25%，且質(zhì)量損失不超過5%時所能承受的最多的循環(huán)次數(shù)來確定，用符號Fn（Dn）表示，其中n即為最大凍融循環(huán)次數(shù)，如F25、F50、F100、F200等分別表示該材料可承受25次、50次、100次、200次凍融循環(huán)。材料抗凍等級應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類、使用條件、氣候條件等進(jìn)行選擇。建筑材料的力學(xué)性質(zhì)第二節(jié)4647一、材料的強(qiáng)度材料在外力（荷載）作用下抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。材料在建筑物上受到的外力主要有拉力、壓力、彎曲力和剪切力等，材料抵抗這些外力破壞的能力分別稱為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度（即抗彎強(qiáng)度）、抗剪強(qiáng)度，如圖所示。材料所受外力a）拉力b）壓力c）剪切力d）彎曲力48材料抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的計算公式如下：式中f———材料的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度，MPa；

Fmax———材料破壞的最大荷載，N；

S———受力（荷載）面積，mm2。49如圖上d所示，單點(diǎn)集中加荷抗彎強(qiáng)度的計算公式如下：式中f———材料的抗彎強(qiáng)度，MPa；

Fmax———材料破壞的最大荷載，N；

L———兩支點(diǎn)的間距，mm；

b、h———材料橫截面的邊長，其中，h為平行于加荷方向的邊長，mm。50二、材料的彈性與塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，變形隨即消失，能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性，這種變形稱為彈性變形（瞬時變形），其值大小與外力成正比。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，不能恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為塑性，這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（永久變形）。材料的彈性變形與塑性變形曲線如圖所示。材料的彈性變形與塑性變形曲線51上圖中，OA段為彈性變形，Ab段為塑性變形。應(yīng)該指出，單純的彈性變形是沒有的。有的材料在荷載不大的情況下，外力與變形成正比，產(chǎn)生彈性變形，荷載超過一定限度后，接著出現(xiàn)塑性變形。常用建筑鋼材（軟鋼）就屬于這種情況。也有的材料在受力后，彈性變形和塑性變形同時產(chǎn)生，去掉荷載后，彈性變形可以恢復(fù)，而其塑性變形則不能恢復(fù)?；炷敛牧鲜芰蟮淖冃尉蛯儆谶@種情況。52三、材料的脆性與韌性材料在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度時，材料突然破壞且破壞時無明顯塑性變形的性質(zhì)稱為脆性。這種材料抵抗沖擊和震動的能力差，它們的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高很多。混凝土、玻璃、天然巖石、磚瓦、陶瓷、鑄鐵等屬于脆性材料，主要用于基礎(chǔ)、墻體、柱子等受壓的建筑部位。在沖擊荷載或震動荷載作用下，材料能夠承受較大的變形而不破壞的性質(zhì)稱為韌性（或沖擊韌性）。建筑鋼材、木材、瀝青等屬于韌性材料。用作路面、橋梁、吊車梁以及抗震結(jié)構(gòu)的材料，應(yīng)考慮其韌性。53四、材料的硬度和耐磨性硬度是材料抵抗其他物體壓入其內(nèi)部的能力，通常用刻痕法和壓入法測定。刻痕法通常用于測定天然礦物質(zhì)的硬度，即按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石硬度遞增順序分為10級。通常用它們對材料的刻痕來確定所測材料的硬度，稱為莫氏硬度。鋼材、木材、混凝土等的硬度采用鋼球壓入法測定，稱為布式硬度（HB）。54耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，通常用磨損率（K）表示，即：式中m1、m2———試件磨損前后的質(zhì)量；

A———試件受磨的面積。建筑工程中，用于地面、樓梯踏步、人行道路等部位的材料均應(yīng)考慮其硬度和耐磨性，一般來說，強(qiáng)度較高的材料，其硬度較大，耐磨性較好。材料的耐久性第三節(jié)5556材料的耐久性是材料在使用中抵抗環(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。材料的耐久性是一項(xiàng)綜合性能，一般包括抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、抗老化性、抗碳化性、耐熱性、耐磨性等。一、影響材料耐久性的環(huán)境因素材料在使用過程中，不僅內(nèi)在原因使其組成、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，同時還受到使用條件和各種自然因素的多種環(huán)境作用，這些作用包括物理作用，化學(xué)作用和生物作用。571.物理作用物理作用一般是指溫度變化、干濕交替、凍融循環(huán)等。這些作用會使材料發(fā)生體積變化或引起內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展，從而使材料性能不滿足正常使用的要求，如混凝土、巖石、外裝修材料的熱脹冷縮等。2.化學(xué)作用化學(xué)作用主要指酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液及有害氣體的侵蝕作用，這些侵蝕作用會使材料逐漸變質(zhì)而破壞，如水泥石的腐蝕作用、鋼筋的銹蝕作用、混凝土在海水中的腐蝕作用、石膏在水中的溶解作用等。3.生物作用生物作用一般是指菌類、昆蟲等的侵害作用，包括材料因蟲蛀、腐朽而破壞，如木材的腐蝕等。58二、材料耐久性的評定材料的用途不同，所處的工程環(huán)境條件不同，耐久性的評價側(cè)重指標(biāo)也不相同。例如，寒冷地區(qū)室外工程所用材料的耐久性指標(biāo)一般以抗凍性表示；處于室外暴露環(huán)境的有機(jī)材料（瀝青路面、塑料等），其耐久性則應(yīng)重點(diǎn)考慮抗老化性能；工程環(huán)境為地下、水中或潮濕環(huán)境時，有防水或防潮要求的構(gòu)件的耐久性應(yīng)重點(diǎn)考慮抗?jié)B性；對于有正負(fù)溫度反復(fù)交替的構(gòu)件和材料，則可以用抗凍性作為耐久性的評定指標(biāo)。59耐久性是材料的一項(xiàng)長期性質(zhì)，最可靠的判斷方法是在使用條件下進(jìn)行長期觀察和測定，但這樣做需要很長的時間。通常測定耐久性時，是根據(jù)使用要求，在試驗(yàn)室進(jìn)行快速試驗(yàn)，并據(jù)此做出判斷，快速試驗(yàn)的項(xiàng)目有干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、加濕與紫外線干燥循環(huán)、碳化、鹽溶液浸漬與干燥循環(huán)、化學(xué)介質(zhì)浸漬等。60三、提高材料耐久性的措施由具有良好耐久性的建筑材料修筑的工程結(jié)構(gòu)，一般會具有較長的使用壽命。因此，提高材料耐久性可延長工程結(jié)構(gòu)的使用壽命、節(jié)約能源和材料等自然資源。實(shí)際使用中，由于各種原因，土木工程結(jié)構(gòu)常常會因耐久性不足而過早破壞。各國工程技術(shù)人員都已認(rèn)識到，根據(jù)耐久性設(shè)計土木工程結(jié)構(gòu)，更具有科學(xué)性和實(shí)用性。只有深入了解并掌握建筑材料耐久性的本質(zhì)，從材料、設(shè)計、施工、使用各方面共同努力，才能保證建筑材料和結(jié)構(gòu)的耐久性，延長工程結(jié)構(gòu)的使用壽命。具體措施包括：根據(jù)工程的重要性、所處的環(huán)境合理選擇材料，增強(qiáng)材料自身對外界作用的抵抗能力，或采取保護(hù)措施使主體材料與腐蝕環(huán)境相隔離。61第一節(jié)石灰第三節(jié)水玻璃第二節(jié)石膏第二章氣硬性無機(jī)膠凝材料62了解膠凝材料的分類。掌握氣硬性膠凝材料的概念和常用品種。掌握石灰的品種，了解石灰的原料，以及生產(chǎn)、熟化和凝結(jié)硬化的原理，掌握石灰的技術(shù)要求、主要性質(zhì)及正確應(yīng)用。理解石膏的凝結(jié)與硬化的原理，理解石膏的主要性質(zhì)、應(yīng)用及質(zhì)量要求。了解水玻璃的組成及硬化原理，理解水玻璃的性質(zhì)與應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)6364在建筑工程中，將散粒材料（如砂子、石子）或塊狀材料（磚或砌塊）黏結(jié)成整體并具有一定強(qiáng)度的材料稱為膠凝材料。按其化學(xué)成分不同，膠凝材料可分為以高分子化合物為主要成分的瀝青、樹脂、橡膠等有機(jī)膠凝材料和以無機(jī)物為主要成分的水泥、石灰、石膏、水玻璃等無機(jī)膠凝材料，如圖所示。氣硬性膠凝材料只能在空氣中（干燥條件下）凝結(jié)硬化，產(chǎn)生強(qiáng)度。水硬性膠凝材料不僅在空氣中凝結(jié)硬化，而且能更好地在水中凝結(jié)硬化并產(chǎn)生強(qiáng)度。氣硬性膠凝材料只適用于干燥環(huán)境，水硬性膠凝材料既適用于干燥環(huán)境，也適用于潮濕環(huán)境及水中。65膠凝材料的分類石灰第一節(jié)6667石灰是一種傳統(tǒng)而又古老的建筑材料，是以氧化鈣（CaO）或氫氧化鈣[Ca（OH）2]為主要成分的氣硬性膠凝材料。我國在古代已經(jīng)開始燒制石灰了，長城磚塊的黏合、古埃及金字塔的修建都使用了石灰。一、石灰的生產(chǎn)石灰的原材料是石灰?guī)r，主要成分為碳酸鈣（CaCO3），其中也常含有一定量的碳酸鎂（MgCO3），原料分布廣泛，生產(chǎn)工藝簡單。石灰?guī)r經(jīng)煅燒生成的生石灰屬于輕質(zhì)的塊狀物質(zhì)，顏色由白至灰或呈黃褐色。68石灰?guī)r受熱煅燒分解成生石灰，放出二氧化碳。其化學(xué)反應(yīng)式如下：CaCO3→CaO+CO2↑MgCO3→MgO+CO2↑煅燒的溫度一般為1000~1200℃。石灰?guī)r在灰窯中煅燒時溫度低或煅燒時間短，會使石灰?guī)r部分未分解而生成欠火石灰；煅燒時溫度高或煅燒時間長，會生成過火石灰。欠火石灰中碳酸鈣未完全分解，使用時缺乏黏結(jié)力。過火石灰結(jié)構(gòu)密實(shí)，表面常包覆一層熔融物，熟化速度非常緩慢，有的細(xì)小顆?？赡茉谑覒?yīng)用之后再熟化，體積膨脹，致使已經(jīng)硬化的砂漿產(chǎn)生崩裂或鼓泡現(xiàn)象，俗稱“起蘑菇”，影響工程質(zhì)量。69二、生石灰的熟化與硬化1.生石灰的熟化工地上使用生石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為膏狀或粉末狀的消石灰（熟石灰），這個過程稱為生石灰的熟化，又稱水化或消化。生石灰熟化的反應(yīng)式如下：CaO+H2O→Ca（OH）2+64.9kJ生石灰在熟化過程中有兩個特點(diǎn)：一是水化熱大，即放出大量的熱，約為64.9kJ，足可以把雞蛋燒熟，大量的水蒸氣夾雜著熟石灰顆粒騰空而起，這就是人們給石灰塊噴水后看到的白霧現(xiàn)象；二是水化過程體積因膨脹而增大，一般增大1.5~3.5倍。70熟化后的生石灰存在兩種狀態(tài)，即熟石灰粉和石灰膏。（1）熟石灰粉在工程施工中，生石灰中加入適量的水，經(jīng)過熟化、陳伏就得到顆粒細(xì)小且分散的粉狀物（略濕，但不成團(tuán)），即為熟石灰粉。用水量應(yīng)以生石灰能充分消解而又熟石灰粉不過濕成團(tuán)為度。（2）石灰膏建筑工程中所用石灰膏是在生石灰中加入大量水（用量為石灰塊的2.5~3倍）攪拌成漿，過6mm孔徑的篩網(wǎng)過濾除渣，流入淋灰坑（化灰池）內(nèi)成為渾濁的石灰乳，經(jīng)沉淀后分層形成的，上層為水，下層為石灰膏。712.石灰的硬化石灰漿體在空氣中的硬化包括兩個同時交替進(jìn)行的過程，即干燥硬化過程和碳化硬化過程。（1）干燥硬化過程（結(jié)晶作用）石灰漿體中游離水蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶，使?jié){體產(chǎn)生強(qiáng)度。氫氧化鈣的干燥硬化過程主要在內(nèi)部發(fā)生。（2）碳化硬化過程（碳化作用）氫氧化鈣與空氣中二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶析出，釋放水分并蒸發(fā)，使?jié){體產(chǎn)生強(qiáng)度。72石灰漿體硬化后，表面是由兩種不同的晶體組成的，時間越長，表面的碳酸鈣越厚。碳化作用實(shí)際是空氣中二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，然后與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣。這個過程不能在無水的全干狀態(tài)下進(jìn)行。碳化作用在長時間內(nèi)只限于表面，生成了碳酸鈣堅硬的外殼，阻礙內(nèi)部碳化反應(yīng)的發(fā)展。同時也阻礙了內(nèi)部水分的蒸發(fā)，使得石灰漿體較長時間處于濕潤狀態(tài)，不易硬化，強(qiáng)度、硬度小，收縮大易產(chǎn)生裂縫。因此，一般情況下純石灰漿不能單獨(dú)使用。73三、石灰的特性1.可塑性與保水性好微觀下，石灰膏是球形的細(xì)小顆粒，且呈高度分散的膠體狀態(tài)，表面及顆粒間空隙有較多的化合水和游離水，降低了顆粒間的摩擦力。這些特點(diǎn)使石灰膏易于鋪攤成均勻的薄層，具有良好的可塑性與保水性。742.硬化后體積收縮大且強(qiáng)度低石灰漿體硬化時，蒸發(fā)大量水分，內(nèi)部毛細(xì)管失水收緊，體積收縮大，表面會出現(xiàn)干縮裂縫，故一般不宜單獨(dú)使用。大量水分蒸發(fā)導(dǎo)致硬化后的石灰內(nèi)產(chǎn)生大量的空隙，密實(shí)度減小，強(qiáng)度低。3.硬化速度慢且耐水性差由于熟石灰的碳化作用發(fā)生在與空氣接觸的表層，生成的氫氧化鈣膜層較致密，阻礙了空氣中二氧化碳滲入和內(nèi)部水分向外蒸發(fā)，導(dǎo)致硬化速度緩慢。由于石灰漿體中大部分是尚未硬化的氫氧化鈣，易在水中潰散，故石灰不宜用于潮濕環(huán)境。75四、石灰的應(yīng)用與保管1.石灰的應(yīng)用石灰的用途很廣，經(jīng)不同加工處理后可得到磨細(xì)生石灰粉、消（熟）石灰粉、石灰膏等不同品種的石灰。它們有不同的用途。（1）制作硅酸鹽制品將塊狀生石灰磨細(xì)成粉狀的石灰，可用于制作硅酸鹽制品，如灰砂磚、粉煤灰磚、粉煤灰砌塊、硅酸鹽砌塊等。（2）調(diào)制石灰乳石灰乳是由消石灰粉或熟化好的石灰膏加入大量的水?dāng)嚢柘♂尪?，是廉價易得的涂料，主要用于內(nèi)墻和頂棚刷白，以增加室內(nèi)亮度。76（3）配制砂漿石灰膏和消石灰粉中氫氧化鈣顆粒非常小，與水調(diào)和后具有很好的可塑性。因此，常用石灰膏或消石灰粉配制成石灰砂漿或水泥石灰混合砂漿，用于砌筑和抹面工程。（4）拌制灰土和三合土石灰與黏土按一定比例（2∶8或3∶7）拌合后稱為石灰土或灰土，如果再加入砂或爐渣、石屑等，即成為三合土。灰土和三合土在我國已有數(shù)千年的應(yīng)用歷史，主要用于建筑物的地基基礎(chǔ)和道路工程的基層、墊層。另外，用石灰與粉煤灰、碎石拌制的“三渣”也常用于道路工程。772.石灰的保管生石灰在空氣中易吸濕，與水迅速反應(yīng)，堆放時應(yīng)注意防潮，運(yùn)輸過程中應(yīng)有防雨措施。生石灰不應(yīng)與易燃易爆及液體物品共存及運(yùn)輸，以免發(fā)生火災(zāi)和引起爆炸，運(yùn)進(jìn)工地后應(yīng)將儲存期變?yōu)槭旎?，立即進(jìn)行陳伏。石膏第二節(jié)7879我國石膏資源極其豐富，儲量大，分布廣。石膏膠凝材料及其制品具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，在建筑工程中得到廣泛的應(yīng)用。石膏膠凝材料品種很多，建筑上使用較多的是建筑石膏、高強(qiáng)石膏、無水石膏水泥等。一、石膏的原材料1.生石膏（又稱為軟石膏）生石膏通常指天然二水石膏，分子式為CaSO4·2H2O，是生產(chǎn)建筑石膏最主要的原料。生石膏粉加水不硬化，無膠結(jié)力。802.化工石膏化工石膏指含有二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）及硫酸鈣（CaSO4）混合物的化工副產(chǎn)品，也可作為生產(chǎn)建筑石膏的原料，但性能不及用生石膏制得的建筑石膏。3.硬石膏硬石膏指天然無水石膏，分子式為CaSO4，不含結(jié)晶水，性質(zhì)與生石膏差別較大，通常用于生產(chǎn)建筑石膏制品或添加劑。81二、建筑石膏的生產(chǎn)將主要成分為二水石膏的天然石膏或化工石膏在107~170℃條件下煅燒脫去部分結(jié)晶水制得的半水石膏，稱為建筑石膏，又稱為熟石膏。建筑工程中應(yīng)用的石膏膠凝材料主要是建筑石膏。生石膏在加熱過程中，隨著溫度和壓力不同，其產(chǎn)品的性能也隨之變化，具體見表。82石膏生產(chǎn)及性能83三、建筑石膏的凝結(jié)硬化建筑石膏與適量水拌和后，與水發(fā)生水化反應(yīng)生成二水硫酸鈣的過程稱為建筑石膏的凝結(jié)硬化，也稱為水化。該反應(yīng)過程如圖所示。半水石膏拌水后形成流動的可塑性凝膠體，并開始溶于水中，很快形成飽和溶液，溶液中的半水石膏與水反應(yīng)生成二水石膏。由于二水石膏在常溫下的溶解度僅為半水石膏的五分之一，故二水石膏漿體變稠，進(jìn)而失去流動性。石膏膠體顆粒將從溶液中析出，并促使一批新的半水石膏溶解和水化，直至半水石膏全部轉(zhuǎn)化為二水石膏。84建筑石膏的凝結(jié)硬化a）膠化b）結(jié)晶開始c）結(jié)晶長大與交錯1—半水石膏2—二水石膏膠體微粒3—二水石膏晶體4—交錯的晶體85隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，自由水分被水化和蒸發(fā)而不斷減少，加之生成的二水石膏微粒比半水石膏細(xì)，比表面積大，吸附更多的水，可塑性也開始下降，這一過程稱為石膏的初凝；又隨著二水石膏微粒結(jié)晶長大，晶體顆粒逐漸互相搭接、交錯、共生，從而產(chǎn)生強(qiáng)度，這一過程稱為石膏的硬化。實(shí)際上，上述水化和凝結(jié)硬化過程是相互交叉而連續(xù)進(jìn)行的。86四、建筑石膏的主要技術(shù)性質(zhì)1.凝結(jié)硬化快建筑石膏加水拌和后10min內(nèi)便失去塑性而初凝，30min內(nèi)即終凝硬化，并產(chǎn)生強(qiáng)度。由于建筑石膏初凝時間短，不便于施工操作，使用時一般均加入緩凝劑，以延長凝結(jié)時間。常用的緩凝劑有經(jīng)石灰處理的動物膠（摻量0.1%~0.2%）、亞硫酸酒精廢液（摻量1%）、硼砂、檸檬酸、聚乙烯醇等。摻緩凝劑后，石膏制品的強(qiáng)度將有所降低。872.表觀密度小，強(qiáng)度低建筑石膏水化的理論需水量只占半水石膏的18.6%。在使用建筑石膏的過程中，為使?jié){體具有足夠的流動性，通常加水量可達(dá)50%~60%，導(dǎo)致與水泥相比強(qiáng)度較低，表觀密度小。3.體積微膨脹建筑石膏凝結(jié)硬化過程中會產(chǎn)生體積膨脹（約1%），不像石灰和水泥那樣出現(xiàn)體積收縮，可澆注出紋理細(xì)致的浮雕花飾，制品表面光滑、體形飽滿、無收縮裂紋，特別適用于刷面和制作建筑裝飾制品。這是其他膠凝材料所不具有的特性。884.顏色潔白，可加彩色建筑石膏顏色潔白，且雜質(zhì)含量少，還可加入各種顏料調(diào)制成彩色石膏制品，保色性好。5.保溫性能好由于石膏制品生產(chǎn)時往往加入過量的水，水分蒸發(fā)后形成大量的內(nèi)部毛細(xì)孔，孔隙率達(dá)50%~60%，表觀密度小（800~1000kg/m3），導(dǎo)熱系數(shù)小，故具有良好的保溫絕熱性能，常用作保溫材料，并具有一定的吸聲效果。896.耐水性差但具有一定的調(diào)濕功能建筑石膏制品的軟化系數(shù)只有0.2~0.3，不耐水，但由于毛細(xì)孔隙較多，比表面積大，當(dāng)空氣過于潮濕時能吸收水分，當(dāng)空氣過于干燥時則能釋放水分，從而調(diào)節(jié)空氣的相對濕度。提高石膏耐水性的主要措施有摻加礦渣、粉煤灰等活性混合材料，或者摻加防水劑、進(jìn)行表面防水處理等。7.防火性好建筑石膏制品的導(dǎo)熱系數(shù)小，傳熱慢，比熱又大，更重要的是二水石膏遇火脫水，產(chǎn)生的水蒸氣能有效阻止火勢蔓延，起到防火作用，但脫水后制品強(qiáng)度會下降。90五、建筑石膏的應(yīng)用建筑石膏在土木工程中用作室內(nèi)抹灰及粉刷、生產(chǎn)建筑裝飾制品和石膏板。建筑裝飾制品（吊頂）911.室內(nèi)抹灰及粉刷以建筑石膏為膠凝材料，加入水和砂子配成石膏砂漿，可用于內(nèi)墻面抹平。由建筑石膏的特性可知，石膏砂漿具有良好的保溫、隔熱、隔音、防火性能，能調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的濕度。由于石膏砂漿不耐水，故不宜在外墻使用。在建筑石膏中加水和適量外加劑，調(diào)制成涂料，可用于涂刷裝修內(nèi)墻面。石膏粉刷后的墻面光潔、細(xì)膩、潔白，且透濕透氣、凝結(jié)硬化快、施工方便、黏結(jié)強(qiáng)度高，是良好的內(nèi)墻涂料。922.生產(chǎn)建筑裝飾制品在雜質(zhì)含量少的建筑石膏（有時稱為模型石膏）中加入少量纖維增強(qiáng)材料和建筑膠水等，可以制成各種裝飾制品，也可摻入顏料制成彩色制品。3.生產(chǎn)石膏板石膏板是土木工程中使用量最大的一類板材，包括石膏裝飾板、空心石膏板、蜂窩板等，常用于裝飾吊頂、隔板，具有保溫、隔聲、防火等功能。運(yùn)輸和儲存建筑石膏時要注意防潮，儲存期一般不宜超過3個月，否則石膏制品的質(zhì)量將下降。93六、建筑石膏的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表中所列強(qiáng)度指標(biāo)為2h的強(qiáng)度值。建筑石膏的質(zhì)量指標(biāo)水玻璃第三節(jié)9495一、水玻璃的組成和生產(chǎn)水玻璃俗稱泡花堿，能溶于水，是一種由堿金屬氧化物和二氧化碳結(jié)合而成的硅酸鹽材料。水玻璃分為鈉水玻璃和鉀水玻璃兩類，鈉水玻璃為硅酸鈉水溶液，鉀水玻璃為硅酸鉀水溶液。土木工程中主要使用鈉水玻璃。優(yōu)質(zhì)純凈的水玻璃為無色透明的黏稠液體，溶于水，當(dāng)含有雜質(zhì)時呈淡黃色或青灰色。96水玻璃主要成分是石英粉（SiO2）、純堿（Na2CO3）或含硫酸鈉的原料，將原料磨細(xì)，按比例配合，在玻璃熔爐內(nèi)加熱至1300~1400℃，熔融而成硅酸鈉，冷卻后即成固態(tài)水玻璃。固態(tài)水玻璃在0.3~0.8MPa的蒸壓鍋內(nèi)加熱，可溶解為無色、淡黃或青灰色透明、半透明的黏稠液體，即成液態(tài)水玻璃。它能溶解于水，并能在空氣中凝結(jié)、硬化。97鈉水玻璃分子式中的n稱為水玻璃的模數(shù)，代表氧化鈉和二氧化硅的分子數(shù)比，是非常重要的參數(shù)。n值越大，水玻璃的黏性和強(qiáng)度越高，但是在水中的溶解能力卻隨之下降。我國生產(chǎn)的水玻璃模數(shù)一般在2.4~3.3之間。水玻璃在水溶液中的含量（或稱濃度）常用密度或者波美度（°B′e）表示。土木工程中常用水玻璃的密度一般為1.36~1.50g/cm3，相當(dāng)于波美度38.4~48.3。密度越大，水玻璃含量越高；黏度越大，水玻璃模數(shù)越大。98二、水玻璃的凝結(jié)固化水玻璃溶液在空氣中吸收二氧化碳，形成二氧化碳凝膠，并逐漸干燥而硬化。上述硬化過程很慢，為加速硬化，可將水玻璃溶液加熱或加入硅氟酸鈉（Na2SiF6）作為促凝劑（硅氟酸鈉加入量為水玻璃的12%~15%）。隨著碳化反應(yīng)的進(jìn)行，水玻璃中硅膠含量增加，接著自由水分蒸發(fā)，硅膠脫水成固體二氧化硅而凝結(jié)硬化，其特點(diǎn)是速度慢、體積收縮、強(qiáng)度低。99三、水玻璃的主要技術(shù)性質(zhì)1.黏結(jié)力和強(qiáng)度較高水玻璃硬化后的主要成分為硅凝膠和固體，比表面積大，因而具有較高的黏結(jié)力。但是，水玻璃自身質(zhì)量、配合料性能及施工養(yǎng)護(hù)對其強(qiáng)度有顯著影響。2.耐酸性好水玻璃耐酸性好，除氫氟酸（HF）、熱磷酸和高級脂肪酸以外，幾乎不與其他無機(jī)酸和有機(jī)酸反應(yīng)。1003.耐熱性好水玻璃硬化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架在高溫下不燃燒、不分解，強(qiáng)度不降低。當(dāng)采用耐熱耐火骨料配制水玻璃砂漿和混凝土?xí)r，可耐1000℃高溫。因此，水玻璃混凝土的耐熱性主要取決于骨料的耐熱性。4.耐堿性和耐水性差水玻璃加入硅氟酸鈉后仍不能完全硬化，仍有一定量的硅酸鈉存在。由于硅酸鈉和二氧化硅均可溶于堿，且硅酸鈉可溶于水，因此水玻璃硬化后的耐堿性和耐水性都較差。101四、水玻璃的應(yīng)用1.涂刷材料表面，提高抗風(fēng)化能力水玻璃溶液涂刷或浸漬材料后，能滲入縫隙和孔隙中，固化的硅凝膠能堵塞毛細(xì)孔通道，提高材料的密度和強(qiáng)度，從而提高材料的抗風(fēng)化能力。但水玻璃不得用來涂刷或浸漬石膏制品，因?yàn)樗ＡЭ膳c石膏反應(yīng)生成硫酸鈉（Na2SO4），在制品孔隙內(nèi)結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致石膏制品開裂破壞。1022.加固土壤將水玻璃與氯化鈣溶液交替注入土壤中，兩種溶液迅速反應(yīng)生成硅膠和硅酸鈣凝膠，起到膠結(jié)和填充孔隙的作用，使土壤的強(qiáng)度和承載能力提高。這種性質(zhì)常用于粉土、砂土和填土的地基加固，稱為雙液注漿。3.配制速凝防水劑水玻璃可與多種礬配制成速凝防水劑，用于堵漏、填縫等局部搶修。這種多礬防水劑的凝結(jié)速度很快，一般為幾分鐘，其中四礬防水劑的凝結(jié)速度不超過1min，故工地上使用時必須即配即用。1034.配制耐酸膠凝、耐酸砂漿和耐酸混凝土水玻璃耐酸膠凝是用水玻璃和耐酸粉料（常用石英粉）配制而成的，與水玻璃耐酸砂漿和水玻璃耐酸混凝土一樣，主要用于有耐酸要求的工程，如硫酸池等。5.配制耐熱膠凝、耐熱砂漿和耐熱混凝土水玻璃耐熱膠凝主要用于耐火材料的砌筑和修補(bǔ)。水玻璃耐熱砂漿和水玻璃耐熱混凝土主要用于高爐基礎(chǔ)和其他有耐熱要求的結(jié)構(gòu)。6.用于多種建筑涂料的原料將液體水玻璃與耐火填料等調(diào)成糊狀的防火漆，涂于木材表面，可抵抗瞬間火焰。104第一節(jié)水泥的生產(chǎn)過程和分類第三節(jié)其他品種水泥第二節(jié)通用水泥第三章水泥105第四節(jié)常用水泥的選用原則試驗(yàn)一水泥試驗(yàn)了解硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程、礦物組成及特性。掌握硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)、特性及應(yīng)用。理解水泥石腐蝕的概念和避免方法。掌握摻混合材料的硅酸鹽水泥品種、特性及應(yīng)用。了解其他品種水泥的特點(diǎn)及應(yīng)用。了解水泥的儲存與運(yùn)輸方法。掌握水泥試樣的選取及代表批量。學(xué)習(xí)目標(biāo)106107本章首先介紹水泥的生產(chǎn)過程和分類，然后重點(diǎn)講述硅酸鹽水泥的礦物組成、水化反應(yīng)、凝結(jié)硬化的過程、技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上介紹普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥的性能及應(yīng)用，最后總結(jié)六大水泥的特征、各自適用范圍，以及如何結(jié)合工程環(huán)境特點(diǎn)選用適合的水泥。水泥的生產(chǎn)過程和分類第一節(jié)108109水泥又叫洋灰，顧名思義，它是從國外引進(jìn)我國的。說它是泥，是指水泥加水拌和后具有可塑造性，可根據(jù)個人的意圖隨意設(shè)計成想要的外觀，待凝結(jié)硬化后成為堅不可摧的水泥石造型。水泥屬于水硬性膠凝材料，它是一種多組分的人造礦物粉料，與水拌和后成為塑性膠體，既能在空氣中硬化，也能在水中硬化，并能將砂石等材料凝結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體。110水泥作為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的“三材”（鋼材、木材、水泥）之一，大量應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通等建設(shè)領(lǐng)域，新中國成立以來水泥產(chǎn)量見表。新中國成立以來水泥產(chǎn)量111一、水泥的分類水泥的品種很多，按其主要水硬性物質(zhì)名稱可分為硅酸鹽系列水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等多種系列水泥，本章主要介紹應(yīng)用最廣的硅酸鹽系列水泥。硅酸鹽系列水泥按其用途及性能分為三類，即通用水泥、專用水泥、特性水泥。1.通用水泥通用水泥是工業(yè)與民用建筑土木工程中應(yīng)用較為廣泛的水泥，它包括六大品種，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。1122.專用水泥專用水泥是以所用工程的名稱命名的水泥，如油井水泥、道路硅酸鹽水泥、砌筑水泥等。3.特性水泥特性水泥是指具有某種突出特性的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥等。113二、常用水泥生產(chǎn)過程生產(chǎn)硅酸鹽系列水泥的原料主要是石灰石、黏土和鐵礦石，硅酸鹽系列水泥的生產(chǎn)工藝流程如圖所示。硅酸鹽系列水泥的生產(chǎn)流程114硅酸鹽系列水泥的生產(chǎn)有三大環(huán)節(jié)，即生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨出廠，這三大環(huán)節(jié)的主要設(shè)備是生料粉磨機(jī)、水泥熟料煅燒窯和水泥粉磨機(jī)，生產(chǎn)過程通常概括為“兩磨一燒”，具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)為：1.生料制備生料制備即將石灰質(zhì)原料、黏土質(zhì)原料與少量校正原料破碎后按一定比例配合、磨細(xì)，并調(diào)配為成分合適、質(zhì)地均勻的生料。1152.熟料煅燒熟料煅燒即將生料放在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。3.水泥粉磨出廠水泥粉磨出廠即將熟料加入適量石膏、混合材料或添加劑共同磨細(xì)為水泥，并包裝出廠。116三、水泥中摻加混合材料種類在生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號而加到水泥中去的人工的和天然的礦物材料，稱為水泥混合材料。水泥混合材料的作用是改善水泥的性能、增加品種、提高產(chǎn)量、節(jié)約熟料、降低成本、擴(kuò)大水泥的使用范圍，可以分為活性混合材料和非活性混合材料。1.活性混合材料加水拌和本身并不硬化，但與石灰、石膏或硅酸鹽水泥一起加水拌和后能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成有一定膠凝性的物質(zhì)，且具有水硬性，這種混合材料稱為活性混合材料，主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁等?；钚曰旌喜牧暇哂谢鹕交倚曰驖撛谒残裕ぐl(fā)劑一般為熟石灰和石膏）。117常用活性混合材料有以下幾種：（1）?；郀t礦渣?；郀t礦渣的主要化學(xué)成分為氧化鈣、二氧化硅和三氧化二鋁，具有潛在水硬性。（2）火山灰質(zhì)混合材料火山灰質(zhì)混合材料的主要化學(xué)成分為二氧化硅和三氧化二鋁，具有火山灰性，有天然和人工兩種，天然的有火山灰、凝灰?guī)r、浮石等，人工的有煤矸石渣、燒頁巖、燒黏土等。（3）粉煤灰粉煤灰的主要化學(xué)成分為二氧化硅和三氧化二鋁，具有火山灰性。1182.非活性混合材料（填充性混合材料）非活性混合材料是不具活性或活性甚低的人工或天然的礦物質(zhì)材料，經(jīng)磨細(xì)后，摻入水泥中不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很弱，僅起提高產(chǎn)量、降低水泥強(qiáng)度、減小水化熱等作用，主要有磨細(xì)的石英砂、石灰石、黏土、慢冷礦渣、爐渣等。不符合技術(shù)要求的活性混合材料可作為非活性混合材料。119在水泥熟料、適量石膏中摻入不同種類、數(shù)量的適當(dāng)混合材料，可制成六大品種的水泥，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥。六大品種水泥成分表見表。六大品種水泥成分表通用水泥第二節(jié)120121通用水泥包括六大品種，即硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。一、硅酸鹽水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、5%以下石灰石或?；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（即國外通稱的波特蘭水泥）。根據(jù)是否摻入混合材料，可將硅酸鹽水泥分為兩種類型，不摻加混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號為P·Ⅰ；在硅酸鹽水泥粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號為P·Ⅱ。1221.硅酸鹽水泥水化與凝結(jié)硬化過程（1）硅酸鹽水泥的水化工程中使用水泥時，首先要用水拌和，水泥顆粒與水接觸，其表面的熟料礦物即與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并放出一定熱量，這個過程稱為水化反應(yīng)。在水化反應(yīng)進(jìn)行的同時，水泥熟料磨細(xì)時摻入的石膏也參加了化學(xué)反應(yīng)。硅酸鹽水泥加水拌和后，熟料礦物與水發(fā)生水化作用，生成各種水化產(chǎn)物，水化產(chǎn)物又會同水泥中的其他組分發(fā)生作用，形成新的水化物。123（2）硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化水泥加水拌和，成為可塑性水泥漿，水泥漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具有強(qiáng)度的過程稱為水泥的凝結(jié)。隨后，水泥產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度并逐漸變成堅硬的人造石———水泥石。這一過程稱為水泥的硬化。凝結(jié)和硬化是人為劃分的，實(shí)際上是一個連續(xù)、復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過程。自1882年雷·查特理首先提出水泥凝結(jié)硬化理論以來，該理論已經(jīng)有了很大發(fā)展。124當(dāng)水泥遇水后，在水泥顆粒表面即發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物立即溶于水中。這時，水泥顆粒又暴露出一層新的表面，水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。由于各種產(chǎn)物溶解度很小，水化產(chǎn)物的生成速度大于水化產(chǎn)物向溶液中擴(kuò)散的速度，所以很快使水泥顆粒周圍溶液中的水化產(chǎn)物濃度達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)，并從溶液中析出，成為高度分散的凝膠體。隨著水化作用繼續(xù)進(jìn)行，凝膠體不斷增加，游離水分不斷減少，水泥將逐漸失去塑性，即出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，但此時尚不具有強(qiáng)度。125隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實(shí)，加之水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠之中，逐漸形成了具有一定強(qiáng)度的水泥石，從而進(jìn)入了硬化階段。水化產(chǎn)物的進(jìn)一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強(qiáng)度不斷提升。實(shí)際上，水泥的水化過程很慢，較粗水泥顆粒的內(nèi)部很難完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆粒、游離水及氣孔等組成的不均質(zhì)體。1262.影響硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的因素（1）礦物組成水泥的礦物組成是影響水泥凝結(jié)硬化的最重要的內(nèi)在因素。不同礦物成分單獨(dú)和水起反應(yīng)時所表現(xiàn)出來的特點(diǎn)是不同的。例如，鋁酸三鈣水化速度最快，放熱量最大，早期強(qiáng)度高而后期強(qiáng)度一般；硅酸二鈣水化速度較慢，放熱量最少，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長迅速。因此，改變水泥的礦物組成，其凝結(jié)硬化將產(chǎn)生明顯變化。127（2）石膏石膏是作為延緩水泥凝結(jié)時間的組分而摻入水泥的。實(shí)踐表明：不摻石膏時，鋁酸三鈣的迅速水化將導(dǎo)致水泥急速凝結(jié)，使水泥不能正常使用。石膏起緩凝作用的機(jī)理可解釋為：水泥水化時，石膏能很快與鋁酸三鈣作用生成水化硫鋁酸鈣（即鈣礬石），鈣礬石很難溶于水，它沉淀在水泥顆粒表面上形成保護(hù)膜，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化反應(yīng)，控制了水泥的水化速度，延緩了凝結(jié)時間。（3）水泥細(xì)度在礦物組成相同的條件下，水泥的細(xì)度越細(xì)，與水接觸時水化反應(yīng)表面積越大，水化反應(yīng)產(chǎn)物增長越快，凝結(jié)硬化速度越快，水化熱越多。128（4）環(huán)境溫度、濕度提高環(huán)境溫度可以使水泥水化反應(yīng)加速，強(qiáng)度增長加快；相反，環(huán)境溫度降低，則水化反應(yīng)減慢，強(qiáng)度增長變緩。溫度為零度以下，水泥的水化反應(yīng)基本停止，強(qiáng)度不僅不增長，甚至?xí)蛩Y(jié)冰而導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞。實(shí)際工程中，常通過蒸汽養(yǎng)護(hù)加速水泥制品的凝結(jié)硬化過程，但高溫養(yǎng)護(hù)往往導(dǎo)致水泥后期強(qiáng)度增長緩慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反應(yīng)的必備條件。當(dāng)環(huán)境較干燥時，水泥中的水分將很快蒸發(fā)，導(dǎo)致水泥不能充分水化，硬化也將停止；反之，水泥的水化將得以充分進(jìn)行，強(qiáng)度增長正常。所以，水泥混凝土在澆筑后的一段時間里，應(yīng)特別注意保溫保濕養(yǎng)護(hù)。129（5）齡期齡期指水泥在正常養(yǎng)護(hù)條件下所經(jīng)歷的時間。水泥的凝結(jié)、硬化是隨齡期的增長而漸進(jìn)的過程，在適宜的溫、濕度環(huán)境中，水泥的強(qiáng)度是隨齡期增長而增加的。在水泥水化作用的最初幾天內(nèi)，強(qiáng)度增長最為迅速，如水化7d的強(qiáng)度可達(dá)到28d強(qiáng)度的70%左右，28d以后的強(qiáng)度增長明顯減緩，如圖所示。水泥的凝結(jié)、硬化除與上述主要因素有關(guān)外，還與水泥的存放時間、受潮程度及摻入的外加劑種類等因素有關(guān)。130硅酸鹽水泥強(qiáng)度發(fā)展與齡期的關(guān)系1313.水泥石的腐蝕與防護(hù)方法在通常條件下，硅酸鹽水泥硬化后有較好的耐久性。當(dāng)水泥石長時間處于侵蝕性介質(zhì)（如流動的淡水、酸和酸性水、硫酸鹽和鎂鹽溶液、強(qiáng)堿等）中時，會逐漸受到侵蝕，變得疏松，導(dǎo)致強(qiáng)度降低甚至造成建筑物結(jié)構(gòu)破壞，這種現(xiàn)象稱為水泥石腐蝕。（1）典型的腐蝕作用引起水泥石腐蝕的原因很多，也很復(fù)雜，下面介紹幾種典型的腐蝕作用。1321）淡水腐蝕。水泥石對于一般江、河、湖水和地下水等硬水具有足夠的抵抗能力，尤其是在不流動的水中，水泥石不會受到明顯侵蝕，但在冷凝水、雨水等流動性淡水作用下，氫氧化鈣成分會加速其溶解，致使水泥石孔隙增大，強(qiáng)度降低，逐漸被破壞。2）酸性腐蝕。在工業(yè)廢水、地下水、沼澤中常含有不同種類的酸，這些酸與水泥石中的氫氧化鈣作用，生成的化合物有的易溶于水，有的體積膨脹，使水泥石受到腐蝕導(dǎo)致破壞。1333）硫酸鹽腐蝕。海水、地下水或某些工業(yè)廢水中常含有硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銨等硫酸鹽，它們與水泥石中的氫氧化鈣起置換作用，在水泥石的孔隙中形成石膏，石膏進(jìn)一步與水泥石中的水化鋁酸鈣作用，生成針狀結(jié)晶的水化硫鋁酸鈣，體積增大2~2.5倍，從而對水泥石產(chǎn)生巨大的破壞作用。因水化硫鋁酸鈣的針狀結(jié)晶與細(xì)菌中的桿菌外形相似，所以稱為“水泥桿菌”。除上述腐蝕類型外，對水泥石有腐蝕作用的還有一些其他物質(zhì)，如糖、動物脂肪、含環(huán)烷酸的石油產(chǎn)品等。134（2）水泥石腐蝕的主要原因?qū)嶋H上，水泥石的腐蝕是一個極為復(fù)雜的物理化學(xué)作用過程，腐蝕過程中很少僅有單一的侵蝕作用，往往是幾種侵蝕作用同時存在，互相影響。產(chǎn)生水泥石腐蝕的主要原因有如下幾個方面。1）水泥石中存在能引起腐蝕的成分，如氫氧化鈣和水化鋁酸鈣。2）水泥石本身不密實(shí)，有很多毛細(xì)孔通道，侵蝕性介質(zhì)容易侵蝕其內(nèi)部。3）腐蝕與通道的相互作用。135（3）防止水泥石腐蝕的措施根據(jù)以上對水泥石腐蝕原因的分析，使用水泥時，可采取以下防止水泥石腐蝕的措施：1）根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種。2）提高水泥石的密實(shí)度。3）加做保護(hù)層。當(dāng)侵蝕作用較強(qiáng)時，可在混凝土及砂漿表面加上耐腐蝕性高而且不透水的保護(hù)層，一般可用耐酸陶瓷、耐酸石料、玻璃、塑料、瀝青等。1364.硅酸鹽水泥的特性與應(yīng)用硅酸鹽水泥的特性與針對不同特性的應(yīng)用具體如下：（1）快凝快硬高強(qiáng)。與硅酸鹽系列的其他品種水泥相比，硅酸鹽水泥凝結(jié)（終凝）快、早期強(qiáng)度（3d）高、強(qiáng)度等級高（低為42.5，高為62.5），特別適合早期強(qiáng)度要求高的工程、重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。（2）抗凍性好。由于硅酸鹽水泥未摻或摻很少量的混合材料，故其抗凍性好，適用于嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的工程及干濕交替的工程部位。137（3）抗腐蝕性差。硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物中有較多的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣，耐軟水及耐化學(xué)腐蝕能力差，不宜用于受流動水、壓力水、酸類和硫酸鹽類侵蝕的工程。（4）堿度高，抗碳化能力強(qiáng)。碳化是指水泥石中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣的過程。碳化對水泥石（或混凝土）本身是有利的，但會使水泥石（或混凝土）內(nèi)部堿度降低，從而失去對鋼筋的保護(hù)作用。因此，硅酸鹽水泥特別適用于重要結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。138（5）水化熱大。硅酸鹽水泥中含有大量的鋁酸三鈣、硅酸三鈣，在水泥水化時，放熱速度快且放熱量大，用于冬期施工則可避免凍害影響，但如無可靠的降溫措施，不宜用于大體積混凝土工程。（6）耐熱性差。硅酸鹽水泥中的一些重要成分在250℃時會發(fā)生脫水或分解，使水泥石強(qiáng)度下降，當(dāng)受熱700℃以上時，這些成分將被破壞，故不宜單獨(dú)用于高溫環(huán)境的工程。（7）耐磨性好。硅酸鹽水泥強(qiáng)度高，耐磨性好。139二、其他類型通用水泥1.普通硅酸鹽水泥（代號P·O）（1）摻量普通硅酸鹽水泥是在硅酸鹽水泥熟料中摻入5%~20%的混合材料及適量石膏，經(jīng)磨細(xì)后得到的普通水泥。（2）特性普通硅酸鹽水泥的早強(qiáng)能力略低于硅酸鹽水泥，耐凍、耐磨能力低于硅酸鹽水泥，其他特性與硅酸鹽水泥差不多，耐腐蝕能力略優(yōu)于硅酸鹽水泥。140（3）強(qiáng)度等級普通硅酸鹽水泥分42.5、42.5R、52.5、52.5R四個強(qiáng)度等級，其中代號R表示早強(qiáng)型水泥。普通硅酸鹽水泥中絕大部分仍為硅酸鹽水泥熟料，其性質(zhì)與硅酸鹽水泥相近。但由于摻入了少量混合材料，與硅酸鹽水泥相比，早期硬化速度稍慢，抗凍性與耐磨性能也略差。普通硅酸鹽水泥的使用范圍與硅酸鹽水泥也相同，廣泛用于各種混凝土或鋼筋混凝土工程。1412.礦渣硅酸鹽水泥（代號P·S）礦渣硅酸鹽水泥（也稱礦渣水泥）是由硅酸鹽水泥熟料、?；郀t礦渣和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。粒化高爐礦渣摻量為20%~50%。3.火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（代號P·P）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（也稱火山灰水泥）是由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料?；鹕交屹|(zhì)混合材料摻量為20%~40%。1424.粉煤灰硅酸鹽水泥（代號P·F）粉煤灰硅酸鹽水泥（也稱粉煤灰水泥）是由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。粉煤灰摻量為20%~40%。粉煤灰水泥的凝結(jié)硬化過程與火山灰水泥極為相似，但有其自身的特點(diǎn)，如干縮性較小、抗裂性好、配制的混凝土和易性較好。5.復(fù)合硅酸鹽水泥（P·C）復(fù)合硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，其特性與所摻混合材料的種類、摻量以及相對比例有密切關(guān)系。總體上，復(fù)合硅酸鹽水泥的特性與礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥有不同程度的相似之處。143三、通用水泥的特性1.密度普通水泥密度為3100~3200kg/m3，容重通常采用1300~1600kg/m3。2.細(xì)度細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度，對水泥的性質(zhì)有很大影響。顆粒越細(xì)，水泥水化反應(yīng)越快而且較完全，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都較高，但在空氣中的硬化收縮較大，成本也較高。顆粒過粗則不利于水泥活性的發(fā)揮。水泥顆粒粒徑一般在7~200μm（0.007~0.2mm）范圍內(nèi)。1443.凝結(jié)時間水泥的凝結(jié)時間分為初凝時間和終凝時間，對施工有重要意義。初凝時間是指水泥從加水拌和成標(biāo)準(zhǔn)稠度起，到開始失去可塑性所需的時間，已經(jīng)初凝的水泥，塑性大為降低。終凝時間是指水泥從加水到完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時間。為使混凝土和砂漿有充分的時間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑，通常要求水泥的初凝時間不宜過早。施工完畢后，則要求水泥盡快硬化，具有強(qiáng)度，故終凝時間不能太長。145國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥的凝結(jié)時間是以標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定高溫及濕度環(huán)境下用水泥凈漿凝結(jié)時間測定儀測定。硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于390min；普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于600min。146水泥凝結(jié)時間的影響因素主要有以下幾個方面：（1）水泥熟料中鋁酸三鈣的含量過高、石膏摻量不足，都會使水泥快凝。（2）水泥的細(xì)度越細(xì)，水化作用越快，凝結(jié)越快。（3）水泥的水灰比越小，凝結(jié)時的溫度越高，凝結(jié)越快。（4）混合材料摻量過大、水泥過粗等都會使水泥凝結(jié)緩慢。1474.強(qiáng)度與強(qiáng)度等級強(qiáng)度是水泥的重要技術(shù)指標(biāo)，也是劃分水泥強(qiáng)度等級的依據(jù)。強(qiáng)度是根據(jù)按國家標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度檢驗(yàn)方法測得的規(guī)定齡期的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度確定的。具體而言，即把水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂以1∶3的比例，水灰比為0.5，按規(guī)定方法制成40mm×40mm×160mm的水泥砂漿試件，帶模在濕空氣中養(yǎng)護(hù)24h，脫模后放入溫度為（20±1）℃的水中，到規(guī)定齡期后，測其抗壓、抗折強(qiáng)度來確定水泥的強(qiáng)度。數(shù)值越大，強(qiáng)度越高。根據(jù)測定結(jié)果，將硅酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個強(qiáng)度等級，其中代號R表示早強(qiáng)型水泥。1485.體積安定性體積安定性簡稱安定性，是指水泥在硬化過程中體積變化的均勻性。事實(shí)上，水泥遇水后，在凝結(jié)硬化的過程中，體積必然要發(fā)生變化，但變化不能太大并應(yīng)保持均勻，否則會使水泥制品產(chǎn)生膨脹性裂縫，甚至使構(gòu)件破壞，引起嚴(yán)重的事故。6.水化熱水化熱是指水泥在水化過程中放出的熱量。水化放熱量與放熱的快慢不僅決定于水泥中礦物質(zhì)的種類和含量，還與水泥的細(xì)度、水泥中摻混合材料及外加劑的品種、數(shù)量等有關(guān)。1497.堿含量堿含量是指水泥中氧化鈉（Na2O）和氧化鉀（K2O）的含量。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：若使用活性骨料，用戶提供低堿水泥時，水泥中堿含量（按Na2O+0.658K2O計算）不應(yīng)大于0.60%或由供需雙方協(xié)商。凡凝結(jié)時間、體積安定性、強(qiáng)度、不溶物含量、氧化鎂含量、三氧化硫含量、氯離子含量中的任一項(xiàng)指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，均為不合格品。為了保證水泥和水泥制品的易用性，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泥的主要技術(shù)指標(biāo)，用戶在選購水泥時應(yīng)對這些技術(shù)指標(biāo)有所了解，詳見表。150水泥的主要技術(shù)指標(biāo)151水泥的主要技術(shù)指標(biāo)152四、水泥的儲存與保管水泥很容易吸收空氣中的水分，發(fā)生水化作用凝結(jié)成塊狀，從而失去膠結(jié)能力。因此，水泥在運(yùn)輸和保管過程中應(yīng)特別注意防水、防潮。運(yùn)輸和儲存水泥要按不同品種、強(qiáng)度等級及出廠日期存放，并加以標(biāo)識。散裝水泥應(yīng)分庫存放；袋裝水泥一般堆放高度不應(yīng)超過10袋，平均每平方米堆放量不超過1t，并應(yīng)考慮先存先用；即使在良好的儲存條件下，水泥也不可儲存過久，因?yàn)樗鄷湛諝庵械乃趾投趸?，使顆粒表面水化甚至碳化，喪失膠結(jié)能力，強(qiáng)度大大降低。153一般儲存條件下，3個月后，水泥強(qiáng)度降低10%~20%，6個月后，降低15%~30%，一年后，降低25%~40%。因此，使用存放3個月以上的水泥時，必須重新檢驗(yàn)其強(qiáng)度，否則不得使用。受潮水泥的處理方法和使用范圍見表。受潮水泥的處理方法和使用范圍其他品種水泥第三節(jié)154155在土木工程中，除了前面介紹的通用水泥外，還需使用一些特殊水泥和專用水泥。本節(jié)介紹快硬水泥、高鋁水泥、膨脹水泥和裝飾水泥。一、快硬水泥快硬水泥是以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏磨細(xì)制成，以3d抗壓強(qiáng)度表示強(qiáng)度的水硬性膠凝材料?？煊菜嗟闹圃旆椒ㄅc硅酸鹽水泥基本相同，主要依靠調(diào)節(jié)礦物質(zhì)組成及控制生產(chǎn)措施，使制得成品的性質(zhì)符合要求。156快硬水泥熟料中硬化最快的礦物成分是硅酸三鈣和鋁酸三鈣。制造快硬水泥時，可適當(dāng)提高它們的含量，通常鋁酸三鈣為50%~60%，硅酸三鈣為8%~14%。為加快硬化進(jìn)度，可適當(dāng)增加石膏的摻量和提高水泥的細(xì)度。國家標(biāo)準(zhǔn)對快硬水泥作出如下規(guī)定：細(xì)度方面，0.08mm方孔篩篩余量不得超過10%；凝結(jié)時間安定性與硅酸鹽水泥相同；強(qiáng)度方面，各齡期強(qiáng)度數(shù)值不得低于表中的數(shù)值。快硬水泥的使用已日益廣泛，主要用于早期強(qiáng)度高的工程、緊急搶修工程、抗沖擊及抗震性工程、冬季施工工程，以及制作混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制構(gòu)件。157快硬硅酸鹽水泥各齡期強(qiáng)度要求

MPa158二、高鋁水泥高鋁水泥是以鋁酸鈣為主，以氧化鋁含量約50%的熟料磨制的水硬性膠凝材料。高鋁水泥的強(qiáng)度以按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度檢驗(yàn)方法測得的3d抗壓強(qiáng)度表示。國家標(biāo)準(zhǔn)對高鋁水泥作出如下規(guī)定：細(xì)度方面，0.080mm方孔篩篩余不得超過10%；凝結(jié)時間方面，初凝時間不得早于40min，終凝時間不得遲于10h；強(qiáng)度方面，各齡期強(qiáng)度數(shù)值不得低于表中的數(shù)值。159高鋁水泥各齡期強(qiáng)度

MPa160高鋁水泥具有快凝、早強(qiáng)、高強(qiáng)、耐熱性好和耐硫酸鹽腐蝕性好等特點(diǎn)，可用于緊急軍事工程、搶修工程、冬季施工工程，以及配制耐熱混凝土及耐硫酸鹽混凝土。但是，高鋁水泥的水化熱大、耐堿性差、長期強(qiáng)度會降低，使用時應(yīng)注意。高鋁水泥施工過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1.一般不得與硅酸鹽水泥、石灰等能析出氫氧化鈣的膠凝物質(zhì)混合，使用前拌和設(shè)備等必須沖洗干凈。2.不得用于接觸強(qiáng)堿性溶液的工程。3.高鋁水泥水化熱集中于早期釋放，從硬化開始應(yīng)立即澆水養(yǎng)護(hù)，一般不宜澆注大體積混凝土結(jié)構(gòu)。1614.高鋁水泥混凝土后期強(qiáng)度下降較大，應(yīng)按最低穩(wěn)定強(qiáng)度值設(shè)計。高鋁水泥混凝土最低穩(wěn)定強(qiáng)度值以試體脫模后放入（50±2）℃水中養(yǎng)護(hù)，取齡期為7d和14d強(qiáng)度值中低者來確定。5.用蒸汽養(yǎng)護(hù)加速混凝土硬化時，養(yǎng)護(hù)溫度不高于50℃。6.用于鋼筋混凝土?xí)r，鋼筋保護(hù)層的厚度不得小于30mm。7.未經(jīng)試驗(yàn)，不得加入任何外加物。8.不得與未硬化的硅酸鹽水泥混凝土接觸使用；可以與具有脫模強(qiáng)度的硅酸鹽水泥混凝土接觸使用，但接茬處不應(yīng)長期處于潮濕狀態(tài)。162三、膨脹水泥前述各種水泥的共同點(diǎn)是在硬化過程中產(chǎn)生一定的收縮，可能造成裂縫、透水，不宜用于某些工程。膨脹水泥的不同之處是在硬化過程中不但不收縮，而且有一定程度的膨脹，可以克服或改善普通水泥混凝土的上述缺點(diǎn)。163膨脹水泥可分為以下四種：1.硅酸鹽膨脹水泥：以硅酸鹽水泥為主，外加高鋁水泥和石膏配制而成。2.鋁酸鹽膨脹水泥：以高鋁水泥為主，外加石膏配制而成。3.硫鋁酸鹽膨脹水泥：以無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要成分，外加石膏配制而成。4.鐵鋁酸鈣膨脹水泥：以鐵相、無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要成分，外加石膏配制而成。164四、裝飾水泥裝飾水泥常用于裝飾建筑物的內(nèi)外表層，特點(diǎn)是施工簡單，造型方便，容易維修，價格便宜，主要包括白色硅酸鹽水泥和彩色硅酸鹽水泥。1.白色硅酸鹽水泥白色硅酸鹽水泥以硅酸鈣為主要成分，加少量鐵質(zhì)熟料及適量石膏磨細(xì)而成。2.彩色硅酸鹽水泥彩色硅酸鹽水泥以白色硅酸鹽水泥熟料和優(yōu)質(zhì)白色石膏為主要成分，摻入顏料、外加劑共同磨細(xì)而成。常用水泥的選用原則第四節(jié)165166表中所列的六種水泥是我國廣泛使用的水泥，在混凝土結(jié)構(gòu)工程中，這些水泥的成分、特性和適用范圍參見表，選用見表。六種常用水泥的成分、特性和適用范圍167六種常用水泥的成分、特性和適用范圍168六種常用水泥的成分、特性和適用范圍169常用水泥的選用170常用水泥的選用171常用水泥的選用水泥試驗(yàn)試驗(yàn)一172173一、水泥試樣準(zhǔn)備方法和注意事項(xiàng)1.對同一水泥廠生產(chǎn)的同期出廠的同品種、同等級的散裝水泥，以一次運(yùn)進(jìn)的同一出廠編號的水泥為一批，但一批的總量不超過500t。隨機(jī)地從不少于3個車罐中各取等量水泥，經(jīng)拌和均勻后，再從中稱取不少于12kg水泥作為檢驗(yàn)試樣。2.對同一水泥廠生產(chǎn)的同期出廠的同品種、同等級的袋裝水泥，以一次運(yùn)進(jìn)的同一出廠編號的水泥為一批，但一批的總量不超過200t。隨機(jī)地從不少于20袋中各取等量水泥，經(jīng)拌和均勻后，再從中稱取不少于12kg水泥作為檢驗(yàn)試樣。1743.對來源固定、質(zhì)量穩(wěn)定，且又掌握其性能的水泥，視運(yùn)進(jìn)水泥的情況，可不定期地采集試樣進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)。如有異常情況，應(yīng)做相應(yīng)項(xiàng)目的檢驗(yàn)。4.對已運(yùn)進(jìn)的每批水泥，應(yīng)視存放情況重新采集試樣，復(fù)驗(yàn)其強(qiáng)度和安定性。存放期超過3個月的水泥，使用前必須復(fù)驗(yàn)，并按照結(jié)果使用。5.取得的水泥試樣應(yīng)首先充分拌勻，然后通過0.9mm方孔篩記錄篩余物情況，但要防止過篩時混進(jìn)其他水泥。175二、水泥細(xì)度測定1.試驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)的目的是測定水泥細(xì)度。2.試驗(yàn)方法水泥細(xì)度的測定有水泥細(xì)度負(fù)壓篩法、水篩法和干篩法。當(dāng)對檢驗(yàn)結(jié)果有爭議時，應(yīng)以負(fù)壓篩法為準(zhǔn)，本次試驗(yàn)采用負(fù)壓篩法。1763.主要儀器設(shè)備本試驗(yàn)采用的主要儀器設(shè)備是水泥細(xì)度負(fù)壓篩析儀，如圖所示，主要由篩座、負(fù)壓篩、負(fù)