建筑材料教程課件

緒論

一建築材料的定義：

建築材料是指用於土木建築結(jié)構(gòu)物的所有材料的總稱，是建築物與構(gòu)築物的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。二.建築材料的分類用於土建工程的材料總稱為建築材料或土木工程材料。1.按化學(xué)成分分類：1.1無機(jī)材料：金屬材料： 黑色金屬材料——鋼、鐵 有色金屬材料——鋁、銅、合金非金屬材料：天然石材——大理石、花崗石、陶瓷和玻璃——磚、瓦、衛(wèi)生陶瓷、玻璃無機(jī)膠凝材料——石灰、石膏、水玻璃砂漿、混凝土——水泥、砂漿、混凝土1.2有機(jī)材料：木材、瀝青、塑膠、塗料、油漆1.3複合材料：金屬與非金屬複合——鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土有機(jī)與無機(jī)複合——玻璃鋼、瀝青混凝土、聚合物混凝土2.按用途分類

結(jié)構(gòu)材料：磚、石材、砌塊、鋼材、混凝土

防水材料：瀝青、塑料、橡膠、金屬、

聚乙烯膠泥

飾面材料：牆面磚、石材、彩鋼板、

彩色混凝土

吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、

膨脹珍珠巖

絕熱材料:塑料、橡膠、泡沫混凝土

衛(wèi)生工程材料：金屬管道、塑料、陶瓷

三.建築材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用1.建築材料是發(fā)展建築業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)

材料費(fèi)用一般占建築工程總造價的50-70%；

“十五”期間我國全社會固定資產(chǎn)投資總規(guī)模為22～24萬億元。固定資產(chǎn)投資的60％～70％將用於建築設(shè)施建設(shè)或工程安裝，從而轉(zhuǎn)化為建築業(yè)的產(chǎn)值，而建築業(yè)產(chǎn)值中的30％～40％又要轉(zhuǎn)化為對建材業(yè)的需求，尤其是對水泥產(chǎn)品的需求。2002年，我國共生產(chǎn)水泥約70000萬噸，比2001年大幅增長了12.7%，占世界產(chǎn)量的三分之一左右，超過亞洲產(chǎn)量的50%強(qiáng)。我國水泥行業(yè)，為我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

2002年水泥產(chǎn)量的大幅度增長與我國持續(xù)快速穩(wěn)定增長的宏觀經(jīng)濟(jì)形勢密切相關(guān)。今年我國經(jīng)濟(jì)增長速度將達(dá)到8％，GDP將突破10萬億元大關(guān)。建築材料工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中意義重大2.必須恰當(dāng)選擇和合理使用原材料

材料品質(zhì)的優(yōu)劣，配製是否合理，選用是否恰當(dāng)直接影響建築工程品質(zhì)3.發(fā)展綠色建材四.建築材料的發(fā)展：隨生產(chǎn)力發(fā)展而發(fā)展原始時代——天然材料：木材、巖石、竹、粘土石器、鐵器時代—— 金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏 萬里長城（200BC):條石、大磚、石灰砂漿 布達(dá)拉宮：石材、石灰砂漿 羅馬園劇場（70-80AC):石材、石灰砂漿18世紀(jì)中葉——鋼材、水泥(J.Aspdin,1824）19世紀(jì)——鋼筋混凝土（1890-1892）；中國，189820世紀(jì)——預(yù)應(yīng)力混凝土、高分子材料21世紀(jì)——輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能、高性能綠色建材

胡夫金字塔，高146.59m,底部232m建方，用230多萬塊、每塊重2.5T的巖石砌成，萬里長城（200BC):條石、大磚、石灰砂漿布達(dá)拉宮：石材、石灰砂漿

羅 馬鬥獸場（70-80AC):石材、石灰砂漿五.建築材料課程的作用、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法1.作用1.1為後續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供必要的知識1.2為今後從事專業(yè)技術(shù)工作時，合理選擇和使用建築材料打下基礎(chǔ)2.任務(wù) 2.1瞭解材料在建築物上所起的作用和要求2.2瞭解常用材料的生產(chǎn)、成分和構(gòu)造2.3掌握常用材料的技術(shù)性質(zhì)，以及影響材料性質(zhì)的主要因素及其相互關(guān)係2.4掌握常用材料的標(biāo)準(zhǔn)，熟悉其分類、分等和規(guī)格

2.5熟悉常用材料的測試儀器，掌握測試方法和技術(shù)。2.6掌握常用材料的選用原則和方法。2.7掌握工地配置材料的配置原理及方法，瞭解這些材料的施工注意事項(xiàng)3.學(xué)習(xí)方法

3.1重點(diǎn)掌握材料的基本理論、基本知識、基本技能常用材料——水泥、砼、石灰、石膏、玻璃、鋼材、木材、瀝青、高分子材料主要的——水泥、砼、鋼材每種材料：原料——生產(chǎn)工藝——組成成分——構(gòu)造——性質(zhì)——應(yīng)用——檢驗(yàn)——儲存以及它們之間的相互關(guān)係重點(diǎn)：性質(zhì)和應(yīng)用，質(zhì)檢的基本原理（引起材性變化的內(nèi)因和外因）

3.2學(xué)習(xí)材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB-國家標(biāo)準(zhǔn) GBJ-建築工程國家標(biāo)準(zhǔn) JGJ-建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JC-國家建材局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB-冶金部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JTJ-交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SD-水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ZB-國家級專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)例：國家標(biāo)準(zhǔn)《矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥》GB175-1999標(biāo)準(zhǔn)名稱——部門代號——編號——批準(zhǔn)年份ASA-AmericanStandardAssociation美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM–AmericanSocietyforTestingMaterialsBS-BritishStandard英國標(biāo)準(zhǔn)DIN–DeutschIndustrieNormen德國標(biāo)準(zhǔn)ISO-InternationalStandardOrganization

國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會3.2重視學(xué)好試驗(yàn)學(xué)習(xí)常用建築材料的檢驗(yàn)方法——合格性判斷和驗(yàn)收對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判別培養(yǎng)從事科學(xué)研究的能力

結(jié)論及展望

本課程是土木工程類的基礎(chǔ)課程，除了通過課堂學(xué)習(xí)，還要安排實(shí)驗(yàn)課。在本課程學(xué)習(xí)過程中，要注意瞭解事物的本質(zhì)和內(nèi)在的聯(lián)繫。對於同一類的不同品種的材料，不但要學(xué)習(xí)它們的共性，更重要的是要瞭解它們各自的特性和具備這些特性的原因。參考書湖南大學(xué)等編．土木工程材料，中國建築工業(yè)出版社張德思主編.土木工程材料典型題解析及自測試題，西北工業(yè)大學(xué)出版社第二章

建築材料的基本性質(zhì)

土木工程材料的基本性質(zhì)，是指材料處於不同的使用條件和使用環(huán)境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因?yàn)橥聊窘êB材料所處建（構(gòu)）築物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質(zhì)也就有所不同。

第一節(jié)材料的物理性質(zhì)1.材料的密度

材料的密度是指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積的品質(zhì)，按下式計(jì)算：

ρ=m/v式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的品質(zhì)，g或kg

V—材料的絕對密實(shí)體積，cm3或m3

測試時，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細(xì)后采用排開液體的方法來測定其體積。2.材料的表觀密度

表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的品質(zhì)。

按下式計(jì)算：

式中 ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3

m—材料的品質(zhì)，g或kg

V0—材料的表觀體積，cm3或m3材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總品質(zhì)（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外，還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)

3.材料的堆積密度

堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的品質(zhì)。

按下式計(jì)算：

式中 ρ0，—材料的堆積密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的品質(zhì)，g或kg

V0，—材料的堆積體積，cm3或m3

粉狀或粒狀材料的品質(zhì)是指填充在一定容器內(nèi)的材料品質(zhì)，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。

在土木建築工程中，計(jì)算材料用量、構(gòu)件的自重，配料計(jì)算以及確定堆放空間時經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。4.材料的密實(shí)度

密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。密實(shí)度的計(jì)算式如下：

對于絕對密實(shí)材料，因ρ0=ρ，故密實(shí)度D=1或100%。對於大多數(shù)土木工程材料，因ρ0〈

ρ，故密實(shí)度D?1或D

?

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度5.孔隙率

材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計(jì)算：V—材料的絕對密實(shí)體積，cm3或m3V0—材料的表觀體積，cm3或m3ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3

6.空隙率

空隙率是指散粒材料在其堆集體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例?？障堵蔖，按下式計(jì)算：

ρ0—材料的表觀密度;ρ0，—材料的堆積密度空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的緻密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計(jì)算含砂率的依據(jù)。

第二節(jié)材料與水有關(guān)的性質(zhì)一.材料的親水性與憎水性

與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，後者為憎水性。

材料具有親水性或憎水性的根本原因在於材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大於水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小於水分子本身之間的內(nèi)聚力。

工程實(shí)際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水和空氣的交點(diǎn)處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤濕。當(dāng)材料的潤濕角θ＜９０?時，為親水性材料；當(dāng)材料的潤濕角θ＞９０?時，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細(xì)管作用自動將水吸入材料內(nèi)部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入材料的毛細(xì)管中，見圖２-1圖２－1材料潤濕示意圖

（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料二.材料的吸水性

材料能吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。

質(zhì)量吸水率

質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以ｗm表示。品質(zhì)吸水率ｗm的計(jì)算公式為：

式中mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的品質(zhì)（ｇ或kg）

mg——材料在乾燥狀態(tài)下的品質(zhì)（ｇ或kg）。

體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WＶ表示。體積吸水率WＶ的計(jì)算公式為：

式中 mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的品質(zhì)（ｇ或kg）

mg——材料在乾燥狀態(tài)下的品質(zhì)（ｇ或kg）。

V0—

材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3或m3）

ρw—

水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常溫下取ρw=1.0g/cm3

材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特徵有關(guān)。因?yàn)樗质峭ㄟ^材料的開口孔吸入並經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。三.材料的吸濕性

材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當(dāng)較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，並以Ｗh表示，其計(jì)算公式為：

式中 ms——材料吸濕狀態(tài)下的品質(zhì)（ｇ或kg）

mg——材料在乾燥狀態(tài)下的品質(zhì)（ｇ或kg）。

顯然，材料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。當(dāng)空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時，材料的吸濕和乾燥過程處於平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。四.材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標(biāo)是材料的軟化係數(shù)KR：式中KR——

材料的軟化係數(shù)

fb—

材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。

fg—

材料在乾燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）

軟化係數(shù)反映了材料飽水後強(qiáng)度降低的程度，是材料吸水後性質(zhì)變化的重要特徵之一。一般材料吸水後，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強(qiáng)度則有不同程度的降低。當(dāng)材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強(qiáng)度的嚴(yán)重降低。

材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化係數(shù)小的材料耐水性差，其使用環(huán)境尤其受到限制。軟化係數(shù)的波動範(fàn)圍在0至1之間。工程中通常將ＫＲ＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用於水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用於一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化係數(shù)也不得小於0.75。五.材料的抗?jié)B性

抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當(dāng)材料兩側(cè)的水壓差較高時，水可能從高壓側(cè)通過內(nèi)部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側(cè)。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介質(zhì)，或?qū)⒉牧蟽?nèi)的某些成分帶出，造成材料的破壞。

５.1滲透係數(shù)

材料的滲透係數(shù)可通過下式計(jì)算:式中K—滲透係數(shù),（cm/h）;

w—滲水量，（cm3）

A—

滲水面積,（cm2）

H—

材料兩側(cè)的水壓差，（cm）

d—試件厚度（cm）

t—滲水時間（h）

材料的滲透係數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強(qiáng)。5.2抗?jié)B等級

材料的抗?jié)B等級是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水試驗(yàn)時，材料標(biāo)準(zhǔn)試件在透水前所能承受的最大水壓力，並以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。

6.抗凍性

材料吸水后，在負(fù)溫作用條件下，水在材料毛細(xì)孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復(fù)，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。

抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能。抗凍性以試件在凍融後的品質(zhì)損失、外形變化或強(qiáng)度降低不超過一定限度時所能經(jīng)受的凍融迴圈次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。

材料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融迴圈。材料的抗凍性與材料的強(qiáng)度、孔結(jié)構(gòu)、耐水性和吸水飽和程度有關(guān)。

第三節(jié)材料的力學(xué)性質(zhì)1.材料的強(qiáng)度

材料的強(qiáng)度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內(nèi)部的應(yīng)力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應(yīng)力也隨之增大，直至應(yīng)力超過材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所能抵抗的極限，即強(qiáng)度極限，材料發(fā)生破壞。在工程上，通常採用破壞試驗(yàn)法對材料的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)測。將預(yù)先製作的試件放置在材料試驗(yàn)機(jī)上，施加外力（荷載）直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時的荷載值，計(jì)算材料的強(qiáng)度。

根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強(qiáng)度等。材料的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度的計(jì)算式如下：

式中 f------材料強(qiáng)度，MPa

Fmax--材料破壞時的最大荷載，N

A------試件受力面積，mm2材料的抗彎強(qiáng)度與受力情況有關(guān)，一般試驗(yàn)方法是將條形試件放在兩支點(diǎn)上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算：式中 fw------材料的抗彎強(qiáng)度，MPa

Fmax---材料受彎破壞時的最大荷載，N

A------試件受力面積，mm2

L------兩支點(diǎn)的間距，mm

b、h---試件橫截面的寬及高，mm

2.彈性和塑性

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。3.脆性和韌性

材料受力達(dá)到一定程度時，突然發(fā)生破壞，並無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機(jī)非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高而抗拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中使用時，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。

第四節(jié).材料的熱工性質(zhì)

1.導(dǎo)熱性

當(dāng)材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導(dǎo)至另一面的性質(zhì)，稱為材料的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱係數(shù)λ表示。導(dǎo)熱係數(shù)的定義和計(jì)算式如下所示：式中

λ——導(dǎo)熱係數(shù)，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；

Ｑ－傳導(dǎo)的熱量，Ｊ

&—材料厚度，ｍ；

A——熱傳導(dǎo)面積，m2

t一熱傳導(dǎo)時間，h；

（T2-T1）－材料兩面溫度差，K

在物理意義上，導(dǎo)熱係數(shù)為單位厚度(1m)的材料、兩面溫度差為1Ｋ時、在單位時間(1s)內(nèi)通過單位面積(1㎡)的熱量。

2.熱容量和比熱

材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。比熱的計(jì)算式如下所示：式中

C---材料的比熱，J/（g·K）

Q--材料吸收或放出的熱量(熱容量)

m---材料品質(zhì)，g

（t2-t1）--材料受熱或冷卻前後的溫差，K材料的溫度變形性

材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。

除個別材料以外，多數(shù)材料在溫度升高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。這種變化表現(xiàn)在單向尺寸時，為線膨脹或線收縮，相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)為線膨脹系數(shù)（α）。

第五節(jié)材料的耐久性

材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長久地保持其使用性能的性質(zhì)。

材料在建築物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學(xué)、機(jī)械及生物的作用。

物理作用可有幹濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展。時間長久之後即會使材料逐漸破壞。在寒冷地區(qū)，凍融變化對材料會起著顯著的破壞作用。在高溫環(huán)境下，經(jīng)常處於高溫狀態(tài)的建築物或構(gòu)築物，所選用的建築材料要具有耐熱性能。在民用和公共建築中，考慮安全防火要求，須選用具有抗火性能的難燃或不燃的材料?；瘜W(xué)作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機(jī)械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，衝擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。磚、石料、混凝土等礦物材料，多是由於物理作用而破壞，也可能同時會受到化學(xué)作用的破壞。金屬材料主要是由於化學(xué)作用引起的腐蝕。木材等有機(jī)質(zhì)材料常因生物作用而破壞。瀝青材料、高分子材料在陽光、空氣和熱的作用下，會逐漸老化而使材料變脆或開裂。

材料的耐久性指標(biāo)是根據(jù)工程所處的環(huán)境條件來決定的。例如處於凍融環(huán)境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標(biāo)來表示。處於暴露環(huán)境的有機(jī)材料，其耐久性以抗老化能力來表示。例1-1材料的密度、表觀密度、堆積密度有何區(qū)別？如何測定？材料含水後對三者有什麼影響？例1-2某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680kg/m3，計(jì)算此石子的孔隙率與空隙率？例1-3某石材在氣幹、絕幹、水飽和情況下測得的抗壓強(qiáng)度分別為174、178、165MPa，求該石材的軟化係數(shù)，並判斷該石材可否用於水下工程。例1-1材料的密度、表觀密度、堆積密度有何區(qū)別？如何測定？材料含水後對三者有什麼影響？解 密度： 表觀密度： 堆積密度：V為材料的絕對密實(shí)體積V0為材料的表觀體積(固、液、氣）V0，為材料的堆積體積對於含孔材料，三者的測試方法要點(diǎn)如下：測定密度時，需先將材料磨細(xì)，之後採用排出液體或水的方法來測定體積。測定表觀密度時，直接將材料放入水中，即直接採用排開水的方法來測體積；測定堆積密度時，將材料直接裝入已知體積的容量筒中，直接測試其自然堆積狀態(tài)下體積。含水與否對密度、表觀密度無影響，因密度、表觀密度均是對乾燥狀態(tài)而言的。含水對堆積密度的影響則較複雜．一般來說是使堆積密度增大。例1-2某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680kg/m3，計(jì)算此石子的孔隙率與空隙率？解 石子的孔隙率P為：石子的空隙率P，為：例1-3某石材在氣幹、絕幹、水飽和情況下測得的抗壓強(qiáng)度分別為174、178、165MPa，求該石材的軟化係數(shù)，並判斷該石材可否用於水下工程。解 該石材的軟化係數(shù)為:

由於該石材的軟化係數(shù)為0.93，大於0.85，故該石材可用於水下工程。

第三章石材

巖石是在地質(zhì)作用下產(chǎn)生的、由一種或多種礦物按一定的規(guī)律組成的自然集合體。石材是天然巖石不經(jīng)機(jī)械加工或鏡機(jī)械加工而的到的材料的統(tǒng)稱。

建築石材分為天然石材和人工石材。

天然石材：——指從天然巖石中采得的毛石，或經(jīng)加工製成的石塊、石板及其定型製品等。優(yōu)點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度高、耐久性好、生產(chǎn)成本低等。是古今土木建築工程的主要建築材料。一.造巖礦物天然巖石是礦物的集合體，組成巖石的礦物稱為造巖礦物。石英是結(jié)晶的二氧化矽長石是鉀，鈉鈣等的鋁矽酸鹽的晶體角閃石，輝石，方解石白雲(yún)石二.巖石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.巖石大多數(shù)屬於結(jié)晶晶體，少數(shù)屬於玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)兩者相比結(jié)晶質(zhì)的較玻璃質(zhì)的強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性及耐久性好。2.巖石的孔隙率較大，則巖石的強(qiáng)度，抗凍性，耐水性及耐久性等會顯著下降。

3。1天然石材的分類一。巖漿巖（深成巖，噴出巖，火山巖）二。沉積巖（機(jī)械沉積巖，化學(xué)沉積巖，有機(jī)沉積巖）三。變質(zhì)巖3。2天然石材的技術(shù)性質(zhì)1.表觀密度：同種石材表觀密度越大，抗壓強(qiáng)度越高，吸水率越小，耐久性，導(dǎo)熱性越好。2.吸水性：分為低，中，高吸水性巖石。3.耐水性：石材的耐水性用軟化係數(shù)K表示。高耐水性石材，其軟化係數(shù)為k＞0.90,中耐水性石材，其軟化係數(shù)為0.7～0.9,低耐水性石材,其軟化係數(shù)為k＝0.6～0.7。4.抗凍性：試件在規(guī)定的凍融迴圈次數(shù)內(nèi)無（穿過試件兩棱角的）貫穿裂紋，品質(zhì)損失不超過５％，強(qiáng)度降低不大於２５％的石材方為合格。

5.耐熱性：耐熱性與巖石的物質(zhì)組成有關(guān)。6.強(qiáng)度：根據(jù)邊長70ｍｍ立方體試件的抗壓強(qiáng)度，砌築石材的強(qiáng)度等級分為：ＭＵ10、ＭＵ15、ＭＵ20、ＭＵ30、ＭＵ40、ＭＵ50、ＭＵ60、ＭＵ80、ＭＵ100共九個等級。7.硬度：取決於礦物組成的硬度與構(gòu)造。8.耐磨性：是石材抵抗摩擦，邊緣剪切以及撞擊等複雜作用的性質(zhì)。9.抗風(fēng)化性：10.放射性：對於有特殊要求的工程，還可能要求石材的耐磨性、吸水性或抗衝擊性。決定石材上述技術(shù)性質(zhì)的因素有：礦物組成、結(jié)構(gòu)特徵、構(gòu)造特點(diǎn)、受風(fēng)化作用的程度等。常用砌築石材有花崗巖、石灰?guī)r、砂巖、片麻巖等。

3.3常用建築石材（一）花崗巖常用建築石材它屬於深成巖，是火成巖中分布最廣的巖石，其主要的礦物組成為長石，石英和少量的雲(yún)母。它耐磨性好，抗風(fēng)化性好及耐久性高，耐酸性好?；◢弾r主要用於基礎(chǔ)，擋土牆，勒腳，踏步地面，外牆飾面雕塑。（二）大理巖它屬於副變質(zhì)巖，由石灰?guī)r或白雲(yún)巖變質(zhì)而成，主要礦物組成為方解石和白雲(yún)石。大理巖主要用於室內(nèi)的裝修，如牆面，柱面及磨塤較小的地面，踏步。（三）石灰?guī)r它屬於沉積巖，主要由方解石組成石灰?guī)r可用與基礎(chǔ)，牆體，擋土牆等砌體。（四）砂巖3.4工程砌築石材

1.工程對砌築石材的要求

（１）石材尺寸規(guī)格常用的砌築石材有毛石和料石。毛石——為不規(guī)則形，但毛石的中間厚度不小於15ｃｍ，至少有一個方向的長度不小於30㎝，平毛石應(yīng)有兩個大致平行的面。

料石——寬度和厚度均不宜小於20ｃｍ，長度不宜大於厚度的４倍，形狀應(yīng)大致呈六面體。（２）石材抗壓強(qiáng)度根據(jù)邊長70ｍｍ立方體試件的抗壓強(qiáng)度，砌築石材的強(qiáng)度等級分為ＭＵ10、ＭＵ15、ＭＵ20、ＭＵ30、ＭＵ40、ＭＵ50、ＭＵ60、ＭＵ80、ＭＵ100共九個等級。3.5裝飾石材1.天然大理石

——天然大理石是石灰?guī)r或白雲(yún)巖在地殼內(nèi)經(jīng)過高溫高壓作用形成的變質(zhì)巖，多為層狀結(jié)構(gòu)，有明顯的結(jié)晶，紋理有斑紋、條紋之分，是一種富有裝飾性的天然石材。成分：化學(xué)成分為碳酸鹽，礦物成分為方解石或白雲(yún)石。顏色：純大理石為白色，當(dāng)含有部分其他深色礦物時，產(chǎn)生多種色彩與優(yōu)美花紋。從色彩上來說，有純黑、純白、純灰、墨綠等數(shù)種。紋理：有晚霞、雲(yún)霧、山水、海浪等山水圖案、自然景觀。優(yōu)點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度較高，但硬度並不太高，易於加工雕刻與拋光。工程裝飾中得以廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：長期受雨水沖刷，特別是受酸性雨水沖刷時，易被侵蝕而失去原貌和光澤，影響裝飾效果。因此大理石多用於室內(nèi)裝飾。2.天然花崗石——建築用天然花崗石是由天然花崗石加工成板材、塊材用於建築裝飾工程中。花崗巖是典型的火成巖，是全晶質(zhì)巖石。主要成分：石英、長石和少量的暗色礦物和雲(yún)母。結(jié)構(gòu)：按結(jié)晶顆粒大小，分為細(xì)粒、中粒和斑狀等。顏色：呈灰色、黃色、薔薇色、紅花等。優(yōu)質(zhì)花崗巖石英含量多（２０～４０％），雲(yún)母含量少，晶粒細(xì)而勻，結(jié)構(gòu)緊密，不含其他雜質(zhì)，拋光後光澤明亮，不易風(fēng)化，色調(diào)鮮明，花色豐富，莊重大方。優(yōu)點(diǎn)：比大理石密度大，密度為2300～2800㎏/ｍ3，抗壓強(qiáng)度高達(dá)120～250MPa?？紫堵饰蕵O低，材質(zhì)硬度高，其耐磨、耐久、耐腐蝕性能均優(yōu)於其他石材。經(jīng)拋光後，是室內(nèi)外地面、牆面、踏步、柱石、勒腳等處首選裝飾材料。第四章無機(jī)膠凝材料

只能在空氣中硬化、保持或繼續(xù)發(fā)展強(qiáng)度的無機(jī)膠凝材料稱為氣硬性無機(jī)膠凝材料。不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化、保持或繼續(xù)發(fā)展強(qiáng)度的無機(jī)膠凝材料稱為水硬性無機(jī)膠凝材料。土木工程中常用的氣硬性無機(jī)膠凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。4.1石灰

天然碳酸巖類巖石——（石灰石、白雲(yún)石）經(jīng)高溫?zé)彑渲饕煞諧aCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學(xué)反應(yīng)可表示如下：生石灰（堆積密度為800~1000kg/m3)一般為白色或黃灰色塊灰，塊灰碾碎磨細(xì)即為生石灰粉。一.石灰的消化和硬化1.石灰的熟化和“陳伏”工地上使用石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—?dú)溲趸}，這個過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”：生石灰燒制過程中，往往由於石灰石原料的尺寸過大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘留有未燒透的的內(nèi)核，這種石灰稱為“欠火石灰”。第二種情況是由於燒制的溫度過高或時間過長，使得石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質(zhì)融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當(dāng)石灰已經(jīng)硬化後，過火石灰才開始熟化，並產(chǎn)生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應(yīng)在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”?！瓣惙逼陂g，石灰漿表面應(yīng)保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。.石灰的硬化石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下麵兩個同時進(jìn)行的過程來完成的：（１）結(jié)晶作用：游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。（２）碳化作用：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶，釋出水分並被蒸發(fā)：

碳化作用實(shí)際是二氧化碳與水形成碳酸，然後與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣。所以這個作用不能在沒有水分的全幹狀態(tài)下進(jìn)行。二.建築石灰的技術(shù)指標(biāo)建築石灰的技術(shù)指標(biāo)有細(xì)度、CaO+MgO含量、CO2含量和體積安定性等。並按技術(shù)指標(biāo)分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個等級。具體技術(shù)要求見：<土木工程材料>

JC/T479-1992建築生石灰

JC/T480-1992建築生石灰粉

JC/T481-1992建築消石灰粉鈣質(zhì)生石灰MgO≤5%；鈣質(zhì)消石灰粉MgO≤4%

鎂質(zhì)生石灰MgO﹥5%鎂質(zhì)消石灰粉MgO﹥4%三.石灰的技術(shù)性質(zhì)（1）可塑性好生石灰熟化為石灰漿時，能自動形成顆粒極細(xì)（直徑約為1μ）的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿其突出的優(yōu)點(diǎn)是具有良好可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰漿，可使可塑性顯著提高。(2)硬化慢、強(qiáng)度低從石灰漿體的硬化過程可以看出，由於空氣中二氧化碳稀薄，碳化甚為緩慢。而且表面碳化後，形成緊密外殼，不利於碳化作用的深入，也不利於內(nèi)部水分的蒸發(fā)，因此石灰是硬化緩慢的材料。同時，石灰的硬化只能在空氣中進(jìn)行，硬化後的強(qiáng)度也不高。受潮後石灰溶解，強(qiáng)度更低，在水中還會潰散。如石灰砂漿（1：3）28天強(qiáng)度僅為0.2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮濕的環(huán)境下作用，也不宜用於重要建築物基礎(chǔ)。（3）硬化時體積收縮大石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起顯著的收縮，所以除調(diào)成石灰乳作薄層塗刷外，不宜單獨(dú)使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮和節(jié)約石灰。（4）耐水性差，不易貯存塊狀類石灰放置太久，會吸收空氣中的水分而自動熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以貯存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜貯存過久。最好運(yùn)到後即熟化成石灰漿，將貯存期變?yōu)殛惙?。由於生石灰受潮熟化時放出大量的熱，而且體積膨脹，所以，儲存和運(yùn)輸生石灰時，還要注意安全。四.石灰的應(yīng)用（1）石灰乳和石灰砂漿將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水?dāng)嚢柘♂?，成為石灰乳，是一種廉價的塗料，主要用於內(nèi)牆和天棚刷白，增加室內(nèi)美觀和亮度。我國農(nóng)村也用於外牆。石灰乳可加入各種耐堿顏料。調(diào)入少量水泥、粒化高爐礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性，調(diào)入氯化鈣或明礬，可減少塗層粉化現(xiàn)象。石灰砂漿是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌築砂漿和抹面砂漿。（2）石灰土（灰土）和三合土石灰與粘土或矽鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合使用，製成石灰土或石灰與工業(yè)廢料的混合料，加適量的水充分拌合後，經(jīng)碾壓或夯實(shí)，在潮濕環(huán)境中使石灰與粘土或矽鋁質(zhì)工業(yè)廢料表面的活性氧化矽或氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的水化矽酸鈣或水化鋁酸鈣，適於在潮濕環(huán)境中使用。如建築物或道路基礎(chǔ)中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、級配碎石）等。（3）灰砂磚和矽酸鹽製品石灰與天然砂或矽鋁質(zhì)工業(yè)廢料混合均勻，加水?dāng)嚢?經(jīng)壓振或壓制，形成矽酸鹽製品。為使其獲早期強(qiáng)度，往往採用高溫高壓養(yǎng)護(hù)或蒸壓，使石灰與矽鋁質(zhì)材料反應(yīng)速度顯著加快，使製品產(chǎn)生較高的早期強(qiáng)度。如灰砂磚、矽酸鹽磚、矽酸鹽混凝土製品等。4.2建築石膏石膏是以硫酸鈣為主要成分的礦物，當(dāng)石膏中含有結(jié)晶水不同時可形成多種性能不同的石膏。2.1石膏的原料、分類及生產(chǎn)根據(jù)石膏中含有結(jié)晶水的多少不同可分為：（1）無水石膏（ＣaSO4）：也稱硬石膏，它結(jié)晶緊密，質(zhì)地較硬，是生產(chǎn)硬石膏水泥的原料。（2）天然石膏（ＣaSO4·2H2O）：也稱生石膏或二水石膏，大部分自然石膏礦為生石膏，是生產(chǎn)建築石膏的主要原料。（３）建築石膏（ＣaSO4·1/2H2O）也稱熟石膏或半水石膏。它是由生石膏加工而成的，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同可分為α型半水石膏和β型半水石膏：

建築石膏通常是由天然石膏經(jīng)壓蒸或煆燒加熱而成的。常壓下煆燒加熱到107℃～170℃，可產(chǎn)生β型建築石膏：

（二水石膏） （β型半水石膏）124℃條件下壓蒸（1.3大氣壓）加熱可產(chǎn)生α型建築石膏：

（二水石膏） （α型半水石膏）α型半水石膏與β型半水石膏相比，結(jié)晶顆粒較粗，比表面積較小，強(qiáng)度高，因此又稱為高強(qiáng)石膏。當(dāng)加熱溫度超過170℃時，可生成無水石膏，只要溫度不超過200℃，此無水石膏就具有良好的凝結(jié)硬化性能。2.2建築石膏的水化與硬化建築石膏與適量水拌合後，能形成可塑性良好的漿體，隨著石膏與水的反應(yīng)，漿體的可塑性很快消失而發(fā)生凝結(jié)，此後進(jìn)一步產(chǎn)生和發(fā)展強(qiáng)度而硬化。建築石膏與水之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)式為：此反應(yīng)實(shí)際上也是半水石膏的溶解和二水石膏沉澱的可逆反應(yīng)，因?yàn)槎嗳芙舛缺劝胨嗟娜芙舛刃〉枚啵源朔磻?yīng)總體表現(xiàn)為向右進(jìn)行，二水石膏以膠體微粒自水中析出。

隨著二水石膏沉澱的不斷增加，就會產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)晶體的不斷生成和長大，晶體顆粒之間便產(chǎn)生了磨擦力和粘結(jié)力，造成漿體的塑性開始下降，這一現(xiàn)象稱為石膏的初凝；而後隨著晶體顆粒間磨擦力和粘結(jié)力的增大，漿體的塑性很快下降，直至消失，這種現(xiàn)象為石膏的終凝。石膏終凝後，其晶體顆粒仍在不斷長大和連生，形成相互交錯且孔隙率逐漸減小的結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度也會不斷增大，直至水分完全蒸發(fā)，形成硬化後的石膏結(jié)構(gòu)，這一過程稱為石膏的硬化。石膏漿體的凝結(jié)和硬化，實(shí)際上是交叉進(jìn)行的。2.3建築石膏的技術(shù)要求建築石膏的技術(shù)要求有強(qiáng)度、細(xì)度和凝結(jié)時間。並按強(qiáng)度和細(xì)度分為優(yōu)等品、一等品和合格品。具體技術(shù)要求見GB9776-1988?！苯êB材料“P28表4-4）建築石膏的技術(shù)性質(zhì)（１）凝結(jié)硬化速度快建築石膏的漿體，凝結(jié)硬化速度很快。一般石膏的初凝時間僅為10min左右，終凝時間不超過30min，這對於普通工程施工操作十分方便。有時需要操作時間較長，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等（２）凝結(jié)硬化時的膨脹性

建築石膏凝結(jié)硬化是石膏吸收結(jié)晶水後的結(jié)晶過程，其體積不僅不會收縮，而且還稍有膨脹（0.2%~1.5%），這種膨脹不會對石膏造成危害，還能使石膏的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整、避免了普通材料乾燥時的開裂。（３）硬化後的多孔性，重量輕，但強(qiáng)度低建築石膏在使用時，為獲得良好的流動性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化過程中由於水分的蒸發(fā)，使原來的充水部分空間形成孔隙，造成石膏內(nèi)部的大量微孔，使其重量減輕，但是抗壓強(qiáng)度也因此下降。通常石膏硬化後的表觀密度約為８00kg／ｍ3～1000kg／ｍ3，抗壓強(qiáng)度約為３ＭPa～5ＭPa。（４）良好的隔熱和吸音和“呼吸”功能

石膏硬化體中大量的微孔，使其傳熱性顯著下降，因此具有良好的絕熱能力；石膏的大量微孔，特別是表面微孔對聲音傳導(dǎo)或反射的能力也顯著下降，使其具有較強(qiáng)的吸聲能力。大熱容量和大的孔隙率及開口孔結(jié)構(gòu)，使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。（５）防火性好，但耐水性差硬化後石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時或遇火後會脫出21%左右的結(jié)晶水，並能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有良好的防火效果。由於硬化石膏的強(qiáng)度來自於晶體粒子間的粘結(jié)力，遇水後粒子間連接點(diǎn)的粘結(jié)力可能被削弱。部分二水石膏溶解而產(chǎn)生局部潰散，所以建築石膏硬化體的耐水性較差。（6）有良好的裝飾性和可加工性

石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)膩，具有良好的裝飾性。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘。具有良好的可加工性。2.4建築石膏的應(yīng)用（1）

石膏砂漿及粉刷石膏（2）

建築石膏製品：石膏板、石膏砌塊等(3）製作建築雕塑和模型4.3.水玻璃

水玻璃俗稱泡花堿，由鹼金屬氧化物和二氧化矽組成，屬可溶性的矽酸鹽類。根據(jù)鹼金屬氧化物的不同，水玻璃有: 矽酸鈉水玻璃（Na2O·ｎSiO2）、矽酸鉀水玻璃Ｋ2Ｏ·ｎSiO2）、矽酸鋰水玻璃（Ｌi2O·ｎSiO2）等品種，最常用的是矽酸鈉水玻璃。（ 稱為水玻璃模數(shù)）根據(jù)水玻璃模數(shù)的不同，又分為“鹼性”水玻璃（ｎ＜３和“中性”水玻璃（ｎ≥3）。實(shí)際上中性水玻璃和鹼性水玻璃的溶液都呈明顯的鹼性反應(yīng)。3.1水玻璃的生產(chǎn)生產(chǎn)水玻璃的方法分為濕法和幹法兩種。濕法生產(chǎn)矽酸水玻璃是將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋內(nèi)用蒸汽加熱。直接反應(yīng)生液體水玻璃。幹法生產(chǎn)矽酸鈉水玻璃是將石英砂和碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在熔爐中於1300~1400?C溫度下熔化，按下式反應(yīng)生成固體水玻璃。固體水玻璃於水中加熱溶解而生成液體水玻璃。其反應(yīng)式為：3.2水玻璃的硬化液體水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形矽酸凝膠，並逐漸乾燥而硬化：由於空氣中CO2濃度較低，這個過程進(jìn)行的很慢，為了加速硬化和提高硬化後的防水性，常加入氟矽酸鈉Na2SiF6作為促硬劑，促使矽酸凝膠加速析出。氟矽酸鈉的適宜用量為水玻璃重量的12％～１５％。3.3水玻璃的技術(shù)性質(zhì)（１）粘結(jié)力強(qiáng)。水玻璃硬化後具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。另外，水玻璃硬化析出的矽酸凝膠還有堵塞毛細(xì)孔隙而防止水分滲透的作用。（２）耐酸性好。硬化後的水玻璃，其主要成分是ＳiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無機(jī)酸和有機(jī)酸的作用。但其不耐鹼性介質(zhì)侵蝕。（３）耐熱性高水玻璃不燃燒，硬化後形成ＳiO2空間網(wǎng)狀骨架，在高溫下矽酸凝膠乾燥得更加強(qiáng)烈，強(qiáng)度並不降低，甚至有所增加。3.4水玻璃的應(yīng)用（１）用作塗料，塗刷材料表面直接將液體水玻璃塗刷在建築物表面，或塗刷粘土磚、矽酸鹽製品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因?yàn)樗Ａc材料中的Ｃa（OH）2反應(yīng)生成矽酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。反應(yīng)式為：同時矽酸鈉本身硬化所析出的矽酸凝膠也有利於材料保護(hù)。選用不同的耐火填料，還可配製不同耐熱度的水玻璃耐熱塗料。（2）配製防水劑以水玻璃為基料，配製防水劑。例如：四礬防水劑是以藍(lán)礬(硫酸銅)、明礬（鉀鋁礬）、紅礬（重鉻酸鉀）和紫礬（鉻礬）各１份，溶於60份的沸水中，降溫至５０℃，投入400份水玻璃溶液中，攪拌均勻而成的。這種防水劑可以在1min內(nèi)凝結(jié),適用於堵塞漏洞、縫隙等局部搶修。（3）加固土壤將模數(shù)為２.５～３的液體水玻璃和氯化鈣溶液通過金屬管交替向地層壓入，兩種溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可析出吸水膨脹的矽酸膠體，包裹土壤顆粒並填充其空隙，阻止水分滲透並使土壤固結(jié)。用這種方法加固的砂土，抗壓強(qiáng)度可達(dá)３～６ＭＰａ。(4)配製水玻璃砂漿。

將水玻璃、礦渣粉、砂和氟矽酸鈉按一定比例配合成砂漿,可用於修補(bǔ)牆體裂縫。（５）配製耐酸砂漿、耐酸混凝土、耐熱混凝土用水玻璃作為膠凝材料，選擇耐酸骨料，可配製滿足耐酸工程要求的耐酸砂漿、耐酸混凝土。選擇不同的耐熱骨料，可配製不同耐熱度的水玻璃耐熱混凝土。

例3-1某單位宿舍樓的內(nèi)牆使用石灰砂漿抹面。數(shù)月後，牆面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

例3-2既然石灰不耐水，為什麼由它配製的灰土或三合土卻可以用於基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位？例3-3建築石膏及其製品為什麼適用於室內(nèi)，而不適用於室外使用？

例3-4水玻璃的化學(xué)組成是什麼？水玻璃的模數(shù)、密度（濃度）對水玻璃的性能有什麼影響？例3-1某單位宿舍樓的內(nèi)牆使用石灰砂漿抹面。數(shù)月後，牆面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

解

石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋，引發(fā)的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量的游離水而引起體積收縮的結(jié)果。

牆面上個別部位出現(xiàn)凸出的呈放射狀的裂紋，是由於配製石灰砂漿時所用的石灰中混入了過火石灰。這部分過火石灰在消解、陳伏階段中未完全熟化，以致於在砂漿硬化後，過火石灰吸收空氣中的水蒸汽繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

例3-2既然石灰不耐水，為什麼由它配製的灰土或三合土卻可以用於基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位？解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配製而成的。加適量的水充分拌合後，經(jīng)碾壓或夯實(shí)，在潮濕環(huán)境中石灰與粘土表面的活性氧化矽或氧化鋁反應(yīng)，生成具有水硬性的水化矽酸鈣或水化鋁酸鈣，所以灰土或三合土的強(qiáng)度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高，適於在潮濕環(huán)境中使用。再者，由於石灰的可塑性好，與粘土等拌合後經(jīng)壓實(shí)或夯實(shí)，使灰土或三合土的密實(shí)度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大為減少。因此灰土或三合土可以用於基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位。例3-3建築石膏及其製品為什麼適用於室內(nèi)，而不適用於室外使用？

解

建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)裝修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝結(jié)硬化后具有以下的優(yōu)良性質(zhì)：

（1）

石膏表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細(xì)膩，具有良好的裝飾性。加入顏料後，可具有各種色彩。建築石膏在凝結(jié)硬化時產(chǎn)生微膨脹，故其製品的表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，形狀、尺寸準(zhǔn)確、細(xì)緻，裝飾性好；

（2）

硬化後的建築石膏中存在大量的微孔，故其保溫性、吸聲性好。

（3）

硬化後石膏的主要成分是二水石膏，當(dāng)受到高溫作用時或遇火後會脫出21%左右的結(jié)晶水，並能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，具有一定的防火性。

（4）

建築石膏製品還具有較高的熱容量和一定的吸濕性，故可調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度和濕度，改變室內(nèi)的小氣候。

在室外使用建筑石膏制品時，必然要受到雨水冰凍等的作用，而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗?jié)B性差、抗凍性差,所以不適用于室外使用.

例3-4水玻璃的化學(xué)組成是什麼？水玻璃的模數(shù)、密度（濃度）對水玻璃的性能有什麼影響？

解

通常使用的水玻璃都是Na2O·nSiO2的水溶液，即液體水玻璃。

一般而言，水玻璃的模數(shù)n越大時，水玻璃的粘度越大。硬化速度越快、幹縮越大，硬化後的粘結(jié)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等越高、耐水性越好、抗?jié)B性及耐酸性越好。其主要原因是硬化時析出的矽酸凝膠ｎSiO2·mH2O較多。

水玻璃的模數(shù)n為氧化矽和氧化鈉的分子比。同一模數(shù)的水玻璃，密度越大，則其有效成分Na2O·nSiO2的含量越多，硬化時析出的矽酸凝膠也多，粘結(jié)力愈強(qiáng)。然而如果水玻璃的模數(shù)或密度太大，往往由於粘度過大而影響到施工品質(zhì)和硬化後水玻璃的性質(zhì)，故不宜過大。

第五章水泥

水泥，指加水拌和成塑性漿後，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料並能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。土木建築工程通常採用的水泥主要有：矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質(zhì)矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥等品種。

第一節(jié)矽酸鹽水泥

凡由矽酸鹽水泥熟料、０～５％石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)製成的水硬性膠凝材料，稱為矽酸鹽水泥。矽酸鹽水泥在國際上分為兩種類型：不摻混合材的稱I型矽酸鹽水泥，其代號為P.I；在矽酸鹽水泥熟料粉磨時摻入不超過水泥品質(zhì)5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱II型矽酸鹽水泥，其代號為Ｐ．II。一.矽酸鹽水泥的生產(chǎn)生產(chǎn)矽酸鹽水泥的原料，主要是石灰質(zhì)和粘土質(zhì)兩類原料。為了補(bǔ)充鐵質(zhì)及改善煆燒條件，還可加入適量鐵粉、螢石等。生產(chǎn)水泥的基本工序可以概括為：“兩磨一燒”：先將原材料破碎並按其化學(xué)成分配料後，在球磨機(jī)中研磨為生料。然後入窯鍛燒至部分熔融，所得以矽酸鈣為主要成分的水泥熟料，配以適量的石膏及混合材料在球磨機(jī)中研磨至一定細(xì)度，即得到矽酸鹽水泥。二.矽酸鹽水泥熟料的礦物組成矽酸鹽水泥熟料的主要礦物組成為:（ｌ）矽酸三鈣矽酸三鈣的化學(xué)成分為３ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為Ｃ3S。它是矽酸鹽水泥熟料中最主要的礦物成分，約占水泥熟料總量的３６％～６０％。矽酸三鈣遇水後能夠很快與水產(chǎn)生水化反應(yīng)，並產(chǎn)生較多的水化熱。它對促進(jìn)水泥的凝結(jié)硬化，特別是對水泥３～７天內(nèi)的早期強(qiáng)度以及後期強(qiáng)度都起主要作用。２）矽酸二鈣矽酸二鈣的化學(xué)成分為2ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為C2S，約占水泥熟料總量的15％～37％。矽酸二鈣遇水後反應(yīng)較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結(jié)，對水泥的後期強(qiáng)度起主要作用。（３）鋁酸三鈣鋁酸三鈣的化學(xué)成分是３CaO·Al2O3，其簡寫為C3Ａ，約占水泥熟料總量的7～

15％。鋁酸三鈣遇水後反應(yīng)極快，產(chǎn)生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結(jié)起主導(dǎo)作用，但其水化產(chǎn)物強(qiáng)度較低，主要對水泥的早期強(qiáng)度有所貢獻(xiàn)。（４）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學(xué)成分為:４CaO·Al2O3·Fe2O3，其簡寫為Ｃ4AF，約占水泥熟料總量的10％～18％。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應(yīng)也很快，水化熱較低，水化產(chǎn)物的強(qiáng)度不高，對水泥石的抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要對抗折強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大。3.矽酸鹽水泥的水化矽酸鹽水泥遇水後，水泥中的各種礦物成分會很快發(fā)生水化反應(yīng)，生成各種水化物。

矽酸三鈣 水 水化矽酸鈣氫氧化鈣

矽酸二鈣 水 水化矽酸鈣 氫氧化鈣鋁酸三鈣水 水化鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣水水化鋁酸三鈣 水化鐵酸鈣水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成難溶的水化硫鋁酸鈣針狀結(jié)晶體，也稱為鈣礬石晶體：

水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）經(jīng)過上述水化反應(yīng)後，水泥漿中不斷增加的水化產(chǎn)物主要有：水化矽酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等新生礦物。4.矽酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化水泥加水拌合後的劇烈水化反應(yīng)，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產(chǎn)物在溶液中很快達(dá)飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成了骨架結(jié)構(gòu)。此時，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現(xiàn)為水泥的初凝。由於鋁酸三鈣水化極快，會使水泥很快凝結(jié)，為使工程使用時有足夠的操作時間，水泥中加入了適量的石膏。水泥加入石膏後，一旦鋁酸三鈣開始水化，石膏會與水化鋁酸三鈣反應(yīng)生成針狀的鈣礬石。鈣礬石很難溶解於水，可以形成一層保護(hù)膜覆蓋在水泥顆粒的表面，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，阻止了水泥顆粒表面水化產(chǎn)物的向外擴(kuò)散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝時間得以延緩。當(dāng)摻入水泥的石膏消耗殆盡時，水泥顆粒表面的鈣礬石覆蓋層一旦被水泥水化物的積聚物所脹破，鋁酸三鈣等礦物的再次快速水化得以繼續(xù)進(jìn)行，水泥顆粒間逐漸相互靠近，直至連接形成骨架。水泥漿的塑性逐漸消失，直到終凝。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於水化矽酸鈣等凝膠體之中，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)度不斷發(fā)展。隨著水泥水化的不斷進(jìn)行，水泥漿結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙不斷被新生水化物填充和加固的過程，稱為水泥的“凝結(jié)”。隨後產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度並逐漸變成堅(jiān)硬的人造石——水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。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，硬化後的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆粒、游離水及氣孔等組成的不均質(zhì)體。5.影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素（１）礦物組成不同礦物成分和水起反應(yīng)時所表現(xiàn)出來的特點(diǎn)是不同的，如C3A水化速率最快，放熱量最大而強(qiáng)度不高；C2S水化速率最慢，放熱量最少，早期強(qiáng)度低，後期強(qiáng)度增長迅速等。因此，改變水泥的礦物組成，其凝結(jié)硬化情況將產(chǎn)生明顯變化。水泥的礦物組成是影響水泥凝結(jié)硬化的最重要的因素.（２）水泥漿的水灰比水泥漿的水灰比是指水泥漿中水與水泥的品質(zhì)之比。當(dāng)水泥漿中加水較多時，水灰比較大，此時水泥的初期水化反應(yīng)得以充分進(jìn)行；但是水泥顆粒間原來被水隔開的距離較遠(yuǎn)，顆粒間相互連接形成骨架結(jié)構(gòu)所需的凝結(jié)時間長，所以水泥漿凝結(jié)較慢。水泥漿的水灰比較大時，多餘的水分蒸發(fā)後形成的孔隙較多,造成水泥石的強(qiáng)度較低，因此水泥漿的水灰比過大時，會明顯降低水泥石的強(qiáng)度。

（3）石膏摻量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（鈣礬石），鈣礬石很難溶解於水，它沉澱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)，控制了水泥的水化反應(yīng)速度，延緩了凝結(jié)時間。（4）水泥的細(xì)度在礦物組成相同的條件下，水泥磨得愈細(xì)，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，水化時與水的接觸面大，水化速度快，相應(yīng)地水泥凝結(jié)硬化速度就快，早期強(qiáng)度就高。

（5）環(huán)境溫度和濕度在適當(dāng)溫度條件下，水泥的水化、凝結(jié)和硬化速度較快。反應(yīng)產(chǎn)物增長較快，凝結(jié)硬化加速，水化熱較多。相反，溫度降低，則水化反應(yīng)減慢，強(qiáng)度增長變緩。但高溫養(yǎng)護(hù)往往導(dǎo)致水泥後期強(qiáng)度增長緩慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反應(yīng)的必要條件。當(dāng)環(huán)境濕度十分乾燥時，水泥中的水分將很快蒸發(fā)，以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)度正常增長。（6）齡期（時間）水泥的凝結(jié)硬化是隨時間延長而漸進(jìn)的過程，只要溫度、濕度適宜，水泥強(qiáng)度的增長可持續(xù)若干年。

6.矽酸鹽水泥的技術(shù)要求（１）．細(xì)度水泥顆粒的粗細(xì)程度對水泥的使用有重要影響。水泥顆粒粒徑一般在7～200μm範(fàn)圍內(nèi)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999規(guī)定，水泥的細(xì)度可用比表面積或0.08mm方孔篩的篩餘量（未通過部分占試樣總量的百分率）來表示。其篩餘量不得超過規(guī)定的限值。比表面積是指單位品質(zhì)的水泥粉末所具有的表面積的總和（cm2/g或m2/kg）。一般常為317～350m2/kg。

（２）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量稠度是水泥漿達(dá)到一定流動度時的需水量。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢驗(yàn)水泥的凝結(jié)時間和體積安定性時需用“標(biāo)準(zhǔn)稠度”的水泥淨(jìng)漿?！皹?biāo)準(zhǔn)稠度”是人為規(guī)定的稠度，其用水量採用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀測定。矽酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般在２１％～２８％之間。

（3）凝結(jié)時間水泥從加水開始到失去其流動性，即從液體狀態(tài)發(fā)展到較緻密的固體狀態(tài)的過程稱為水泥的凝結(jié)過程。這個過程所需要的時間稱為凝結(jié)時間。凝結(jié)時間分初凝時間和終凝時間。初凝時間為水泥加水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度的淨(jìng)漿完全失去可塑性所需的時間。終凝時間為水泥加水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度的淨(jìng)漿完全失去可塑性並開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時間。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥的凝結(jié)時間是以標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥淨(jìng)漿，在規(guī)定溫度及濕度環(huán)境下用水泥淨(jìng)漿凝結(jié)時間測定儀測定。矽酸鹽水泥的初凝時間不得早於45min，終凝時間不得遲於6h30min。

（４）體積安定性水泥漿體硬化後體積變化的均勻性稱為水泥的體積安定性。即水泥硬化漿體能保持一定形狀，不開裂，不變形，不潰散的性質(zhì)。體積安定性不良的水泥應(yīng)作廢品處理，不得應(yīng)用於工程中，否則將導(dǎo)致嚴(yán)重後果。

導(dǎo)致水泥安定性不良的主要原因一般是由於熟料中的游離氧化鈣、游離氧化鎂或摻入石膏過多等原因造成的，其中游離氧化鈣是一種最為常見，影響也是最嚴(yán)重的因素。熟料中所含游離氧化鈣或氧化鎂都是過燒的，結(jié)構(gòu)緻密，水化很慢。加之被熟料中其他成分所包裹，使得其在水泥已經(jīng)硬化後才進(jìn)行熟化，生成六方板狀的

Ca（OH）2晶體，這時體積膨脹９７％以上，從而導(dǎo)致不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。當(dāng)石膏摻量過多時，在水泥硬化後，殘餘石膏與水化鋁酸鈣繼續(xù)反應(yīng)生成鈣礬石，體積增大約1.5倍，從而導(dǎo)致水泥石開裂。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定．水泥的體積安定性用雷氏法或試餅沸煮法檢驗(yàn)。

（5）強(qiáng)度強(qiáng)度是評價矽酸鹽水泥品質(zhì)的又一個重要指標(biāo)。水泥的強(qiáng)度是按照GB/T17961-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO）法》的標(biāo)準(zhǔn)方法製作的水泥膠砂試件，在20±1°C溫度的水中，養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期時檢測的強(qiáng)度值。其中標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸為4cm×4cm×16cm，膠砂中水泥與標(biāo)準(zhǔn)砂之比為1：3（W/C=0.5），標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)齡期分別為３d和28d．分別檢驗(yàn)其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。按照測定結(jié)果，將矽酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個強(qiáng)度等級。各等級矽酸鹽水泥在不同齡期的強(qiáng)度要求見表5-3。

(6)堿含量水泥中含有較多的強(qiáng)鹼物Na2O或K2O時，容易發(fā)生不良反應(yīng)對結(jié)構(gòu)造成危害。因而國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥中的含堿量不得大於0.6%。

7.水泥石的腐蝕7.1水泥石腐蝕的方式（１）軟水侵蝕水泥石長期接觸軟水時，會使水泥石中的氫氧化鈣不斷被溶出，當(dāng)水泥石中游離的氫氧化鈣減少到一定程度時，水泥石中的其他含鈣礦物也可能分解和溶出，從而導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，甚至破壞。當(dāng)水泥石處於軟水環(huán)境時，特別是處於流動的軟水環(huán)境中時，水泥被軟水侵蝕的速度更快。

（２）一般酸的腐蝕工程結(jié)構(gòu)處於各種酸性介質(zhì)中時，酸性介質(zhì)易與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物可能溶於水中而流失，或發(fā)生體積膨脹造成結(jié)構(gòu)物的局部被脹裂，破壞了水泥石的結(jié)構(gòu)。其基本化學(xué)反應(yīng)式為：

３）碳酸的腐蝕雨水及地下水中常溶有較多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，中和後使水泥石碳化，形成了碳酸鈣，碳酸鈣再與碳酸反應(yīng)生成可溶性的碳酸氫鈣，並隨水流失，從而破壞了水泥石的結(jié)構(gòu)。其腐蝕反應(yīng)過程為：

（４）硫酸鹽的腐蝕當(dāng)環(huán)境中含有硫酸鹽的水滲入到水泥石結(jié)構(gòu)中時，會與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)生成石膏，石膏再與水泥石中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石，產(chǎn)生1.5倍的體積膨脹，這種膨脹必然導(dǎo)致脆性水泥石結(jié)構(gòu)的開裂，甚至崩潰。由於鈣礬石為微觀針狀晶體，人們常稱其為水泥桿菌。此外，有些其他物質(zhì)也能腐蝕水泥石，如鎂鹽、強(qiáng)鹼、糖類、脂肪等。

7.2防止水泥石腐蝕的方法（１）根據(jù)工程的環(huán)境特點(diǎn)，合理選擇水泥品種，或適當(dāng)摻加混合材料，減少可腐蝕物質(zhì)的濃度，防止或延緩水泥的腐蝕。如處於軟水環(huán)境的工程，常選用摻混合材料的礦渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因?yàn)檫@些水泥的水泥石中氫氧化鈣含量低，對軟水侵蝕的抵抗能力強(qiáng)。

（２）提高混凝土的密實(shí)度，採取措施減少水泥石結(jié)構(gòu)的孔隙率，特別是提高表面的密實(shí)度，阻塞腐蝕介質(zhì)滲入水泥石的通道。（３）在水泥石結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置保護(hù)層，隔絕腐蝕介質(zhì)與水泥石的聯(lián)繫。如採用塗料、貼面等緻密的耐腐蝕層覆蓋水泥石，能夠有效地保護(hù)水泥石不被腐蝕。

8.矽酸鹽水泥的性能特點(diǎn)與應(yīng)用

（１）凝結(jié)硬化快，早期及後期強(qiáng)度均高，適用於有早強(qiáng)要求的工程，（如冬季施工、預(yù)製、現(xiàn)澆等工程），高強(qiáng)度混凝土工程（如預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，大壩溢流面部位混凝土）。（2）抗凍性好，適合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。（3）耐腐蝕性差，因水化後氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。（4）水化熱高，不宜用於大體積混凝土工程。但有利於低溫季節(jié)蓄熱法施工。

（5）抗碳化性好。因水化後氫氧化鈣含量較多，故水泥石的鹼度不易降低，對鋼筋的保護(hù)作用強(qiáng)。適用於空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。（6）耐熱性差。因水化後氫氧化鈣含量高。不適用於承受高溫作用的混凝土工程。（7）耐磨性好，適用於高速公路、道路和地面工程。

建築砂漿

砂漿是由膠結(jié)料、細(xì)骨料、摻加料和水按照適當(dāng)比例配製而成的建築材料。砌筑砂漿

將磚、石、砌塊等粘結(jié)成為砌體的砂漿稱為砌筑砂漿。砌筑砂漿起著膠結(jié)塊材和傳遞荷載的作用，是砌體的重要組成部分。

1.砌築砂漿的組成材料

（1）膠結(jié)料及摻加料

砌築砂漿常用的膠凝材料有水泥、石灰膏、建築石膏等。

砌筑砂漿用水泥的強(qiáng)度等級應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇。水泥砂漿采用的水泥，其強(qiáng)度等級不宜大于32.5級；水泥混合砂漿採用的水泥，其強(qiáng)度等級不宜大於42.5級。

為改善砂漿和易性，降低水泥用量，往往在水泥砂漿中摻入部分石灰膏、粘土膏或粉煤灰等，這樣配製的砂漿稱水泥混合砂漿。這些材料不得含有影響砂漿性能的有害物質(zhì)，含有顆粒或結(jié)塊時應(yīng)用３ｍｍ的方孔篩過濾。消石灰粉不得直接用於砌築砂漿中。

(２)細(xì)集料

砌築砂漿用砂宜選用中砂，其中毛石砌體宜選用粗砂。砂的含泥量不應(yīng)超過５％。強(qiáng)度等級為Ｍ2.5的水泥混合砂漿，砂的含泥量不應(yīng)超過１０％。

(3)對外加劑的要求

與混凝土中摻加外加劑一樣，為改善砂漿的某些性能，也可加入塑化、早強(qiáng)、防凍、緩凝等作用的外加劑。一般應(yīng)使用無機(jī)外加劑，其品種和摻量應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。(4)砂漿用水的要求與混凝土的要求相同。2．砌築砂漿拌和物的技術(shù)性質(zhì)

(1)砂漿的流動性

表示砂漿在自重或外力作用下流動的性能稱為砂漿的流動性，也叫稠度。表示砂漿流動性大小的指標(biāo)是沉入度，它是以砂漿稠度儀測定的，其單位為ｍｍ。工程中對砂漿稠度選擇的依據(jù)是砌體類型和施工氣候條件，可參考表5－1選用（《砌體工程施工及驗(yàn)收規(guī)範(fàn)》（GB51203-1998))。影響砂漿流動性的因素有：砂漿的用水量、膠凝材料的種類和用量、集料的粒形和級配、外加劑的性質(zhì)和摻量、拌和的均勻程度等。（2）砂漿的保水性

攪拌好的砂漿在運(yùn)輸、停放和使用過程中，阻止水分與固體料之間、細(xì)漿體與集料之間相互分離，保持水分的能力為砂漿的保水性。加入適量的微沫劑或塑化劑，能明顯改善砂漿的保水性和流動性。

砂漿的保水性用砂漿分層度儀測定，以分層度（㎜）表示。分層度過大，表示砂漿易產(chǎn)生分層離析不利於施工及水泥硬化。砌築砂漿分層度不應(yīng)大於３０㎜。分層度過小，容易發(fā)生幹縮裂縫，故通常砂漿分層度不宜小於１０㎜。(3)凝結(jié)時間

建築砂漿凝結(jié)時間，以貫入阻力達(dá)到0.5ＭＰa為評定依據(jù)。水泥砂漿不宜超過８ｈ，水泥混合砂漿不宜超過10ｈ，加入外加劑後應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和施工的要求。

3.砌築砂漿硬化後的技術(shù)性質(zhì)

強(qiáng)度與強(qiáng)度等級

砂漿以抗壓強(qiáng)度作為其強(qiáng)度指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸為70.7㎜立方體試件一組６塊，標(biāo)養(yǎng)至28ｄ，測定其抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）。砌築砂漿按抗壓強(qiáng)度劃分為Ｍ20、Ｍ15、Ｍ7.5、Ｍ5.0、Ｍ2.5等六個強(qiáng)度等級。砂漿的強(qiáng)度除受砂漿本身的組成材料及配比影響外，還與基層的吸水性能有關(guān)。對於水泥砂漿，可採用下列強(qiáng)度公式估算：

（１）

不吸水基層（如緻密石材）這時影響砂漿強(qiáng)度的主要因素與混凝土基本相同，即主要決定於水泥強(qiáng)度和水灰比。計(jì)算公式如下：

式中fm——砂漿28ｄ抗壓強(qiáng)度（MPa）；

ｆce—水泥的實(shí)測強(qiáng)度（MPa）；

C/W—灰水比。

（２）

吸水基層（如粘土磚及其他多孔材料）這時由於基層能吸水，當(dāng)其吸水後，砂漿中保留水分的多少取決於其本身的保水性，而與水灰比關(guān)係不大。因而，此時砂漿強(qiáng)度主要決定於水泥強(qiáng)度及水泥用量。計(jì)算公式如下：

式中 Ｑc——每立方米砂漿中水泥用量（㎏）

Ａ、Ｂ——砂漿的特徵係數(shù)，A=3.03，B=－15.09

各地區(qū)也可用本地區(qū)試驗(yàn)資料確定Ａ、Ｂ值，統(tǒng)計(jì)用的試驗(yàn)組數(shù)不得少於30組。

砌築砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

砌築砂漿必須有足夠的粘結(jié)力，才能將磚石粘結(jié)為堅(jiān)固的整體，砂漿粘結(jié)力的大小，將影響砌體的抗剪強(qiáng)度、耐久性、穩(wěn)定性及抗振能力。通常粘結(jié)力隨砂漿抗壓強(qiáng)度的提高而增大。砂漿粘結(jié)力還與砌築材料的表面狀態(tài)、潤濕程度、養(yǎng)護(hù)條件等有關(guān)。4.砌築砂漿的配合比設(shè)計(jì)<砌築砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程>（JGJ/T98-96)

砌筑砂漿的配合比應(yīng)滿足施工和易性（稠度）的要求，保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度，還應(yīng)盡可能節(jié)約水泥，降低成本。

（1）砌築砂漿配製強(qiáng)度（fm，0）的確定

fm，0=f2+0.645σ

式中 fm，0——砂漿的配製強(qiáng)度，精確至0.1MPa；

f2——砂漿設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級（即砂漿抗壓強(qiáng)度平均值（MPa）；

σ——砂漿現(xiàn)場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，精確至0.01MPa。

砌築砂漿現(xiàn)場強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ應(yīng)按下式計(jì)算：

式中fi—