建筑材料-電子教案

建筑材料緒論0.1建筑材料的定義0.2建筑材料的分類0.3建筑材料在建筑工程中的地位0.4建筑材料的開展0.5建筑材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第一章建筑材料的根本性質(zhì)1.1建筑材料的根本物理性質(zhì)1.2建筑材料的力學(xué)性質(zhì)1.3建筑材料的耐久性1.4本章小結(jié)1.5復(fù)習(xí)思考題第二章石材2.1建筑中常用的天然巖石2.2天然石材的技術(shù)性質(zhì)、加工類型及選用原那么2.3人造石材2.4本章小結(jié)2.5復(fù)習(xí)思考題第三章氣硬性膠凝材料3.1建筑石灰3.2建筑石膏3.3水玻璃3.4本章小結(jié)3.5復(fù)習(xí)思考題第四章水泥4.1硅酸鹽水泥4.2摻混合材料的硅酸鹽水泥4.3特性水泥及專用水泥4.4水泥的選用、驗(yàn)收與保管4.5本章小結(jié)4.6復(fù)習(xí)思考題第五章混凝土5.1概述5.2普通混凝土的組成材料5.3混凝土拌合物的和易性5.4硬化混凝土的強(qiáng)度5.5混凝土的變形性能5.6混凝土的耐久性5.7混凝土的外加劑5.8普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)5.9本章小結(jié)5.10復(fù)習(xí)思考題第六章建筑砂漿6.1砌筑砂漿6.2抹面砂漿6.3其他砂漿6.4本章小結(jié)6.5復(fù)習(xí)思考題第七章墻體材料7.1砌墻磚7.2墻用砌塊7.3墻用板材7.4本章小結(jié)7.5復(fù)習(xí)思考題第八章建筑鋼材8.1鋼的冶煉加工與分類8.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能8.3建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用8.4鋼材的銹蝕及防止8.5本章小結(jié)8.6復(fù)習(xí)思考題第九章木材9.1木材的分類9.2木材的性質(zhì)9.3木材的尺寸檢量和材積計(jì)算9.4木材的應(yīng)用9.5木材的處理9.6本章小結(jié)9.7復(fù)習(xí)思考題第十章防水材料10.1石油瀝青10.2石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)和要求10.3瀝青混合料10.4熱拌瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)10.5瀝青防水制品10.6改性瀝青防水制品10.7高分子防水材料10.8本章小結(jié)10.9復(fù)習(xí)思考題第十一章建筑裝飾材料11.1天然石材11.2裝飾混凝土11.3建筑陶瓷11.4玻璃及制品11.5金屬裝飾材料11.6木制飾面板11.7涂料11.8裝飾材料的污染11.9本章小結(jié)11.10復(fù)習(xí)思考題緒論建筑材料和建筑設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)、建筑經(jīng)濟(jì)及建筑施工等一樣，是建筑工程學(xué)科的一局部，而且是極為重要的局部。因?yàn)?，建筑材料是建筑工程的物質(zhì)根底。一個(gè)優(yōu)秀的建筑師總是把建筑藝術(shù)和以最正確方式選用的建筑材料融合在一起。結(jié)構(gòu)工程師只有在很好的了解建筑材料的性能后，才能根據(jù)力學(xué)計(jì)算，準(zhǔn)確確實(shí)定建筑構(gòu)件的尺寸和創(chuàng)造出先進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式。建筑經(jīng)濟(jì)學(xué)家為了降低造價(jià)，節(jié)省投資，在根本建設(shè)中，特別是在已經(jīng)興起的商品房屋的事業(yè)中，首先要考慮的是節(jié)約和合理的使用建筑材料。而建筑施工和安裝的全過程，實(shí)質(zhì)上是按設(shè)計(jì)要求把建筑材料逐步變成建筑物的過程。它涉及材料的選用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及加工等諸方面。總之，從事建筑工程的技術(shù)人員都必須了解和掌握建筑材料有關(guān)技術(shù)知識(shí)。而且，應(yīng)使所用的材料都能最大限度的發(fā)揮其效能，并合理、經(jīng)濟(jì)的滿足建筑工程上的各種要求。0.1建筑材料的定義建筑材料的定義有廣義與狹義兩種:

1.廣義的建筑材料是指建造建筑物和構(gòu)筑物的所有材料，包括使用的各種原材料、半成品、成品等的總稱。如粘土、鐵礦石、石灰石、生石膏等。

2.狹義的建筑材料是指直接構(gòu)成建筑物和構(gòu)筑物實(shí)體的材料。如混凝土、水泥、石灰、鋼筋、粘土磚、玻璃等。

作為建筑材料必須同時(shí)滿足兩個(gè)根本要求:

1、滿足建筑物和構(gòu)筑物本身的技術(shù)性能要求，保證能正常使用。

2、在其使用過程中，能抵御周圍環(huán)境的影響與有害介質(zhì)的侵蝕，保證建筑物和構(gòu)筑物的合理使用壽命。同時(shí)也不能對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。0.2建筑材料的分類建筑材料的分類按建筑材料的化學(xué)組成分無機(jī)材料有機(jī)材料復(fù)合材料按建筑材料的使用功能分建筑結(jié)構(gòu)材料墻體材料建筑功能材料0.2.1無機(jī)材料，包括金屬材料和非金屬材料。

1.金屬材料：有鋼、鐵及其合金，鋁、銅等。鋼

鋁銅2.非金屬材料：包括天然石材、燒土制品、膠凝材料及制品、玻璃、無機(jī)纖維材料。

a、天然石材有砂、石及石材制品等。砂石石材制品b、燒土制品有粘土磚、瓦等。粘土磚瓦c、玻璃有普通平板玻璃、特種玻璃等。印花玻璃玻璃幕墻0.2.2

有機(jī)材料，包括植物材料、瀝青材料及合成高分子塑料。

a、植物材料有木材、竹材、植物纖維等。木地板竹地板

b、瀝青材料有煤瀝青、石油瀝青及其制品等。

瀝青砼

c、合成高分子材料有塑料、涂料、合成橡膠等。

涂料0.2.3

復(fù)合材料，包括有機(jī)與無機(jī)非金屬材料，金屬與無機(jī)非金屬復(fù)合材料，金屬與有機(jī)復(fù)合材料。

a、有機(jī)與無機(jī)非金屬復(fù)合材料有聚合物砼、玻璃纖維增強(qiáng)塑料。

b、金屬與無機(jī)非金屬復(fù)合材料有鋼筋砼，鋼纖維砼等。鋼筋砼鋼纖維砼

c、金屬與有機(jī)材料復(fù)合有PVC鋼板、有機(jī)涂層鋁合金板等。

鋁合金板

0.2.4

建筑結(jié)構(gòu)材料主要是指構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)所用的材料，如梁、板、柱、根底、框架及其它受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)等所用的材料。對(duì)這類材料主要技術(shù)性能的要求是強(qiáng)度和耐久性。板

柱

目前所用的主要結(jié)構(gòu)材料有磚、石、水泥砼及兩者的復(fù)合物--鋼筋砼和預(yù)應(yīng)力鋼筋砼。隨著工業(yè)的開展，輕鋼結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)所占的比例將會(huì)逐漸加大。

水泥

水泥砼

預(yù)應(yīng)力鋼筋砼

0.2.5

墻體材料，主要指建筑物內(nèi)、外及分隔墻體所用的材料，有承重和非承重兩類。目前我國大量采用的墻體材料為粉煤灰砌塊、砼及加氣砼砌磚等。此外，還有砼墻板、石板、金屬板材和復(fù)合墻板等。

粉煤灰砌塊

磚墻

石板

鋁塑復(fù)合板

0.2.6

建筑功能材料，主要指負(fù)擔(dān)某些建筑功能的非承重用材料。如防水材料、絕熱材料，吸聲和隔聲材料、采光材料、裝飾材料等。

保溫復(fù)合墻房屋

吸聲材料

裝飾材料〔花崗巖1〕

裝飾材料〔大理石〕

一般來說，建筑物的可靠度與平安度，主要決定于由建筑結(jié)構(gòu)材料組成的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系，而建筑物的使用功能與建筑品質(zhì)，主要決定于建筑功能材料。對(duì)某一種具體材料來說，它可能兼有多種功能。0.3建筑材料在建筑工程中的地位建筑材料和建筑設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)、建筑經(jīng)濟(jì)及建筑施工等一樣，是建筑工程學(xué)科的一局部，而且是極為重要的局部。因?yàn)榻ㄖ牧鲜墙ㄖこ痰奈镔|(zhì)根底。一個(gè)優(yōu)秀的建筑師總是把建筑藝術(shù)和以最正確方式選用的建筑材料融合在一起。結(jié)構(gòu)工程師只有很好地了解建筑材料的性能后，才能根據(jù)力學(xué)計(jì)算，準(zhǔn)確地確定建筑構(gòu)件的尺寸和創(chuàng)造出先進(jìn)的結(jié)構(gòu)型式。建筑經(jīng)濟(jì)學(xué)家為了降低造價(jià)，節(jié)省投資，在根本建設(shè)中，首先要考慮的是節(jié)約和合理地使用建筑材料。而建筑施工和安裝的全過程，實(shí)質(zhì)上是按設(shè)計(jì)要求把建筑材料逐步變成建筑物的過程。它涉及到材料的選用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及加工等諸方面。總之，從事建筑工程的技術(shù)人員都必須了解和掌握建筑材料有關(guān)技術(shù)知識(shí)，而且應(yīng)使所用的材料都能最大限度地發(fā)揮其效能，并合理、經(jīng)濟(jì)地滿足建筑工程上的各種要求。建筑、材料、結(jié)構(gòu)、施工四者是密切相關(guān)的。從根本上說，材料是根底，材料決定了建筑和施工方法。新材料的出現(xiàn)，可以促使建筑形式的變化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的革新。建筑施工、安裝工程造價(jià)建筑形式建筑施工、安裝工程造價(jià)建筑形式建筑材料圖0.3.10.4建筑材料的開展一、開展歷程

自古以來，我國勞動(dòng)者在建筑材料的生產(chǎn)和使用方面曾經(jīng)取得了許多巨大成就。在上古時(shí)期，人工合成類居于天然山洞或樹巢中，隨后逐步采用粘土、石、木等天然材料建造房屋。土坯房、傳統(tǒng)的吊腳樓等〔圖0.4.1〕就是利用天然材料建造的房屋，圖0圖0.4.1傳統(tǒng)的吊腳樓圖0.4.2采用粘土磚建造的房屋建國以來，特別是改革開放以后，我國建筑材料生產(chǎn)得到了更迅速的開展。鋼材已躋身世界生產(chǎn)大國之列；水泥工業(yè)已由解放前年產(chǎn)量缺乏百萬噸的單一品種，開展為品種、標(biāo)號(hào)齊全年產(chǎn)量突破4億噸的水平陶瓷材料也由過去的單一白色瓷器開展到有上千種花色品種的陶瓷產(chǎn)品。玻璃工業(yè)也開展很快，普通玻璃已由建國初期年產(chǎn)僅108萬標(biāo)箱開展到1億余標(biāo)箱，且能生產(chǎn)功能各異的新品種。隨著生活水平的提高和住房條件的改善，建筑裝飾材料更是豐富多彩，產(chǎn)業(yè)蓬勃興旺。圖0.4.3圖0.4.3建筑材料的進(jìn)步伴隨著生產(chǎn)力水平的提高，促使了建筑物規(guī)模尺寸是增大、結(jié)構(gòu)形式的改變和使用功能的改善。建筑材料的開展歷程如圖0.4.4圖0.4.4二、開展趨勢(shì)〔1〕高性能材料的研制；〔2〕充分利用地方原料、固體廢棄物、各種工業(yè)廢渣等；〔3〕節(jié)能材料開發(fā)；〔4〕具有良好經(jīng)濟(jì)效益的材料。；0.5建筑材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)都有各自的部門代號(hào)，例如：GB—國家標(biāo)準(zhǔn)；GBJ—建筑工程國家標(biāo)準(zhǔn)；JGJ—建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；JC—國家建材局標(biāo)準(zhǔn)；YB—冶金部標(biāo)準(zhǔn)；ZB—國家級(jí)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等等。

標(biāo)準(zhǔn)的表示方法，系由標(biāo)準(zhǔn)名稱、部門代號(hào)、編號(hào)和批準(zhǔn)年份等組成，例如：

〔1〕國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175一99。標(biāo)準(zhǔn)的部門代號(hào)為GB，編號(hào)為175，批準(zhǔn)年份為：1999年。

〔2〕建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55一2000。標(biāo)準(zhǔn)的部門代號(hào)為JGJ，編號(hào)為55，批準(zhǔn)年份為2000年。各個(gè)國家均有自己的國家標(biāo)準(zhǔn)，例如“ASTM“代表美國國家標(biāo)準(zhǔn)、“JIS〞代表日本國家標(biāo)準(zhǔn)、“BS〞代表英國標(biāo)準(zhǔn)、“DIN〞代表德國標(biāo)準(zhǔn)等。另外，在世界范圍內(nèi)統(tǒng)一執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)稱國際標(biāo)準(zhǔn)，其代號(hào)為“1SO〞。第一章建筑材料的根本性質(zhì)內(nèi)容提要

了解和掌握材料的根本性質(zhì)，對(duì)于合理選用材料至關(guān)重要。本章主要介紹材料的根本物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和有關(guān)參數(shù)及計(jì)算公式。

在建筑物中，建筑材料要承受各種不同的作用，因而要求建筑材料具有相應(yīng)的不同性質(zhì)。如用于建筑結(jié)構(gòu)的材料要受到各種外力的作用，因此，選用的材料應(yīng)具有所需要的力學(xué)性能。又如，根據(jù)建筑物各種不同部位的使用要求，有些材料應(yīng)具有防水、絕熱、吸聲等性能；對(duì)于某些工業(yè)建筑，要求材料具有耐熱、耐腐蝕等性能。此外，對(duì)于長期暴露在大氣中的材料，要求能經(jīng)受風(fēng)吹、日曬、雨淋、冰凍而引起的溫度變化、濕度變化及反復(fù)凍融等的破壞作用。為了保證建筑物的耐久性，要求在工程設(shè)計(jì)與施工中正確的選擇和合理的使用材料，因此，必須熟悉和掌握各種材料的根本性質(zhì)。1.1建筑材料的根本物理性質(zhì)建筑材料在建筑物的各個(gè)部位的功能不同，均要承受各種不同的作用，因而要求建筑材料必須具有相應(yīng)的根本性質(zhì)。

物理性質(zhì)包括密度、密實(shí)性、空隙率、孔隙率〔計(jì)算材料用量、構(gòu)件自重、配料計(jì)算、確定堆放空間〕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。由于材料所處的體積狀況不同，故有實(shí)際密度〔密度〕、表觀密度和堆積密度之分?！?〕實(shí)際密度(TrueDensity〕

以前稱比重、真實(shí)密度)，簡稱密度(Density)。實(shí)際密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，按下式計(jì)算：

式中:

ρ－實(shí)際密度〔g/cm3〕；

m－材料在枯燥狀態(tài)下的質(zhì)量〔g〕；

V－材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積〔cm3〕。

絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積是指不包括孔隙在內(nèi)的體積。除了鋼材、玻璃等少數(shù)接近于絕對(duì)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(cè)定有孔隙的材料密度時(shí)，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉以排除其內(nèi)部孔隙，經(jīng)枯燥至恒重后，用密度瓶〔李氏瓶〕測(cè)定其實(shí)際體積，該體積即可視為材料絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積。材料磨得愈細(xì)，測(cè)定的密度值愈精確?！?〕表觀密度(ApparentDensity)

以前稱容重、有的也稱毛體積密度。表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，按下式計(jì)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，或稱表觀體積〔cm3或m3〕。

材料在自然狀態(tài)下的體積是指材料的實(shí)體積與材料內(nèi)所含全部孔隙體積之和。對(duì)于外形規(guī)那么的材料，其測(cè)定很簡便，只要測(cè)得材料的重量和體積，即可算得表觀密度。不規(guī)那么材料的體積要采用排水法求得，但材料外表應(yīng)預(yù)先涂上蠟，以防水分滲人材料內(nèi)部而影響測(cè)定值。〔3〕堆積密度(BulkDensity)

散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的重量稱為堆積密度?？捎孟率奖硎荆?/p>

式中:ρ0'－堆積密度〔kg/m3〕；

m－材料的質(zhì)量〔kg〕；

V0'－材料的堆積體積〔m3〕。

散粒材料在自然狀態(tài)下的體積，是指既含顆粒內(nèi)部的孔隙，又含顆粒之間空隙在內(nèi)的總體積。測(cè)定散粒材料的堆積密度時(shí)，材料的質(zhì)量是指在一定容積的容器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積。假設(shè)以搗實(shí)體積計(jì)算時(shí)，那么稱緊密堆積密度。

土木工程中在計(jì)算材料用量、構(gòu)件自重、配料計(jì)算以及確定堆放空間時(shí)，均需要用到材料的上述狀態(tài)參數(shù)。常用土木工程材料的密度見表1.1.1

表1.1.1材料名稱密度〔g/cm3〕表觀密度〔kg/m3〕堆積密度〔kg/m3〕孔隙率〔％〕鋼材7.8～7.97850—0花崗巖2.7～3.02500～2900—0.5～3.0石灰?guī)r2.4～2.61800～26001400～1700〔碎石〕—砂2.5～2.6—1500～1700—粘土2.5～2.7—1600～1800—水泥2.8～3.1—1200～1300—燒結(jié)普通磚2.6～2.71600～1900—20～40燒結(jié)空心磚2.5～2.71000～1480——紅松木1.55～1.60400～600—55～75二、材料的密實(shí)度與孔隙率〔1〕密實(shí)度〔DenseDegree〕

密實(shí)度是指材料的固體物質(zhì)局部的體積占總體積的比例，說明材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式計(jì)算：按孔隙的特征，材料的孔隙可分為開口孔隙和閉口孔隙兩種，二者孔隙率之和等于材料的總孔隙率。按孔隙的尺寸大小，又可分為微孔、細(xì)孔及大孔三種。不同的孔隙對(duì)材料的性能影響各不相同。一般而言，孔隙率較小，且連通孔較少的材料，其吸水性較小，強(qiáng)度較高，抗凍性和抗?jié)B性較好。工程中對(duì)需要保溫隔熱的建筑物或部位，要求其所用材料的孔隙率要較大。相反，對(duì)要求高強(qiáng)或不透水的建筑物或部位，那么其所用的材料孔隙率應(yīng)很小?！?〕孔隙率〔Porosity)

孔隙率是指材料體積內(nèi)孔隙體積〔Vp〕占材料總體積〔V0〕的百分率?？捎孟率接?jì)算：

孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系為：〔3〕空隙率〔Interstice〕

空隙率是指散粒材料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積〔Va〕占堆積體積的百分率，以P'表示，因Va＝V’0－V0，那么P’值可用下式計(jì)算：三、材料與水有關(guān)的性質(zhì)〔一〕親水性與憎水性〔1〕親水性與憎水性

親水性：材料能被水潤濕的性質(zhì)，如磚、混凝土等。

材料產(chǎn)生親水性的原因是因其與水接觸時(shí)，材料與水分子之間的親合力大于水分子之間的內(nèi)聚力所致。當(dāng)材料與水接觸，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(shí)，材料那么表現(xiàn)為憎水性。憎水性材料如瀝青、石油等。

問題：親水性材料與憎水性材料在實(shí)際工程中有何意義？〔2〕潤濕邊角

材料被水濕潤的情況可用潤濕邊角θ來表示。

當(dāng)材料與水接觸時(shí)，在材料、水、空氣三相的交界點(diǎn)，作沿水滴外表的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤濕邊角。圖1.1.1

材料的潤濕示意圖〔a〕親水性材料

〔b〕憎水性材

〔3〕親水性材料與憎水性材料

θ角愈小，說明材料愈易被水潤濕。

當(dāng)θ＜90°時(shí)，材料外表吸附水，材料能被水潤濕而表現(xiàn)出親水性，這種材料稱親水性材料。

θ>90°時(shí)，材料外表不吸附水，此稱憎水性材料。

當(dāng)θ=0°時(shí)，說明材料完全被水潤濕。

上述概念也適用于其它液體對(duì)固體的潤濕情況，相應(yīng)稱為親液材料和憎液材料?！捕巢牧系奈耘c吸濕性1.吸水性(WaterAbsorption)

材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱吸水性。材料的吸水性用吸水率(RatioofWaterAbsorption)表示，有質(zhì)量吸水率與體積吸水率兩種表示方法。

〔1〕質(zhì)量吸水率

質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，內(nèi)部所吸水分的質(zhì)量占材料枯燥質(zhì)量的百分率，用下式計(jì)算：

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

————材料在枯燥狀態(tài)下的質(zhì)量〔g〕。

〔2〕體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，其內(nèi)部所吸水分的體積占枯燥材料自然體積的百分率。用公式表示如下：

W體———

材料的體積吸水率

〔％〕；

V0———枯燥材料在自然狀態(tài)下的體積〔cm3〕；

ρ水———水的密度〔g/cm3〕。

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。

潮濕材料在枯燥的空氣中也會(huì)放出水分，此稱還濕性。

材料的吸濕性用含水率表示。

含水率系指材料內(nèi)部所含水的質(zhì)量占材料枯燥質(zhì)量的百分率。用公式表示為：

W含————材料的含水率〔％〕；

m含————材料含水時(shí)的質(zhì)量〔g〕；

m干————材料枯燥至恒重時(shí)的質(zhì)量〔g〕?！踩巢牧系哪退?/p>

材料長期在水作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，如下式：

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————材料在枯燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度〔MPa〕。

軟化系數(shù)大于0.80的材料，通?？烧J(rèn)為是耐水材料?！菜摹巢牧系目?jié)B性〔PermeabilityResistance〕

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)的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過單位面積的水量。用公式表示為：

W————透過材料試件的水量(mL)；

t————透水時(shí)間(t)；

A————透水面積(cm2)；

h______靜水壓力水頭(cm)；

d————試件厚度(cm).

K值愈大，表示材料滲透的水量愈多，即抗?jié)B性愈差。

混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)表示。抗?jié)B等級(jí)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(hào)Pn表示，其中n為該材料所能承受的最大水壓力的十倍的MPa數(shù)，如P4、P6、P8、P10、P12等,分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水壓而不滲水。材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關(guān)?！参濉巢牧系目箖鲂浴睩rostResistance〕

材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受屢次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(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(jí)表示?？箖龅燃?jí)是以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗(yàn)條件下，測(cè)得其強(qiáng)度降低不超過25％，且質(zhì)量損失不超過5％時(shí)所能承受的最多的循環(huán)次數(shù)來表示。

用符號(hào)Fn表示，其中n即為最大凍融循環(huán)次數(shù)，如F25、F50等。

材料抗凍標(biāo)號(hào)的選擇，是根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類、使用條件、氣候條件等來決定的。1.2建筑材料的根本力學(xué)性質(zhì)一、材料的強(qiáng)度

材料在外力作用下抵抗破壞的能力，稱為材料的強(qiáng)度。

根據(jù)外力作用形式的不同，材料的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度等，均以材料受外力破壞時(shí)單位面積上所承受的力的大小來表示。材料的這些強(qiáng)度是通過靜力試驗(yàn)來測(cè)定的，故總稱為靜力強(qiáng)度。材料的靜力強(qiáng)度是通過標(biāo)準(zhǔn)試件的破壞試驗(yàn)而測(cè)得，必須嚴(yán)格按照國家規(guī)定的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。材料的強(qiáng)度是大多數(shù)材料劃分等級(jí)的依據(jù)。表1.2.1列出了材料的抗壓、抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度的計(jì)算公式。

表1強(qiáng)度類別受力作用示意圖強(qiáng)度計(jì)算式附注

抗壓強(qiáng)度fc(MPa)

F——破壞荷載(N);A——受荷面積(mm2);l——跨度(mm);b——斷面寬度(mm);h——斷面高度(mm)抗拉強(qiáng)度ft

(MPa)

抗剪強(qiáng)度fv(MPa)

抗彎強(qiáng)度ftm(MPa)

二、材料的等級(jí)

大局部建筑材料根據(jù)其極限強(qiáng)度的大小，可劃分為假設(shè)干不同的強(qiáng)度等級(jí)。如：

燒結(jié)普通磚按抗壓強(qiáng)度分為六個(gè)等級(jí)：Mu30、Mu25、Mu20、Mu15、Mu10、Mu7.5；

硅酸鹽水泥按抗壓和抗折強(qiáng)度分為四個(gè)等級(jí)：32.5、42.5、52.5、62.5等；

混凝土按其抗壓強(qiáng)度分為十二個(gè)等級(jí)：C7.5、C10、…、C80等；

碳素結(jié)構(gòu)鋼按其抗拉強(qiáng)度分為五個(gè)等級(jí)，如Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。建筑材料按強(qiáng)度劃分為假設(shè)干個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)生產(chǎn)者和使用者均有重要的意義，它可使生產(chǎn)者在生產(chǎn)中控制產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)有依據(jù)，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)使用者而言，那么有利于掌握材料的性能指標(biāo)，便于合理選用材料、正確進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制工程施工質(zhì)量。常用建筑材料的強(qiáng)度見表1.2.2表1.2.2材料抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度花崗巖100~2505~810~14燒結(jié)普通磚7.5~30—1.8~4.0普通混凝土7.5~601~4—松木〔順紋〕30~5080~12060~100建筑鋼材235~1600235~1600—三、材料的比強(qiáng)度

比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。對(duì)于不同強(qiáng)度的材料進(jìn)行比擬，可采用比強(qiáng)度這個(gè)指標(biāo)。比強(qiáng)度是按單位體積質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。比強(qiáng)度是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，必須具有較高的比強(qiáng)度。幾種主要材料的比強(qiáng)度見表所示。

由表1.2.3可知，玻璃鋼和木材是輕質(zhì)高強(qiáng)的高效能材料，而普通混凝土為質(zhì)量大而強(qiáng)度較低的材料，所以努力促進(jìn)普通混凝土這一當(dāng)代最重要的結(jié)構(gòu)材料向輕質(zhì)、高強(qiáng)方向開展，是一項(xiàng)十分重要的工作。

表1.2.3材料表觀密度ρ0(kg/m3)抗壓強(qiáng)度fc(MPa)比強(qiáng)度fc/ρ0低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069普通混凝土240029.40.012四、材料的彈性與塑性

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為彈性。材料的這種當(dāng)外力取消后瞬間內(nèi)即可完全消失的變形，稱為彈性變形。彈性變形屬可逆變形，其數(shù)值大小與外力成正比，其比例系數(shù)E稱為材料的彈性模量。材料在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量E為常數(shù)，其值等于應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)诺谋戎?，即式?σ——材料的應(yīng)力〔MPa〕；

ε——材料的應(yīng)變；

E——材料的彈性模量〔MPa〕。彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的一個(gè)指標(biāo)。E值愈大，材料愈不易變形，亦即剛度好。彈性模量是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的重要參數(shù)。

在外力作用下材料產(chǎn)生變形，如果取消外力，仍保持變形后的形狀尺寸，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。塑性變形為不可逆變形，是永久變形。

實(shí)際上純彈性變形的材料是沒有的，通常一些材料在受力不大時(shí)，僅產(chǎn)生彈性變形；受力超過一定極限后，即產(chǎn)生塑性變形。有些材料在受力時(shí)，如建筑鋼材，當(dāng)所受外力小于彈性極限時(shí)，僅產(chǎn)生彈性變形；而外力大于彈性極限后，那么除了彈性變形外，還產(chǎn)生塑性變形。有些材料在受力后，彈性變形和塑性變形同時(shí)產(chǎn)生，當(dāng)外力取消后，彈性變形會(huì)恢復(fù)，而塑性變形不能消失，如混凝土。彈塑性材料的變形曲線如下圖1.2.1圖1.2.1五、材料的脆性與韌性

材料在外力作用下，當(dāng)外力到達(dá)一定限度后，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時(shí)無明顯的塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性。具有這種性質(zhì)的材料稱脆性材料。

脆性材料抵抗沖擊荷載或振動(dòng)荷載作用的能力很差。其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，可高達(dá)數(shù)倍甚至數(shù)十倍。所以脆性材料不能承受振動(dòng)和沖擊荷載，也不宜用作受拉構(gòu)件，只適于用作承壓構(gòu)件。建筑材料中大局部無機(jī)非金屬材料均為脆性材料，如天然巖石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等。

材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。如建筑鋼材、木材等屬于韌性較好的材料。材料的韌性值用沖擊韌性指標(biāo)αK表示。沖擊韌性指標(biāo)系指用帶缺口的試件做沖擊破壞試驗(yàn)時(shí)，斷口處單位面積所吸收的功。其計(jì)算公式為式中:

αK—材料的沖擊韌性指標(biāo)〔J／mm2〕；

AK—試件破壞時(shí)所消耗的功〔J〕；

A—試件受力凈截面積〔mm〕。

在建筑工程中，對(duì)于要求承受沖擊荷載和有抗震要求的結(jié)構(gòu)，如吊車梁、橋梁、路面等所用的材料，均應(yīng)具有較高的韌性。六、材料的硬度、耐磨性1.硬度

硬度是材料外表能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。不同材料的硬度測(cè)定方法不同，通常采用的有刻劃法和壓入法兩種?？虅澐ǔＳ糜跍y(cè)定天然礦物的硬度。礦物硬度分為10級(jí)〔莫氏硬度〕，其遞增的順序?yàn)椋夯?；石膏2；方解石3；螢石4；磷灰石5；正長石6；石英7；黃玉8；剛玉9；金剛石10。鋼材、木材及混凝土等的硬度常用鋼球壓人法測(cè)定〔布氏硬度HB〕。材料的硬度愈大，那么其耐磨性愈好，但不易加工。工程中有時(shí)也可用硬度來間接推算材料的強(qiáng)度。2.耐磨性

耐磨性是材料外表抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨損率〔B〕表示，其計(jì)算公式為

式中:

B——材料的磨損率〔g／cm2〕；

m1、m2一分別為材料磨損前、后的質(zhì)量〔g〕；

A—試件受磨損的面積〔cm2〕。

材料的耐磨性與材料的組成成分、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、硬度等有關(guān)。在建筑工程中，對(duì)于用作踏步、臺(tái)階、地面、路面等的材料，應(yīng)具有較高的耐磨性。一般來說，強(qiáng)度較高且密實(shí)的材料，其硬度較大，耐磨性較好。1.3建筑材料的耐久性一、概念

材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在環(huán)境的多種因素作用下不變質(zhì)、不破壞，長久地保持其使用性能的能力。

耐久性是材料的一種綜合性質(zhì)，諸如抗凍性、抗風(fēng)化性、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕性等均屬耐久性的范圍。

此外，材料的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐磨性等也與材料的耐久性有密切關(guān)系。二、環(huán)境影響因素

材料在建筑物使用過程中長期受到周圍環(huán)境和各種自然因素的破壞作用，一般可分為物理作用、化學(xué)作用、機(jī)械作用、生物作用等。物理作用包括材料的干濕變化、溫度變化及凍融變化等?；瘜W(xué)作用包括酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液及氣體對(duì)材料產(chǎn)生的侵蝕作用，使材料產(chǎn)生質(zhì)的變化而破壞。生物作用是昆蟲、菌類等對(duì)材料所產(chǎn)生的蛀蝕腐朽等破壞作用。

鋼材易受氧化而銹蝕

無機(jī)金屬材料常因氧化、風(fēng)化、碳化、溶蝕、凍融、熱應(yīng)力、干濕交替作用而破壞

有機(jī)材料因腐爛、蟲蛀、老化而變質(zhì)1.4本章小結(jié)本章是學(xué)習(xí)建筑材料課程應(yīng)首先具備的根底知識(shí)和理論。材料的材質(zhì)不同，其性質(zhì)也必有差異。通過本章學(xué)習(xí)可以了解、明辨建筑材料所具有的各種根本性能的定義、內(nèi)涵、參數(shù)及計(jì)算表征方法，了解材料性能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響作用，為下一步學(xué)習(xí)材料的性能打下根底。1.5復(fù)習(xí)思考題1、何謂材料的實(shí)際密度、表觀密度和堆積密度？如何計(jì)算？

2、何謂材料的密實(shí)度和孔隙率？兩者有什么關(guān)系？

3、某一塊狀材料的全干質(zhì)量為100g，自然狀態(tài)體積為cm3，絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積為33cm3，試計(jì)算其密度、表觀密度、密實(shí)度和孔隙率。

4、建筑材料的親水性和憎水性在建筑工程中有什么實(shí)際意義？

5、材料的質(zhì)量吸水率和體積吸水率有何不同？兩者存在什么關(guān)系？什么情況下采用體積吸水率或質(zhì)量吸水率來反映材料的吸水性？

6、何謂材料的吸水性、吸濕性、耐水性、抗?jié)B性和抗凍性？各用什么指標(biāo)表示？

7、材料的孔隙率與孔隙特征對(duì)材料的表觀密度、吸水、吸濕、抗?jié)B、抗凍、強(qiáng)度及保溫隔熱等性能有何影響？

8、軟化系數(shù)是反映材料什么性質(zhì)的指標(biāo)？為什么要控制這個(gè)指標(biāo)？

9、彈性材料與塑性材料有何不同？

10、何謂材料的強(qiáng)度？根據(jù)外力作用方式不同，各種強(qiáng)度如何計(jì)算？其單位如何表示？

11、何謂材料的耐久性？它包括哪些內(nèi)容？第二章石材內(nèi)容提要重點(diǎn)了解常用建筑石材的品種、性能和應(yīng)用范圍。通過對(duì)天然石材形成過程的了解，認(rèn)識(shí)巖石的形成條件對(duì)其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和性質(zhì)的影響，理解材料的組成、結(jié)構(gòu)與技術(shù)性能之間的關(guān)系。正確、經(jīng)濟(jì)的選用石材。一、石材的定義

建筑石材是指具有一定的物理、化學(xué)性能，可用作建筑材料的巖石。它有天然形成的和人工制造的兩大類。

由天然巖石開采的，經(jīng)過或不經(jīng)過加工而制得的材料，稱為天然石材。人造石材是用無機(jī)或有機(jī)膠結(jié)料、礦物質(zhì)原料及各種外加劑配制而成，例如人造大理石、花崗石等。從廣義而言，各種混凝土也屬這一類。由于人造石材可以人為控制其性能、形狀、花色圖案等，因此也得到廣泛應(yīng)用。

石材建筑物：河北的隋代趙州永濟(jì)橋、江蘇洪澤湖大堤、北京人民英雄紀(jì)念碑等。二、石材的應(yīng)用

重質(zhì)致密的塊體石材，常用于砌筑根底、橋涵、擋土墻、護(hù)坡、溝渠與隧道襯砌等，是主要的石砌體材料；

散粒石料，如碎石、礫石、砂等，那么廣泛用作混凝土骨料、道碴和鋪路材料等；

輕質(zhì)多孔的塊體石材常用作墻體材料，粒狀石料可用作輕混凝土的骨料；

鞏固耐久、色澤美觀的石材可用作建筑物的飾面或保護(hù)材料。由于天然石材具有抗壓強(qiáng)度高，耐久性和耐磨性良好，資源分布廣，便于就地取材等優(yōu)點(diǎn)而至今仍被廣泛應(yīng)用。但巖石的性質(zhì)較脆，抗拉強(qiáng)度較低，表觀密度大，硬度高，因此開采和加工比擬困難。2.1建筑中常用的天然巖石巖石是由各種不同地質(zhì)作用所形成的天然固態(tài)礦物組成的集合體。礦物是在地殼中受各種不同地質(zhì)作用，所形成的具有一定化學(xué)組成和物理性質(zhì)的單質(zhì)〔如石英、方解石等〕或化合物〔如云母、角閃石等〕。而組成巖石的礦物稱為造巖礦物。目前，已發(fā)現(xiàn)的礦物有3300多種，絕大多數(shù)是固態(tài)無機(jī)物。主要的造巖礦物有30多種。由單一礦物組成的巖石叫單礦巖；由兩種或更多種礦物組成的巖石叫多礦巖。例如：石灰?guī)r是主要由方解石礦物組成的單礦巖；花崗巖是由長石、石英、云母等幾種礦物組成的多礦巖。

根據(jù)巖石的成因，按地質(zhì)分類法，天然巖石可以分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類。一、巖漿巖〔1〕巖漿巖的形成和種類

巖漿巖又稱火成巖，是地殼內(nèi)的熔融巖漿在地下或噴出地面后冷凝而成的巖石。根據(jù)不同的形成條件，巖漿巖可分為以下三種：

深成巖－－是地殼深處的巖漿，在受上部覆蓋層壓力的作用下，經(jīng)緩慢冷凝而形成的巖石。建筑上常用的深成巖有花崗巖、正長巖、橄欖巖、閃長巖和輝長巖等。

噴出巖－－是巖漿沖破覆蓋層噴出地表時(shí)，在壓力降低和冷卻較快的條件下而形成的巖石。建筑上常用的噴出巖有玄武巖、安山巖等。

火山碎屑巖－－是火山爆發(fā)時(shí)，巖漿被噴到空中而急速冷卻后形成的巖石。

〔2〕建筑中常用的巖漿巖

花崗巖－－是巖漿巖中分布較廣的一種巖石，主要由長石、石英和少量云母〔或角閃石等〕組成，具有致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。在建筑中花崗巖常用于根底、閘壩、橋墩、臺(tái)階、路面、墻石和勒腳及紀(jì)念性建筑物等。但在高溫作用下，由于花崗巖內(nèi)的石英膨脹而引起破壞，因此其耐火性不好。

玄武巖－－是噴出巖中最普通的一種，顏色一般為黑色或棕黑色，常呈玻璃質(zhì)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)也呈多孔狀或斑狀構(gòu)造。常用作高強(qiáng)混凝土的骨料，也用其鋪筑道路路面等。

輝綠巖－－具有深灰、墨綠等色，致密塊狀構(gòu)造，有時(shí)有氣孔或杏仁狀構(gòu)造?？捎米鹘ㄖ牧?，鋪砌道路，它具有較高的耐酸性，可作耐酸混凝土骨料。

火山灰－－顆粒粒徑小于2mm，具有火山灰活性，磨細(xì)后在常溫和有水的情況下，可與石灰反響生成具有水硬性膠凝能力的水化物。因此，可作水泥的混合材料及混凝土的摻合料。

浮石－－是粒徑大于5mm并具有多孔構(gòu)造〔海綿狀或泡沫狀火山玻璃〕的火山碎屑巖，其表觀密度小，可作輕質(zhì)混凝土的骨料。

凝灰?guī)r－－是凝聚并膠結(jié)成大塊的火山碎屑巖，具有多孔構(gòu)造，表觀密度小，抗壓強(qiáng)度為5～20MPa，可作砌墻材料和輕混凝土的骨料。二、沉積巖〔1〕沉積巖的形成和種類

沉積巖又稱水成巖，是由沉積物固結(jié)而形成的巖石。根據(jù)沉積巖的生成條件，可分為以下三種：

機(jī)械沉積巖－－由自然風(fēng)化而逐漸破碎松散的巖石及砂等，經(jīng)風(fēng)、雨、冰川、沉積等機(jī)械力的作用而重新壓實(shí)或膠結(jié)而成的巖石，如砂巖、頁巖等。

化學(xué)沉積巖－－由溶解于水中的礦物質(zhì)經(jīng)聚積、反響、重結(jié)晶等并沉積而形成的巖石。如石膏、白云巖等。

有機(jī)沉積巖－－由各種有機(jī)體的殘骸沉積而成的巖石。如生物碎屑灰?guī)r、硅藻土等?！?〕建筑中常用的沉積巖

石灰?guī)r－－俗稱灰石或青石，主要化學(xué)成分為CaCO3。主要礦物成分為方解石。石灰?guī)r來源廣，硬度低，易劈裂，便于開采，具有一定的強(qiáng)度和耐久性，因而廣泛用于建筑工程中。其塊石可作根底、墻身、階石及路面等，其碎石是常用的混凝土骨料。此外，它也是生產(chǎn)水泥和石灰的主要原料。

砂巖－－主要是由石英砂或石灰?guī)r等的細(xì)小碎屑經(jīng)沉積并重新膠結(jié)而成的巖石。它的性質(zhì)決定于膠結(jié)物的種類及膠結(jié)的致密程度。致密的硅質(zhì)砂巖性能接近于花崗巖，密度大、強(qiáng)度高、硬度大、加工較困難，可用于紀(jì)念性建筑及耐酸工程等；鈣質(zhì)砂巖的性質(zhì)類似于石灰?guī)r，較易加工，應(yīng)用較廣，可作根底、踏步、人行道等，但不耐酸的侵蝕；鐵質(zhì)砂巖的性能比鈣質(zhì)砂巖差，其中密實(shí)者可用于一般建筑工程；粘土質(zhì)砂巖侵水易軟化，建筑中一般不用。三、變質(zhì)巖〔1〕變質(zhì)巖的形成及種類

變質(zhì)巖是由原有巖石經(jīng)變質(zhì)后形成的巖石。即地殼中原有的各類巖石，在地層的壓力或溫度作用下，在固體狀態(tài)下發(fā)生再結(jié)晶作用，而使其礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以至化學(xué)成分發(fā)生局部或全部改變而形成的新巖石，如大理巖、石英巖等?！?〕建筑中常用的變質(zhì)巖

大理巖－－又稱大理石，是一種碳酸鹽礦物大于50％的變質(zhì)巖。大理石構(gòu)造致密，密度大，但硬度不大，易于分割。鋸切、雕刻性能好，磨光后非常美觀，可用于高級(jí)建筑物的裝飾和飾面工程。

石英巖－－是由硅質(zhì)砂巖變質(zhì)而成，晶體結(jié)構(gòu)。巖體均勻致密，抗壓強(qiáng)度高，耐久性好。但硬度大，加工困難。常用作重要建筑物的貼面石，耐磨耐酸的貼面材料，其碎塊可用于道路或作混凝土的骨料。

片麻巖－－是由花崗巖變質(zhì)而成，其礦物成分與花崗巖相似，呈片狀構(gòu)造，因而各個(gè)方向的物理力學(xué)性質(zhì)不同。常用作碎石、塊石及人行道石板等。2.2天然石材的技術(shù)性質(zhì)、加工類型及選用原那么一、技術(shù)性質(zhì)

天然石材的技術(shù)性質(zhì)，可分為物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和工藝性質(zhì)?！惨弧澄锢硇再|(zhì)〔1〕表觀密度

天然石材根據(jù)表觀密度大小可分為：

輕質(zhì)石材表觀密度≤1800kg/m3；

重質(zhì)石材表觀密度＞1800kg/m3。

表觀密度的大小常間接反映石材的致密程度與孔隙多少。在通常情況下，同種石材的表觀密度愈大，那么抗壓強(qiáng)度愈高，吸水率愈小，耐久性好，導(dǎo)熱性好?！?〕吸水性吸水率低于1.5％的巖石稱為低吸水性巖石，介于1.5％～3.0％的稱為中吸水性巖石，吸水率高于3.0％的稱高吸水性巖石。巖漿深成巖以及許多變質(zhì)巖，它們的孔隙率都很小，故而吸水率也很小，例如花崗巖的吸水率通常小于0.5％。沉積巖由于形成條件、密實(shí)程度與膠結(jié)情況有所不同，因而孔隙率與孔隙特征的變動(dòng)很大，這導(dǎo)致石材吸水率的波動(dòng)也很大，例如致密的石灰?guī)r，它的吸水率可小于1％，而多孔的貝殼石灰?guī)r吸水率可高達(dá)15％。石材的吸水性對(duì)其強(qiáng)度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會(huì)降低顆粒之間的粘結(jié)力，從而使強(qiáng)度降低。有些巖石還容易被水溶蝕，因此，吸水性強(qiáng)與易溶的巖石，其耐水性較差。〔3〕耐水性石材的耐水性以軟化系數(shù)表示。巖石中含有較多的粘土或易溶物質(zhì)時(shí)，軟化系數(shù)那么較小，其耐水性較差。根據(jù)軟化系數(shù)大小，可將石材分為高、中、低三個(gè)等級(jí)。軟化系數(shù)＞0.90為高耐水性，軟化系數(shù)在0.75～0.90之間的為中耐水性，軟化系數(shù)在0.60～0.75之間為低耐水性，軟化系數(shù)＜0.60者，那么不允許用于重要建筑物中。〔4〕抗凍性石材的抗凍性，是指其抵抗凍融破壞的能力。其值是根據(jù)石材在水飽和狀態(tài)下按標(biāo)準(zhǔn)要求所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)表示。能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)越多，那么抗凍性越好。石材抗凍性與吸水性有密切的關(guān)系，吸水率大的石材其抗凍性也差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，吸水率＜0.5％的石材，那么認(rèn)為是抗凍的?！?〕耐熱性石材的耐熱性與其化學(xué)成分及礦物組成有關(guān)。石材經(jīng)高溫后，由于熱脹冷縮、體積變化而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或因組成礦物發(fā)生分解和變異等導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。如含有石膏的石材，在100℃以上時(shí)就開始破壞；含有碳酸鎂的石材，溫度高于725℃會(huì)發(fā)生破壞；含有碳酸鈣的石材，溫度達(dá)827℃時(shí)開始破壞。由石英與其它礦物所組成的結(jié)晶石材，如花崗巖等，當(dāng)溫度到達(dá)700℃以上時(shí)，由于石英受熱發(fā)生膨脹，強(qiáng)度迅速下降?！捕沉W(xué)性質(zhì)

天然石材的力學(xué)性質(zhì)主要包括：抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。〔1〕抗壓強(qiáng)度石材的抗壓強(qiáng)度，是以三個(gè)邊長為70mm的立方體試塊的抗壓破壞強(qiáng)度的平均值表示。根據(jù)抗壓強(qiáng)度值的大小，石材共分九個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、和MU10?？箟涸嚰部刹捎帽?.1所列各種邊長尺寸的立方體，但應(yīng)對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果乘以相應(yīng)的換算系數(shù)。

表2.2.1立方體邊〔mm〕2001501007050換算系數(shù)1.431.281.1410.86〔2〕沖擊韌性石材的沖擊韌性決定于巖石的礦物組成與構(gòu)造。石英巖、硅質(zhì)砂巖脆性較大。含暗色礦物較多的輝長巖、輝綠巖等具有較高的韌性。通常，晶體結(jié)構(gòu)的巖石較非晶體結(jié)構(gòu)的巖石具有較高的韌性。〔3〕硬度它取決于石材的礦物組成的硬度與構(gòu)造。凡由致密、堅(jiān)硬礦物組成的石材，其硬度就高。巖石的硬度以莫氏硬度表示。〔4〕耐磨性耐磨性是指石材在使用條件下抵抗摩擦、邊緣剪切以及沖擊等復(fù)雜作用的能力。石材的耐磨性包括耐磨損與耐磨耗兩方面。但凡用于可能遭受磨損作用的場(chǎng)所，例如臺(tái)階、人行道、地面、樓梯踏步等和可能遭受磨耗作用的場(chǎng)所，例如道路路面的碎石等，應(yīng)采用具有高耐磨性的石材?！踩彻に囆再|(zhì)

石材的工藝性質(zhì)，主要指其開采和加工過程的難易程度及可能性，包括加工性、磨光性與抗鉆性等。〔1〕加工性石材的加工性，主要是指對(duì)巖石開采、鋸解、切割、鑿琢、磨光和拋光等加工工藝的難易程度。凡強(qiáng)度、硬度、韌性較高的石材，不易加工；質(zhì)脆而粗糙，有顆粒交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，含有層狀或片狀構(gòu)造，以及業(yè)已風(fēng)化的巖石，都難以滿足加工要求。〔2〕磨光性指石材能否磨成平整光滑外表的性質(zhì)。致密、均勻、細(xì)粒的巖石，一般都有良好的磨光性，可以磨成光滑亮潔的外表。疏松多孔、有鱗片狀構(gòu)造的巖石，磨光性不好。〔3〕抗鉆性指石材鉆孔時(shí)，其難易程度的性質(zhì)。影響抗鉆性的因素很復(fù)雜，一般石材的強(qiáng)度越高、硬度越大，越不易鉆孔。由于用途和使用條件的不同，對(duì)石材的性質(zhì)及其所要求的指標(biāo)均有所不同。工程中用于根底、橋梁、隧道以及石砌工程的石材，一般規(guī)定其抗壓強(qiáng)度、抗凍性與耐水性必須到達(dá)一定指標(biāo)。建筑工程中常用天然石材的技術(shù)性能可參見表2.2表2.2.2名

稱主

要

質(zhì)

量

指

標(biāo)主要用途項(xiàng)

目指

標(biāo)花崗巖

表觀密度〔kg/m3〕2500～2700

根底、橋墩、堤壩、拱石、階石、路面、海港結(jié)構(gòu)、基座、勒腳、窗臺(tái)、裝飾石材等

強(qiáng)度〔MPa〕抗壓120～250抗折8.5～15.0抗剪13～19

吸水率〔％〕＜1

膨脹系數(shù)〔10-6/℃〕5.6～7.34

平均韌性〔cm〕8

平均質(zhì)量磨耗率〔％〕11

耐用年限〔年〕75～200石灰?guī)r

表觀密度〔kg/m3〕1000～2600

墻身、橋墩、根底、階石、路面、石灰及粉刷材料的原料等

強(qiáng)度〔MPa〕抗壓22.0～140.0抗折1.8～20抗剪7.0～14.0

吸水率〔％〕2～6

膨脹系數(shù)〔10-6/℃〕6.75～6.77

平均韌性〔cm〕7

平均質(zhì)量磨耗率〔％〕8

耐用年限〔年〕20～40砂

巖

表觀密度〔kg/m3〕2200～2500

根底、墻身、襯面、階石、人行道、紀(jì)念碑及其它裝飾石材等

強(qiáng)度〔MPa〕抗壓47～140抗折3.5～14抗剪8.5～18

吸水率〔％〕＜10

膨脹系數(shù)〔10-6/℃〕9.02～11.2

平均韌性〔cm〕10

平均質(zhì)量磨耗率〔％〕12

耐用年限〔年〕20～200大理巖

表觀密度〔kg/m3〕2500～2700

裝飾材料、踏步、地面、墻面、柱面、柜臺(tái)、欄桿、電氣絕緣板等

強(qiáng)度〔MPa〕抗壓47～140抗折2.5～16抗剪8～12

吸水率〔％〕＜1

膨脹系數(shù)〔10-6/℃〕6.5～11.2

平均韌性〔cm〕10

平均質(zhì)量磨耗率〔％〕12

耐用年限〔年〕30～100二、加工類型

建筑上使用的天然石材常加工為散粒狀、塊狀，形狀規(guī)那么的石塊、石板，形狀特殊的石制品等。

毛石――是在采石場(chǎng)爆破后直接得到的形狀不規(guī)那么的石塊。按其外表的平整程度分為亂毛石和平毛石兩類。建筑用毛石，一般要求石塊中部厚度不小于150mm，長度為300～400mm，質(zhì)量約為20～30kg，其強(qiáng)度不宜小于10MPa，軟化系數(shù)不應(yīng)小于0.75。常用于砌筑根底、勒腳、墻身、堤壩、擋土墻等，也可配制片石混凝土等。

料石――是用毛料加工成較為規(guī)那么的，具有一定規(guī)格的六面體石材。按料石外表加工的平整程度可分為以下四種：毛料石、粗料石、半細(xì)料石和細(xì)料石。料石常用致密的砂巖、石灰?guī)r、花崗巖等開采鑿制，至少應(yīng)有一個(gè)面的邊角整齊，以便相互合縫。料石常用于砌筑墻身、地坪、踏步、拱和紀(jì)念碑等；形狀復(fù)雜的料石制品可用于柱頭、柱基、窗臺(tái)板、欄桿和其它裝飾品等。

大理石板材――是用大理石荒料經(jīng)鋸切、研磨、拋光等加工后的石板。大理石板材主要用于建筑物室內(nèi)飾面。當(dāng)用于室外時(shí)，因大理石抗風(fēng)化能力差，易受空氣中二氧化硫的腐蝕，而使外表層失去光澤，變色并逐漸破損。通常，只有漢白玉、艾葉青等少數(shù)幾種致密、質(zhì)純的品種可用于室外。

花崗石板材――是由火成巖中的花崗巖、閃長巖、輝長巖、輝綠巖等荒料加工而成的石板。該類板材的品種、質(zhì)地、花色繁多。由于花崗石板材質(zhì)感豐富，具有華美高貴的裝飾效果，且質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久性好，所以是室內(nèi)外高級(jí)飾面材料?？捎糜诟黝惛呒?jí)建筑物的墻、柱、地、樓梯、臺(tái)階等的外表裝飾及效勞臺(tái)、展示臺(tái)及家具等。三、選用原那么

在建筑設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)根據(jù)適用性和經(jīng)濟(jì)性等的原那么選用石材?！?〕適用性主要考慮石材的技術(shù)性能是否能滿足使用要求?？筛鶕?jù)石材在建筑物中的用途和部位及所處環(huán)境，選定其主要技術(shù)性質(zhì)能滿足要求的巖石?！?〕經(jīng)濟(jì)性天然石材的密度大，運(yùn)輸不便、運(yùn)費(fèi)高，應(yīng)綜合考慮地方資源，盡可能做到就地取材。難于開采和加工的石料，將使材料本錢提高，選材時(shí)應(yīng)加注意?！?〕平安性由于天然石材是構(gòu)成地殼的根本物質(zhì)，因此可能存在含有放射性的物質(zhì)。石材中的放射性物質(zhì)主要是指鐳、釷等放射性元素，在衰變中會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)。2.3人造石材人造石材是以大理石、花崗石碎料，石英砂、石渣等為骨料，樹脂或水泥等為膠結(jié)料，經(jīng)拌和、成型、聚合或養(yǎng)護(hù)后，研磨拋光、切割而成。常用的人造石材有人造花崗石、大理石和水磨石三種。它們具有天然石材的花紋、質(zhì)感和裝飾效果，而且花色、品種、形狀等多樣化，并具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐污染、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的人造石材有下述四類。1、水泥型人造石材以白色、彩色水泥或硅酸鹽、鋁酸鹽水泥為膠結(jié)料，砂為細(xì)骨料，碎大理石、花崗石或工業(yè)廢渣等為粗骨料，必要時(shí)再參加適量的耐堿顏料，經(jīng)配料、攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)硬化后，再進(jìn)行磨平拋光而制成。例如，各種水磨石制品。該類產(chǎn)品的規(guī)格、色澤、性能等均可根據(jù)使用要求制作。2、聚酯型人造石材以不飽和聚酯為膠結(jié)料，參加石英砂、大理石渣、方解石粉等無機(jī)填料和顏料，經(jīng)配制、混合攪拌、澆注成型、固化、烘干、拋光等工序而制成。目前，國內(nèi)外人造大理石、花崗石以聚酯型為多，該類產(chǎn)品光澤好、顏色淺，可調(diào)配成各種鮮明的花色圖案。由于不飽和聚酯的粘度低，易于成型，且在常溫下固化較快，便于制作形狀復(fù)雜的制品。與天然大理石相比，聚酯型人造石材具有強(qiáng)度高、密度小、厚度薄、耐酸堿腐蝕及美觀等優(yōu)點(diǎn)。但其耐老化性能不及天然花崗石，故多用于室內(nèi)裝飾。3、復(fù)合型人造石材該類人造石材，是由無機(jī)膠結(jié)料和有機(jī)膠結(jié)料共同組合而成。例如，可在廉價(jià)的水泥型板材上復(fù)合聚酯型薄層，組成復(fù)合型板材，以獲得最正確的裝飾效果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；也可將水泥型人造石材侵漬于具有聚合性能的有機(jī)單體中并加以聚合，以提高制品的性能和檔次。有機(jī)單體可用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、丙稀氰、二氯乙烯、丁二烯等。4、燒結(jié)型人造石材

這種石材是把斜長石、石英、輝石石粉和赤鐵礦以及高嶺土等混合成礦粉，再配以40％左右的粘土混合制成泥漿，經(jīng)制坯、成型和藝術(shù)加工后，再經(jīng)1000℃左右的高溫焙燒而成。如仿花崗石瓷磚，仿大理石陶瓷藝術(shù)板等。2.4本章小結(jié)在土建工程中，石材用途較廣，且可就地取材，也是用量較大的一種建筑材料。但石材開采對(duì)環(huán)境保護(hù)不利，近年來對(duì)天然石材抽查檢測(cè)說明，天然石材中〔如花崗石等〕有的含放射性物質(zhì)超標(biāo)，對(duì)人身健康有害，必須引起重視。因此，用于室內(nèi)外的飾面石材應(yīng)經(jīng)檢測(cè)，使用上應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求。為減輕建筑物的自重和保護(hù)環(huán)境，在居室裝修中要多用人造石材，以取代天然石材。

通過本章學(xué)習(xí)，了解巖石的形成條件對(duì)石材的結(jié)構(gòu)及其性能的影響。重點(diǎn)掌握石材的技術(shù)性能，以及如何合理的應(yīng)用于工程中。2.5復(fù)習(xí)思考題1、什么是礦物、巖石、石材？

2、巖石按成因可分為哪幾類？并舉例說明。

3、巖石孔隙率的大小，對(duì)哪些性質(zhì)有影響？為什么？

4、如何確定石材的強(qiáng)度等級(jí)？

5、選擇天然石材應(yīng)考慮哪些原那么？為什么？

6、人造石材有哪些類型？它們之間有何區(qū)別？第三章氣硬性膠凝材料內(nèi)容提要本章講述了建筑工程中常用的氣硬性膠凝材料——石膏、石灰、鎂質(zhì)膠凝材料和水玻璃。要求掌握這四種膠凝材料的制備方法、硬化機(jī)理、化學(xué)及物理性質(zhì)和各自的使用條件，以及它們?cè)谂渲?、?chǔ)運(yùn)和使用中應(yīng)注意的問題。凡在一定條件下，經(jīng)過自身的一系列物理、化學(xué)作用后，能將散?；驂K狀材料粘結(jié)成為具有一定強(qiáng)度的整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。

膠凝材料根據(jù)化學(xué)成分分為無機(jī)膠凝材料和有機(jī)膠凝材料兩大類。

氣硬性膠凝材料只能在空氣中凝結(jié)硬化，保持并開展其強(qiáng)度。在水中不能硬化，也就不具有強(qiáng)度。其已硬化并具有強(qiáng)度的制品在水的長期作用下，強(qiáng)度會(huì)顯著下降以至破壞。

水硬性膠凝材料既能在空氣中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并繼續(xù)開展其強(qiáng)度。3.1石膏建筑中使用最多的石膏膠凝材料建筑石膏高強(qiáng)石膏硬石膏水泥石膏制品優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕，易加工，耐火，隔音，絕熱，可作吊頂和非承重內(nèi)墻。一、建筑石膏的原料

CaSO4.2H2O(生石膏)一等

含量>95%，二等94～85%，三等84～75%，四等74～65%，五等64～55%。二、建筑石膏的特性1.凝結(jié)硬化快

初凝時(shí)間：不小于6min

終凝時(shí)間：不大于30min

1星期左右完全硬化

實(shí)際應(yīng)用中加適量緩凝劑2.硬化后孔隙率大〔達(dá)50%～60%〕，水化的理論需水量為18.6%，實(shí)際用水量為60%～80%，多余水分蒸發(fā)形成孔隙。故其強(qiáng)度較低。

硬化后強(qiáng)度3～5MPa——隔墻、飾面

存放三個(gè)月強(qiáng)度下降30%。3.建筑石膏硬化隔熱性和吸音性能良好，但耐水性較差。4.防火性能良好，著火溫度下，石膏脫水，水分蒸發(fā)，火與板之間形成蒸汽帶，阻止火蔓延。5.建筑石膏硬化時(shí)體積略有膨脹,能充滿模型。6.裝飾性好?？勺鞯蹴敽吞旎ò濉?.硬化體的可加工性能好?？芍谱髂Ｐ偷窨?。三、建筑石膏的應(yīng)用

1.用于室內(nèi)抹灰、粉刷，做為裝飾材料，并可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度圖3.1.1建筑石膏作為裝飾材料圖32.石膏制品：紙面石膏板：〔內(nèi)墻、隔墻、天花板〕石膏空心條板、纖維石膏板、裝飾石膏制品等3.2石灰一、石灰的生產(chǎn)、化學(xué)成分與品種1.生產(chǎn)：

石灰是以碳酸鈣為主要成分的石灰石、白云質(zhì)石灰?guī)r、白堊等為原料，在一定燒結(jié)溫度下，煅燒所得的產(chǎn)物。其主要成分為氧化鈣〔CaO)

CaCO3——CaO+CO2

MgCO3——MgO+CO2過火石灰：灰黑色，外表出現(xiàn)裂紋，有玻璃體的外殼。含SiO2、Al2O3雜質(zhì)，塊體容重大，熟化慢。

欠火石灰：未分解的石灰石，廢品，利用率很低，不能消化，降低石灰漿的產(chǎn)量

正火石灰：煅燒正常，質(zhì)量輕，無裂縫，密度3.1-3.4g/cm3，表觀密度800-1000kg/m3。當(dāng)MgO含量≤5%時(shí)稱為鈣質(zhì)石灰。當(dāng)MgO含量＞5%時(shí)稱為鎂質(zhì)石灰。

根據(jù)成品的加工方法的不同，有四種成品：〔1〕塊狀生石灰：由石灰石煅燒成的白色疏松結(jié)構(gòu)的塊狀物,主要成分為CaO；〔2〕磨細(xì)生石灰：由塊狀生石灰磨細(xì)而成。消化時(shí)間短，直接加水即可。但本錢較高，不易儲(chǔ)存?！?〕消石灰粉：將生石灰用適量的水經(jīng)消化和枯燥而成的粉末，主要成分為Ca〔OH〕2，亦稱為熟石灰?！?〕石灰膏：將消石灰和水組成的具一定稠度的膏狀物。主要成分為Ca〔OH〕2和水?！?〕將消石灰用大量水消化而成的一種乳狀液體，主要成分為Ca〔OH〕2和水。二、生石灰的水化

又稱熟化或消化。是指生石灰與水發(fā)生水化反響，生成Ca〔OH〕2的過程。其反響如下：

CaO＋H2O=Ca〔OH〕2

生石灰熟化時(shí)放出大量熱，體積增大1～2.5倍。陳伏：當(dāng)石灰中含有過火生石灰時(shí)，它將在石灰漿體硬化以后才發(fā)生水化作用，于是會(huì)因產(chǎn)生膨脹而引起崩裂或隆起現(xiàn)象。為消除此現(xiàn)象，應(yīng)將熟化的石灰漿在消化池中儲(chǔ)存2～3周，即所謂陳伏。陳伏期間，石灰膏外表有一層水，以隔絕空氣，防止與CO2作用產(chǎn)生碳化。三、石灰的硬化

石灰漿體的硬化包含了枯燥、結(jié)晶和碳化三個(gè)交錯(cuò)進(jìn)行的過程。1.枯燥作用

枯燥時(shí)，石灰漿體中多余水分蒸發(fā)或被砌體吸收而使石灰粒子緊密接觸，獲得一定強(qiáng)度。2.結(jié)晶作用

游離水分蒸發(fā)，Ca〔OH〕2逐漸從飽和溶液中結(jié)晶析出，形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，使強(qiáng)度繼續(xù)增加。3.碳化作用

Ca〔OH〕2與空氣中的和化合成晶體。反響式如下：Ca〔OH〕2＋CO2＋nH2O→CaCO3＋〔n＋1〕H2OCaCO3晶體相互交叉連生或與氫氧化鈣共生，構(gòu)成較精密的結(jié)晶網(wǎng)，使硬化漿體強(qiáng)度進(jìn)一步提高。由于空氣中CO2含量很低，故自然狀態(tài)下碳化速度較慢。四、石灰的技術(shù)性質(zhì)1.可塑性好和保水性好；2.硬化緩慢；3.硬化后強(qiáng)度低，一般只有0.2～0.5MPa；4.硬化時(shí)體積收縮大，易引起體積收縮而產(chǎn)生開裂；5.耐水性差，不宜在潮濕的環(huán)境中使用。五、石灰的應(yīng)用1.廣泛應(yīng)用于建筑室內(nèi)粉刷——石灰乳；2.大量用于拌制建筑砂漿，如石灰砂漿〔石灰膏+砂+水〕和混合砂漿〔石灰砂漿+水泥〕，用于抹灰工程和砌筑工程。

圖石灰膏3.配制三合土和灰土

三合土：生石灰粉〔或消石灰粉〕、粘土和砂子比例：1：2：3

加水——拌合、夯實(shí)作根底墊層灰土：生石灰粉、粘土比例：1：2～1：4

加水——拌合、夯實(shí)用于：建筑物的根底、路面或地面的墊層4.加固軟土地基如：石灰樁——生石灰塊灌入軟土〔高含水量、高孔隙比土〕中，形成石灰樁。3.3水玻璃3.4本章小結(jié)本章所討論的四種材料，除水玻璃外，其特點(diǎn)是大都不能在水中或長期潮濕的環(huán)境中使用。因?yàn)榻ㄖ嗟乃a(chǎn)物二水石膏、石灰的水化產(chǎn)物氫氧化鈣、鎂質(zhì)膠凝材料的水化產(chǎn)物氯氧鎂水化物均溶解于水。由它們組成的結(jié)構(gòu)長期在水作用下會(huì)溶解、潰散而破壞。因此，這些材料的軟化系數(shù)小，抗凍性差。要掌握這些膠凝材料的特性，在使用時(shí)應(yīng)注意環(huán)境條件的影響，它們宜用在室內(nèi)不與水長期接觸的工程部位。而且，在儲(chǔ)運(yùn)過程中應(yīng)注意防潮，儲(chǔ)存期也不宜過長。3.5復(fù)習(xí)思考題1、氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料有何區(qū)別？

2、建筑石膏是如何生產(chǎn)的？其主要化學(xué)成分是什么？

3、石膏制品有哪些特點(diǎn)？建筑石膏可用于哪些方面？

4、簡述石灰的消化和硬化過程及特點(diǎn)。

5、什么是欠燒石灰和過燒石灰？各有何特點(diǎn)？

6、何謂陳付，石灰在使用前為什么要進(jìn)行陳付？

7、菱苦土可用水拌和使用嗎？在工程中有何用途？

8、水玻璃的性質(zhì)是怎樣的？有何用途？第四章水泥內(nèi)容提要本章通過對(duì)硅酸鹽水泥較詳細(xì)的闡述，以了解水泥熟料的礦物組成及水泥漿凝結(jié)硬化過程對(duì)水泥硬化體的結(jié)構(gòu)、性能的影響。掌握常用水泥的技術(shù)性質(zhì)、質(zhì)量要求及如何合理選用水泥。簡要了解一些專用及特性水泥的組成和性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。水泥是一種粉末狀無機(jī)膠凝材料，加水拌和成塑性漿體后經(jīng)物理化學(xué)作用可變成堅(jiān)硬的石狀體，并能將砂、石等材料膠結(jié)成為整體。水泥屬于水硬性膠凝材料。

水泥的品種很多，可從不同的角度進(jìn)行分類：1.按化學(xué)成分分類：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥等；2.按用途分類：通用水泥、專用水泥、特種水泥

通用水泥：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥等

專用水泥：中、低熱水泥、道路水泥、砌筑水泥等

特種水泥：快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥等。我國水泥產(chǎn)量的90％左右屬于硅酸鹽系列水泥。4.1硅酸鹽水泥一、硅酸鹽水泥的定義、類型及代號(hào)1.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[國外通稱的波特蘭水泥〔Portland

cement〕]。2.類型及代號(hào)

Ⅰ型硅酸鹽水泥：不摻混合材料的硅酸鹽水泥，代號(hào)P·Ⅰ。

Ⅱ型硅酸鹽水泥：粉磨時(shí)摻加不超過水泥重量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料，代號(hào)P·Ⅱ。硅酸鹽水泥分42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)1.原料

〔1〕石灰質(zhì)原料：主要提供CaO。采用石灰?guī)r、凝灰?guī)r和貝殼等。

〔2〕粘土質(zhì)原料：主要SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用粘土、黃土、頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等。

〔3〕輔助原料：鐵礦粉等2.生產(chǎn)過程目前，常把硅酸鹽水泥的生產(chǎn)技術(shù)簡稱為兩磨一燒，其生產(chǎn)工藝如下圖4.1.1。圖4.1.13.生料

CaO：62%～67%

SiO2:

20%～24%

Al2O3:4%～7%

Fe2O3：2.5%～6.0%

生料在窯內(nèi)經(jīng)歷過程：枯燥——預(yù)熱——分解——燒成——冷卻三、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成1.主要成分：主要由四種礦物化學(xué)組成,分別為：硅酸三鈣3CaO·SiO2〔簡寫為C3S〕，含量為36％～60％；硅酸二鈣3CaO·SiO2〔簡寫為C2S〕，含量為15％～37％；鋁酸三鈣3CaO·Al2O3〔簡寫為C3A鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3〔簡寫為C4AF〕，含量為10％～18％。上述四種礦物中硅酸鈣礦物〔包含C3S和C2S〕是主要的，其含量約占70％～85％。各種礦物單獨(dú)與水作用時(shí)所表現(xiàn)出的特性如表4.1.1表4.1.1性能指標(biāo)熟料礦物C3SC2SC3C4AF水化速率快慢最快快，僅次于C3凝結(jié)硬化速率快慢快快放熱量多少最多中強(qiáng)度早期高低低低后期高高低低水泥熟料是由各種不同特性的礦物所組成的混合物。因此，改變熟料礦物成分之間的比例，水泥的性質(zhì)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。2.其它成分游離CaO、MgO及SO3，其含量過高將造成水泥安定性不良；堿礦物及玻璃體等，其中的Na2O和K2O含量較高時(shí)，遇到活性骨料時(shí)，易產(chǎn)生堿—骨料反響，影響混凝土的質(zhì)量。3.石膏水泥中摻入石膏，主要作用是調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)硬化的速度。如不摻入少量石膏，水泥漿可在很短時(shí)間內(nèi)迅速凝結(jié)。摻入少量石膏后，石膏與凝結(jié)最快的鋁酸三鈣反響生成硫鋁酸鈣沉淀包圍水泥，延緩水泥的凝結(jié)時(shí)間。一般摻量為2～5%，過多的石膏會(huì)引起強(qiáng)度下降或產(chǎn)生瞬凝，安定性不良。四、硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化〔一〕硅酸鹽水泥的水化

水泥和水拌合——外表的熟料礦物立刻與水發(fā)生化學(xué)反響——各組分開始逐漸溶解——放出一定熱量——固相體積也逐漸增加。其反響式如下：2(3CaO·SiO2)+6H2O

→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

硅酸三鈣

水化硅酸鈣

氫氧化鈣2(2CaO·SiO2)+4H2O

→

3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

硅酸二鈣

水化硅酸鈣

氫氧化鈣

3CaO·Al2O3+6H2O

→3CaO·Al2O3·6H2O

鋁酸三鈣

水化鋁酸三鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→

3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

鐵鋁酸四鈣

水化鐵酸一鈣3CaO·Al2O3·6H2O+CaSO4

→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

或3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O

水化鋁酸鈣

石膏

水化硫鋁酸鈣或單硫型水化硫鋁酸鈣

由上可知，所得主要水化產(chǎn)物〔在完全水化的水泥石中〕為：

1、水化硅酸鈣凝膠

70%〔是水泥石形成強(qiáng)度的最主要化合物〕

2、氫氧化鈣晶體

20%

3、水化鋁酸鈣

3%

4、水化硫鋁酸鈣晶體〔也稱鈣礬石〕7%

水化反響為放熱反響，其放出的熱量稱為水化熱。其水化熱大，放熱的周期也較長，但大局部〔50%以上〕熱量是在3天以內(nèi),特別是在水泥漿發(fā)生凝結(jié)、硬化的初期放出?！捕彻杷猁}水泥的凝結(jié)硬化

水泥的凝結(jié)硬化過程是很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。下面僅作簡單介紹?！?〕水泥加水拌和后，未水化的水泥顆粒分散在水中，成為水泥漿體?！?〕水泥外表開始與水發(fā)生化學(xué)反響，逐漸形成水化物膜層。〔3〕隨著水泥顆粒不斷水化，凝膠體膜層不斷增厚而破裂，并繼續(xù)擴(kuò)展，在水泥顆粒之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿體不斷逐漸變稠，粘度不斷增高，失去塑性，這就是水泥的凝結(jié)過程?！?〕隨著水化的不斷進(jìn)行，水化產(chǎn)物不斷生成并填充顆粒之間空隙，毛細(xì)孔越來越少，使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，水泥漿體逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度而進(jìn)入硬化階段?！踩乘嗍慕Y(jié)構(gòu)水泥石的組成：凝膠體〔C—S—H〕、未水化的水泥顆粒內(nèi)核、毛細(xì)孔和凝膠孔、晶體粒子Ca〔OH〕2圖4.1.2A－未水化水泥顆粒；B－膠體粒子〔C－S－H等〕；

C－晶體粒子〔Ca〔OH〕2等〕；D－毛細(xì)孔〔毛細(xì)孔水〕；

E－凝膠孔水泥石的工程性質(zhì)(強(qiáng)度和耐久性)決定于水泥石的結(jié)構(gòu)組成，即決定于水化物的類型、水化物的相對(duì)含量以及孔的大小、形狀和分布。水化物的類型取決于水泥品種，水化物的相對(duì)含量取決于水化程度，孔的大小決定了水灰比大小。1.水灰比相同時(shí)，水化程度愈高，那么水泥石結(jié)構(gòu)中水化物愈多，而毛細(xì)孔和未水化水泥的量相對(duì)減少。水泥石結(jié)構(gòu)密實(shí)、強(qiáng)度高、耐久性好。2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石結(jié)構(gòu)，水灰比越大，毛細(xì)孔所占比例相對(duì)增加，因此該水泥石的強(qiáng)度和耐久性下降。

〔四〕影響硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的主要因素1.熟料礦物組成的影響

硅酸鹽水泥熟料礦物組成是影響水泥的水化速度、凝結(jié)硬化過程及強(qiáng)度等的主要因素。

硅酸三鈣〔C3S〕：Tricalciumsillicate；

硅酸二鈣〔C2S〕：Dicalciumsillicate；

鋁酸三鈣〔C3A

鋁酸四鈣〔C4AF〕：Tetriacalciumaluminoferrie四種主要熟料礦物中，C3A改變熟料中礦物組成的相對(duì)含量，即可配制成具有不同特性的硅酸鹽水泥。提高C3S的含量，可制得快硬高強(qiáng)水泥；減少C3A和C3S的含量，提高C2降低C3A的含量，適當(dāng)提高C42.水泥細(xì)度的影響水泥的細(xì)度即水泥顆粒的粗細(xì)程度。

水泥越細(xì)，凝結(jié)速度越快，早期強(qiáng)度越高。但過細(xì)時(shí)，易與空氣中的水分及二氧化碳反響而降低活性，并且硬化時(shí)收縮也較大，且本錢高。因此，水泥的細(xì)度應(yīng)適當(dāng)，硅酸鹽水泥的比外表積應(yīng)大于300m23.石膏的摻量

水泥中摻入石膏，可調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)硬化的速度。摻入少量石膏，可延緩水泥漿體的凝結(jié)硬化速度，但石膏摻量不能過多，過多的石膏不僅緩凝作用不大，還會(huì)引起水泥安定性不良。一般摻量約占水泥重量的3％～5％，具體摻量需通過試驗(yàn)確定。4.養(yǎng)護(hù)濕度和溫度的影響〔1〕濕度——應(yīng)保持潮濕狀態(tài)，保證水泥水化所需的化學(xué)用水?；炷猎跐仓髢傻饺軆?nèi)必須加強(qiáng)灑水養(yǎng)護(hù)。〔2〕溫度——提高溫度可以加速水化反響。如采用蒸汽養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)。冬季施工時(shí)，須采取保溫措施。5.養(yǎng)護(hù)齡期的影響

水泥水化硬化是一個(gè)較長時(shí)期不斷進(jìn)行的過程，隨著齡期的增長水泥石的強(qiáng)度逐漸提高。水泥在3～14d內(nèi)強(qiáng)度增長較快，28d后增長緩慢。水泥強(qiáng)度的增長可延續(xù)幾年，甚至幾十年。五、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)1.實(shí)際密度、堆積密度、細(xì)度

硅酸鹽水泥的密度主要取決于其熟料礦物組成，一般為3.05～3.20。堆積密度主要取決于堆積時(shí)的緊密程度。在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用1300kg/m32.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是指拌制水泥凈漿時(shí)為到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)稠度所需的用水量，以水與水泥質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)表示，一般在24%～30％之間。3.凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間是指水泥從加水開始到失去流動(dòng)性所需大時(shí)間，分為初凝和終凝。初凝時(shí)間為水泥從開始加水拌和起至水泥漿失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間為水泥從開始加水拌和起至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。

水泥的初凝時(shí)間不宜過早，以便在施工時(shí)有足夠的時(shí)間完成混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑等操作；水泥的終凝時(shí)間不宜過遲，以免拖延施工工期。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不得早于45min，終凝時(shí)間不得遲于6.5h。4.體積安定性

水泥的體積安定性是指水泥漿體硬化后體積變化的穩(wěn)定性。安定性不良的水泥，在漿體硬化過程中或硬化后產(chǎn)生不均勻的體積膨脹，并引起開裂。

安定性不良的原因：熟料中含有過量的游離氧化鈣、游離氧化鎂或摻入的石膏過多。體積安定性不合格的水泥不能用于工程中。5.水泥的強(qiáng)度與等級(jí)

水泥強(qiáng)度是表征水泥力學(xué)性能的重要指標(biāo)。水泥強(qiáng)度必須按《水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法〔ISO法〕》的規(guī)定制作試塊，養(yǎng)護(hù)并測(cè)定其抗壓和抗折值。該值是評(píng)定水泥等級(jí)的依據(jù)。各強(qiáng)度等級(jí)水泥的各齡期強(qiáng)度不得低于表4.1.2表4.1.2

硅酸鹽水泥的強(qiáng)度要求〔GB175－99〕品種強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度〔MPa〕抗折強(qiáng)度〔MPa〕3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0注：R－早強(qiáng)型。6.水化熱

水化熱是指水泥和水之間發(fā)生化學(xué)反響放出的熱量。大局部水化熱是在水化初期〔7d〕放出的，以后那么逐步減少。

水泥水化熱大小主要取決于水泥的礦物組成和細(xì)度。冬季施工時(shí)，水化熱有利于水泥的正常凝結(jié)硬化。但對(duì)大體積混凝土工程，如大型根底、大壩、橋墩等，水化熱大是不利的，可使混凝土產(chǎn)生裂縫。因此對(duì)大體積混凝土工程，應(yīng)采用水化熱較低的水泥，如中熱水泥、低熱礦渣水泥等。7.氧化鎂、三氧化硫、堿及不溶物含量

水泥中氧化鎂含量不得超過5％，三氧化硫的含量不得超過3.5％。假設(shè)