建筑材料课堂笔记
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建筑材料Ⅰ绪论
一、发展
1.土木工程的三次飞跃:
a.砖瓦的出现
b.钢材的出现
c.混凝土的出现
2.世界三大高楼
a.哈利发塔(高828m)
b.台北101(高508m)
c.上海环球金融中心(高492m)
3.材料的发展趋势
a.坚持可持续发展
b.以人为本
c.积极采用高科技成果
二、建筑材料的概念及其分类
1.※概念:在建筑工程中所使用的的
各种材料及其制品的总称。
是一切建筑
工程材料的物质基础。
:-D
2.分类:
按使用功能:建筑结构材料、墙体材料、建
筑功能材料
按化学成分:无机材料、有机材料、复合材料
3. 建筑材料技术的标准:是生产流通和使用
单位检验确定产品
质量是否合格的技术文件。
※四个级别:国家标准GB(GB/T)、
行业标准、地方标
准DB、企业标准QB
※表示方法:标准名称+部门代号+
编号+批准年限(例:《建筑用卵
石碎石》GB/T·14685—
2001);-)
Ⅱ建筑材料的基本性质
一、基本物理性质
1.孔隙:开口孔隙/闭口孔隙
※四个密度:(名词解释或填空)
a.密度(实际密度):指材料
在绝对密
实状态下
(不含任
何孔隙的
状态),单
位体积所
具有的质
量。
b.表观密度:指材料在包含其
内部闭口
孔隙条件
下的单位
体积所具
有的质量。
c.体积密度:指材料在自然状态下,单位体积的质量。
d.堆积密度:指散粒(粉状粒
状或纤维状)材料在
自然状态下,单位体
积(包含颗粒内部的
孔隙及颗粒之间的空
隙)所具有的质量。
3.材料的密实度与孔隙率
a.密实度:指在材料体积内部被固体物质所充
实的程度,反映了材料的致密程度。
b.孔隙率:表示材料中含有孔隙率的多少。
指
材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分
率。
※孔隙率的大小直接反映材料的致密程度。
4.材料的填充与空隙率
a.填充率:指填充材料在某容器的堆积体积中,被其颗粒填充的程度。
b.空隙率:表示散粒颗粒间的空隙多少。
指散粒材料在某容器的堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率。
※空隙率的大小,反映了散粒材
料的颗粒之间互相填充的致密
程度。
5.材料与水有关的性质
(1)※亲水性与憎水性:亲水性材
料(润湿
角≤90);
憎水性材
料(润湿
角>90)
(2)吸水性:※材料直接与水接触
吸入水分的性质
衡量指标—吸水率:吸水饱和时
的含水率(※公式
见课本)
质量吸水率:材料吸水饱和时其所吸收水
分的质量占干燥时质量的
百分率
体积吸水率:材料体积内被水充实的程度。
即材料吸水饱和
时吸收水分的体
积占干燥材料自
然体积的百分率
※质量吸水率与体积吸水率的
关系:体积吸水率等于质量吸水
率乘以材料干燥状态的体积密
度(公式见课本)
(3)吸湿性:※材料在潮湿的空气中吸收水分的性质
衡量指标—含水率:材料在所处
环境中其
含水的质
量占材料
干燥质量
的百分数
其过程可逆:吸收
释放
吸水性与吸湿性的区别:
与水接触情况反应过程衡量指标吸水性直接单向吸水率吸湿性间接可逆含水率
(4)耐水性:材料长期在饱和水的作用下而不
破坏,其强度也不显著降低的
性质。
用软化系数表示
0<Kp<1
软化系数的大小表明材料浸水后强
度降低的程度
软化系数越小,说明材料吸水饱和后
的强度降低越多,所以其
耐水性越差
※Kp>0.85:经常位于水中
或受潮严重的重要结
构物的材料
Kp>0.80:耐水的材料(5)抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质
(用渗透系数或抗渗等级表示)
抗渗系数反映了材料在单位时
间内,在单位水头作用下,通
过单位面积和厚度的渗透水
量。
渗透系数越小的材料其抗渗性越
好
※对于混凝土和砂浆
材料,抗渗性用抗渗等
级P表示
(6)抗冻性:材料在吸水饱和状态下,能经受
多次冻结合和融化而不破
坏,同时强度也不严重降低
的性质
6.材料的热性质
(1)导热性:材料传到热量的能力。
用导热系
数λ表示
a.材料的导热系数越小,绝热性能越好
b.由于密闭空气的导热系数很小,所
以材料的孔隙率较大者其导热系
数较小,但如果孔隙粗大而连通,
由于对流作用的影响,材料的导热
系数反而增高
(2)比热容:材料加热时吸收热量,冷却释放出热
量的能力。
热容量大小用比热容表示
(3)材料的保温隔热性能
a.1/ λ表示材料的热阻,用R表示
b.导热系数λ和热阻R都是评定建筑材料保
温隔热性能的重要指标
c.材料的导热系数越小,其热阻值越大,
则材料的导热性能越差,其保温隔热
性能越好
二.材料的力学性质
1.材料的强度与比强度
(1)强度:材料在外力作用下抵抗变形
的能力(抗压强度、抗拉
强度、抗剪强度、抗弯强
度)
混凝土按抗压强度有C15、C20、
C25……C80 14个强度等级
※(2)比强度:对不同材料进行比较
a.比强度是按单位质量
计算的材料强度
b.其值等于材料的强度
与其体积密度之比
c.它是衡量材料轻质高
强的一个主要指标2.材料的弹性与塑性
(1)弹性:材料在外作用下产生变形,
当外力取消后材料变形即
可消失并能完全恢复原来
形状的性质。
※弹性模量:比例系数
E(在弹性变
形范围内,应
力σ与应变
ε的比值)
E是衡量材
料抵抗变形
的能力的一
个指标
E越大,材料越不易变形
(2)塑性:在外力作用下材料产生
变形,如果取消外力后
仍保持变型后的形状尺
寸并且不产生裂缝的性
质
混凝土是弹塑性变形
3.材料的脆性与韧性
(1)脆性:在外力作用下,当外力达到
一定限度后,材料无明显的
塑性变形而又突然破坏的性
质
(2)韧性:在冲击、震荡荷载作用下,
材料能吸收较大的能量产生一
定的变形而不致被破坏的性
能。
4.材料的硬度与耐磨性
(1)硬度:材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力
(2)耐磨性:材料表面抵抗磨损的能力
三.材料的耐久性
(1)耐久性:材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力
(2)破坏作用:物理作用、化学作用、生物作用、机械作用等
Ⅲ.气硬性胶凝材料
(1)※胶凝材料:凡在一定
条件下经过自身的一系
列物理化学作用后能将
散粒或块状材料粘结成
为具有一定强度的整体
的材料
(2)分类:
胶凝材料分为有机胶凝材料和无
机胶凝材料;
无机胶凝材料分为气硬性胶凝材
料和水硬性胶凝材料
※气硬性胶凝材料:只能在空气中凝结硬化,保持并发展其强度
※水硬性胶凝材料:既能在空气
中硬化,又能更
好的在水中硬
化,保持并发展
其强度
一.石膏
1.石膏胶凝材料:(原料)天然或含二水
石膏矿使得
工业副产品
及其废渣
※建筑石膏:(特点)白色粉
末,晶体细
小,需水量
大,其制品
孔隙率大,
强度低
※高强石膏:(特点)白色粉
末,晶体粗
大,比表面
积小,需水
量小其制品
硬化后密实
度大,强度
高
2.建筑石膏的凝结硬化
(1)建筑石膏与适量水生成二水硫酸钙晶体、溶解度小
(2)凝结硬化:水化程度越高,二水
硫酸钙越多,浆体变稠,开始
凝结;晶体连生共生形成晶体
网,开始硬化。
3.建筑石膏的技术性质:
(1)技术要求:白色粉末,轻质材料,
细度,强度,凝结时间
(2)技术性质:a.※凝结硬
化快(初凝6min;终凝
30min)
(简答) b.空隙率大,保温吸声性好
c.调温调湿性
d.抗冻耐水性差
e.※微膨胀
性能雕刻出花纹
f.防火性
二.石灰
1.原材料:石灰石、白云石、白垩e;主
要成分:CaCO3
2.生产:碳酸钙煅烧生成氧化钙和二氧化碳
煅烧温度过低,时间过短生成欠火石
灰
※煅烧温度过高,时间过长
生成过火石灰
3.石灰的消化:氧化钙和水反应生成氢氧化钙
(1)熟化特点:速度快;体积膨胀大;放热量多
※(2)过火石灰的特性:结构密实消化速度慢
陈伏:使灰浆在灰坑中储存两周以上,使石灰充分消化
※(简答题:墙上出现网状裂纹及个别部位出现突出的放射状裂纹,分析现象出现的原因?答:石灰砂浆中含有过火石灰,其消化速度极慢,由于吸收空气中的水分继续消化,体积膨胀,致使墙面隆起、开裂:消化水降低体积收缩,出现网状裂纹。
)
4.石灰的硬化:氢氧化钙与二氧化碳和水生成碳酸钙和水
5.品种及技术指标
※根据氧化镁含量分为钙质石灰和美质石灰
成品加工方法:块灰;磨细的生石灰粉;消石灰粉;石灰膏;石灰乳
6.石灰的特性(简答)
(1)可塑性和保水性好
(2)吸湿性强
(3)凝结硬化慢,强度低
(4)※体积收缩性大
(5)耐水性差
7.石灰的应用:
(1)配制石灰砂浆和石灰乳涂料
※(2)配置灰土和三合土(灰
土:石灰和粘土;三合土:
石灰、粘土、沙石或炉渣
等填料)其强度和耐水性
比石灰或粘土都高
(3)制作碳化石灰板
(4)制作硅酸盐制品
(5)配置无熟料水泥
Ⅳ.水泥
通用水泥:土建工程常用例:硅酸盐水泥
专用水泥:例:道路水泥、砌筑水泥
特性水泥:例:快硬水泥、膨胀水泥
五大品种水泥
硅酸盐水泥:P·Ⅰ;P·Ⅱ
普通硅酸盐水泥:P·O
矿渣硅酸盐水泥:P·S
粉煤灰硅酸盐水泥P·F
火山灰质硅酸盐水泥P·P 一.硅酸盐水泥
1.※定义:由硅酸盐水泥熟料、
0-5%石灰石或粒化高
炉矿渣、适量石膏磨细
制成的水硬性胶凝材
料。
类型:P·I不掺加混合材料
P·Ⅱ掺加混合材料
2.生产
※原料:石灰质(氧化钙);
粘土质(氧化硅、三氧
化二铁、
氧化铝);校正原料(铁
粉)
配料磨细、生料煅烧成熟料,加磨细
的石膏生成水泥
3.水泥孰料矿物的组成:硅酸三
钙、硅
酸二
钙、铝
酸三
钙、铁
铝酸
四钙
4.硅酸盐水泥的凝结硬化
(1)水化:孰料与水的反应
CaO·Al2O3·6H2O(水化铝酸钙)
与材料中的石膏反映生成钙矾石,石
膏的作用是防止“瞬凝”和调节水泥
凝结硬化时间
各种孰料矿物与水单独作用时表现的特性
(2)水泥的凝结硬化
(3)水泥的结构及其影响因素
①水泥石的结构:水化产物;未水化的水泥颗粒;孔隙;水
②影响因素:养护时间;养护温度;水灰比
(课本“不同水化程度水泥石结构
的组成”图)结论:
a.水灰比相同的水泥浆,水化程度
越高水化产物越多,而毛细孔和未
水化水泥量相对少,则水泥石结构
密实,强度高。
b.水灰比不同,水化程度相同的水
泥石,水灰比越大,毛细孔占的比
例相对增加,所以水泥石的强度低。
※(4)硅酸盐水泥的技术性质(简答)
①细度
②氧化镁、三氧化硫、碱及不溶物的含量
③烧失量(水泥在一定的灼烧温度和时间内,烧失的量占原质量的百分比)
④标准稠度及其用水量
⑤※凝结时间(初凝时
间:从水泥开始加水拌
合起至水泥浆开始失
去可塑性所需的时间,
国标规定不得早于
45min;终凝时间:从水
泥开始加水拌和起至
水泥浆完全失去可塑
性并开始产生强度所
需的时间,国标规定不
得迟于6.5h)
⑥体积安定性(简答):
a.(概念)水泥硬化后体积变化的稳定性。
b.(体积安定
性不
良的
原因)
氧化
钙氧
化镁
过多;
石膏
掺量
过多。
c.(体检定性
不良的后果)
成为废品;不
得应用于任
何工程(也可
答处理方
法);引起混
凝土膨胀、开
裂。
d.测定:沸
煮法(包括饼
法和雷氏夹
法,两种法有
争议时,以雷
氏夹法为准)⑦水泥的强度与等级
(水泥胶砂试验)水泥
与标准砂按1:3
比例混合,采用
0.5的水灰比制成
试件,在标准温度
的水中养护,测定
3d和28d的强度,
按结果将硅酸盐
水泥分为6个等
级
⑧水化热:水化热越大,
对一般建筑
的施工是有
利的,对大体
积混凝土是
有利的。
二.掺混合材料的硅酸盐水泥
1.水泥混合材料(简答)
(1)活性混合材料:具有
火山灰性或
潜在水硬性
或兼有火山
灰性和潜在
水硬性的矿
物质材料。
(2)非活性材料:在水泥
中主要起填
充作用,调节
水泥强度,增
加水泥产量
既降低水化
热而又不损
害水泥性能
的矿物质材
料。
作用:改善水泥性
能,调节水泥强度2.掺混合材料的硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟
料,6%-15%混合材料,
适量石膏,经磨细制成的
水硬性胶凝材料
与硅酸盐水泥的不同:材料、含量、
等级、终凝时间Ⅴ.混凝土及砂浆
一.概述
1.混凝土定义:指由胶凝材料、粗细骨料、
水和其他
材料按适
当比例配
制并硬化
而成的具
有所需的
形状、强
度和耐久
性的人造
石材
分类:(1)根据所用胶凝材料的不同:
沥青砼、
水泥砼、
石膏砼
(2)根据体积密度:重砼、普通
砼、轻砼
(3)※根据强度:普通
混凝
土、高
强砼、
超高强
砼2.混凝土的优点与发展
(1)优点:原材料丰富;易于加工成型;
匹配性
好;可调
整性好;
节约大量钢材和木材;耐久性
好、维修费用少
缺点:自重大;比强度小;抗拉强度低;变形能力差;易开裂
(2)发展:绿色高性能混凝土GHPC 二,普通混凝土的组成
1.组成材料及其作用:水泥浆(水
和水泥)硬化前
起润滑作用,增
加流动性,硬化
后起胶凝作用,
增加强度;砂和
石子起骨架作
用;外加剂和掺
合料硬化前起改
善和易性作用,
硬化后提高混凝
土的物理力学性
能和耐久性。
2.技术要求
(1)水泥:强度原则是用高强度等
级水泥
配置高
强度等
级砼;
用低强
度等级
水泥配
置低强
度等级
砼;
(2)细骨料(砂的细度模数和颗粒级
配)
※粗细程度:不同粒径的
沙粒混合在
一起后的总
体砂的粗细
程度
※颗粒级配:不同粒径的
砂的
分布
情况
筛分法—计算题
(3)粗骨料
粗骨料颗粒形状表面特征流动性粘聚性强度碎石棱角粗糙小大高
卵石圆形光滑大小低
最大粒径:粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。
最小间距:相邻两根钢筋中心圆的距离
最小净距:相邻两根钢筋内边缘的距离
连续级配/间断级配强度(岩石立方体强度/压碎指标值)
混凝土的最大粒径不得大于最小截面尺寸的1/4,同时不得小于最小净距的3/4
※三.混凝土拌合物的和易性
1.和易性:指混凝土拌合物易于各
种工序施工操作(搅拌、
运输、浇注、捣实)并
能获得质量均匀、成型
密实的混凝土的性能。
包括流动性,粘聚性,
保水性
2.流动性的选择:坍落度;维勃
稠度
※3.影响和易性的主要因素
(1)水泥浆用量:水灰比一定的情况下,水泥浆越
多流动性越强,过多出
现流浆,粘聚性降低,
强度降低;水泥浆越
少,流动性越差,过少
出现崩塌,粘聚性降低,
强度降低。
水泥浆要适量,满足流动性要求,使强度升
高。
(2)水泥浆稠度:水泥浆数量不变的情况下,水灰比越大,流动性越强,过大出现离析流浆,使粘聚性降低,强度降低;水灰比越小,流动性越低,过小后会干稠,造成施工困难。
水灰比要合适,满足强度和耐久性要求。
(3)砂率:混凝土中砂的质量占砂石总重量的百分比
过大过小都降低流动性
※合理砂率:在用水量
及水泥用量一定的情况下,
能使砼拌合物获得最大的
流动性,保持良好的粘聚性
和保水性
(4)组成材料的影响(5)外
加剂(6)时间和温度
四.硬化混凝土的强度
1.强度:(1)砼立方体抗压强度fcu:
将砼制成150mmⅹ150mmⅹ
150mm的标准立方体试件,在
标准条件下或在水中养护到28d
期龄,所测得的抗压强度值为砼
立方体抗压强度。
(2)砼立方体抗压标准强度fcu,k:强度保证率为95%的砼立方体抗压强度。
它是砼等级强度划分的依据。
(例)※C40表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k=40MPa
(3)轴心抗压强度:采用
150mm
ⅹ
150mm
ⅹ
300mm
的棱柱体
为标准试
件
※(4)砼的抗拉强度:
fts=(1
/10~1/
20)fcu
2.影响混凝土强度的主要因素
(1)水泥的强度等级和水灰比
①水泥的实际强度fce增大,砼立方
体抗压强度增
大
②水灰比:一定范围内可以密实成型:
水灰比增大,
砼立方体抗压
强度增大
fcu=αa·fce·(c/w-αb)
※回归系数:碎石α
a=0.46;α
b=0.07
(计算题中
用)
卵石α
a=0.48;
αb=0.33 fce=γc·fce,k(γc=1.13;fce,k指水
泥的标
准抗压
强度,
是水泥
强度等
级的划
分依
据)。