【材料课件】建筑材料

一九九九年函授专科专用主讲教师：吴慧敏教案制作：廖海香绪论一、建筑材料与建筑工程的关系：建筑材料是一切建筑工程的物质基础(一)建筑材料的各项物理力学性能是结构设计的基本依据。(二)建筑材料是选择施工方案和进行施工设计的基础。(三)建筑材料费用约占建筑工程总投资的60％～70％，是控制建筑工程成本的关键。(四)建筑材料的质量直接影响建筑工程的质量。二、建筑材料的分类建筑材料品种繁多，我们可按不同原则进行分类：(一)按材料在建筑中的功能分类建筑结构材料它们在建筑中承受各种荷载，起骨架作用，其质量好坏直接危及结构安全，属于这类材料的有钢材、水泥混凝土等。围护与隔绝材料它们在建筑中起围护与隔绝作用，以便形成建筑空间，这些材料应具有绝热、隔声、防水等功能，又称功能材料。建筑装饰材料特种功能材料用于建筑物内外的装饰，其色彩和质感均应满足建筑内外环境设计的要求。其中包括耐高温、抗强腐蚀、防辐射、太阳能转换等具有特种功能要求的材料。(二)按材料、材质分类无机材料有机材料复合材料金属材料非金属材料植物材料沥青材料合成高分子材料钢、铝等碳、水泥、石材、混凝土玻璃等木材、竹材石油沥青、煤沥青及其制品塑料、合成橡胶等金属–––非金属有机–––无机第一章建筑材料的基本性质第一节材料的基本物理性质一、材料的密度、表现密度与堆积密度(一)密度定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。可按下式计算：–––密度，g/cm3；vmm–––材料的质量，g；v–––材料在绝对密实状态下的体积，cm3。测量方法：有较多孔隙的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。某些致密材料，如卵石等，可用直接排液法，用这种方法测量的体积，由于无法排除内部封闭的孔隙，所以称这样测得的密度为近似密度(a)。(二)表现密度定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。计算：00vm0–––表现密度，g/cm3或kg/m3；m–––材料的质量，g，或kg；v0–––材料在自然状态下的体积，cm3或m3。(三)堆积密度定义：粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。计算：00vm0–––堆积密度，kg/m3；m–––材料的质量，kg；v0–––松散材料的堆积体积，m3。v0vvevc开口孔封闭孔闭口孔隙自然状态下的块状材料开口孔隙vmcavvmecvvvm0实体实体空隙开口孔隙封闭孔隙装在容器里的粒状、粉状或块状材料v0´vvevcv00vm二、材料的密实度、孔隙率、空隙率(一)密实度––––材料体积内固体物质充实的程度%1000vvD%100%10000mm(二)孔隙率––––材料体积内孔隙体积所占比例%100)1(10000vvvvv开口孔隙率：%100)1()(000acevvvv开口孔隙率：eecppvvvv00)(密实度与孔隙率的关系：D＋P=1(三)空隙率––––散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。%100)1(1000000vvvvv三、材料与水有关的性质(一)亲水性与憎水性90亲水材料90憎水材料(a)亲水性材料(b)憎水性材料(二)含水率%1001mmmww––––含水率；％m1––––材料含水状态下的质量，g；m––––材料干燥状态下的质量，g。(三)吸水率––––材料饱水状态时的含水率(四)吸湿性––––材料在潮湿空气中吸收水份的性质(五)耐水性软化系数––––材料饱水状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比软化系数0.8的材料称为耐水材料(六)抗渗性AtHQdkk––––渗透系数，cm/h；Q––––透水量，cm3；d––––试件厚度，cm；A––––透水面积，cm2；t––––时间，h；H––––静水压力水头，cm。第二节材料的基本力学性质一、材料的强度材料在外力作用下，抵抗破坏的能力称为材料的强度。根据外力作用方式的不同，材料有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。LLF/2F/2FFL/3FFL/3L/3(a)压力(b)拉力(c)弯曲(d)剪切各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度AFfmaxf––––强度，Mpa；Fmax––––破坏时最大荷载，N；A––––受力截面面积，mm2。抗弯强度2max23bhLFfma，(中点集中荷载)b，2maxbhLFfm(三分点两相等集中荷载)fm––––抗弯强度，Mpa；Fmax––––弯曲破坏时最大荷载，N；L––––两支点的间距，mm；b––––试件横截面积宽度，mm；h––––试件横截面积高度，mm。许多建筑材料常以其强度大小划分为若干等级，俗称“标号”。材料强度受以下三个因素的影响：材料内部结构和构造材料所处的环境条件(温度、湿度、含水量等)强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度等)二、材料的其它力学性能(一)弹性与塑性材料在承受外力时，如撤除外力的作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为弹性。如果只能部分恢复变形，而残留一部分不能消失的变形，该残留部份称为塑性变形。(二)材料的徐变和应力松弛当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而缓慢增加的过程，称为徐变。当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变，由于徐变而使材料内应力随时间而逐渐降低的过程，称为应力松弛。徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。(三)材料的脆性和韧性材料受力时，在无明显变形的情况下突然破坏，这种现象称脆性破坏。具有这种破坏特征的材料，称为脆性材料。从应力应变图中看材料的脆性在冲击、振动荷载的作用下，材料吸收较大的能量，同时也产生一定变形而不致破坏的性质称为韧性。一般以测定其冲击破坏时单位断面上吸收的能量作为指标。第三节建筑材料的耐久性建筑材料在使用过程中经受各种破坏因素(物理的、化学的、环境的、生物的……等等)的作用，而能保持其使用性能的能力称为建筑材料的耐久性。第二章气硬性无机胶凝材料胶凝材料的分类：胶凝材料有机胶凝材料无机胶凝材料天然有机胶凝材料如：沥青、天然树脂等合成有机胶凝材料如：各种合成树脂气硬性胶凝材料如：石灰、石膏、水玻璃等水硬性胶凝材料如：各种水泥第一节石膏一、石膏胶凝材料的制备二水石膏加热时的变化SO4·2H2OOH21CaSO24至140℃的饱和水蒸气条件下或某些盐溶液中4CaSO可溶性硬石膏220℃OH21CaSO244CaSO可溶性硬石膏320～360℃CaSO4不溶性硬石膏500～700℃110～170℃二、建筑石膏的硬化和特性建筑石膏即型半水石膏(一)硬化过程OH2CaSOOH211OH21CaSO24224溶解水化过饱和胶化结晶(二)建筑石膏的性质加水搅拌成浆体时需水量达60～80％，大大超过水化所需水量18.6％，因而硬化后孔隙大，强底低；不耐水。硬化时体积膨胀1％，凝结速度快；具有较好的隔热性、耐火性、装饰性；(三)高强石膏即型半水石膏，其结晶坚实、粗大，因而比表面积小，需水量只有35～45％，强度比建筑石膏高3～8倍。第二节石灰一、石灰的烧成、熟化、硬化烧成CaCO3CaO+CO2熟化CaO+H2OCa(OH)2+64.9103J硬化Ca(OH)2脱水结晶碳化Ca(HO)2+CO2+nH2OCaCO3+(n+1)H2O二、性质熟化后颗粒极细，浆体可塑性及和易性好硬化时，收缩率大硬化缓慢，强度较低不耐水三、主要用途配制石灰砂浆或砂浆制作石灰碳化制品配制石灰土制作硅酸盐制品第三节菱苦土一、菱苦土的烧成和硬化烧成MgCO3MgO+CO2750~850℃菱苦土硬化xMgO+yMgCl2·6H2OxMgO·yMgCl·zH2O氧氯化镁MgO+H2OMg(OH)2二、性质与应用强度高，可达40～60MPa；耐湿、热性差。能与植物纤维很好粘结，可用于木屑板等制品及防爆地面；结构密；致纟第四节水玻璃一、水玻璃的制备和硬化制备：Na2CO3+nSiO2Na2O·nSiO2+CO2水玻璃n为水玻璃的模数n＝1溶于常温水中n＝2～3溶于热水中n3溶于4个大气压的蒸气中n越大，粘结能力随之增大硬化：Na2O·nSiO2+CO2+mH2ONa2CO3+nSiO2·mH2O凝胶体为加速硬加入硅氟酸钠2[Na2O·nSiO2]+Na2SiF6+mH2O6Na2F+(2n+1)SiO2·mH2O三、性质和应用做涂料；加固土壤。配制防水剂；配制耐酸胶泥；第三章水泥第一节硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥的生产与矿物组成概述(一)生产工艺流程磨细生料石膏熟料水泥按比例混合、磨细石灰石粘土铁矿粉1450℃煅烧(二)主要矿物成份与特性低名称代号含量范围凝结硬化速度水化放热量强度硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙C3SC2SC3AC4AF37％～60％15％～37％10％～18％快慢7％～15％快多少最多中高早期低、后期高低最快二、主要矿物成份的水化反应及水泥的凝结硬化过程(一)水化反应3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O·3Ca(OH)22(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2当Ca(OH)2达到饱和时在有石膏存在时4CaO·Al2O3·13H2O+3(CaSO4·2H2O)+14H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+Ca(OH)2钙矾石、针状晶体4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2OO13HAlO4CaOO12HCa(OH)OAl3CaO22232(二)水泥的凝结硬化过程(d)(a)(b)(c)(a)分散在水中未水化的水泥颗料；(b)在水泥颗粒表面形成水化物膜层；(c)膜层长大并互相连接(凝结)；(d)水化物进一步发展，填充毛细孔(硬化)。1－水泥颗粒；2－水分；3－凝胶；4－晶体；5－水泥颗粒的未水化内核；6－毛细孔12343561.00.200.40.60.80.20.40.60.81.01.00.200.40.60.80.20.40.60.81.0水化程度毛细孔(毛细孔水)凝胶实体未水化水泥体积率毛细孔(毛细孔水)凝胶实体未水化水泥体积率水化程度影响水泥水化程度和凝结硬化速度的因素：水泥的细度；其它(例如外加剂)。用水量(水灰比)；时间(龄期)；温、湿度；石膏掺量；三、硅酸盐水泥的技术性质(一)细度比表面积300m2/kg筛余：800m筛孔筛余10％(二)凝结时间初凝45min终凝6h30min标准稠度和标准稠度用水量标准稠度测定仪试锥和锥模1－铁座；2－金属圆棒；3－松紧螺丝；4－指针；5－标尺(三)体积安定性硬化过程中，水泥石体积变化的均匀性、安定性不良的水泥，会导至结构物内的体积不均匀变化而产生裂缝、强度下降等严重后果。测定方法：试饼蒸煮法；雷氏夹法雷氏夹雷氏夹膨胀值测量仪1－指针；2－环模1－底座；2－模子座；3－测弹性标尺；4－立柱；5－测膨胀值标尺；6－悬臂；7－悬丝；8－弹簧顶扭7123456812石膏过量安定性不良的原因：f－CaO过量f－MgO过量(四)强度4040硅酸水泥各龄期的强度8.5标号抗压强度(MPa)抗折强度(Mpa)3d28d3d28d6.57.08.08.0425R22.042.54.052523.052.54.07.0525R27.052.55.062528.062.55.0625R32.062.55.5725R37.072.56.0(五)水化热硅酸盐水泥不同龄期的放热量1～3天50％7天75％6个月83～91％四、水泥石的腐蚀与防止(一)溶出性腐蚀在软水中，Ca(OH)2溶出(二)盐类腐蚀硫酸盐RSO4R+++SO4--Ca(OH)2Ca+++2(OH-)Ca+++SO4-