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建筑材料课件

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建筑材料课件的内容简介:

建筑材料目录
第一章绪论
一、定义
建筑材料是用于土木建筑结构物的所有材料的总称。

二、分类

三.建筑材料的发展:随生产力发展而发展

建筑材料的标准化
学习材料的技术标准:国家标准、行业标准、企业标准
GB-国家标准
GBJ-建筑工程国家标准
JGJ-建设部行业标准
JC-国家建材局行业标准
YB-冶金部行业标准
JTJ-交通部行业标准
SD-水电行业标准
ZB-国家级专业标准

四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法
1.作用
1.1为后续课程的学习提供必要的知识
1.2为今后从事专业技术工作时,合理选择和使用建筑材料打下基础
2.任务
2.1了解材料在建筑物上所起的作用和要求
2.2了解常用材料的生产、成分和构造
2.3掌握常用材料的技术性质,以及影响材料性质的主要因素及其相互关系
2.4掌握常用材料的标准,熟悉其分类、分等和规格
2.5熟悉常用材料的测试仪器,掌握测试方法和技术。
2.6掌握常用材料的选用原则和方法。
2.7掌握工地配置材料的配置原理及方法,了解这些材料的施工注意事项
3.学习方法
3.1重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能
常用材料水泥、砼、石灰、钢材、木材、沥青
主要的水泥、砼、钢材
每种材料:原料生产工艺组成成分构造性质应用检验储存以及它们之间的相互关系
重点:性质和应用,质检的基本原理(引起材性变化的内因和外因)
3.材料的硬度和耐磨性

习题课(三)
例3-1现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料,其矿物成分如下表,试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异?
由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、28d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥.但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。
[评注]甲厂硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙C3S、铝酸三钙C3A的含量均高于乙厂硅酸盐水泥熟料,而乙厂硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙C2S含量高于甲厂硅酸盐水泥熟料。熟料矿物成分含量的不同是造成上述差异的主要原因。
例3-2.试说明生产硅酸盐水泥时为什么必须掺入适量石膏?
水泥熟料中的铝酸三钙遇水后,水化反应的速度最快,会使水泥发生瞬凝或急凝。为了延长凝结时间,方便施工,必须掺入适量石膏。
[评注]在有石膏存在的条件下,水泥水化时,石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙(钙矾石),钙矾石很难溶解于水,它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜,从而阻碍了铝酸三钙的水化反应,控制了水泥的水化反应速度,延缓了凝结时间。
例3-3为什么水泥必须具有一定的细度?
解:在矿物组成相同的条件下,水泥磨得愈细,水泥颗粒平均粒径愈小,比表面积越大,水泥水化时与水的接触面越大,水化速度越快,水化反应越彻底。相应地水泥凝结硬化速度就越快,早期强度和后期强度就越高。但其28d水化热也越大,硬化后的干燥收缩值也越大。另外要把水泥磨得更细,也需要消耗更多的能量,造成成本提高。因此水泥应具有一定的细度。
[评注]国家标准GB175-1999规定,水泥的细度可用比表面积或0.08mm方孔筛的筛余量(未通过部分占试样总量的百分率)来表示。如普通水泥的细度为0.08mm方孔筛的筛余量不得超过10%。
例3-4.何谓水泥的体积安定性?水泥的体积安定性不良的原因是什么?安定性不良的水泥应如何处理?
解:水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状,不开裂,不变形,不溃散的性质。导致水泥安定性不良的主要原因是:
(1)由于熟料中含有的的游离氧化钙、游离氧化镁过多;
(2)掺入石膏过多;
其中游离氧化钙是一种最为常见,影响也是最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的,结构致密,水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹,使得其在水泥已经硬化后才进行熟化,生成六方板状的Ca(OH)2晶体,这时体积膨胀97%以上,从而导致不均匀体积膨胀,使水泥石开裂。
当石膏掺量过多时,在水泥硬化后,残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石,体积增大约1.5倍,也导致水泥石开裂。
体积安定性不良的水泥,会发生膨胀性裂纹使水泥制品或混凝土开裂、造成结构破坏。因此体积安定性不良的水泥,应判为废品,不得在工程中使用。
[评注]水泥的体积安定性用雷氏法或试饼法检验。沸煮后的试饼如目测未发现裂缝,用直尺检查也没有弯曲,表明安定性合格。反之为不合格。雷式夹两试件指针尖之间距离增加值的平均值不大于5.0㎜时,认为水泥安定性合格。沸煮法仅能检验游离氧化钙的危害。游离氧化镁和过量石膏往往不进行检验,而由生产厂控制二者的含量,并低于标准规定的数量。
例3-5.某些体积安定性不合格的水泥,在存放一段时间后变为合格,为什么?
某些体积安定性轻度不合格水泥,在空气中放置2~4周以上,水泥中的部分游离氧化钙可吸收空气中的水蒸汽而水化(或消解),即在空气中存放一段时间后由于游离氧化钙的膨胀作用被减小或消除,因而水泥的体积安定性可能由轻度不合格变为合格。
[评注]必须注意的是,这样的水泥在重新检验并确认体积安定性合格后方可使用。若在放置上段时间后体积安定性仍不合格则仍然不得使用。安定性合格的水泥也必须重新标定水泥的标号,按标定的标号值使用。
例3-6.影响硅酸盐水泥水化热的因素有那些?水化热的大小对水泥的应用有何影响?
影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙C3S、铝酸三钙C3A的含量及水泥的细度。硅酸三钙C3S、铝酸三钙C3A的含量越高,水泥的水化热越高;水泥的细度越细,水化放热速度越快。
水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高,混凝土内外温差过大,以致造成明显的温度应力,使混凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利,能加快早期强度增长,使抵御初期受冻的能力提高。
[评注]
水泥矿物在水化反应中放出的热量称为水化热。水泥水化热的大小及放热的快慢,主要取决于熟料的矿物组成和水泥细度。铝酸三钙C3A的水化热最大,硅酸三钙C3S的水化热也很大。通常水泥等级越高,水化热度越大。凡对水泥起促凝作用的因素均可提高早期水化热。反之,凡能延缓水化作用的因素均可降低水化热。
例3-7.为什么流动的软水对水泥石有腐蚀作用?
水泥石中存在有水泥水化生成的氢氧化钙。氢氧化钙Ca(OH)2可以微溶于水。水泥石长期接触软水时,会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出并流失,从而引起水泥石孔隙率增加。当水泥石中游离的氢氧化钙Ca(OH)2浓度减少到一定程度时,水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出,从而导致水泥石结构的强度降低,所以流动的软水或具有压力的软水对水泥石有腐蚀作用。
[评注]造成水泥石腐蚀的基本原因有:
(1)水泥石中含有较多易受腐蚀的成分,主要有氢氧化钙Ca(OH)2、水化铝酸三钙C3AH6等。
(2)水泥石本身不密实,内部含有大量毛细孔,腐蚀性介质易于渗入和溶出,造成水泥石内部也受到腐蚀。
工程环境中存在有腐蚀性介质且其来源充足。
例3-8既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用,那么为什么在生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用?
硫酸盐对水泥石的腐蚀作用,是指水或环境中的硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca(OH)2、水化铝酸钙C3AH6反应,生成水化硫铝酸钙(钙矾石C3AS3H31),产生1.5倍的体积膨胀。由于这一反应是在变形能力很小的水泥石内产生的,因而造成水泥石破坏,对水泥石具有腐蚀作用。
生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产物水化铝酸钙C3AH6反应生成膨胀性产物水化硫铝酸钙C3AS3H31,但该水化物主要在水泥浆体凝结前产生,凝结后产生的较少。由于此时水泥浆还未凝结,尚具有流动性及可塑性,因而对水泥浆体的结构无破坏作用。并且硬化初期的水泥石中毛细孔含量较高,可以容纳少量膨胀的钙矾石,而不会使水泥石开裂,因而生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用,只起到了缓凝的作用。
[评注]硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca(OH)2、水化铝酸钙C3AH6反应,生成水化硫铝酸钙(钙矾石C3AS3H31),产生1.5倍的体积膨胀。钙矾石为微观针状晶体,人们常称其为水泥杆菌。
例3-9何谓水泥的活性混合材料和非活性混合材料?二者在水泥中的作用是什么?
活性混合材料的主要化学成分为活性氧化硅SiO2和活性氧化铝Al2O3。这些活性材料本身不会发生水化反应,不产生胶凝性,但在常温下可与氢氧化钙Ca(OH)2发生水化反应,形成水化硅酸钙和水化铝酸钙而凝结硬化,最终产生强度。这些混合材料称为活性混合材料。常温下不能氢氧化钙Ca(OH)2发生水化反应,也不能产生凝结硬化和强度的混合材料称为非活性混合材料。
活性混合材料在水泥中可以起到调节标号、降低水化热、增加水泥产量,同时还可改善水泥的耐腐蚀性和增进水泥的后期强度等作用。而非活性混合材料在水泥中主要起填充作用,可调节水泥强度,降低水化热和增加水泥产量、降低成本等作用。
[评注]常用活性混合材料主要有粒化高炉矿渣,火山灰质混合材料(常用的有火山灰、硅藻土等)和粉煤灰等。非活性混合材料有磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等。
例3-10掺混合材的水泥与硅酸盐水泥相比,在性能上有何特点?为什么?
与硅酸盐水泥相比,掺混合材的水泥在性质上具有以下不同点:
(1)早期强度低,后期强度发展快。这是因为掺混合材料的硅酸盐水泥熟料含量少,活性混合材料的水化速度慢于熟料,故早期强度低。后期因熟料水化生成的Ca(OH)2不断增多并和活性混合材料中的活性氧化硅SiO2和活性氧化铝Al2O3不断水化,从而生成众多水化产物,故后期强度发展快,甚至可以超过同标号硅酸盐水泥。
(2)掺混合材的水泥水化热低,放热速度慢。因掺混合材的水泥熟料含量少,故水化热低。虽然活性材料水化时也放热,但放热量很少,远远低于熟料的水化热。
(3)适于高温养护,具有较好的耐热性能。采用高温养护掺活性混合材料较多的硅酸盐水泥,可大大提高早期强度,并可提高后期强度。这是因为在高温下活性混合材料的水化反应大大加快。同时早期生成的水化产物对后期活性混合材料和熟料的水化设有多少阻碍作用,后期仍可正常水化,故高温养护后,水泥的后期强度也高于常温下养护的强度。
而对于未掺活性混合材料的硅酸盐水泥,在高温养护下,熟料的水化速度加快,由于熟料占绝大多数,故在短期内就生成大量的水化产物,沉淀在水泥颗粒附近。这些水化产物膜层阻碍了熟料的后期水化,因而高温养护虽提高了早期强度,但对硅酸盐水泥的后期强度发展不利。
(4)具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力。因掺混合材料较多的硅酸盐水泥中熟料少,故熟料水化后易受腐蚀的成分Ca(OH)2、C3AH6较少,且活性混合材料的水化进一步降低了Ca(OH)2的数量,故耐腐蚀性较好。
[评注]掺混合材的水泥主要有组成中掺有多量粒化高炉矿渣的矿渣硅酸盐水泥;掺有多量火山灰质混合材料的火山灰质硅酸盐水泥;掺有多量粉煤灰的粉煤灰硅酸盐水泥。虽然混合材的品种不同,但其主要化学成分均为活性氧化硅SiO2和活性氧化铝Al2O3。而硅酸盐水泥的组成中不含或含有很少的混合材料。此外二者均含有硅酸盐水泥熟料和适量石膏。
例3-11.建筑材料试验室对一普通硅酸盐水泥试样进行了检测,试验结果如下表,试确定其强度等级。
[评注]计算水泥试样的抗折强度时,以3个试件的强度平均值作为测定结果(精确至0.1MPa)。当3个试件的强度值中有超过平均值±10%时,应删除后再取平均值作为抗折强度的测定结果。
计算水泥试样的抗压强度时,以6个半截试件的平均值作为测定结果(精确至0.1MPa)。如6个测定值中有1个超出平均值的±10%,应删除,以其余5个测定值的平均值作为测定结果。如果5个测定值中仍有再超过它们平均值±10%的数据,则该试验结果作废。

4.1.4普通混凝土的组成材料
基本组成材料:水泥、水、天然砂和石子、外加剂和掺合料。
水、水泥形成水泥浆包裹在砂粒表面,填充砂粒间的空隙再形成水泥砂浆包裹住石子,填充石子间空隙
砂和石起骨架作用

4.1.5工程中对混凝土的基本要求
(1)适应的和易性
(2)设计的强度
(3)适应的耐久性
(4)经济合理,降低成本

4.2.1水泥
在混凝土中最重要的材料,起胶结作用

4.4.4防水剂
定义:防水剂是一种能减少孔隙和堵塞毛细通道,用以降低混凝土在静水压力下透水性的外加剂。
防水剂分为:
无机防水剂,如三氯化铁、水玻璃等,
有机防水剂如有机硅、沥青、橡胶液利树脂乳液等。
4.4.4缓凝剂
4.4.5防冻剂
4.5普通混凝土的配合比设计
4.5.1混凝土配合比的基本要求:
(1)满足结构设计的强度等级要求;
(2)满足混凝土施工所要求的和易性;
(3)满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求;
(4)符合经济原则,即节约水泥以降低混凝土成本。

混凝土配合比的设计资料准备
(1)确定配制强度
(2)耐久性要求
(3)构件断面、配筋最大粒径DM
(4)施工管理水平用来选择T和DM
(5)原材料性能密度、DM、水、砂、石情况

第七章建筑钢材
钢材是建筑工程中的重要材料,具有许多优良的特性。
钢材的组织结构均匀密实,性能稳定,并且强度高,塑性、韧性好,可以冷弯、焊接或铆接,易于加工和装配。
钢材也存在着能耗大,成本高,易锈蚀,维护费用高,耐火性差等缺点。
7.1钢的冶炼及分类
7.1.1钢的冶炼及其对质量的影响
1.钢的冶炼
钢由生铁冶炼而成。
钢的冶炼将生铁在熔融状态下进行氧化,将含碳量降低到2.06%以下,使磷、硫等其他杂质也减少到某一规定数值,再加入脱氧剂(锰铁、硅铁、铝等)进行脱氧冶炼而成的。
生铁是将将铁矿石、焦碳及熔剂(石灰石)在炼铁炉中,经高温冶炼,铁矿石内氧化铁还原成碳铁合金,其中碳的含量为2.06~6.67%,磷、硫等杂质的含量也较高。
生铁按断口颜色分为白口铁和灰口铁。
白口铁用于炼钢,也称炼钢生铁;
灰口铁也称铸铁,用于铸造承受静荷载的次要构件(管材、机座)等。

常用的炼钢方法
(1)转炉炼钢法
转炉炼钢法又分空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法两种。
空气转炉法:由转炉底部或侧面吹入高压热空气至熔融状态的铁水中,铁水中的杂质与空气中的氧起氧化作用而被除去。
空气转炉法已淘汰,逐渐被氧气转炉法所取代。
氧气转炉法:以纯氧代替空气吹入炼钢炉内铁水中,克服了空气转炉法的一些缺点,能有效地除去磷、硫等杂质,使钢的质量显著提高,可以炼制优质的碳素钢和合金钢。
氧气转炉法是现代炼钢的主流方法。
(2)平炉炼钢法
平炉钢的冶炼:以固体或液体生铁、废钢铁或铁矿石作原料,用煤气或重油为燃料在平炉中加热冶炼,杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而除去。
平炉熔炼时间长,有利于化学成分的精确控制,杂质含量少,成品质量高,可用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。缺点是能耗大、冶炼时间长、成本高。

第11章烧结砖
11烧结砖
11.1.烧结普通砖
烧结普通砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原材料,经焙烧而成的尺寸为240×115×53㎜直角六面体块材。
粘土质材料在一定温度下,其中的铝硅酸盐矿物部分熔融,冷却后将其余矿物颗粒粘结成一体,保持砖坯的形体,并具有一定的物理、力学性能。这一工艺称为“烧结”或“焙烧”。烧结普通砖俗称小砖、标准砖、实心砖等。
11.2烧结普通砖的技术性能指标
1.形状尺寸
240×115×53mm
2.强度
烧结普通砖根据抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个强度等级。强度等级
烧结普通砖强度应符合表63的规定。强度实验按GB/T2542进行,抽取10块砖试样进行抗压强度试验,根据试验结果,按平均值一标准值方法(变异系数δ≦0.21时)或平均值一最小值方法(变异系数δ>0.21时)评定砖的强度等级。
3.抗风化性能
烧结砖的耐久性除了砖的泛霜和石灰爆裂性外,还包括抗风化性能。砖的抗风化性能用抗冻融试验或吸水率试验来衡量。标准GBS101一2000规定,黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、新疆等五省、区必须进行冻融试验;其他地区,砖的吸水率满足表64的,可不做冻融试验。
注:粉煤灰掺入量(体积比)小于30%时,抗风化性能指标按粘土砖规定。
4.烧结砖的泛霜
当生产烧结砖的原料中含有可溶性无机盐时,会隐含在成品烧结砖的内部,砖吸水后再次干燥时,水分会向外迁移,这些可溶性盐随水渗到砖的表面,水分蒸发后便留下白色粉末状的盐,形成白霜,这就是泛霜现象。
泛霜严重时,由于大量盐类的溶出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落,内部孔隙率增大,抗冻性显著下降。国家标准规定优等砖不得有泛霜现象,合格砖不得严重泛霜。
5.烧结砖的石灰爆裂
有时生产烧结砖的原料中夹有石灰石等杂物,经焙烧后砖内形成了颗粒状的石灰块等物质。处于干燥条件下时,这些杂质不会影响砖的性能,一旦吸水后,就会产生局部体积膨胀,导致砖体开裂甚至崩溃。石灰爆裂不仅造成砖体的外观缺陷和强度降低,还可能造成对砌体的严重危害。
6.质量等级
强度和抗风化性能合格的砖,根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂等分为优等品(A)、一等品(B)和合格品(C)三个质量等级。各等级砖的具体技术要求如下:
(1)尺寸允许偏差
烧结普通砖的尺寸允许偏差应符合表6-1的规定(样本数为20块)。
(2)外观质量
烧结普通砖的优等品颜色应基本一致,一等品和合格品颜色无要求。其他外观质量应符合表63的规定。
7.欠火砖与过火砖
烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧,使部分物质熔融,冷凝后将未经熔融的颗粒粘结在一起成为整体。当焙烧温度不足时,熔融物太少,难以充满砖体内部,粘结不牢,这种砖称为欠火砖。欠火砖孔隙率大,强度低,抗冻性差,外观颜色较浅,为有缺陷砖。
当焙烧温度过高时,砖内熔融物过多,造成高温下的砖体变软,此时砖在点支撑下易产生弯曲变形,这种砖为过火砖。它也属于有缺陷砖。欠火砖与过火砖均为不合格产品。
6.2.烧结多孔砖和空心砖
(1)烧结多孔砖
烧结多孔砖通常指砖内孔径不大于22mm,孔洞率不小于15%的烧结砖。外型尺寸可为长度(L)290、240、190㎜,宽度(B)240、190、180、175、140、115㎜,高度(H)90㎜的不同组合而成。
烧结多孔砖内的孔洞尺寸小而数量多,孔洞分布在大面尚且均匀合理,非孔部分砖体较密实,所以强度较高。工程中使用时常以孔洞垂直于承压面,以充分利用砖的抗压强度。烧结多孔砖根据10块的抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个强度等级。
(2)烧结空心砖
烧结空心砖是指孔洞率大于15%,孔尺寸大而孔数量少的砖。烧结空心砖的尺寸一般较大,空洞通常平行于承压面,抗压强度较低。依据抗压强度可划分为MU5.0、MU3.0和MU2.0三种强度等级。
根据空心砖(含空洞)的表观密度划分为800、900、1100㎏/m3三个等级的空心砖。每个密度级别根据外观质量、强度等级、尺寸偏差和物理性能,又分为优等品(A)、一等品(B)与合格品(C)三个等级。

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