建筑材料的定义与分类

2024年3月8日发(作者：)

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建筑材料的定义与分类

1. 建筑材料的定义

建筑中所应用的各种材料的总称。包括：

（1）构成建筑物本省的材料，如钢材，木材，水泥，石灰，砂石等。

（2）施工过程中所用的材料，如钢，木模板，脚手架等。

（3）各种建筑器材，如给排水设备，采暖通风设备，空调，电器等。

2. 建筑材料的分类

（1）按化学成分分类

分类

无机材料金属材料黑色金属

有色金属

非金属材料天然石材

烧土制品

玻璃及熔融制品

胶凝材料

实例

普通钢材，非合金钢，低合金钢，合金钢

铝，铝合金，铜及其合金

毛石，料石，石板材，碎石

烧结砖，瓦，陶器

玻璃，玻璃棉，岩棉

气硬性：石灰，石膏，水玻璃

水硬性：各类水泥

混凝土类

有机材料植物质材料

合成高分子材料

沥青材料

复合材料

（2）按使用功能分类

分类

建筑结构材料

墙体材料

定义实例

构成基础，柱，梁，板等承重结构的材料砖，适才，钢材，钢筋混凝土

构成建筑物内，外承重墙体及内分割墙体的材料

建筑功能材料不作为承受荷载，且具有某种特殊功能的材料

保温隔热材料：加气混凝土

吸声材料：毛毡，泡沫塑料

采光材料：各种玻璃

防水材料：沥青及其制品

防腐材料：煤焦油，涂料

装饰材料：石材，陶瓷，玻璃

建筑器材

建筑材料的特点及其在工程中的地位

1. 建筑材料的特点

建筑材料必须具备如下四大特点：适用、耐久、量大和价廉。

2. 建筑材料在工程中的地位

建筑材料是一切建筑工程的物质基础。

（1）工业建筑、水利工程、港口工程、交通运输工程以及大量民用住宅工程需要巨大的优质的品种齐全的建筑材料。

（2）建筑材料有很强的经济性，直接影响工程的总造价。

（3）建筑材料的质量如何，直接影响建筑物的坚固性、适用性、耐久性。

（4）随着人民的生活水平不断改善，要求建筑材料具有轻质、高强、美观、保温、吸声、防水、防震、放火、节能等功能。

建筑材料技术标准简介

1. 定义

建筑材料技术标准：针对原材料、产品以及工程质量、规格、检验方法、评定方法、应用技术等作出的技术规定。

包括的内容：如原材料、材料及其产品的质量、规格、等级、性质、要求以及检验方法；材料以及产品的应用技术规范；材料生产以及设计规定；产品质量的评定标准等。

为满足使用要求，而与建筑物配套使用的各种设备

电工器材及灯具，水暖及空调器材，环保器材，建筑五金

石材，砖，加气混凝土，砌块

金属-非金属复合

非金属-有机复合

砂浆，混凝土，硅酸盐制品

木材，竹板，植物纤维及其制品

塑料，橡胶，胶凝剂，有机涂料

石油沥青，沥青制品

港及混凝土，预应力混凝土

沥青混凝土，聚合物混凝土

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2. 材料技术标准的分级

材料技术标准的分级

国家标准

行业标准（部颁标准）

企业标准与地方标准

3. 材料技术标准的分类

分类方法

必要时

按权威程度

按特性

种类

试行标准，正式标准

强制性标准，推荐性标准

基础标准，方法标准，原材料标准，能源标准，环保标准，包装标准等

发布单位

国家技术监督局

中央部委标准机构

工厂，公司，院所等单位

适用范围

全国

全国性的某行业

某地区内，某企业内

每个技术标准都有自己的代号、编号、名称。

代号：反映该标准的等级或发部单位，用汉语拼音表示；

标号：表示标准的顺序号，颁布年代号，用阿拉伯数字表示；

名称：反映该标准的主要内容，以汉字表示。

技术标准所属行业及其代号

所属行业

国家标准

建材

建设工程

交通

标准代号

所属行业

石油

冶金

水利电力

标准

例如：

GB 175－ 1999硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥

代号顺序号批准年代号名称

意义：表示国家标准175号，1999年颁布执行，其内容是硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。

又如

GB/T14684－2001建筑用砂

表示国家推荐性标准14684号，2001年颁布执行的建筑用砂标准。

注意：一方面，技术标准反映一个时期的技术水平，具有相对稳定性；另一方面，所有技术标准应根据技术发展的速度于要求不断进行修订。

本课程的目的、任务与学习方法

1. 目的

为其他专业课程提供建筑材料的基本知识，为从事技术工作时，能合理选择和正确使用建筑材料打下基础。

2. 任务

获得常用材料的性质于应用的基本知识和必要的基本理论，了解建筑材料的标准，并获得主要建筑材料检验方法的基本技能训练。

3. 学习方法

运用好事物内因与外因的关系，共性与特性的关系，掌握建筑材料的基本试验方法。

提出了运输要求

运输

储存

应用

原材料生产工艺

形成了

组成组成结构决定了

性结构

质

构造

决定了

影响

了

外界环境条件

提出了

技术要求

依据

检验与验收

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第一章建筑材料的基本性质

材料的组成与结构

1. 材料的组成

材料种类元素组成及其化学成分表示

无机非金属材料金属元素和非金属元素；氧化物含量百分数

金属材料金属元素；其元素含量百分数

有机材料主要C,H,O,N,S等元素

矿物：由金属元素与非金属元素按一定的化学组成和一定的结构特征构成。

无机非金属材料可由不同矿物构成，其性质受矿物组成及其含量的影响。

2. 材料的结构

定义：从原子，分子水平直至宏观可见的各个层次的结构状态。

一般分为三个结构层次：微观结构，亚微观结构，宏观结构。

分类定义及特点材料特点或实例

由晶粒不规则排列组成；无以质点在空间中作周期性排列的固体。具有晶体定几何形状；最小内能，良好固定的几何外形，各向异性，最小内能

的化学稳定性

微观结构

非晶体无明显晶体结构的结构状态。质点无序排各向同性；无一定的熔点；良（玻璃体）列好的化学活性

亚微观结构用光学显微镜观察

致密结构金属，玻璃

宏观结构微孔结构用放大镜，肉眼观察水泥制品

多孔结构加气混凝土

注意：

材料孔隙的多少、大小及其特征对材料吸湿性性、绝热性、吸声性、抗冻、抗渗有影响。

宏观结构按构成形态分为：聚集结构（水泥混凝土、砂浆、沥青混凝土、塑料）、纤维结构（木材、玻璃纤维、矿棉）、层次结构（胶合板、纸面石膏板）、散粒结构（砂、石、及粉状或颗粒状的材料）。

材料的物理性质

1. 材料的密度（材料的质量与体积之比）

定义及表达式详情

材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。测含孔材料的密度的方法：磨成细粉，用李氏瓶测定其实体积。

m密度

＝V—材料在绝对密实状态下的体积，即材料体积内固体物质的实体积

材料在自然状态下，单位体积的质量。

表观密度

0mV0自然状态下，孔隙分为开口孔，闭口孔。

表观密度：包括所有孔隙

'视密度（）：只包括闭口孔

V0自然状态下材料的体积

粉状即颗粒状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量。

堆积密度

与材料颗粒的表观密度及堆积的疏密程度有关。

'0V0mV0

3材料的自然堆积体积,

建筑工程中，进行配料计算，确定材料的运输量及堆放空间，确定材料用量及构件自重等经常用到材料的密度、表观密度及堆积密度

材料名称密度表观密度堆积密度

钢材 7.85  

木材（松木） 1.55 0.4 0.8



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普通黏土砖 2.5 2.7 1.6 1.8



花岗岩 2.6 2.9 2.5 2.8



水泥 2.8 3.1



1000 1600

砂 2.6 2.7 2.65 1450 1600

碎石（石灰石） 2.6 2.8 2.6 1400 1700

普通混凝土



2.1 2.6



2. 材料的孔率，空隙率

名称定义及表达式说明

在材料体积内，孔隙体积所占的比例许多工程性质如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性于材料的孔PV0VV100%隙有关。且取决于孔隙率的大小与0构造特征（孔的种类、孔径的大小0及分布）

孔隙率

(1)100%

PVKK开口孔隙率V100%0

闭口孔隙率PBPPK

在颗粒装材料的堆积体积内，颗粒间空隙体积所占的比例用来评定颗粒材料在堆积体积内P'V'0V疏密程度的参数。

0空隙率

V'100%计算混凝土中粗骨料空隙时表观0密度按视密度计算

'(10)100%0

3. 材料与水有关的性质

（1）亲水性与憎水性

亲水性：水在材料表面易于扩展，这种与水的亲合性称为亲水性。

憎水性：材料与水接触时，不与水亲合。

材料种类定义及特点实例

亲水性材料

表面与水亲合力较强的材料各种无机胶凝材料、石材、砖瓦、浸润边角90 混凝土等

憎水性材料

表面不与水亲合的材料沥青、油漆、塑料等，可作防潮、浸润边角90 防水、防腐材料

（2）吸湿性

吸湿性：材料在环境中吸收空气中的水分的性质表示方式。

含水率：即吸入水分与干燥材料的质量比。开口孔隙率较大的亲水材料具有较强的吸湿性。

平衡含水率：含水率与环境湿度达到平衡状态时的含水率。

（3）吸水性

①吸水性：材料在水中吸收水分的性质。

表示方法：吸水率。

W1mmmm100%质量吸水率：材料在水中吸入水的质量与材料干质

量之比

Wm材料的质量吸水率

m1m材料吸水饱和后的质量

材料在干燥状态下的质量

体积吸水率：材料吸入水的体积与材料在自然状态WVwm1v下体积之比

VmV1100%00w

Wv材料的体积饱和率

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Vw材料吸水饱和时，水的体积

ww质量吸水率与体积吸水率存在如下关系：

w水的密度

WvWm01w100%

②材料吸水率的大小主要取决于材料的孔隙率及孔隙特征

密实在及只有闭口孔的材料不吸水

具有粗大孔的材料不易吸满水分，吸水率常小于孔隙率

孔隙率较大，且具有细小开口连通的亲水性材料具有较大的吸水率

材料的吸水率是一定值，是该材料的最大含水率。

③饱和系数：材料在水中吸水饱和后，吸入水的体积与孔隙体积之比。

KBVwWP0kV0VPP

PK、P分别为材料的开口孔隙率及孔隙率

意义：说明了材料的吸水程度，反映了材料的孔隙特征。

KB0孔隙全部是闭口的；KB1开口

材料吸水后不利：质量增加、强度降低、保温性能下降、抗冻性能变差、体积膨胀。

（4）耐水性

①表示方法：软化系数

K

K— 材料的软化系数

f1ff1— 材料吸水饱和状态下的抗压强度

f— 材料在干燥状态下的抗压强度

K0～1,K越小，说明材料吸水饱和后强度降低的越多，耐水性越差。

受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑无所选用的材料K要求不低于0.85。

K大于0.85的材料，常被认为是耐水的。

干燥环境中使用的材料可不考虑耐水性。

（5）抗渗性

定义：材料抵抗压力水渗透的性质。

表示方法：

①抗渗等级：用材料抵抗压力水渗透的最大水压力值来确定，其抗

渗等级越大，则材料抗渗性越好。

②渗透系数K：K越大，抗渗性越差。

抗渗性的影响因素：材料的孔隙率及孔隙特征。

对于建筑及水工构筑无等经常受水压力作用的工程材料及防水材料及防水材料都应具有良好的抗渗性。

（6）抗冻性

定义：材料在使用环境中，经受多次冻融循环不破坏，强度也无显著降低的性质。

影响因素：材料的构造特征、强度、含水程度等因素。

一般情况下，密实的以及具有闭口孔的材料有较好的抗冻性；具有一定强度的材料对冰冻有一定抵抗力；材料含水量越大，冰冻破坏越厉害。

抗冻性测定：材料在反复冻融15次后其重量及强度损失不超过规定值，即抗冻性合格。

对于冬季室外计算温度低于-10℃，工程使用的材料必须进行抗冻性检验。

4. 与热有关的性质

（1）导热性

定义：材料传导热量的能力。

评价指标：导热系数()、热阻

－导热系数

QdA(T2T1)t

Q－传导的热量

d－材料的厚度

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A－材料的导热面积

T2T1－材料两侧的温度差

t－传热时间

QqAt令1R称为热流量。上式可写为qdT2T1

 热阻材料的导热系数越小，热阻值大越大，导热性越差，保温隔热性能越好。

材料的导热性主要取决于材料的组成及结构状态。

①组成及微观结构

金属材料的导热系数最大，如铜；无机非金属材料次之，如普通混凝土；有机材料最小，如松木。

相同组成的材料，结晶结构的导热系数最大，微晶结构次之，玻璃体结构的最小。为了获取导热系数较低的材料，可通过改变其微观结构的办法来实现，如水淬矿渣即是一种较好是绝热材料。

②孔隙率及孔隙特征

孔隙率越大，材料的导热系数越小。

孔隙率相近，孔径越大，孔隙互通的越多，导热系数偏大。

对于纤维状材料，当其密度低于某一值时，其导热系数有增大的趋势，这类材料存在一个最佳密度，即在该密度下导热系数最小。

此外，材料的含水程度对其导热系数的影响非常显著。所用材料受潮后其导热系数将明显增加。

将不大于0.175的材料称为绝热（保温隔热）材料。

（2）热容量

定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。

QCm(T2T1)

Q—材料吸收（或放出）的热量

C—材料的比热

m—材料的质量

T2T1——材料受热（或冷却）前后的温度差

材料

钢材

花岗岩

普通混凝土

普通黏土砖

松木

（3）耐热性与耐燃性

①耐热性

定义：材料长期在高温作用下，不失去使用功能的性质。

材料在高温下会发生性质的变化而影响材料的正常使用。

受热变质：如二水石膏在65～140℃脱水成为半水石膏；石英在573℃由石英转换为石英，同时体积增大2％。

受热变形：材料受热膨胀大小以膨胀系数表示。钢材在350℃以上时，其抗拉强度显著降低，会使钢结构产生过大的变形而失去稳定。

②耐燃性

定义：在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质。可分为三大类：

非燃烧材料普通砖、玻璃、陶瓷、混凝土、钢材、铝合金等无即在空气中受高温作用不起火、不微燃、不炭化的机材料材料

材料。

难燃烧材料可燃材料为机体的复合材料，如沥青混凝土、水泥即空气中受高温作用难起火、难微燃、难炭化，当刨花板

火源移走后燃烧会立即停止的材料。

燃烧材料如木材等大部分有机材料

即在空气中受高温作用会自行起火或微燃，当火源移走后仍能继续燃烧或微燃的材料。

提高防火性的措施：表面涂刷防火涂料。组成防火涂料的成膜物质可为非燃烧材料（如水玻璃）或有机含率的树脂。原因是其受热能分解而放出的气体中含有较多的卤素（F、Cl等）和氮（N）的有机材料具有自消火性。

导热系数

3.49

1.51

0.80

横纹 0.17

顺纹 0.35

比热

0.48

0.92

0.84

0.88

2.5

几种典型材料的热性质指标

材料导热系数

泡沫塑料 0.035

水 0.58

冰 2.33

密闭空气 0.023

比热

1.30

4.19

2.05

1.00



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材料

普通黏土砖砌体

普通钢筋混凝土

普通混凝土

页岩陶粒混凝土

普通钢筋混凝土

温度

500

200

400

500

常见材料的热性能

注解材料

最高使用温度

预应力混凝土

最高使用温度

火灾时最高允许温度

钢材

木材

花岗岩

石灰岩、大理岩

温度

400

350

260

575

750

注解

火灾时最高允许温度

火灾危险温度

相变发生急剧膨胀温度

开始分解温度

5. 材料的声学性质

（1）吸声

声波传播时，遇到材料表面，一部分将被材料吸收，并转变为其他形式的能。

吸声系数：被吸收是能量E与传递给材料表面的总声能E0之比，即

＝均吸声系数≥0.2的材料。孔隙越多，越细小，吸声效果越好。增加材料厚度对低频吸声效果提高，对高频影响不大。

（2）隔声

定义：材料阻止声波的传播。是环境中控制噪声的重要措施。

墙体的单位面积质量越大，隔声效果越好。因此，砖及混凝土等材料的结构，隔声效果都很好。

表示方法：隔声量，即入射与透过材料声能相差的分贝数。隔声量越大，隔声性能越好。

6. 材料的光学性能

（1）光泽度

定义：材料表面反射光线能力的程度。

颜色越浅，表面越光滑其光泽度越大。光泽度越大，表示材料表面反射光线能力越强。

（2）透光率

定义：光透过透明材料时，透过材料的光能与入射光能之比。

厚度越厚，透光率越小。普通窗用玻璃的透光率约为0.75～0.90。

材料的力学性质

1. 强度及强度等级

（1）材料的强度

定义：材料在外力作用下，抵抗破坏的能力。

两种情况：

①当内部应力值达到某一值后，应力不再增加也会产生较大的变形，此时虽未达到极限应力值，却使构件失去了使用功能。如钢材以屈服点值作为钢材的设计依据。

②应力未能使材料出现屈服现象就以达到了其极限应力值而出现断裂。如几乎所有的脆性材料：石材，普通砖，混凝土等。

（2）分类：材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、及抗弯强度等。

影响因素：孔隙率、试件的形状、尺寸、表面状况、含水程度、温度、及加荷载的速度等。

（3）强等级度、比强度

①强度等级

将建筑材料按极限强度划分为不同的等级，即强度等级。石材、普通砖等脆性材料，以抗压强度来划分等级；建筑钢材以屈服点作为划分依据。

②比强度

用来评价材料是否轻质高强的指标。等于材料的强度于其表观密度之比。数值大者，材料质轻高强。

常用材料的比强度

材料名称表观密度强度值比强度

7800 235 0.0301

低碳钢

500 34 0.0680

松木

2400 30 0.0125

普通混凝土

1700 10 0.0059

红砖

2. 弹性和塑性

（1）弹性

定义：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状、尺寸的性质。能够完全恢复的变形称为弹性变形。

特点：符合胡克定律，用弹性模量E来反映材料抵抗变形的能力。E越大，越不易变形。

（2）塑性变形

定义：材料在外力作用下产生不能自行恢复的变形，且不破坏的性质。实际上，单纯的塑性或弹性都是不存在的。

3. 脆性和韧性

越大，表明吸声能力越强，材料对不同频率的声波的吸收能力也有所不同，通常采用频率为125、250、500、1000、2000、4000Hz的平EE07

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（1）脆性

材料在外力作用下，直至断裂前只发生弹性变形，不出现明显的塑性变形而突然破坏的性质。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，其抗冲击及动荷载能力很强。

（2）韧性

定义：材料在冲击、震动荷载作用下，能承受很大的变形而不致破坏的性质。采用冲击试验检验。

材料的装饰性

建筑材料对建筑物的装饰作用主要取决于建筑材料的色彩和材料本身的质感。

1. 色彩

建筑物的色彩首先应利用建筑材料的本色，这是最合理、经济、方便、可靠的来源。获得色彩的第二个来源是采用天然的矿物颜、植物染料及人工合成染料来改变建筑材料的色彩。最经济的办法是采用饰面材料本身来装饰建筑物。

2. 质感

质感是指人们对建筑材料外观质地的一种感觉。它包括的内容很多，如材料表面粗糙或细腻的程度；材料本身的纹理与花样等。质感取决于所有材料外，更重要的是取决于材料的加工方法和加工程度。一定的分格峰、凹凸线条也是构成饰面装饰效果的因素。此外，质感的丰富与贫乏、粗犷与细腻是在比较中体现的。

材料的耐久性

定义：材料在使用环境中，在多种因素作用下能经久不变质，不破坏而保持原有性能的能力

材料受自然因素的影响，如：物理作用（干湿类型、温度类型、冻融循环等），化学作用（酸、碱、盐类等物质的水溶液及有害气体作用），生物作用（昆虫、菌类等对材料的蛀蚀作用及腐朽作用）。

耐久性是一项综合性质。它包括抗渗性、抗冻性、抗风化性、耐蚀性、耐老化性、耐热性、耐磨性。不同材料其耐久性的，内容各不相同。

无机矿质材料抗风、抗冻性

金属材料化学腐蚀作用

木材等有机材料生物作用

沥青，高分子材料老化

提高耐久性的方法：

（1）提高材料本身对外界作用的抵抗力（提高密实度改变孔结构，选择恰当的组成材料等）。

（2）用其他材料对主体材料加以保护（覆面，刷涂料等）。

（3）减轻环境条件对材料的破坏作用（对材料处理或采取必要构造措施）。

第二章无机气硬性胶凝材料

石灰

1．石灰的生产

石灰是将含碳酸钙的天然岩石在高温下煅烧而成。

2. 石灰的熟化与硬化

（1）石灰的熟化：生石灰（氧化钙）与水发生作用生成熟石灰（氢氧化钙）的过程。

CaCO3CaOCO2

9001100C。CaOH2OCaOH264.8kJ伴随着熟化过程，放出大量的热，并且体积迅速膨涨1～2.5倍。

（2）石灰的硬化

①干燥硬化

石灰浆体在干燥过程中，毛细孔隙失水，使得由于水的表面张力作用而产生的毛细管压力增大，使氢氧化钙颗粒变得紧密，产生一定强度同时体积明显缩小的过程。

②碳化硬化

氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体的过程，反应如下：

3. 石灰的技术要求

（1）根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、未消化残渣含量（欠火石灰、过火石灰及杂质含量）、二氧化碳含量及产浆量（1kg生石灰制得石灰膏的体积数L）化分为优等品、一等品和合格品。

（2）根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、二氧化碳含量及细度化分为优等品、一等品和合格品。

（3）根据有效氧化钙和有效氧化镁含量、游离水含量、体积安定性及细度为优等品、一等品和合格品。

4. 石灰的性质与应用

（1）石灰的性质：①保水性与可塑性好。②凝结硬化慢、强度低。③耐水性差。④干燥收缩大。

（2）石灰的应用

①石灰乳和砂浆：石灰加大量水所的稀浆，即石灰乳。主要用于室内粉刷。石灰膏或消石灰粉可配制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于抹灰和砌筑。

CaOH2CO2H2OCaCO32H2O

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②灰土和三合土：消石灰粉与粘土拌和后称为灰土或石灰土，再加砂、石屑、炉渣即成三合土，使土的密实度、强度和耐水性得到改善三合土广泛用于建筑物的基础和道路的垫层。

③硅酸盐混凝土及其制品。如：粉煤灰砖及砌块、灰沙砖及砌块、加气混凝土等。

石膏

1. 石膏的生产与品种

石膏的原料：含硫酸钙的二水天然石膏（生石膏）或硫酸钙的化工副产品和废渣。

名称制作特点与用途

该半水石膏的晶粒较为细小，称为建筑石膏

将天然二水石膏在107～170℃的干燥条件下加热，脱去部分水分即得。

模型石膏

将二水石膏置于蒸压釜中，在127kPa的水蒸气高强度石膏

中脱水，得到晶粒比型半水石膏粗大、使用时拌合用水量少的半水石膏，称为型半水石膏。将此熟石膏磨细得到的白色粉末。

型半水石膏。

将此熟石膏磨细得到的白色粉末称为建筑石膏。

型半水石膏，但杂质少、色白。主要用于陶瓷制配柸工艺，少量用于装饰浮雕。

拌合时水用的少，硬化后有较高的密实度，所以强度高。

用于室内高级抹灰、装饰制品、石膏板等。

2. 建筑石膏的凝结与硬化

（1）建筑石膏的水化

由于二水石膏的溶解度较半水石膏的溶解度小许多，所以二水石膏从过饱和溶液中不断析出结晶并沉淀。二水石膏的析出促使上述反应不断进行。

（2）建筑石膏的凝结与硬化

①凝结：随着水化的不断进行，生成的二水石膏胶体微粒不断增多，这些微粒较原来的半水石膏更加细小，比表面积很大，吸附着很多的水分；同时浆体中的自由水分由于水化和蒸发而不断减少，浆体的稠度不断增加，胶体微粒间的接近及相互之间不断增加的范得华力，使浆体逐渐失去可塑性。

②硬化：随水化的不断进行，二水石膏胶体微粒凝聚并转变为晶体，如图2.1所示。晶体颗粒逐渐长大，且晶体颗粒间相互搭接、交错、共生，产生强度。

11CaSO4H2O1H2OCaSO42H2O22

浆体的凝结硬化过程是一个连续进行的过程。将浆体开始失去可塑性的状态称为浆体

初凝，从加水至初凝的时间称为初凝时间；浆体完全失去可塑性，并开始产生强度称为浆体终凝，从加水至终凝的时间称为浆体的终凝时间。

3. 建筑石膏的技术要求

建筑石膏的技术主要有强度、细度和凝结时间。各等级的强度和细度须满足下表中的规定。

等级优等品一等品合格品

抗折强度（MPa），不小于

2.5 2.1 1.8

4.9 3.9 2.9

抗压强度（MPa），不小于

细度

5.0 10.0 15.0

0.2mm方孔筛余（％），不大于

注：表中强度值为2h的强度值。

且各等级建筑石膏的初凝时间不得小于6min，终凝时间不得大于30min。

4. 建筑石膏的性质与应用

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（1）建筑石膏的性质

①凝结硬化快

建筑石膏在加水拌合后，浆体在10min内便开始失去可塑性，30min内完全失去可塑性而产生强度。初凝时间短，须加缓凝剂。

石膏的强度发展较快，2h的抗压强度可达3～6MPa，7d时可达最大的抗压强度值约为8～12MPa。

②体积微膨胀

石膏浆体在凝结硬化初期会产生微膨胀，这一特性使石膏制品的表面光滑、尺寸精确、形体饱满、装饰性好。加之石膏制品洁白、细腻，特别适合制作建筑装饰制品。

③孔隙率大

石膏制品的孔隙率达50％～60％，体积密度为800～1000kg/m ，导热系数小，吸声性较好，属于轻质保温材料。但因石膏制品的孔隙率大，且二水石膏可微溶于水，故石膏的抗渗性、抗冻性和耐水性差。石膏的软化系数只有0.2～0.3。

④具有一定的调温调湿性能

建筑石膏制品的比热较大，因而具有一定的调节温度的作用。它内部的大量毛细孔隙对空气中的水蒸气具有较强的吸附能力，所以对室内空气湿度有一定的调节作用。

⑤防火性好、但耐火性较差

石膏的导热系数小，传热慢，且二水石膏受热脱水产生的水蒸气能阻碍火势的蔓延。但二水石膏脱水后，强度下降，因而不耐火。

（2）建筑石膏的应用

建筑石膏的用途很广，主要用于室内抹灰、粉刷和生产各种石膏板等。

①室内抹灰和粉刷

由于建筑石膏的优良特性，常被用于室内高级抹灰和粉刷。建筑石膏加水、砂及缓凝剂拌合成的石膏砂浆，用于室内抹灰。抹灰的表面光滑、细腻、洁白美观。

②石膏板

种类制作特点用途

以建筑石膏为主要原料，掺入适量的生产效率高，但纸板用主要用于隔墙、内墙纤维材料、缓凝剂等作为芯材，并以量大，成本较高。等

纸面石膏板纸板作为增强护面材料，经加水搅拌、浇注、辊压、凝结、切断、烘干等工序制得。

以纤维材料为增强材料，与建筑石膏、强度高于纸面石膏板，用于隔墙、内墙，还纤维石膏板缓凝剂、水等经特殊工艺制成规格基本相同，但生产可以用来代替木材效率低。制作家具。

以建筑石膏为主要原料，掺入适量的造型美观、装饰强，具主要用于公共建筑纤维增强材料和外加剂，与水一起搅有良好的吸声、防火功的内墙、吊顶等。

装饰石膏板

拌成均匀的料浆，经浇注成型、干燥能，

而成的不带护面纸的装饰板材

以建筑石膏为主，加入适量的轻质多

主要用于隔墙、内墙空心石膏板孔材料、纤维材料和水经搅拌、浇注、等。

振捣成型、抽芯、脱模、干燥而成

以装饰石膏板或纸面石膏板为基板，

用于吸声性要求高吸声用穿孔石膏板

背面粘贴或不贴背覆材料的建筑

建筑石膏在贮运中，应防潮防水，且储存期不宜超过三个月。过期或受潮都会使其强度显著降低。

菱苦土

1．定义

菱苦土，又称镁质胶凝材料或氯氧化镁水泥，是由含MgCO3为主的原料，在750～850℃下煅烧，经磨细而得的一种白色或浅黄色粉33末，其主要成分为MgO。煅烧适当的菱苦土，密度为3.1～4.1g/cm、堆积密度为800～900kg/m。

2．水化与硬化

（1）水化：菱苦土与水拌合后的迅速水化并放出大量的热，但其凝结硬化很慢，强度很低。通常用氯化镁的水溶液来拌合

（2）硬化：氯化镁可大大加速菱苦土的硬化，且硬化后的强度很高。7天左右可达最高强度，属于轻质高强材料。硬化后的主要产物22为,其吸湿性大、耐水性差。遇水或吸湿后易产生翘曲变形，表面泛霜，且强度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮湿环境。为改善其耐水性，可采用硫酸镁、硫酸亚铁来拌合，但强度有所降低。也可掺入少量的磷酸盐或防水剂。此外还可掺入活性混合材料，如粉煤灰等。

（3）菱苦土与各种纤维的粘结良好，且碱性较低，对各种纤维和植物的腐蚀较弱。建筑上常用菱苦土与木屑及氯化镁溶液。它具有保温、防火、防爆及一定的弹性。

（4）保存：菱苦土存放时，须防潮、防水，且贮存期不宜超过三个月。过期或受潮均会使其强度发生显著的下降。

水玻璃

1．水玻璃的组成

（1）水玻璃：俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。水玻璃为青灰色或淡黄色粘稠状液体。

（2）钠水玻璃：建筑常用的为硅酸钠的水溶液。

（3）钾水玻璃：硅酸钾的水溶液。

（4）模数：二氧化硅与氧化钠的摩尔数的比值n。模数越高，越难溶于水，水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘接力与强度、耐热性与耐酸性越高。

xMgOyMgClzHO

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（5）浓度：浓度越高，则水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘接力与强度、耐热性与耐酸性越高。但浓度太高，则黏度太大不利于施工操作，难以保证质量。

2．水玻璃的硬化

加入氟硅酸钠作为促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。

3．水玻璃的性质

（1）粘结力强、强度较高：水玻璃在硬化后，其主要成分为二氧化硅凝胶和氧化硅，因而具有较高的粘结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达15～40Mpa。

（2）耐酸性好：由于水玻璃硬化后的主要成分为二氧化硅，其可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机和有机酸。用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。

（3）耐热性好：硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥。

22由于22可（4）耐碱性和耐水性差：水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃溶于碱，且可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高耐水性，常采用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。

4．水玻璃的应用

（1）涂刷材料表面，提高抗风化能力：可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。但不能用以涂刷或浸泽石膏制品，因为硅酸钠会与硫酸钙反应生成硫酸钠，在制品孔隙中结晶，体积显著膨胀，从而导致制品破坏。

（2）配制速凝防水剂：水玻璃加两、三种或四种矾，即可配制成所谓的二矾、三矾、四矾速凝防水剂。

（3）修补砖墙裂缝：将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到粘接和补强作用。

（4）加固土：将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土中，生成的硅酸凝胶和硅酸钙凝胶可使土固结，从而避免了由于地下水渗透引起的土下沉。

（5）存放：密闭存放，长期存放会有沉淀，使用时搅拌均匀。

NaOnSiONaOnSiO第三章水泥

硅酸盐类水泥

硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成分的各种水泥的总称。

硅酸盐水泥

普通硅酸盐水泥

矿渣硅酸盐水泥

火山灰质硅酸盐水泥

粉煤灰硅酸盐水泥

复合硅酸盐水泥

砌筑水泥

道路水泥

油井水泥

快硬硅酸盐水泥

白色硅酸盐水泥

硅酸盐膨胀水泥

中热、低热矿渣硅酸盐水泥

通用水泥

硅酸盐水泥

专用水泥

特性水泥

1．硅酸盐水泥的生产和组成

硅酸盐水泥是硅酸盐类水泥品种中最重要的一种。由水泥熟料和适量石膏共同粉磨制成。工艺流程如下。

（1）硅酸盐水泥熟料

①硅酸盐水泥熟料的生产

以适当比例的石灰质原料（如石灰岩）、黏土质原料（如黏土、黏土质页岩）和少量校正原料（如铁矿粉）共同磨细制成生料，将生料送入水泥窑（立窑或回转窑）中进行高温煅烧（约1450℃），生料经烧结成为熟料。矿物成分是：硅酸三钙（3CaO﹒SiO，简式C3S）、硅酸二钙（2CaO﹒SiO2，简式C2S）、铝酸三钙（3CaO﹒Al2O3，简式C3A）、铁铝酸四钙（4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3，简式C4AF）。

②酸盐水泥熟料的矿物组成及特性

硅酸盐水泥熟料矿物的特性

含量密度水化反应速度

（%）（g/cm3）

3.25

37～60 快

3.28

15～37 慢

7～15

10～18

3.04

3.77

最快

快

矿物成分

3CaO﹒SiO2 C3S

2CaO﹒SiO2 C2S

3CaO﹒Al2O3 C3A

4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3 C4AF

水化放热量

大

小

最大

中

强度

高

早期低，后期低

低

可以通过调整配料比例和生产工艺，改变熟料矿物的含量比例，制的性能不同的水泥。如提高C3S含量，可制成高强水泥；提高C3S

C3A含量，可制得快硬水泥；降低C3S C3A含量，提高C2S含量，可制得中、低热水泥；提高C4AF含量，降低C3A含量，可制得道路水泥。

（2）石膏缓凝剂

石膏的加入可以使水泥凝结速度减慢，使之便于施工操作。作为缓凝剂的石膏可采用天然二水石膏、半水石膏、硬石膏或工业副产品石膏（磷石膏、盐石膏）。石膏掺加量一般为水泥质量的3%～5%。

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（3）水泥混合材料

①活性混合材料

具有火山灰性或潜在水硬性的矿物材料。

火山灰性：磨成细粉与消石灰和水拌合后，在湿空气中能够凝结硬化，并在水中继续硬化的性能。

潜在水硬性：磨成细粉与石膏粉和水拌合后，在湿空气中能够凝结硬化，并在水中继续硬化的性能。

活性混合材料含有活性氧化硅、活性氧化铝。常用的性混合材料主要包括：粒化高炉矿渣、火山灰质材料、煤灰等、

粒化高炉矿渣：高炉冶炼生铁时，浮在铁水表面的熔融物经极冷处理成疏松颗粒状材料。主要成分是Al2O3 CaO SiO2。

火山灰质混合材料：火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅藻土、自然煤矸石、煅烧煤矸石、煤渣、烧页岩、烧黏土、硅灰等。

粉煤灰：由煤粉燃烧炉烟道气体中搜集的粉末。

②非活性混合材料

掺入水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物材料称为非活性混合材料，又称惰性混合材料。常用的有：石灰石、石英石、粘土、慢冷矿渣以及不符合质量要求的活性混合材料。

2．硅酸盐水泥的水化和凝结硬化

水泥的凝结：水泥加水拌合后成为可塑性的水泥浆，水泥颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性。

水泥的硬化：随着水泥水化的进一步进行，凝结了的水泥浆开始产生强度并逐渐发展成为坚硬的水泥石。

水泥的凝结、硬化是水泥水化的外在反映，它是一个连续的、复杂的物理化学变化过程

（1）熟料矿物的水化反应

水泥熟料化学成分与矿物成分的简写形式

氧化物

CaO

SiO2简写

矿物分子式

3 CaO﹒SiO2

2 CaO﹒SiO2

3 CaO﹒Al2O3

4 CaO﹒Al2O3﹒Fe2O33

矿物名称

硅酸三钙

硅酸二钙

铝酸三钙

铁铝酸四钙

简写

C3S

C2S

C3A

C4AF

Al2O3

Fe2O33

2 C3S + 6H = C3S2H3+ 3Ca (OH)2

2 C2S + 4H = C3S2H3+ Ca (OH)2

C3A + 6H = C3AH6

C4AF + 7H = C3AH6+ CFH

熟料矿物反应的基本特性

矿物

C3S

C2S

C3A

反应速度

快

慢

极快

强度

早期

高

低

高

后期

高

低

水化热

中

小

大

耐化学侵蚀性

中

良

差

干缩

中

小

大

快低低小优小

C4AF

综上所述，忽略一些次要、少量成分，则硅酸盐水泥熟料矿物与水反应后，生成是主要水化产物为：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥石中，凝胶体约占70%，氢氧化钙约占20%。

（2）石膏的缓凝作用

石膏在水泥水化过程初期参与水化反应，与最初生成的水化铝酸钙反应。

在上述反应生成的水化铝酸钙不溶于水，呈针状晶体沉积在水泥颗粒表面，抑制了水化速度极快的铝酸三钙与水的反应，使水泥凝结速度减慢，起可靠的缓凝作用。水化硫铝酸钙晶体也称为钙矾石晶体，水泥完全硬化后，钙矾石晶体约占7%，它不仅在水泥水化初期起缓凝作用，而且会提高水泥的早期强度。

（3）碳酸盐水泥凝结硬化

硅酸盐水泥的凝结硬化过程一般按水化反应速率和水泥浆体结构特征分为：初始反应期、潜伏期、凝结期和硬化期四个阶段。

水泥凝结硬化时的几个划分阶段

凝结硬化阶段

初始反应期

潜伏期

凝结期

一般的放热反应速度

168J/g·h

4.2 J/g·h

在6h内逐渐增加到21

一般的持续时间

5～10min

主要的物理化学变化

初始溶解和水化

凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长

膜层破裂，水泥颗粒进一12

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硬化期

J/g·h

在24内逐渐降低到4.2

J/g·h

步水化

6h至若干年凝胶体填充毛细孔

①初始反应期

水泥与水接触立即发生水化反应，C3S水化生成Ca(OH)2溶于水中，溶液pH值迅速增大至13，当溶液达到过饱和后，Ca(OH)2开始结晶析出。同时暴露在颗粒表面的C3A溶于水，并与溶于水的石膏反应，生成的钙矾石晶体析出，附着在水泥颗粒表面。这一阶段大约经过10min，约有1%的水泥发生水化

②潜伏期

在初始反应期之后，约有1～2h的时间，由于水泥颗粒表面形成水化硅酸钙溶胶和钙矾石晶体构成的膜层，阻止了与水的接触使水化反应速度很慢，这一阶段水化放热量小，水化产物增加不多，水泥浆体仍保持塑性。

③凝结期

在潜伏期中，由于水缓慢穿透水泥颗粒表面的包裹膜，与矿物成分发生水化反应，而水化生成物穿透膜层的速度小于水分渗入膜层的速度，形成渗透压，导致水泥颗粒表面膜层破裂，使暴露出来的矿物进一步水化。结束了潜伏期。水泥水化产物体积约为水泥体积的2.2倍，生成的大量的水化产物填充在水泥颗粒之间的空间，水的消耗与水化产物的填充使水泥浆体逐渐变稠失去可塑性而凝结。

④硬化期

在凝结期以后，进入硬化期，如图3.2所示。水泥水化反应继续进行使结构更加密实，但放热速度逐渐下降，水泥水化反应越来越困难，一般认为以后的水化反应是以固相反应的形式进行的。在适当的温度、湿度条件下，水泥的硬化过程可持续若干年。水泥浆体硬化后形成坚硬的水泥石，水泥石是由胶凝体、晶体、未水化完的水泥颗粒以及固体颗粒间的毛细孔所组成的不匀质结构体。

水泥硬化过程中，最初的3天强度增长幅度大，3天到7天强度增长率有所下降，7天到28天强度增长率进一步下降，28天强度已达到较高水平，28天以后强度虽然还会继续发展，但强度增长率却越来越小。

（4）掺混合材料的硅酸盐水泥的凝结硬化

①活性混合材料在水泥中的作用：掺混合材料的硅酸盐类水泥的水化，首先是熟料矿物的水化，熟料矿物水化生成的Ca (OH)2再与活性混合材料发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙；当有石膏存在时，还会进一步反应生成水化硫铝酸钙。

②活性混合材料对水泥性质的影响

a. 掺入大量熟料数量相当减少，水泥中水化快的C3S、 C3A相对减少，二次反应速度会更慢。所有此类水泥凝结硬化过程缓慢，强度的增长速度较低，早期强度较低，但后期强度会赶上甚至超过同强度等级的硅酸盐水泥。由于C3S、 C3A相对减少，二次反应水化放热较低。

b. 二次反应消耗了水化产物中的大部分Ca (OH)2，此类水泥硬化后碱度较低。耐腐蚀性好，耐水侵蚀性好。碱度低的水泥对钢筋的保护作用差，所有掺大量活性混合材料的水泥一般不宜于较强腐蚀条件下的重要的钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土。

3. 水泥石的腐蚀与防止

（1）主要的侵蚀类型

①软水侵蚀（溶出性侵蚀）

硅酸盐水泥属于典型的水硬性胶凝材料，在遇到“硬水”时，有足够的抵抗能力。但是，当水泥石受到冷凝水、雪水、冰川水等比较纯净的“软水”，尤其是流动的“软水”作用时，水泥石中的Ca(OH)2首先溶解，并被流水带走。Ca(OH)2的溶失，又会引起水化硅酸盐、水化铝酸盐的分解，最后变成无胶结能力的低碱性硅酸凝胶、氢氧化铝。这种侵蚀首先源于Ca(OH)2的溶解失去，称为析出性侵蚀。

掺混合材料的水泥耐软水侵蚀性有一定程度的提高。

②酸类侵蚀（溶解性侵蚀）

硅酸盐水泥水化生成物显碱性，当遇到酸或酸性水时即发生中和反应，生成溶入水的盐类，导致水泥石受损坏。

a 碳酸的侵蚀

工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳：

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Ca(OH)2 + CO2+ H2O = CaCO3+ 2 H2O

最初生成的CaCO3溶解度不大，但继续处于浓度较高的碳酸水中，则碳酸钙与碳酸水进一步反应。

CaCO3+ CO2+ H2O = Ca(HC O3)2

Ca(OH)2 的浓度的降低会导致其他水化产物的分解，腐蚀作用加剧。

b 一般酸的腐蚀

工业废水、地下水、沼泽水中常含有多种无机酸、有机酸。工业窑炉是烟气中常含有二氧化硫，遇水后生成亚硫酸。以盐酸，硫酸与水中是Ca(OH)2作用为例：

Ca(OH)2 + 2HCl = + H2O

Ca(OH)2 + H2SO4= Ca SO4. H2O

反应生成的CaCl2易溶于水，Ca SO4. H2O结晶膨胀，还会进一步引起硫酸盐的腐蚀作用。

③盐类的侵蚀

a 硫酸盐的侵蚀（膨胀性侵蚀）

在海水、湖水、盐沼水、地下水和某些工业污水中，常含有钾、钠、氨的硫酸盐，它们与水泥石中的Ca(OH)2起置换反应生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中固态水化铝酸钙作用生成高硫型水化硫铝酸钙。

生成的高硫型水化硫铝酸钙含大量的结晶水，体积膨胀1.5倍以上，在水泥石中产生内应力，造成极大的膨胀破坏作用。高硫型水化硫铝酸钙晶体呈针状，对水泥石危害严重，所以称其为“水泥杆菌”。

b 镁盐腐蚀（双重腐蚀）

在海水、盐沼水、地下水中，常含有大量的镁盐，如硫酸镁、氯化镁。它们会与水泥石中的Ca(OH)2起复分解反应。

反应生成的二水石膏会进一步引起硫酸盐膨胀性破坏，氯化钙易溶于水，而氢氧化镁疏松无胶凝作用。因此镁盐的侵蚀又称双重侵蚀。

④强碱的腐蚀

当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，则溶于水的铝酸钠会与空气中的CO2反应生成碳酸钠，由于水分失去，碳酸钠在水泥石毛细管中的结晶膨胀，引起水泥石疏松、开裂。

除上述四种侵蚀类型外，对水泥石有腐蚀作用的还有糖、酒精、脂肪、铵盐和含环烷酸的石油产品等。

水泥石的腐蚀往往是多种腐蚀介质同时存在的一个极其复杂的物理化学作用过程。

外部因素:侵蚀介质。

内在因素：一是石中含有腐蚀的成分，即Ca(OH)2和水化铝酸钙；二是水泥石不密实。水泥水化反应理论需水量仅为水泥质量的23%，而实际应用时拌合用水量多为40%～70%，多余水分会毛细管和孔隙存在于水泥石中，侵蚀介质不仅在水泥石表面起作用，而且易于进入水泥石内部引起严重破坏。

由于硅酸盐水泥水化生成物中，Ca(OH)2和水化铝酸钙含量较多，所以其耐侵蚀性较其他品种水泥差。掺混合材料的水泥水化反应生成物中Ca(OH)2明显减少，其耐侵蚀性比硅酸盐水泥显著改善。

（2）防止水泥石腐蚀的措施

①合理选择水泥品种

软水或浓度很小的一般酸条件下，宜选用Ca(OH)2较少的水泥。

硫酸盐侵蚀的工程，宜用铝酸钙含量低于5%的抗硫酸盐水泥。

②提高水泥石密实度

措施：强制搅拌、振动成型、真空吸水、掺加外加剂等，或在满足施工操作前提下，努力减少水灰比，提高水泥石密实度。

③表面加做保护层：保护层的材料常用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。

4. 硅酸盐水泥的技术性质

（1）细度：表示水泥颗粒的粗细程度。

颗粒越细，水化反应速度快，水化放热快，凝结硬化速度快，早期强度高。但颗粒过细，耗能高、成本高，硬化收缩率大，易引起开裂。硅酸盐水泥的细度以比表面积法表示，普通硅酸盐水泥及其他几种通用水泥的细度用筛析法表示。

（2）凝结时间：

水泥从合水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝时间和终凝时间。

初凝时间：自加水拌合起，至水泥浆开始凝结所需要的时间。

终凝时间：自加水拌合至水泥浆完全凝结开始产生强度的时间。

工程上要求初凝时间不能过短，是为了保证施工过程能从容的在水泥浆初凝之前完成。终凝时间不可过长，因为水泥终凝后才开始产生强度，而水泥制品遮盖浇水养护以及下面工序的进行，需待其具有一定强度后方可进行。

终凝时间的测定：在规定的恒温恒湿环境中，受测水泥浆必须是标准稠度的水泥浆。

标准稠度用水量：指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合水量，以占水泥质量的百分率表示。

（3）安定性：

水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。

①安定性不良：当水泥浆体硬化过程发生不均匀变化时，会导致膨胀开裂、翘曲。

②引起水泥安定性不良的因素：CaO MgO SO3，均引起膨胀开裂。

③检测方法：国家标准规定用沸煮法检验。包括试饼法，雷氏法。

④国家规定通用水泥f—MgO含量不得超过5%，SO3含量不超过3.5%。通过定量化学分析，控制SO3、f—MgO含量，保证长期安定性合格。

3CaOAl2O36H2O3(CaSO42H2O)19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O

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（4）强度与强度等级

①水泥的强度：以水泥、标准砂、水按规定比例拌合成水泥胶砂拌合物，再按规定方法制成软练水泥胶砂试件，测其不同龄的强度。

②强度等级：以水泥软练胶砂试件规定龄期的抗折强度和抗压强度数据评定。又根据3天强度分为普通型和早强型。

（5）水化热：

水泥与水的水化反应是放热反应，所释放的热称为水化热。取决于水泥熟料的组成。大部分水化热在水泥初期放出。

硅酸盐水泥是六种通用水泥中水化热最大、放热速率最快的一种，水泥的水化热多，有利于冬期施工，可在一定程度上防止冻害。但不利于大体积工程，大量水化热聚集于内部，造成内部与表面有较大温差，内部受热膨胀，表面冷却收缩，使大体积混凝土在温度应力下严重受损。

（6）水泥的密度和堆积密度

水泥的密度：主要与熟料的质量、混合材料的掺量有关。

水泥的堆积密度：除与水泥组成、细度有关外，主要取决于堆积的密实程度。堆积密

度约为1000～1600kg/m3，通常取1300 kg/m3。

5. 通用水泥

（1）硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥

①定义、代号

a. 硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉煤渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。分两种类型：Ⅰ型—不掺混合材料，代号P﹒I；Ⅱ型—掺入不超过5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号P﹒Ⅱ。

b. 普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混合材料、适量石膏磨细制成

的水硬性胶凝材料，代号P﹒O。

②技术要求

a. 细度：硅酸盐水泥比表面积大于300㎡/kg，普通水泥80方孔筛筛余不得超过10.0%。

b. 凝结时间：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。普通水泥的初凝不得早于45min，终凝不得不迟于10h。

c. 安定性：用沸煮法检验必须合格。为保证安定性6% SO3≤3.5%。d 强度：水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各期强度不得低于表值。（R表示早强型水泥）

抗压强度抗折强度（MPa）

品种强度等级

3d 28d 3d 28d

42.5 17.0 42.5 3.5 6.5

42.5R 22.0 42.5 4.0 7.0

52.5 23.0 52.5 4.0 7.0

硅酸盐水泥

52.5R 27.0 52.5 5.0 7.0

62.5 28.0 62.5 5.0 8.0

62.5R 32.0 62.5 5.0 8.0

32.5 11.0 32.5 2.5 5.5

32.5R 16.0 32.5 2.5 5.5

42.5 16.0 42.5 3.5 6.5

普通水泥

42.5R 21.0 42.5 4.0 6.5

52.5 22.0 52.5 4.0 7.0

52.5R 26.0 52.5 5.0 7.0

标准中规定，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合规定时，均为废品。

凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级规定的指标时，称不合格品。

当使用含活性成分的骨料时，为了避免碱骨料反应的发生，应按照标准要求控制碱含量。

③特性、应用

a. 强度高：适合早期强度要求高的工程。

b. 水化热高：用于冬季施工常可避免冻害，但高放热量对大体积混凝土工程不利。

c. 抗冻性好：密实度大，抗冻性优于其他通用水泥。适用于严寒地区受反复冻融作用的

混凝土工程。

d. 碱度高、抗碳化能力强，适用于重要的钢筋混凝土结构和预应力混凝土工程。

e. 耐蚀性差：含有大量的Ca(OH)2和水化铝酸钙，容易引起软水、酸类和盐类的侵蚀。

f. 耐热性差：在250℃温度时水化物开始脱水，水泥石强度降低。

（2）矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥

①定义、代号

名称定义代号掺加量（按重量%）

矿渣硅酸盐水泥

火山灰质硅酸盐水泥

粉煤灰硅酸盐水泥

②技术要求

由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、石膏磨细制成的水硬性胶凝材料

由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、石膏磨细制成的水硬性胶凝材料

由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料

P.S

P.P

P.F

20%～70%

20%～50%

20%～40%

GB/T1344-1999规定的技术要求如下：a. 细度 80m方孔筛筛余量≤10.0%；b. 凝结时间初凝不早于45min,终凝不迟于10h；c. 安定性用煮沸法检验必须合格，熟料中MgO≤5.0%；d强度强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分。



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矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥强度等级、各龄期强度最低值

强度等级

32.5

32.5R

42.5

42.5R

52.5

52.5R

抗压强度（Mpa）

3d 28d

10.0 32.5

15.0 32.5

15.0 42.5

19.0 42.5

21.0 52.5

23.0 52.5

抗折强度（MPa）

3d 28d

2.5 5.5

3.5 5.5

3.5 6.5

4.0 6.5

4.0 7.0

4.5 7.0

③矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥的特性与应用

共同特性：a.早期强度低，后期强度高；b. 水化热低，不宜冬季施工，但适合大体积混凝土工程；c. 耐蚀性好；d. 蒸汽养护效果好；e.抗碳化能力差，对防止钢筋锈蚀不利；f.

抗冻性、耐磨性差，不适于受反复冻融作用的工程和有耐磨性要求的工程，各自特性如下表：

名称特性

矿渣硅酸盐水泥

耐热性好，泌水性、干缩性大；

干缩率大，应有较长的养护期

火山灰质硅酸盐水泥

抗渗性好，抗大气性好，在干燥空气中，易起粉；

干缩率大，应有较长的养护期

粉煤灰硅酸盐水泥

与火山灰质水泥基本相同，但拌合物需水量较小，干缩率较小，抗裂性好；

早期强度更低，水化热低，抗碳化能力更差

（2）复合硅酸盐水泥

定义由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水泥胶凝材料

代号 P.C

细度 80m方孔筛筛余量≤10.0%。

技术要求

凝结时间初凝不早于45min,终凝不迟于10h.

GB12958-1999

安定性用煮沸法检验必须合格，熟料中MgO≤5.0%

强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R

性能及应用早期强度高，其他性质与矿渣、火山灰质水泥相近

6. 专用水泥

定义：为满足工程要求而生产的专门用于某种工程的水泥。

砌筑水泥道路水泥

由活性混合材料或具有水硬性的工业废料道路硅酸盐水泥熟料以适当成分的生料至部分为主要原料，加入少量硅酸盐水泥熟料和石熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量铁铝酸定义及代膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料盐是硅酸盐水泥熟料

号代号 M 道路硅酸盐水泥由道路硅酸盐水泥熟料，0～10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料

（1）细度 80m方孔筛筛余量≤10.0%。

1 MgO≤5.0%

（2）凝结时间初凝不早于45min,终凝不迟于12h.

2 SO3≤3.5%

（3）安定性用煮沸法检验必须合格，熟料3烧失量≤3.0%

4游离CaO≤1.0%（旋窑）；≤1.8%（立窑）

中SO3≤4.0%

5碱含量由用户提出要求

（4）强度等级分为12.5、22.5

6铝酸三钙≤5.0%

技术要求

（5）保水率不低于80%

7铁率酸四钙不得小于16.0%

8细度比表面积为300～450㎡/kg

9凝结时间初凝不早于45min,终凝不迟于10h

10安定性用煮沸法检验必须合格

1 11 28天干缩率≤0.1%

2 12 28天磨损量不得大于3.0kg/㎡

3 13 强度等级、龄期见下表

强度等级低，降低成本，干缩率小、抗冻性好、耐磨性好、抗折强度高、特点

适用于砖、石、砌体的砌筑砂浆和内墙抹面抗冲击性好。

砂浆适用于道路路面和对耐磨性、抗干缩性要求高混凝土工程。

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道路硅酸盐水泥各强度等级、各龄期强度最低值

强度等级

32.5

42.5

52.5

抗折强度（MPa）

3d 28 d

3.5 6.5

4.0 7.0

5.0 7.5

抗压强度（MPa）

3 d 28 d

16.0 32.5

21.0 42.5

26.0 52.5

7. 特性水泥：与通用硅酸盐水泥相比较有突出特性的水泥。

（1）快硬硅酸盐水泥

①定义：凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以3d抗压强度表示标号的水硬性

胶凝材料。

②制造方法：和硅酸盐水泥基本相同，提高熟料中硅酸三钙和铝酸三钙含量；适当增加

石膏掺加量；提高水泥粉磨细度。

快硬水泥各标号、各龄期强度不得低于表值

抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）

1d 3d 28d 1d 3d 28d

325 15.0 32.5 52.5 3.5 5.0 7.2

375 17.0 37.5 57.5 4.0 6.0 7.6

425 19.0 42.5 62.5 4.5 6.4 8.6

③特性及应用：水化热高、早期强度高、不透水性和抗冻性好。适用于早强、高强混凝土，特别适合紧急抢修工程和低温施工工程。水化活性高，容易吸潮风化与失效。

（2）白色硅酸盐水泥

①定义：以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分，氧化铁含量少的熟料。

②制造方法：采用纯净的石灰石、纯石英砂、高岭土作原料，采用无灰分的可燃气体或液体燃料，磨机采用铸石衬板，研磨体用石球。生产过程严格控制Fe2O3并尽量可能减少MnO、TiO2等着色氧化物，因此成本较高。

③细度、凝结时间、安定性及强度

细度要求0.080mm方孔筛筛余量不超过10%；初凝时间不早于45min，终凝时间不迟于10h；体积安定性用沸煮法检验必须合格，氧化镁含量不得超过5.0%，三氧化硫不得超过3.5%；按3d、28d的抗折强度与抗压强度分为32.5、42.5、52.5三个强度等级；产品白度值应不低于87。

④废品与不合格品：凡三氧化硫，初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定或强度低于最低等级的指标时为废品。凡细度、终凝时间、强度和白度任一项不符合标准的规定的，或水泥包装标志中品种、生产者名称、出厂编号不全的，为不合格产品。

8. 水泥的风化与贮运

（1）水泥的风化：水泥与空气接触，则会吸收空气中的水分和二氧化碳而发生部分的水化和碳化反应。氢氧化钙吸收二氧化碳，连锁反应会使水泥风化加快。

（2）水泥的贮存：水泥的有效期自出厂之日期为三个月，新出厂水泥28天抗压强度为

标准规定值的1.10～1.15倍，称为水泥强度富于系数。水泥运输、贮存应注意防雨、防潮。不同品种、标号、批次的水泥，严禁混杂使用。

铝酸盐水泥

铝酸盐水泥是以铝酸钙为主要成分的各种水泥的总称。属于特性水泥。品种有：铝酸盐水泥、特快硬矾土水泥、铝酸盐自应力水泥、低钙铝酸盐耐火水泥等。

1. 铝酸盐水泥的矿物组成、水化与硬化

（1）定义：以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得以铝酸钙为主要成分的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料。

（2）主要成分：铝酸一钙（CaO﹒Al2O3，简式CA）和二铝酸一钙（CaO﹒2Al2O3，简式CA2），还有少量的硅酸二钙及其他铝酸盐。

（3）水化与硬化

铝酸盐水泥的水化与硬化主要是铝酸一钙的水化和结晶作用。在不同的温度下铝酸一钙生成物不同。在较低温度下，水化物主要是CAH10和C2AH8,所以铝酸盐水泥水化后密实度大、强度高。在温度大于30℃时，强度则大为降低。CAH10和C2AH8都是不稳定的，会逐步转化为C3AH6。结果使水泥石析出游离水，增大孔隙率；强度下降；虽然硬化快、早期强度很高，但后期强度会大幅下降，在湿热环境尤其严重。

2. 铝酸盐水泥的技术性质

铝酸盐水泥常为黄色或褐色，也有呈灰色的。其密度与堆积密度与硅酸盐水泥相近。按含量百分数分为四类：

CA-50 50%≤Al2O3﹤60%

CA-60 60%≤Al2O3﹤68%

CA-70 68%≤Al2O3﹤77%

CA-80 77%≤Al2O3

国家标准规定：

（1）细度：比表面积不小于300㎡/kg或0.045mm筛余不得超过20%。

（2）凝结时间（胶砂）：CA-50 CA-70 CA-80初凝时间不得早于30min，终凝时间不得迟于6h；CA-60初凝时间不得早于60min，终凝时间不得迟于18h。

3.铝酸盐水泥的特性和应用

（1）长期强度有所降低，铝酸盐水泥不宜用于长期承重结构及处在高温高湿的结构，一般混凝土结构中禁止使用、

（2）早期强度增长快。故宜用于紧急抢修工程及要求早期强度高的特殊工程。

（3）水化热大，且释放速度快。实用于冬季施工，但不宜用于大体积混凝土工程。

（4）最适宜的硬化温度15℃，一般不超过25℃。因此铝酸盐水泥不适用于高温季节施工，也不适合蒸气养护。

水泥标号

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（5）抗硫酸盐侵蚀性强，耐酸性好，但抗碱性差，不得用于接触碱性的工程。

（6）耐热性较高，可以制成适用温度达1300℃～1400℃的耐热混凝土。

（7）铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相混不但产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂，甚至破坏，因此施工时不得与石灰和硅酸盐水泥混合，也不得接触尚未硬化的硅酸盐水泥。

（3）强度：见表值

抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）

水泥类型

6d 1d 3d 28d 6d 1d 3d 28d

CA-50 20 40 50 3.0 5.5 6.5

CA-60 20 45 85 2.5 5.0 10.0

CA-70 30 40 5.0 6.0

CA-80 25 30 4.0 5.0

4. 铝酸盐水泥的特性与应用

①长期强度有降低的趋势，强度降低可能是由于晶体转化造成。

②早期强度增长快，用于紧急抢修工程。

③水化热大，且放热速度快，适用于冬期施工的混凝土工程。

④最适宜的硬化温度为15℃左右，一般不得超过25℃。不适于高温季节施工。

⑤耐热性较高

⑥抗硫酸盐侵蚀性强、耐酸性好，但抗碱性极差，不得用于接触碱性溶液的工程。铝酸钙，是混凝土裂开，甚至破坏。

归纳为：硬化快、早强、高放热、耐水耐酸不耐碱不能与石灰质混用、致密抗渗、耐热性好，不宜高温季节使用。

第四章砼

普通混凝土概述

1. 普通混凝土的组成与结构

(1)组成：水泥、水、砂、石四种组分

(2)结构：水泥与水组成水泥浆包裹砂、石骨料表面，填充骨料的空隙，如图4.1所示。水泥浆起润滑作用，使其具有良好的可塑性，砂、石骨料不与水泥发生化学作用，起骨架作用。

2. 混凝土的特点

(1)优点

①原料丰富、价格低廉。

②使用灵活、施工方便，有良好的可塑性。

③可调整性能。

④强度高。

⑤耐久性好。

(2)缺点：自重大、抗拉强度低、呈脆性、易开裂，并且在施工中影响质量的因素较多，质量波动较大。

3. 工程上对混凝土的基本要求及其质量控制环节

(1)四项基本要求

①工作性能，使之便于施工。

②强度必须满足结构设计的强度等级要求。

③满足工程所需的耐久性能。

④最大限度的节约水泥，以降低成本。

4. 质量控制：

为了使混凝土满足工程上的基本要求，必须：

(1)初步控制

①组成材料的质量检验与控制。

②混凝土配合比的确定与控制。

(2)生产控制：准确的计量；均匀搅拌；减少运转次数，缩短运输时间和采用正确的装卸方法；合理的浇注程序，充分捣实；严格执行规定的养护制度。

普通混凝土的组成材料

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1. 水泥

（1）水泥品种的选择

常用水泥品种选用参考表

混凝土工程特点及所处环境条件

在普通气候环境中的混凝土

普通混凝土

在干燥环境中的混凝土

在高湿环境中或长期处于水下是混凝土

厚大体积的混凝土

有特殊要求的混凝土

要求快硬高强的混凝土

严寒地区的露天混凝土及处于水位升降范围内的混凝土

有抗渗要求的混凝土

优先使用

普通水泥

可以使用

矿渣水泥

火山灰水泥

粉煤灰水泥

矿渣水泥

不宜使用

有耐寒要求的混凝土

受侵蚀性环境或气体作用的混凝土

（2）水泥强度等级的选择

水泥强度等级的选择应与混凝土的强度等级相适应。一般，水泥是实际强度约为混凝土强度的1.5～2.0倍较为合适

2. 骨料（集料）

细骨料（砂）粒径为0.16～5mm 。天然砂：河砂、湖砂、海砂、山砂。人工砂：破碎各种硬质岩石是细粒

骨料

粗骨料（石子）

粒径大于5mm 。卵石：河卵石、海卵石、山卵石。碎石：由各种硬质岩石经破碎而成

混凝土用砂、石应符合GB/T14684~14685-2001标准中的要求。

（1）对骨料的一般要求

骨料约占混凝土总体积的80%，砂石按技术要求分Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

Ⅰ类用于强度等级大于C60的混凝土；

Ⅱ类用于强度等级C30~C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；

Ⅲ类用于强度等级小于C30的混凝土

①砂石表观密度应大于2500㎏/m;松散堆积密度应大于1350㎏/m；空隙率应小于47%。

②泥和黏土会增大拌合物的需水量，会阻碍水泥石与骨料间的粘结，降低混凝土的强度及耐久性，所以其含量应加以控制。

③有害杂质含量

典型种类影响

云母降低混凝土强度

硫化物及硫酸盐引起体积膨胀

氯盐促进钢筋锈蚀

④无定形二氧化硅：骨料中含有无定形二氧化硅时，可能与水泥中的碱发生碱集料反应，导致混凝土破坏。

⑤坚固性：指在自然风化和其他外界物理化学因素作用下，抵抗破裂的能力。采用硫酸钠溶液法进行实验，样品在其饱和溶液中经5次循环浸渍后，其质量损失应符合表规定。

砂、石杂质含量及石子中针、片状颗粒含量的规定（按质量计 % ）

骨料种类砂石

项目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类

1.0 3.0 5.0 0.5 1.0 1.5

含泥量

0 1.0 2.0 0 0.5 0.7

泥块含量

1.0 2.0 2.0 - - -

云母

1.0 1.0 1.0 - - -

轻物质

有机物（比色法）合格合格合格合格合格合格

0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0

硫化物及硫酸盐(按SO3计)

氯化物（以氯离子计）

针、片状颗粒

33普通水泥火山灰水泥

矿渣水泥

火山灰水泥普通水泥

粉煤灰水泥

矿渣水泥

火山灰水泥普通水泥硅酸盐水泥

粉煤灰水泥

硅酸盐水泥

快硬硅酸盐水泥

普通水泥

硅酸盐水泥

矿渣水泥火山灰水泥

抗硫酸盐硅酸盐水泥

普通水泥硅酸盐水泥

矿渣水泥

火山灰水泥粉煤灰水泥

普通水泥矿渣水泥火山灰水泥

根据介质的种类、浓度具体情况，按专门规定选用

0.01

0.02

0.06

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8 8 10 5 8

质量损失

（2）细骨料的粗细程度与颗粒级配

①原则：选择骨料时，应以满足设计及施工要求的前提下能最大限度的减少水泥用量，

降低混凝土成本。

②粗细程度

x）表示。定义：指不同粒径混合物平均粗细程度。通常用细度模数（③颗粒级配：指粒径大小不同的颗粒搭配情况。较好的级配是在粗颗粒的间隙中由中颗粒填充，中颗粒的间隙再由细颗粒填充，这样一级一级填充，使砂形成最密集的堆积，空隙率达到最小程度，如图4.2所示。

④粗细程度和颗粒级配的确定

砂的粗细程度和颗粒级配用筛分析法确定，并用细度模数表示砂的粗细，用级配区判别砂的颗粒级配。

M测定时，称取预先通过筛孔为9.50mm筛的干砂500g，用一套孔径为4.75、2.36、1.18mm、600、300、150次过筛，然后称取各筛筛余试样的质量（筛余量）。各号筛上的筛余量与试样总量之比称为分析筛余百分率，记作m的标准筛由粗到细依1、2、3、4、5、6。每号筛上的筛余百分率加上该号筛的筛余百分率之和称为累计筛余百分率，记作A1、A2、A3、A4、A5、A6。砂的细度模数Mx可用下式计算：

Mx细度模数愈大，表示砂愈粗。砂按细度模数细度模数分别为：

粗砂中砂粗砂A2A3A4A5A65A1100A1Mx

分为粗、中、细、特细四种规格，其

MxMxMx=3.7～3.1

=3.0～2.3

=2.2～1.6

10～0

35～5

65～35

85～71

95～80

砂的颗粒级配

10～0

25～0

50～10

70～41

92～70

10~0

15~0

25~0

40~16

85~55

600m

300m

9.5mm

4.75mm

2.36mm

1.18mm

100~90

100～90 100～90

150m

一般情况下，处于1区的砂粒粗，使用时应适当增加砂用量，并保持足够的水泥用量，多用于配置富混凝土或低流动性混凝土；3区砂偏细，可提高拌合物的粘聚性和保水性，但干缩大，使用时应适应当减少砂用量；2区粗细适中，拌制混凝土时宜优先选用。

（3）粗骨料

组成混凝土骨架的主要组分，其质量对混凝土工作性、强度及耐久性等有直接影响。

①颗粒形状与表面状态：用卵石拌制的混凝土拌合物流动性较好，但强度偏低；碎石

拌制的混凝土强度较高，但拌合物流动性较差。骨料中含有一些针状颗粒和片状颗粒，这些颗粒本身容易折断，而且会增大骨料的总表面积和空隙率，影响混凝土拌合物的工作性，降低混凝土质量。

②强度：用岩石的抗压强度和压碎值两种方法表示。

a. 抗压强度：采用直径与高度均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体岩石试样进行试验。

b. 压碎值：将一定质量气干状态的粒径为9.50～19.0mm的石子试样装入压碎值测定的圆模中，盖上压头，在压力机上施加200kN荷载，卸荷后称试样的质量G，再用孔径2.36mm的筛筛去被压碎的细粒，称量试样的筛余量G1，则压碎值Q按下式计算。压碎值可推测强度。

Q项目

Ⅰ类

GG1100%G

质量损失，＜%

c. 最大粒径与颗粒级配

粗骨料的粗细程度用最大粒径表示，把公称粒级的上限为该粒级最大粒径。当配置中、低强度等级混凝土时，粗骨料的最大粒径应尽可能选用得大些。

粗骨料最大粒径的确定还要受到结构截面尺寸、钢筋净距及施工条件的限制。国标规

定，不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净距的3/4。对混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得超过40mm。

石子级配的判定也是通过筛分析方法，其标准筛的孔径为2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、

26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0、90.0mm等十二个筛档。分析筛余百分率及累计筛余百分率的计算方法与细骨料的计算方法相同。

指标

Ⅱ类

Ⅲ类

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5～10

5～16

5～20

5～25

5～31.5

5～40

140～20

16～31.5

20～40

31.5~63

40~80

2.36

95~100

4.75

80~100

85~100

90~100

95~100

9.50

0~15

30~60

40~80

70~90

16.0

0~10

30~70

85~100

石子颗粒级配应符合表值

19.0 26.5 31.5 37.5

0~10 0

0~5 0

15~45 0~5 0

30~65 0~5

0~15

0~10

53.0

63.0

0~10

30~60

75.0

0~10

连续粒径

95~100 85~100

95~100

单粒粒径

95~100 80~100

95~100

0~10

75~100 45~75

70~100

3. 拌合用水及养护用水

凡符合国家标准的生活应用水，均可拌制各种混凝土。海水可拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土及预应力混凝土。不宜用海水拌制有饰面要求的素混凝土。

4. 矿物掺和料：

混凝土搅拌过程中，为了改善混凝土的性能，节约水泥而加入的矿物质粉料。可有效的改善混凝土拌合物的和易性，改善拌合物的黏聚性和保水性能。有利于混凝土强度的发展，提高混凝土的耐久性能。常用的有粉煤灰、高钙粉煤灰；粒化高炉矿渣粉、磨细矿渣；磨细天然沸石粉；硅灰等。

5. 外加剂：

掺和不大于5%，改善混凝土的某种性能如和易性、凝结时间、强度及耐久性或节省水泥。

普通混凝土拌合物

各材料按一定比例配合，经搅拌均匀后的混合物称为拌合物。

1. 和易性的含义

（1）和易性：又称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（搅拌、运输、浇筑、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、粘聚性和保水性。

（2）流动性：指拌合物在自重或施工机械振动作用下，能产生流动并均匀密实的填满模具的性质。流动性大小反映了拌合物的稀稠，又称稠度。

（3）粘聚性：指拌合物的各组成材料具有一定的粘聚力，不致产生分层和离析现象。

（4）保水性：拌合物保持水分，不致产生泌水的性能。拌合物发生泌水现象会影响混凝土的密实性，降低强度。

2. 和易性的测定：

通常测定流动性（稠度）为主。稠度可采用坍落度与坍落扩展度法和维勃稠度法测定。

（1）坍落度与坍落扩展度法：适用于骨料最大粒径不大于40mm、坍落度值大于10mm的塑性和流动性混凝土拌合物稠度测定。

方法是将拌合物按规定的试验方法装入坍落度筒内，提起坍落度筒后拌合物因自重而向下坍落，下落的尺寸即为该混凝土拌合物的坍落度值，以毫米为单位，用T表示，如图4.5所示。当坍落度大于220mm时还应测定其坍落扩展度。

可分四级，坍落度值小于10mm的干硬性混凝土拌合物应采用维勃稠度法测定。混凝土按坍落度的分级

级别名称坍落度（mm）级别名称坍落度（mm）

T0 低塑性混凝土 10～40 T2 流动性混凝土 100～150

大流动性混凝T1 塑性混凝土 50～90 T3 ＞160

土

（2）维勃稠度法

适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度中5～30s之间的混凝土稠度的测定，如图4.6所示。

3. 影响和易性是主要因素

（1）水泥品种：一般采用火山灰水泥、矿渣水泥时，拌合物的坍落度较普通水泥小。

（2）骨料的种类、粗细程度及颗粒级配：加卵石比加碎石的流动性好；采用最大粒径大的级配良好的砂石，拌合物是流动性好。

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（3）水灰比：水灰比愈小，水泥浆愈稠；水泥浆与骨料用量比一定时，水灰比愈小，流动性愈小；水灰比过大，会造成粘聚性和保水性不良，产生流浆、离析现象；水灰比一定，增加水泥浆数量，流动性增大，但水泥浆过多，不经济。

（4）浆骨比：即水泥浆与骨料的数量比。水泥浆是影响拌合物稠度的主要因素。

（5）砂率：即砂的质量占砂石总质量的百分率，其对拌合物的和易性有很大影响。

细骨料影响流动性的原因：砂浆起润滑作用，减少摩擦力，所以在一定砂率范围内随砂率增大，润滑作用愈加显著，流动性提高；砂率增大的同时，骨料的总表面积随之增大，需的水分增多，在用水量一定时，流动性降低，所以砂率增大超过一定范围后，流动性反而降低，如图4.8所示。

（6）外加剂外加剂（减水剂、引气剂）使拌合物在不增加用水量的条件下，显著地提高流动性，具有较好的粘聚性和保水性。

4. 坍落度的选择

正确选择原则：

（1）在允许的施工条件下，能保证振捣密实时，采用较小的坍落度，节约水泥，保证质量。

（2）根据构件截面尺寸、钢筋疏密程度、捣实方法等确定，通常按下表确定。

（3）采用泵送混凝土时，坍落度不低于100mm。

混凝土浇筑时的坍落度

结构种类坍落度结构种类

基础或地面等的垫层、无配筋的配筋密列的结构（如薄壁、斗仓、大体积结构（挡土墙、基础等）10～30 简仓、细柱等）

或配筋稀疏的结构

板、梁和大型及中型截面的柱子配筋特密的结构

30～50

等

普通混凝土的主要性能

1. 物理性能

坍落度

50～70

70～90

D（1）密实度：表示在混凝土体积内，固体物质的填充程度，混凝土中不同程度的含有孔隙。孔隙原因有以下几种：

①配置混凝土时多余的水分在水泥硬化后或残留于混凝土中，或蒸发，使得混凝土内部形成各种不同的尺寸的孔隙。

②水泥水化后的体积比反应前体积小，混凝土中水泥石的收缩受骨料的约束，产生局部拉应力，会使骨料界面上以及水泥石内部形成微细裂缝。

③水泥石的干缩也会形成微裂缝。

④泌水通道，水囊，在硬化后形成孔隙。

⑤施工中残留的气泡。普通混凝土的密实度一般在0.8～0.9之间。

（2）干湿变形

湿胀：由于吸水后使水泥凝胶体粒子吸附水膜增厚，胶体粒子之间的距离增大的结果。

干缩：一方面是由于毛细孔内水的蒸发使孔中负压增大，产生收缩力使毛细孔缩小，混凝土产生收缩。另一方面是由于毛细孔失水后，凝胶体颗粒的吸附水开始蒸发缩小了颗粒间的距离，甚至产生新的化学结合而收缩。混凝土干缩变形的大小用干缩率表示，它反映混凝土的相对干缩性。

影响干缩性的主要原因：

①水泥品种及细度：火山灰水泥＞矿渣水泥＞普通水泥

②水泥用量与水灰比：水泥用量越大，水灰比越大，其干缩值也越大。

③骨料的种类与数量：采用弹性模量较大的骨料并达到一定数量可减小混凝土的干缩。

④养护条件：湿热养护处理，可减少混凝土干缩。

解决方法：对长度方向较大的结构，施工时应设置后浇带。一般，在两个月后混凝土的收缩可完成70%左右。

（3）温度变形

①定义：混凝土热胀冷缩的变形。

②表示方法：用温度膨胀系数表示。混凝土的膨胀系数约为1×10③解决方法：设置伸缩缝。

5VV0。

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2. 力学性能：强度和变形性

（1）混凝土强度

①抗压强度

a. 立方体抗压强

混凝土立方体抗压强度是指边长为150mm的立方体试件，在标准条件下（20±3）℃，相对湿度＞90%或水中）养护至28d龄期，在一定条件下加压至破坏，以试件单位面积承受的压力作为混凝土的抗压强度。混凝土立方体抗压强度标准强度是具有95%保证率的立方体试件抗压强度，混凝土的强度等级分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80十四个等级。

C7.5～C20用于垫层、基础、地面及受力不大的结构。

C20～C35用于梁、板、柱、楼梯、屋架等普通钢筋混凝土结构。

C35以上用于大跨度机构、预应力混凝土结构、吊车梁及特种结构。

b. 轴心抗压强度

轴心抗压强度指在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度（棱柱强度），混凝土轴心抗压强度试验用150mm×150mm×300mm的棱柱体为标准试件。混凝土的轴心抗压强度fcp与立方体抗压强度fcu之比约为0.7～0.8。

②抗拉强度

a. 混凝土是一种脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。

b. 采用劈裂抗拉试验法，间接的求出混凝土的抗拉强度，如图4.9所示。

2FF0.637ftsAA

fts—混凝土劈裂强度

F—破坏荷载

A—试件劈裂面面积

③影响混凝土强度的因素

主要因素

a. 水泥的强度。

b. 水灰比：在水泥强度及其他条件相同的情况下，混凝土的强度主要取决与水灰比。水灰比愈小，水泥石的强度及骨料的粘结强度愈大，混凝土的强度愈高。水灰比过小，拌合物干稠，不易保证混凝土的质量，如图4.10所示。

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c. 骨料的种类、质量与数量水泥强度与水灰比相同的条件下碎石混凝土强度高于卵石混凝土。

混凝土强度经验公式

f28afce(f28Cb)W

—混凝土28天龄期的抗压强度

—水泥是实际强度

fce、—经验系数，与骨料种类等有关

水泥的实际强度即水泥经实际测定的强度值，当无法取得水泥实际强度时可用下式计算

CW—灰水比

abfcec•fce,kc—水泥的强度富余系数

fce,k—所选用强度等级的水泥的28天的抗压强度标准值

对碎石混凝土可取：a=0.46，b=0.07

对卵石混凝土可取：a=0.48，b=0.33

d. 施工条件（搅拌与振捣）

采用机械搅拌、振捣比人工搅拌、振捣的拌合物更均匀，获得更高强度。

e. 养护条件

温度升高，水化速度加快，混凝土强度发展也快；温度在冰点以下，停止水化，且结冰造成强度降低，如图4.11所示。湿度不足，混凝土表面失水干燥，使内部水分向表面迁移，造成混凝土结构疏松、干裂，不但降低了强度，而且会影响其耐久性。

自然养护：混凝土在自然条件下，温度随气温变化，湿度条件采用人工方法实现是养护方法称为自然养护。

在混凝土浇筑完毕后12h以内应对混凝土加以覆盖和浇水，对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土不得少于7d，对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土不得少于14d。蒸汽养护和压蒸养护可加速强度的发展。

f. 龄期

即混凝土在正常养护条件下所经历的时间。最初7～14d内强度发展快，28d达到预定的强度。28d后，强度仍在发展

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、—分别为n、a天龄期混凝土的抗压强度，n、a均不小于3天。

d. 外加剂

如掺入减水剂可减少拌合用水量，提高其强度。

另外试验条件对混凝土强度测定值的影响：试件尺寸（越小，强度值越高）、试件形状（棱柱体比立方体试件测得的强度值小）、表面形状（受压面上有油脂类润滑物质时，测得的强度值较低，如图4.12所示）、含水程度（含水较多的混凝土比含水较少的混凝土强度低）、加荷速度（加荷速度较快时强度偏高）

fnfnfalgnlgafa

④提高混凝土强度的措施

a. 采用高强度等级的水泥。

b. 采用水灰比较小、用水量较少的干硬性混凝土。

c. 采用质量合格、级配良好的碎石及合理的含砂率。

d. 采用机械搅拌、机械振捣；改进施工工艺。

e. 采用湿热养护处理可提高水泥石与骨料的粘结强度，从而提高混凝土的强度。

f. 掺减水剂或早强剂。

（2）混凝土的变形性

硬化后的混凝土属于弹塑性体，全部应变由弹性应变与塑性应变组成。

①弹塑性变形

工程上采用割线弹性模量作为混凝土的弹性模量。如图4.13所示。

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根据规定，采用150mm*150mm*300mm的棱柱体作为标准试件，取测定点的应力为试件轴心抗压强度的40%，经三次以上反复加荷与卸载后，测得应力与应变的比值，即为该混凝土的弹性模量。

混凝土的弹性模量介于骨料与水泥石之间。

当混凝土的强度等级为C10~C60时，其弹性模量约为（1.75～3.60）*10Mpa。

②徐变

定义：混凝土在长期荷载作用下，随时间而增长的变形。当卸载后，混凝土将产生徐变恢复，最后残留下来不能恢复的应变称为残余变形。

产生徐变的原因：一般认为是由于水泥石凝胶体在长期作用下的粘性流动或滑移，同时吸附在凝胶粒子上的吸附水因荷载应力而向毛细管渗出。

影响徐变的因素：环境湿度减小，由于混凝土失水使之增加；水灰比越大，混凝土强度越低，则混凝土徐变增大；水泥品种，采用强度发展快的水泥则混凝土徐变减小；增大骨料含量会使徐变减小；延迟加荷时间会使混凝土徐变减小。

3. 耐久性

（1）混凝土耐久性的概念

指混凝土在使用条件下抵抗周围环境各种因素长期作用的能力。包括抗冻、抗渗、耐腐蚀、抗碳化等方面的原因。

①在使用环境中，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不降低强度的性能。

②示方法：抗冻等级。以28天龄期的混凝土标准试件，在饱水后承受反复冻融循环，以抗压强度损抗失不超过25%，且质量损失不超过5%时的最大循环次数来确定。抗冻等级有F10~F300等九个等级，冻抗冻等级等于或大于F50的混凝土称为抗冻混凝土。

性

③抗冻性主要取决于混凝土的构造特征和含水程度。

较密实、有闭口孔隙、高强水泥，掺入引气剂等可提高其抗冻性能。

①指混凝土抵抗压力水渗透的能力。它直接影响其抗冻性和抗侵蚀性。

抗②表示方法：抗渗等级。以28天龄期的标准试件，按规定方法进行试验，所能承受的最大静水压力渗来确定。抗渗等级有P4~P12等五个等级。抗渗等级等于或大于P6的混凝土称为抗渗混凝土。

性 ③渗水的原因：内部孔隙形成连通渗水通道。

④采用较小的水灰比，良好的骨料级配及砂率，采用减水剂、引气剂，加强养护及精心施工。

抗①主要是对水泥石的侵蚀。

侵②防止措施：提高密实度，改善孔隙结构，采用外部保护措施一隔离侵蚀介质不与混凝土相接触。

蚀性

①指空气中的CO2在潮湿的条件下与水泥石中的Ca(OH)2发生作用，生成CaCO3和H2O的过程。

②影响：混凝土碱度降低，使钢筋易锈蚀；碳化收缩与干缩相伴发生，加大混凝土干缩；表面收缩产生微裂缝。

③提高措施中：选用普通水泥；采用较小的水泥用量及水灰比；加强养护、精心施工使混凝土结构密实；掺入外加剂，改善混凝土内部的孔隙结构。

碳化

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碱①混凝土中的碱金属离子或由外界环境掺入混凝土中的碱金属离子可与骨料中的活性矿物在一定的集条件下发生化学反应，并生成体积膨胀的产物引起的混凝土破坏。

料②碱骨料反应的三个条件：碱活性骨料；存在碱金属离子；水.

反③防止反应的措施中：使用非活性骨料；控制混凝土中的碱含量；掺入粉煤灰等活性混合料。

应

（2）提高混凝土耐久性的措施

①选择适当的原材料。

a. 合理选择水泥品种，使其适应于混凝土的使用环境。

b. 选用质量好的，技术条件合格的砂石骨料也是保证混凝土耐久性的重要条件。

②提高混凝土的密实度是提高混凝土耐久性的关键。

a. 控制水灰比，保证水泥用量。

b. 选取较好级配的粗骨料及合理砂率。

c. 掺入减水剂，减少拌合用水量。

d. 均匀搅拌、合理浇筑、振捣密实、加强养护。

③改善混凝土内部的孔隙结构：掺入引气剂可改善内部结构。

普通混凝土配合比设计

进行配合比设计的目的：满足和易性、强度、耐久性等技术要求的情况下尽量节约水泥、降低造价

1. 混凝土的质量波与配制强度

（1）质量波动及其规律

①质量波动的原因

a. 原材料水泥、骨料、外加剂等的质量的波动

b. 施工条件搅拌、运输、振捣、养护时间

c. 试样条件取样、成型、及养护条件

②强度波动规律

其符合正态分布：如图4.15、4.16所示，曲线成钟型，拐点；曲线以平均强度为对称轴；曲线与横轴间的面积为概率总和。曲线形状窄而高，说明强度测定值比较集中，混凝土均匀性好，质量波动小，施工控制水平高，这时拐点至对称轴距离小；曲线宽而矮，则反之。

（2）混凝土质量均匀性的评定

①强度平均值动情况。

fcu，即N组混凝土试件立方体抗压强度的平均值，只能反映该批混凝土总体强度的平均值，而不能反映其强度的波fcu②标准差11(fcu,1fcu,2fcu,N)NN

，其数值上等于曲线上拐点至强度平均值的距离。其值愈小，强度值越集中，混凝土均匀性越好。

fi1Ncu,i(MPa)(fcu,ifcu)2f2cu,iNf2cu(MPa)

N1N1③变异系数，其值愈小，混凝土质量越均匀。

100%fcu（3）强度保证率及配制强度

①强度保证率（P%）

定义：混凝土强度总体中，强度不低于要求强度等级值的百分率。

表示方法：以正态分布曲线图中阴影部分的面积概率总和面积的百分率，如图4.17所示。

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

fcufcu,ktt

称为保证率系数

t与P%的关系

概率度t

0 0.524 0.842 1.00 1.282 1.645 2.05 2.33

保证率50 70 80 84.1 90 95 98 99

（P%）

②混凝土的配制强度

a. 当施工单位具有近期同一品种混凝土资料时，其按下式计算：

N2cu,iNfi1f2cuN1b. 资料不足时，按下表取用

混凝土强度等级低于C20

C20~C35

高于C35

值

4.0 5.0 6.0

2. 混凝土配合比基本参数的确定

（1）水灰比的确定（W/C）

要求：

a. 满足强度要求。

b. 满足耐久性要求。

（2）单位用水量的确定（W）

①当水灰比在0.4～0.8时，根据下标确定单位用水量

干硬性混凝土的用水量

拌合物稠度卵石最大粒径（㎜）碎石最大粒径（㎜）

项目指标

10 20 40 16 20 40

维勃稠度

16～20

175 160 145 180 170 155

（s）

11～15 180 165 150 185 175 160

5～10

185 170 155 190 180 165

塑性混凝土的用水量

拌合物稠度卵石最大粒径（㎜）碎石最大粒径（㎜）

项目指标

10 20 31.5 40 16 20 31.5 40

10～30 190 170 160 150 200 185 175 165

坍落度

35～50

200 180 170 160 210 195 185 175

（㎜）

55～70 210 190 180 170 220 205 195 185

75～90 215 195 185 175 230 215 205 195

②流动性（T2）大流动性（T3）混凝土的用水量应按下列步骤计算

a. 以上两表中坍落度90㎜的用水量为基础，按坍落度每增大20㎜，用水量增加5㎏；

b. 掺外加剂时的混凝土用水量可按下式计算：

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) mwa=mwo(1-

mwa——掺外加剂混凝土每立方米混凝土中的用水量

mwo——未掺外加剂混凝土每立方米混凝土中的用水量

——外加剂是碱水率

（3）砂率的确定

设计中确定砂率的原则：必须选定合理砂率，才能获得需要的流动性且节约水泥。

确定砂率的办法：根据骨料的种类、规格及混凝土的水灰比参考下表中的砂率范围选定几个砂率，在水泥用量及用水量相同的条件下，拌制几组不同砂率的拌合物，分别测定它们的坍落度值然后作坍落图与砂率关系曲线，从中选择合理砂率值。

混凝土的砂率（%）

卵石最大粒径（㎜）碎石最大粒径（㎜）

水灰比

（W/C）

10 20 30 16 20 40

0.40 26～32 25～31 24～30 30～35 29～34 27～32

0.50 30～35 29～34 28～33 33～38 32～37 30～35

0.60 33～38 32～37 31～36 36～41 35～40 33～38

0.70 36～41 35～40 34～39 39～44 38～43 36～41

在未经试验是情况下选定砂率时，可直接从上表中给出的砂率范围，按下列情况适当选取：

①当石子最上里粒径较大、级配较好、表面光滑时，由于粗骨料的空隙率较小，滑动阻力较小，可采用较小是砂率。

②砂的细度模数较小时，由于砂中细颗粒较多，拌合物的粘聚性和保水性容易得的保证，而且砂在粗骨料中间的拨开距离较小，可采用较小达的砂率。

③水灰比较小，水泥浆稠度较大，由于拌合物的粘聚性和保水性容易得到保证，可采用较小的砂率，且水灰比小强度高，如图4.20所示。

④施工要求的流动性较大，因拌合物易出现离析现象，为保证粘聚性，应采用较小的砂率。

⑤当掺入引气剂或塑化剂等外加剂时，可适当减少砂率。

3. 混凝土配合比设计的方法和步骤

得到初步配合cu,0cu,k（1）求配置强度ff+1.645

比

（2）求水灰比：复核最大水灰比

计（3）确定水泥用量

算（4）选定砂率

部分

（5）求砂石用量：①体积法②质量法mccms'smG

'Gmww0.01a1；

mcmsmGmwmcp试（1）试配粗骨料最大粒径30mm取15L；粗骨料最大粒径=40mm取25L

验（2）调砂率

部分（3）调稠度坍落度大，保持s不变，加砂石；坍落度小，保持不变，加水泥浆

Ⅰ

选三个不同配合比制作试件：①采用基准配合比量，W/C增大5%；②c、s、试（1）验mgmmm采用基准配合比量，W/C同基准配合比；③c、s、g采用基准配合比量，部分W/C减小5%

Ⅱ

（2）测强度

（3）作强度与灰水比关系图

确定实测体积密度配计算体积密度

合（2）校正：校正系数比

mmc,ms1ms,mg1（3）最终值：c1得到基准配合比

mmmm（1）初步定出配合比w、c、s、g

得到试验配合比

mg,mw1mw

4. 施工配合比

（1）施工工地的砂、石含有一定水分，为保证施工时各种材料的实际称量与实验室配合比相符合，在施工中必须根据砂石含水量情

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况随时加以修正。修正后的配合比称为施工配合比。

（2）骨料的含水状态：干燥、气干、饱和面干、含水润湿。

（3）调整方法：假定施工用砂的含水率为a%,石子含水率b%,则可利用下列算式将实验室配合比换算成施工配合比。

mckgmcmsms(1a%)kgmgmg(1b%)kgmwmwmsa%mgb%kg3,mmcs,mg,mw1m中拌和物中施工材料的用量，kg。

混凝土外加剂

1. 按功能分类

（1）改善混凝土拌合物流变性。减水剂、引气剂、泵送剂等。

（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。缓凝剂、早强剂、速凝剂。

（3）改变混凝土耐久性的外加剂。引气剂、防水剂、阻锈剂。

（4）改善混凝土其他性能的外加剂。加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂等。

2. 减水剂

（1）作用机理

减水剂属于表面活性剂，其分子结构由亲水基团和憎水基团组成。亲水基团电离出阴离子或（和）阳离子，大部分减水剂属于阴离子表面活性剂，其溶于水后，亲水基团指向水分子，憎水基团指向空气、固相物或非极性的油类，定向排列成单分子吸附膜，从而降低了水的表面张力，如图4.25、4.26所示。

在水泥浆中加入减水剂后，一方面使水泥表面带有相同电荷，使水泥颗粒形成的絮凝结构拆散，水被释放出来，增加了流动性；另一方面，水泥颗粒间形成一层稳定的

溶剂化水膜，阻止可水泥颗粒的直接接触，并起润滑的作用，也改善了和易性。

（2）减水剂的经济效果

①提高流动性。

②提高强度。

③节约水泥。

④改变混凝土性能。

（3）减水剂的常用品种

种类木质素系萘系树脂系

类别普通减水剂高效减水剂早强减水剂

木质素磺酸钙NNO、NF建主要品种 FG-2、ST、

木钠、木镁等

适量掺量（占水0.2～0.3 0.2～1 0.5～2

泥重%）

减水率 10%左右 15%以上 20%～30%

早强效果

缓凝效果

引气效果

—— 显著显著

——

糖蜜系

缓凝减水剂

长城牌、天山牌

0.2～0.3

6%～10%

——

腐植酸系

普通减水剂

腐植酸

0.3

8%～10%

有早强型，缓凝型两种

——

一般混凝土工程

适用范围

1～3h ——

1%～2% 部分品种＜2%

一般混凝土工适用于所以混程及大模、滑凝土工程、更适模、泵送、大体于配制高强混积及夏季施工凝土及流态混的混凝土工程。凝土。

3h以上

大体积混凝土因价格昂贵，宜工程及滑模、夏用于特殊要求季施工的混凝是混凝土工程。土工程作为缓凝剂。

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3. 引气剂

（1）引气剂是指在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。

（2）引气剂是表面活性剂，其与减水剂的区别是：

减水剂的界面活性作用发生在液固界面上，引气剂作用在气液界面上。掺入的引气剂溶于水中被吸附在气液界面上，形成大量微小气泡。大小均匀，互不联通。

（3）引气剂的作用：改善和易性、提高耐久性、强度降低，变形增加。

（4）引气剂多用于道路、水坝、港口、桥梁等混凝土工程中。

4. 早强剂

（1）机理

①加速水泥水化，使早期出现大量的水化产物。

②能与水泥水化产物发生反应生成不溶性复盐，形成坚强的骨架。

③能与水泥水化产物反应生成不溶性的，具有明显膨胀的盐类，不仅可形成骨架，还会提高密实度。

（2）常用早强剂

氯化钙的早强机理：CaCl2可与C3A作用生成不溶性复盐——水化氯铝酸钙，与氯盐类（氯化钙，氯化钠）

Ca(OH)2作用生成不溶性的复盐——氧氯化钙，增加水泥中固相比例，形成骨架，，同时Ca(OH)2的消耗会促进水化反应，所以提高了早期强度。

但Cl会促进钢筋锈蚀，所以要严格控制掺量，工程中将CaCl2与阻锈剂复合使用抑制钢筋的锈蚀。

硫酸钠的早强机理：

硫酸盐类（硫酸钠、Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O →Ca SO4•2H2O+Na(OH)

硫酸钙、硫代硫酸生成高分散性的硫酸钙，与C3A作用生成水化硫铝酸钙，其体积增大，提高率早强钠）

密度，同时加快水泥是水化。

硫酸钠的掺量为0.5%～2%，与氯化钠，阻锈剂等复合使用效果更佳。

有机胺类（三乙醇三乙醇胺无色或淡黄色透明状液体，易溶于水，呈碱性。

胺、三异丙酮胺）早强机理：加速水化，与其他早强剂复合使用才有显著效果。

（3）复合早强剂

外加剂组分

三乙醇胺+氯化钠

三乙醇胺+氯化钠+亚硝酸钠

硫酸钠+亚硝酸钠+氯化钠+氯化钙

硫酸钠+氯化钠

常用剂量

（0.03～0.05）+0.5

0.05+（0.3～0.5）+（1～2）

（1～1.5）+（1～3）+（0.3～0.5）+（0.3～0.5）

（0.5～1.5）+（0.3～0.5）

外加剂组分

硫酸钠+亚硝酸钠

三乙醇胺

硫酸钠+二水石膏+三乙醇胺

亚硝酸钠+二水石膏+三乙醇胺

常用剂量

（0.5～1.5）+1.0

（0.5～1.5）+0.05

（1～1.5）+2+0.05

1.0+2+0.05



5. 缓凝剂

多用于高温季节施工、大体积混凝土工程、泵送与滑模方法施工以及较长时间停放或远距离运输。

常用的缓凝剂有木质素磺酸钙、糖蜜。

6. 防冻剂

防冻剂显著地降低冰点，使混凝土在负温下仍有液态水与水泥水化反应。

7. 外加剂的选择与使用

各种混凝土对外加剂的选用

预拌混凝土

预拌混凝土：水泥、骨料、水以及根据需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例，在搅拌站经计量、拌制后出售的采用运输车，在规定的时间内运到使用地点的混凝土拌合物称为预拌混凝土。

1. 分类

分类通用品特制品

C55、C60、 C65 、C70、 C75 、强度等级强度不大于C50

C80

坍落度 25、50、80、100、120、150、180 大于180㎜

粗骨料最大公小于20㎜、大于40㎜

20、25、31.5、40

称粒径

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2. 标记

（1）通用品—A

特制品—B

混凝土强度等级——C和强度等级值

坍落度—以㎜为单位的混凝土坍落度值表示

最大公称粒径—GD和粗骨料最大公称粒径值

水泥品种—代号

当有抗冻、抗渗及抗折要求时，应分别用F及抗冻强度值、P及抗渗强度值、Z及抗折强度值表示。抗冻及抗渗及抗折强度直接标记在强度等级之后。

预拌混凝土的表示方法：

示例：预拌混凝土强度等级为C35，坍落度为120㎜，粗骨料最大公称粒径为31.5㎜，采用矿渣硅酸盐水泥，无其他特殊要求。其标记为：

A C35-120-GD31.5-P·8

3. 预拌混凝土的质量要求

（1）强度：满足结构设计要求。

（2）和易性：与普通混凝土相同。

（3）含气量：满足混凝土技术要求和使用单位要求。

（4）氯离子总含量，应满足下表要求

氯离子总含量的最高限值

混凝土类别及所处环境类别

素混凝土

室内正常环境下的钢筋混凝土

室内潮湿环境：非严寒和非寒冷地区的露天环境与物侵蚀性的水或直接接触的钢筋混凝土

严寒或寒冷地区的露天环境与无侵蚀性的水或土直接接触下的钢筋混凝土

使用除冰盐的环境：严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境下的钢筋混凝土

预应力混凝土构件及设计使用年限为100年的室内正常环境下的钢筋混凝土

（5）放射性核素放射性比活度：满足GB6566标准的规定。

（6）其他要求。

轻混凝土

轻混凝土是指体积密度小于1900 ㎏/m

1. 轻骨料混凝土

3最大氯离子含量

2.0

1.0

0.3

0.2

0.1

0.06

的混凝土。分为轻骨料混凝土、多孔混凝土和无砂大孔混凝土。

3定义:用轻粗骨料、轻砂（或普通砂）、水泥和水配制而成的干表观密度不大于1900 ㎏/m(1) 轻骨料

31000kg/m轻粗骨料：粒径大于5㎜，堆积密度小于。

31200kg/m轻细骨料：粒径小于5㎜，堆积密度小于。

的混凝土。

①轻骨料的堆积密度

轻粗骨料：分为200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100十个等级。

轻细骨料：分为500、600、700、800、900、1000、1100、1200八个等级。

②粗细程度与颗粒级配

保温轻骨料混凝土用的轻粗骨料，其最大粒径不宜大于40㎜。

轻骨料的颗粒级配

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种类

细骨料

粗骨料

类别

—

公称直径

0～5

各筛号的累计筛余（按质量计）/ %

筛孔径

40.0 31.5 20.0 16.0 10.0

5.00

0～10

90～100

85～100

80～100

90～100

2.50

0～35

95～100

1.25

20～60

0.630

30～80

0.315

65～90

0.160

75～100

连续粒级

单粒级

5～40

5～31.5

5～20

5～16

5～10

10～16

0～—

0～5

010

—

40～60

—

0～10

0～5

—

40～75

—

0～15

50～85

—

40～80

20～60

0～15

85～100

③强度

轻骨料的强度采用“筒压法”测定。

筒压强度是一项间接反映轻粗骨料颗粒强度的指标。规程中还采用强度标号评定粗骨料的强度。

超轻粗骨料筒压强度

超轻骨料品种

黏土陶粒

页岩陶粒

粉煤灰陶粒

其他超轻轻骨料

密度等级

200

300

400

500

≤500

优等品

0.3

0.7

1.3

2.0

普通轻粗骨料筒压强度

轻粗骨料品种

黏土陶粒

页岩陶粒

粉煤灰陶粒

浮石

火山灰

煤渣

自燃媒石

膨胀矿渣珠

密度等级

600

700

800

900

600

700

800

900

1000

优等品

3.0

4.0

5.0

6.0

—

高强粗轻骨料的筒压强度和标号

强度标号

密度等级

800

900

筒压强度

一等品

2.0

3.0

4.0

5.0

1.0

1.2

1.5

1.8

3.5

4.0

4.5

0.8

1.0

1.2

1.5

3.0

3.5

4.0

合格品

筒压强度

一等品

0.2

0.5

1.0

1.5

—

合格品

密度等级

600

700

筒压强度

4.0

5.0

筒压强度

6.0

6.5

强度标号

④吸水率

规程中对轻粗骨料的吸水率作了规定，轻砂和天然粗骨料的吸水率不作规定。

（2）轻粗骨料的技术性能

①和易性

粘聚性、保水性好，流动性差。

②强度

强度等级按其立方体抗压强度标准值划分，分为LC5.0、LC7.5、LC 10、LC 15、LC 20、LC 25、LC 30、LC 35、LC 40、LC 45、LC 50、LC 55、LC 60十三个等级。

③热工性能

保温隔热性能好

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轻骨料混凝土按用途分类

类别名称

保温轻混凝土

结构保温轻骨料混凝土

混凝土强度等级的合理范围

LC5.0

LC5.0、LC7.5、LC 10、LC 15

LC 15、LC 20、LC25、LC 30、LC 35、LC 40、LC 45、LC 50、LC 55、LC 60

混凝土密度等级的合理范围

≤800

800～1400

1400～1900

用途

主要用于保温的围护结构或热工构筑物

主要用于既承重又保温的围护结构

主要用于承重构件或构筑物

结构轻骨料混凝土

④变形性

弹性模量小，有良好的抗震性能；收缩、徐变大。

（3）轻骨料混凝土的配合比设计及施工要点

①应满足稠度、强度、耐久性、经济性、体积密度的要求。

②砂轻混凝土应采用绝对体积法；全轻混凝土应采用松散体积法。

③用水量包括净用水量和附加用水量。

④采用强制式搅拌机。

⑤控制振捣时间。

⑥加强早期养护。

2. 多孔混凝土

（1）定义：不用骨料，其内部充满大量细小分闭气孔的混凝土。

（2）特点：孔隙率大、体积密度小，导热系数低；质轻，兼有结构及保温隔热等功能。

（3）分类：加气混凝土、泡沫混凝土。

3. 大孔混凝土

（1）定义：以粗骨料、水泥和水配制成的。

（2）分类：无砂大孔混凝土、少砂大孔混凝土。

（3）特点：导热系数小，保温性能好，吸湿性小，干缩小，抗冻可达15～25次；水泥用量小。

混凝土制品

1. 普通混凝土小型空心砌块

（1）尺寸偏差

主要规格尺寸为390mm190mm190mm，最小外壁厚应不小于30mm，最小肋厚不小于25mm。砌块的空心率不小于25%。尺寸允许偏差

项目名称优等品一等品合格品项目名称优等品一等品合格品

长度高度

2

3

+3 -4

宽度

3

2

3

（2）外观质量

项目名称优等品一等品合格品

2 2 3

弯曲㎜不大于

0 2 2

缺棱少角个数，不多于

0 20 30

三个方向投影尺寸的最小值㎜，不小于

0 20 30

裂纹延伸的投影尺寸累计，㎜不大于

（3）强度等级

强度等级砌块抗压强度强度等级砌块抗压强度

平均值不小于单块最小值不平均值不小于单块最小值不小于小于

MU3.5 3.5 2.8 MU 10.0 10.0 8.0

MU 5.0 5.0 4.0 MU 15.0 15.0 12.0

MU 7.5 7.5 6.0 MU 20.0 20.0 16.0

（4）对含水量

使用地方潮湿中等干燥

45% 40% 35%

相对含水率不大于

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（5）抗渗性

对于清水墙建筑砌筑应有抗渗性要求

（6）抗冻性

使用环境条件

非采暖地区

采暖地区一般环境

干湿交替环境

抗冻等级

不规定

F15

F25

指标

——

强度损失≤25%

质量损失≤5%

2. 蒸压灰砂砖

（1）定义：以生石灰和砂为主要原料，经原料加工，配料成型，蒸压养护等工序而制成的实心砖，也称为硅酸盐制品。

（2）外观质量

规格240㎜×115㎜×53㎜，具体见下表

（3）强度等级

按抗压及抗折强度平均值的大小，分为MU10、MU15、MU20、MU25四个强度等级。

（4）抗冻性能

由冻融试验确定，冻融后下列要求：

抗压强度降低≤20%；单块砖的干重量损失≤2%

蒸压灰砂砖的外观质量

项目

1 尺寸偏差不超过

长度

宽度

高度

2 高度差不大于

3 缺棱少角

个数不多于

最小尺寸不大于

最大尺寸不大于

4 裂纹

条数不多于

大面上宽度方向及其延伸到条面的长度不大于

大面上长度方向及其延伸到顶面上的长度或条、顶面水平裂缝纹的长度不大于

蒸压灰砂砖的强度等级

强度等级抗压强度

平均值不小于

25.0

20.0

15.0

10.0

单块值不小于

20.0

16.0

12.0

8.0

指标

优等品

一等品

合格品

2211

2

3

100

抗折强度

平均值不小于

5.0

4.0

3.3

2.5

单块值不小于

4.0

3.2

2.6

2.0

MU25

MU20

MU15

MU10

3. 蒸压加气混凝土砌块

（1）几何尺寸、外观质量、尺寸偏差

①几何尺寸

长度：600；宽度：100、125、150、200、250、300、及120、180、240；高度：200、250、300。

②外观质量、尺寸偏差：符合GB/T 11968－1997的规定。

（2）体积密度等级和强度等级

3kg/m干体积密度分为：300、400、500、600、700、800六个级别。分别记为B03、B04、B05、B06、B07、B08。

砌块按抗压强度分为：1.0、2.0、2.5、3.5、5.0、7.5、10.0Mpa七个级别，分别记为A1.0、A2.0、A2.5、A3.5、A5.0、A7.5、A10.0

蒸汽加气混凝土砌块的抗压强度

强度等级

A1.0

A2.0

A2.5

A3.5

抗压强度

平均值不小于

1.0

2.0

2.5

3.5

强度等级

单块值不小于

0.8

1.6

2.0

2.8

A5.0

A7.5

A10.0

抗压强度

平均值不小于

5.0

7.5

10.0

单块值不小于

4.0

6.0

8.0

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蒸汽加气混凝土砌块的强度等级

体积密度级别 B03 B04 B05

优等品 A1.0 A2.0 A3.5

强度等级一等品 A3.5

合格品 A2.5

（3）抗冻性

试件经-20℃与20℃条件下冻融循环15次试验后满足以下规定：

抗压强度降低≤20%；重量损失≤2%

第五章建筑砂浆

建筑砂浆的组成材料

1. 胶结材料

建筑砂浆常用的胶结材料有水泥、石灰、石膏等。用于砌筑砂浆的水泥，其强度等级应根据砂浆强度等级进行选择，并应尽量选用中、低强度等级的水泥。

2. 砂

建筑砂浆用砂，原则上应符合混凝土用砂的技术要求。

限制砂的最大粒径：毛石砌体宜用粗砂；砌体砂浆宜用中砂，且最大粒径不应大于2.5㎜；抹灰砂浆宜用洁净中砂。

含泥量：砂的含泥量不应大于5％。强度等级M2.5的水泥混合砂浆，砂的含泥量不应大于2.5％。

3. 掺和料

掺和料是为改善砂浆的和易性在砂浆中加的无机微细颗粒的掺和料，如石灰膏、磨细生石灰、消石灰粉、黏土膏及磨细粉煤灰等。

石灰膏、磨细生石灰、消石灰粉：熟化不大于3㎜×3㎜的网过滤。

黏土膏：宜用搅拌机搅拌，且不大于3㎜×3㎜的网过滤，黏土中的有机成份应符合有关国家标准。

磨细粉煤灰：品质应符合有关国家标准。

石灰膏、黏土膏、电石渣膏试配稠度应为120㎜±5㎜。

4. 水

凡可饮用的水均可用于拌制砂浆，但不可用污水。

新拌砂浆的和易性

1. 流动性

（1）定义：砂浆在自重或外力作用下流动的性能。

（2）表示方法：稠度

（3）影响流动性的因素：

①胶结材料的种类与数量。

②掺和料的种类与数量。

③用水量。

④砂的粗细与级配。

⑤塑化剂的种类与掺量。

⑥搅拌时间。

砂浆的适宜稠度（㎜）

砌体种类

砖砌体

普通毛石

振捣毛石

炉渣混凝土

干燥气候或多孔砌块

8～10

6～7

2～3

7～9

寒冷气候或密实砌体

6～8

4～5

1～2

5～7

抹灰工程

准备层

底层

面层

十个浆面层

机械施工

8～9

7～8

——

手工操作

11～22

7～8

9～10

9～12

B06

A5.0

A3.5

B07

A7.5

A5.0

B08

A10.0

A7.5

2. 保水性

（1）指新拌砂浆保持水分的能力。

（2）改善方法：加大胶结材料的数量，掺入适量的掺和料，采用较细砂等。

（3）试验测定方法：分层度。

砌筑砂浆

将砖、石、砌体粘结成砌体的砂浆。

1. 抗压强度及强度等级

强度等级确定方法：

以边长为70.7㎜立方体试件，在标准养护条件下，用标准试验方法测得28天龄期的抗压强度值来确定，规定采用M20、M15、M 10、M 7.5、M 5、M 2.5等六个等级。

砌筑砂浆的实际强度与所砌筑材料的吸水性有关。可分为两种情况：

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（1）砌石砂浆

定义：铺设在不吸水密实基底上的砂浆。其强度影响因素主要是水泥的强度与灰水比。

f28AfCc(WB)f28—砂浆28天的抗压强度fc—水泥28天的抗压强度CW—灰水比A、B—经验系数

（2）砌砖砂浆

定义：铺设在吸水的多孔基底上的砂浆。其强度主要取决于水泥的强度与水泥的用量，而与拌合水量无关。

fAfceQCm,o1000Bfm,o—砂浆的配制强度fce—水泥的实际强度QC—每立方米干砂中应加入的用水量A、B—砂浆的特征系数，其中A3.03 ；B15.09当水泥的实际强度无法取得时，可按下式计算：

fcecfce,kfce,k—水泥商品强度等级对应的强度c—水泥强度等级值的富余系数当采用水泥混合砂浆时，水泥混合砂浆的掺加料用量应按下式计算中：

QDQAQCQD—每立方米砂浆的掺加料用量QA—每立方米砂浆中胶结料和掺加料的总量5mm

石灰膏、黏土膏和电石膏试配时的稠度应为120mm，当石膏不同稠度时，其换算系数按下表计算

石灰膏不同稠度时的换算系数

石灰膏的稠度

120 110 100 90 80 70 60 50 40 30

换算系数

1.00 0.99 0.97 0.95 0.93 0.92 0.90 0.88 0.87 0.86

2. 粘结力

砂浆与砖石的粘结力大小，对砌体的强度有很大影响。同时对砌体的耐久性、抗震性、也是有利的。

3. 砌筑砂浆的配合比设计

(1)水泥混合砂浆的配合比计算：

①确定试配强度

fm,ofm,k1.645(fm)1.645fm0.645

fm,o—砂浆的配制强度，精确到0.1MPafm,k—保证率为95%时的砂浆强度设计标准值fm—砂浆设计强度等级即砂浆抗压强度平均值—砂浆现场强度标准差砌筑砂浆现场强度标准值按下式计算：

Nf2inf2i1N1

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fi——统计周期内同一品种砂浆第i组试件的强度f——统计周期内同一品种砂浆n组试件强度的平均值

砂浆强度标准差选用值

M2.5

0.50

0.62

0.75

1.00

1.25

1.50

M7.5

1.50

1.88

2.25

M10

2.00

2.50

3.00

M15

3.00

3.75

4.50

n——统计周期内同一品种砂浆试件总组数当无统计资料时，砂浆现场强度标准差可参考下表

砂浆强度等级

施工水平

优良

一般

较差

②水泥用量的计算

QC1000(fm,oB)Afc

3QC200kg/m3kg/m当计算出的水泥用量不足200，取

③砂浆混合材料用量的确定

QDQAQCQD—每立方米砂浆的掺加料用量QC—每立方米砂浆的水泥用量④砂用量的确定

QA—每立方米砂浆中水泥和掺加料用量

3每立方米砂浆中砂用量，以干燥状态的自然堆积体积1m为准。

⑤每立方米砂浆用水量的确定,可在240～310㎏选用

（2）水泥砂浆配合比选用

每立方米水泥砂浆材料用量

强度等级水泥（㎏）砂（㎏）水（㎏）

M2.5～M5.0 200～230

1m3砂的堆积密度值

270～330

M 7.5～ M 10 220～280

M 15 280～340

M 20 340～400

(3) 配合比试配、调整与确定

①试配时采用工程中实际使用的材料，按计算所得的配合比进行试配。测定拌合物的稠度和分层度，若不能满足要求，则应调整材料用量，直到符合要求为止。然后确定砂浆基准配合比。

②采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，其他配合比的水泥用量按基准配合比分别增加及减少10%，在保证稠度、分层的符合要求下，可将用水量或掺加料用量作相应调整。

③经调整后，按规定方法成型试件，测定砂浆稠度，并选定符合试配强度要求的且水泥用量最低的砂浆配合比。

抹面砂浆

定义：凡涂抹在建筑物内外表面的砂浆。

1. 普通抹面砂浆

作用：对建筑物和墙体其保护作用，直接抵抗风、雨、雪、霜等自然环境对建筑物的侵蚀，提高了建筑物的耐久性，使之表面平整、光洁和美观的效果。

抹面砂浆常分两或三层做：

一般底层砂浆有良好的保水性。

中层是为了找平，有时可省去不做。，

面层平整、光洁、美观。

应用：具有良好和易性的石灰砂浆在工程上得到广泛应用；防水、防潮部位及易碰撞的部位采用水泥砂浆；混凝土基面宜采用水泥石灰混合砂浆。

普通抹面砂浆的配合比

材料

水泥：砂

石灰：砂

水泥：石灰：砂

体积配合比

1：2～1：3

1：2～1：4

1：1：6～1：2：9

材料

石灰：石膏：砂

石灰：黏土：砂

石灰膏：麻刀

体积配合比

1：0.4：2～1：2：4

1：1：4～1:1:8

100:1.3～100:2.5(重量比)

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2.特殊用途砂浆

（1）防水砂浆

防水砂浆是一种制作防水层的抗渗性高的砂浆。砂浆防水层有称刚性防水层，适用于适用于不受振动、具有一定刚度的混凝土或砖石砌体工程。

①防水砂浆的制作

a. 采用水泥砂浆，水泥：砂＝1：（1.5～3），水灰比0.50～0.55。材料：级配良好中砂，32.5以上普通硅酸盐水泥。b. 水泥砂浆中掺入防水剂制得。

②防水砂浆施工：一般采用五层作法，每层5㎜。

（2）装饰砂浆

用于室内装饰，以增加美观为主的砂浆。

①砂浆类：砂浆类饰面是以水泥砂浆、石灰砂浆以及混合砂浆作为装饰材料，通过各种工艺手段直接形成饰面层。饰面层除普通砂浆抹面外，还有搓毛面、拉毛等。

②石渣类：由天然大理石、花岗岩及其他天然石材经破碎而成，俗称米石。常见做法有水磨石，水刷石等

第六章烧土及烧熔制品

烧结砖、瓦

1. 烧结普通砖

烧结普通砖是以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的普通实心砖。

标准尺寸：240㎜×115㎜×53㎜。

分类：根据所用原料不同，分为烧黏土砖（N）、烧结页岩砖（Y）、烧结煤矸石砖（M）、烧结粉煤灰砖（F）。

(1) 生产简介

生产工艺过程为：

采土→配料调制→制柸→干燥→焙烧→成品

①采土烧结黏土砖主要采用砂质黏土，其矿物组成是高岭石。

②焙烧关键过程，温度控制在950～1050℃。火候适当、均匀，以免出现欠火砖、过火砖

黏土中含有石灰质时，黏土砖易发生石灰爆裂现象，若含有可溶性盐时，会使砌体发生盐析现象。

青砖（缺氧）与红砖（氧气充足）的制作

（2）技术要求

①尺寸偏差：应符合GB 5101－2003的规定。

②外观质量：应符合GB 5101－2003的规定。

③强度等级及强度指标

强度指标GB 5101－2003

抗压强度平均值

强度等级

变异系数0.21

变异系数＞0.21

f(MPa)

强度标准值fk

单块最小抗压强度值fmin

MU30 30.0 22.0 25.0

MU25 25.0 18.0 22.0

MU20 20.0 14.0 16.0

MU15 15.0 10.0 12.0

MU10 10.0 6.5 7.5

④抗风化性能

指能抵抗干湿变化、温度变化、冻融变化等气候作用的性能，应符合GB 5101－2003的规定。

⑤砖的放射性物质：应符合GB6566－2001的规定。

⑥砖的泛霜和石灰爆裂程度：应符合GB6566－2001的规定。

烧结普通砖的产品标记采用产品名称、品种、强度等级、产品等级和标准编号按顺序编写。

如：烧结黏土砖N MU10 C GB5101

(3) 烧结普通砖的应用

具有良好的保温隔热性能，是传统的墙体材料。可用来砌筑建筑物的内、外墙体，柱、拱、及烟囱等。

2. 烧结多孔砖、空心砖和空心砌块

优点：与烧结普通砖相比，可减轻自重30%～35%，提高工效达40%，降低造价20%，可改善墙体的绝热和吸声性能

（1）烧结多孔砖

①特点：为大面有孔洞的砖。孔的尺寸较小而数量多，其孔洞率大于或等于15%，其强度高，主要用于承重部位。

②规格：两种型号 M型190㎜×190㎜×90㎜、P型240㎜×115㎜×90㎜

烧结多孔砖的强度等级GB 13544-2000（MPa）

抗压强度平均值

变异系数0.21

变异系数＞0.21

强度等级

f(MPa)

强度标准值fk

单块最小抗压强度值fmin

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MU30 30.0 22.0 25.0

MU25 25.0 18.0 22.0

MU20 20.0 14.0 16.0

MU15 15.0 10.0 12.0

MU10 10.0 6.5 7.5

③烧结多孔砖的产品名称、规格代号、强度等级、产品等级和标准编号按顺序编写。

如烧结多孔砖M-25A-GB 13544

（2）烧结空心砖和空心砌块

①特点：顶面有孔洞，孔的尺寸大而数量少，孔洞率一般可达30%以上。主要用于非承重部位。

②规格：尺寸 290㎜×190㎜×90㎜、240㎜×180㎜×115㎜

体积密度分级 800、900、1000、1100

抗压强度MU3.5、MU5.0、MU7.5、MU10

③编写标记：按产品名称、规格尺寸、密度等级、产品等级和标准编号顺序编写标记

如空心砌块（290×290×290）900B-GB13545

3. 黏土瓦

（1）黏土瓦

黏土瓦是以黏土为原料，经模压成型、干燥、焙烧而成的制品，如图6.1所示。是一种屋面防水材料。

黏土平瓦的标准尺寸为（400×200）～（360×220）㎜。15片平瓦的覆盖面积为1㎡；吸水后的质量不应超过55kg/㎡；单片瓦的最小抗折荷重不小于0.6kN；应能满足抗冻性要求。

（2）黏土脊瓦

黏土脊瓦尺寸为长度≥300㎜，宽度≥180㎜，单片瓦的最小抗折荷重不小于0.7kN；抗冻性必须合格。

建筑陶瓷

建筑陶瓷分为：墙地砖、釉面砖、园林陶瓷和耐酸陶瓷五大类。用于不同建筑部位及使用条件的陶瓷制品应具有不同的工程性质。

1. 墙地砖

墙地砖包括外墙面砖、地面砖及陶瓷锦砖。

特点：通常为炻质或半瓷质，质地致密坚实，吸水率小，具有较高的抗冻性、耐磨性及良好的大气稳定性。

（1）外墙面砖：分为墙面砖和彩釉砖吸水率不大于8％。

（2）地面砖：用来作为地面装饰的板状陶瓷制品。

（3）陶瓷锦砖：以优质黏土烧制而成的边长小于40㎜的陶瓷制品，具有吸水率小、耐磨、耐腐蚀、易清洗、永不退色等优点。

2. 釉面砖

釉面砖一般为精陶制品，主要用于厨房、卫生间、实验室等内墙面装饰。其种类、颜色、形状多种多样。

3. 卫生陶瓷

它是用于卫生设施上的上釉的陶瓷制品。以优质黏土作原料，经配制料浆，灌浆成型，上釉焙烧而制成，表面光洁、吸水率小、强度高、耐腐蚀强。

4. 琉璃制品

它是以难熔黏土为原料，烧制而成的一种炻质的表面上釉的制品。釉色多为金黄色、宝蓝色、翠绿色。又称园林陶瓷，具有光泽度高、耐腐蚀、耐风化耐污染等特点。

建筑玻璃

1. 玻璃的组成

（1）定义：玻璃是指矿物熔融体经过冷却而得到的具有透光性的无定型结构的固体。

（2）组成：建筑玻璃的主要成分为

SiO2的氧化物。

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2. 玻璃的性质

（1）脆性：玻璃是一种典型的脆性材料，脆性指标1300。

（2）透明性：透明性是玻璃的重要光学性质。质量好的2㎜窗用玻璃，其透光率可达90％。

（3）温度稳定性：温度稳定性是指当温度聚变时，抵抗由于温度应力产生破坏的能力。普通玻璃温度稳定性差。

（4）化学稳定性：玻璃具有较好的化学稳定性，耐酸性强，能抵抗除氢氟酸以外的多种酸类的侵蚀。

3. 玻璃的主要品种

建筑玻璃根据性能和用途不同分为：平板玻璃、安全玻璃、绝热玻璃以及玻璃制品等四大类。

第七章天然石材

岩石的组成与性质

1. 岩石的组成

天然岩石是矿物的集合体，组成岩石的矿物称为造岩矿物。造岩矿物的性质及其含量决定者岩石的性能。

主要造岩矿物：

石英二氧化硅晶体的总称。无色透明至乳白色，坚硬，强度高，化学稳定性及耐久性高

长石长石族矿物的总称，包括正长石、斜长石等，坚硬，强度高，耐久性高，但低于石英

角闪石、辉为铁、镁、钙等硅酸盐的晶体。强度高，韧性好、耐久性好

石、橄榄石

方解石为碳酸钙晶体，白色，强度较高，耐久性次于上述矿物

白云石碳酸钙和碳酸镁的复盐晶体，白色，耐腐蚀性及耐久性略高于方解石

黄铁矿二硫化铁晶体。金黄色，是岩石中的有害物质

云母族矿物的总称，为片状的含水复杂硅铝酸盐晶体。具有完全解理，一裂成薄片，为岩石云母

中的有害物质

2. 石材的性质

（1）石材的物理性质

工程上一般主要对石材的体积密度、吸水率和耐水性有要求。

3kg/m①大多数岩石的体积密度均较大，且主要与其矿物组成、结构的致密程度等有关。常用致密岩石的体积密度为24002850，同种岩石，体积密度越大，则孔隙率越低，强度、吸水率、耐久性等越高。

2②深成岩和多数变质岩的吸水率较小，一般不超过1%，二氧化硅含量高则吸水率较高，及酸性岩石)的吸水率相对较高，岩石的吸水率越小，则岩石的强度与耐久性越高。

③大多数岩石耐水性较高，当含较多的黏土时，其耐水性较低。

（2）力学性质

①石材的抗压强度与强度等级

岩石的结构越致密、晶粒越细小，岩石强度越高

砌筑用石材的抗压强度由饱水状态下边长为70㎜的立方体试件进行测试，并以三个试件的平均值表示。石材的强度等级按抗压强度来划分：MU100、MU 80、MU 60、MU 50、MU 40、MU 30、MU 20、MU 15、MU 10九个等级。

（SiO63%砌筑石材强度等级换算系数

200 150 100 70 50

立方体边长

1.43 1.28 1.14 1 0.86

换算系数

装饰用石材的抗压强度采用边长为50㎜的立方体来测试

公路工程岩石的抗压强度采用水饱和状态下的试件来测试路面工程采用直径或边长和高度均为50㎜的试件。

②石材的其他力学性能

抗折强度：一般为抗压强度的1/10～1/20，属于脆性材料。

装饰材料采用水饱和状态下40㎜×20㎜×160㎜试件跨中单点加荷。

硬度：用摩氏硬度表示

耐磨性：用磨损率来表示

（3）耐久性

石材的耐久性包括：抗冻性与抗风化性、耐火性、耐酸性等

①抗冻性与抗风化性

水、冰、化学因素等造成岩石开裂或剥落，称为岩石的风化。深成岩及吸水率较小的岩石，其抗冻性和抗风化能力较强。防风化的措施：磨光石材的表面，采用有机硅喷涂表面

②耐火性

石材的耐火性与其化学组成有关。含碳酸镁和碳酸钙的石材，在温度达600～900℃时开始分解破坏。石英含量较高的石材在温度达在温度达573℃，因石英的体积膨胀致使石材破坏。

③耐酸性

由石英、长石、辉石等组成的石材具有良好的耐酸性

常用天然石材

1. 常用天然石材

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（1）矿物组成：长石、石英和云母等组成

（2）颜色多样，具有良好的装饰性

花岗岩

（3）体积密度为2500～2800kg/m3，吸水率0.1%～0.7%，摩氏硬度6～7，不耐火

（4）主要用于基础、挡土墙、踏步、外墙饰面等

（1）为岩浆冲破覆盖岩层喷出地表冷凝而成的岩石

（2）由辉石和长石组成

火玄武岩

成（3）体积密度：2900～3300kg/m3、脆性大、抗风性较强

岩

（4）用于基础、桥梁等砌体

辉长岩、（1）由长石、辉石、角闪石组成

闪长岩、3辉绿岩

（2）三者的体积密度均较大，2800～3000kg/m，强度100～280Mpa

（3）用于基础，作名贵的装饰材料

火山碎（1）岩浆喷到空气中，急速冷却而形成的岩石。

屑岩

（2）含大量的气孔，有较高的化学活性

（3）主要用作轻骨料混凝土的骨料、水泥的混合材料

（1）俗称青石，为海水或淡水中的生物残骸沉积而成

（2）主要由方解石组成，常含有一定数量的白云石、菱镁矿、石英、黏土矿物等

石灰岩

（3）体积密度：2400～2600kg/m3沉，摩氏硬度3～4，遇稀盐酸时强烈起泡

积（4）可用于大多数基础、墙体、挡土墙等石砌体。是生产石灰和水泥的原料

岩

由石英等胶结而成，可分为：

（1）硅质砂岩：纯白色时又称白玉石，可用于各种装饰及浮雕等

砂岩（2）钙质砂岩：有硅酸钙胶结而成

（3）铁质砂岩：有氧化铁胶结而成，性能较差

（4）黏土质砂岩：由黏土胶结而成

（1）由石灰岩或白云岩变质而成，主要矿物组成：方解石、白云石

（2）抛光后具有良好的装饰性，白色大理石又称为汉白玉

大理岩

3变（3）体积密度：2500～2800kg/m，摩氏硬度3～4，易于雕琢磨光

质（4）主要用于室内装修

岩

片麻岩

由花岗岩变质而成。在冰冻下易剥落，体积密度2600～2700kg/m3，可用于一般建筑工程的基础、勒脚等石砌体

石英岩

由硅质砂岩变质而来，结构致密、坚硬、加工困难、非常耐久、耐酸性好。

主要用于纪念性建筑等的饰面及耐酸性工程

2. 建筑石材的常用规格

（1）料石

外形规则，截面的宽度、高度不小于200㎜，且不小于长度的1/4

①分类：

名称叠砌面的凹入深度

细料石不大于10㎜

半细料石不大于15㎜

粗料石不大于20㎜

毛料石不大于25㎜

②应用：分别用于建筑物的外部装饰、勒脚、台阶、砌体等

（2）毛石

形状不规则，中部厚度不小于200㎜的石材。主要用于基础，挡土墙的砌筑及毛石混凝土。

（3）板材

装饰用石材多为板材，主要为大理石板材和花岗岩板材。按表面加工程度分为：

亚光板：饰面平整细腻，使光线产生漫反射现象的板材，只用于室外。

镜面板：表面平整，具有镜面光泽的板材，可用于室内。

粗面板：饰面粗糙有序，端面锯切整齐的板材，只用于室外。

第八章建筑钢材钢材的分类

1. 按化学成分分类

非合金钢即碳素钢，合金元素含量极少

低合金钢合金元素含量较低

合金钢加入较多的合金元素

2. 按主要质量等级分类

普通钢材、优质钢、特殊质量钢。

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3. 按脱氧方法分类

沸腾钢

镇静钢

半镇静钢

仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧，脱氧不完全的钢。其组织不够致密，有气泡夹杂，所以质量较差，但成品率高，成本低

用必要数量的硅、锰、铝等脱氧剂进行彻底脱氧。其组织致密，化学成分均匀，性能稳定，是质量较好的钢种

脱氧程度及质量介于两者之间

4. 按用途分类

建筑用钢，铁道用钢，压力容器用钢……。建筑钢材按用途一般分为：钢结构用钢和混凝土结构用钢。

5. 按压力加工方式分类

（1）热加工钢材：热加工是钢锭加热至一定温度，使钢锭呈塑性状态进行的压力加工，如热轧、热锻等。

（2）冷加工钢材：常温下进行加工的钢材。

钢材的性质

1. 钢材的性质

（1）抗拉强度

①屈服强度或称为屈服极限

在屈服阶段，锯齿形的最低点对应的应力为屈服强度，用为0.2%的应力作为屈服强度，用s，表示如图8.1所示。中、高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余变形0.2表示，表示如图8.2所示。屈服强度是确定容许应力的主要依据。

②极限抗拉强度

极限抗拉强度：钢材在拉力作用下能承受的最大拉应力。

s屈强比：屈服强度与抗拉强度的比值，b。屈强比越小，结构的可靠性越高，防止结构破坏的潜力越大。合理的屈强比为0.6～0.75之间。

③疲劳强度

钢材在反复作用下，可能在远低于屈服强度时突然发生破坏，这种破坏称为疲劳破坏。

疲劳强度：试件在交变应力作用下（10（2）弹性

6~107），不发生疲劳破坏的最大主应力值。

当外力撤除后变形完全消失的特性，称为弹性。应力与应变成正比的性质称为线弹性。弹性模量：E=,单位，MPa，E越大，使其产生一定量弹性变形的应力也越大。

（3）塑性

当外力撤除后变形不能完全消失的特性，称为塑性。钢材的塑性常用伸长率和冷弯来表示。

①伸长率：试件拉断后，如图8.3所示，标距长度的增量与原标距长度之比，符号表示

l1l0100%5l0＞10

②断面收缩率：试件拉断后，颈缩处横截面积的减缩量占原横截面面积的百分率，符号

③冷弯：钢材在常温下弯曲变形的能力，表示如图8.4所示。是通过检验试件经规定的弯曲程度后，弯曲处外面及侧面有无裂纹、起层、鳞落和断裂等情况进行评定的。一般用弯曲角度、弯心直径与钢材厚度或直径的比值来表示。弯曲角度越大，比值越小，表明冷弯性能越好。钢材的冷弯是评价塑性、加工性能的要求，焊接质量的的指标。



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（4）冲击韧性

冲击韧性：钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力，表示如图8.5所示。规范规定是以刻槽的标准试件，在冲击试验的摆锤冲击下，以破坏后缺口单位面积上所消耗的功来表示，符号k，其值越大，韧性越好。

钢材的冲击韧性与钢的化学成分（P、S含量），冶金、加工有关，还受温度和时间的影响，表示如图8.6所示。

（5）硬度

硬度：在表面局部体积内，抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的能力，通常与抗拉强度有一定关系。

2. 钢材的组成对其性质的影响

（1）钢材的组成

钢是铁碳合金，还有其他元素，如硅、氧、硫、磷、氮等。

钢材中铁和碳原子结合有三种基本形式：固溶体、化合物、机械混合物。

钢材的基本组织：铁素体、渗碳体、珠光体。

①铁素体赋予钢材良好的延展性、塑性和韧性，但强度高、硬度很低。

②渗碳体硬而脆，是碳钢的主要组成部分。

③珠光体强度较高，塑性和韧性介于两者之间。

基本组织成分及力学性质

名称组织成分抗拉强度延伸率布氏硬度

铁素体钢的晶体组织中溶有少量碳的纯铁

343 40 80

珠光体由一定比例的铁素体和渗碳体组成

833 10 200

渗碳体钢的晶体组织中的碳化铁晶粒 343以下

0 600

共析和含碳量的关系

名称含碳量组织成分

亚共析钢＜0.80 珠光体＋铁素体

共析钢

0.80

珠光体

过共析钢＞0.80 珠光体＋渗碳体

（2）化学成分对钢材性质的影响

①碳

随含碳量增加，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。

②磷、硫

磷，提高钢的屈服点和抗拉强度，使塑性、韧性降低，显著增加钢的冷脆性，降低钢材可焊性。

硫在钢材中以FeS形式存在，使钢在高温下呈热脆性，降低率钢的热加工性和可焊性，降低冲击韧性，疲劳强度和抗腐蚀性。③氧、氮

严重降低钢的韧性，促进时效，降低可焊性，应严格控制。

④硅、锰

硅，含量较低时，可提高钢的强度，对塑性、韧性影响不大。锰显著地提高钢的强度。

化学元素对钢材性能的影响

碳 C↑强度、硬度↑塑性、韧性↓可焊性、耐蚀性↓冷脆性、时效敏感性↑；C＞1%，C↑强度↑

硅 Si＜1%，Si↑强度↑；Si＞1%塑性韧性↓↓可焊性↓冷脆性↑

锰 Mn↑强度、硬度、韧性↑耐磨、耐蚀性↑热脆性，Si、Mn为主加合金元素

鈦 Ti↑强度↑↑韧性↑塑性、时效↓

钒 V↑强度↑时效↓

铌 Nb强度↑塑性、韧性↑

磷 P↑强度↑塑性、韧性、可焊性↓↓偏析、冷脆性↑↑耐蚀性↑

氮与碳、磷相似，在其他元素配合下磷、氮可作合金元素

硫偏析↑力学性能、耐蚀性、可焊性↓↓

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氧

冷加工、时效及焊接

1. 冷加工

冷加工：是钢材在常温下进行的加工，常见冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。

冷拉：将钢筋拉到强化阶段的某一点，然后松弛应力，钢筋则恢复部分弹性，保留残余变形，钢材经冷拉后，屈服点提高而抗拉强度基本不变，塑性、韧性相应降低，表示如图8.8所示。

力学性能、可焊性↓时效↑硫、氧属于杂质

冷拔：强力拉拔钢筋使其通过截面小于钢筋截面面积的拔丝模，钢筋不仅受拉，还受挤压作用，钢材经冷拔后，屈服点大大提高，但其失去软钢的塑性与韧性。

冷轧：将圆钢在轧钢机上轧成断面按一定规律变化的钢筋，可提高其强度与混凝土的握裹力。

2. 时效

时效：钢材随时间的延长、强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。

自然时效：钢材经冷加工后，在常温下搁置15～20天，钢材的屈服强度、抗拉强度、及硬度都进一步提高，而塑性、韧性继续降低。

人工时效：钢材经冷加工后，加热至100～200℃保持2小时以内，钢材的屈服强度、抗拉强度、及硬度都进一步提高，而塑性、韧性继续降低。

时效敏感性：因时效而导致钢材性能改变的程度。

3. 焊接

焊接是使钢材组成结构的主要形式。焊接的质量取决于焊接工艺、焊接材料及钢的可焊性能。

钢的可焊性主要受化学成分的影响，当含碳量超过0.3％，或含有较多的硫、杂质及较多的合金元素时，钢的可焊性能降低。

两种焊接方法：电弧焊、接触对焊。

焊接结构用钢应选用含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。

建筑钢材的标准与选用

1. 钢结构用钢

（1）碳素结构钢

①牌号及其表示方法

牌号组成：代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值（195、215、235、275Mpa）、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧方法（F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢）。

举例： Q235——A·F表示屈服点为235Mpa的A级沸腾钢

②技术要求

碳素结构钢的化学成分、碳素结构钢的力学性质、碳素结构钢的工艺性质均应符合国家标准GB700－88的要求。

③选用

沸腾钢在下列情况下是限制使用的：直接承受动荷载的焊接结构；非焊接结构而计算温度等于或低于-20℃时；受静荷载及间接动荷载作用，而计算温度等于或低于-30℃的焊接结构。

建筑钢结构中，主要应用的是碳素钢Q235。它的强度、韧性和塑性以及可加工等综合性能好，且冶炼方便，成本低。

Q235-D冲击韧性好，抵抗振动、冲击荷载能力强。

A级钢一般仅适用与承受静荷载作用的结构。

Q215钢强度低、塑性大、受力产生变形大，经冷加工后可代替Q235钢使用。

Q275钢强度高，但塑性较差，有时轧成带肋钢筋用于混凝土中。

（2）低合金高强度结构钢（合金元素的总量低于5%）

①牌号及表示方法

牌号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等五个牌号。

其中Q345、Q390、Q420均按化学成分和冲击人才各划分为A、B、C、D、E共五个质量等级。字母顺序越靠后的钢材质量越高。

②技术性能

表格

③性能与应用

Q345综合性能好，是钢结构常用的牌号，Q390是推荐使用的牌号。

低合金高强度结构钢用于大型结构、重型结构、大跨结构、高层建筑等。

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2. 混凝土结构用钢

（1）热轧钢筋

主要有Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋。

①热轧钢筋的标准

国标规定中：热轧直条光圆钢筋牌号为HPB235。

热轧带肋钢筋的牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成，有HRB335、HRB400、HRB500三个牌号。

②热轧钢筋的选用

普通混凝土非预应力钢筋可根据条件选用HPB235、HRB335、HRB400钢筋，预应力混凝土优先选用HRB500钢筋，也可选用HRB335、HRB400钢筋，

（2）热处理钢筋

热处理：将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得需要性能的一种工艺过程。热处理钢筋塑性降低不大，但强度增加很多，综合性能比较理想。热处理钢筋主要用于预应力混凝土轨枕，代替碳素钢丝。

（3）冷轧带肋钢筋

冷轧带肋钢筋是热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋的钢筋。

其牌号由CBR和钢筋的抗拉强度最小值构成，分为CBR550、CBR650、CBR 800、CBR 970、CBR1170五个牌号。

（4）预应力混凝土用钢丝及钢绞线

预应力混凝土用钢丝及钢绞线是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成的专用产品。

钢丝分类：矫直回火钢丝、矫直回火刻痕钢丝、冷拉钢丝。钢丝直径有3、4、5㎜三种规格，抗拉强度为1470～1670MPa，0.2＝1100～1410 MPa。

钢绞线是由七根钢丝经绞捻热处理制成的。直径为9～15㎜，破坏荷载达220kN，屈服荷载可达185 kN。

钢丝和钢绞线都有强度高、塑性好，使用时不需接头等优点。

钢材的腐蚀与防止

腐蚀对钢材的影响：

腐蚀造成钢材的受力截面减小，表面不平整导致应力集中，降低钢材的承载能力；还会降低疲劳强度，尤其是显著降低钢材的冲击韧性，使钢材脆断。

1. 钢材腐蚀的原因

（1）化学腐蚀

由非电解质溶液或各干燥气体所引起的一种纯化学性质的腐蚀，无电流产生。这种腐蚀多为氧化作用。

（2）电化学腐蚀

钢材与电解质溶液相接触而产生电流，形成原电池作用而发生的腐蚀。钢材中的成分的电极电位不同，有电解质存在时，很容易形成原电池的两个极。

2. 钢材腐蚀的防止

（1）保护膜法

利用保护膜使钢材与周围介质隔离，从而避免或减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。如在钢材上喷刷涂料。

（2）电化学保护法

无电流保护法是在钢铁结构上接一块较钢铁更为活泼的金属如锌、镁。这种方法对应那些不容易或不能覆盖保护层的地方。

外加电流保护法是在钢铁结构附近，安放一些废钢铁或其他难熔金属，如高硅铁等，将外加直流电源的负极接在被保护的钢铁结构上，正极接在难熔的金属上，通电后难熔金属成为阳极而被腐蚀，钢铁结构成为阴极的到保护。

（3）合金化

在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素，如镍、铬等。

防止混凝土中钢筋的腐蚀最经济有效的办法是提高混凝土的密实度和碱度，并保证钢筋有足够的保护层厚度。

另外，配制混凝土时，应限制氯盐的使用量。

第九章木材及其制品

木材的构造与组成

1. 木材的宏观构造

指用肉眼和放大镜观察到的构造。木材的构造不均匀，而其性能与构造有密切的关系。

横切面：垂直于树轴的切面。

径切面：通过树轴的纵切面。

弦切面：平行于树轴的切面

从横切面来观察树木的构造，可见树木有树皮、木质部和髓心所组成，表示如图9.1、9.2所示。

木质部：髓心和树皮之间的部分，是使用的主要部位。

髓心：木材第一年生的部分，材质松软，强度低，容易被腐蚀和虫蛀。



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2. 木材的微观构造

指在显微镜下能观察清楚木材的构造。

木材由无数管状细胞紧密结合而成。绝大部分纵向排列，少数横向排列。每一个细胞分为细胞壁和细胞腔两部分，细胞壁是有细纤维组成。

细胞中存在的水，可分为自由水和吸附水

自由水：是存在于细胞腔、细胞间隙的水分，对木材的性能影响较小。

吸附水：是存在于细胞壁内被木纤维吸附的水分，对木材性能影响较大。

纤维饱和点：木材内无自由水，而细胞壁内饱和，即仅含有吸附水的最大含水率。

木材的性质

1. 吸湿性

定义：木材中存在大量的孔隙，潮湿的木材在干燥的空气中能失去水分，干燥的木材能从周围空气中吸收水分。

表示方法：含水率

平衡含水率：当木材的含水率与周围介质的湿度达到了平衡状态。

木材在加工、使用之前将其干燥至使用条件下的平衡含水率是十分必要的。

2. 干湿变形

（1）吸附水含量的变化将会导致木纤维之间距离的改变，在宏观上表现为木材具有显著的干燥收缩、吸湿膨胀性能。

（2）木材的干湿变形仅在纤维饱和点以内的含水率变化时发生，若含水率超过纤维饱和点，多余的水分将存在于细胞腔和细胞间隙中，含水率的变化对变形无影响。

（3）木材的干湿变形随树种、构造不均匀而有差异，一般体积密度大，夏材含量多，变形就大。

（4）木材的变形对其使用有严重的影响，它使木材产生裂纹、翘曲和扭曲。

3. 强度

木材的强度与外力性质，受力方向，纤维排列方向有关，表示如图9.5所示。

木材受的外力主要有：拉力、压力、弯曲和剪切力。

顺纹受力：受力方向与纤维一致；横纹受力：受力方向垂直于纤维方向。

（1）抗拉强度：木材抗拉强度可分为顺纹和横纹两种，顺纹抗拉强度是木材所有强度中最大的。

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（2）抗压强度：抗压强度分为顺纹抗压强度和横纹抗压强度。木材的顺纹抗压强度较高，仅次于顺纹抗拉强度和抗弯强度。

（3）抗弯强度：木材受弯曲时产生压、拉、剪等复杂的应力。

（4）抗剪强度：分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断。

木材强度大小关系

抗压强度抗拉强度

顺纹横纹顺纹横纹

抗弯强度

抗剪强度

顺纹横纹切断

111

10～32～311

20～1311～11

2～2

732～1

（5）影响木材强度的主要因素

①含水量

当含水率由全干状态增加到纤维饱和点时，强度随之降低。这是由于细胞壁内纤维吸水软化、松离以及纤维间联接减弱所致。

在纤维饱和点以下，随含水率降低，吸附水减少，强度增加。

当含水率超过纤维饱和点后，所增加的是自由水，对强度不再产生影响。

含水率变化对抗弯强度和顺纹强度的影响最大。

②温度

木材受热后，细胞壁中胶结物质会软化，由此引起木材强度降低。

③荷载时间

长期受力的木材强度较短期受力的木材强度低很多。

持久强度：木材在长期荷载作用下，能无限期负荷而不破坏的最大应力。持久强度仅为极限强度的50%～60%。

④疵病

有天然缺陷如木节、弯曲、斜纹等以及病虫害、腐朽和蛀蚀。

常用木材及制品

1. 木材的种类与规格

（1）木材的分类

说明主要用途

系指除去皮、根、树梢的木料，但尚未建筑工程的脚手架、建筑用材、家具等

原条按一定尺寸加工成规定直径和长度的材料

系指已经去皮、根、树梢的木料，并已（1）直接使用的原木：用于建筑工程、桩木、电原木经按一定尺寸加工成规定直径和长度杆等

的材料（2）加工原木：用于胶合板、造船、车辆等

系指已经加工锯解成材的木材。凡宽度建筑工、桥梁、家具、造船等

锯材为厚度三倍或三倍以上的，称为板材，不足三倍的称为枋材

枕木

系指按枕木断面和长度加工而成的成铁道工程

材。

（2）锯材尺寸表

锯材分类

厚度（㎜）宽度（㎜）长度（m）

尺寸范围进级

薄板 12、15、18、21 50～240

1～8

中板 25、30 50～260 1～6

厚板 40、50、60 60～300

（3）针叶树和阔叶树锯材按缺陷分等标准

检量方法允许限度

缺陷名称特等锯材普通锯材

一等二等三等

最大尺寸不得超过材宽的任意10% 20% 40%

活节、死节材长1m范围内的个数不得超3（2） 5（4） 10（6）

过

腐朽面积不得超过所在材面面积的不许有不许有

10% 25%

裂纹、夹皮长度不得超过材长的 5%（10） 10%（15） 30%（40）

虫害

任意材长1m范围内的个数不不许有不许有 15（8）

得超过

钝棱

最严重缺角尺寸，不得超过材宽10%（15）

25% 50% 80%

的

弯曲

横弯不得超过 0.3%（0.5） 0.5%（1）

3%（4）

顺弯不得超过

1% 2% 3%

斜纹斜纹倾斜高不得超过水平长的

5% 10% 20%

不限

2. 人造板材

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人造板材是利用木材或含有一定量纤维的其他植物为原料，采用一般的物理和化学方法加工而成的。

特点：板面宽、表面平整光洁，没有节子、虫眼和各方异性等缺点，不翘曲、不开裂、经加工处理后还具有防火、防水、防腐、防酸等性能。

品种分类：

（1）热固性树脂装饰层压板

热固性树脂装饰层压板是由专用纸浸渍氨基树脂、酚醛树脂经热压制成的板材。主要用于建筑内装饰。

（2）胶合板

一组单板通常按相邻层木纹方向互相垂直组柸胶合而成的板材称为胶合板。通常其表板和内层板对称地配置在中心层或板芯的两侧。

（3）纤维板

纤维板是将树皮、刨花、树枝等废料经破碎、浸泡、研磨成木浆，再经加压成型、干燥处理而成的板材。

胶合板分类、特性及适用范围

分类

Ⅰ类

Ⅱ类

Ⅲ类

Ⅳ类

不耐潮胶合板

名称

耐气候、耐沸水胶合板

耐水胶合板

耐潮胶合板

胶种

酚醛树脂胶会其他性能相当的胶

脲醛树脂或其他性能相当的胶

血胶、带有多量填料的脲醛树脂胶或其他性能相当的胶

豆胶或其他性能相当的胶

特性

耐久、耐煮沸或耐蒸汽处理、耐干热、抗菌

耐冷水浸泡及短时间热水浸泡、不耐煮沸

耐短期冷水浸泡

适用范围

室外工程

室内工程一般常态下使用

有一定胶合强度但不耐水

（4）刨花板

刨花板是利用施加或施加胶料的木质刨花或木质纤维材料压制的板材。刨花板可用于保温、吸声或室内装饰等。

木材的腐朽与防止

1. 木材的腐朽

定义：木材由于木腐菌的侵入，逐渐改变其颜色和结构，使细胞壁受到破坏，物理力学性能随之发生变化，最后变得松软易碎，呈筛孔状或粉末状等形状。

引起木材腐蚀的原因有三种：腐朽菌、变色菌及霉菌。

木腐菌生存繁殖必须同时具备下列四个条件：

（1）水分：含水率18%即可，含水率30%～60%之间更为有利。

（2）温度：2～35既能生存，最适宜温度15～25,高出60℃无法生存。

（3）氧气：5%的空气

（4）营养：以木质素、储存的淀粉、糖类、及分解纤维素葡萄糖为营养。

木材的自然防腐等级

级别

第一级（最耐腐）

第二级（耐腐）

第三级（尚可）

第四级（最差）

树种举例

侧柏、梓、桑、红豆杉…

槐、青岗、粟、银杏、马尾松…

合欢、荒榆、核桃木、梧桐…

柳、杨木、南京椴枫香…

用途

可作室外用材

可作室外用材，最好作保护处理

适用保护处理或防腐处理的室外、室内用

非经防腐处理不适于室外使用

2. 木材的防腐

两种方法：

（1）创造不适于真菌寄生和繁殖的条件。

（2）将木材变为有毒物质，使其不适于作真菌的养料。

具体办法在：用化学防腐剂对木材进行处理。

处理方法：表面涂刷法、浸渍法等。

常用防腐剂：水溶性防腐剂（氯化锌，氟化钠等），油质防腐剂（煤焦油、薏油）。

第十章有机合成高分子材料

高分子化合物的基本知识

1. 高分子化合物的定义及制备方法

（1）定义

高分子化合物是由千万个原子彼此以共价键连接的大分子化合物，通常指高聚物或聚合物。它的分子量很大，但其化学组成却比较简单，一个大分子往往是由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。它是生产建筑塑料、胶粘剂、建筑涂料、高分子防水材料等材料的主要原料。

（2）制备方法

由单体制备高分子化合物的基本方法有加聚反应和缩聚反应。

加聚反应：由相同或不相同的低分子化合物，相互加合成聚合物而不析出低分子副产物的反应，其生成物称加聚物。常见的加聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

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