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日期:2019-10-29 21:11 来源: 建材

  建筑材料大全_材料科学_工程科技_专业资料。建筑材料 张琳 绪论(introduction) 一、土木工程材料分类 1、定义:土木工程中所使用的一切材料及制品。 ? 分类 (1)按来源分 ? 天然材料:竹、木等 ? 人造材料:砖、瓦、水泥、

  建筑材料 张琳 绪论(introduction) 一、土木工程材料分类 1、定义:土木工程中所使用的一切材料及制品。 ? 分类 (1)按来源分 ? 天然材料:竹、木等 ? 人造材料:砖、瓦、水泥、砼、钢材等 (2)按化学成分 ? 无机材料:金属材料(钢、铁、铝、铜等);非金 属材料(水泥、玻璃、砖瓦、石材) ? 有机材料:木、竹、沥青、塑料等 ? 复合材料:玻璃纤维增强材料、钢纤维增强砼等 二、土木工程材料在土木工程中作用及重要性 1、土木工程材料是构成土木工程的物质基础。 2、直接影响着或决定着土木工程一些重要性质。 (1)结构形式:山西应县佛宫寺木塔(1055年)高66米; 马来西亚石油双塔楼(砼结构)高452米;上海金茂大 厦(钢砼混合材料结构)高420.5米; ? 上海电视塔(预应力砼结构)468米;旧金山金门大桥 (悬索桥)主跨1280.2米;苏通大桥(斜拉桥)主跨 1088米、主塔300多米;大跨度的钢结构展览馆;体育 馆;机场航站楼。07年有39人在金门大桥自杀,当局 准备化费5000万装防护网。--08-10-12京华时报。 (2)安全性 ? 唐山地震 ? 重庆彩虹桥事件(99年1月4日晚6时50分40多人伤亡) (3)功能、适用性 ? 绝热材料、吸声隔声材料、装饰材料、耐热防火材 料、防水抗渗材料、耐磨耐腐蚀材料、防爆防辐射 材料。 (4)经济性 ? 优良的建材能满足: ? 足够的强度(承载) ? 较轻(减轻地基负荷) ? 相应的耐久性(降低维修费) ? 美观 ? 功能要求 ? 低能耗 ? 环保 三、土木工程材料的发展趋势 1、上古时期人类野处穴居 ? 旧石器时代的北京猿人(69万年前)住天然岩洞。 ? 北京周口店龙骨山山顶洞人(18000年前)住天然 岩洞。 ? 巢氏教民构木为巢,居于树上。 2、砖木房屋 ? 土坯(8000年欧洲) ? 凿琢自然石(5000~6000年前) ? 砖(3000年前) ? 秦砖汉瓦(2000年前) ? 钢筋混凝土(19世纪) ? 化学建材具有特殊功能的新型建材 3 、展望 ? 发展方向:环保、节能、轻质高强、多功能、结构 功能一体化、构件化、单元化。 (1)墙体材料 ? 非黏土砖的应用 (2)轻质高强混凝土、改性混凝土、预应力混凝土 四、本课程的主要内容及学习方法 ? 水泥、混凝土、钢材、沥青、塑料的生产、性能及 应用是重点。 ? 听课、作业、实验。 ? 闭卷考试(考试成绩占80%、平时成绩20%)。 第一章 土木工程材料的基本性质 土木工程材料受到诸多因素的影响: ? 力学作用(外力、自重、风力、地震) ? 物理作用(雨、雪、霜、干湿循环、冻融循环、火) ? 化学作用(风化、酸碱盐侵蚀) 材料的性能是多方面的,必须与使用环境相适应。 §1-1材料科学的基本理论 1.1.1材料的组成 1、化学组成(化学元素、化合物种类及数量) ? 决定材料的:抗酸碱侵蚀性、可燃性、耐火性、钢材 的锈蚀等。 2、矿物组成(矿物种类和数量) 3、 相组成(结构相近性质,相同的均匀部分) ? 气相、液相、固相:一般材料 ? 铁素体、渗碳体、珠光体:钢 ? 集料相、基相、界面相:砼 1.1.2材料的结构和构造 1、宏观结构 (1)宏观结构的孔隙特征 ? 致密结构:金属、玻璃、塑料 ? 多孔结构:加气混凝土、泡沫混凝土、轻质多孔材料 ? 微孔结构:石膏制品 (2)按组织构造特征 ? 堆聚结构:混凝土、砂浆、沥青混合料 ? 纤维结构:木材、玻璃钢 ? 层状结构:胶合板 ? 散粒结构:混凝土集料 2、细观结构(以光学显微镜观察) ? 混凝土的基相、集料相、界面相 ? 钢铁的铁素体、珠光体、渗碳体 ? 木材的木纤维、导管髓线、微观结构(用中子显微镜或x射线分析) ? 晶体:钢铁材料 ? 玻璃体:火山灰 、炉渣、玻璃 ? 胶体:胶粒 (粒径 10-7-10-10)作为分散相,分散在 连续相(水、气、溶剂)中 形成的分散体。 §1.2材料的基本物理性质 1.2.1材料的密度、表观密度、堆积密度 1.密度 绝对密实状态下,材料单位体积的质量。 ρ =m/v ρ -g/cm3 m-g V-cm3 近似度密,有度的ρ教a 科:书用称排为液碎置石换等法的直表接观测密得度的。砂、碎石的密 2.表观密度 在自然状态下,材料单位体积的质量。 ? ρ 0 =m/v0 ? V0---表观体积(包含内部孔隙的体积) 3.堆积密度 ? ρ 0′ =m/v0′ 1.2.2材料的密实度与孔隙度 1.密实度 材料的体积内被固体物质充实的程度 ? D=v/v0*100% 2.孔隙率 或D=ρ 0/ρ *100% ? P=(v0-v)/v0=1-D 1.2.3材料的填充率与空隙率 1.填充率:某堆积体中,被散粒材料的颗粒所填充的程度 ? D′=v0/v0′*100% 或D= ρ 0′/ρ 0*100% 2.空隙率 ? P′ =1-D′ 1.2.4材料与水的关系 1. 材料的亲水性与憎水性 ? 亲水材料θ ≤90° ? 憎水材料θ > 90° ? θ ---润湿边角 ? 石灰岩、玄武岩属于憎水岩石,与沥青粘结力强,常 用来做铺路材料。 ? 花岗岩属亲水岩石,与沥青粘结力不强,遇水易剥落, 即水稳定性差不宜用做铺路材料。 2.材料的吸水性与湿性 (1)含水率 所含水的质量与干燥状态下材料的质量 之比 ? W=(m1-m)/m*100% ? m---材料干燥状态下的质量,g ? m1---材料在含水状态下的质量,g (2)吸水性 ? 吸水率:材料吸水饱和时的含水率。 ? 致密岩石:0.5-0.7% ? 混凝土:2-3% ? 粘土砖:8-20% ? 木材等:>100% (3)吸湿性:材料在潮湿空气中吸收水分的性质,具有 可逆性。 ? 影响:木制门窗、保温材料 3.材料的耐水性:材料抵抗水破坏作用的能力。 (1)破坏作用 ? 力学性质方面 ? 光学性质方面 ? 装饰性质方面 (2)软化系数 ? 材料在吸水饱和状态下抗压强度/材料在干燥状态下 的抗压强度 ? 长期受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑,其材 料的软化系数≥0.85。 4.材料的抗渗性 ? 材料抵抗压力水渗透的性质。 ? K=Qd/AtH ? 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 ? K越小,抗渗性越好。 §1-3 材料的基本力学性质 1.3.1材料的强度(strength) ? 材料在外力作用下,抵抗破坏的能力 ? 抗压强度 、抗拉强度 、抗剪强度 f=Fmax/A ? 抗f=弯Fma强xL度/bhf2 =(3三Fm分axL点/2集bh中2 加(单荷点)集中加荷); ? 土木工程材料常根据其强度划分为若干不同的等级。 1.3.2弹性与塑性(elasticity and plasticity) ? 弹性:材料在外力作用下产生变形,当外力除去后变 形随即消失,完全恢复原来形状的性质称为弹性。这 种可完全恢复的变形称为弹性变形。 ? 塑性:材料在外力作用下,当压力超过一定限值时产 生显著变形,且不产生裂缝或发生断裂,外力取消后, 仍保持变形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的 变形称为塑性变形。 1.3.4脆性与韧性(shortness/brittleness and toughness) ? 脆性:材料发生突然破坏之前无明显的塑性变形。 如陶瓷、玻璃、石材、砖瓦、铸铁。 ? 韧性:在冲击、振动荷载作用下,材料能够吸收较 大的能量不发生破坏的性质。也称冲击韧性。如. 建筑钢材(软钢),木材等。 ? 桥梁、吊车梁及有抗震要求的工程中,结构材料要 有较好的韧性。 §1.4材料的耐久性(durability) ? 定义:材料在使用中,抵抗其自身和环境的长期破 坏作用,保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。 ? 内容:抗风化、抗酸碱盐侵蚀、抗渗、耐水、抗冻 等性能,属于综合指标。 第二章建筑钢材(steel material) ? 建筑钢材包括:钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于 钢结构各种型钢如钢管、槽钢、工字钢、角钢等。 §2-1 钢材的化学组成 1、主要成分:铁、碳、合金元素、杂质。 2、分类 按化学成分分为碳素钢和合金钢 (1)碳素钢 ? 低碳钢 含碳量小于0.25% ? 中碳钢 含碳量[0.25%,0.6%) ? 高碳钢 含碳量大于0.6% (2)合金钢 ? 低合金钢 合金元素含量小于 5% ? 中合金钢 合金元素含量[ 5%,10%] ? 高合金钢:合金元素含量大于 10% ? 建筑钢材含碳量一般为不超过0.8%的碳素钢及低合 金钢。 3、各元素对钢材性能的影响 (1)碳—它与铁原子的结合方式有: ? 固溶体:形成铁素体,含碳量极少。 ? 化合物(Fe3C):形成渗碳体,含碳量较高。 ? 机械混合物:形成珠光体,含碳量在二者之间。 ? 含碳量↑,珠光体↑,强度↑,塑性、韧性、可焊 性↓(0.6%时,可焊性很差)。 (2)合金元素 ? 硅 含量低于1%时,能提高钢材的强度。 ? 锰 含量1%-2%,提高钢材的强度。 ? 钛 强度↑ ↑,韧性、可焊性↑。 ? 其化学性质稳定,耐腐蚀(抵抗海水腐蚀能力很强), 主要用于飞机、火箭、导弹、飞船等,少量用于冶金、 能源、交通医疗及石化工业。 ? 矾 强度↑ ? 铌 强度↑ (3)杂质元素 ? 磷 强度↑ ,可焊性↓ ↓,冷脆性↑ ↑。 有益作用:提高强度、硬度、耐磨性、改善切削性,耐 大气腐蚀性强,在低合金钢中可配合其它元素做合金元 素用,军事上利用其脆性制造炮弹增大杀伤力。 普通碳素钢 磷含量≤0.045% 优质碳素钢 磷含量≤0.035% 高级优质碳素钢 磷含量≤0.030% ? 硫 极有害元素 可焊性↓ ↓,热脆性↑,热加工性↓ 普通碳素钢 硫含量≤0.055% 优质碳素钢 硫含量≤0.040% 高级优质碳素钢 硫含量 0.02%-0.03% ? 氧 韧性、可焊性↓ ? 氮 强度↑ ,塑性、韧性↓ §2-2建筑钢材的主要力学性能 ? 包括:抗拉、冷弯、冲击韧性、硬度和耐疲劳性。 2.2.1抗拉性能(tensile strength) ? 属最重要的性能,主要技术指标有:屈服点、抗拉强度、 伸长率。 1、σ -ε 图 ? OA:弹性阶段 ? AB:弹塑性阶段 ? BC:塑性阶段 ? CD:强化阶段 ? DD′:破坏阶段 (颈缩、断裂)插图p24 2、指标(indexes) ? 弹性极限σ p 弹性范围内,所能承受最大的力。 ? 弹性模量E 弹性模量大,抗变形能力强。 ? 上屈服点σ su 屈服阶段,所能承受最大的力。 ? 下屈服点σ sl 对试验条件较不敏感。 ? 屈服强度σ s 取为下屈服点 ? 抗拉强度σ b 抗拉试验中,所能承受最大的力。 ? 强屈比σ b / σ s 大于1.2,影响材料安全及利用率。 ? 硬时钢所的对屈应服的点应力σ。0.2 产生残余变形达到原始长度0.2% ? 断后伸长率 δ =(l1-l0)/l0*100% 对于钢筋一般 8-27%。反映钢材的塑性。 的长、径直比)。 δ 5>δ 10 (5,10为试件 工程脆上性把材δ料1。0≥5%的材料成为塑性材料; δ 10<5%的为 2.2.2 冷弯性能(cold bending property) 1、定义 钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 2、物理意义 一定程度上揭示钢材是否存在内部组织的 不均匀、内应力、夹杂物未融合及微裂纹等缺陷,能 反映冶金质量和焊接质量。 3、冷弯实验 ? 试件长度 L=5a+150(mm);试验角度180°; ? 弯心直径d=0,0.5a,a,2a,3a… a---试件厚度或直径; ? 试验温度10-35°; ? 缓慢加载。 4、指标 弯曲角度,弯心直径/试件厚度或直径 2.2.3冲击韧性(impact toughness) 1、定义:钢材抵抗冲击载荷的能力。 2、冲击韧性试验 3冲击韧性值:а k=Ak/F Ak冲断试件所消耗的功; F—试件断口处截面面积。 4、冷脆性:钢材在低温下,呈现脆性的现象。 5、脆性临界温度:钢材在降到某一温度范围时,冲击韧 性急剧下降,而呈现脆性,该温度即为脆性临界温度。 6、时效:钢材随时间延长强度提高、塑性和韧性下降的 现象。 7、时效敏感性:因时效而导致性能改变的程度。受动载 的结构物如桥梁等,应选用时效敏感性小的钢材。 8、实例(instances) ? 国外一钢桥在夜间温度骤降下,因冷脆而塌落。 ? Poland 一跨度76.6米的钢梁组合桥(composite bridge)于1987.1.8在温度-35°发生塌毁事故。 ? 我国北方60年代初,一钢筋混泥土梁,因钢筋焊接接 头冷脆而塌落的事故。 ? 选用钢材时,在负温使用下的结构应选用脆性临界温 度较使用温度为低的钢材。 2.2.4硬度(hardness) 1、定义 指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性 变形的能力。是钢材弹性、塑性、强度、韧性及变形 强化率等的综合反映。 2、布氏硬度(Brinell hardness) HB=P/(π Dh) ? P-压入载荷,N;D-钢球直径,mm;H-压入深度,mm。 F,D是定值,只要测出d,再查表即可。 硬度计压头为淬火钢球时用HBS表示适用于HB<450的材料; 压头为硬质合金钢球时用HBW表示,适用于450≤HB≤650的 材料。 标注方法:170HBS10/3000/30 170-布氏硬度值 10-钢球直径(mm) 3000-试验力F值(kgf) 30-加压持续时间(s) 3、布氏硬度值与抗拉强度的相关性 碳素钢: ? HB﹤175时,σ b=3.6HB ? HB﹥175时,σ b=3.5HB 根据以上关系,可在钢结构上原位测得的HB值估算σ b。 4、洛氏硬度(Rockwell hardness) 根据压头压入试件的深度大小确定材料的硬度值。一般用于判断机械零 件的热处理效果。数值可直接从硬度计仪表盘读出。 1)包括4种类型: HRA:120°金刚石圆锥压头,测量范围60~85HRA,试验力588.4N; HRB:直径1.588mm钢球压头,25~100 HRB,980.7N; HRC:金刚石圆锥压头,20~67 HRC,1471N;(生产中使用最多) HRD:金刚石圆锥压头,40~77 HRC,980.7N. 2)标注:60HRC 3)HRC:HB=1:10(当HBS>220时) 5、维氏硬度(Vickers hardness)压头为金刚石正四棱锥,用HV表示。 2.2.5 耐疲劳性 1、钢材的疲劳破坏:指在交变应力作用下,钢材在应力远小于σ b时发 生断裂的现象。 2、疲劳极限σ r 在疲劳试验中,试件在交变应力作用下,于规定的周 期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。 3、应力比值 ρ =σ min/ σ max ? 测定钢筋疲劳极限时,通常采用拉应力循环。 ? 非预应力筋 ρ =0.1-0.8 ? 预应力筋 ρ =0.7-0.85 ? 周期基数 200万次或400万次以上。 4、钢材疲劳破坏的原因 微小缺陷,表面质量不好 裂纹形成 裂纹扩展 断裂 §2.3 钢材的冷加工强化、时效强化、热处理和焊接 1、钢材的冷加工强化 指将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧 (热轧:1200°~1300°),产生塑性变形 屈服强度 ↑:塑性、韧性、弹模↓ 2、时效处理 ? 将经过冷加工后的钢材于常温下存放15-20天,或加热 到 100°-200°,并保持一段时间,这一过程就是时 效处理。 ? 前者称自然时效,后者为人工。 ? 一般强度较低的钢筋可采用自然时效,强度较高的钢 筋应采用人工时效处理。 屈服强度提高 时效处理 抗拉强度略有提高 塑性、韧性下降 弹模基本恢复 2.3.2钢材的热处理 1、退火:用于冷加工后的钢材处理,以减少冷加工产 生的各种缺陷,消除内应力。分为: ? 低温退火:加热温度在铁素体等转变温度以下,是少 量位错重新排列。 ? 完全退火:加热温度高于相变温度,达到800—850度, 在经适当保温后缓慢冷却,使钢材再结晶。 2、淬火和回火(二者通常相连) (1)淬火:加热到相变温度(723度)以上,保温使组 织完全转变,即投入冷却介质(水或矿物油)中急冷, 使转变为不稳定介质:强度、硬度↑,塑性、韧性↓。 (2)回火:在淬火之后进行,加热温度在转变温度以 下(150—650度),保温后按一定速度冷却至室温。 消除淬火内应力,硬度↓,塑性、韧性↑。 我国生产的热处理钢筋采用中碳低合金钢经油浴淬火 和铅浴高温(500-600度)回火制得。其组织为铁素体 和均匀分布的细颗粒渗碳体。 2.3.3钢材的焊接 1、焊接方法 (1)电弧焊(钢结构)焊条与焊件之间产生高温电弧, 将焊条与焊件金属熔化,凝固后形成焊缝。 (2)电渣压力焊(钢筋) 电流通过渣池产生电阻热将 钢筋端部熔化,施加压力使钢筋焊合。 2、焊接质量的检验 ? 取样试件试验(钢筋接头) ? 原位非破损检测(钢结构) 超声波、γ 射线、实例:鸟巢体育场钢结构(钢号Q460)焊缝总长 300Km,超声波检验合格率100%。 §2-4钢材的防火与防腐 2.4.1钢材的防火 1、高温对钢材的性能有很大影响(高温蠕变): ? 250度时,σ b↑,а k↓↓,称蓝脆现象。 ? 大于300度时,σ b↓, σ s ↓↓. ? 600度时,强度 ↓↓ ↓(-2/3),不能承载。 2、防火措施 (1)设置防火板 (2)涂刷防火涂料 ? 非膨胀型防火涂料 难(不) 燃性树脂+难燃剂+防火填料。 ? 膨胀型防火涂料 难(不) 燃性树脂+难燃剂+成碳剂+脱水成碳催化剂+发 泡剂 2.4.2钢材的锈蚀与防止 1、主要原因 (1)化学锈蚀 钢材与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。主 要是氧化作用引起,环境干燥时较慢而在潮湿的环境, 和温度较高时则速度较快。空气中的二氧化碳,二氧 化硫也能引起。 (2)电化学腐蚀 金属在潮湿的气体中或导电溶液(电解质)中,形成 微电池而引起的腐蚀,是最主要的腐蚀形式。 1)钢的表面在电解质溶液中形成微电池: 铁素体-阳极,失去电子成为Fe2+进入水膜; 渗碳体-阴极,溶于水中的氧被还原成OH-; 二者反应最终产物为疏松易剥落的红棕色铁锈Fe(OH)3..随暴露出的渗碳 体越来越多,微电池也越来越多,锈蚀也日益加速。 2)铁铜接触形成微电池(二者之间存在电解质) 铁的电极电位低(-0.44v),为阳极不断失去电子而被溶解;铜的电极电 位高(+0.33v)为阴极在其上放出氢气。 抗电化学腐蚀的措施: 提高电极电位--在钢中加入Cr、Ni、Si等合金,如在铁中加铬11.7%时, 可把合金的电位提高到+0.2v,能有效地抵抗空气、水、酸碱盐腐蚀; 尽量获得单相组织--在钢中加入Cr、Ni、Si等合金,使之在常温下形成 单相铁素体、奥氏体、马氏体,难以形成微电池; 形成氧化膜(钝化膜)--在钢中加入Cr、Si、Al等合金,在钢的表面形成 一层致密、牢固的氧化膜,把钢与周围介质隔开。 (3)应力腐蚀 指应力状态下腐蚀加快的现象。由于应力大的地方形成 阳极,易于腐蚀。预应力钢筋因应力存在更易腐蚀,要给予足够的关 注。 2、防止措施 (1)钢筋的防腐 混凝土中的钢筋因处于碱性环境中,一般不致腐蚀。 但有时会由于掺加掺合料,或碳化反应(CO2与水泥 石中的Ca(OH)2反应)使混凝土中Ca(OH)2含量减少, 降低了碱性。或由于添加了含有氯离子的外加剂, 也会使钢筋锈蚀。 ? 提高混凝土的密实度 ? 确保保护层厚度 ? 限制氯盐外加剂 ? 采用环氧树脂涂层 (2)钢结构防腐 ? 刷漆(包括底漆和面漆) ? 热浸镀锌或铬,镀锌后加涂塑料复合层 ? 特殊工程用不锈钢(加铬、镍) ? 牺牲阳极 如用电位较低的镁合金、锌合金、铝合金作阳极 和地下钢管连起来,形成微电池,不断消耗阳极以保护钢管。 ? 用废钢铁作阳极通过电池与要保护的钢管连起来。 §2-5建筑钢材的品种与选用 2.5.1主要钢种 基本上是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。 1、建筑用碳素结构钢(属普通碳素钢) (1)牌号:有5个牌号:Q195,Q215,Q235,Q255,Q275 ? 含碳量:0.06%-0.38% ? 质量等级:A、B、C、D(由低到高) ? 脱氧程度:F(沸腾钢),Z(镇静港),b(半镇 静钢),TZ(特殊镇静钢) (2)Q235-BZ的意义 (3)特点:塑性较好,适于各种加工,在焊接、冲击及适 当超载的情况下也不会突然破坏,对轧制 、加热、骤 冷的敏感性较小,因而常用于热轧钢筋。 2、低合金高强结构钢 (1)牌号 ? 5个牌号:Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 ? 质量等级:A B C D E ? 含碳量: 0.1%~0.25% ? 屈服点:比碳素钢高25%~50%以上,屈强比较高 (2)特点:采用低合金钢的目的是减轻结构的重量,节约 钢材和延长使用寿命。此类钢材具有较高的屈服强度 和抗拉强度,也有良好的塑性和韧性(尤其是低温韧 性)及耐腐蚀性,尤其适用于大跨度承受动载荷和冲 击载荷的结构物。 2.5.2常用建筑钢材 1、钢筋(reinforcing bar, rebar ) 钢筋公称直径:6、8、10、12、14、16、18、20、22、 25、28、32、36、40、50mm. (1)低碳钢热轧圆盘条:由Q215,Q235热轧而成(Ⅰ级钢筋) 含碳量:0.17%-0.25%;公称直径:8~20mm 特点:强度较低,但塑性好,伸长率高,便于弯折成形 和焊接。用作中小型结构的受力钢筋或箍筋,及冷加 工原料。 (2)热轧带肋钢筋(hot rolled ribbed steel bar) 采用低合金钢热轧而成,表面有两条纵肋及沿长度方向 均匀分布的横肋。 ? 含碳量:0.17%-0.25%;公称直径:6~50mm. ? 牌号:HPB235 HRB335 HRB400 HRB500 ? 特点:强度较高,塑性、可焊性也较好。用于受力钢 筋和预应力钢筋。 HPB235:热轧光面钢筋.(plain bar ) (3)冷轧带肋钢筋(cold rolled ribbed steel bar) 采用热轧圆盘条经冷轧而成。 ? 牌号:CRB550 CRB650 CRB800 CRB970 CRB1170(指抗 拉强度);公称直径4~12mm 特点:冷轧后,σ 0.2↑,但保证σ b/ σ 0.2≥1.05, 适用于中小预应力钢筋混凝土和普通钢筋混凝土结构。 (4)预应力混凝土热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢筋经淬火,回火调制处理的钢筋。 ? 规格:直径6,8.2,10mm. ? 技术指标:σ b ≥1500MPa δ 10 ≥ 6% σ 0.2 ≥1350MPa ? 特点: 设纵肋和横肋,以D1.2-2.0m圆盘条供应,不用 电焊切割、焊接。 (5)预应力混凝土用钢丝与钢绞线 采用优质碳素钢或其他性能相应的钢种,经冷加工及 时效处理或热处理而制得的高强钢丝。 ? 规格:钢丝直径4.5,6,7,8,9mm等 钢绞线根捻成一束 ? 指标:钢丝 σ b =1470-1770MPa σ 0.2=1250-1500MPa δ ≤4% 钢绞线根钢丝捻成的钢绞线% ? 特点:没有屈服点,抗拉强度很大,较好的柔韧性, 应力松弛率低。盘条供应,松卷后可自行弹直。适用 于大跨度、大载荷及需要曲线配筋的预应力混凝土结 构。 2、型钢 (1)热轧型钢:角钢,工字钢,槽钢,T、H、Z型等 钢种及钢号选择依据: ? 构件重要性 ? 荷载性质(动、静) ? 连接方法 ? 工作条件( 温度、介质) 常用钢种 ? 碳素结构钢中Q235-A(含碳量0.14-0.22%),强度石 中,塑性好,可焊性好,成本低。 ? 低合金钢 Q345,Q390( 鸟巢用钢Q460),用于大跨度、 承受动在的钢结构。 (2)冷弯薄壁型钢 2-6mm薄板冷弯或模压而成,有角钢、槽钢以及方形、 矩形空心薄壁型钢等,用于轻型结构。 (3)钢板 ? 定义:用光面轧辊轧制而成的扁平钢材称为钢板。 ? 分类:冷轧钢板(厚度0.2-4mm),热轧钢板(厚板 d>4mm;薄板) ? 应用:厚板:型钢的连接, 薄板:屋面、墙面围护材料 第三章无机胶凝材料 (non-organic cementing material) 1、胶凝材料的定义:能经过一系列物理、化学作用, 将散粒状或块状材料粘结成整体的材料,统称为胶 凝材料。 2、分类 按成份分为: (1)有机胶凝材料(如沥青,树脂), (2)无机胶凝材料(如水泥,石灰,石膏)。 ? 气硬性胶凝材料:只能在空气中凝结硬化(石灰, 石膏)。 ? 水硬性胶凝材料: 在空气和水中均能凝结硬化, 如水泥。 §3-1气硬性胶凝材料 3.3.1石膏(plaster) ? 石广膏泛是。以常C用a的SO产4为品主有要建成筑分石的膏胶,凝高材强料石,膏成,本无低水,石应膏用 水泥。 1、石膏的生产 ? 原料:矿石( CaSO4·2H2O),化工副产品和废渣。 ? 主要工序:破碎 加热煅烧 磨细 ? 化学反应:CaSO4·2H2O 107°-170°CaSO4·1/2H2O+3/2H2O ? 产品: (1)高强石膏(α 型半水石膏)加热条件: 0.13MPa,120°过饱和蒸汽下蒸炼,或在盐类溶液中沸 煮。晶粒粗,强度大。 (2)建筑石膏 (β 型半水石膏)加热条件:在非密闭窑 炉中加热脱水。用水量大,晶粒细,强度低。 2、建筑石膏的凝结与硬化 ? CaSO4·1/2H2O+3/2H2O CaSO4·2H2O (化学反应) ? 二水石膏的溶解度仅为半水石膏的1/5左右,反应总向 右进行,溶液中,不断析出二水石膏的胶粒。 ? 水化过程:胶粒 晶体 固体 3、建筑石膏的技术性质与应用 (1)技术性质 ? 颜色:白色粉末 ? 密度:ρ =2.6-2.75,ρ 0′=800-1000Kg/m3 ? 凝入结缓时凝间剂:,t如初硼≥6砂m,in,酒t终石≤酸30碱mi钠n,,要柠延檬长酸凝,结聚时乙间烯可醇加。 ? 硼玻砂璃:工N业a2,B4以O7提·10高H产2O品(的十热水稳四定硼性酸、钠)光,泽用、于透搪明瓷度、、 抗冲击性及抗腐蚀性。 ? 孔隙率:P=50-60%,导热系数小,吸声性强,吸湿性 大,可调节室内湿度。 ? 装饰性:质地洁白细腻, 因硬化时体积略有膨胀, 可浇铸出纹理细致的浮雕花饰。 ? 耐水性和抗冻性:较差,不宜用于潮湿的部位。 ? 抗火性:较好,因为遇火能放出结晶水,形成蒸汽幕。 但也不能长期用于65°以上环境,以免脱水而失去强 度。 ? 储存:注意防潮,储存3月后,强度降低30%左右, 要重新进行质量检测。 (2)应用 1)抹灰材料:即石膏砂浆(石膏+砂+缓凝剂+水) 2)墙体材料:石膏板,石膏砌块 3)装饰材料 ? 装饰石膏板:用作墙面和吊顶, 尺寸500×500×9,600×600×11 (mm) ? 嵌装式装饰石膏板:用于吊顶,嵌固在龙骨上。尺寸有 500×500×25(以上), 600×600×28(以上) ? 普通纸面石膏板:用于室内隔断,吊顶,要经过表面处理 才能做装饰材料,如抹腻子、刷漆。尺寸: 长度 1800,2100,2400,2700,3000,3300,3600 宽度 900,1200 厚度 9,12,15,18 也可定做尺寸。 ? 吸声用穿孔石膏板:用于音乐厅,影剧院,会议室的吊顶、 墙面材料。尺寸500×500/600×600)×(9/12) ? 耐水纸面石膏板:(添加耐水外加剂),用于厨房、卫生 间。 ? 耐火纸面石膏板:(添加无机耐火纤维),用于公共建筑, 如影剧院、体育馆、展馆、幼儿园、商场的吊顶、墙面、 隔断。 ? 特种耐火石膏板 (1h)用于防火等级要求高的建筑物。 ? 艺术浮雕装饰制品 石膏角线 石膏造型 石膏壁画 艺术顶棚,灯圈,角花 艺术廊柱(罗马柱) 3.3.2 石灰(lime) 属于应用较早的胶凝材料,用于内外墙刷白,抹灰。目前, 在道路施工中,多用作基层材料。原料来源广,生产简单, 成本低廉,得到了广泛的应用。 工程中常用的产品有:磨细生石灰粉,消石灰分,石灰膏。 1、石灰的生产 ? 原料:石灰石,白云石,白垩,贝壳等。 ? 主要工序:破碎→加热、煅烧→磨细 ? 化学反应:CaCO3 900°以上 CaO+CO2 ? 产品:因原料中常含MgCO3 ,所以石灰中含有MgO ,按其 含量,建筑生石灰和消石灰分为: 钙质石灰(MgO含量不超5%) 镁质石灰(MgO含量超5%) 钙质消石灰粉(MgO含量小于4%) 镁质消石灰粉(MgO含量4-24%) 白云石消石灰粉(MgO含量24-30%) 2、石灰的熟化与硬化 (1)熟化 ? 化学反应:CaO+H2O Ca(OH)2+64.9*103J 熟化后,体积增大1-2.5倍。熟化方法根据用途不同有: ? 用于拌制砌筑砂浆或抹灰砂浆: 过筛 生石灰→石灰浆(化灰池中完成)→石灰膏(储灰坑沉淀) 石灰的陈伏:石灰浆应在储灰坑中储存两周以上,以充分熟 化过火石灰,防止使用时抹灰隆起或开裂。 ? 用于拌制石灰土(石灰+粘性土),或三合土(石灰+粘土 +砂石/粉煤灰/矿渣/炉渣/碎砖): 向石灰堆中,用水管分层注水,加水量为生石灰重量的6080% ,使其充分消解,又不过湿成团。用前,往往要闷几 天,类似于石灰浆的陈伏。 (2)石灰的硬化 石灰浆体在空气中的硬化,包括两个同时进行的过程: ? 结晶作用 :Ca(OH)2从饱和溶液中,结晶而出。 ? 碳化作用:Ca(OH)2+CO2+nH2O==CaCO3+(n+1) H2O 碳化作用长时间内仅限于表层, 结晶作用主要在内部发生。 硬化过程产生了两种晶体。 3、石灰的技术性质与应用 (1) 技术性质 ? 石灰浆具有良好的可塑性。可作为掺加料加入水泥砂浆中形 成混合砂浆,提高和易性。 ? 硬化慢、强度低。石灰砂浆28天强度0.2-0.5MPa。 ? 不能用于潮湿地点,也不能单独用于建筑基础。 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2(具有可溶性) ? 硬化过程中,体积显著收缩。使用中,常掺入砂、纸筋。 ? 储存要防潮,使用要注意安全。 ? 质量分三级:优等品、一等品、合格品。 (2)应用 ? 石灰乳刷白(内墙、顶棚、外墙)。加入高炉矿渣/粉煤 灰可提高耐水性;加入聚乙烯醇、干酪素、氯化钙、明矾 减少涂层粉化;加入耐碱颜料,可提高装饰性。 ? 石灰砂浆(石灰膏+砂+水)砌墙,抹灰。 ? 混合砂浆(水泥+石灰膏+砂+水)砌墙。 ? 石灰土(消石灰粉/生石灰粉+粘性土+水)作一般道路基层,或高等 级道路的底基层。 石灰能显著提高粘性土的强度和耐水性,原因是: 1)离子交换:石灰浆中的游离钙离子和氢氧根离子与细粒粘土矿物 中的钠离子、氢离子发生交换,减薄粘土颗粒吸附水膜厚度,使土 粒凝聚,形成稳定团粒结构,使石灰土获得初期强度。 2)石灰硬化过程中生成的氢氧化钙晶体和碳酸钙晶体相互结合,并 把土粒结成整体,提高了石灰土的稳定性。 3)粘土中少量的活性氧化铝与氧化硅与氢氧化钙反应生成不溶于水 的水化硅酸钙和水化铝酸钙 (粘土主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O)。 在土中形成凝胶结构,使石灰土的刚度不断增大,强度与水稳定性 不断提高。 影响石灰土强度的因素: 1)石灰细度越大,稳定效果越好。 2)对粉质粘土稳定效果明显优于沙质粘土,对均质砂的稳定效果较 差,塑性指数小于12的土则不宜用石灰稳定,最好用水泥来稳定。 3)石灰稳定土在最佳含水率条件下压实获得最大密实度,从而提高 其强度和刚度。 4)较高的温度与适当的湿度的养生有利于其强度增长。 ? 三合土(石灰+粘性土+粉煤灰/矿渣/砂石/碎砖/炉渣+水) 用于铺设道路基层,、建筑物基础、简易路面。 ? 二灰(石灰+粉煤灰)稳定土 1)二灰稳定细粒土---二灰土 2)二灰稳定砂砾、碎石、矿渣、煤矸石等---二灰稳定集 料 ? 生产硅酸盐制品 原料:生石灰粉/消石灰粉+硅质材料(粉煤灰/粒化高炉矿 渣/浮石、砂子)+水(有时加石膏)。 工序:配料 成型 蒸养 产品:墙板、砌块、灰砂砖等隔热保温制品。 高炉矿渣:即高炉铁渣,主要成份:CaO,SiO2 ,MgO, Al2O3 SiO2 ,FeO 经水结、碾压后,易形成板体,整体强 度高。 浮石 :属火山熔岩 ,多孔轻质、保温、隔热隔音。成份: SiO2 ,Al2O3 , Fe2O3 可作活性混合料。 3.1.3 水玻璃(泡花碱) 常用硅酸钠水玻璃(Na2O·nSiO2)和硅酸钾水玻璃 (K2O·nSiO2). 1、水玻璃的生产 ? 原料: 石英砂+苛性钠溶液 ? 工序: 石英砂 湿法 干法 石英砂 苛性钠溶液 + 碳酸钠 + 2-3大气压蒸气加热 液体水玻璃 磨细、加热1300-1400℃ 固体水玻璃 ? 化学反应 Na2CO3 +nSiO2 水玻璃的模数 n=1.5-3.5 Na2O·nSiO2+CO2↑ n=1时,能溶于常温的水中,模数加大,只能溶于热水。 n>3时,要在4个大气压以上的蒸气中才能溶解。 n越大,水玻璃的粘结性越强,在液体水玻璃中加入尿素著可 提高其粘结力。 2、水玻璃的硬化 液体水玻璃吸收空气中的CO2,形成无定型硅酸,并逐渐干燥 而硬化。 Na2O·nSiO2+CO2+mH2O Na2CO3+ nSiO2·mH2O 加入水玻璃质量12-15% 的硅氟酸钠(Na2SiF6)能显著加速 硬化。 3、性质与应用 ? 具有良好的粘结性,硬化时析出硅酸凝胶,能堵塞毛细孔 具有抗渗性能。 ? 良好的耐高温性。在高温下,强度不降低。 ? 高度的耐酸性。 (1)涂刷建材表面可提高抗风化能力 用其水溶液(比重约1.35) 涂刷黏土砖、硅酸盐制品、水 泥混凝土及石灰石等。但不能用于石膏。 (2)配制快凝堵漏防水剂 以水玻璃为基料加入2、3、4种矾配制。如四矾防水剂: 蓝 矾(硫酸铜)、明矾(钾铝矾)、红矾(重铬酸钾)、紫 矾(铬矾)各1份,溶于60份100°C的水中,降温至 50°C,加入到400份水玻璃溶液搅拌而成。 其凝结很快,不超过1分钟,与水泥浆调和,可堵塞漏洞与 裂缝。 (3)用于土壤加固 将模数为2.5-3的液体水玻璃和氯化钙溶液交替压入土体, 二者反应,生成硅酸胶体,包裹土粒并填实空隙。 加固砂土,使其强度可达 3-6MPa。 (4)配制耐酸、耐热砂浆和混凝土 §3-2硅酸盐水泥 硅酸盐产品: 陶瓷、玻璃、水泥等。 硅元素占地壳的26.3%,仅次于氧的48.6%。其氧化物、硅酸 盐构成岩石、砂子、土壤占地壳质量的90%以上。 水泥是最主要的水硬性胶凝材料。 3.2.1硅酸盐水泥的生产及矿物组成 定义: 凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、 适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥 (Portland cement),不掺加混合料的称Ⅰ型硅酸盐水泥, 掺加混合料的称Ⅱ型硅酸盐水泥。分别记为P·Ⅰ和P·Ⅱ。 1、硅酸盐水泥的生产 石灰石 黏土 1400-1450°c 磨细 生料 石膏 熟料 磨细 P·Ⅰ 铁矿粉 以上过程简称“两磨一烧”。 2、水泥熟料主要矿物: ? 硅酸三钙 3CaO·SiO2 简写为C3S 含量 37-60% ? 硅酸二钙 2CaO·SiO2 C2S 15-37% ? 铝酸三钙 3CaO·Al2O3 C3A 7-15% ? 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 C4AF 10-18% 少量的游离CaO和MgO及碱,总量不超过水泥量的10%。 3.2.2 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化 1、硅酸盐水泥的水化 水化:熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称水化。 水泥水化生成水化物并放出热量。 2(3CaO·SiO2)+ 6H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2 水化硅酸钙 2(2CaO·SiO2)+ 4H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2 3CaO·Al2O3 + 6H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O (水化铝酸三钙) 4CaO·Al2O3·Fe2O3 + 7H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O +CaO·Fe2O3·H2O 水化铁酸一钙 3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+19H2O = 3CaO·Al2O3·3 CaSO4·31H2O (高硫型水化硫铝酸钙,即钙 矾石) 充分水化后的主要的水化产物: ? 水化硅酸钙凝胶 (不溶于水) C-S-H 含量 约70% ? Ca(OH)2 (微溶于水) 约20% ? 钙矾石及单硫型水化硫铝酸钙(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O) 约7% (不溶于水) ? 各熟料矿物单独与水作用时的特性 名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 凝结硬化 快 速度 28天水化 多 放热量 强度 高 慢 最快 快 少 最多 中 早低后高 低 低 2、水泥的凝结与硬化 ? 凝结: 水泥浆逐渐变稠失去塑性,但尚不具强度的过程。 ? 硬化: 水泥浆开始产生强度并逐渐发展成为坚硬的人造 石的过程。 水泥的凝结与硬化理论由Le Chatelier于1882年创立。目前 的理论认为: 水泥颗粒表面 初凝 具有可塑性 凝聚结构 终凝 凝聚-结晶网状结构 砼 3、影响cement凝结硬化的因素 ? 矿物成分 C3S及 C3A↑,setting & hardening ↑ ? 细度 fineness ↑ ,setting & hardening ↑ ? 加水量 reasonable w/c ? 养护时间curing time 前4周快后期慢 ? 养护温度curing temperature 低于5℃很慢,0℃基本停 止 ? 养护湿度curing humidity 洒水保湿两周或更长 ? 石膏掺量 降低凝结硬化速度,防止瞬凝instant setting 3.2.3Portland cement 的技术性质 GB175-1999 对水泥有细度、凝结时间、安定性、强度等要 求: 1、细度:一般粒径为0.007-0.2mm. 0.04mm以下才具有很高的活性;0.1mm以上的活性很小。 表示方法 ? 筛析法 80?m方孔筛的筛余百分数 ? 比表面积法 单位质量粉末具有的总表面积(m2/Kg) 对 水泥而言,应大于300 m2/Kg,一般为317-350 m2/Kg。 2、凝结时间 ? 初凝时间 规定不小于45min,一般为1-3h. ? 终凝时间规定 不迟于6.5h,一般为3-4h. 3、体积安定性 指水泥硬化后,体积的变化是均匀的,不产生膨胀性裂缝。 水泥体积安定性不良的原因: ? 水泥熟料中含有过多的游离CaO 或MgO,它们往往是过少 的,水化慢,水化时体积膨胀,使构件产生膨胀性裂缝: CaO +H2O =Ca(OH) 2 MgO + H2O = Mg (OH) 2 ? 掺加的石膏过多,多余石膏会与已硬化的固体水化铝酸 钙反应,生成钙矾石,体积膨胀。 用煮沸法(饼法和雷氏法)可快速检验CaO的危害,单不易检 验MgO,尤其是过量石膏的危害,为此国家标准规定水泥熟 料中 : ? 游离MgO含量≤5.0% ? SO3含量≤5.0% ? 体积安定性不良的水泥作废品处理,不能用于工程. 4、强度及强度等级 用水泥:标准砂 =1:3,水灰比=0.5制得试件,在20±1℃ 的水中养护3天和28天,分别测得其抗压强度,每组6个,取 平均值作为抗压强度的试验结果。 根据测定结果,把硅酸盐水泥分为6个强度等级: 42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R R—早强型 5、碱含量 水泥中的碱含量按Na2O+0.685K2O的计算值表示,使用活性骨 料,碱含量高会产生碱--骨料反应,导致结构破坏。 低碱水泥要求碱含量≤0.06%,也可由供需双方协商. 6、水化热 大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土构筑物,要用低热水 泥或采取内部降温、外部保温的措施,消除内外温差,以 杜绝产生由内外温差引起的裂缝。 3.2.4水泥石的腐蚀与防止 水泥石具有良好的耐久性,但有时也会受到一些介质的缓慢 腐蚀,常见的情况如下。 1、软水的侵蚀(溶出性侵蚀) 指水泥石在流动及压力的淡水作用下,其所含的Ca(OH)2不断 溶解,流失的现象。 淡水:雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐很少 的河水与湖水。 2、盐类腐蚀 (1)硫酸盐的腐蚀 海水、湖水、盐沼水、地下水、一些工业污水等含有钠、钾、 铵等硫酸盐,能与水泥石中的Ca(OH)2发生置换反应,生成 CaSO4。而CaSO4还能与水泥石中的固态水化铝酸钙反应,生 成体积膨胀的钙矾石是双重的破坏。 (2)镁盐的腐蚀 地下水和海水中,含有大量的镁盐,主要是MgSO4和MgCl2它 们能与水泥石中的Ca(OH)2发生反应: MgSO4 + Ca(OH)2 +2H2O = CaSO4·2H2O +Mg(OH)2(无胶凝能 力) 易溶于水 MgCl2 + Ca(OH)2 =CaCl2 + Mg(OH)2 CaSO4·2H2O还能进一步破坏水泥石。 3、酸类腐蚀 (1)碳酸腐蚀 由工业污水、地下水中的CO2引起: Ca(OH)2+ CO2 +H2O = CaCO3 +2H2O 进一步反应: CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 (2)一般酸的腐蚀 HCl+ Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4·2H2O 4、强碱的腐蚀 易溶 3CaO·Al2O3 + 6NaOH =3Na2O·Al2O3 + 3Ca(OH)2 腐蚀的主要原因: ? 水泥石中存在Ca(OH)2 和CaO·Al2O3·6H2O ? 水泥石不密实,存在很多毛细通道。 5、水泥石腐蚀的防止 ? 根据使用环境,选择合适的水泥 ? 提高水泥石的紧密程度 ? 加做保护层 如耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。 3.2.5 硅酸盐水泥的应用与存放 1、应用 ? 主要用于高强混凝土和预应力混凝土工程。 ? 要求快凝、早强、冬季施工、严寒地区施工工程。 ? 不适于受流动的淡水、海水作用的工程。 ? 不适于大坝、桥墩等大体积工程,如若使用须采取必要措 施 ,消除水化热带来的问题。 2、存放 ? 注意防潮 ? 存放期不能过长 一般的储存条件,3个月后强度下降10-20%,6个月下降15- 30%,一年下降25-40%。 ? 按不同的品种、强度等级、出厂日期分别存放 §3-3掺混合料的硅酸盐水泥 3.3.1水泥混合材料 掺加混合料的目的: ? 改善水泥性能 ? 调节水泥强度等级 1、混合料的类别 (1)活性混合材料 定义: 磨细后与石灰或与石灰和石膏拌合在一起,加水后,在 常温下,能生成具有水硬性的水化产物的材料。 常见种类: 1)粒化高炉矿渣 ? 由炼铁高炉的熔融矿渣经急冷而成的松散颗粒粒径0.55mm. ? 其活性成分:活性SiO2和活性Al2O3 ? 可用于制造矿渣水泥 2) 火山灰质混合料 指火山灰一类物质,常用的有: ? 含水硅酸质混合料 硅藻土、硅藻石、蛋白石、硅质渣等 ? 铝硅玻璃质混合料 火山灰、凝灰岩、浮石和一些工业废 渣 ? 烧黏土质混合料 烧黏土、煤渣、煅烧的煤矸石 ? 火性成分 氧化铝与氧化硅 ? 主要用于制造火山灰水泥 3)粉煤灰 ? 从热电厂锅炉烟道中收集的灰渣,也称飞灰。粒径0.001- 0.05mm,呈玻璃态实心或空心的球状颗粒。 ? 火性成分 氧化铝与氧化硅 ? 制造火山灰水泥 (2)非活性混合材料 ? 包括:磨细的石英砂、石灰石、慢冷矿渣等 ? 作用:降低水泥强度、减少水化热、降低成本 2、活性混合材料的作用 ? 本身不硬化或硬化很慢 ? 强度很低 加到饱和的Ca(OH)2溶液中后: ? 有显著水化作用产生 ? 产生了无定型的水化硅酸钙,可进一步转变为微晶体,或 结晶不完善的凝胶。 xCa(OH)2 +SiO2+m H2O xCaO·SiO·nH2O ? Ca(OH)2与活性氧化铝相互作用生成水化铝酸钙 液相中有石膏存在时,将与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸 钙,具有水硬性。 ? 石灰和石膏激发了混合料的化学活性,故称它们为激发 剂。 3.3.2普通硅酸盐水泥 1、成分 硅酸盐水泥熟料+6-15%混合料+适量石膏 2、代号 P.O 3、强度 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R 4、凝结时间 T初≥45min, T终≤10h 5、特点及应用 ? 早期硬化速度稍慢,抗冻性与耐磨性略差。 ? 广泛应用于混凝土或钢筋混凝土,是我国的主要水泥品种。 3.3.3矿渣硅酸盐水泥(P.S) 1、成分 硅酸盐水泥熟料+20-70%的粒化高炉矿渣+石膏 2、强度等级 32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R 3、特点 ? 存在二次水化反应---熟料先与水反应,其产物Ca(OH)2 又与矿渣中的活性氧化硅和氧化铝反应。 ? 凝结硬化速度较缓慢,早期强度较低,后期强度(28天后 )较高,甚至超过P.O。 ? 采用蒸汽养护,可显著加快硬化速度。 ? 抵抗软水、海水及硫酸盐腐蚀能力强,适用于水工和海港 工程。 ? 具有一定的耐热性,用于耐热混凝土。 ? 保水性差,拌合用水多,干缩性大。 ? 抗冻性、抗渗性、抗干湿交替循环差。 ? 水化热低,适于大体积混凝土工程。 3.3.4火山灰质硅酸盐水泥(P.P) 1、成分 硅酸盐水泥熟料+20-50%的火山灰质混合料+石膏 2、特点 ? 在潮湿的环境中,火山灰质混合料能吸收石灰而产生膨胀 胶化作用,使水泥石结构致密,具有较高的密实度和抗渗 性。 ? 不宜用于干热环境,否则易产生表面“起粉”现象。 ? 水化热低,可用于大体积混凝土。 3.3.5粉煤灰硅酸盐水泥(P.F) 1、成分 硅酸盐水泥熟料+20-40%的粉煤灰+石膏 2、特点 ? 拌合物和易性好。 ? 拌合用水少,干缩小,抗裂性较高。 3.3.6复合硅酸盐水泥(P.C) 硅酸盐水泥熟料+2种以上的混合料+石膏 六大通用水泥: ? P.I(II) ? P.O ? P.S ? P.P ? P.F ? P.C ? 可查 P68,表3-11.选用。 §3-4其他水泥 特性水泥:快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、中热水泥、低 热矿渣水泥、白色和彩色水泥、膨胀水泥、自应力水泥。 专用水泥、道路硅酸盐水泥、油井水泥、砌筑水泥。 3.4.1白色和彩色硅酸盐水泥 1、成分 白色水泥:白色硅酸盐水泥熟料+石膏 彩色水泥:白色硅酸盐水泥熟料+石膏+耐碱矿物颜料 2、常用耐碱颜料 ? 氧化铁(红、黄、褐、黑) ? 氧化锰(褐、黑) ? 氧化铬(绿) ? 赭石(蓝) ? 普鲁士红 3、生产 ? 采用含极少量着色物质的原料,如纯净的高岭土、纯净的 石灰石、纯石英砂等。 ? 较高的加热温度1500-1600℃。 ? 煅烧、粉磨、及运输时采取措施防止着色物质混入。 4、强度 分为325,425,525,625四个标号。 5、白度 特级、一级、二级、三级。 6、凝结 T初≥45min; T终≤12h. 7、主要用于建筑物内外的表面装饰工程,如地面、楼面、楼 面、楼梯、墙、柱、及台阶。 3.4.2快硬水泥 1、快硬硅酸盐水泥 1)成分 硅酸盐水泥+适量石膏 ? 其中C3A含量8-14%; C3S含量50-60%;二者总量不低于6065%。 ? 适当增加石膏掺量(8%) ? 提高水泥细度,比表面积3000-4000cm2/g. 2)强度与标号 标号: 325、375、425 3天抗压强度:32.5、37.5、42.5 3)应用 适用于要求早期强度高的工程,紧急抢修工程,冬季施工, 制作混凝土及预应力混凝土预制件。 2、铝酸盐水泥 1)生产 铝钒土 磨细 石灰石 煅烧 磨细 生料 熟料 成品 2)熟料 ? CaO·Al2O3 铝酸一钙 CA 硬化迅速,强度高。 ? CaO·2Al2O3 二铝酸一钙 低,后期强度高。 CA2 硬化较慢,强度早期较 ? C12A7 七铝酸十二钙 硬化迅速,强度不高。 3)水化 ? 温度小于20度时 CaO·Al2O3 +10H2O→CaO·Al2O3·10H2O(水化铝酸钙CAH10) ? 温度在20-30度时 2(CaO·Al2O3)+ 11H2O → 2CaO·Al2O3·8H2O +Al2O3·3H2O ? 温度高于30度时 水化铝酸二钙 铝胶 3(CaO·Al2O3)+ 12H2O →3CaO·Al2O3·6H2O +2(Al2O3·3H2O) ? 水化产物 一般条件为CAH10 ,C2AH8; 较高温度下(30度以上)主要为C3AH6。 CAH10 ,C2AH8均属于六方晶体,具有细长的针状和板状结构, 能互相结成坚固的结晶连生体,形成晶体骨架,析出的铝 胶难溶于水,填充于晶体骨架的空隙中,形成密实的水泥 石结构。 4)特点 ? 颜色为黄褐色,有的灰色; ? 根据Al2O3 含量分为CA-50,60,70,80 四类。 ? 强度 水泥 Al2O3 抗压强度/MPa 抗折强度/MPa 类型 含量/% 6h 1d 3d 28d 6h 1d 3d 28d CA-50 [50,60) 20 40 50 - 3.0 5.5 6.5 - CA-60 [60,68) CA-70 [68,77) CA-80 ≥77 - 20 45 80 30 40 - 25 30 - - 2.5 5.0 10 5.0 6.0 4.0 5.0 - ? 凝结时间 CA-50,70,80 t初≥30min, t终≤6h CA-60 t初≥60min, t终≤18h 总结:快凝、早强、高强、低收缩、耐热、耐硫酸 盐腐蚀。水化热大、耐碱性差、长期强度会降低。 5)应用 ? 工期紧急的工程; ? 抢修工程; ? 冬季施工工程; ? 耐热混凝土工程; ? 耐硫酸盐混凝土工程。 3、快硬硫铝酸盐水泥 1)成分 ? 无水硫铝酸钙3(Ca·Al2O3)·CaSO4 水化快,早期生成大量的钙矾石和铝胶,使水泥早期强度高。 ? Β 型硅酸二钙 较低的温度烧成(1250-1350℃),活性高,水化快,水化硅 酸钙凝胶填充于晶体骨架中,提高密实度,保证了后期强 度的增长。 2)技术指标 ? 强度 以3天的抗压强度划分为425、525、625三个标号。 ? 细度 比表面积不得低于380m2/kg. ? 凝结时间 初凝时间不得早于23min,终凝不得迟于3h. 标号 425 525 625 抗压强度/MPa 12h 1d 29.4 34.4 3d 41.1 36.8 44.1 51.5 39.2 51.5 61.3 抗折强度/MPa 12h 1d 3d 5.9 6.4 6.9 6.4 6.9 7.4 6.9 7.4 7.8 3.4.3膨胀水泥与自应力水泥 1、两种类型:硅酸盐型和铝酸盐型。 ? 硅酸盐型 硅酸盐水泥+高铝水泥+石膏 ? 铝酸盐型 高铝水泥+二水石膏 2、膨胀机理 主要是硬化初期,高铝水泥中的铝酸盐和石膏遇水化合,生 成钙矾石晶体,开始时,充填水泥石内部孔隙,后来钙 矾石数量增多,晶体长大,体积膨胀。 3、应用 ? 膨胀水泥适用于防渗混凝土、填灌接缝和接头、结构的加 固与修补。 ? 自应力水泥(自应力大于2MPa) 用于制造自应力钢筋混凝 土压力管及配件。 第四章 水泥混凝土及砂浆(concrete and mortar) 1、混凝土的定义 由胶凝材料,水,和粗细骨料按适当的比例配合、拌制成 拌合物,经一定时间硬化而成的人造石材。 2、按表观密度分类 1)重混凝土 ρ 0>2600kg/m3(用试件在105度条件下测得) 用重晶石、钢屑作骨料,能防x,γ 射线)轻混凝土 ρ 0 < 1950 kg/m3 ? 轻骨料混凝土 ρ 0 =800-1950 kg/m3 轻骨料:浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、 煤渣等。 a.陶粒 人造轻骨料,将页岩、粘土、珍珠岩、凝灰岩等在回转窑中 高温(1050-1300℃)快速焙烧,膨胀而成,主要成分为 SiO2,Al2O3。 陶粒特点:质轻、高强、耐火、耐化学、细菌腐蚀、抗冻、 抗震。 b.膨胀珍珠岩 是以珍珠岩、松脂岩、黑耀石(均属于火山灰玻璃质熔岩) 为原料加工而成。 主要用于:保温、隔热、防辐射、防水防潮、吸音、过滤材 料、混凝土骨料。 c.重晶石 化学成分是BaSO4,能吸附x射线、γ 射线。 ? 多孔混凝土 ρ 0 =300-1000 kg/m3 包括泡沫混凝土,加气混凝土。 ? 大孔混凝土 a.普通大孔混凝土 ρ 0 =1500-1900 kg/m3 b.轻骨料大孔混凝土 ρ 0 =500-1500 kg/m3 3、特种混凝土 ? 高强混凝土 ? 流态混凝土 ? 防水混凝土 ? 耐热混凝土 ? 耐酸混凝土 ? 纤维混凝土 ? 聚合物混凝土 ? 喷射混凝土 4、混凝土的优点 ? 可浇筑出各种形状、尺寸的构件或结构; ? 与钢筋配合制成钢筋混凝土构件或结构; ? 抗压强度高; ? 耐久性好,维修费用低; ? 造价较低。 5、缺点 ? 自重大,不利于建造大跨度结构; ? 抗拉强度低,抗裂性差,不利于结构抗渗; ? 现场浇筑时,工序多,要养护,工期长。 6、对混凝土质量的基本要求 ? 具有符合设计要求的强度; ? 具有与施工条件相适应的和易性; ? 具有与工程环境相适应的耐久性。 §4-1普通混凝土的组成材料 物质组成: ? 水泥(cement) ? 水(water) ? 砂子(sand) ? 石子(gravel) 有时,还添加: ? 外加剂(addition agent,又称第五组分) ? 掺合料(admixture ,又称第六组分) 4.1.1 各组成材料的作用 砂石:骨架作用,限制混凝土的干缩,提高强度与耐久性。 水泥浆:硬化前包裹骨料,充填空隙,并起润滑作用,使之 具有和易性,易于施工;硬化后,将骨料胶结成坚实的整 体。 4.1.2混凝土组成材料的技术要求 Concrete 的技术性质取决于: ? 组成材料的性质及相对含量; ? 施工工艺(搅拌、输送、成型、养护)。 1、水泥 (1)cement品种 : 选择根据工程特点和所处的环境,一 般选 用:P.I(II),P.O,P.S,P.P,P.F,P.C。 (2)水泥强度等级的选择 cement强度等级应与concrete的设计强度相适应。一般配 制高强度等级的concrete,选用高强度等级的cement。 2、细骨料(fine aggregate ) Ф 0.15-4.75mm的天然砂,包括河砂、海砂及山砂,以河砂 应用较多。 质量要求: (1)有害杂质含量 a.有害杂质:云母、粘土、淤泥、粉砂等。 b.危害: ? 妨碍水泥与砂的粘结,降低强度; ? 有时含有硫化物、硫酸盐,对cement 石有腐蚀作用。 c.重要混凝土工程用砂要进行碱活性检验。 d.用海砂配制混凝土或钢筋混凝土(reinforced concrete) 要求海砂中Cl-含量≤0.06%;预应力混凝土(prestressed Concrete)不宜用海砂,必须用时Cl-含量≤0.02%。 (2)颗粒形状及表面特征 均会影响与水泥的粘结及混凝土拌合物的流动性。 (3)砂的颗粒级配及粗细程度 ? 砂的级配(grading ,gradation ):砂子大小颗粒搭配 情况。 ? 砂的粗细程度:不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的 粗细程度。分为粗砂、中砂和细砂。 ? 细度模数 筛孔尺寸/mm 分计筛余/% 累计筛余/% 4.75 a1 2.36 a2 1.18 a3 0.6 a4 0.3 a5 0.15 a6 A1= a1 A2= a1+a2 A3= a1+a2+ a3 A4= a1+a2+ a3 + a4 A5= a1+a2+ a3 + a4 +a5 A6= a1+a2+ a3 + a4 +a5 +a6 细度模数公式:μ f=[(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1]/(100-A1) ? 粗砂 μ f=3.7-3.1; ? 中砂 μ f=3.0-2.3; ? 细砂 μ f=2.2-1.6。 砂颗粒级配应符合下表的规定(GB/T14685-2001) ? 混凝土用砂的级配应处于表中的任何一个级配区以内; ? 除4.75mm和0.6mm筛号外允许超出分区界限,但不超过5%; ? 砂过粗(细度模数大于3.7)拌合物和易性差,内摩擦大, 不易振捣成型; ? 砂过细(细度模数小于0.7)配制混凝土水泥用量多,强 度降低; ? 配制混凝土时宜优先选用2区砂(中砂) ? 对于泵送混凝土宜采用中砂、细度模数为2.5-3.2、通过 0.3mm筛孔的砂不应少于15%,通过0.15mm筛孔的含量不应 少于5% ? 砂的自然级配不合适,人工进行粗细搭配,掺合使用。 筛孔尺寸/mm 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 级配区 1区 2区 3区 累计筛余(按质量)/% 0 0 0 10-0 10-0 10-0 35-5 25-0 15-0 65-35 50-10 25-10 85-71 70-41 40-16 95-80 92-70 85-55 100-90 100-90 100-90 (4)砂的坚固性 定义:指砂在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破 裂的能力。 测定:依据JGJ52-92,用硫酸钠溶液检验,试样经5次湿干循 环后其损失质量应符合规定。 混凝土所处的环境条件 在严寒及寒冷地区室外使 用并经常处于潮湿或干湿 交替状态下的混凝土 其他条件下使用的混凝土 循环后的质量损失/% ≤8 ≤10 根据《建筑用砂》(GB/T14684-2001)将砂按技术要求分 为 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共三级: 项目 人工砂 压碎指标/% Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 < 20 25 30 甲基蓝 MB <1.4 石粉含量/ % < 3.0 5.0 7.0 试验 或合格 泥块含量/ % < 0 1.0 2.0 MB≥1.4 石粉含量 /% < 1.0 3.0 5.0 或不合格 泥块含量/ % < 0 1.0 3.0 天然砂 含泥量/% < 1.0 2.0 5.0 泥块含量/% < 0 1.0 2.0 有害杂质 氯化物含量(以氯离子质量计)/% < 0.01 0.02 0.06 含量 云母含量/% < 1.0 2.0 2.0 有机物含量/% 合格 合格 合格 硫化物及硫酸盐(以SO3质量计)/% < 0.5 0.5 0.5 轻物质含量/% < 1.0 1.0 1.0 坚固性 /% < 8 8 10 密度和空隙率:ρ 0>2500kg/m3;松散ρ 0’ >1350kg/m3;P’ <47% ? 含泥量:砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。 ? 石粉含量:人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。 ? 甲蓝基MB值:用于判别人工砂中粒径小于0.075mm的颗粒 含量主要是泥土还是母岩岩粉,MB值较小时,主要是岩粉。 ? 泥块含量:砂中原尺寸大于1.18mm,但经水浸洗、手捏后 小于0.6mm的颗粒含量。 Qb=(G1-G2)/G2 (%) Qb:泥块含量; G1 :粒径大于1.18mm筛上试样的干质量; G2 :粒径大于1.18mm筛上试样经水洗后,粒径大于0.6mm 筛上烘干试样的质量。 泥块存在类型:纯泥块;由砂、石屑与泥组成的团块;包裹 在砂表面的泥。 ? 砂的坚固性测试: 1)试样在20~25度硫酸钠溶液浸泡20小时; 2)在100~110度的烘箱中烘干4小时,完成第一个循环; 3)以下4个循环浸泡与烘干时间均为4小时。 4)计算试样质量损失率 P=(m0-m)/m0 砂的压碎指标测试: 1)把干试样按颗粒级配分成四个粒级(质量1000g): 0.3~0.6mm,0.6~1.18mm,1.18~2.36mm,2.36~4.75mm; 2)把每级330g试样装入钢模内,用加压块加压至25kN稳荷 5s卸荷,过筛筛去碎粒; 3)压碎指标计算: Yi=m2/(m1+ m2) M2:试样通过量; m1-试样筛余量 3、粗骨料 指粒径大于4.75mm的碎石或卵石。 (1)有害杂质:粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物、有 机杂质、针、片状颗粒含量。 ? JGJ52-92和JGJ53-92对以上杂质的含量均有相应的规定; ? 重要的工程要对石子进行碱活性检验; ? 石子中严禁混入煅烧过的白云石或石灰石块。 (2)颗粒形状及表面特征 主要影响混凝土拌合物的流动性与混凝土的强度。 (3)最大粒径与颗粒级配 1)最大粒径 ? 不得大于混凝土结构截面最小尺寸的1/4,并不得大于钢 筋最小净距的3/4; 对于混凝土实心板,最大粒径不宜大 于板厚的1/2,并不得超过50mm. ? 泵送混凝土用的碎石,不应大于输送管内径的1/3;卵石不 应大于输送管内径的2/5,且和泵送高度有关。 ? 水泥混凝土路面板所用粗骨料,其最大粒径不应超过40mm. 2)颗粒级配 石子级配影响混凝土的水泥用量、拌合物的和易性甚至强度。 通过筛分试验确定: ? 标准筛子(方孔)尺寸(mm)为:2.36、4.75、9.5、16.0、 19.0、26.5、31.5、37.5、53.0、63.0、75.0、90。 ? 石子的级配应符合GB/T14685-2001的规定(见P84表4-6)。 (4)强度 为保证混凝土的强度要求,粗骨料必须质地致密、具有足够 的强度。 a.混凝土强度等级为C60及以上时, 应进行岩石抗压强度试 验。 试样: 5cm×5cm×5cm/d=h=5cm; 进行饱水抗压强度试验,JGJ53-92规定: ? 岩石饱水抗压强度/混凝土强度等级≥1.5; ? 对于路面混凝土,该值≥2.0。 b.经常性的质量检验,用压碎指标值检验。 ? 将一定质量的气干状态下的10-20mm的石子装入钢筒内, 施加载荷到200kN,卸荷后,计算压碎指标。 ? 压碎指标=(m0-m1)/m0*100% 式中 m0---试样的质量,g; m1---压碎试验后筛余(筛子孔径2.36mm)的试样质 量,g. 碎石与卵石的压碎指标要符合相关规定。参见P86,表4-7 和表4-8。 (5)坚固性 参见p87,表4-9。 4、骨料的含水状态及饱和面干吸水率 (1)骨料的四种含水状态: ? 干燥状态:骨料含水率等于或接近于零; 含水率小于 0.2%的石子,视为干燥石子; 含水率小于 0.5%的砂子,视为干燥砂子. ? 气干状态:骨料含水率与大气湿度相平衡; ? 饱和面干状态:骨料表面干燥而内部孔隙含水饱和; ? 湿润状态:骨料不仅内部孔隙充水,而且表面还附有一层表面水。 (2)饱和面干含水率:指骨料在饱和面干状态时的含水率。进行配比计 算时,以饱和面干骨料为基准,则不会影响混凝土的用水量和骨料用 量。所以一些大型水利工程、道路工程常以饱和面干状态骨料为基准, 混凝土的用水量和骨料用量的控制较准确。 (3)一般工业与民用建筑工程混凝土配合比设计常以干燥状态骨料为基 准,根据现场骨料实际的含水量再进行调整。 5.混凝土拌合及养护用水 对混凝土拌合及养护用水的要求是: ? 不得影响混凝土的和易性及凝结; ? 不得有损于强度发展; ? 不得降低耐久性; ? 不得加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断; ? 不得污染混凝土表面。 一般可饮用的自来水可用于混凝土拌合及养护,使用其它水 则要检验质量,如PH值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸 盐、硫化物的含量。应符合《混凝土拌合用水标准》 (JGJ63-89)的要求。 《混凝土质量控制标准》(GB 50164-92)第3.1.10条规定: 不得使用海水拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。不宜用海 水拌制有饰面要求的素混凝土。 6、混凝土外加剂 (1)目的:用以改善混凝土的性能,掺量一般不超过水 泥质量的5%。 (2)分类 ? 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂,如减水剂、泵 送剂、引气剂、保水剂等; ? 调节混凝土气体含量的外加剂,如引气剂、加气剂、 泡沫剂等; ? 调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂,如早强剂、 缓凝剂、速凝剂等; ? 改善混凝土耐久性的外加剂,如引气剂、防冬剂、阻 锈剂、防水剂等 ? 其它外加剂,如膨胀剂、碱骨料反应抑制剂等。 (3)常见混凝土外加剂 1)减水剂: 在混凝土坍落度基本相同的请况下,能 减少拌合用水量,一般为表面活性剂 。 a.种类: ? 普通减水剂: 木质素系(木质素磺酸钙、木质素磺 酸钠、木质素磺酸镁)和糖蜜系(3FG、TF、ST) , 掺量0.2-0.3%,减水率6-10%。同时具有缓凝作用, 缓凝1-3小时。 ? 高效减水剂:多环芳香族磺酸盐系( NN0、NF、FDN、 UNF、JN、MF、建1型等)和水溶性树脂系(SM、CRS 等) 掺量0.2-2.0%,减水率15-30% ,同时具有明显的早 强作用。 b.作用机理 ? 减水剂憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面,亲水基团 指向水溶液; ? 水泥颗粒相互排斥从而使水泥浆的絮状结构解体,释 放出其所包裹的拌合水; ? 增大了水泥颗粒与水的接触面积,提高了拌合物的流 动性; ? 使水泥水化更充分,利于提高强度,增加了水泥颗粒 间的滑动能力。 c.主要技术效果 ? 用水量不变时,可提高混凝土拌合物的流动性,坍落 度可提高50-150mm; ? 保持拌合物流动性及水泥用量不变的条件下,减少用 水量10-20%;提高强度10-30%,尤其是早期强度; ? 在保持拌合物流动性和强度不变的条件下,可减水1020%;节约水泥10-20% ; ? 减少拌合物的分层、离析和泌水; ? 减缓水化放热速度和减少最高放热温度; ? 改善耐久性; ? 可配制特殊混凝土或高强混凝土; ? 可降低混凝土成本。 d.掺加方法 ? 同掺法:将减水剂预先溶于水中,制成一定浓度的溶 液搅拌混凝土时与拌合水同时加入(溶液中的水量必 须从混凝土拌合水中扣除)。该方法优点是计量准确、 拌合质量均匀,搅拌程序简单,缺点是坍落度随时间 的延续损失较大。 ? 后掺法:在混凝土拌合物浇筑前或运输过程中加入, 再搅拌一次。主要用于商品混凝土。 2)早强剂:能提高混凝土早期强度,并对后期强度无显 著影响。 ? 氯盐类:主要有氯化钙和氯化钠,其中氯化钙是国内 外使用最早、应用最广泛的一种早强剂。因含有氯离 子,能促进钢筋锈蚀,其掺量要严格控制,一般掺量 为水泥质量的0.5-1%,1d强度提高70-140%;3d强度提 高50-100%;7d强度提高20-40%,对后期强度影响较小, 且可提高防冻性。 氯化钙主要用于冬季施工混凝土、早强混凝土,不适于 蒸气养护混凝土。 ? 硫酸盐类:硫酸钠是应用较多的一种硫酸盐系早强剂。 硫酸钠也称元明粉,掺量0.5-2.0% ,可使达到混凝土设 计强度70%的时间缩短一半。其应用范围比氯盐系早强 剂更广泛。 ? 有机胺类:主要是三乙醇胺。 三乙醇胺为无色或淡黄色油状液体,无毒呈碱性。 掺量0.02-0.05%,3d强度提高20-40% ,对后期强度影 响较小,抗冻、抗渗性能用所提高,对钢筋无锈蚀 作用, 但会增大干缩。 ? 复合类 使用效果最佳。如将早强剂与减水剂复合使 用即可进一步提高早期强度又可使后期强度增长, 并可改善混凝土的施工性质。像硫酸钠与木钙、糖 钙及高效减水剂等得到了广泛的应用。 3)引气剂:在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布 的、稳定而封闭的微小气泡(Φ10-100μm)。 a.作用机理 ? 具有表面活性,能定向吸附在水-气界面上; ? 显著降低水的表面张力和界面能; ? 在搅拌力作用下产生大量的气泡; ? 引气剂分子定向排列在气泡上,形成单分子吸附膜 ,使 液膜坚固不易破裂; ? 水泥的微小颗粒以及氢氧化钙与引气剂反应生成的钙皂吸 附在气泡膜壁上,进一步提高了气泡的稳定性。 b.技术效果 ? 改善混凝土拌合物的和易性; ? 提高混凝土的耐久性(抗冻性与抗渗性显著提高); ? 强度与耐磨性有所降低。保持水灰比不变时,含气量增加 1%混凝土的强度下降3-5%。 应使混凝土具有合适的含气 量。使用引气剂时,混凝土含气量一般控制在3-6%为宜。 c.常用引气剂: ? 松香热聚物- 由松香与硫酸、石炭酸聚合再经NaOH 中和 ? 松香皂 ? 烷基苯磺酸钠 ? 脂肪醇硫酸钠 d.适用工程 配制抗冻混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、轻集料混凝土 等。不适于蒸汽养护混凝土。 4)缓凝剂:能延长混凝土的凝结时间,并对混凝土的后期 强度发展无不利影响。 a.常用缓凝剂 ? 木质素磺酸盐类 常用木钙,掺量0.2-0.3%,延长凝结时 间2-3h。 ? 糖蜜缓凝剂 主要成分为已糖钙、蔗糖钙等。掺量0.10.3%,延长凝结时间2-4h。 ? 羟基羧酸及其盐类 常用酒石酸、柠檬酸等。掺量0.030.1%,延长凝结时间4-10h。但是,这类缓凝剂会增加混 凝土的泌水性,使用时要注意。 缓凝剂的水泥品种适应性十分明显,不同品种水泥的缓凝效 果不同,甚至会出现相反的效果。因此,使用前必须进行 试验,检验其缓凝效果。 b.适用工程 ? 主要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土 和滑模混凝土工程施工; ? 远距离运输商品混凝土。 5)速凝剂 使砂浆或混凝土迅速凝结硬化。 a.常用速凝剂:711型、红星I型以及8604型和8604-2型。 b.掺量2.5-5.0%。 c.效果:5min内处凝,10min终凝,1h产生强度。对钢筋无 锈蚀作用,但28d强度较不掺下降20-25%。 d.适用工程:主要用于喷射混凝土、堵漏。 6)防冻剂:使混凝土在负温下硬化,并在规定养护条件下 达到预期性能。 a.常用防冻剂:亚硝酸钠、亚硝酸钙、氯化钙、氯化钠、 碳酸钾及尿素等。 b.掺量:亚硝酸钠、亚硝酸钙掺量1.0-8.0%;氯化钙、氯 化钠掺量0.5-1.0%。 c.效果 ? 亚硝酸钠、亚硝酸钙:降低冰点、阻锈 、早强。 ? 氯化钙、氯化钠:早强、降低冰点,但对钢筋有锈蚀作 用。 为提高效果,防冻剂常与减水剂、早强剂及引气剂等复合, 目前工程上使用的都是复合防冻剂。 d.适用工程:主要用于冬季混凝土施工。(5℃以下) 7)膨胀剂 能使混凝土产生一定体积膨胀。 a.常用膨胀剂 :U型膨胀剂,主要成份:无水硫铝酸钙、 明矾石、石膏。 b.掺量:10-15%。 c.效果 ? 膨胀率0.05-0.1%; ? 28d强度提高10-30%; ? 抗渗性提高2-3倍; ? 自应力值0.2-0.6MPa; ? 抗裂性显著提高。且对钢筋无锈蚀作用。 d.适用工程 ? 防水混凝土; ? 补偿收缩混凝土; ? 接缝、地脚螺丝灌浆料; ? 自应力混凝土等。 8)泵送剂 能改善混凝土拌合物泵送性能。 ? 非引气剂型 主要含有:木钙、高效减水剂等。 ? 引气剂型 主要含有:减水剂、引气剂等 7、混凝土掺合料 (1)掺合料作用 ? 改善混凝土性能; ? 节约水泥; ? 调节混凝土强度等级。 (2)技术效果 ? 显著改善混凝土拌合物的和易性; ? 提高混凝土的密实度、抗渗性、耐腐蚀性; ? 提高混凝土的强度。 (3)常用掺合料 1)粉煤灰 用量最。

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