理學(xué)土木工程材料

理學(xué)土木工程材料第1頁/共280頁第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.1材料的基本物理性質(zhì)(physicalproperties)1.1.1材料的密度、表觀密度與堆積密度***(1)密度(density)***P8近似密度（視密度）(apparentdensity)(2)＊材料的體積密度（density

）(3)表觀密度(apparentdensity)(4)堆積密度（散粒體）(bulkdensity)(forparticles)壓實(shí)密度（compacteddensity）表1-1常用材料的密度、表觀密度、堆積密度第2頁/共280頁第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.1.2材料的密實(shí)度與孔隙率(1)密實(shí)度(density)(2)孔隙率(porosity)1.1.3材料的填充率與空隙率（散粒體）(1)填充率(fillingratio)(2)空隙率(voidsratio,voidcontent,voidvolume)第3頁/共280頁第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.2.1材料的親水性與憎水性hydrophilicity

***(1)親水性QINGSHUI.SWF（被水潤濕P8）(hydrophilicproperty)(2)憎水性（潤濕角θ>90°）(hydrophobicnature)1.2.2材料的含水狀態(tài)（材料的含水狀態(tài)）1.2.3材料的吸水性與吸濕性***(1)吸水性(waterabsorptivity)——用吸水率表示質(zhì)量吸水率(waterabsorption)材料體積的吸水率(2)吸濕性(hydroscopicnature)——用含水率表示****含水率(moisturecontent)****第4頁/共280頁1.2.3材料的耐水性(抗水性)(waterresistance)P12***軟化系數(shù)(softeningcoefficient)***1.2.4材料的抗凍性與抗?jié)B性(1)抗凍性(frostresistance)水結(jié)冰時(shí)體積約增大9％，從而對孔隙產(chǎn)生壓力而使孔壁開裂。凍融循環(huán)(freezingandthawingcircle)抗凍標(biāo)號(grade)（等級）

D15(Dong)→F15(Freeze)(2)抗?jié)B性(impermeability)滲透系數(shù)(coefficientofpermeability)抗?jié)B等級（抗?jié)B標(biāo)號）

S(Shen)→P(Permeate)第5頁/共280頁第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.3材料的基本力學(xué)性質(zhì)1.3.1材料的強(qiáng)度(strength)(1)材料的抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度(2)材料的抗彎強(qiáng)度表1.2常用材料的強(qiáng)度/MPa1.3.2材料的彈性與塑性1.3.3材料的脆性與韌性1.3.4材料的硬度和耐磨性1.3.4.1材料的硬度1.3.4.2材料的耐磨性第6頁/共280頁第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.4材料的熱工、聲學(xué)、光學(xué)性質(zhì)及材料的耐久性1.4.1材料的熱工性質(zhì)(1)材料的導(dǎo)熱性導(dǎo)熱系數(shù)**影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素①物質(zhì)構(gòu)成、微觀結(jié)構(gòu)②表觀密度與孔隙構(gòu)造③濕度④溫度⑤熱流方向第7頁/共280頁第1章土木工程材料的基本性質(zhì)(2)材料的熱容量(heatcapacity)比熱容1.4.2材料的聲學(xué)性質(zhì)(1)吸聲性(soundabsorption)吸聲系數(shù)(sound-absorptioncoefficient)(2)隔聲性（材料的隔聲性）(soundinsulation)第8頁/共280頁材料的密度

材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：式中：ρ——密度，g／cm3；

m——材料在干燥狀態(tài)的質(zhì)量，g；

V——材料的絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3。

第9頁/共280頁材料的表觀密度材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：式中：ρ0——表觀密度，kg／m3；

m——材料的質(zhì)量，kg；

V0——材料在自然狀態(tài)下的體積（含材料實(shí)體及閉口空隙體積），m3。第10頁/共280頁材料的體積密度材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：式中：ρ0——表觀密度，kg／m3；

m——材料的質(zhì)量，kg；

V0——材料在自然狀態(tài)下的體積（含材料實(shí)體及閉口空隙、閉口空隙體積），m3。第11頁/共280頁材料為散粒或粉狀，如砂、石子、水泥等，在自然堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：式中：——材料的堆積密度，kg／m3；

m——材料的質(zhì)量，kg；

——材料的自然(松散)堆積體積(包括材料固體顆粒體積及其閉口、開口空隙體積和顆粒之間空隙的體積)，m3。材料的堆積密度第12頁/共280頁材料的密實(shí)度材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。按下式計(jì)算：第13頁/共280頁材料的孔隙率材料體積內(nèi)，孔隙體積所占總體積的百分率。按下式計(jì)算：密實(shí)度與孔隙率的關(guān)系可表示為：D＋P=1即密實(shí)度＋孔隙率=1。第14頁/共280頁材料的孔隙率對應(yīng)開口孔和閉口孔的孔隙率分別稱為開口孔隙率和閉口孔隙率。第15頁/共280頁材料的填充率

散粒材料堆積體積中，被顆粒所填充的程度。按下式計(jì)算：第16頁/共280頁材料的空隙率

散粒材料堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。用下式計(jì)算：即：D’＋P’=1或填充率＋空隙率=1。第17頁/共280頁材料的質(zhì)量吸水率

材料在水中通過毛細(xì)孔隙吸收并保持水分的性質(zhì)，用吸水率表示，吸水率有兩種表示方法：1、質(zhì)量吸水率指材料在吸水飽和狀態(tài)下，所吸水的質(zhì)量占材料干質(zhì)量的百分率，即材料吸水飽和時(shí)的含水率。按下式表示：式中：Wm——材料質(zhì)量吸水率，%；

mg——材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量，g；

mb——材料吸水飽和狀態(tài)下質(zhì)量，g。第18頁/共280頁材料的含水率

材料在一定溫度和濕度下吸附水分的能力，用含水率表示，即式中：W——材料質(zhì)量吸水率，%；

ms——材料含水時(shí)的質(zhì)量，g；

mg——材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。第19頁/共280頁材料的軟化系數(shù)**

材料抵抗水破壞作用的性質(zhì)稱為耐水性，用軟化系數(shù)表示，即式中：KR——材料的軟化系數(shù)；

fw——材料在吸水飽和狀態(tài)下的強(qiáng)度，MPa；

f——材料在干燥狀態(tài)下的強(qiáng)度，MPa。材料的軟化系數(shù)≥0.85的材料稱為耐水材料第20頁/共280頁材料的滲透系數(shù)

材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性，用滲透系數(shù)表示，即式中：K——滲透系數(shù)，cm／h；

Q——透水量，cm3；

d——試件厚度，cm；

A——透水面積，cm2；

t——滲水時(shí)間，h；

H——靜水壓力水頭，cm。第21頁/共280頁材料的抗?jié)B等級表示混凝土抗?jié)B能力的指標(biāo)。即28天齡期的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下能承受的最大水壓力值。P=10H－1(1--15)式中：P——抗?jié)B等級；

H——試件開始滲水時(shí)的水壓力，MPa。

S

(Shen)→P

(Permeate)第22頁/共280頁材料的抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度(compressive,tensileandshearstrength)材料的抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度按下式計(jì)算：式中：f——材料的強(qiáng)度，MPa；

Fmax——破壞時(shí)最大荷載，N；

A——受力截面面積，mm2。第23頁/共280頁材料的抗彎強(qiáng)度(bendingstrength)1)二分法。將條形試件放在兩支點(diǎn)上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則抗彎強(qiáng)度按下式計(jì)算：2)三分法。在跨度的三分點(diǎn)上作用兩個(gè)相等的集中荷載，則抗彎強(qiáng)度按下式計(jì)算：式中：fm——抗彎強(qiáng)度，MPa；

Fmax——彎曲破壞時(shí)最大荷載，N；

b、h——試件橫截面的寬及高，mm；

L——兩支點(diǎn)間的距離，mm。第24頁/共280頁材料的彈性與塑性、脆性與韌性彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)取消外力后，變形能完全消失的性質(zhì)。(elasticity)塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)取消外力后，仍保持變形后的形狀，并不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)。(plasticity)脆性：材料在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材料突然破壞，而破壞時(shí)無明顯的塑性變形的性質(zhì)。(brittleness,fragility)韌性：材料在沖擊、震動(dòng)荷載作用下，能夠吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)。(fracturetoughness)第25頁/共280頁材料的導(dǎo)熱系數(shù)**

(coefficientofthermalconduction)材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性，以導(dǎo)熱系數(shù)表示，即式中：λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W／(m·K)；

Q——總傳熱量，J；

a——材料厚度，m；

A——熱傳導(dǎo)面積，m2；

t——熱傳導(dǎo)時(shí)間，h；

T2—T1——材料兩面溫度差，K?？蓪⒈臼脚c材料的滲透系數(shù)定義式比較理解和記憶第26頁/共280頁材料的吸聲系數(shù)(acousticalcoefficient)

聲能穿透材料和被材料消耗的性質(zhì)稱為材料的吸聲性，評定材料的吸聲性能好壞的主要指標(biāo)稱為吸聲系數(shù)(α)，即式中：Ea——穿透材料的聲能；

Eτ——材料消耗的聲能；

E0——入射到材料表面的全部聲能。第27頁/共280頁＊材料的體積密度(density)材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：式中：——材料的堆積密度，kg／m3；

m——材料的質(zhì)量，kg；

V’——材料的自然外形體積(包括材料固體顆粒體積、開口及其閉口空隙體積體積)，m3。第28頁/共280頁材料體積的吸水率

材料在水中通過毛細(xì)孔隙吸收并保持水分的性質(zhì)，用吸水率表示，吸水率有兩種表示方法：2、質(zhì)量吸水率指材料在吸水飽和狀態(tài)下，所吸水的體積占干燥材料自然狀態(tài)下體積的百分率，即材料吸水飽和時(shí)的含水率。按下式表示：式中：Wv——材料體積吸水率，%；

V’——干燥材料自然狀態(tài)下體積，cm3；

ρw——水的密度，g/cm3

。第29頁/共280頁材料的隔聲性隔聲性（soundinsulation）

：材料隔絕聲音的能力。材料的隔聲性用隔聲量來表示：R——材料的隔聲量（分貝，dB）Eo——入射到材料表面的總聲能Ea——透過材料的聲能第30頁/共280頁基礎(chǔ)知識2.1建筑鋼材的生產(chǎn)

2.2.1煉鋼（煉鋼2.2.2、澆注（澆注、脫氧

2.2.3、脫氧（脫氧2.2.4、加工（鋼材的加工鋼材軋制*鋼材的軋制鋼材熱處理鋼材的熱處理鋼材的生產(chǎn)過程（鋼材的生產(chǎn)過程第二章鋼材的生產(chǎn)

第31頁/共280頁基礎(chǔ)知識2.2鋼的分類

鋼與生鐵的區(qū)分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的鐵碳合金稱為鋼。含碳量大于2.06％的鐵碳合金稱為生鐵。2.1.1按化學(xué)成分分類2.1.2按品質(zhì)（雜質(zhì)含量）分類2.1.3按冶煉時(shí)脫氧程度分類

第32頁/共280頁2.2.1按化學(xué)成分分類

1.碳素鋼(carboncontent=0.02%～2.06%的鐵碳合金)

低碳鋼：含碳量<0.25％

中碳鋼：含碳量為0.25％～0.60％

高碳鋼：含碳量>0.60％

2.合金鋼（碳素鋼中加入合金元素Si,Mn,Ti,V)

低合金鋼：合金元素總含量alloycontent<5.0％

中合金鋼：合金元素總含量為5.0％～10％

高合金鋼：合金元素總含量>10％

建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼，主要使用非合金鋼中的低碳鋼，及低合金鋼加工成的產(chǎn)品。第33頁/共280頁2.2.2按品質(zhì)（雜質(zhì)含量）分類1.普通鋼：含硫量(sulphurcontent)≤0.050％；

含磷量(sulphurcontent)≤0.045％。

2.優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。

3.高級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.025％；含磷量≤0.025％。

4.特級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.015％；含磷量≤0.025％。第34頁/共280頁2.2.3按冶煉時(shí)脫氧程度分類

1.沸騰鋼rimmedsteel;rimmingsteel

煉鋼時(shí)脫氧不充分，鋼液中還有較多金屬氧化物，澆鑄鋼錠后鋼液冷卻到一定的溫度，其中的碳會與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成大量一氧化碳?xì)怏w外逸，引起鋼液激烈沸騰。這種鋼材稱為沸騰鋼，其代號為“F”。其沖擊韌性和可焊性較差。

2.鎮(zhèn)靜鋼(fully-killedsteel;killedsteel)

煉鋼時(shí)脫氧充分，鋼液中金屬氧化物很少，在澆鑄鋼錠時(shí)鋼液會平靜地冷卻凝固，這種鋼稱為鎮(zhèn)靜鋼，其代號為“Z”。

3.半鎮(zhèn)靜鋼balancedsteel;semikilledsteel

指脫氧程度和性能都介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼材，其代號為“b”。

4.特殊鎮(zhèn)靜鋼比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更徹底的鋼，故稱為特殊鎮(zhèn)靜鋼，代號為“TZ”。特殊鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。

第35頁/共280頁基礎(chǔ)知識2.3建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能

2.3.1抗拉性能

2.3.2沖擊韌性2.3.3耐疲勞性

2.3.4工藝性能第36頁/共280頁2.3.1抗拉性能

第37頁/共280頁3.1.2.1抗拉性能——彈性階段為OA

彈性：卸去拉力，試件能完全恢復(fù)原狀。與A點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限，用σp表示（fE)。elastic此階段應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，稱為彈性模量，用E表示。彈性模量反映鋼材的剛度。

土木工程中常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的彈性模量E為(2.0-2.1)×105MPa。第38頁/共280頁3.1.2.1抗拉性能——屈服階段為AB應(yīng)力超過A點(diǎn)后，應(yīng)變的速度大于應(yīng)力的速度卸去拉力，試件上已有不能消失的塑性變形。B上點(diǎn)是屈服階段的應(yīng)力最高點(diǎn)，為屈服上限，B下點(diǎn)為屈服下限。B下點(diǎn)比較穩(wěn)定，容易測定，所以一般以B下點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力，作為屈服強(qiáng)度(yieldstrength)σs(fy)Q235鋼的屈服點(diǎn)應(yīng)在235MPa以上。第39頁/共280頁2.硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能P26硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過程無明顯屈服階段，無法直接測定屈服強(qiáng)度。用條件屈服強(qiáng)度σ0.2來代替屈服強(qiáng)度。（f0.2)條件屈服點(diǎn)σ0.2

（f0.2)：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力。見左圖。書Fig.3.3σε0A0.2%aboa——總變形。ba——彈性變形99.8%。ob——塑性變形0.2%。第40頁/共280頁2.3.1抗拉性能——彈性階段為OA

彈性：卸去拉力，試件能完全恢復(fù)原狀。與A點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限，用σp表示。此階段應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)，稱為彈性模量，用E表示。彈性模量反映鋼材的剛度。土木工程中常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的彈性模量為(2.0-2.1)×105MPa。第41頁/共280頁2.3.1抗拉性能——屈服階段為AB應(yīng)力超過A點(diǎn)后，應(yīng)變的速度大于應(yīng)力的速度卸去拉力，試件上已有不能消失的塑性變形。B上點(diǎn)是屈服階段的應(yīng)力最高點(diǎn)，為屈服上限，B下點(diǎn)為屈服下限。B下點(diǎn)比較穩(wěn)定，容易測定，所以一般以B下點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力，作為屈服強(qiáng)度σs（fy)。Q235鋼的屈服點(diǎn)應(yīng)在235MPa以上。第42頁/共280頁2.3.1抗拉性能——強(qiáng)化階段為BC內(nèi)部組織發(fā)生晶格畸變、錯(cuò)位等，使其抵抗塑性變形的能力又重新提高，故稱為強(qiáng)化階段。對應(yīng)C點(diǎn)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。Q235的抗拉強(qiáng)度在375MPa以上。伸長率：斷面收縮率：第43頁/共280頁E為常量，低碳鋼有明顯屈服點(diǎn)，fy作為破壞標(biāo)志，fy/fu—強(qiáng)屈比***抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之比（P26）為強(qiáng)度儲備，伸長率δ、ψ表示塑性變形能力。第44頁/共280頁2.3.2沖擊韌性***P27

鋼材的沖擊韌性是處在簡支梁狀態(tài)的金屬試樣在沖擊負(fù)荷作用下折斷時(shí)的沖擊吸收功。鋼材的沖擊韌性試驗(yàn)是將標(biāo)準(zhǔn)彎曲試樣置于沖擊機(jī)的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)，在試樣中間開V形缺口。第45頁/共280頁2.3.3耐疲勞性

受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，首先在局部開始形成細(xì)小裂紋，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴(kuò)大，直至突然發(fā)生瞬時(shí)疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。第46頁/共280頁關(guān)于疲勞的幾個(gè)概念

疲勞極限(fatiguelimit;fatiguevalue)：試件在交變荷載作用下，在規(guī)定的周期基數(shù)N內(nèi)(一般為200萬次或400萬次以上)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。疲勞強(qiáng)度(fatiguestrength)：金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過周次（N）后斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力，叫作疲勞強(qiáng)度。此時(shí)，N稱為材料的疲勞壽命。某些金屬材料在重復(fù)或交變應(yīng)力作用下，沒有明顯的疲勞極限，常用疲勞強(qiáng)度表示。

第47頁/共280頁2.3.4工藝性能

1.

冷彎性能(cold-bendperformance):指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，以試驗(yàn)時(shí)的彎曲角度α和彎心直徑d為指標(biāo)表示，如下圖所示。第48頁/共280頁2.3.4工藝性能

2.

焊接性能(weldingperformance)

鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度應(yīng)不低于原有鋼材的強(qiáng)度。第49頁/共280頁2.4.3鋼材的成分對性能的影響（1）

除鐵、碳外，鋼材在冶煉過程中會從原料、燃料中引入一些的其他元素。鋼材的成分對性能有重要影響。這些成分可分為兩類：一類能改善優(yōu)化鋼材的性能稱為合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一類能劣化鋼材的性能，屬鋼材的雜質(zhì)，主要有氧、硫、氮、磷等。

ReferingP32Table2-2

第50頁/共280頁2.4.3鋼材的成分對性能的影響（2）

●碳（C）：鋼材強(qiáng)度的主要來源，但是隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2以下時(shí)，可焊性良好。●硫（S）：熱脆性。不得超過0.05%?！窳祝≒）：冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%?！皴i（Mn）：合金元素。弱脫氧劑。與S形成MnS，（熔點(diǎn)為1600℃），可以消除一部分S的有害作用?！窆瑁⊿i）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑。●釩（V）：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。●氧（O）：有害雜質(zhì)?！竦∟）：有害雜質(zhì)。第51頁/共280頁冶金缺陷、構(gòu)造、加荷速度對性能的影響

2.4.4

鋼材的冶金缺陷對性能的影響常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋等。偏析——化學(xué)成分分布的不均勻程度。2.4.5構(gòu)件的構(gòu)造對性能的影響試件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時(shí)，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應(yīng)力——應(yīng)力集中。2.4.6加荷速度對性能的影響加荷速度高，鋼材屈服點(diǎn)提高，呈脆性。因此，（1）性試驗(yàn)要求緩慢加載（2）要考慮動(dòng)荷載對結(jié)構(gòu)的不利影響第52頁/共280頁**例題：從新進(jìn)貨的一批鋼筋中抽樣，并截取兩根鋼筋做拉伸試驗(yàn)，測得如下結(jié)果，屈服下限荷載分別為45kN，46kN，抗拉極限荷載分別為62.0kN，63kN，鋼筋公稱直徑為12mm，標(biāo)距為60.0mm，拉斷時(shí)長度分別為70mm，71mm。試計(jì)算該鋼筋的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度及伸長率。解：

第53頁/共280頁解：

第54頁/共280頁

第55頁/共280頁基礎(chǔ)知識2.5鋼材的強(qiáng)化與加工

2.5.1冷加工強(qiáng)化2.5.2時(shí)效處理2.5.3熱處理第56頁/共280頁2.5.1冷加工強(qiáng)化**P30

鋼材在常溫下進(jìn)行冷加工(冷拉、冷拔或冷軋)使其產(chǎn)生塑性變形，而屈服強(qiáng)度得到提高，這個(gè)過程稱為冷加工強(qiáng)化。

**冷加工的結(jié)果：產(chǎn)生塑性變形，晶格缺陷增多，發(fā)生畸變，對進(jìn)一步變形起到阻礙作用，因此，鋼材的屈服點(diǎn)提高（冷拉可提高15%~20%，冷拔可提高40%～60%。），塑性、韌性和彈性模量下降。**第57頁/共280頁2.5.2時(shí)效處理

將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放15～20d，或加熱至100～200℃后保持一定時(shí)間（2～3h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗拉強(qiáng)度也提高，同時(shí)塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)。這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。

時(shí)效處理方法有兩種：在常溫下存放15～20d，稱為自然時(shí)效，適合用于低強(qiáng)度鋼筋；加熱至100～200℃后保持一定時(shí)間（2～3h），稱人工時(shí)效，適合于高強(qiáng)鋼筋。第58頁/共280頁2.5.3熱處理

熱處理是將鋼材按規(guī)定的溫度制度，進(jìn)行加熱、保溫和冷卻處理，以改變其晶格組織，得到所需要的性能的一種工藝。

熱處理包括淬火、回火、退火和正火，見下圖。

鋼的熱處理工藝

第59頁/共280頁基礎(chǔ)知識2.6土木工程常用金屬材料的性質(zhì)及應(yīng)用

2.6.1建筑常用鋼種2.6.2鋼結(jié)構(gòu)用鋼

2.6.3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

2.6.4鋁合金

2.6.6

實(shí)例——鋼材的選用

2.6.5

黃銅

第60頁/共280頁2.6.1建筑常用鋼種1.

碳素結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成2.

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)錳含量的不同可分為普通錳含量鋼和較高錳含量鋼兩組。3.

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是一種在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加總量小于5％的合金元素的鋼材，具有強(qiáng)度高，塑性和低溫沖擊韌性好、耐銹蝕等特點(diǎn)。第61頁/共280頁2.6.1碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成如Q235-A·F表示屈服點(diǎn)強(qiáng)度為235N/mm2的A級沸騰鋼？Q275-C第62頁/共280頁2.6.1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號

第63頁/共280頁2.6.1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的選用

特點(diǎn)：強(qiáng)度高，塑性、韌性和可焊性好，抗沖擊性強(qiáng)、耐低溫和腐蝕。軋制成型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)中，特別是重型、大跨度、高層結(jié)構(gòu)和橋梁中。第64頁/共280頁2.6.3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度很低。用鋼筋增強(qiáng)混凝土，可大大擴(kuò)展混凝土的應(yīng)用范圍，而混凝土又對鋼筋起保護(hù)作用。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，主要由碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成，包括熱軋鋼筋、冷軋扭鋼筋和冷軋帶肋鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。第65頁/共280頁2.6.3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼***P35熱軋鋼筋的表面形狀光圓(代號HPB=HotrolledPlainBar）帶肋(代號HRB=HotrolledRibbedBar)月牙肋等高肋第66頁/共280頁2.6.3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼——熱軋鋼筋的級別和代號***I級：用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，光圓。用于普通鋼筋混凝土的主要受力鋼筋、構(gòu)造筋和箍筋等。代號：HPB235（HotRolledPlainSteelBar熱軋光面鋼筋）Ⅱ級：用低合金鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼軋制而成，帶肋。用于大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。經(jīng)冷拉后，可用做預(yù)應(yīng)力鋼筋。代號：HRB335（HotRolledRibbedSteelBar熱軋帶肋鋼筋）Ⅲ級：同Ⅱ級鋼。代號：HRB400Ⅳ級：用中碳低合金鋼軋制而成，帶肋。用做預(yù)應(yīng)力鋼筋。代號：HRB500第67頁/共280頁2.6.3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼——冷軋扭鋼筋的級別用光圓低碳鋼用專用冷軋扭機(jī)調(diào)直、冷軋并冷扭一次成型。特點(diǎn)：剛度大、不易變形，與混凝土握裹力大，無需彎鉤，節(jié)約鋼材。第68頁/共280頁2.6.3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼——冷軋帶肋鋼筋的級別用光圓低碳鋼經(jīng)冷軋后，在其表面上軋出三面或兩面的橫肋。根據(jù)《冷軋帶肋鋼筋》（GB13788-2000)規(guī)定，鋼筋牌號由CRB和鋼筋最小抗拉強(qiáng)度值表示：CRB550,CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170五個(gè)牌號，CRB550用于鋼筋混凝土，其他宜用于預(yù)應(yīng)力混凝土（CRB=ColdRolledRibbedSteelBar)。說明：為改善預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，現(xiàn)行《鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》已不再收入冷加工鋼筋。第69頁/共280頁基礎(chǔ)知識2.7鋼材的腐蝕與防護(hù)***P34_35

2.7.1鋼材的腐蝕

2.7.2鋼材的防護(hù)

第70頁/共280頁2.7.1鋼材的腐蝕**

鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕（銹蝕）。鋼材腐蝕的現(xiàn)象普遍存在，如在大氣中生銹，特別是當(dāng)環(huán)境中有各種侵蝕性介質(zhì)或濕度較大時(shí)，情況就更為嚴(yán)重。腐蝕不僅使鋼材有效截面積均勻減小，還會產(chǎn)生局部銹坑，引起應(yīng)力集中；腐蝕會顯著降低鋼的強(qiáng)度、塑性韌性等力學(xué)性能。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)的作用原理，腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

**化學(xué)腐蝕:鋼與周圍介質(zhì)（氧氣、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接發(fā)生化學(xué)作用，生成疏松的氧化物。

**電化學(xué)腐蝕：鋼中不同成分的電極電位不同，有電解質(zhì)（如水）存在時(shí)，就會在鋼表面形成許多微小的原電池，使鋼中的鐵逐漸失去。（為主）

第71頁/共280頁2.7.2鋼材的防護(hù)

3.鋼材的防腐***p35

具體措施有采用耐候鋼、金屬覆蓋、非金屬覆蓋和混凝土用鋼筋的防銹。（1）耐候鋼（耐蝕鋼）

“耐蝕鋼”是一個(gè)統(tǒng)稱，包括高性能耐蝕鋼，（如不銹鋼）和中等程度的耐蝕鋼。不銹鋼雖好，但由于資源、價(jià)格等因素，大量應(yīng)用于主體結(jié)構(gòu)，在未來很長的時(shí)期內(nèi)，都是困難的（僅部分使用于附屬、圍護(hù)結(jié)構(gòu)與裝飾）。因此，介于碳鋼與不銹鋼之間的不同程度、不同用途的耐蝕鋼，成為發(fā)展的方向之一。第72頁/共280頁2.7.2鋼材的防護(hù)（2）涂層防護(hù)——最大限度地隔絕腐蝕環(huán)境：這是把鋼結(jié)構(gòu)封閉起來、與腐蝕環(huán)境隔絕的技術(shù)路線，也是目前國內(nèi)外最普遍應(yīng)用的防護(hù)方法。涂層品種繁多，有金屬涂（鍍）層——包括電鍍、浸鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化層等金屬層、非金屬涂層——涂料、搪瓷和塑料（鍍塑）等。用涂層將鋼結(jié)構(gòu)與環(huán)境完全隔離是很難做到的，因?yàn)橥繉涌倳腥毕?，并且涂層本身性能也隨時(shí)間而變化（如老化）。

第73頁/共280頁2.7.2鋼材的防護(hù)（3）電化學(xué)防護(hù)技術(shù)——陰極保護(hù)（犧牲陽極）（Cathodic(al)Protection）

這是一種電化學(xué)保護(hù)方法。按照電化學(xué)腐蝕原理，處于腐蝕電池的“陽極”是受腐蝕者，而“陰極”則不腐蝕。如果使鋼結(jié)構(gòu)處于陰極狀態(tài)，則可實(shí)現(xiàn)不腐蝕（被保護(hù)）的目的。可用“外加電流”或“犧牲陽極”兩種方法，就能夠使其進(jìn)入“免蝕區(qū)”（變成陰極而不腐蝕），使被保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)處于陰極狀態(tài)。陰極保護(hù)技術(shù)已經(jīng)是一項(xiàng)常規(guī)性應(yīng)用技術(shù)，其新的發(fā)展主要是陽極材料、輔助電極的創(chuàng)新等方面。陰極保護(hù)方法多用于水、土介質(zhì)條件下的鋼體、鋼結(jié)構(gòu)，如鋼樁、海洋鋼結(jié)構(gòu)平臺、地下油氣管線等。

第74頁/共280頁2.7.2鋼材的防護(hù)2.鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)溫度對鋼材的影響：100℃以內(nèi) 對鋼材性能無影響；100℃以上 隨溫度升高，總的趨勢是強(qiáng)度、彈性模量降低，塑性增大。250℃左右 抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性降低，脆性增加——蘭脆現(xiàn)象，該溫度區(qū)段稱為“蘭脆區(qū)”。250～350℃ 產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。≥400℃鋼材的強(qiáng)度、彈性模量都顯著降低600℃左右 彈性模量趨于零，承載能力幾乎完全喪失。第75頁/共280頁2.7.2鋼材的防護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)方法

（1）截流法：截?cái)嗷蜃铚馂?zāi)產(chǎn)生的熱量向構(gòu)件傳輸，從而使構(gòu)件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)溫度不超過臨界溫度☆幻燈片噴涂法包覆法

復(fù)合法

蔽屏法

（2）疏導(dǎo)法：允許熱量傳到構(gòu)件上，然后設(shè)法把熱量導(dǎo)走火消耗掉，同樣可以構(gòu)件溫度不至升高到臨界溫度，從而起到保護(hù)作用。

第76頁/共280頁2.7.2鋼材的防護(hù)噴涂法：目前，我國在大型鋼結(jié)構(gòu)防火工程中常采用噴涂法，這種方法有利于梁柱結(jié)點(diǎn)及桁架的處理，但施工時(shí)對環(huán)境略有污染。防火涂料包括以無機(jī)材料為主的厚型非膨脹涂料——厚型涂料呈顆粒狀，涂層厚度通常在8毫米以上，一般在10～40mm，，施工方法為噴涂，高溫時(shí)依靠涂料本身的厚度及較低的導(dǎo)熱率起到對鋼構(gòu)件的隔熱作用。

第77頁/共280頁

膠凝材料:指進(jìn)過一系列物理、化學(xué)作用，能將散粒狀或塊狀材料粘接成整體并具有一定強(qiáng)度的材料。分類：**氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化、保持和發(fā)展強(qiáng)度的膠凝材料。**水硬性膠凝材料：既能在空氣中，還能更好地在水中硬化、保持和發(fā)展強(qiáng)度的膠凝材料。第3章無機(jī)膠凝材料P44基礎(chǔ)知識第78頁/共280頁基礎(chǔ)知識3.1

石灰

3.1.1石灰的生產(chǎn)及分類3.1.2石灰的熟化與硬化3.1.3

石灰的性質(zhì)與技術(shù)要求3.1.4石灰的應(yīng)用第79頁/共280頁3.1.1石灰的生產(chǎn)及分類1、石灰的生產(chǎn)

采用石灰石、白云石、白堊、貝殼等原料(CaCO3)經(jīng)900～1100℃煅燒后，即得到塊狀的生石灰CaO。2、石灰的分類“欠火石灰”：溫度過低或煅燒時(shí)間不足，CaCO3

未完全分解，(CaO)含量低?！斑^火石灰”：溫度過高或煅燒時(shí)間過長，CaO表面有一層玻璃體，使水解速度極慢?！扳}質(zhì)石灰”：石灰中MgO的含量≤5%?！版V質(zhì)石灰”石灰中MgO的含量＞5%。第80頁/共280頁3.1.1石灰的生產(chǎn)及分類

生石灰粉：由塊狀生石灰磨細(xì)而成。

消石灰粉：將生石灰用適量水經(jīng)消化和干燥而成的粉末，主要成分為Ca(OH)2,稱為消石灰粉。

石灰膏：將塊狀生石灰用過量水(約為生石灰體積的3～4倍)消化，或?qū)⑾曳酆退韬停玫囊欢ǔ矶鹊母酄钗铮饕煞譃镃a(OH)2和水。

第81頁/共280頁3.1.2石灰的熟化與硬化

1.石灰的熟化***

生石灰與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，稱為石灰的熟化。又稱消化或消解。

CaO+H2O==Ca(OH)2+64.9×103J

石灰的熟化過程會放出大量的熱，熟化時(shí)體積增大1～2.5倍。為了消除過火石灰的危害，石灰膏在使用之前應(yīng)進(jìn)行陳伏。

***陳伏是指石灰乳在儲灰坑中放置一段時(shí)間（7d、14d）的過程(P48)。陳伏期間，石灰膏表面應(yīng)有一層水，以防與空氣中CO2發(fā)生鈣化反應(yīng)。第82頁/共280頁3.1.2石灰的熟化與硬化2.石灰漿體的硬化

石灰漿體的硬化包括干燥結(jié)晶和碳化，后者過程緩慢。（1）干燥結(jié)晶硬化過程石灰漿體在干燥過程中，游離水分蒸發(fā)，形成網(wǎng)狀孔隙，使石灰粒子更緊密，并使Ca(OH)2從飽和溶液中逐漸結(jié)晶析出。（2）碳化過程

Ca(OH)2與空氣中的CO2和水反應(yīng)，形成碳酸鈣。由于碳化作用主要發(fā)生在顆粒表層，且生成的CaCO3膜層較致密，阻礙了空氣中CO2的滲入，也阻礙了內(nèi)部水分蒸發(fā)，因此硬化緩慢。第83頁/共280頁3.1.3

石灰的性質(zhì)與技術(shù)要求

石灰的性質(zhì)是①可塑性好；②硬化較慢，強(qiáng)度低，③硬化時(shí)體積收縮大，④耐水性差，⑤吸濕性強(qiáng)。建筑生石灰技術(shù)指標(biāo)P55Table3-1P56Table3-23-3項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰鎂質(zhì)生石灰優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量不少于（％）908580858075CO2含量不大與（％）5796810未消化殘?jiān)浚?mm圓孔篩余）不大于（％）5101551015產(chǎn)漿量不少于（L/kg）2.82.32.02.82.32.0第84頁/共280頁3.1.4石灰的貯運(yùn)

1.生石灰在貯存運(yùn)輸時(shí)要防止受潮，且貯存時(shí)間不能過長。否則，會吸收空氣中水分自行消化成石灰粉，然后與CO2作用形成碳化層，失去膠凝能力。

2.生石灰不宜與易燃易爆品裝運(yùn)、存放在一起。因石灰受潮熟化要放出大量的熱且體積膨脹。

第85頁/共280頁3.2石膏

3.2.4建筑石膏的應(yīng)用

3.2.1石膏的種類3.2.2建筑石膏的水化硬化3.2.3建筑石膏的性質(zhì)與技術(shù)要求基礎(chǔ)知識第86頁/共280頁3.2.1石膏的種類

**P44

1.天然二水石膏（CaSO4?2H2O）：天然二水石膏又稱生石膏**或軟石膏。它是生產(chǎn)石膏膠凝材料的主要原料。純凈的天然二水石膏礦石呈無色透明或白色，但天然石膏常含有各種雜質(zhì)而呈灰色，褐色，黃色，紅色，黑色等顏色。

2．化工石膏：化工石膏是指一些含有CaSO4·2H2O與CaSO4混合物的化工副產(chǎn)品及廢渣，如磷石膏是制造磷酸時(shí)的廢渣，此外還有鹽石膏、硼石膏、鈦石膏等。

3．天然無水石膏（CaSO4）：天然無水石膏結(jié)晶緊密，結(jié)構(gòu)比天然二水石膏致密，質(zhì)地較硬，難溶于水，又稱天然硬石膏。天然硬石膏一般作為生產(chǎn)水泥的原料。

第87頁/共280頁3.2.1石膏的種類

4．建筑石膏（β-CaSO4?H2O）：建筑石膏是以β半水石膏為主要成分，不預(yù)加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料，主要用于制作石膏建筑制品。

5．高強(qiáng)石膏（α-CaSO4?H2O）：將二水石膏置于0.13MPa、124℃的過飽和蒸壓條件下，或置于某些鹽溶液中沸煮，可獲得晶粒較粗、較致密的α型半水石膏即高強(qiáng)石膏。第88頁/共280頁3.2.2建筑石膏的水化硬化

1、凝結(jié)：石膏漿體中的自由水分因水化和蒸發(fā)而逐漸減少，粒子總表面積增加，因而漿體可塑性逐漸減小，漿體漸漸變稠，這一過程稱為凝結(jié)。

2、硬化：石膏開始凝結(jié)后，漿體繼續(xù)變稠，逐漸凝聚成為晶體。晶體逐漸長大，共生和相互交錯(cuò)，漿體逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度，并不斷增長，直到完全干燥。晶體之間的摩擦力和粘結(jié)力不再增加，強(qiáng)度才停止發(fā)展。這一過程稱為建筑石膏的硬化。

第89頁/共280頁3.2.2建筑石膏的水化硬化

3、凝結(jié)時(shí)間**石膏漿體的凝結(jié)和硬化是一個(gè)連續(xù)的過程。凝結(jié)可以分為初凝和終凝兩個(gè)階段：初凝和終凝。（1）初凝：將漿體開始失去可塑性的狀態(tài)稱為漿體初凝。（2）初凝時(shí)間：從加水至初凝的這段時(shí)間稱為初凝時(shí)間。（3）終凝：漿體完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強(qiáng)度稱為漿體終凝。（4）終凝時(shí)間：從加水至終凝的時(shí)間稱為終凝時(shí)間。第90頁/共280頁3.2.3建筑石膏的性質(zhì)

建筑石膏及其制品具有以下特性：①凝結(jié)硬化快；②硬化時(shí)體積微膨脹；③硬化后孔隙率較大，表觀密度和強(qiáng)度較低，吸聲性良好；λ小，隔熱性能好；具有一定的調(diào)溫調(diào)濕性；④防火性能良好，遇火災(zāi)時(shí)，二水石膏中的結(jié)晶水蒸發(fā)吸收大量的熱、蒸汽形成汽幕阻礙火勢蔓延、脫水后石膏隔熱性能更好且無有害氣體產(chǎn)生；⑤耐水性和抗凍性差；⑥加工性能好。第91頁/共280頁3.2.4

建筑石膏的應(yīng)用1.

制備石膏砂漿和粉刷石膏

建筑石膏加水、砂、緩凝劑拌合成石膏砂漿，可用于室內(nèi)抹灰。建筑石膏加水、緩凝劑拌合成石膏漿體，可用于室內(nèi)的粉刷涂料。石膏粉刷層表面堅(jiān)硬、光滑細(xì)膩、潔白美觀、不易起灰，便于再裝飾（墻紙、涂料）、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度。2.

建筑石膏制品

建筑石膏制品的種類很多，如紙面石膏板、空心石膏板、石膏砌塊、裝飾石膏板、石膏角線、燈圈、羅馬柱等，主要用于分室墻、內(nèi)隔墻、吊頂及裝飾。

第92頁/共280頁基礎(chǔ)知識3.3其他氣硬性膠凝材料

3.3.1水玻璃

第93頁/共280頁3.3.1水玻璃

1.水玻璃的組成和硬化水玻璃俗稱泡花堿，是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。建筑常用的為硅酸鈉(Na2O·nSiO2)水溶液，又稱鈉水玻璃。要求高時(shí)也使用硅酸鉀(K2O·nSiO2)的水溶液，又稱鉀水玻璃。液體水玻璃是一種具有膠體特征，又具有溶液特征的膠體溶液。**水玻璃的模數(shù)(P51):水玻璃分子式中的n，即二氧化硅與堿金屬氧化物的摩爾比，稱為水玻璃的模數(shù)，一般在1.5-3.5之間。第94頁/共280頁3.3.1水玻璃

2.水玻璃的性質(zhì)與應(yīng)用

水玻璃在凝結(jié)硬化后，粘結(jié)力強(qiáng),強(qiáng)度較高,耐酸性好,耐熱性好,耐堿性和耐水性差。利用水玻璃凝結(jié)硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下幾方面用途：涂刷材料表面，提高抗風(fēng)化能力；加固土壤；配制速凝防水劑；修補(bǔ)磚墻裂縫。第95頁/共280頁基礎(chǔ)知識5.1通用硅酸鹽水泥的定義及生產(chǎn)概況

5.2通用硅酸鹽水泥的組成材料3.2通用硅酸鹽水泥的組成與技術(shù)要求

5.3通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求

第96頁/共280頁5.1

通用硅酸鹽水泥的定義及生產(chǎn)概況

水泥(Cement)：加水拌和成塑性漿體，能膠結(jié)砂、石等材料既能在空氣中硬化又能在水中硬化的粉末狀水硬性膠凝材料。一、通用硅酸鹽水泥的定義和分類

1、定義：通用硅酸鹽水泥（CommonPortlandCement）是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏、或/和混合材料制成的水硬性膠凝材料。

2、分類（1）按組成成分，可分為硅酸鹽類水泥、鋁酸鹽類水泥、硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥。（2）按性質(zhì)和用途，可分為通用水泥、專用水泥和特性水泥。建筑中常用的是通用水泥。第97頁/共280頁5.1

通用硅酸鹽水泥的定義及生產(chǎn)概況

通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥（P.Ⅰ、P.Ⅱ）、普通硅酸鹽水泥（P.O）、礦渣硅酸鹽水泥（P.S）、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（P.P）、粉煤灰硅酸鹽水泥（P.F）、和復(fù)合硅酸鹽水泥（P.C）。通用硅酸鹽水泥的組成見表。代號的意義：P.Ⅰ=PortlandCementⅠP.Ⅱ=PortlandCementⅡP.O=ＯrdinaryPortlandcementP.S=SlagPortlandCementP.P=PozzolanPortlandCementP.F=FlyAshPortlandCementP.C=ＣompoundPortlandCementP.L=LimestonePortlandCement第98頁/共280頁5.1

通用硅酸鹽水泥的定義及生產(chǎn)概況

2.通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)概述(兩磨一燒)第99頁/共280頁5.2通用硅酸鹽水泥的組成材料

1.硅酸鹽水泥熟料2.石膏3.水泥混合材料第100頁/共280頁1.硅酸鹽水泥熟料**P54

硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成、含量及特性如下：硅酸三鈣，礦物成分為3CaO?SiO2，簡稱為C3S，含量為37%～60%，其水化速度較快，硅酸鹽水泥強(qiáng)度的主要來源，水化熱較高，干縮較小。硅酸二鈣，礦物成分為2CaO·SiO2，簡稱為C2S，含量為15%～37%；其水化速度慢，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增進(jìn)率較高，水化熱低，干縮較小。鋁酸三鈣，礦物成分為3CaO?Al2O3，簡稱為C3A，含量為7%～15%，水化速度快，早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度較低，水化熱高，干縮大。鐵鋁酸四鈣，礦物成分為4CaO?Al2O3?Fe2O3，簡稱為C4AF，含量為10%～18%，水化速度較快，早期強(qiáng)度較高，水化熱較低，干縮小。其他組分包括少量的游離氧化鈣、硫酸鹽等。第101頁/共280頁硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成、含量及特性**P54礦物組成礦物特性礦物名稱簡寫式含量%密度g/cm3強(qiáng)度水化熱J/g凝結(jié)硬化速度耐腐蝕性干縮硅酸三鈣3CaO?SiO2C3S37~603.25高大快中中硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15~373.28早期低后期高小慢好中鋁酸三鈣3CaO?Al2O3C3A7~153.04低最大最快最差大鐵鋁酸四鈣4CaO?Al2O3?Fe2O3C4AF10~183.77低中中好小第102頁/共280頁

(1)天然石膏：符合GB/T5483中規(guī)定的G類或M類二級（含）以上的石膏或混合石膏。(A類：硬石膏產(chǎn)品）

(2)工業(yè)副產(chǎn)石膏：以硫酸鈣為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)物。采用前應(yīng)經(jīng)過試驗(yàn)證明對水泥性能無害。

***石膏作用：石膏在水泥中主要是為了延緩水泥的凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，有利于混凝土的攪拌、運(yùn)輸和施工。

**摻量要控制，摻量太大，SO3會引起安定性不良（用化學(xué)分析法檢驗(yàn)）水泥中SO3

的含量不得超過3.5％。2.石膏第103頁/共280頁5.3幾種通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求*P57~60

1.化學(xué)要求2.物理要求(2)標(biāo)準(zhǔn)稠度

包括：不溶物（定義：P68）、燒失量（定義：105～110℃烘干的原料，在1000～1100℃灼燒后失去的重量百分比）、三氧化硫、氧化鎂、氯離子、堿含量等。水泥凝結(jié)時(shí)間測定水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量測定(4)安定性水泥安定性實(shí)驗(yàn)(5)強(qiáng)度(1)細(xì)度(3)凝結(jié)時(shí)間第104頁/共280頁1.化學(xué)要求

(1)不溶物：P.I硅酸鹽水泥不大于0.75﹪；P.Ⅱ硅酸鹽水泥不大于1.50﹪。

(2)燒失量：P.I硅酸鹽水泥不大于3.0﹪；P.Ⅱ硅酸鹽水泥不大于3.5﹪；普通硅酸鹽水泥不大于5.0﹪。

(3)三氧化硫：硅酸鹽水泥、普通水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和復(fù)合水泥不大于3.5﹪；礦渣水泥不大于4.0﹪。

(4)氧化鎂：硅酸鹽水泥和普通水泥不大于5.０﹪。a.如果水泥壓蒸試驗(yàn)合格，則放寬至6.0%。其它通用硅酸鹽水泥不大于6.０﹪，若水泥中氧化鎂的含量大于6.0%時(shí)，需進(jìn)行水泥壓蒸安定性試驗(yàn)并合格。

(5)氯離子：通用硅酸鹽水泥不大于0.06﹪。

(6)堿含量：水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計(jì)算值表示。用戶要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中的堿含量不大于0.60﹪或由供需雙方商定。第105頁/共280頁(1)細(xì)度

定義：水泥的細(xì)度是指水泥的粗細(xì)程度。細(xì)度對水泥的性質(zhì)影響很大。一般認(rèn)為：7～200微米，水化程度隨細(xì)度增加而增加；

<40微米，活性較高；

>100微米，活性很小一般情況下，水泥顆粒越細(xì)，水泥水化速度越快，強(qiáng)度也越高。但水泥太細(xì)，其硬化收縮較大，且磨制成本也高。

國家規(guī)定：硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥以（勃氏）比表面積表示，不小于300m2／kg。

***礦渣、火山灰質(zhì)、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥0.080mm方孔篩篩余≤10%或0.045mm方孔篩篩余≤30%。

第106頁/共280頁(2)標(biāo)準(zhǔn)稠度及標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

定義：（1）水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度是對水泥凈漿以標(biāo)準(zhǔn)方法拌制、測試并達(dá)到規(guī)定的可塑程度時(shí)的稠度。（2）水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是指水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量時(shí)所需加的水量，常以水和水泥質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。各種水泥的礦物成分、細(xì)度不同，拌合成標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)的用水量也各不相同，水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量一般為24％～33％（為水泥質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)）。第107頁/共280頁2.物理要求(1)凝結(jié)時(shí)間***

硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于390min(6.5h)；普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于600min(10h)。初凝為水泥加水拌和時(shí)起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝為水泥加水拌和時(shí)起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。為使水泥混凝土和砂漿有充分的時(shí)間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑，水泥初凝時(shí)間不能過短。當(dāng)施工完成，則要求盡快硬化，具有強(qiáng)度，故終凝時(shí)間不能太長。第108頁/共280頁2.物理要求(2)安定性

沸煮法合格。安定性是指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻性。當(dāng)水泥漿體硬化過程發(fā)生了不均勻的體積變化，會導(dǎo)致水泥石膨脹開裂、翹曲，即安定性不良。安定性不良的水泥會降低建筑物質(zhì)量，甚至引起嚴(yán)重事故。

**引起安定性不良的因素（P58）（1）熟料中游離氧化鎂過多（2）石膏摻量過多（3）熟料中游離氧化鈣過多第109頁/共280頁(5)強(qiáng)度及強(qiáng)度等級***

按照《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定，采用規(guī)定的方法，將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂和水按１∶3.0∶０.５的比例，制成40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下（１d內(nèi)為20±1攝氏度、相對濕度為90％以上的空氣中，１d后為20±1攝氏度的水中）養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的齡期，分別按規(guī)定的方法測定其3ｄ和28ｄ的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。根據(jù)測定的結(jié)果劃分水泥強(qiáng)度等級。各強(qiáng)度等級的各齡期強(qiáng)度值不得低于P69Table3-8的要求。***國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：凡氧化鎂、三氧化硫、安定性、初凝時(shí)間中任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，均為廢品。凡細(xì)度、終凝時(shí)間、強(qiáng)度低于規(guī)定指標(biāo)時(shí)為不合格品。廢品水泥在工程中嚴(yán)禁使用。若水泥僅強(qiáng)度低于規(guī)定時(shí)，可降級使用。第110頁/共280頁5.3通用硅酸鹽水泥石的腐蝕與預(yù)防P601.通用硅酸鹽水泥石的腐蝕2.通用硅酸鹽水泥石腐蝕的預(yù)防第111頁/共280頁

1.通用硅酸鹽水泥石的腐蝕引起水泥石腐蝕的原因很多，作用機(jī)理也很復(fù)雜，但主要是下面幾種典型的腐蝕：①軟水的侵蝕；②硫酸鹽的腐蝕；③鎂鹽的腐蝕；④一般酸的腐蝕；⑤碳酸腐蝕。**需說明的是，水泥石腐蝕的主要內(nèi)因有兩方面：一是水泥石中存在易被腐蝕的組分，**主要是氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；二是水泥石本身不夠密實(shí)。5.3通用硅酸鹽水泥石的腐蝕與預(yù)防**第112頁/共280頁

2.腐蝕的預(yù)防根據(jù)以上腐蝕原因的分析，可采用下列措施，減少或防止水泥石的腐蝕：①根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥及熟料礦物組成。②提高水泥石的密實(shí)度，改善孔結(jié)構(gòu)。硬化水泥石是一多孔體系，腐蝕性介質(zhì)通常是靠滲透進(jìn)入水泥石內(nèi)部，從而使水泥石腐蝕。③加做保護(hù)層。當(dāng)腐蝕作用較強(qiáng)時(shí)，可用耐腐蝕性好的涂料等材料，在混凝土及砂漿表面做不透水的保護(hù)層，防止腐蝕性介質(zhì)與水泥石接觸。5.3通用硅酸鹽水泥石的腐蝕與預(yù)防第113頁/共280頁

6.1普通混凝土概述

普通混凝土(concrete)一般是由膠凝材料（水泥Cement)、骨料(aggregate砂、石）和水按適當(dāng)?shù)谋壤浜?、拌制，?jīng)一定時(shí)間的硬化而成的人造石材（砼）。

1、按膠凝材料不同：⑴水泥混凝土；⑵石膏混凝土；⑶水玻璃混凝土；⑷瀝青混凝土；⑸聚合物混凝土。

BuildingMaterials第4章水泥混凝土P76第114頁/共280頁6.1普通混凝土概述

2、混凝土按照表觀密度大小分為三類：

(1)重混凝土；

(2)普通混凝土；

(3)輕混凝土；①輕骨料混凝土；②多孔混凝土(泡沫混凝土、加氣混凝土)；③大孔混凝土。

3、混凝土按施工工藝可分為：泵送混凝土、噴射混凝土、真空脫水混凝土、造殼混凝土(裹砂混凝土)、碾壓混凝土、壓力灌漿混凝土(預(yù)填骨料混凝土)、熱拌混凝土、太陽能養(yǎng)護(hù)混凝土等多種。BuildingMaterials第115頁/共280頁6.1普通混凝土概述

4、混凝土按摻合料可分為：粉煤灰混凝土；硅灰混凝土；磨細(xì)高爐礦渣混凝土；纖維混凝土等多種。5、混凝土也可按功能或材料分類如防水混凝土；耐熱混凝土；耐酸混凝土；纖維混凝土和聚合物混凝土。BuildingMaterials第116頁/共280頁6.1普通混凝土概述普通混凝土(Concrete)一般是由水泥(Cement)、骨料(Aggregate)（砂、石）和水（Water）所組成。為改善混凝土的某些性能，經(jīng)常還加入適量的外加劑和摻合料。圖4.1普通混凝土結(jié)構(gòu)示意圖1—石子；2—砂子；3—水泥漿；4—?dú)饪?/p>

BuildingMaterials第117頁/共280頁基礎(chǔ)知識6.1.1水泥1.

水泥品種的選擇

配制混凝土?xí)r，應(yīng)根據(jù)混凝土工程的性質(zhì)、部位、施工條件、環(huán)境狀況等，按各品種水泥的特性作出合理的選擇。如大壩工程,宜用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥。2.

水泥強(qiáng)度等級的選擇

BuildingMaterials第118頁/共280頁2.

水泥強(qiáng)度等級的選擇

水泥強(qiáng)度等級的選擇，應(yīng)與混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級相適應(yīng)。若用低強(qiáng)度等級的水泥配制高強(qiáng)度等級混凝土，不僅會使水泥用量過多，還會對混凝土產(chǎn)生不利影響。反之，用高強(qiáng)度等級的水泥配制低強(qiáng)度等級混凝土，若只考慮強(qiáng)度要求，會使水泥用量偏少，從而影響耐久性；若水泥用量兼顧了耐久性等要求，又會導(dǎo)致超強(qiáng)而不經(jīng)濟(jì)。因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般選擇以水泥強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值為混凝土強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值的1.5～2.0倍為宜。高強(qiáng)砼選等級水泥。BuildingMaterials第119頁/共280頁基礎(chǔ)知識6.1.2骨料

1、骨料的分類骨料（也稱骨料aggregate

）總體積占混凝土體積的60％～80％，按粒徑大小分為粗骨料(coarseaggregate）和細(xì)骨料（fineaggregate——砂sand

）。粒徑≤4.75mm的骨料稱為細(xì)骨料，俗稱砂。有天然砂（河砂、湖砂、山砂、淡化海砂）人工砂（機(jī)制砂、混合砂）。粒徑＞4.75mm的骨料稱為粗骨料俗稱石子。常用的有卵石和碎石。BuildingMaterials第120頁/共280頁基礎(chǔ)知識6.1.2骨料2.骨料的技術(shù)性質(zhì)3.

細(xì)骨料

4.

粗骨料BuildingMaterials第121頁/共280頁1.骨料的技術(shù)性質(zhì)

骨料的各項(xiàng)性能指標(biāo)將直接影響混凝土的施工性能和使用性能。骨料的主要技術(shù)性質(zhì)包括：1、顆粒級配及粗細(xì)程度、2、顆粒形態(tài)和表面特征、3、強(qiáng)度、4、堅(jiān)固性、5、含泥量、6、有害物質(zhì)及7、堿骨料反應(yīng)等。BuildingMaterials第122頁/共280頁2.

細(xì)骨料

Fineaggregate

粒徑4.75mm以下的骨料稱為細(xì)骨料，俗稱砂。砂按產(chǎn)源分為天然砂、人工砂兩類。天然砂是由于自然風(fēng)化、水流搬運(yùn)和分選、堆積形成的粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖石的顆粒。天然砂包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。人工砂是經(jīng)除土處理的機(jī)制砂、混合砂的統(tǒng)稱。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684-2001《建筑用砂》規(guī)定了建筑用砂的技術(shù)要求。BuildingMaterials第123頁/共280頁2.

細(xì)骨料Fineaggregate

(1)砂的粗細(xì)程度和顆粒級配①砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂粒混合在一起的總體粗細(xì)程度。圖4—2骨料顆粒級配篩分法表4—1累計(jì)篩余與分計(jì)篩余的關(guān)系圖4—3砂的級配區(qū)篩分曲線

砂的細(xì)度模數(shù)及級配評定BuildingMaterials第124頁/共280頁圖4-2骨料顆粒級配示意圖(a)單一粒徑；(b)兩種粒徑；(c)多種粒徑2.

細(xì)骨料Fineaggregate—骨料顆粒級配

②砂的顆粒級配是指粒徑不同的砂?；ハ啻钆涞那闆r。同樣粒徑的砂空隙率最大，若大顆粒間空隙由中顆粒填充，空隙率會減小，若再填充以小顆粒，空隙率更小，如圖4.2所示。

BuildingMaterials第125頁/共280頁2.細(xì)骨料Fineaggregate—篩分法砂的粗細(xì)程度與顆粒級配的評定。砂的粗細(xì)程度和顆粒級配，常用篩分析方法進(jìn)行評定。用一套孔徑(方孔)為4.75、2.36、1.18、0.60、0.30及0.15mm的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分。

稱取試樣500g，將試樣倒入按孔徑大小從上到下組合的套篩(附篩底)上進(jìn)行篩分，然后稱取各篩上的篩余量，計(jì)算各篩的分計(jì)篩余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6及累計(jì)篩余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6，其計(jì)算關(guān)系如表4-1。BuildingMaterials第126頁/共280頁砂的累計(jì)篩余與分計(jì)篩余的關(guān)系Table4-1篩孔尺寸分計(jì)篩余量(g)分計(jì)篩余百分率(%)累計(jì)篩余百分率(%)4.75mmm1a1=(m1/500)×100%A1=a12.36mmm2a2=(m2/500)×100%A2=a1+a21.18mmm3a3=(m3/500)×100%A3=a1+a2+a3600μmm4a4=(m4/500)×100%A4=a1+a2+a3+a4300μmm5a5=(m5/500)×100%A5=a1+a2+a3+a4+a5150μmm6a6=(m6/500)×100%A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6細(xì)骨料FineaggregateBuildingMaterials第127頁/共280頁砂的級配區(qū)篩分曲線圖4-3砂的級配曲線細(xì)骨料FineaggregateBuildingMaterials第128頁/共280頁細(xì)骨料Fineaggregate

**砂的細(xì)度模數(shù)：砂的粗細(xì)程度用細(xì)度模數(shù)Mx表示，其計(jì)算式如下：