1、建筑設(shè)計基礎(chǔ),主講教師：張勇,學(xué)習(xí)的意義,建筑設(shè)計基礎(chǔ)是研究建筑各組成部分的組合原理、構(gòu)造方法及建筑空間環(huán)境的設(shè)計原理的一門綜合性技術(shù)課題。是從事建筑設(shè)計、施工等工作必備的基本知識。 近代建筑科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開綜合相關(guān)學(xué)科的成就。從某種意義上，綜合就是創(chuàng)造。僅靠建筑設(shè)計人員是不可能完成的。結(jié)構(gòu)設(shè)計或施工技術(shù)人員必須懂得建筑技術(shù)。,建筑材料章節(jié)為建筑工程類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程的目的是為學(xué)習(xí)建筑設(shè)計、建筑施工、結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)課程提供建筑材料的基本知識，并為今后從事專業(yè)技術(shù)工作能夠合理選擇和使用建筑材料打好基礎(chǔ)。,從本章的目的及任務(wù)出以，課程內(nèi)容著重于材料的性質(zhì)和應(yīng)用，對這兩方面內(nèi)容提出如下要求

2、： 1、在材料性質(zhì)方面：掌握材料的組成、性質(zhì)及技術(shù)要求；了解材料組成及結(jié)構(gòu)對材料性質(zhì)的影響；了解外界因素對材料性質(zhì)的影響；了解各主要性質(zhì)間的相互關(guān)系；初步學(xué)會主要建筑材料的試驗方法。,2、在材料應(yīng)用方面：根據(jù)工程要求能夠合理地選用材料；熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；了解材料使用方法的要點(diǎn)；學(xué)會混凝土配合比設(shè)計,第五章 建筑材料,第一節(jié) 概論 第二節(jié) 建筑基本材料 第三節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)材料 第四節(jié) 建筑功能材料,內(nèi)容： 1.1、建筑材料的定義和分類 1.2、建筑材料工程結(jié)構(gòu)關(guān)系 1.3、建筑材料組成結(jié)構(gòu)性能關(guān)系 1.4、建筑材料人類環(huán)境關(guān)系 1.5、建筑材料課程的特點(diǎn)與學(xué)習(xí)內(nèi)容,第一節(jié)概 論,1.1

3、建筑材料的定義,建筑材料:是人類建造活動所用一切材料的總稱.人類社會的基本活動如衣、食、住、行、無一不直接或間接地和建筑材料密切相關(guān) 如常見的粘土磚、石材、石灰、木材、水泥、混凝土、鋼材、陶瓷磚、瀝青卷材、玻璃、各種油漆、涂料、PVC管等等。,1.2 建筑材料的分類,一、按化學(xué)成分 無機(jī)材料金屬材料、非金屬材料 有機(jī)材料植物材料、瀝青材料、合成高分子材料 復(fù)合材料：有機(jī)無機(jī)、金屬非金屬、金屬有機(jī) 二、按建筑工程中的功能分 承重材料和非承重材料，防水材料、飾面材料、保溫隔熱材料、吸聲材料。,無機(jī)材料,金屬材料： 黑色金屬鋼鐵、不銹鋼 有色金屬鋁、銅、鋁合金 非金屬材料：天然石材花崗巖、大理石等

4、燒土制品粘土磚、瓦、陶瓷 膠凝材料石灰、石膏、水泥 玻璃平板玻璃、玻璃磚 無機(jī)纖維材料玻璃、碳纖維,有 機(jī) 材 料,植物材料：木材、竹材、植物纖維等 瀝青材料：煤、石油瀝青、各類卷材 合成高分子材料：塑料、涂料、膠粘劑,復(fù) 合 材 料,有機(jī)無機(jī)：樹脂混凝土、纖維增強(qiáng)塑料等 金屬非金屬：鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土 金屬無機(jī)材料：涂覆鋼板、涂覆鋁合金板、塑鋁管、塑鋼門窗等,按使用功能分類,建筑結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件（梁、板、柱、基礎(chǔ)、框架）和結(jié)構(gòu)所用的材料。常用石材、混凝土、鋼材、鋼筋混凝土等。 墻體材料構(gòu)成建筑物內(nèi)外和分隔室內(nèi)空間所用的材料。磚、砌塊、復(fù)合板材等。 建筑功能材料具有某種特殊功能

5、的非承重材料。如防水材料、吸聲材料、裝飾材料等等。,1.3 建筑材料與建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系,建筑材料的更新是新型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)與發(fā)展的基礎(chǔ)。 新的輕質(zhì)高強(qiáng)材料的不斷涌現(xiàn)，為結(jié)構(gòu)向大跨度、輕型化和新型結(jié)構(gòu)形式發(fā)展提供了前提條件。,1.4建筑材料的結(jié)構(gòu)性能組成,要合理地選用材料，就必須對不同材料進(jìn)行 比較，了解各種材料的特性，包括強(qiáng)度與破壞 特性、變形性能、耐久性能等多方面,1.5 建筑材料人類環(huán)境關(guān)系,建筑材料是人類與自然環(huán)境之間的重要媒介，直接影響人類的生活與社會環(huán)境。 人類大量建造的基礎(chǔ)設(shè)施對生存環(huán)境發(fā)揮著巨大的積極作用，同時也帶來不容忽視的消極作用，即大量地消耗地球的資源和能源，在相當(dāng)程度上污染了自然

6、環(huán)境和破壞生態(tài)平衡。 從人類社會可持續(xù)發(fā)展的前景出發(fā)，建筑材料也要注意可持續(xù)發(fā)展的方向。 “綠色建筑材料”、“生態(tài)建筑材料”、材料的再循環(huán)使用。,復(fù)習(xí)思考：,1、預(yù)習(xí)教材。,2.1、 天然石材 2.2、 石灰 2.3、 石膏 2.4、 水玻璃 2.5、 水泥 2.6、 木材 2.7、 建筑塑料,第二節(jié) 建筑基本材料,2.1 石 材,巖石的基本性質(zhì) 常用建筑石材,2.1.1 巖石的基本性質(zhì),石材是天然巖石不經(jīng)機(jī)械加工或鏡機(jī)械加工而的到的材料的統(tǒng)稱。 一.造巖礦物 天然巖石是礦物的集合體，組成巖石的礦物稱為造巖礦物。 石英 是結(jié)晶的二氧化硅 長石 是鉀，鈉鈣等的鋁硅酸鹽的晶體 角閃石，輝石，方解石

7、 白云石,巖石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),二.巖石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 1.巖石大多數(shù)屬于結(jié)晶晶體，少數(shù)屬于玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)兩者相比結(jié)晶質(zhì)的較玻璃質(zhì)的強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性及耐久性好。 2.巖石的孔隙率較大，則巖石的強(qiáng)度，抗凍性，耐水性及耐久性等會顯著下降。,2.1.2 常用建筑石材,一.常用建筑石材 （一）花崗巖 它屬于深成巖，是火成巖中分布最廣的巖石，其主要的礦物組成為長石，石英和少量的云母。它耐磨性好，抗風(fēng)化性好及耐久性高，耐酸性好。 花崗巖主要用于基礎(chǔ)，擋土墻，勒腳，踏步地面，外墻飾面雕塑。,石灰?guī)r和大理巖,（二）石灰?guī)r 它屬于沉積巖，主要由方解石組成 石灰?guī)r可用與基礎(chǔ)，墻體，擋土墻等砌體。 （三）大理巖 它屬于副變

8、質(zhì)巖，由石灰?guī)r或白云巖變質(zhì)而成，主要礦物組成為方解石和白云石。大理巖主要用于室內(nèi)的裝修，如墻面，柱面及磨塤較小的地面，踏步。,2.2 石 灰,內(nèi)容: 石灰的原料與生產(chǎn) 石灰的熟化與硬化 石灰的特性與應(yīng)用 石灰質(zhì)量要求,2.2.1 石灰的原料與生產(chǎn),1.生產(chǎn)石灰的原料主要是碳酸鈣為主的天然 巖石。 CaCO3CaO+CO2（900-1100度） 即的生石灰，其內(nèi)部孔隙大，晶粒小，體積密度小，與水作用快。 2.欠火石灰：溫度控制不夠產(chǎn)生的，它只是降 低了石灰的利用率，不會帶來危害。 3.過火石灰： 是由于溫度過高得到的石灰，它的結(jié)構(gòu)致密，孔隙率小，體積密度大,2.2.2 石灰的熟化與硬化,（一）石

9、灰的熟化 生石灰（氧化鈣）與水發(fā)生作用生成熟石灰（氫氧化鈣）的過程，稱為石灰的熟化或消解。 CaO+H2OCa(OH)2 熟石灰又稱消石灰，有兩種熟化形式即：石灰膏與消石灰,(二) 石灰的硬化,石灰漿體的硬化過程包括干燥硬化和炭化硬化. 機(jī)理: 干燥硬化砌體吸水、空氣 碳化硬化碳化生成CaCO3 由于空氣中的二氧化碳少,且生成的碳酸鈣負(fù)在表面阻止反應(yīng)的進(jìn)行因此石灰漿體硬化慢,強(qiáng)度低,也不耐水。,2.2.3石灰的特性、質(zhì)量要求與應(yīng)用,(一).石灰的特性: 1.保水性與可塑性好 2.凝結(jié)硬化慢,強(qiáng)度低 3.耐水性差 4.干燥收縮大 (二).石灰的的質(zhì)量要求 建筑生石灰的技術(shù)要求為有效氧化鈣和有效氧

10、花鎂的含量,二氧化碳含量及細(xì)度并按此劃分優(yōu)等品,一等品,合格品,P216表5-5。,建筑消石灰的技術(shù)要求為有效氧化鈣和有效氧化鎂含量,游離水含量,體積安定性及細(xì)度,并由此劃分優(yōu)等品,一等品,合格品見表3-4 (三).石灰的應(yīng)用 拌制灰土或三合土、 配制水泥石灰砂漿、 石灰砂漿、 石灰膏罩白、 制作碳化石灰板、 制造加氣混凝土砌塊、 粉煤灰砌塊等 配制無熟料水泥：礦渣石灰磨細(xì),2.3 石 膏,建筑工程中將能夠把散粒狀材料或塊狀黏結(jié)成一個整體的材料稱為膠凝材料。它分為無機(jī)膠凝材料和有機(jī)膠凝材料。無機(jī)膠凝材料按硬化條件分為氣硬膠凝材料和水硬膠凝材料。 一.建筑石膏的凝結(jié)與硬化 （一）建筑石膏的水化

11、CaSO41/2H2O+3/2H2O= CaSO42H2O (二）建筑石膏的凝結(jié)與硬化,從加水開始拌和一直到漿體剛開始失去可塑性的過程稱為漿體的初凝，對應(yīng)的時間為初凝時間；從加水開始拌和一直到漿體完全失去可塑性，并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的過程稱為漿體的硬化，對應(yīng)的時間稱為終凝時間。,2.3.1 建筑石膏的質(zhì)量和應(yīng)用,1.建筑石膏的質(zhì)量要求： 主要有強(qiáng)度，細(xì)度和終凝時間。并按強(qiáng)度，細(xì)度和終凝時間劃分為優(yōu)等品，一等品，和合格品。各等級建筑石膏的初凝時間不得小于6min,終凝時間不得大于30min. 2.建筑石膏的應(yīng)用 建筑石膏的用途很廣，主要用于室內(nèi)摸灰，粉刷，和生產(chǎn)各種石膏板,2.3.2 建筑石膏的特性,

12、建筑石膏的特性： 1）凝結(jié)硬化快 2）凝結(jié)硬化時體積膨脹 3）孔隙率大與體積密度小 4）保溫性和吸收性好 5）強(qiáng)度較低 6）具有一定的調(diào)溫和調(diào)濕性能 7）防火性好，但耐火性較差 8）耐水性，抗摻性，抗凍性差,2.4 水 玻 璃,2.4.1 水玻璃的組成 俗稱泡花堿石英砂苛性鈉 品種: 硅酸鈉水玻（Na2O.nSiO2） 硅酸鉀水玻璃（ K2O.nSiO2 ） 硅酸鋰水玻璃（ Li2O.nSiO2 ） 通式：R2O.nSiO2 n-水玻璃模數(shù),二氧化硅與氧化鈉的摩爾數(shù)的比值稱為水玻璃的摩爾數(shù) 水玻璃的濃度越高,則水玻璃的密度和黏度越大,硬化速度越快,硬化后的黏結(jié)力與強(qiáng)度,耐熱性與耐酸性越高. 水

13、玻璃的模數(shù)越高,則水玻璃的密度和黏度越大,硬化速度越快,硬化后的黏結(jié)力與強(qiáng)度,耐熱性與耐酸性越高,2.4.2 水玻璃的硬化,碳化硬化水玻璃吸水空氣中的二氧化碳,析出二氧化硅凝膠,并逐漸干燥脫水成為氧化硅而硬化 Na2O.nSiO2+CO2+mH2O- nSiO2.mH2O+Na2CO3 晶體（SiO2）膠體 (nSiO2.mH2O)晶體(nSiO2),2.4.3 水玻璃的堿性質(zhì)與應(yīng)用,(1)水玻璃的性質(zhì) a.黏結(jié)力強(qiáng),強(qiáng)度較高 b.耐酸性好 c.耐熱性好 d.耐堿性和耐水性差 (2).水玻璃的應(yīng)用 水玻璃可用作耐熱和耐酸材料外,還有以下用途: a.涂刷材料表面 b.提高抗風(fēng)化能力 c.加固土壤

14、 d.配置速凝防水劑 e.修補(bǔ)磚墻裂縫,2.5 水 泥Cement,內(nèi)容提要： 重點(diǎn)介紹硅酸鹽水泥的礦物組成、水化硬化機(jī)理、影響水化因素；硅酸鹽水泥主要技術(shù)性質(zhì)；水泥石的腐蝕和防止；同時介紹了其它摻混合材的水泥、特種水泥；達(dá)到正確的選擇和使用水泥。,2.5.1 硅酸鹽水泥,定義 由硅酸鹽水泥熟料、05石灰石或?；郀t礦渣，適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為Portland Cement. 一.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成與特性 1.定義:煅燒時由生料脫水和分解出的CaO, AL2O3,SiO2,Fe2O3,在約1450度的高溫下相互間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),生成一些以硅酸鹽為主的新的化合物,稱為水泥熟料.

15、,硅酸鹽四種礦物,2.四種熟料礦物:硅酸三鈣(C3S),硅酸二鈣(C2S),鋁酸三鈣(C3A),鐵鋁酸四鈣(C4AF) 3. 四種礦物的比例對水泥性質(zhì)的影響: 如提高C3S的含量,可得到高強(qiáng)硅酸鹽水泥;提高C3S和C3A的含量,即可制得快硬硅酸鹽水泥;降低C3S和C3A的含量,提高的含量可的低熱或中熱硅酸鹽水泥.,2.5.2硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)硬化,水化物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆y(tǒng)稱為水化。 凝結(jié)水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過程稱為凝結(jié)。 硬化此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅硬的石狀固體（水泥石），這一過程稱為硬化。,(一).水化反應(yīng)

16、 2(3CaO.SiO2)+6H2O3CaO.2SiO2.3H2O+ ( 水化硅酸鈣凝膠) 3Ca(OH)2 2(2CaO.SiO2)+4H2O3CaO.2SiO2.3H2O+ Ca(OH)2 3CaO.Al2O3+6H2O3CaO.Al2O3.6H2O (水化鋁酸三鈣晶體) 4CaO.AlO3.Fe2O3+7H2O 3CaO.Al2O3.6H2O+ CaO.Fe2O3.H2O(水化鐵酸鈣凝膠),(二) 水 泥 石,1.水泥石的組成： 未水化水泥顆粒 水化產(chǎn)物晶體、膠體 毛細(xì)孔、毛細(xì)水 2.影響水泥石結(jié)構(gòu)的因數(shù): a.石膏的摻量 c.養(yǎng)護(hù)時間, b.溫度和濕度 d.水灰比,2.5.3 硅酸鹽水

17、泥的技術(shù)要求,(一)密度、細(xì)度 a.密度：3.053.20g/cm3，一般取3.1 堆積密度：1.3 g/cm3 b.細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度，用篩余或比表面積表示（300350 m2/kg），影響水泥的水化速度、收縮等性質(zhì) c.粒徑： 40 m 水化非常緩慢，接近惰性,(二) 凝 結(jié) 時 間,a.初凝時間（t初）水泥開始加水拌和至水泥漿開始失去可塑性所需的時間。 b.終凝時間（t終） 水泥開始加水拌和至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時間。 c.GB1346規(guī)定： t初45min t終6.5h,(三)體積安定性,定義: 是水泥硬化后因體積膨脹而產(chǎn)生不均勻變形 的性質(zhì)。體積安定性不良的

18、水泥應(yīng)作廢品處理。 原因: 熟料中含游離氧化鈣（f-CaO)過多 熟料中含游離氧化鎂（f-MaO)過多 石膏過多,游離氧化鈣、鎂膨脹原因,a.熟料中f-CaO、f-MgO都是過燒的， 結(jié)構(gòu)致密，水化很慢； b.水泥硬化后才吸收孔隙中水分熟化： CaO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2 c.體積膨脹97以上，從而引起不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。,2.5.4 水泥石的腐蝕,定義水泥石在外界侵蝕性介質(zhì)（軟水、含酸、含鹽、含堿等）的作用下結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。 表現(xiàn)形式： 體積膨脹膨脹型腐蝕 體積收縮溶出型腐蝕,(一)水泥石腐蝕的原因,內(nèi)因水泥石存在不穩(wěn)

19、定的Ca(OH)2和介穩(wěn)的水化硫鋁酸鈣； 外因環(huán)境中有害介質(zhì)（軟水、酸、鹽等）的存在； 聯(lián)系水泥石中的孔縫系統(tǒng)，產(chǎn)生有害介質(zhì)的侵蝕、交換作用。 長期性、后期加劇性,(二)水泥石腐蝕的防止,措施： 根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn),合理選用水泥品種； 提高水泥石的密實(shí)度； 加作保護(hù)層石材、陶瓷、瀝青,2.5.5 硅酸鹽水泥的應(yīng)用,常用于： 重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程 要求凝結(jié)快的現(xiàn)場澆注的混凝土工程 冬季施工及嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的工程 不宜用于： 受流動的軟水和有水壓作用的工程 受海水和礦物水作用的工程 大體積工程 耐熱、耐酸工程,2.5.6 摻混合材的硅酸鹽水泥,定義凡在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一

20、定量的混合材料和適量的石膏共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，均屬摻混合材的硅酸鹽水泥。 摻入目的： a.改善水泥的性能 b.增加品種 c.提高產(chǎn)量 d.節(jié)約熟料， e.降低成本,一、混 合 材 料,定義在水泥生產(chǎn)過程中，為改善水泥 性能，調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號，擴(kuò)大使用范圍而 摻入的天然或人工的礦質(zhì)原料稱為混合材。 分類： 活性混合材具有火山灰性或潛在水硬性的材料，如礦渣、粉煤灰等。 非活性混合材不具有潛在水硬性的材料，如石灰石粉、慢冷礦渣等,非 活 性 混 合 材,a.這類材料本身不具有潛在的水硬性或火山灰性，與水泥礦物組成不起化學(xué)作用 b.摻入目的：擴(kuò)展水泥標(biāo)號、降低水化 c.常用的有：磨細(xì)的石英砂、石

21、灰石粉 磨細(xì)的高爐礦渣、尾礦粉,二、摻混合材的硅酸鹽水泥,1、普通硅酸鹽水泥代號P.O Ordinary Portland Cement 硅酸鹽水泥熟料(615)%混合材石膏 后磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料 標(biāo)號（GB175-1999） 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5 性質(zhì)：同硅酸鹽水泥相近,硅酸鹽水泥的技術(shù)要求,2.硅酸鹽水泥的技術(shù)要求 (1)細(xì)度 篩孔尺寸為80m的方孔篩的篩余不得超過10%,否則為不合格 (2)凝結(jié)時間 初凝時間不得早于45min,終凝時間不得遲于10h (3)標(biāo)號 根據(jù)3和28的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,將普通硅酸鹽水泥劃分為325,425,525

22、,625等四個標(biāo)號,3.普通硅酸鹽的特性,普通硅酸鹽與硅酸鹽性質(zhì)差異: (1)早期強(qiáng)度略低 (2)耐腐蝕性銷好 (3)水化熱略 (4)抗凍性和抗摻性略差 (5)耐磨性略差,三種水泥的共性,礦渣、火山灰質(zhì)、粉煤灰硅酸鹽水泥 凝結(jié)硬化速度慢，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高； 水化放熱速度慢，放熱量低； 對溫度敏感性高，溫度低時影響強(qiáng)度發(fā)展； 抗軟水、SO42+的腐蝕性好；礦渣水泥耐熱性好 適于水下、大體積混凝土結(jié)構(gòu)和蒸養(yǎng)的混凝土 構(gòu)件； 不適于抗凍、干燥地區(qū)的混凝土工程。,五種常用水泥的主要性能,59,2.5.7 高 鋁 水 泥,定義:高鋁酸水泥屬于鋁酸鹽類水泥,它是由綠礬土和石灰石為原料,經(jīng)高溫熔融煅燒

23、所得的以鋁酸鈣為主要成分的熟料,經(jīng)磨細(xì)而得的水硬性膠凝材料. (一)技術(shù)要求: (1)細(xì)度 篩孔尺寸為80m的方孔篩的篩余不得超過10%,否則為不合格,(2)凝結(jié)時間 初凝時間不得早于45min,終凝時間不得遲于10h (3)標(biāo)號 根據(jù)3和28的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度,將普通硅酸鹽水泥劃分為325,425,525,625等四個標(biāo)號,高鋁水泥的應(yīng)用,適于： 緊急搶修的工程，臨時軍事工事； 冬季施工的工程水化放熱量大且集中； 有抗硫酸鹽腐蝕要求的工程f-CaO極少 耐高溫（13001400）的工程高溫時，燒結(jié)結(jié)合代替了水化結(jié)合。,不適于于： 長期承重的結(jié)構(gòu)工程晶體轉(zhuǎn)變引起的強(qiáng)度倒縮； 大體積工程溫度過

24、高引起強(qiáng)度倒縮。 與硅酸鹽水泥混用,第五章 混 凝 土 Concrete,本章重點(diǎn)介紹普通混凝土的組成及各個組成材料的質(zhì)量要求和砂石級配的概念、作用及評定方法； 普通混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)-和易性、強(qiáng)度、變形性質(zhì)及耐久性； 普通混凝土質(zhì)量控制的方法和意義； 普通混凝土配合比設(shè)計的原理方法和步驟；,混凝土的定義,廣義上-凡由膠凝材料、骨料按適當(dāng)比例配合，拌合制成的混合物，經(jīng)一定時間硬化而成的人造石材統(tǒng)稱之為混凝土。 目前工程上使用最多的是以水泥為膠結(jié)材料，以砂、石為骨料，加水及摻入適量外加劑和摻和料拌制的普通水泥混凝土（簡稱普通混凝土）,5.1.混泥土的基本要求,一.混凝土組成材料的作用 水和水泥

25、成為水泥漿. 在硬化前的混凝土拌和物中,水泥漿在砂,石顆粒之間起潤滑作用, 硬化后,水泥漿成為水泥石,將骨料牢固地膠結(jié)成為整體. 混凝土中的骨料,一般不與水泥漿起化學(xué)反應(yīng),其作用是構(gòu)成混凝土的骨架.,二.混凝土的基本要求,四項性能要求: (1)混凝土拌和物的和易性 (2)強(qiáng)度 (3)耐久性 (4)經(jīng)濟(jì)性,5.2 普通混凝土的組成材料,水泥+水+天然砂+石子+摻和料和外加劑 水泥+水水泥槳（Paste） 水泥漿砂水泥砂漿（Mortar） 水泥砂漿石子混凝土（Concrete) 外加劑Admixture 摻和料,一、水泥的品質(zhì)要求,水泥品種的選擇依據(jù)工程性質(zhì)、工程環(huán)境、施工條件等合理選擇。 水泥標(biāo)

26、號的選擇與配制的混凝土強(qiáng)度等級相適應(yīng)。 當(dāng)混凝土強(qiáng)度： C30：fce=(1.52.0)fcu C30：fce=(0.91.5)fcu,水 泥 標(biāo) 號,若水泥標(biāo)號過低時,為滿足強(qiáng)度要求必然使水泥用量過大,不夠經(jīng)濟(jì); 若水泥標(biāo)號過高時,較少的水泥用量就可以滿足混凝土強(qiáng)度的要求.,但往往不能滿足混凝土拌和物和易性和混凝土耐久性的要求,為保證這些性質(zhì),還必須再增加水泥,因而也不經(jīng)濟(jì),二、細(xì) 骨 料Fine Aggregate,定義：粒徑在0.165mm之間的巖石顆粒稱為細(xì)骨料。 分類： 天然砂天然砂是由天然巖石經(jīng)長期風(fēng)化等自然條件作用而形成的。 人工砂人工砂是將天然巖石軋碎而成，其顆粒棱角多，較潔凈

27、，但片狀顆粒及細(xì)粉含量較多，且成本較高，一般只在當(dāng)?shù)厝狈μ烊簧霸磿r才采用人工砂。,(一)、砂的粗細(xì)程度和顆粒級配,砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂粒，混合在一起后的總體的粗細(xì)程度。 砂子通常分為粗砂、中砂、細(xì)砂和特細(xì)砂等幾種。 在相同用砂量條件下，細(xì)砂的總表面積較大，粗砂的總表面積較小。在混凝土中砂子表面需用水泥槳包裹，賦予流動性和粘結(jié)強(qiáng)度，砂子的總表面積愈大，則需要包裹砂粒表面的水泥槳就愈多。一般用粗砂配制混凝土比用細(xì)砂所用水泥為省。,砂的顆粒級配,定義：是指不同大小顆粒和數(shù)量比例的砂子的組合或搭配情況。 在混凝土中 砂粒之間的空隙是由水泥槳所填充，為達(dá)到節(jié)約水泥和提高強(qiáng)度的目的，就應(yīng)盡量減小砂

28、粒之間的空隙。,顆粒級配和粗細(xì)程度的定量表示,砂的顆粒級配和粗細(xì)程度，常用篩分析的方法進(jìn)行測定。用級配區(qū)表示砂的級配，用細(xì)度模數(shù)表示沙的粗細(xì)。,篩分析的方法,是用一套孔徑（凈尺寸）為5、2.5、1.25、0.63、0.315、0.16mm的6個標(biāo)準(zhǔn)篩，將500g干砂試樣由粗到細(xì)依次過篩，然后稱量余留在各篩上的砂重，并計算出個篩上的分計篩余百分率a1、a2、 a3 、a4、 a5、 a6、（各篩上的篩余量占砂樣總重的百分率）及累計篩余百分率A1、A2、A3、 A4 、A5、 A6 （各篩和比該篩粗的所有分計篩余百分率之和）。累計篩余百分率與分計篩余百分率的關(guān)系見下表。,砂的粗細(xì)細(xì)度模數(shù)（f）,砂

29、的粗細(xì)程度用表示細(xì)度模數(shù)（ f ），其計算公式為 f=(2+3+4+5+6)-5 1 /100 細(xì)度模數(shù)（ f ）愈大，表示砂愈粗，普通混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)范圍一般為3.70.7，其中f在3.73.1為粗砂， f在3.02.3為中砂， f在2.21.6為細(xì)砂， f在1.50.7為特細(xì)砂,砂的堅固性與飽和面干,定義：是指砂在氣候、環(huán)境或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力。 按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用硫酸鈉溶液檢驗，砂樣經(jīng)5次循環(huán)后其質(zhì)量損失應(yīng)符合書中表5-5的規(guī)定 飽和面干定義: 當(dāng)骨料顆粒表面干燥,而顆粒內(nèi)部的孔隙含水飽和時,稱為飽和面干狀態(tài),此時的含水率,稱為飽和面干吸水率.,三、粗 骨 料,定義：粒徑5

30、mm的巖石顆粒 分類：卵石（礫石） 碎石 卵石是由天然巖石經(jīng)自然條件長期作用而形成的粒徑大于5mm的顆粒，按其產(chǎn)源可分為河卵石、海卵石、山卵石等幾種，其中河卵石應(yīng)用較多。 碎石由天然巖石經(jīng)破碎、篩分而成，也可將大卵石軋碎、篩分而得。 標(biāo)準(zhǔn)：普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗辦法（JGJ5392）,(一)、骨料最大粒徑(Dmax),1.定義: 粗骨料公稱粒級的上限稱為該粒級的最大立徑 2.最大粒級徑的大小表示骨料的粗細(xì)程度,粗骨料粒徑增大時,骨料的總表面積件小,因而可使水泥漿用量減小,這不僅能節(jié)約水泥,而且有助于提高混凝土的密實(shí)度,件小發(fā)熱量及混凝土的收縮,因此在條件允許的情況下,當(dāng)配置中等強(qiáng)

31、度等級以下的混凝土?xí)r,應(yīng)盡量采用最大粒徑大粗骨料.,最大粒徑限值,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范（GBJ5020492）規(guī)定: 混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，同時不得大于鋼筋最小凈距的3/4； 對于混凝土實(shí)心板，可允許采用最大粒徑達(dá)1/2板厚的骨料，但最大粒徑不得超過50mm； 對泵送混凝土，碎石最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，宜小于或等于1：3，卵石宜小于或等于1：2.5,連續(xù)級配和間斷級配,連續(xù)級配是按顆粒尺寸大小由小到大連續(xù)分級（5mmDmax）,每一級骨料都占有一定比例。連續(xù)級配顆粒級差?。―/d2）,配制的混凝土拌和物和易性好，不易發(fā)生離析； 間斷級配是人為剔除某

32、些中間粒級顆粒，大顆粒的空隙直接由比它小得多的顆粒去填充，顆粒級差大（D/d6）,空隙率的降低比連續(xù)級配快得多，可最大限度地發(fā)揮骨料的骨架，減小水泥用量。但混凝土拌和物易產(chǎn)生離析現(xiàn)象；,5.3普通混凝土的拌和物的性質(zhì),混凝土硬化前: 混凝土拌合物的和易性（工作性Workability） 混凝土硬化后: 混凝土的強(qiáng)度、變形性能和耐久性,一. 和 易 性,和易性指混凝土拌和物易于各施工工序施工操作（攪拌、運(yùn)輸、澆注、搗實(shí)）并能獲得質(zhì)量均勻，成型密實(shí)的混凝土的性能。 和易性是一項綜合性的技術(shù)指標(biāo)，包括： a.流動性 b. 粘聚性 c.保水性 不同的施工方式，所要求的和易性不同。,(一).黏 聚 性,

33、粘聚性是指混凝土拌和物內(nèi)部組分之間具有一定的凝聚力，在運(yùn)輸和澆注過程中不致發(fā)生分層離析現(xiàn)象使混凝土保持整體均勻的性能。 粘聚性差的混凝土拌合物，在施工過程中易出現(xiàn)分層、離析現(xiàn)象。 離析指混凝土拌合物各組分分離，造成不均勻和失去連續(xù)性的現(xiàn)象。常有兩種形式：粗骨料從混合料中分離；稀水泥漿從混合料中淌出。 分層指混凝土澆注后由于重力沉降產(chǎn)生的不均勻分布現(xiàn)象。,(二).流 動 性,流動性是指混凝土拌和物在自重或機(jī)械振搗作用下，能產(chǎn)生流動，并均勻密實(shí)地填滿模板的性能。 （廣義上：流動性是固、液體混合物，即分散系統(tǒng)中克服內(nèi)阻力而產(chǎn)生變形的性能，其大小取決于固、液相的比例）。 流動性的大小，反映混凝土拌和物

34、的稀稠，直接影響著澆搗施工的難易和混凝土的質(zhì)量。,(三).保 水 性,保水性是指混凝土拌和物具有一定的保持內(nèi)部水份的能力，在施工過程中不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象. 保水性差的混凝土拌和物，在施工過程中，一部分水易從內(nèi)部析出至表面，在混凝土內(nèi)部形成泌水通道，使混凝土的密實(shí)性變差，降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。它反映混凝土拌和物的穩(wěn)定性。,影響和易性的因素,水泥漿的數(shù)量 水泥漿的稠度 砂率 組成材料性質(zhì)的影響 外加劑 時間和溫度,5.4普通混凝土結(jié)構(gòu)及性質(zhì),一.砼的抗壓強(qiáng)度與強(qiáng)度等級 定義：混凝土的抗壓強(qiáng)度是指標(biāo)準(zhǔn)試件在壓力作用下直到破壞的單位面積所能承受的最大應(yīng)力（亦稱極限強(qiáng)度）。 混凝土結(jié)構(gòu)物常以抗壓

35、強(qiáng)度為主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，而且抗壓強(qiáng)度與其它強(qiáng)度及變形有良好的相關(guān)性，因此，抗壓強(qiáng)度常作為評定混凝土質(zhì)量的指標(biāo)，并作為確定強(qiáng)度,二、影響混凝土強(qiáng)度的因素,砼結(jié)構(gòu)連續(xù)性的喪失： 硬化后的混凝土在未受到外力作用之前，由于水泥水化造成的化學(xué)收縮和物理收縮引起砂漿體積的變化，在粗骨料與砂漿界面上產(chǎn)生了分布極不均勻的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致界面上形成了許多微細(xì)的裂縫。,另外還因為混凝土成型后的泌水作用，某些上升的水分為粗骨料顆粒所阻止，因而聚集于粗骨料的下緣，混凝土硬化后就成為界面裂縫。當(dāng)混凝土受力時，這些預(yù)存的界面裂縫會逐漸擴(kuò)大、延長并匯合連通起來，形成可見的裂縫，致使混凝土結(jié)構(gòu)喪失連續(xù)性而破環(huán).,三.荷載作用

36、下的變形,(一)混凝土的彈性模量 定義在應(yīng)力應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)的應(yīng)力與其應(yīng)變的比值，稱作混凝土在該應(yīng)力下的變形模量。 彈性模量的三種表示方法: a.初始切線模量 b.切線模量 c.割線模量,(二)影響混凝土彈性模量的因素,混凝土的強(qiáng)度越高,彈性模量也越大;骨料彈性模量越高,混凝土的彈性模量越大;狀態(tài)下的混凝土彈性模量要比干燥的高;混凝土中水泥漿含量較少,彈性模量較大;蒸氣養(yǎng)護(hù)混凝土比潮濕養(yǎng)護(hù)混凝土的彈性模量低10%.,(三).徐變及其對結(jié)構(gòu)物的影響,定義:混凝土在持續(xù)荷載作用下,隨時間增長的變形. 有利面： 徐變可消除鋼筋混凝土內(nèi)的應(yīng)力集中，使應(yīng)力重分布，從而使局部應(yīng)力集中得到緩解； 對大體積混

37、凝土則能消除一部分由于溫度變形所產(chǎn)生的破壞應(yīng)力。 不利面： 在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中，混凝土的徐變將使鋼筋的預(yù)加應(yīng)力受到損失。,四. 混凝土的耐久性DURABILITY of CONCRETE,長期以來，人們一直認(rèn)為混凝土材料是一種耐久性良好的材料，因為不少用其建造的結(jié)構(gòu)物使用壽命長久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已經(jīng)使用了100年上下仍然完好。但與此同時不少結(jié)構(gòu)物過早地毀壞，維修困難而且費(fèi)用高昂，促使人們重視耐久性問題；許多大型結(jié)構(gòu)物的興建，例如海底隧道、跨海大橋、石油鉆井平臺、核廢料儲存容器等，對使用壽命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至幾百年,(一).耐久性的定義,定義混凝土抵抗

38、環(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結(jié)構(gòu)的安全、正常使用的能力稱為耐久性。,(二).提高混凝土耐久性的措施,a.合理選擇水泥品種。 b.選用質(zhì)量良好，技術(shù)條件合格的砂石骨料。 c.控制水灰比及保證足夠的水泥用量是保證混凝土密實(shí)度的重要措施，是提高混凝土耐久性的關(guān)鍵。 d.摻入減水劑或引氣劑，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，對提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性有良好作用. e.改善施工操作，保證施工質(zhì),5.6 混 凝 土 配 合 比 設(shè) 計,目的： 確定混凝土中各組成材料數(shù)量之間的比例關(guān)系。 常用的表示方法： 以每1混凝土中各項材料的質(zhì)量表示， 水泥（mc）300 kg、水（mw）18

39、0 kg、 砂（ms）720 kg、石子（mg）1200 kg 以各項材料的質(zhì)量比來表示（以水泥質(zhì)量為1） 如 : 水泥：砂：石子：水1：2.4:4:0.6,一.混凝土配合比設(shè)計中的三個參數(shù),、水與水泥之間的比例關(guān)系 水灰比表示； 、砂與石子之間的比關(guān)系 砂率表示； 、水泥漿與骨料之間的比例關(guān)系 單位體積用水量來表示,確定三個參數(shù)的基本原則：,在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上，確定混凝土的水灰比； 在滿足混凝土施工要求的和易性基礎(chǔ)上，根據(jù)粗骨料的種類和規(guī)格確定混凝土的單位用水量； 砂在骨料中的數(shù)量應(yīng)以填充石子空隙后略有富余的原則來確定砂率。,混凝土配合比設(shè)計的步驟,初步計算配合比 基準(zhǔn)配合比

40、(調(diào)整坍落度) 實(shí)驗室配合比 (校核強(qiáng)度、耐久性) 施工配合比 (扣減工地砂石含水量),二、初步計算配合比,計算步驟： 第一步：確定配制混凝土強(qiáng)度 第二步：確定水灰比 第三步：確定用水量 第四步：確定水泥用量 第五步：確定砂率 第六步：確定砂石用量,第一步：混凝土配制強(qiáng)度的確定,依據(jù)公式： fcu. fcu.k + 1.645 式中： fcu.混凝土配制強(qiáng)度（MPa） fcu.k設(shè)計要求的混凝土強(qiáng)度等級； 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）。 的確定： A、施工單位有強(qiáng)度歷史資料時，依公式計算； B、施工單位無強(qiáng)度歷史資料時，查表5-15取用。,第二步: 初步確定水灰比（W/C）,依混凝土強(qiáng)度公式：

41、fcu,=Afc(C/W-B) W/C=Afc/(fcu,+ABfc) fc 水泥實(shí)際強(qiáng)度,如無法取得實(shí)際強(qiáng)度可按 fc =Kc* fcb=1.13 fcb(水泥標(biāo)號)計算 A,B 經(jīng)驗系數(shù),如:啐石A=0.46,B=0.52 卵石A=0.48,B=0.61 耐久性校核： 上式水灰比還不得大于表511中規(guī)定的最大水灰比值,否則結(jié)果兩者取最小值。,第三步: 選取1M3混凝土的用水量,根據(jù)所用粗骨料的種類、最大粒徑及施工所要求的坍落度值，查表516，選取1 M3混凝土的用水量。,第四步: 計算1M3混凝土的水泥用量,計算根據(jù)確定的水灰比（W/C）和選用的單位用水量（W）， 可計算出水泥用量（C0）: C0 =W/(W/C) 校核為保證混凝土的耐久性，由上式計算得出的水泥用量還應(yīng)滿足表511規(guī)定的最小水泥用量的要求;當(dāng)計算的水泥用