第二章 建筑材料
知识点五、气硬性胶凝材料
(一)建筑石膏
生产石膏的原料主要为含硫酸钙的天然二水石膏，将其在107～170℃干燥条件下加热，脱去部分水分即得熟石膏，也称半水石膏。
1.建筑石膏的主要性能。
(1)凝结硬化快。(2)凝结硬化时体积微膨胀。(3)孔隙率大——导热系数小，吸声性较好，属于轻质保温材料。(4)具有一定的调湿性。吸水性强。(5)防火性好。石膏制品的耐水性和抗冻性较差，不宜用于潮湿部位。
2.建筑石膏的应用。
建筑石膏的用途很广，常被用于室内高级抹灰和粉刷。建筑石膏加水、砂及缓凝剂拌和成石膏砂浆，用于室内抹灰，也可作为油漆等的底层，或粘贴墙布或墙纸等。建筑石膏加水及缓凝剂拌和成石膏浆体，可作为室内粉刷涂料。此外，以建筑石膏为主要原料可生产各种石膏板。
石膏仅用于室内，不用于任何室外环境，主要与石膏不耐水的特性相关。
(二)石灰
石灰(生石灰CaO)是由含碳酸钙(CaC03)较多的石灰石经过高温煅烧放出二氧化碳而生成的块状气硬性胶凝材料，其主要成分是氧化钙。石灰呈白色或灰色块状。
石灰块末比是指石灰中块料与粉末之间的比例。石灰在潮湿的空气中熟化成粉末，即熟石灰(氢氧化钙)。石灰中粉末越多，质量越差，故在储运过程中应当注意防潮。
石灰石(CaC03)→加热→生石灰(CaO)→水解→熟石灰(Ca(OH)2)→硬化→CaC03石灰用于室内墙面抹灰、白灰砂浆、水泥石灰混合砂浆，用于砌墙：也可掺拌灰土或三合土、生产硅酸盐制品、碳化石灰板等。
知识点六、砌墙砖
砖的种类很多，按所用材料不同，可分为黏土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、灰砂砖和炉渣砖：按制作工艺不同，可分为烧结砖和非烧结砖：按有无穿孔，又可分为空心砖和实心砖。
1.烧结砖——通过焙烧而制得。
(1)普通黏土砖，标准尺寸240×115×53mm(长×宽×厚)，加上10mm厚的砌筑灰缝，则4块砖长、8块砖宽、16块砖厚均为1m.
普通黏土砖以抗压强度大小为标准划分强度等级，有MU10、MU15、MU20、MU25及MU30五个等级(该等级根据10块砖样的抗压强度平均值确定，如MU10指抗压强度平均值大于等于10MPa，以下同)。
普通黏土砖的抗压强度较高，有一定的保温隔热作用，其耐久性较好，用作墙体材料及砌筑柱、拱、烟囱及基础等。碎砖可用作混凝土的骨料或碎砖三合土。但由于生产普通黏土砖会破坏土地，大部分城市目前已禁止使用。
(2)烧结多孔砖。大面上规则地安排了若干贯穿孔洞，其特点是：孔多而小，孔隙率≥28%，孔洞垂直于大面，即受压面。
主要用于六层以下建筑物的承重部位。
烧结多孔砖按抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个等级。
(3)烧结空心砖。烧结空心砖的孔洞与烧结多孔砖相比，其特点主要是：孔洞个数较少但洞腔较大，孔隙率≥30%，孔洞垂直于顶面，平行于大面。因使用时大面受压，所以，这种砖的孔洞与受压面平行，强度不高，因而多用于自承重墙。
注意多孔砖与空心砖的差别——孔的方向、孔隙率。
2.非烧结砖。为了节省黏土和减少环境污染，利用工业废渣制砖已成为生产砖的重要途径之一。非烧结砖的种类主要有：蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖等。
(1)蒸压灰砂砖。规格与普通黏土砖相同。
(2)蒸压粉煤灰砖。粉煤灰+石灰和石膏或+炉渣。
蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖按抗压强度分为MU25、MU20、MU15、MU10四个等级。
(3)炉渣砖。工业废渣+石灰、石膏，规格与普通黏土砖相同。
知识点七、建筑砂浆
1.建筑砂浆的组成与用途。
建筑砂浆是由水泥或石灰、砂、水按照一定的配合比拌和而成的胶凝材料。主要用于砌筑、抹灰、勾缝、黏结。
根据用途主要分为砌筑砂浆与抹面砂浆。
2.砌筑砂浆的强度等级。
以边长为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试块，按养护标准条件至28天的抗压强度的平均值并考虑具有95%强度保证率而确定的。砌筑砂浆的强度等级共有M2.5、M5、M7.5、M10、M15、M20等六个等级。
知识点八、建筑砌块
砌块是供砌筑用的人造块材，尺寸比砌墙砖要大，目前，常用的有混凝土空心砌块和加气混凝土砌块。
1.混凝土空心砌块。
混凝土空心砌块按原材料分，有普通混凝土砌块、工业废渣骨料混凝土砌块、天然轻骨料混凝土砌块和人造轻骨料混凝土砌块等：按砌块型体尺寸分，有小型砌块和中型砌块：而在每类砌块中各有不同的强度等级。由于强度等级不同，可使用于房屋建筑工程的不同部位。
2.加气混凝土砌块。
容重轻、耐火、承重和保温等特殊性能。
知识点九、混凝土
混凝土是由水泥、砂、石子、水和外加剂按一定比例配合，经搅拌、捣实、养护而形成的一种人造石。
混凝土优点：
1.原材料来源广且造价低。2.具有良好可塑性。3.可调配性好。4.抗压强度高。5.与钢筋的共同工作性好。6.耐久性好。7.耐火性好。8.生产工艺简单、能耗低。9.可浇注成整体建筑物以提高抗震性，也可预制成各种构件再进行装配。
普通混凝土缺陷
自重大，比强度小：抗拉强度低，脆性大：受拉时抗变形能力小、容易开裂：导热系数大，保温隔热性差：硬化较慢，生产周期长等。
改进——采用轻质骨料，可使其自重或导热系数降低：掺入纤维或聚合物，可使其韧性提高：采用快硬水泥或掺入早强剂、减水剂、速凝剂等，可缩短硬化周期。
(一)混凝土的种类
混凝土的品种有很多，其性质和用途各有不同。
1.按其质量密度分：
(1)重混凝土：表观密度大于2800kg/m3，主要用于原子能工程的屏蔽结构，具有防X射线和γ射线的作用。
(2)普通混凝土。
(3)轻混凝土：表观密度小于2000kg/m3的各种混凝土，用轻骨料如浮石、陶粒、膨胀珍珠岩等制成，可用于承重隔热结构。
2.按其用途分，有：结构混凝土、水工混凝土、保温混凝土、耐火混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、防水混凝土、大坝混凝土、防辐射混凝土等。
3.按其强度分：一般强度混凝土，其强度在60MPa以下(C60以下);高强度混凝土，其强度在60 MPa～100MPa(C60-100);超强混凝土，其强度大于100MPa(>C100)。
4.按拌和料的流动性分，干硬性混凝土、低流动性混凝土、塑性混凝土、流态混凝土等，这是以其坍落度的大小划分的。
5.按施工方法分，有：普通浇筑混凝土，泵送混凝土、喷射混凝土、大体积混凝土、预填骨料混凝土、水下混凝土、预应力混凝土等。
6.按配钢筋情况分：有素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、劲性钢筋混凝土、钢管混凝土、纤维混凝土、预应力钢筋混凝土等。
(二)混凝土组成材料及其要求(相对重要)
普通混凝土(简称混凝土)的基本组成材料为水泥、水、砂子、石子，此外，还经常加入外加剂和掺和料。
碎石——骨架作用，砂——填充空隙。水泥+水——包裹骨料表面并填充骨料的空隙。
水泥浆硬化前，润滑骨料，使混凝土拌和物具有一定的和易性：水泥浆硬化后，将骨料黏结成一个整体，使其具有一定的强度和耐久性。
1.水泥。水泥在混凝土中起胶结作用，所以是最重要的材料。水泥强度等级应与混凝土强度等级相匹配。在同等混凝土强度下，水泥强度等级过高或过低，会导致混凝土内水泥用量的过少或过多。
2.砂和石子。
(1)砂：①含杂质少。②有良好的级配
(2)石子：
碎石坚硬易黏结牢靠，卵石易拌和，但强度偏低。
良好的级配和含杂质少。石子的强度应为混凝土的1.5倍以上，并且针、片状石子含量不得超过1.5%.
3.水，凡是pH值小于4，硫酸盐含量超过1%的水，都不宜使用。清洁的、可以饮用的自来水、天然水均可以拌制混凝土，海水不得使用在钢筋混凝土中。
4.外加剂：改善混凝土性能的物质。掺量不大于水泥质量的5%(特殊情况除外)。改善和易性，提高强度、耐久性，节约水泥等最有效、最简便的方法，外加剂已成为混凝土中除水泥、水、砂、石子以外的第五组分。
混凝土外加剂按其主要功能分为四类：
(1)改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，包括减水剂、引气剂和泵送剂等。
(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。
(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、抗冻剂和阻锈剂等。
(4)改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、防水剂、脱模剂等。
(三)混凝土配合比
混凝土中水泥、砂、石、水四种主要组成材料用量之间的比例关系。
表示方法：(注意换算关系，可以在选择题中出现小型计算题)方法1：1m3混凝土中各种材料的用量(kg)来表示的。
方法2：以水泥的质量为1，用各材料间的质量比来表示：水泥：砂：石：水=1：x：y：z.
当掺外加剂或掺和料时，其用量以水泥用量的质量百分比来表示。
混凝土配合比的设计：三个比例关系，水灰比(水与水泥用量之比)、砂率(砂的质量占砂、石总质量的百分比)：单位体积用水量(1m3混凝土的用水量)。
(四)混凝土的技术性质
普通混凝土的技术性质包括：混凝土硬化前的性质，即混凝土拌和物的和易性，以及混凝土硬化后的性质，即强度、耐久性及变形性能。
1.混凝土拌和物的和易性。
良好的和易性要求混凝土有良好的流动性、黏聚性和保水性。和易性不好——产生蜂窝、麻面、孔洞、露筋及疏松等质量缺陷。
2.混凝土的强度。
(1)混凝土强度等级。混凝土强度等级是按立方体抗压强度来划分的。所谓立方体抗压强度是指制作边长为150mm标准立方体试件，在温度为(20±2)℃，相对湿度为95%以上的潮湿环境或水中的养护条件下，经28天养护，采用标准试验方法测得的混凝土极限抗压强度，并以此来确定混凝土的强度等级，用fcu表示。混凝土根据强度的不同一般划分为C15-C80等14个等级。例如，C30表示立方体抗压强度标准值为30N/mm2.
(2)影响混凝土强度的因素。
混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及与骨料表面的黏结强度，而这些强度又与水泥强度等级、水灰比及骨料性质密切相关。此外，混凝土的强度还受施工质量、养护条件及龄期的影响。
①水灰比和水泥强度等级。在配合比相同的条件下，水泥强度等级越高，混凝土强度就越高。当用同一品种及相同强度等级水泥时，混凝土强度主要取决于水灰比。
一般情况下可以认为，在水泥强度等级相同的情况下，水灰比越小，水泥石的强度越高，与骨料黏结力越大，混凝土强度也就越高。
②骨料的品种、规格与质量。
碎石表面粗糙，与水泥石黏结强度较高：卵石表面光滑，与水泥石黏结强度较低，故在水泥强度等级和水灰比不变的条件下，碎石混凝土的强度高于卵石混凝土的强度。
当配制高强度混凝土时，往往选择碎石。
③养护条件(温度和湿度)。
温度高、湿度大，强度增长快。
④龄期。混凝土在正常养护条件下，其强度随着 龄期增加而提高。最初7～14天内，强度增长较快，28天以后增长缓慢。
3.混凝土的耐久性。
混凝土的耐久性是一项综合性质，包括：
(1)抗渗性。直接影响混凝土的抗冻性、抗侵蚀性等。
(2)抗冻性。抗冻性是指混凝土抵抗冻融循环破坏的能力。
(3)抗侵蚀性。
(4)碳化。二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙发生作用。
碳化影响：钢筋易锈蚀;表面产生微裂纹;对于防止有害介质的侵入有一定缓冲作用，抗压强度有所提高，从总体来说是弊大于利。
(5)碱集(骨)料反应。
集(骨)料中若含有无定型二氧化硅等活性物质，当混凝土中有水分存在时，它能与水泥中的碱(K20及Na20)起反应，产生碱集(骨)料反应，使混凝土发生破坏。对于重要工程混凝土使用集(骨)料，或者怀疑集(骨)料中含有无定型二氧化硅可能引起碱集(骨)料反应时，应进行专门试验，以确定集(骨)料是否可用。
4.混凝土的变形。——导致混凝土开裂的主要原因之一，从而进一步影响混凝土的强度和耐久性。
变形主要包括化学收缩、干缩湿胀、温度变形、碳化收缩、弹塑性变形及徐变。
知识点十、钢筋混凝土
(尽可能的掌握，非专业人员的确理解困难，适可而止：但应注意重点必须理解掌握)1.普通钢筋混凝土。钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种物理、力学性能完全不同的材料所组成。
共同工作原因——良好的黏结力，线膨胀系数的数值颇为接近——共同变形。钢筋混凝土能充分发挥钢筋的抗拉能力和混凝土的抗压能力，合理地利用了两种材料各自的优点。
2.预应力混凝土。
(1)预应力混凝土的概念及原理(生涩，不宜过度投入)。
预先把钢筋拉一下，产生反向变形：实际工程受力，变形和裂缝较小——延迟了构件裂缝的出现和开展——基本概念。提高构件的抗裂度和刚度。
(2)预应力混凝土的分类。预应力混凝土根据生产工艺的不同，大体可分为先张法、后张法。
①先张法。在浇灌混凝土以前张拉预应力钢筋，这种方法称为先张法。预制场地、预制构件、小型构件。
②后张法。构件先浇灌混凝土，待混凝土硬化后，在构件上张拉预应力钢筋，这种方法称为后张法。在构件上直接张拉，不需要张拉台座，可预制，可现浇，大型构件。
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