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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。建筑材料版精华1-1.建筑材料的基本性质1.1材料的结构与构造1.1.1宏观结构（构造）材料的宏观结构是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。可以分为：（1）致密结构，基本上是无孔隙存在的材料。例如钢铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等。（2）多孔结构，是指具有粗大孔隙的结构。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质材料等。(3）微孔结构，是指微细的孔隙结构。如石膏制品、粘土砖瓦等。(4）纤维结构，是指木材纤维、玻璃纤维、矿物棉纤维所具有的结构。（5）层状结构，采用粘结或其他方法将材料迭合
2、成层状的结构。如胶合板、迭合人造板、蜂窝夹芯板、以及某些具有层状填充料的塑料制品等。(6）散粒结构，是指松散颗粒状结构。比如混凝土骨料、用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料。1.1.2.微观结构微观结构是指材料在原子、分子层次的结构。材料的微观结构，基本上可分为晶体与非晶体。晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间周期性排列。非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，容易与其它物体起化学作用。1.1.3.亚微观结构亚微观结构也称作细观结构，是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式。如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的木纤维，混凝土中的孔隙及界面等
3、。1.2材料的状态参数和结构特征1.2.1材料的体积与密度材料的绝对密实体积：干材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示材料的绝对密实体积材料的表观体积：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0表示材料的表观体积。材料的堆积体积：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。根据其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可能不同，松散堆积下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。视密度：在规定条件下，材料单位表观
4、体积（矿质实体体积+闭口孔隙体积）的质量，称为视密度。测定方法：排水法。绝对密实体积+闭口孔隙体积。体积密度，表观密度：在规定试验条件下，烘干材料单位体积（包括孔隙在内）的质量。为绝对密实体积+闭口孔隙体积+开口孔隙体积。一般以干燥状态下的测定值为准。堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密实度反映了材料的致密程度；含有孔隙的固体材料密实度都小于1；材料的强度、吸水性、耐久性、导热性都与密实度有关。材料的孔隙
5、率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度。1.2.2与水有关的性质材料的亲水性与憎水性：与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角愈小，表明材料愈易被水润湿。
6、当材料的润湿角?时，为亲水性材料；当材料的润湿角?时，为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗入材料的毛细管中。材料润湿示意图（）亲水性材料；（）憎水性材料材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。分质量吸水率和体积吸水率。质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比。体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率。材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细
7、微孔隙愈多，其吸水率就愈大。材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR。软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征
8、之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。
9、抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻等级：能经受冻融循环的最大次数。直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备成直径和高均为的圆柱体或边长为的立方体试件，放人烘箱（）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（-）冻结，然后取出放人的水中融解，如此为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘干至恒重，并称其质量。抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水
10、性和吸水饱和程度有关。抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力。导热系数越小，绝热性能越好，材料的孔隙率大，导热系数小，但如孔隙粗大而且联通，由于对流作用，材料的导热系数反而高。材料受潮后导热系数增大，因为水和冰的比空气的大，因此绝热材料应经常处于干燥状态。无机材料的导热系数大于有机材料；晶体的导热系数大于无定形体的热导系数；材料的孔隙率愈大，即空
11、气愈多，导热系数愈小；同类材料的孔隙率是随体积密度的减小而增大，则导热系数随体积密度的减小而减小；导热系数与孔隙形态特征的关系，认为有微细而封闭孔隙组成的材料，导热系数小，反之大；材料的含水率增加，导热系数也增加；大多数材料的导热系数随温度升高而增加。1.2.3材料的力学性质材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。比强度是指单位质量的材料所具有的强度，其值等于强度与其表观密度之比。反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强。孔隙率增加，
12、强度降低；含水率增加，强度降低；温度升高，强度降低；试件尺寸大，强度降低；加荷速度慢，强度降低等。材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。材料在冲击或震动荷载作用下，能承受很大变形而不破坏的性能，称为韧性或冲击韧性。材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素
13、及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用
14、的破坏。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。2.气硬性胶凝材料胶凝材料是指能将其他材料胶结成整体，并具有一定强度的材料。这里指的其他材料包括粉状材料（石粉等）、纤维材料（钢纤维、矿棉、玻纤、聚酯纤维等）、散粒材料（砂子、石子等）、块状材料（砖、砌块等）、板材（石膏板、水泥板等）等。胶凝材料通常分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。根据凝结硬化条件和使用特性，无机胶凝材料通常又分为气硬性和水硬性两类。气硬性胶凝材料是指只能在空气中凝结硬化并保持和发展强度的材料。主要有石灰、石膏、水玻
15、璃、菱苦土等。这类材料在水中不凝结，也基本没有强度，即使在潮湿环境中强度也很低，通常不宜使用。水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中，而且能更好地在水中凝结硬化并保持和发展强度的材料。主要有各类水泥和某些复合材料。这类材料在水中凝结硬化比在空气中更好，因此，在空气中使用时，凝结硬化初期要尽可能浇水或保持潮湿养护。胶凝材料的凝结硬化过程通常伴随着一系列复杂的物理化学反应和体积变化，且许多内部和外部因素影响其过程，并最终使凝结硬化后的制品性能产生很大差异。不同胶凝材料之间的差异更大。2.1石灰石灰的生产，实际上就是将石灰石在高温下煅烧，使碳酸钙分解成为CaO和CO2，CO2以气体逸出。如温度太低，产生欠
16、火石灰，太高产生过火石灰。生产所得的CaO称为生石灰，是一种白色或灰色的块状物质。石灰在使用前，一般要加水进行熟化。生石灰加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。煅烧良好的生石灰能在几秒钟内与水反应完毕，石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀12.5倍，熟化后的产物Ca(OH)2称熟石灰或消石灰。熟石灰可呈粉状或浆状，根据熟化时加水量的不同。在建筑工地，多使用石灰槽与石灰坑，将生石灰熟化成石灰浆使用，这一过程叫做淋灰。为了保证石灰充分熟化，消除过火石灰的危害，必须将石灰浆在贮灰坑中存放两星期以上，这一过程叫石灰的“陈伏”。石灰粉与粘土可配成灰土，再加入砂子配成三合土。由于原料中常含有碳酸
17、镁（MgCO3），煅烧后生成MgO，根据标准规定（JC/T47992建筑生石灰），将MgO含量5%的称为钙质生石灰；MgO含量5%的称为镁质生石灰。同等级的钙质石灰质量优于镁质石灰。当煅烧温度过低或时间不足时，由于CaCO3不能完全分解，亦即生石灰中含有石灰石。这类石灰称为欠火石灰。欠火石灰的特点是产浆量低，即石灰利用率下降。原因是CaCO3不溶于水，也无胶结能力，在熟化成为石灰膏时作为残渣被废弃，所以有效利用率下降。当煅烧温度过高或时间过长时，部分块状石灰的表层会被煅烧成十分致密的釉状物，这类石灰称为过火石灰。当熟化时加入大量的水，则生成浆状石灰膏。CaO熟化生成Ca(OH)2的理论需水量只
18、要32.1%，实际熟化过程均加入过量的水。一方面考虑熟化时放热引起水分蒸发损失，另一方面是确保CaO充分熟化。工地上常在化灰池中进行石灰膏的生产，即将块状生石灰用水冲淋，通过筛网，滤去欠火石灰和杂质，流入化灰池沉淀而得。石灰膏面层必须蓄水保养，其目的是隔断与空气直接接触，防止干硬固化和碳化固结，以免影响正常使用和效果。由于过火石灰的表面包覆着一层玻璃釉状物，熟化很慢，若在石灰使用并硬化后再继续熟化，则产生的体积膨胀将引起局部鼓泡、隆起和开裂。为消除上述过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放2周以上，使过火石灰充分熟化，这个过程称为“陈伏”。现场生产的消石灰粉一般也需要“陈伏”。但若将生石
19、灰磨细后使用，则不需要“陈伏”。这是因为粉磨过程使过火石灰表面积大大增加，与水熟化反应速度加快，几乎可以同步熟化，而且又均匀分散在生石灰粉中，不至引起过火石灰的种种危害。2.2石膏生石膏通常指天然二水石膏，分子式为CaSO42H2O，也称为软石膏。是生产建筑石膏最主要的原料。生石膏粉加水不硬化、无胶结力。天然无水石膏(CaSO4，又称硬石膏)。石膏胶凝材料的生产，通常是用天然二水石膏经低温煅烧、脱水、磨细而成。将生石膏在107170条件下煅烧脱去部分结晶水而制得的半水石膏，称为建筑石膏，又称为熟石膏，是最常用的建筑石膏。若将生石膏在125、0.13MPa压力的蒸压锅内蒸炼，生成的半水石膏，其晶
20、粒较粗，拌制石膏浆体时的需水量较小，因此，硬化后强度较高，故称为高强石膏。建筑石膏加水拌合后，与水发生水化反应生成二水硫酸钙的过程称为水化。生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同，但由于结晶度和结晶型态不同，物理力学性能有了差异。其水化和凝结硬化机理可简单描述为：由于二水石膏的溶解度比半水石膏小，故二水石膏首先从饱和溶液中析晶沉淀，促使半水石膏继续溶解，这一反应过程连续不断进行，直至半水石膏全部水化生成二水石膏。随着水化反应的不断进行，自由水分被水化和蒸发而不断减少，加之生成的二水石膏微粒比半水石膏细，比表面积大，吸附更多的水，从而使石膏浆体很快失去塑性而凝结；又随着二水石膏微粒结晶长大，晶体颗粒
21、逐渐互相搭接、交错、共生，从而产生强度，即硬化。建筑石膏的主要技术性质：（1）凝结硬化快：建筑石膏加水拌合后10min内便失去塑性而初凝，30min内即终凝硬化，并产生强度。由于初凝时间短不便施工操作，使用时一般均加入缓凝剂以延长凝结时间。（2）凝固时体积微膨胀。（3）颜色洁白：杂质含量越少，颜色越白。（4）孔隙率大，表观密度小，绝热、吸声性能好：由于石膏制品生产时往往加入过量的水，蒸发后形成大量的内部毛细孔，孔隙率达50%60%，表观密度小（8001000kg/m3），导热系数小，故具有良好的保温绝热性能，常用作保温材料，并具有一定的吸声效果。（5）具有一定的调温调湿性，耐水性，抗冻性差：建
22、筑石膏制品的软化系数只有0.20.3，不耐水。但由于毛细孔隙较多，比表面积大，当空气过于潮湿时能吸收水分；而当空气过于干燥时则能释放出水分，从而调节空气中的相对湿度。（6）防火性好，耐火性差：建筑石膏制品的导热系数小，传热慢，比热又大，更重要的是二水石膏遇火脱水，产生的水蒸汽能有效阻止火势蔓延，起到防火作用。但脱水后制品强度要下降。2.3水玻璃水玻璃分为钠水玻璃和钾水玻璃两类，俗称泡花碱。钠水玻璃为硅酸钠水溶液，钾水玻璃为硅酸钾水溶液。土木工程中主要使用钠水玻璃。当工程技术要求较高时也可采用钾水玻璃。优质纯净的水玻璃为无色透明的粘稠液体，溶于水。钠水玻璃分子式中的n，n值越大，水玻璃的粘性和强
23、度越高，但水中的溶解能力下降。当n大于3.0时，只能溶于热水中，给使用带来麻烦。n值越小，水玻璃的粘性和强度越低，越易溶于水。故土木工程中常用模数n为2.62.8，既易溶于水又有较高的强度。水玻璃通常采用石英粉（SiO2）加上纯碱（Na2CO3），在13001400的高温下煅烧生成固体，再在高温或高温高压水中溶解，制得溶液状水玻璃产品。水玻璃在空气中的凝结固化与石灰的凝结固化非常相似，主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。随着碳化反应的进行，硅胶含量增加，接着自由水分蒸发和硅胶脱水成固体SiO2而凝结硬化，其特点是：1速度慢。由于空气中CO2浓度低，故碳化反应及整个凝结固化过程十分缓慢。为
24、加速其硬化，可将水加热或加入硬化剂。2体积收缩。3强度低。为加速水玻璃的凝结固化速度和提高强度，水玻璃使用时一般要求加入固化剂氟硅酸钠。水玻璃的主要技术性质：粘结力和强度较高；耐酸性好，可以抵抗除氢氟酸（HF）、热磷酸和高级脂肪酸以外的几乎所有无机和有机酸；耐热性好；耐碱性和耐水性差，故水玻璃不能在碱性环境中使用。水玻璃不得用来涂刷或浸渍石膏制品，因为水玻璃与石膏反应生成硫酸钠（Na2SO4），在制品孔隙内结晶膨胀，导致石膏制品开裂破坏。胆矾，也称蓝矾（硫酸铜，）、红矾（重铬酸钾，K2Cr2O7）、明矾（也称白矾，硫酸铝钾）、紫矾，也称铬矾。芒硝为Na2SO4.10H2O水溶液。2.4镁质胶凝
25、材料镁质胶凝材料是指以MgO为主要成分的无机气硬性胶凝材料，有时称为菱苦土。它是以MgCO3为主要成分的菱镁矿在800左右煅烧而得。其生产方式与石灰相似。块状MgO经磨细后，即成为白色或浅黄色粉末状菱苦土，类似于磨细生石灰粉。其凝结硬化机理与石灰完全相似，特点相同，即：速度慢；体积收缩大；而且强度很低。因此，很少直接加水使用。为了加速凝结硬化速度、提高制品强度，镁质胶凝材料使用时均加入适量固化剂。最常用的固化剂为氯化镁溶液，也可用硫酸镁、氯化铁（FeCl3）或硫酸亚铁等盐类的溶液。氯化镁和氯化铁溶液较常用。镁质胶凝材料制品遇水或在潮湿环境中极易吸水变形，强度下降，且制品表面出现泛霜（俗称返卤）
26、现象，影响正常使用。因此只能在干燥环境中使用。制品中掺入硫酸镁和硫酸亚铁固化剂可提高耐水性，但强度下降。改善耐水性的最佳途径是掺入磷酸盐或防水剂（成本较高），也可掺入矿渣、粉煤灰等活性混合材料。由于制品中氯离子含量高，因此对铁钉、钢筋的锈蚀作用很强。应尽量避免用铁钉等固定板材或与钢材等易锈材料直接接触。3.水泥凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。生产水泥的基本工序可以概括为“两磨一烧”：先将原材料破碎并按其化学成分配料后，在球磨机中研
27、磨为生料。然后入窑锻烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，配以适量的石膏及混合材料在球磨机中研磨至一定细度，即得到硅酸盐水泥。硅酸盐水泥熟料的矿物组成：硅酸三钙3S，是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，对水泥早期强度以及后期强度都起主要作用；硅酸二钙C2S，反应较慢，水化热也较低，它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用；铝酸三钙C3，遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中，对水泥的凝结起主导作用，主要对水泥的早期强度有所贡献；铁铝酸四钙4AF，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶
28、体，钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了水泥的凝结时间。硬化后的水泥石是由晶体、硅酸钙凝胶体、未完全水化的水泥颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。C3A水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速。水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。细度不合要求的水泥为不合格品。水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。体积安
29、定性不良的水泥应作废品处理。导致水泥安定性不良的主要原因一般是由于熟料中的游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏过多等原因造成的。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2晶体，这时体积膨胀以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。初凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性所需的时间。终凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。初凝时间不
30、合规定为废品，终凝时间不合规定为不合格品。防止水泥石腐蚀的方法：提高混凝土的密实度，采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道；在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系，如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保护水泥石不被腐蚀。硅酸盐水泥的性能特点与应用：(1)凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程，（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。（2）抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。（3）耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。（
31、4）水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。（5）抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。（6）耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。（7）耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。在水化和硬化过程中产生体积膨胀的水泥属膨胀类水泥。一般硅酸盐水泥在空气中硬化时，体积会发生收缩。收缩会使水泥石结构产生微裂缝，降低水泥石结构的密实性，影响结构的抗渗、抗冻、抗腐蚀等。膨胀水泥在硬化过程中体积不会发生收缩，还略有膨胀，可以解决由于收缩带来的不利后果。4.混凝土混凝土是由水、
32、胶凝材料及粗细骨料等原材料按一定的比例配合，经拌和、成型和硬化而成的人造石材。混凝土按表观密度可分为：特重混凝土，干表观密度（试件在温度为1055的条件下干燥到恒重所得到的干表观密度）大于2500kg/m3的混凝土；普通混凝土，干密度在19002500kg/m3，长用于工业与民用建筑中；轻混凝土，干密度小于1900kg/m3的混凝土，它又可以分为轻骨料混凝土；多孔混凝土；大孔混凝土。按照胶凝材料的种类可以分为：水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等。按照施工工艺可以分为：泵送混凝土、喷射混凝土、自流平混凝土等。普通混凝土拌和物是指由水泥、水、粗细骨料拌和而成的未凝固的混合料，既指硬
33、化以前的混凝土，也称为新拌混凝土。4.1砂石骨料在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体，起胶结作用。细度模数（x）愈大，表示砂愈粗。含泥量是指天然砂或卵石、碎石中粒径小于80m的颗粒含量。砂中的原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于0.60mm的颗粒含量称为砂的泥块含量；卵石、碎石中原粒径大于4.75mm，经水浸洗、手捏后小于2.36mm的颗粒含量称为卵石、碎石的泥块含量。泥粘附在骨料的表面，防碍水泥石与骨料的粘结，降低混凝土强度
34、，还会增加拌和水量，加大混凝土的干缩，降低抗渗性和抗冻性。泥块对混凝土性质的影响更为严重，因为它在搅拌时不易散开。砂的几种含水状态：1、完全干燥（烘干状态）：在不超过110度的温度下烘干，达到恒重的状态。2、风干（气干状态）：不但砂颗粒的表面是干燥的而且内部也有一部分呈干燥状态。施工现场常见。3、饱和面干（表干状态）：颗粒表面是干燥的而内部孔隙为含水饱和状态。4、潮湿：颗粒的内部吸水饱和，而且表面也吸咐有水的状态。砂的几种含水状态示意图间断级配也称单粒级级配。间断级配是人为地剔除骨料中某些粒级颗粒，从而使骨料级配不连续，大骨料空隙由小几倍的小粒径颗粒填充，以降低石子的空隙率。由间断级配制成的混
35、凝土，可以节约水泥。由于其颗粒粒径相差较大，混凝土拌合物容易产生离析现象，导致施工困难。压碎指标值越小，骨料的强度越高。粗骨料中的针状（颗粒长轴长度大于平均粒径的倍）和片状（厚度小于平均粒径的0.4倍）颗粒，不仅增加骨料的空隙率，影响混凝土的和易性，而且容易折断，使混凝土的强度降低。4.2和易性和易性（或称工作性）是指混凝土拌和物是否利于施工操作，并能获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，它包括流动性、粘聚性及保水性三方面的涵义。流动性（有时称稠度）是指混凝土拌和物在自重或机械振捣作用下，易于产生流动并能均匀密实填满模板的性质。它反映混凝土拌和物的稀稠程度，是最重要的工艺性
36、质。拌和物流动性好，则操作方便，容易成型和振捣密实。粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的性能，能保持整体均匀性。混凝土拌和物是由不同密度和粒径的固体颗粒和水组成的，在自重或外力作用下，各种组成的沉降速度不同。如果混凝土拌和物的各种材料间的比例不当，施工中会发生分层、离析。粘聚性的大小主要取决于细骨料的用量以及水泥浆的稠度等。保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重泌水的性能。保水性差的混凝土拌合物，由于水分分泌出来会形成容易透水的孔隙，从而降低混凝土的密实性。对于坍落度小于10mm的干硬性混凝土拌和物，通常采用维勃稠度
37、仪测定其流动性。维勃稠度法是测定拌和物在振动作用下的流动性能。其测试方法如下：试验时，在坍落筒中规定的方法装满混凝土拌和物，提起坍落筒，将透明圆盘放在拌和物试体上，开动振动台，同时用秒表计时，直至透明圆盘的底面完全为水泥浆所布满时停止秒表，关闭振动台。读取秒数，即为维勃稠度。4.3影响和易性的因素4.3.1水泥浆的数量在混凝土拌合物中，水泥浆包裹骨料表面，填充骨料空隙，使骨料润滑，提高混合料的流动性；在水灰比不变的情况下，单位体积混合物内，随水泥浆的增多，混合物的流动性增大。若水泥浆过多，超过骨料表面的包裹限度，就会出现流浆现象，这既浪费水泥又降低混凝土的性能；如水泥浆过少，达不到包裹骨料表面
38、和填充空隙的目的，使粘聚性变差，流动性低，不仅产生崩塌现象，还会使混凝土的强度和耐久性降低。混合物中水泥浆的数量以满足流动性要求为宜。4.3.2水泥浆的稠度水泥浆的稀稠，取决于水灰比的大小。水灰比小，水泥浆稠，拌合物流动性就小，混凝土拌合物难以保证密实成型。若水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象。水泥浆的数量和稠度取决于用水量和水灰比。实际上用水量是影响混凝土流动性最大的因素。当用水量一定时，水泥用量适当变化（增减501003）时，基本上不影响混凝土拌合物的流动性，即流动性基本上保持不变。由此可知，在用水量相同的情况下，采用不同的水灰比可配制出流动性相同而
39、强度不同的混凝土。4.3.3砂率在混合料中，砂是用来填充石子的空隙。在水泥浆一定的条件下，若砂率过大，则骨料的总表面积及空隙率增大，混凝土拌合物就显得干稠，流动性小。如要保持一定的流动性，则要多加水泥浆，耗费水泥。若砂率过小，砂浆量不足，不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起润滑和填充作用，也会降低混合物的流动性，同时会使粘聚性、保水性变差，使混凝土混合物显得粗涩，粗骨料离析，水泥浆流失，甚至出现溃散现象。因此，砂率既不能过大，也不能过小，应通过试验找出最佳（合理）砂率。4.3.4其他影响因素水泥品种，骨料种类，粒形和级配以及外加剂等，都对混凝土拌合物的和易性有一定影响。水泥的标准调度用水量大，
40、则拌合物的流动性小。骨料的颗粒较大，形状圆整，表面光滑及级配较好时，则拌合物的流动性较大。此外，在混凝土拌合物中加入外加剂时（如减水剂），能显著地改善和易性。4.4影响混凝土强度的因素4.4.1水泥强度与水灰比水泥是混凝土中的活性组分，其强度大小直接影响着混凝土强度的高低。在配合比相同的条件下，所用的水泥标号越高，制成的混凝土强度也越高。当用同一品种同一标号的水泥时，混凝土的强度主要取决于水灰比。因为水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥重量的左右，但在拌制混凝土混合物时，为了获得必要的流动性，常需用较多的水（约占水泥重量的）。混凝土硬化后，多余的水分蒸发或残存在混凝土中，形成毛细管、气孔或水泡
41、，它们减少了混凝土的有效断面，并可能在受力时于气孔或水泡周围产生应力集中，使混凝土强度下降。在保证施工质量的条件下，水灰比愈小，混凝土的强度就愈高。但是，如果水灰比太小，拌合物过于干涩，在一定的施工条件下，无法保证浇灌质量，混凝土中将出现较多的蜂窝、孔洞，也将显著降低混凝土的强度和耐久性。试验证明，混凝土强度，随水灰比增大而降低，呈曲线关系，而混凝土强度与灰水比呈直线关系。4.4.2骨料的种类表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石（砾石）的粘结力大，在其他条件相同的情况下，碎石混凝土的强度比卵石混凝土的强度高。4.4.3养护的温度和湿度混凝土强度的增长，是水泥的水化、凝结和硬化的过程，必须在一定的温度
42、和湿度条件下进行。在保证足够湿度情况下，不同养护温度，其结果也不相同。温度高，水泥凝结硬化速度快，早期强度高，所以在混凝土制品厂常采用蒸汽养护的方法提高构件的早期强度，以提高模板和场地周转率。低温时水泥混凝土硬化比较缓慢，当温度低至0以下时，硬化不但停止，且具有冰冻破坏的危险。水泥的水化必须在有水的条件下进行，因此，混凝土浇筑完毕后，必须加强养护，保持适当的温度和湿度，以保证混凝土不断地凝结硬化。4.4.4龄期在正常养护条件下，混凝土强度的增长遵循水泥水化历程规律，即随着龄期时间的延长，强度也随之增长。最初内，强度增长较快，以后增长较慢。但只要温湿度适宜，其强度仍随龄期增长。4.5混凝土的变形
43、4.5.1化学收缩混凝土在硬化过程中，由于水泥水化产物的体积小于反应物（水和水泥）的体积，引起混凝土产生收缩，称为化学收缩。其收缩量是随着混凝土龄期的延长而增加，化学收缩是不可恢复的，可使混凝土内部产生微细裂缝。4.5.2塑性收缩混凝土成型后尚未凝结硬化时属塑性阶段，在此阶段往往由于表面失水而产生收缩称为塑性收缩。新拌混凝土若表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时，会造成毛细管内部产生负压，因而使浆体中固体粒子间产生一定引力，便产生了收缩，如果引力不均匀作用于混凝土表面，则表面将产生裂纹。预防塑性收缩开裂的方法是降低混凝土表面失水速率，采取防风、降温等措施。最有效的方法是凝结硬化前保持混凝土
44、表面的湿润，如在表面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。4.5.3干湿变形混凝土的干湿变形主要取决于周围环境湿度的变化，表现为干缩湿胀。混凝土在干燥空气中存放时，混凝土内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水产生紧缩，以及毛细管内游离水分蒸发，毛细管内负压增大，也使混凝土产生收缩。如干缩后的混凝土再次吸水变湿后，一部分干缩变形是可以恢复的。混凝土在水中硬化时，体积不变，甚至有轻微膨胀。这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大所致。混凝土的湿胀变形量很小，一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩可能使混凝土表面出现拉应力而导致开裂，严重影响混凝土的耐久性。水泥越细，收缩也越大；水泥用量多
45、，水灰比大，收缩也大；混凝土中砂石用量多，收缩小；砂石越干净，捣固越好，收缩也越小。4.5.4温度变形混凝土在硬化初期，水泥水化放出较多的热量，而混凝土是热的不良导体，散热很慢，使混凝土内部温度升高，但外部混凝土温度则随气温下降，致使内外温差达5070，造成内部膨胀及外部收缩，使外部混凝土产生很大的拉应力，严重时使混凝土产生裂缝。因此，对大体积混凝土工程，应设法降低混凝土的发热量，如采用低热水泥，减少水泥用量，采用人工降温措施以及对表层混凝土加强保温保湿等，以减小内外温差，防止裂缝的产生和发展。对纵向长度较大的混凝土及钢筋混凝土结构，应考虑混凝土温度变形所产生的危害，每隔一段长度应设置温度伸缩
46、缝，以及在结构内配置温度钢筋。混凝土渗水的原因，是由于内部孔隙形成连通的渗水孔道。这些孔道主要来源于水泥浆中多余水分蒸发而留下的气孔、水泥浆泌水所产生的毛细管孔道、内部的微裂缝以及施工振捣不密实产生的蜂窝、孔洞，这些都会导致混凝土渗漏水。在混凝土中掺入引气剂，可在水泥石中形成无数细小、均匀的气泡，使之成为压力水进出的“水库”，使静水压力和渗透压力得以释放，对冰冻破坏起到很好的缓冲作用。适宜的引气量以为宜。4.5.5碳化碳化对混凝土性能有明显的影响，首先是减弱对钢筋的保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧化钙，使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，其值可达到12.613。这种强碱性环境能使混凝
47、土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度，当值低于10时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了混凝土的抗拉强度和抗折强度。碳化作用产生的碳酸钙填充了水泥石的空隙，碳化放出的水分又水泥的水化进行，因而提高了碳化层的密实度及抗压强度。4.5.6影响混凝土碳化速度的主要因素有：（1）水泥品种。掺混合材的水泥，因其氢氧化钙含量较少，碳化比普通水泥快。（2）水灰比。水灰比大的混凝土，因孔隙较多，二氧化碳易于进入，碳化也快。（3）环境湿度。在相对湿度为5075的环境时，碳化最快。相对湿度小于25或达到100时，碳化停止。因为碳化需要水分，但不能堵塞二氧化碳的通道。此外，空气中二氧化碳浓度越高，碳化速度也越快。（4）硬化条件。空气中或蒸汽中养护的混凝土，比在潮湿环境或水中养护的混凝土碳化快。因为前者促使水泥石形成多孔结构或产生微裂缝，后者水化程度高，混凝土较密实。4.6减水剂减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外加剂。减水剂的作用机理：减水剂多属于表面活性剂，它的分子结构是由亲水基团和憎水基团组成，当两种物质接触时（如水水泥，水一油，水一气），表面活性剂的亲水基团