| 混凝土外加剂的分类、命名与定义 一、引言 1 1 本标准适用于水泥混凝土外加剂的分类与命名，并对每一种被命名的外加剂给以定义。凡符合本标准第2、3章混凝土外加剂定义的每一种产品都应归属于本标准的某一类，并给予名称。 本标准也适用于水泥净浆或砂浆用外加剂。 1 2 每种外加剂按其具有的一种或多种功能给出定义，并根据其主要功能命名。复合外加剂具有一种以上的主要功能，按其一种以上功能命名。 1 3 混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入，用以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)。 1 4 本标准参照采用国际标准草案ISO/DIS 7690。 二、混凝土外加剂的分类 混凝土外加剂按其主要功能分为四类： 2 1 改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。 2 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。 2 3 改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。 2 4 改善混凝土其它性能的外加剂。包括加气剂、膨胀剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。 三、混凝土外加剂的名称及定义 3 1 普通减水剂 water-reducing admixture 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。 3 2 早强剂 hardening accelerator 加速混凝土早期强度发展的外加剂。 3 3 缓凝剂 set retarder 延长混凝土凝结时间的外加剂。 3 4 引气剂 air entraining admixture 在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。 3 5 高效减水剂 superplasticizer 在混凝土坍落度基本相同的条件下，能大幅度减少拌合用水量的外加剂。 3 6 早强减水剂 hardening accelerating and water reducing admixture 兼有早强和减水功能的外加剂。 3 7 缓凝减水剂 set retarding and water-reducing admixture 兼有缓凝和减水功能的外加剂。 3 8 引气减水剂 air entraining and water reducing admixture 兼有引气和减水功能的外加剂。 3 9 防止剂 water repellent admixture 能降低混凝土在静水压力下的透水性的外加剂。 3 10 阻锈剂 anti-corrosion admixture 能抑制或减轻混凝土中钢筋或其它预埋金属锈蚀的外加剂。 3 11 加气剂 gas forming admixture 混凝土制备过程中因发生化学反应，放出气体，而使混凝土中形成大量气孔的外加剂。 3 12 膨胀剂 expanding admixture 能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。 3 13 防冻剂 anti-freezing admixture 能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻，强度的外加剂。 3 14 着色剂 colouring admixture 能制备具有稳定色彩混凝土的外加剂。 3 15 速凝剂 flash setting admixture 能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。 3 16 泵送剂 pumping aid 能改善混凝土拌合物泵送性能的外加剂。 附加说明： 本标准由建筑材料科学研究院、中国建筑科学研究院、苏州砼水泥制品研究院、上海市建筑科学研究所、铁道科学研究院、南京水利科学研究院、水科水电科学研究院、长江科学院、冶金建筑科学研究院、同济大学、清华大学负责起草。 本标准主要起草人黄大能、吴兆琦、陈金川 |
混凝土外加剂合成技术、复配技术的工程应用
| 中国混凝土网 [2007-11-16] |
| 商品混凝土、工程混凝土、预制件混凝土等，现已大量使用外加剂。怎样经济、高效的使用外加剂，不单是节能、低成本的经济问题，也是一个技术问题。同时是我国外加剂今后发展的导向问题。因我国外加剂市场资源相对充沛，买方在市场中占据主导地位，外加剂的性能受买方技术要求的支配。外加剂的技术发展必然会受到影响，怎样科学、合理的使用外加剂，使其发挥应有的作用，现对外加剂生产——工程应用，作一些浅析。 一、外加剂应用现状，按市场使用目的来分 1、以满足商砼运输、泵送为目的的外加剂。 这类外加剂主要表现为掺量低(萘系减水剂及复配品)掺量在1％一1.5％(液体)左右。其特点是相对减水率较低，但缓凝保塑效果较好。购方使用这样的外加剂一股给的水灰比都较大，或所用水泥蓄水量较低。其购价也较低。水泥用量及混凝土集料成本较高。与不掺外加剂的空白混凝土相比(同塌落度)增强不大。 2、以满足商砼要求，有减水要求的外加剂。 这类外加剂掺量(液体)一般在2—2.5％，购方所使用的水泥蓄水量较大，或品种较多。商砼集料价位适中，可选用一部分质差价低的材料。商砼强度与空白(相同塌落度)相比有所增强。 3、以满足市场需求，供应高强混凝土和特种混凝土为使用目的的外加剂。 这类外加剂掺量一般为2.5～3％(不含抗渗、抗磨、抗冻等其它功能)，这类外加剂水灰比较低，购方对沙、石含泥量、细度、粒径、石粉含量、吸水等都有要求。同时对外加剂的减水率和易性、泌水率、增强性、保塑性、商混外观等有一定要求。这类外加剂具备了同强度要求下，调整、改变配合比，选择集料的可行性。 4、以满足特种工程需要的外加剂。 这类外加剂一般为多品种复合的外加剂或聚羧酸类减水剂，这类减水剂各项技术指标均能满足设计施工需要，可生产高质、耐久高强的混凝土。 综上所述，外加剂是按市场需求分类，在实际中，外加剂供应商不可能按照自己的标准来生产外加剂。满足市场，按照市场需求生产、研究外加剂技术性能是外加剂厂的主导发展方向。 二、外加剂生产——应用中的几个模式 1、 复配型 外加剂复配厂从合成减水剂厂及其它所需材料厂家购进原材料，进行功能性的叠加复合，加入载体后，供应给商砼站、工程使用单位。 这类厂投资少、见效快，有一定的利润空间。在外加剂行业中占60％以上。这类厂的技术差异较大，究其原因是复配组方技术、检验检测方法、商砼知识、原料采购方面的差异。 2、合成复配型 国内部分减水剂主料合成厂拥有自己的复配技术，可把自己的产品进行调整、复合，然后直供商砼站或]：程中使用。这类厂在行业中占有30％左右。技术上的差异在于合成工艺、 配方、原料及所掌握的同类产品中先进程度的工艺配方。单一产品的厂家和多品种产品厂家也有一定的差异。 3、复配使用型 这类企业大多属于商混站自建外加剂复配厂，白配白用，可节省部分外加剂使用资金，以增强企业商砼的竞争力。经济效益较好。也有施工单位自建外加剂厂的，目的为了节约资金和保证工程质量。这类企业由于自产白用对商砼集料相对熟悉，技术较简单。使用中可用外加剂解决商砼配合比问题，同时也可用调整商砼配合比解决外加剂的问题。在行业中商砼站(公司)建外加剂厂(复配、合成)的不足10％。这种模式是今后发展的趋势，也正是因此使的复配型企业经营更加困难，技术要求更高。并逐步建立自己的小型、多品种合成厂。 4、生产(合成、复配)经营、科研型 在国内有少数具有一定经济实力、技术实力的外加剂企业，这些企业在技术上位于前沿，有开发新产品、完成特种工程所需外加剂供应的能力。是外加剂行业中新产品、新技术的代表性企业，也是我国外加剂发展方向所在。 三、混凝土外加剂的应用中的性价比 简而言之就是以最少的价格获得最高质量的外加剂或商砼。 性价比有广义的性价比和狭义的性价比之分。广义的性价比以较广泛的范围来综合评定某种外加剂。如高性能混凝土所使用的高性能外加剂，价格一般都较高，单方混凝土成本也较高，但构成的建筑使用寿命则有大幅度增加。无论外加剂或商砼若按使用寿命计算，建筑成本则很低，实际上这类外加剂及商砼则单价并不高。国内重要工程建筑都以追求建筑的耐外性为目标，对外加剂质量也有严格要求，价位相对也较高，追求高性能外加剂，使用高性能混凝土，建设高质量工程建筑是今后的发展方向。 高性能外加剂在普通商砼中销售也遇到了困难，市场竞争激烈，关注近期利益的现象普遍存在。生产、使用一般性能的外加剂成为了普通现象。由于外加剂材料成本、工艺等因素使减水率在14—25％以的外加剂、萘系减水剂占有主导地位。使一些高性能的外加剂少量进入这一市场。 狭义的性价比狭义的性价比分为以下几个方面： A、减水剂品种间的性能价格比较。如萘系、蒽系、木质素类、氨基磺酸盐类、脂肪族及三聚氰铵类、糖密类等。 B、各成品(如缓凝减水剂、泵送剂、早强、防冻减水剂)的不同生产厂家的对比。一般按外加剂掺量乘价格进行比较(相同减水率和塌落度及保留值、强度等)。 C、掺不同外加剂生产同质量混凝土单价的比较。这种性价比以降低混凝土单方成本为目的。其中需要按外加剂性能对配合比进行调整，以取得最佳的性价比。要获得好的性价比， 同一品种外加剂需要好的配合比，集料、拌合水，检验方法，生产工艺等来配合。 影响减水剂性价比发挥的因素有： (1)水泥 水泥的质量直接关系到外加剂的减水率、保塑性。同一外加剂，使用不同品牌的水泥在同配合比下会有很大差异。这种差异在于：水泥配料、工艺等因素，影响因素的有水泥生产时的助磨剂品种，特别是以提高水泥近期强度为目的的超早强型助磨剂。水泥存放期和温度也是影响外加剂发挥作用的重要因素。实证明近期(1—3天)、高温(50—80℃)水泥使用泵送 剂时达到正常状态时的技术指标要增加25—30％的掺量。 (2)拌和水，检验用水 能影响到减水剂及混凝土性能的还有水，其中水温是一个原因，在南方地区暑季施工时问题较突出。温度较高的水使混凝土水化加快，外加剂有效成份迅速衰减。表现为减水率低，塌落度损失快。水处理剂也是影响外加剂的重要原因，有的水在使用时要加入一些处理剂(如自来水)其中酸性水处理剂在自来水中用量很少，但对外加剂影响很大。了解水源水处理时使用的成份对提高外加剂使用质量有很大帮助。同时水的成份，特别是地下水，水质对外加剂发挥好的性能有一定影响。 (3)沙石及其它物料 沙石的一些常规技术要求指标对外加剂和混凝土都有一定的影响，在此不再重述。 (4)外加剂的配伍。 外加剂的组配生产要按各地实际情况进行，有针对性的进行科学组织，不能用“萘系减水剂+水+葡萄糖酸钠+引气剂”这种方法统吃天下。不合理的配方也是外加剂性价比低的一个因素。 四、外加剂应用中的技术 外加剂对水泥的适应性。 外加剂对水泥适应性的标准从水泥净浆流动度上看在规定掺量范围内，同一外加剂对多个水泥品种净浆流动度相差在20—30 mm范围内为适应。如果说对某水泥相差较大表示对该水泥适应性较差。但混凝土试验较好，表示该减水剂适应性方面存在着一些差距，有减水组份或缓凝组份，没能发挥全部作用的现象。需进行复配技术的调整，也有的减水剂水泥净浆表现较好，一般为W／C=0.29流动度在220以上。但混凝土试验效果差，表现为初始塌落度低。原因有：A减水组份量不够；B缓凝组份量不足；C混凝土试验加水，加外加剂方法不对；D混凝土试验量不足，搅拌机内水泥垢吸水，搅拌时间过长等；E也有配合比集料问题如含泥、含石粉量大，风化裂纹沙、沙率大、石子级配和形状等因素；F水泥畜水量、温度出厂时间，拌合水等等。 调整外加剂与水泥适应性，发挥最大减水率是外加剂应用中的首要问题。 塌落度损失与控制
塌落度损失是指初拌混凝土，初始在200mm以上，1小时后在160—180mm左右范围内的技术调整。 与塌落度损失有关的因素有：初始塌落度值。一般来讲初始塌落度值(扩展度)越大，经时损失越小，初始值越小，损失越大。也越难控制。原因在于水泥、掺合料、沙、石等有个水系(含外加剂)的物理扩散，吸收的过程。也就是胶凝材料的湿润过程。这一过程一般从水和外加剂拌和后2—3分钟开始，20分钟左右逐步减小。在水泥净浆试验中或混凝土试验中一种外加剂的最大减水率往往表现在3分钟左右过后而减小。但也有的外加剂和水泥品种不会发生这一现象。 控制塌落度损失首先对外加剂而言要有足够的减水率对水泥要适应；混凝土中各集料要符合要求，水灰比一定要合理， 初始塌落度值，扩展度一定要在合理范围内。 举例：某混凝土配合比要求初始要求120mm，一小时后要100mm，这样对外加剂及配合比设计起来很难。因为按现有混凝土检测表准在初始120mm时，这样的用水量很低，加上外加剂的作用则用水量更少，不可克服的湿润现象(水系扩散)很快会使水份吸收。很难达到设计要求。如果我们把这一要求设计为空白基准混凝土(不加外加剂)的技术要求，我们通过外加剂就能完成满足这一技术要求。但要指出的是与基准混凝土相比，加入外加剂后初始塌落会增大。 如果我们想通过水灰比控制某项技术指标，换一种做法则更具有技术实施的灵活性，在水灰比、配合比不变的条件下，一小时后要塌落度80mm，初始塌落度可提高，那么就易做到了。 外加剂使用的组方 随着外加剂，混凝土技术的不断发展外加剂的组份也越来越复杂，和以前的外加剂相比，性价比越来越高。 外加剂在现代生产中采用多组份的原则。 A、减水组份多元化 减水组份的组织一般在2种以上的减水材料，有的泵送剂采用三元、四元复配技术，各种减水剂用量的合理组配，是按单一减水组份对某水泥的适应性而定的。同时还需对复合后效果进行检验、分析。各组份叠加有着一套试验方法，选择外加 剂品种，合理配量是组织减水组份的原则。 在实践中我们发现同一品种外加剂不同生产厂家的产品对某水泥而言有优劣之分。确定一个减水剂品种需从三方面衡量：一、单质减水率，二、复合减水率，三、复合保塑性及增强性。外加剂减水组份复配是一项简单、繁重的系列试验。 B、缓凝组份多元化
由于现代大规模的建设生产，水泥所需的优质矿材越来越少，水泥企业为了满足市场需求，不断进行技术的研发，使用部分代用材料，这样外加剂面对的情况越来越复杂，选用适当的减水组份，配合好缓凝组份才能使外加剂发挥更大的减水效果。从缓凝材料上可进行多品种的组合，可选碱性无机盐与酸性无机盐的组织，也可选用有机、无机物的组合。优良的缓凝组份是保证外加剂优良性能的重要组份，在这方面一些企业根据地方性水泥的特性、研究和开发了各种保塑剂，促使外加剂能充分发挥作用，这类保塑剂所用材料一般为较少用到品种、掺量很小、超越掺量起不到应有的作用，把几种掺量小，品种较多的缓凝组份组织在一起称为保塑剂。 缓凝组份使用得当能大幅度提高减水组份的减水率，从结构上讲，缓凝组份的分子型式与减水组份的分子形式结合在一起，会产生较复杂的新的分子结合物。使减水机理发生变化提高了减水效果。由现在的功能性叠加到今后的常温化学反应，制造使用新品种是今后的方向。 C、引气组份多元化 引气组份单一是目前一部分减水剂的基本结构，在引气组份中，有部分产品具有加强减水组份增水基的功能，同时也有加强亲水基功能的品种，通过试验，采用多组份引气剂发挥其增加减水，提高保塑性，提高混凝土流动性，抗冻融性、抗渗性是引气组份组织的关键所在。 总上所述外加剂从合成到工程应用是一项系统工程，不是几篇文章可说的清的，本文对其中几个环节作了初略的论述。认知、观点正确与否请给予指正。 |
2006年09月19日 星期二 17:25
一、建筑材料的定义和分类
人类赖以生存的总环境中，所有构筑物或建筑物所用材料及制品统称为建筑材料。本课程的建筑材料是指用于建筑物地基、基础、地面、墙体、梁、板、柱、屋顶和建筑装饰的所有材料。
建筑材料的分类：
1、按材料的化学成分分类，可分为无机材料、有机材料和复合材料三大类：
无机材料又分为金属材料（钢、铁、铝、铜、各类合金等）、非金属材料（天然石材、水泥、混凝土、玻璃、烧土制品等）、金属—非金属复合材料（钢筋混凝土等）；
有机材料有木材、塑料、合成橡胶、石油沥青等；
复合材料又分为无机非金属—有机复合材料（聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等）、金属—有机复合材料（轻质金属夹芯板等）。
2、按材料的使用功能，可分为结构材料和功能材料两大类：
结构材料——用作承重构件的材料，如梁、板、柱所用材料；
功能材料——所用材料在建筑上具有某些特殊功能，如防水、装饰、隔热等功能。
二、建筑材料的特点
建筑材料在工程中的使用必须有以下特点：具有工程要求的使用功能；具有与使用环境条件相适应的耐久性；具有丰富的资源，满足建筑工程对材料量的需求；材料价廉。
建筑环境中，理想的建筑材料应具有轻质、高强、美观、保温、吸声、防水、防震、防火、无毒和高效节能等特点。
三、技术材料的类型
我国常用的标准有如下三大类：
1、国家标准
国家标准有强制性标准（代号GB）、推荐性标准（代号GB/T）。
2、行业标准
如建筑工程行业标准（代号JGJ）、建筑材料行业标准（代号JC）等。
3、地方标准（代号DBJ）和企业标准（代号QB）。
标准的表示方法为：标准名称、部门代号、编号和批准年份。
第二章 建筑材料的基本性质
本章主要了解材料的组成、结构和构造对性质的影响；重点掌握材料的物理性质和力学性质。
一、材料的组成、结构及构造对性质的影响
材料的组成：包括化学组成和矿物组成。它是决定材料各种性质的重要因素。
材料的结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构。它是决定材料各种性质的最重要因素。
1、宏观结构（构造）：用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织称为宏观结构，可分为：
（1）致密结构—如钢材、有色金属、玻璃、塑料、致密的天然石材等，其特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好。
（2）多孔结构—如加气混凝土、泡沫塑料等，其特点是强度较低，吸水性大，抗渗和抗冻性较差，绝缘性较好。
（3）微孔结构—如普通烧结砖、建筑石膏制品等，其特点与多孔结构材料特点相同。
（4）纤维结构—如木材、竹材、玻璃纤维增强塑料、石棉制品等，其特点是平行纤维方向与垂直纤维方向的各种性质具有明显差异。
（5）片状或层状结构—如胶合板、纸面石膏板、各种夹心板等，其特点是平面各向同性，同时提高了材料的强度、硬度等，综合性能好。
（6）散粒结构—如砂子、石子、膨胀珍珠岩等，其特点是颗粒之间存在大量空隙，其空隙率大小主要取决于颗粒级配、颗粒形状及大小等。
2、细观结构：用光学显微镜所观察到的微米级组织结构称为细观结构。
材料的细观结构对其力学性质、耐久性等影响很大。
3、微观结构：用电子显微镜、X射线衍射仪等手段来研究材料原子、分子级的微观组织称为微观结构，分为晶体与非晶体。
二、材料的物理性质
（一）密度、表观密度与堆积密度
1、密度（ρ）：是指材料在绝对密实状态下，单位体积的干质量。
2、表观密度（ρo）：是指材料在自然状态下，单位体积的干质量。
3、堆积密度（ρoˊ）：是指粒状或粉状材料在堆积状态下，单位体积的质
量。
重点比较三者之间的区别。
（二）材料的密实度与孔隙率
1、密实度（D）：是指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体体积
占总体积的比例。
2、孔隙率（P）：指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。
D+P=1
（三）材料的填充率与空隙率
1、填充率（Dˊ）：是指散粒材料在堆积体积中，被其颗粒填充的程度。
2、空隙率（Pˊ）：是指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆
积体积的百分率。
Dˊ+Pˊ=1
（四）材料与水有关的性质
1、材料的亲水性与憎水性
材料在空气中与水接触时，能被水湿润者为亲水性，具有亲水性的材料称为
亲水材料；否则为憎水性，具有憎水性的材料称为憎水性材料。
2、材料的吸水性与吸湿性
（1）含水率（Wh）：指材料中所含水的质量占其干质量的百分率。
（2）吸水性：指材料与水接触吸收水分的性质，其大小用吸水率表示，分
为体积吸水率和体积吸水率。
一般材料的孔隙率愈大，吸水性愈强；开口而连通的细小孔隙愈多，吸水性
愈强；闭口孔隙，水分不易进入；开口的粗大孔隙，水分容易进入，但不能存留，故吸水性较小。
材料的吸水性会对其性质产生不利影响。如材料吸水后，使其质量增加，体积膨胀，导热性增加，强度和耐久性下降。
3、材料的耐水性
耐水性是指材料长期在水作用下，保持其原有性质的能力。结构材料的耐水性主要指强度的变化，用软化系数（KR）来表示。KR的大小，说明材料吸水饱和后其强度下降的程度。KR越大，表明材料吸水饱和后其强度下降越少，其耐水性越强；反之则耐水性越差。一般认为KR≥0.85的材料，称为耐水性材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构物，应选用KR≥0.85的材料；受潮较轻的或次要结构物，应选用KR≥0.75的材料。
4、材料的抗渗性
抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性能。用抗渗系数K表示。
5、材料的抗冻性
抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，其强度也不严重降低的性质。用抗冻等级表示。
抗冻等级是以试件在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，质量损失和强度下降均不超过规定数值的最大冻融循环次数来表示。
（五）材料的热性质
1、导热性
材料传递热量的性质称为材料的导热性。用导热系数λ表示。
导热系数越小，材料的隔热保温性能越好。
2、热容量
材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。用Q表示
3、热变形性
材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质，称为材料的热变形性。用线膨胀系数α表示。线膨胀系数α越大，表明材料的热变形量越大。
4、耐燃性
材料在空气中遇火不着火燃烧的性能，称为材料的耐燃性。按照遇火时的反应将材料分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。
三、材料的力学性质
1、强度：是指材料在外力（荷载）作用下不破坏时能承受的最大应力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗弯（抗折）、抗剪强度等。
2、强度等级：根据其极限强度的大小，划分成若干不同的等级，称为材料的强度等级。脆性材料主要根据其抗压强度来划分；塑性材料和韧性材料主要根据其抗拉强度来划分。
3、比强度：材料的强度与其表观密度的比值，称为比强度。它是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。比强度越大，则材料的轻质高强性能越好。
4、弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复到原形状的性质。
5、塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。
6、脆性：材料在外力作用下，直到破坏前并无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质。
7、韧性：材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质。
四、材料的装饰性
建筑装饰材料的作用主要起装饰作用、保护作用和其他特殊作用（绝热、防潮、防火、吸声、隔音等），而装饰效果主要取决于装饰材料的色彩、质感和线型。
五、材料的耐久性
材料在使用过程中，能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不失去其原有性能的性质。
第三章 气硬性胶凝材料
本章主要了解石灰、石膏、菱苦土、水玻璃的特性、技术性能要求和应用。
一、胶凝材料概念和分类
在建筑工程中，将散粒材料（如砂子、石子）或块状材料（如砖或石块）粘合为一个整体的材料，统称为胶凝材料。
胶凝材料可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。
有机胶凝材料又分为沥青类、天然树脂类、合成树脂类；无机胶凝材料又分为气硬性胶凝材料（如石膏、石灰、水玻璃、菱苦土）、水硬性胶凝材料（如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥及其他水泥）
二、建筑石膏的特性及应用
特性：1、凝结硬化快；2、微膨胀性；3、孔隙率大；4、耐水性差；5、抗火性好；6、塑性变形大。
应用：一般用于室内抹灰及粉刷、装饰制品、石膏板等。
三、石灰的特性
1、石灰的熟化：生石灰（CaO）加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。
生石灰中常含有过火石灰，过火石灰表面有一层深褐色熔融物，熟化很慢，当石灰已经硬化后，其中过火颗粒才开始熟化，体积膨胀，引起隆起和开裂。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰池中“陈伏“两周以上，”“陈伏”期间，石灰浆表面应留有一层水，与空气隔绝，以免石灰碳化。
2、石灰特性：石灰具有良好的保水性，凝结硬化慢、强度低，耐水性差；体积收缩大的特性。
四、菱苦土的应用
菱苦土地板具有保温、无尘土、耐磨、防火、表面光滑和弹性好等特性，若掺入耐碱矿物颜料，可将地面着色，是良好的地面材料。
菱苦土板有较高的紧密度与强度，而且具有吸音、隔热的效果，可做内墙板和其他建筑材料之用。
加筋的菱苦土具有较高的强度，可以代替木材制成垫木、柱子等构件。
菱苦土耐水性较差，故这类制品不宜用于长期潮湿的地方，菱苦土制品中不宜配置钢筋。
五、水玻璃
1、特性：水玻璃溶液可与水按任意比例混合，不同的用水量可使溶液具有不同的密度和粘度；水玻璃具有很强的酸腐蚀性，能抵抗多数无机酸、有机酸和侵蚀性气体的腐蚀；水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶能堵塞材料的毛细孔隙，起到阻止水分渗透的作用；水玻璃具有良好的耐热性能；水玻璃对眼睛和皮肤有一定的灼伤作用，使用时应注意安全防护。
2、应用：用于配制耐酸材料、耐热材料、涂料、灌浆材料、防水堵漏材料。
第四章 水泥
本章主要了解六种常用水泥的组成、特性及选用。
一、硅酸盐水泥
1、概念：由硅酸盐水泥熟料，0%~5%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。硅酸盐水泥分为不渗加混合材料的Ⅰ型硅酸盐水泥（代号P•Ⅰ）和掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的Ⅱ型硅酸盐水泥（代号P•Ⅱ）
2、主要熟料矿物：
硅酸三钙（3CaO•SiO2，简写为C3S），含量37%~60%；
硅酸二钙（2CaO•SiO2，简写为C2S），含量15%~37%；
铝酸三钙（3CaO•Al2O3，简写为C3A），含量7%~15%；
铁铝酸四钙（4CaO•Al2O3•Fe2O3，简写为C4AF），含量10%~18%。
3、水泥熟料矿物的水化特性
| 硅酸三钙 （C3S） | 硅酸二钙 （C2S） | 铝酸三钙 （C3A） | 铁铝酸四钙 （C4AF） | |
| 水化、凝结硬化速度 | 快 | 慢 | 最快 | 快 |
| 28d水化热 | 多 | 少 | 最多 | 中 |
| 强度 | 高 | 早期低、后期高 | 低 | 低 |
水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，随着时间的增长，失去可塑性（但无强度），这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝。由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。此后，产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的石状物—水泥石，这一过程称为水泥的硬化。
影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素：
（1）水泥组成成分；（2）石膏掺量；（3）水泥细度；（4）养护条件（温度、湿度）；（5）养护龄期；（6）拌和用水量；（7）外加剂；（8）贮存条件。
5、硅酸盐水泥的技术性质：
（1）细度：指水泥颗粒的粗细程度，它直接影响着水泥的性能和使用。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。
（2）凝结时间：分初凝时间和终凝时间。从加入拌和用水至水泥浆开始失去塑性所需的时间，称为初凝时间。自加入拌和用水至水泥将完全失去塑性，并开始有一定结构强度所需的时间，称为终凝时间。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。
（3）体积安定性：是指水泥在凝结硬化过程中，水泥体积变化的均匀性。体积安定性不良的水泥作废品处理。
（4）强度及强度等级：水泥强度是表明水泥质量的重要技术指标，也是划分水泥强度等级的依据。按标准方法制作的一组试件，分别测定3d和28d的抗压强度和抗折强度，根据测定结果，查表确定硅酸盐水泥的强度等级。
（5）碱含量：指水泥中Na2O和K2O的含量。国家标准规定：水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定.
国家标准中还规定：凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时称为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。若水泥仅强度低于规定指标时，可以降级使用。
二、掺混合材料的硅酸盐水泥
1、掺混合材料的作用：
在水泥熟料中加入混合材料后，可以改善水泥的性能，调节水泥的强度，增加品种，提高产量，降低成本，扩大水泥的使用范围，同时可以综合利用工业废料和地方材料。
根据掺入混合材料的数量和品种不同有：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
2、混合材料种类：
（1）活性混合材料：能与水泥水化产物氢氧化钙起化学反应，生成水硬性胶凝材料，凝结硬化后具有强度并能改善硅酸盐水泥的某些性质。常用有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。
（2）非活性混合材料：与水泥矿物成分不起化学作用或化学作用很小，将其掺入水泥熟料中仅起提高水泥产量、降低水泥强度等级和减少水化热等作用。材料有：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣及各种废渣。
3、普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号P•O。
特点：与硅酸盐水泥相比，早期硬化速度稍慢，3d的抗压强度稍低，抗冻性与耐磨性也稍差。
4、矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号P•S。
特点：与硅酸盐水泥相比，有以下特点：（1）凝结硬化慢；（2）早期强度低，后期强度增长较快；（3）水化热较低；（4）抗碳化能力较差；（5）保水性差，泌水性较大；（6）耐热性较好；（7）硬化时对湿热敏感性强。
5、火山灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号P•P。
特点：水化凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长率较大，水化热低，耐蚀性强，抗冻性差，易碳化，干缩较矿渣水泥显著，具有较高抗渗性。
6、粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号P•F。
特点：干缩性比较小、抗裂性好；吸水率小、配制的混凝土和易性较好。
7、复合水泥：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。代号P•C。
8、六种常用水泥的特性和常用水泥的选用详见教材表4.6和表4.7。
第五章 混凝土
本章主要了解普通混凝土的组成材料、主要技术性能和影响性能的因素，重
点掌握普通混凝土配合比设计的方法。
一、概述
混凝土是由胶凝材料、颗粒状的粗细骨料和水（必要时掺入一定数量的外加
剂和矿物混合材料）按适当比例配制，经均匀搅拌、密实成型，并经过硬化后而成的一种人造石材。土木建筑工程中，应用最广的是以水泥为胶凝材料，以砂、石为骨料，加水拌制成混合物，经一定时间硬化而成的水泥混凝土。
1、混凝土的分类：
（1） 按胶结材料分：水泥混凝土、石膏混凝土、沥青混凝土及聚合物混凝
土等。
（2）按表观密度分：重混凝土、普通混凝土、轻混凝土及特轻混凝土。
（3）按性能与用途分：结构混凝土、水工混凝土、装饰混凝土及特种混凝
土。
（4）按施工方法分：泵送混凝土、喷射混凝土、振密混凝土、离心混凝土
等。
（5）按掺合料分：粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、磨细高炉矿渣混凝土、纤
维混凝土等。
2、混凝土的特点：
优点：（1）使用方便；（2）价格低廉；（3）高强耐久；（4）性能易调；（5）
有利环保。
主要缺点：自重大、抗拉强度低、呈脆性、易裂缝。
二、组成材料
基本材料是：水泥、水、砂子和石子。砂石主要起骨架作用；水泥加水形成
的水泥浆，在硬化前起润滑作用，硬化后起胶结作用。
1、水泥：根据工程性质、部位、施工条件、环境状况等，依据水泥特性选
择水泥品种。一般水泥强度等级标准值为混凝土等级标准值的1.5~2.0倍。
2、骨料：按骨料粒径分为粗骨料（粒径大于5mm）和细骨料（粒径小于5mm）。
在行业标准中，从泥和泥块含量、有害物质含量、坚固性、碱含量、级配和粗细程度、骨料的形状和表面特征和强度等方面对砂石提出了明确的技术质量要求。
3、混凝土用水
基本质量要求是：不能含影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质；无损于混凝
土强度发展及耐久性；不能加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；保证混凝土表面不受污染。
4、混凝土外加剂
是指在拌制混凝土过程中，根据不同的要求，为改善混凝土性能而掺入的物
质。其掺量一般不大于水泥质量的5%（特殊情况除外）。
外加剂按其主要功能，一般有减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、
膨胀剂、防冻剂、阻锈剂等。
四、普通混凝土的主要技术性能
1、新拌混凝土的和易性
新拌混凝土是指将水泥、砂、石和水按一定比例拌合但尚未凝结硬化时的拌
合物。
和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性三方面含义。流
动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填充模板各个角落的性能。粘凝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，不致发生分层和离析的现象，能保持整体均匀的性质。保水性是指新拌混凝土在施工过程中，保持水分不易析出的能力。
影响和易性的主要因素：（1）水泥浆的数量和水灰比；（2）砂率；（3）组成
材料的性质；（4）时间和温度。
2、混凝土强度
混凝土立方体抗压强度（简称抗压强度）是指按标准方法制作的边长为
150mm的立方体试件，在标准养护条件（温度20±3℃，相对湿度大于90%或置于水中）下，养护至28天龄期，经标准方法测试、计算得到的抗压强度值。用fcu表示。
非标准试件的立方体试件，其测定结果应乘以换算系数，换成标准试件强度
值：边长100mm的立方体试件，应乘以0.95；边长200mm的立方体试件应乘以1.05。
普通混凝土划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、
C50、C55等11个等级。强度等级表示中的 “C”表示混凝土强度，“C”后边的数值为抗压强度标准值。
影响抗压强度的主要因素：（1）水泥强度等级和水灰比；（2）骨料的影响；
（3）龄期与强度的关系；（4）养护温度和湿度的影响。
3、混凝土的变形性
（1） 化学收缩：混凝土硬化过程中，水化形起的体积收缩。收缩量随混凝
土硬化龄期的延长而增加，但收缩率很小，一般在40d后渐趋稳定。
（2）温度变形：温度变化形起的。对大体积混凝土极为不利。
（3）干缩湿胀：处在空气中的混凝土当水分散失时会引起体积收缩，称为
干缩；在受潮时体积又会膨胀，称为湿胀。
（4）荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形—弹塑性变形和弹性模量：混凝土是一种非匀质材
料，属弹塑性体。弹性模量反映了混凝土应力—应变曲线的变化。
徐变：混凝土在持续荷载作用下，随时间增长的变形。徐变有有利一面，也
有不利一面。影响混凝土徐变的主要因素是水泥用量多少和水灰比大小。
4、混凝土的耐久性
即保证混凝土在长期自然环境及使用条件下保持其使用性能。常见的耐久性
问题有：抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化、碱—骨料反应等。
五、混凝土的质量控制与强度评定
1、混凝土的质量控制
原材料及施工方面的影响因素：（1）水泥、骨料及外加剂等原材料的质量和
计量的波动；（2）用水量或骨料含水量的变化所引起水灰比的波动；（3）搅拌、运输、浇筑、振捣、养护条件的波动以及气温变化等。
试验条件方面的影响因素：取样方法、试件成型及养护条件的差异、试验机
的误差和试验人员的操作熟练程度等。
2、强度评定
混凝土配制强度：设计要求的混凝土强度保证率为95%时，配制强度fcu，o
≥fcu，k+1.5σ。
σ取值：设计强度等级低于C20时，取4.0；强度等级为C20~C35时，取
5.0；强度等级高于C35时，取6.0。
六、普通混凝土的配合比设计
混凝土配合比是指混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。
1、设计基本要点
（1）设计的基本要求：
A、满足混凝土结构设计要求的强度等级；
B、满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性；
C、满足与使用环境相适应的耐久性；
D、在满足以上三项技术性质的前提下，尽量做到节约水泥和降低混凝土成
本，符合经济性原则。
（2）、三个重要参数：水灰比、单位用水量和砂率。
2、普通混凝土配合比设计的方法和步骤
分三步进行：
（1）初步配合比计算
A、确定配制强度（fcu，o）
fcu，o≥fcu，k+1.5σ
B、初步确定水灰比值（W/C）
fcu，o=αafce（C/W-αb）
变为： W/C=αafce/（fcu，o+αaαb fce）
当计算所得的水灰比大于规定的最大水灰比值（表5.14）时，应取规定的最
大水灰比值。
C、确定1m3混凝土的用水量（mwo）
根据施工要求的坍落度值和已知的粗骨料种类及最大粒径，查表5.15，选取
单位用水量。
根据已选定的每1m3混凝土用水量（mwo）和已确定的水灰比（C/W）值，
求出水泥用量（mco）
D、计算混凝土的单位水泥用量（mco）
再根据结构使用环境条件和耐久性要求，查表5.14中规定的1m3混凝土最
小水泥用量。最后取两值中大者确定为1m3混凝土的水泥用量。
E、确定砂率（βs）
主要应根据混凝土拌合物的坍落度、粘聚性及保水性等特征来确定。一般应
通过试验找出合理砂率，或根据本单位对所用材料的使用经验选用合理砂率。如无使用经验，可按表5.16选取。
F、计算1m3混凝土的砂、石用量（mso，mgo）
用质量法和体积法计算。详见教材81页。
（2）实验室配合比的确定
A、和易性调整
调整原则：若流动性太大，可在砂率不变的条件下，适当增加砂、石用量；
若流动性太小，应在保持水灰比不变的情况下，增加适量的水和水泥；粘聚性和保水性不良时，实质上是混凝土拌合物中砂浆不足或砂浆过多，可适当增大砂率或适当降低砂率，调整和易性满足要求时的配合比。
B、强度复核
C、混凝土表观密度的校正
（3）混凝土施工配合比的确定
按工地上砂、石的实际含水情况进行修正后的混凝土配合比。
七、其他品种混凝土
1、高强混凝土
强度等级达到C60和超过C60的混凝土称为高强混凝土。
2、轻混凝土
是指干密度小于1950kg/m3的混凝土。包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和大
孔混凝土。
3、防水混凝土（抗渗混凝土）
是通过各种方法提高混凝土的抗渗性能，其抗渗等级等于或大于P6级的混
凝土。
防水混凝土按其配制方法大体可分为四类：富水泥浆法防水混凝土、引气剂
防水混凝土、密实剂防水混凝土、膨胀水泥防水混凝土。
4、聚合物混凝土
在混凝土组成材料中掺入聚合物的混凝土。一般可分为三种：聚合物水泥混
凝土、聚合物胶结混凝土、聚合物浸渍混凝土。
5、纤维混凝土
以普通混凝土为基材，将短而细的分散性纤维，均匀地撒布在普通混凝土中
制成的混凝土。其目的是提高混凝土的抗拉及抗冲击等性能与降低混凝土的脆性。
第六章 建筑砂浆
本章主要了解建筑砂浆的技术要求，砌筑砂浆的配合比设计方法，掌握砂浆
的主要技术性质和砌筑砂浆的配合比设计。
一、建筑砂浆概念
建筑砂浆是由胶凝材料、细骨料和水按一定的比例配制而成的建筑材料。
根据不同用途，建筑砂浆可分为砌筑砂浆、抹灰砂浆（普通抹灰砂浆、防水
砂浆、装饰砂浆等）、特种砂浆（如隔热砂浆、耐腐蚀砂浆、吸声砂浆等）。
按所用的胶凝材料不同，建筑砂浆分为水泥砂浆、石灰砂浆、石膏砂浆、混
合砂浆和聚合物水泥砂浆等等。常用的混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆和石灰粘土砂浆。
二、砂浆的组成材料
1、胶凝材料：主要胶凝材料是水泥。一般水泥强度等级应为砂浆强度等级
的4~5倍为宜。
2、细骨料：砂是建筑砂浆的细骨料。
用于毛石砌体的砂浆，砂子最大粒径应小于砂浆层厚度的1/4~1/5；对于砖
砌体使用的砂浆，宜用中砂，其最大粒径不大于2.5mm；抹面及勾缝砂浆，宜选用细砂，其最大粒径不大于1.2mm。
为保证砂浆质量，应选用洁净的砂，砂中粘土杂质的含量不宜过大，一般规
定为：M10及M10以上的砂浆应不超过5%；M2.5~M7.5的砂浆应不超过10%。砂中硫化物含量应小于2%。
三、砂浆的主要技术性质
1、新抹砂浆的和易性：是指砂浆易于施工并能保证质量的综合性质。包括
流动性和保水性。
流动性是指砂浆在自重或外力作用下流动的性能。大小用“沉入度”表示。
保水性是指砂浆能够保持水分的能力。好差用“分层度”表示。
2、硬化砂浆的强度和强度等级：砂浆的强度等级是以边长为70.7mm的立
方体试件，一组六块在标准条件下养护28d后，用标准试验方法测得的抗压强度平均值来确定，用fmu表示。
（1）不吸水基层：砂浆强度主要取决于水泥强度和水灰比。
fmu=0.29fce（C/W-0.4）
式中：fmu—砂浆28d的抗压强度（MPa）；
fce—水泥实际强度（MPa）；
C/W—水灰比。
（2） 吸水基层：砂浆强度主要决定于水泥强度等级和水泥用量，而与水灰
比无关。
fmu=（αfceQc/1000）-β
式中：fmu—砂浆28d的抗压强度（MPa）；
Qc—每立方米砂浆的水泥用量（kg）；
α，β—砂浆的特征系数，其中α=3.03，β=–15.09；
fce—水泥实测强度，精确至0.1MPa。
3、砂浆的粘结力：砂浆粘结力一般与抗压强度、砖石表面状态、清洁程度、
湿润情况以及施工养护条件等都有相当关系。
4、砂浆的变形性：砂浆在承受荷载或温度情况变化时，容易变形。
5、硬化砂浆的耐久性：是指砂浆在各种环境条件作用下，具有经久耐用的
性能。如砂浆的抗冻性、抗渗性。
四、砌筑砂浆
将砖、石、砌体等粘结成为整个砌体的砂浆称为砌筑砂浆。
砌筑砂浆配合比设计：
用于吸水基层的砂浆配合比设计步骤：
1、确定砂浆配制强度；
2、计算水泥用量；
3、确定掺加料用量QD；
4、砂的用量Qs；
5、用水量Qw；
6、配合比试配、调整与确定。
五、其他建筑砂浆
1、抹灰砂浆：按其功能不同可分为普通抹面砂浆、防水砂浆、装饰砂浆和
具有特殊功能的抹面砂浆等。
2、特种砂浆：有绝热砂浆、吸声砂浆、耐腐蚀砂浆、聚合物砂浆、防辐射
砂浆等。
第七章 墙体与屋面材料
本章重点熟悉普通粘土砖的主要技术性质。
一、烧结砖、瓦
1、烧结普通砖：
（1）标准尺寸：240mm×115mm×53mm；
（2）根据所用原料不同，可分为：烧结粘土砖（N）、烧结页岩砖（Y）、烧
结煤矸砖（M）和烧结粉煤灰砖（F）。
（3） 烧结普通砖的技术要求：包括尺寸偏差、外观质量、强度等级、抗风
化性、泛霜和石灰爆裂等。抗风化性能合格的砖，根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂分为优等品（A）、一等品（B）、合格品（C）三个质量等级。
强度等级：根据抗压强度将烧结普通砖分为MU30、MU25、MU20、MU15、
MU10五个等级。
2、烧结多孔砖、空心砖和空心砌块
（1） 烧结多孔砖：为大面有孔洞的砖。孔尺寸较小而数量多，其孔洞率等
于或大于15%，使用时孔洞垂直于受压面，主要用于建筑物承重部位。
分两种型号：M型（190mm×190mm×90mm）和P型（240mm×115mm×
90mm）；根据抗压强度、抗折荷重分为30、25、20、15、10、7.5六个强度等级。
（2） 烧结空心砖和空心砌块：为顶面有孔洞的砖或块，孔尺寸大而数量少，
其孔洞率一般可达30%以上，主要用于建筑物非承重部位。
尺寸有290mm×190mm×90mm和240mm×180mm×115mm两种；根据体
积密度分级为800、900、1100三个密度级别；每个密度级别根据孔洞及其排数、尺寸偏差、外观质量、强度等级和物理性能分为：优等品（A）、一等品（B）和合格品（C）三个等级。
3、烧结瓦：
是以粘土为原料，经模压（或挤出）成型、干燥、焙烧而成的制品，是一种
用于屋面的防水材料。
按颜色分为青瓦和红瓦，按使用部位分为平瓦和脊瓦等。
二、墙用砌块
砌块是用于砌筑的，形体大于砌筑砖的人造块材，按产品主规格的尺寸可分
为大型砌块（高度大于980mm）、中型砌块（高度为380~980mm）和小型砌块（高度大于115mm，小于380mm）。
砌块的分类：
1、按用途分：承重砌块和非承重砌块；
2、按有无孔洞分：实心砌块（无孔洞或空心率小于25%）和空心砌块（空
心率≥25%）；
3、按材质分：硅酸盐砌块、轻骨料混凝土砌块、加气混凝土砌块、混凝土
砌块等。
三、墙用板材及屋面板材
1、水泥类墙用板材：有较好的力学性能和耐久性，主要缺点是表观密度大、
抗拉强度低。
有预应力混凝土空心墙板、GRC空心轻质墙板、纤维增强水泥平板（TK板）、
水泥木丝板、水泥刨花板等类型。
2、石膏类墙用板材：主要纸面石膏板、石膏纤维板、石膏空心板、石膏刨
花板等。
3、植物纤维类板材：主要有稻草（麦秸）板、稻壳板、蔗渣板、麻屑板等。
四、复合墙板
主要由承受（或传递）外力的结构层和保温层及面层组成。优点是承重材料
和轻质保温材料的功能都得到合理利用，实现物尽其材，开拓材料来源。
有混凝土夹心板、泰柏墙板、轻型夹心板等。
五、屋面板材
第八章 建筑钢材
本章重点掌握建筑钢材的力学性能、钢材的冷加工强化以及钢材的标准与选
用。
一、钢材的概念及分类
钢材是以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。
建筑钢材是指建筑工程中使用的各种钢材，包括钢结构用各种型材（如圆钢、
角钢、工字钢、钢管）、板材，以及混凝土结构用钢筋、钢丝、钢铰线。
钢材的分类：
1、按冶炼方法分为转炉钢、平炉钢和电炉钢三种。
2、按脱氧方法分为沸腾钢、镇静钢和半镇静（半脱氧）钢。
3、按压力加工方式分为热加工钢材和冷加工钢材。
4、按化学成分分为非金属钢、低合金钢和合金钢。
5、按主要质量等级分为普通质量钢、优质钢和高级优质钢。
6、按用途分：建筑钢材一般分为钢结构用钢和混凝土结构用钢两种。
二、钢材的性质
1、钢材的性质：包括强度、弹性、塑性、韧性以及硬度等内容。
（1）抗拉强度：
建筑钢材的抗拉强度包括：屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。
屈服强度（屈服极限）：是指钢材在静载作用下，开始丧失对变形的抵抗能
力，并产生大量塑性变形时的应力。
屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据。
极限抗拉强度（抗拉强度）：是钢材在拉力作用下能承受的最大拉应力。
屈服强度和抗拉强度是钢材力学性质的主要检验指标。
疲劳强度：钢材承受交变荷载的反复作用下，可能在远低于屈服强度时突然
发生的破坏。
（2）弹性：钢材在静荷作用下，受拉初始阶段，应力与应变成正比例变化，
具有这种变形特征的性质称为弹性。其比值就是弹性模量E。弹性模量是衡量钢材低抗变形能力的指标。
（3）塑性：常用伸长率（或断面收缩率）和冷弯来表示。
伸长率是衡量钢材塑性的重要指标，伸长率越大，钢材塑性越好。
冷弯是钢材在常温下承受弯曲变形的能力。
（4）冲击韧性：是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。
（5）硬度：是在表面局部体积内，抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的
能力。
2、钢材组成对其性质的影响：
（1）钢材的基本组织有铁素体、渗碳体和珠光体三种。
铁素体：它赋予钢材以良好的延展性、塑性和韧性，但强度、硬度很低。
渗碳体：性质硬而脆，是碳钢的主要强度成分。
珠光体：强度较高，塑性和韧性介于铁素体、渗碳体之间。
（2）化学成分对钢材性质的影响：
碳：随着含碳量增加，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。
磷、硫：磷能使钢的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降，显著增加钢
的冷脆性。磷是降低钢材可焊性的元素之一。硫使钢材产生热脆性，大大降低了钢的热加工性和可焊性；硫偏析较严重，降低了冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。
氧、氮：严重降低钢的韧性，促进时效，降低可焊性。
硅、锰：当含量较低时（小于1%），可提高钢的强度，对塑性、韧性影响不
大。
三、冷加工、时效及焊接
1、冷加工：是钢材在常温下进行的加工。常见方式有冷拉、冷拔、冷扭、
刻痕等。
在一定范围内，冷加工变形程度越大，屈服强度提高越多，塑性和韧性降低
得越多。
2、时效：是钢材随时间的延长，强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现
象。
因时效而导致钢材能改变的程度称为时效敏感性。承受振动、冲击荷载作用
的重要性结构（如吊车梁、桥梁等），应选用时效敏感性小的钢材。
3、焊接：焊接质量取决于焊接工艺、焊接材料及钢的可焊性能。
四、建筑钢材的标准与选用
1、钢结构用钢：品种主要是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。
（1）碳素结构钢：
牌号及其表示方法：牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值（195、215、
235、255和275MPa五种）、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法等四部分按顺序组成。
选用：主要应用的是Q235；Q215钢强度低、塑性大、受力产生变形大，经
冷加工后可代替Q235钢使用；Q275钢虽然强度高，但塑性较差，有时轧成带肋钢筋用于混凝土中。
（2）低合金高强度结构钢：
牌号的表示方法：由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D、
E五级）三个部分组成。
应用：合金元素加入后，提高了钢材的屈服点，同时具有良好的塑性、冲击
韧性、可焊性及耐低温、耐蚀性等，可节约用钢量。
3、混凝土结构用钢：主要有热轧钢筋、冷拉热轧钢筋、冷拔低碳钢丝、冷
轧带肋钢筋、热处理钢筋和预应力混凝土用钢丝及钢绞线。
（1）热轧钢筋：有较高的强度，具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。
主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋。
（2）冷拉热轧钢筋：将热轧钢筋在常温下拉伸至超过屈服点小于抗拉强度
的某一应力，然后卸荷，即制成的钢筋。
（3） 冷轧带肋钢筋：是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表
面冷轧成三面有肋的钢筋。
（4） 热处理钢筋：是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组
织，从而获得需要性能的一种工艺过程。
（5）冷拔低碳钢丝：是将直径6.5~8mm的Q235（或Q215）圆盘条通过截
面小于钢筋截面的 合金拔丝而制成。
（5） 预应力混凝土用钢丝及钢绞线：是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、
再回火、冷轧或绞捻等加工而成的专用产品。
五、钢材的防火保护
1、钢结构的防火保护：
（1）根据不同的耐火极限要求，选用不同的保护方法；
（2）给钢柱加做箱形外套，在套内注入水；
（3）涂刷防火涂料。
2、钢筋的防火保护：增加保护层，或涂刷防火涂料。
六、钢材的腐蚀与防止
1、钢材腐蚀原因：化学腐蚀与电化学腐蚀。
3、防止主要方法：保护膜法、电化学保、合金化、提高混凝土的密实
| 度和碱度、足够的保护层厚度。 |
刘松柏
（中国三峡总公司工程建设部）
摘要： 水工混凝土必须掺加适量的外加剂，常用外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂等，也有复合使用两种功能的外加剂。使用的外加剂要进行适应性试验和优选。使用过程中对外加剂质量和掺量要严格控制。
关键词：外加剂；分类；优选；控制；检验
在混凝土、砂浆和净浆的制备过程中，掺入少量的（不超水泥用量的5％）能对混凝土、砂浆或净浆改变性能的一种产品，称为混凝土外加剂。
在混凝土中加入适量的外加剂，能提高混凝土质量，改善混凝土性能，减少混凝土用水量，节约水泥，降低成本，加快施工进度。随着技术的进步，外加剂已成为除水泥、粗细骨料、掺合料和水以外的第5种必备材料，掺外加剂是混凝土配合比优化设计和提高混凝土耐久性的一项重要措施。因此新修订的《水工混凝土施工规范》（DL/T5144－2001）强调，水工混凝土中必须掺加适量的外加剂。
1 外加剂的分类
混凝土外加剂按其主要功能可分为以下4类：
（1）改善混凝土拌和物流变性能的外加剂。包括普通减水剂和高效减水剂、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、防水剂和阻锈剂等。
（4）改善混凝土其他性能的外加剂。包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。
水工混凝土常用的外加剂种类主要有减水剂、缓凝剂、引气剂以及各种复合性的外加剂，如缓凝减水剂或缓凝高效减水剂、早强减水剂、引气减水剂，根据特殊需要，也掺用其它种类的外加剂，如泵送剂、防水剂、防冻剂等等。GB8076－1997《混凝土外加剂》、DL/T5100－1999《水工混凝土外加剂技术规程》等国家和行业标准对这些外加剂的性能指标和技术规程都有严格要求，可根据混凝土的不同需要进行选用。
2 减水剂
减水剂又称塑化剂或分散剂。拌和混凝土时加入适量的减水剂，可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水份释放出来，从而能明显减少混凝土用水量。
减水剂的作用是在保持混凝土配合比不变的情况下，改善其工作性；或在保持工作性不变的情况下减少用水 量，提高混凝土强度；或在保持强度不变时减少水泥用量，节约水泥，降低成本。同时，加入减水剂后混凝土更为均匀密实，改善一系列物理化学性能，如抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等，提高了混凝土的耐久性。
以往水工混凝土使用的减水剂一般是纸浆废液、木钙、糖蜜一类的普通减水剂，减水率不高，一般为5％～10％。随着对水工混凝土质量要求的提高，对减水剂的质量要求也越来越高。二滩、三峡等大型水电工程大量应用的萘系高效减水剂，减水率高达20%～30％，主要用来配制高强度和高流态混凝土或是需大幅度减少用水量的混凝土。高效减水剂对提高水泥使用效率具有明显效果，可节省水泥用量20％左右。三峡工程花岗岩人工骨料混凝土使用普通减水剂时，用水量高达 110 kg/m3左右，采用了优选的ZB－1A高效减水剂，并和DH9引气剂、Ⅰ级粉煤灰联掺后，用水量降至85 kg/m3左右，达到了国内外先进水平。三峡工程还使用了减水率更高的丙烯酸类高效减水剂X404，减水率在30％以上，但这类减水剂的价格昂贵，主要用在高强度混凝土部位。
3 缓凝剂
缓凝剂能延缓混凝土凝结硬化时间，便于施工；能使混凝土浆体水化速度减慢，延长水化放热过程，有利于大体积混凝土温度控制。缓凝剂会对混凝土1～3 d早期强度有所降低，但对后期强度的正常发展并无影响。
一般缓凝剂可使混凝土的初凝时间延长1～4 h，但这对高温情况下大仓面混凝土施工是不够的。为了满足高温地区和高温季节大体积混凝土施工需要，国家“八五”科技攻关项目研究出了高温缓凝剂，这种缓凝剂能在气温为（35＋2）℃、相对湿度为（60＋5）％的条件下混凝土初凝时间为6～8 h。目前在三峡等工程中大量使用的缓凝高效减水剂，通过适当增加掺量，都可使混凝土初凝时间达到6～8 h以上，满足了35℃左右高温季节大仓面混凝土施工需要。
4 引气剂
引气剂是一种表面活性物质，是混凝土常用的外加剂之一，它能使混凝土在搅拌过程中从大气中引入大量均匀封闭的小气泡，使混凝土中含有一定量的空气。好的引气剂能引入混凝土中的气泡达10亿个之多，孔径多为0.05～0.2 mm，一般为不连续的封闭球形，分布均匀，稳定性好，这样能显著提高混凝土的抗冻性、耐久性（三峡工程内部混凝土抗冻融循环次数达150次以上，外部混凝土达300次以上）；同时还能改善混凝土和易性，特别是在人工骨料或天然砂颗粒较粗、级配较差以及在贫水泥混凝土中使用效果更好；改善混凝土的泌水和离析；减少混凝土渗透性，提高混凝土抗侵蚀能力。
引气剂的掺量一般在水泥重量的万分之0.3～2的范围内，由于掺量小，因此要称量准确，拌和均匀。另外，影响引气量的因素很多，如水灰比、水泥用量、砂率、集料、振捣方式、搅拌时间、坍塌度、成型温度等，都需严格规范操作，否则就达不到应有效果。
5 复合外加剂
复合外加剂是具有两种以上主要功能的外加剂，如缓凝减水剂同时具有缓凝和减水功能，引气减水剂同时具有引气和减水功能。
许多水电工程，特别是三峡工程，将两种外加剂复合使用，如缓凝高效减水剂和引气剂复合，同时具有高效减水、引气、缓凝作用，取得了很好的效果，既满足了大仓面浇筑混凝土缓凝的要求，又达到了减水和提高耐久性的目的。
6 外加剂的选用原则
一个工程使用什么样的外加剂应根据工程设计和施工技术要求在工程开工之前进行认真优选，并根据原材料进行严格的适应性试验论证确定。三峡工程在开工初期曾对全国近30个外加剂正规厂家生产的30多个品种按国家标准进行了初选试验，在此基础上，对初选出来的几个品质优良的产品，由3个具有资质的试验单位，结合三峡工程的原材料进行了全面的混凝土适应性试验，经过充分论证和严格评审，最终优选出了2～3个品质优选的、适合三峡工程实际情况的外加剂品种，满足了大仓面、高强度混凝土施工需要，提高了混凝土的各种性能，取得了良好的经济效益。
为了方便管理，一个大中型工程优选出1～2种同类外加剂为宜（包括备用在内），一般情况下，在工程施工中不要随便更换外加剂品种。
相对于其他原材料而言，外加剂掺量虽然较少，但对混凝土质量至关重要，因此其掺量经试验论证确定之后，应严格控制，外加剂质量及其稳定性应按相关标准在出厂和使用过程中进行严格检验，外加剂的运输和储存也要按相关标准规定严格执行
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