（高职）建筑材料：高职《建筑材料》

第 1章 建筑材料的基本性质
主要内容,
? 1.1 材料的组成与结构
? 1.2 材料的状态参数和结构特征
? 1.3 材料的物理性质
? 1.4 材料的力学性质
? 1.5 材料的耐久性
? 重点内容,材料的基本状态参数,材料的物理性质
? 难 点,材料的物理常数
? 要 求,材料的基本状态参数
材料与水有关的性质
1.1 材料的组成与结构
建筑材料的基本性质,是指材料处于不同的使
用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本
的、共有的性质。因为土木建筑材料所处建
（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们
对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不
同，要求的性质也就有所不同。
一,材料的组成
1.化学组成
无机非金属建筑材料的化学组成,以各种氧化
物含量来表示。
金属材料,以元素含量来表示。
化学组成决定着材料的化学性质，影响其物
理性质和力学性质。
2,矿物组成
材料中的元素和化合物以特定的矿
物形式存在并决定着材料的许多重要
性质。
矿物组成是无机非金属材料中化合
物存在的基本形式。
3,相组成
材料中结构相近性质相同的均匀部分。
二,材料的结构与构造
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。其尺寸约为毫
米级大小，以及更大尺寸的构造情况。
宏观构造，按孔隙尺寸可以分为：
（ 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.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。
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。从宏
观、亚微观和微观三个不同层次的结构上
来研究土木工程材料的性质，才能深入其
本质，对改进与提高材料性能以及创制新
型材料都有着重要的意义。
三,材料的状态参数和结构特征
1, 材料的体积
体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有
不同的物理状态，因而表现出不同的体积。
（ 1） 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Ｖ表示材料的绝对密实体积
（ 2） 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。
（ 3）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。材料的堆集
体积一般以 来表示。
V?
1,材料的密度
材料的密度是指材料在绝对密实状态下
单位体积的质量，按下式计算,
式中,ρ — 密度,g/cm3 或 kg/m3
m— 材料的质量,g 或 kg
V— 材料的绝对密实体积,cm3 或 m3
测试时，材料必须是绝对干燥状态。
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。
V
m
??
3、视密度（表观密度）
1.定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积
十闭口孔隙体积）的质量，称为称视密度。
1.公式,
式中,ρt—— 石料的视密度（表观密度），ｇ／ｃｍ ３ ；
ｍ、Ｖ —— 意义同前；
Ｖ B—— 石料闭口孔隙的体积，ｃｍ ３ 。
测定方法：排水法
B
t
vv
m
?
??
T
4、毛体积密度（体积密度）
? 定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体
积（包括孔隙在内）的质量。
? 公式,
式中,—— 石料的毛体积密度，ｇ／ｃｍ 3
—— 石料开口孔隙体积，ｃｍ 3
ｍ，ｖ,ｖ B—— 意义同前。
? 材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用
精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶
解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。
0
0 V
m
vvv
m
KB
?
??
??
0?
Kv
T
5、表观密度
表观密度（俗称, 容重, ）是指材料
在自然状态下单位体积的质量。
按下式计算,
00 V
m??
式中 ρ 0— 材料的表观密度,g/cm3 或 kg/m3
m — 材料的质量,g 或 kg
V0— 材料的表观体积,cm3 或 m3
材料的表观体积是指包括内部孔
隙在内的体积。因为大多数材料的表
观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的
多少，孔隙中是否含有水及含水的多
少，均可能影响其总质量（有时还影
响其表观体积）。因此，材料的表观
密度除了与其微观结构和组成有关外，
还与其内部构成状态及含水状态有关，
一般以干燥状态下的测定值为准。
6,材料的堆积密度
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。
按下式计算,
式中 ρ 0,— 材料的堆积密度,g/cm3 或
kg/m3
m — 材料的质量,g 或 kg
V0,— 材料的堆积体积,cm3 或 m3
'
0
'
0 V
m
??
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。
在土木建筑工程中，计算材料用量、构
件的自重，配料计算以及确定堆放空间
时经常要用到材料的密度、表观密度和
堆积密度等数据。
例 1：烧结普通砖的尺寸为
240mm3 115mm3 53mm，已知其孔
隙率为 37%，干燥质量为 2487g，
浸水饱和后质量为 2984g。试求
该砖的体积密度（表观密度）
（毛体积密度）密度、密度、吸
水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。
解,ρ o=m1/Vo=2487/1461.8=1.7g/cm3
P=V孔 /Vo3 100%=37%
V孔 /1461.83 100%=37%
故 V孔 =541.236cm3,
V=Vo-V孔
=1461.8-541.236 =921.6cm3
ρ =m1/V=2487/921.6=1.7g/cm3
W=(m2-m1)/m13 100%=(2984-
2487)/24873 100%=20%
PK=(m2-m1)/Vo3 1/ρ W3 100%=(2984-
2487)/1461.83 13 100%=34%
PB=P-PK=37%-34%=3%
例 2：破碎的岩石试件经完全干燥后，其质量为
482g，将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子
吸水饱和后，量筒的水面由原来的 452cm3上升至
630cm3。取出石子，擦干表面水分后称得质量为
487g。试求该岩石的视（表观）密度、体积密度
及吸水率？
解：因 m1=482g,m2=487g,V+VB=630-452=178cm3（
闭 +实体）故,ρ ′ =m1/V+VB=482/178=1.71g/cm3
ρ o=m1/Vo=482/(178+5)=1.63g/cm3
W=(m2-m1)/m13 100%=(487-
482)/4823 100%=1%
例 3：有一个 1.5升的容器, 平装满碎石后, 碎石重 1.55Kg。 为
测其碎石的表观密度, 将所有碎石倒入一个 7.78升的量器中, 向
量器中加满水后称重为 9.36Kg,试求碎石的表观密度 。 若在碎石
的空隙中又填以砂子, 问可填多少升的砂子？
（ 9.36-1.55） 水的重量既水的体积
解：表观密度,ρ =m/V=1.55/(7.78-(9.36-1.55))=1.63kg/m3
堆积密度,ρ o=m/Vo=1.55/1.5=1.7kg/L
空隙率,P=(l-ρ o/ρ )3 100%=(1-1.7/1.63)3 100%=35.4%
砂的体积,Vo=1.53 35.4%=0.53(L)
7,材料的密实度
密实度是指材料体积内被固体物质充实的程
度。密实度的计算式如下,
对于绝对密实材料,因 ρ 0 =ρ,故密实
度 D =1 或 100%。对于大多数土木工程材料,
因 ρ 0 〈 ρ,故密实度 D ? 1 或 D ? 100%。
ρ — 密度； ρ 0— 材料的表观密度
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。
?
? 0
0
??
V
V
D
?8,孔隙率
材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体
积占材料总体积的百分率。孔隙率 P按
下式计算,
?
? 0
0
0 1 ????
V
VVP
V— 材料的绝对密实体积,cm3 或 m3
V0— 材料的表观体积,cm3 或 m3
ρ 0— 材料的表观密度,g/cm3 或 kg/m3
ρ — 密度,g/cm3 或 kg/m3
9、材料的孔隙
(一 ).孔隙形成的原因
(1).水分子的占据作用
建筑材料加水拌和,用水量通常超过理论上
的用水量,多余的水分占据的空间即为孔隙
(2).外加的发泡作用
如生产加气混泥土等的各种发泡剂,可在材
料中形成 大量的孔隙
(3).火山作用
火山爆发时,喷到空中的岩浆,,冷却后在岩
石中形成大量的孔隙
(4).烧结作用
10、孔隙的类型及对材料性质的影响
? (二 )孔隙的类型
(1)连通孔隙 (2)封闭孔隙 (3)
半封闭孔隙
? (三 ).孔隙对材料性质的影响 (孔隙增多 )
(1).材料的体积密度减小
(2).材料受力的有效面积减小,强度降低
(3).体积密度减小,导热系数和热容随之减小
(4).透气性,透水性,吸水性变大
(5).对抗冻性,要试孔隙大小和形态而定,有 些
能提高抗冻性
11、填充率,
散粒材料资某容器的堆积体积中，被其颗
粒填充的程度，用 D′表示：可用下式公式计算,
％％ 1 0 01 0 0
0
0
0
0 ????
?
??
?
?
V
VP
12,空隙率
空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,
颗粒之间的空隙体积所占的比例。空
隙率 P,按下式计算,
ρ 0— 材料的表观密度 ;ρ 0,— 材料的堆积密度
空隙率的大小反映了 散粒材料的颗粒
互相填充的 致密程度。空隙率可作为
控制混凝土骨料级配与计算含砂率的
依据。
0
00
0
00 11
?
? ???
?
??
?
????
V
V
V
VVP
四,材料的物理性质
1.材料与水有关的性质
（ 1） 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。
?工程实际中，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 θ 愈小，表明材料愈易被水
润湿。当材料的润湿角 θ ＜９０ ? 时，
为亲水性材料；当材料的润湿角 θ ＞９
０ ? 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，见图 1-1
图 1－ 1 材料润湿示意图
（ａ）亲水性材料；（ｂ）憎水性材料
（ 2） 材料的吸水性
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
1,质量吸水率
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，
并以ｗ m 表示。质量吸水率ｗ m 的计算公式
为,
%1 0 0?
?
?
g
gb
m m
mm
W
式中 mb——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或 kg）
mg——材料在干燥状态下的质量（ｇ或 kg）。
1,体积吸水率
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，
并以 WＶ 表示。体积吸水率 WＶ 的计算公式
为,
%100
1
0
??
?
?
W
gb
v V
mm
W
?
式中 mb—— 材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或 kg）
mg—— 材料在干燥状态下的质量（ｇ或 kg）。
V0— 材料在自然状态下的体积，（ cm3 或 m3）
ρ w— 水的密度,（ g/cm3 或 kg/m3）,常温下
取 ρ w =1.0 g/cm3
?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
微孔隙愈多，其吸水率就愈大。
?3,材料的吸湿性,用含水率来表示
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。
?材料在任一条件下含水的多少称为材
料的含水率，并以Ｗ h表示，其计算公
式为,
%100?
?
?
g
gs
h
m
mm
W
式中 ms——材料吸湿状态下的质量
（ｇ或 kg）
mg——材料在干燥状态下的质量
（ｇ或 kg）。
? 显然，材料的含水率受所处环
境中空气湿度的影响。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。
4,材料的耐水性
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,
g
b
R f
f
K ?
式中 KR —— 材料的软化系数
fb — 材料吸水饱和状态下的抗压强度（ MPa）。
fg — 材料在干燥状态下的抗压强度（ MPa）
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。
? 材料耐水性限制了材料的使用环境，
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
Ｋ Ｒ ＞ 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 。
注意,随含水量增加，减弱其内部结合力，
导致强度下降。 KR>0.85，称为耐水材料
? 5,抗冻性,材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，
既不破坏强度又不显著下降的性质。
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 。
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 。
因素：水, 负温度
抗冻等级：能经受冻融循环的 最大次数
? 抗冻性
? 材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显
著降低的性质。
? 冻融循环
? 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５０ｍｍ的圆柱体或边长为５０ｍｍ的立方体试件，
放人烘箱（１０５ ℃ ± ５ ℃ ）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（ -１
５ ℃ ）冻结４ｈ，然后取出放人２５ ℃ ± ５ ℃ 的水中融解４ｈ，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。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的
次数有不同的要求，分为 15次,25次及 25次以上。
? 在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、
裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可
采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。
? 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。
材料的抗冻等级可分为Ｆ 15、Ｆ 25、Ｆ
50、Ｆ 100、Ｆ 200等，分别表示此材料
可承受 15次,25次,50次,100次,200
次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的
强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度
有关。
6,材料的抗渗性
抗渗性是材料在压力水作用下抵抗
水渗透的性能。土木建筑工程中许多材
料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材
料两侧的水压差较高时，水可能从高压
侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗
透到低压侧。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。
?（ 1） 渗透系数
材料的渗透系数可通过下式计算,
A t H
Qd
K ?
式中
K—渗透系数,（ cm / h） ;
Q—渗水量,（ cm3 ）
A— 渗水面积,（ cm2 ）
H — 材料两侧的水压差，（ cm）
d —试件厚度 （ cm）
t —渗水时间 （ h）
材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强 。
?（ 2） 抗渗等级
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,并以字母 P及可
承受的水压力（以 0.1MPa为单位）来表
示抗渗等级。
?如 P4,P6,P8,P10… 等，表示试件能承
受逐步增高至 0.4MPa,0.6MPa,0.8MPa、
1.0MPa… 的水压而不渗透。
?五,材料的热工性质
1,导热性
当材料两面存在温度差时，热量从材料一
面通过材料传导至另一面的性质，称为材
料的导热性。导热性用导热系数 λ 表示。
导热系数的定义和计算式如下所示,
?导热系数越小，绝热性能越好，差别很大，
一般在 0.035-3.5W／（ m·k）之间。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。
)( 12 ttFZ
Qd
?
??
式中
λ —— 导热系数，Ｗ／（ｍ ·Ｋ）；
Ｑ－传导的热量，Ｊ
ｄ — 材料厚度，ｍ；
Ｆ —— 热传导面积,m2
Ｚ一热传导时间,h；
（ t2-t1）－材料两面温度差,K
在物理意义上,导热系数为单位厚度 (1m)的材料、
两面温度差为 1Ｋ时、在单位时间 (1s)内通过单位面积
(1㎡ )的热量。
影响导热系数的因数
? 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,即空气愈多,导热系数愈小同类
材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大,则导热
系数随体积密度的件小而减小
? 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,热容量和比热
材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质
称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降
低 1Ｋ所吸收或放出的热量称为热容量系数或比
热。比热的计算式如下所示,
)( 12 ttm
QC
?
?
式中
C---材料的比热,J/（ g·K）
Q--材料吸收或放出的热量 (热容量 )
m---材料质量,g
（ t2 - t1） --材料受热或冷却前后的温差,K
比热是反映材料的吸热和放热能力
的理量。不同材料的比热不同，它对
保持建筑物内部温度温度有很大的意
义，比热大的材料，能在热流变动或
采暖设备供热不均匀时，缓和室内的
温度波动。
3,材料的保温隔热性能：热阻和传热系数
热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流
通过的能力，热阻的定义及计算式
为,
Ｒ＝ｄ /λ, 导热系数不大于 0.175的绝热材料。
式中 Ｒ —— 材料层热阻，（ m2·K） /W；
ｄ —— 材料层厚度，ｍ；
λ —— 材料的导热系数，Ｗ／ (ｍ ·K)
热阻的倒数１／Ｒ称为材料层（墙体或其它围护
结构）的传热系数。传热系数是指材料两面温度
差为 1Ｋ时，在单位时间内通过单位面积的热量。
– 4,材料的温度变形
?
材料的温度变形是指温度升高或
降低时材料的体积变化。除个别材料
以外，多数材料在温度升高时体积膨
胀，温度下降时体积收缩。这种变化
表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收
缩，相应的技术指标为线膨胀系数
（ α ）。
?材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为,
ΔL = （ t2 - t1） · α · L
式中
ΔL --线膨胀或线收缩量 （ mm 或 cm）
(t2-t1） --材料升（降）温前后的温度差（Ｋ）
α --材料在常温下的平均线膨胀系数 (１／Ｋ )
L---材料原来的长度（ｍｍ或ｍ）
土木工程中，对材料的温度变形大多关心其
某一单向尺寸的变化，因此，研究其平均线膨
胀系数具有实际意义。材料的线膨胀系数与材
料的组成和结构有关，常选择合适的材料来满
足工程对温度变形的要求。
六,材料的力学性质
?材料在外力作用下的变形性质
?试验条件对强度结果的影响
?强度标号与等级
1,材料的强度
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。
在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度
进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机
上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸
和破坏时的荷载值，计算材料的强度。
?根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、
抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。材料的
抗拉、抗压、抗剪强度的计算式如下,
A
F
f m a x?
式中 f------材料强度,MPa
Fmax--材料破坏时的最大荷载,N
A------试件受力面积,mm2
-
? 材料的抗弯强度与受力情况有关，一
般试验方法是将条形试件放在两支点上，
中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，
则其抗弯强度用下式计算,
2
m a x
2
3
bh
LF
f w ?
式中 fw------材料的抗弯强度,MPa
Fmax---材料受弯破坏时的最大荷载,N
A------试件受力面积,mm2
L------两支点的间距,mm
b,h---试件横截面的宽及高,mm
比强度,
—— 指材料强度与其表观密度之比 。
意义：反映材料轻质高强的指标 。
值越大, 材料越轻质高强
? 影响强度的因素,
?材料的组成
?孔隙率 增加 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 快 强度降低等
? 补充一：１．公路工程石料的力学性质
? １）抗压强度
? 石料的抗压强度，通常有单轴抗压强度和三轴抗
压强度两种。一般仅需要进行单轴抗压强度试验。
? 公路工程石料的抗压强度，是将石料制备成边长
为５０ｍｍ ± ０,５ｍｍ的正立方体或直径与高均
为５０ｍｍ ± ０,５ｍｍ的圆柱体试件，经吸水饱
和后，在规定的加载条件下单轴受压，石料试件
达到极限破坏时，单位受压面积的强度。
? 公式,
? 式中,—— 石料的抗压强度，ＭＰａ；
Fmax—— 试件极限破坏时的荷载，Ｎ；
Ａ ——试件的截面积，ｍｍ２。
? 石料的抗压强度值，取决于石料的组成结构，
同时也取决于试验的条件（如试件几何外形、
加荷速度、温度和湿度等） 。
A
Ff
sc
m a x?
scf
? 1.桥梁工程石料的力学性质
? 抗压强度是桥梁工程石料的主要力学指标，是确定石
料标号的主要依据。
桥用石料的抗压强度是将石料加工成边长为２０ｃｍ
的正立方体试件，经吸水饱和后，按规定的加荷条件单轴
受压，石料试件达到极限破坏时，单位受压面积的强度。
此亦作为石料的标号。
? 公式,
? 桥用石料的力学性质以抗压强度为基准，其他力学指
标（如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与
抗压强度的大约比值。
? 石料的技术标准
? ? qqsc KA
F
f
0
m a x?
?1,弹性和塑性
材料在外力作用下产生变形，当外力
取消后能够完全恢复原来形状的性质
称为弹性。这种完全恢复的变形称为
弹性变形（或瞬时变形）。
?材料在外力作用下产生变形，如果外
力取消后，仍能保持变形后的形状和
尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑
性。这种不能恢复的变形称为塑性变
形（或永久变形）。
?3,脆性和韧性
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。在
工程中使用时，应注意发挥这类材料
的特性。
?材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较
大能量而不破坏的性能，称为韧性或冲击
韧性。韧性以试件破坏时单位面积所消耗
的功表示。计算公式如下,
A
W
a kk ?
式中 a k -----材料的冲击韧性,J/mm2
Ｗ k-----试件破坏时所消耗的功,J；
A-------材料受力截面积。（ mm2）
?4,硬度和耐磨性
①硬度
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。
刻划法用于天然矿物硬度的划分，按
滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长
石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，
分为１０个硬度等级。
?回弹法用于测定混凝土表面
硬度，并间接推算混凝土的
强度；也用于测定陶瓷、砖。
砂浆、塑料、橡胶、金属等
的表面硬度并间接推算其强
度。
② 耐磨性
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。
材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公
式如下,
A
mm
G 21
?
?
式中 G------材料的磨耗率,（ g/cm2）
m1 ----材料磨损前的质量，（ g）
m2-----材料磨损后的质量，（ g）
A------材料试件的受磨面积 （ cm2）
? ２）磨耗率
? 石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、边缘剪力和摩擦的联
合作用的性质，也是评定石料等级的依据之一，可采用洛
杉矶试验法或狄法尔试验法测定。
? （１）洛杉矶试验法
? 洛杉矶试验法采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机。是
将石料试样洗净烘干，称出按我国标准规定的级配石料及
钢球。磨耗机以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的转速转动５００
转。由于在旋转中石料试样受到相互摩擦、冲击等力系的
综合作用，使石料试样产生磨耗和破碎。用２ｍｍ圆孔筛
或 1.7ｍｍ方孔筛筛去试样中的石屑，将剩余试样洗净烘
干，并称其质量。石料的磨耗率以经试验后石料试样的质
量损失百分率来表示。
? 公式,
?
100
1
21 ???
m
mmQ
磨
? （ 2）狄法尔试验法
? 狄法尔试验法采用狄法尔（或双筒）式磨耗试验机。它是
将石料破碎（人工或机械），并过筛选出５０～７５ｍｍ
的块石５０ ± ２块，共约５ｋｇ（每块质量约１００ｇ），
计两份，分别洗净烘干，装人磨耗机的两圆筒中，磨耗机
以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的转速转动１００００转，石料
的磨耗率同样是以通过２ｍｍ或１,7ｍｍ筛孔的质量损
失百分率来表示，亦按上式计算。
? 按我国标准规定，两种试验方法以洛杉矶试验法为标准
方法。
第五节 材料的耐久性
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
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。
在寒冷地区，冻融变化对材料会起着
显著的破坏作用。在高温环境下，经
常处于高温状态的建筑物或构筑物，
所选用的建筑材料要具有耐热性能。
在民用和公共建筑中，考虑安全防火
要求，须选用具有抗火性能的难燃或
不燃的材料。
?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。
材料的耐久性指标是根据工程
所处的环境条件来决定的。 例如处
于冻融环境的工程，所用材料的耐
久性以抗冻性指标来表示。处于暴
露环境的有机材料，其耐久性以抗
老化能力来表示。
?例 4,材料的密度, 表观密度, 堆积密度
有何区别？ 如何测定？ 材料含水后对三者
有什么影响？
?解 密度,表观密度,堆积密度,
V
m??
00 V
m?? '
0
'
V
m
??
V为材料的绝对密实体积
V0为材料的表观体积 (固, 液, 气 ）
V0,为材料的堆积体积
?对于含孔材料, 三者的测试方法要点如下：
测定密度时, 需先将材料磨细, 之后采用
排出液体或水的方法来测定体积 。 测定表
观密度时, 直接将材料放入水中, 即直接
采用排开水的方法来测体积；测定堆积密
度时, 将材料直接装入已知体积的容量筒
中, 直接测试其自然堆积状态下体积 。
?含水与否对密度, 表观密度无影响, 因
密度, 表观密度均是对干燥状态而言的 。
含水对堆积密度的影响则较复杂, 一般
来说是使堆积密度增大 。
? 例 5,某工地所用卵石材料的密度为 1.65g/cm3、
表观密度为 1.61g/cm3,堆积密度为 1680 kg/m3，
计算此石子的孔隙率与空隙率？
? 解
? 石子的孔隙率 P为,
%51.1
65.2
61.2111 0
00
0 ?????????
?
?
V
V
V
VVP
石子的空隙率 P,为,
%63.35
61.2
68.1111
0
0
0
0
0
00 ??????
?
??
?
????
?
?
V
V
V
VVP
? 例 6,某石材在气干, 绝干, 水饱和情况下测得
的抗压强度分别为 174,178,165 MPa,求该石
材的软化系数, 并判断该石材可否用于水下工程 。
? 解
? 该石材的软化系数为,
93.0
1 7 8
1 6 5
???
g
b
R f
f
K
由于该石材的软化系数为 0.93，大于 0.85，故该
石材可用于水下工程。
第 2章 石材
天然石材
天然石材,
—— 指从天然岩石中采得的毛石，或经加工制成
的石块、石板及其定型制品等。
优点,抗压强度高、耐久性好、生产成本低等。
是古今土木建筑工程的主要建筑材料。
工程砌筑石材
1.工程对砌筑石材的要求
（１）石材尺寸规格
常用的砌筑石材有毛石和料石。
毛石 —— 为不规则形，但毛石的中间厚度不小于 15ｃｍ，
至少有一个方向的长度不小于 30㎝,平毛石应有两个大致
平行的面。
料石 —— 宽度和厚度均不宜小于 20ｃｍ，长度不宜大于
厚度的４倍，形状应大致呈六面体。
（２）石材抗压强度
根据边长 70ｍｍ立方体试件的抗压强度，砌筑石材
的强度等级分为：ＭＵ 10、ＭＵ 15、ＭＵ 20、ＭＵ 30、
ＭＵ 40、ＭＵ 50、ＭＵ 60、ＭＵ 80、ＭＵ 100共九个等
级。
（３）石材耐水性
石材的耐水性用软化系数 K表示。高耐水性石材，
其软化系数为 k＞ 0.90,中耐水性石材，其软化系数为
0.7～ 0.9,低耐水性石材,其软化系数为 k＝ 0.6～ 0.7。
石材抗冻性
? —— 试件在规定的冻融循环次数内无（穿过试件两棱角的）
贯穿裂纹，质量损失不超过５％，强度降低不大于２５％的石
材方为合格。
? 对于有特殊要求的工程，还可能要求石材的耐磨性、吸水
性或抗冲击性。
? 决定石材上述技术性质的因素有：矿物组成、结构特征、
构造特点、受风化作用的程度等。
? 常用砌筑石材有花岗岩、石灰岩、砂岩、片麻岩等。
?（ ２ ） 石材抗压强度
?根据边长 70ｍｍ立方体试件的抗压强度,
砌筑石材的强度等级分为ＭＵ 10,ＭＵ 15、
ＭＵ 20,ＭＵ 30,ＭＵ 40,ＭＵ 50,ＭＵ
60,ＭＵ 80,ＭＵ 100共九个等级 。
石材试件的尺寸强度换算系数
立方体边长（ cm ）
200 150 100 70 50
换算系数
1, 4 3 1, 2 8 1, 1 4 1, 0 0 0, 8 6
? （ ３ ） 石材耐水性
? 石材的耐水性用软化系数 K表示 。 高耐水性石材, 其
软化系数为 K＞ 0.90,中耐水性石材, 其软化系数为
0.7～ 0.9,低耐水性石材,其软化系数为Ｋ＝ 0.6~0.7。
? (４ ) 石材抗冻性
? 试件在规定的冻融循环次数内无 （ 穿过试件两棱角的 ）
贯穿裂纹, 质量损失不超过５ ％, 强度降低不大于２５
％ 的石材方为合格 。
? 对于有特殊要求的工程, 还可能要求石材的耐磨性,
吸水性或抗冲击性 。 决定石材上述技术性质的因素有：
矿物组成, 结构特征, 构造特点, 受风化作用的程度等 。
? 常用砌筑石材有花岗岩, 石灰岩, 砂岩, 片麻岩等 。
?装饰石材
天然大理石
—— 天然大理石是石灰岩或白云岩在地壳内经过高温高压作用形成的
变质岩，多为层状结构，有明显的结晶，纹理有斑纹、条纹之分，是
一种富有装饰性的天然石材。
成分,化学成分为碳酸盐，矿物成分为方解石或白云石。
颜色,纯大理石为白色，当含有部分其它深色矿物时，产生多种色彩与优
美花纹。从色彩上来说，有纯黑、纯白、纯灰、墨绿等数种。
纹理,有晚霞、云雾、山水、海浪等山水图案、自然景观。
优点,抗压强度较高，但硬度并不太高，易于加工雕刻与抛光。工程装饰
中得以广泛应用。
缺点,长期受雨水冲刷，特别是受酸性雨水冲刷时，易被侵蚀而失去原貌
和光泽，影响装饰效果。因此大理石多用于室内装饰。
?大理石抗压强度较高，但硬度并不太高，
易于加工雕刻与抛光。由于这些优点，
使其在工程装饰中得以广泛应用。当大
理石长期受雨水冲刷，特别是受酸性雨
水冲刷时，可能使大理石表面的某些物
质被侵蚀，从而失去原貌和光泽，影响
装饰效果，因此大理石多用于室内装饰 。
—— 建筑用天然花岗石
由天然花岗石加工成板材、块材用于建筑装饰工程中。花岗岩是典型
的火成岩，是全晶质岩石。
主要成分,石英、长石和少量的暗色矿物和云母。
结构,按结晶颗粒大小，分为细粒、中粒和斑状等。
颜色,呈灰色、黄色、蔷薇色、红花等。优质花岗岩石英含量多（２０～
４０％），云母含量少，晶粒细而匀，结构紧密，不含其他杂质,
抛光后光泽明亮，不易风化，色调鲜明，花色丰富，庄重大方。
优点,比大理石密度大，密度为 2300～ 2800㎏ /ｍ 3，抗压强度高达 120～
250MPa。孔隙率吸水率极低，材质硬度高，其耐磨、耐久、耐腐蚀性能
均优于其他石材。经抛光后，是室内外地面、墙面、踏步、柱石、勒脚等
处首选装饰材料。
? 例,选用天然石材的原则是什么？ 为什么一般大理
石板材不宜用于室外？
? 解
? 选用天然石材时应满足以下几方面的要求,
? 1,适用性 。 是指在选用建筑石材时, 应针对建筑
物不同部位, 选用满足技术要求的石材 。 如对于结
构用石材, 主要要求指标是石材的强度, 耐水性,
抗冻性等；饰面用石材, 主要技术要求是尺寸公差,
表面平整度, 光泽度和外观缺陷等；
? ２, 经济性 。 由于天然石材自重大, 开采运输不方
便, 故应贯彻就地取材原则, 以缩短运距, 降低成
本 。 同时, 天然岩石雕琢加工困难, 加工费工耗时,
成本高 。 一些名贵石材, 价格高昂, 因此选材时必
须予以慎重考虑 。
?2.色彩 。 石材装饰必须要与建筑环境相协调,
其中色彩相融性尤其明显和重要 。 因此选用
天然石材时, 必须认真考虑所选石材的颜色
与纹理, 力争取得最佳装饰效果 。
?天然大理石化学成分为碳酸盐 。 当大理石长
期受雨水冲刷, 特别是受酸性雨水冲刷时,
可能使大理石表面的某些物质被侵蚀, 从而
失去原貌和光泽, 影响装饰效果, 因此一般
大理石板材不宜用于室外装饰 。
第 3章 气硬性胶凝材料
胶凝材料（结合料）
—— 经物理、化学作用，能将散粒
状或块状材料粘结为整体的材料。
气硬性胶凝材料
—— 只在空气中硬化
（石灰、石膏） 无机胶凝材料
（以无机化合物为基本成分）
按凝结硬化
条件分类 水硬性胶凝材料
—— 空气、水中皆可硬化
（水泥）
有机胶凝材料
（天然的或合成的有机
高分子化合物为基本成分）
（沥青, 树脂）
?只能在空气中硬化, 保持或继续发展强度
的无机胶凝材料称为气硬性无机胶凝材料 。
不仅能在空气中, 而且能更好地在水中硬
化, 保持或继续发展强度的无机胶凝材料
称为水硬性无机胶凝材料 。
土木工程中常用的气硬性无机胶凝
材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻
璃。
石灰的生产
1.原料
—— 以 CaCO3为主要成分的岩石 (石灰石、白垩等
3.1 石灰
天然碳酸岩类岩石 —— （石灰石、
白云石）经高温煅烧，其主要成分 CaCO3
分解为以 CaO为主要成分的生石灰，其化
学反应可表示如下,
2
9 0 0
3 COC a OC a C O
C ??? ?? ?
生石灰（堆积密度为 800~1000 kg/m3 )
一般为白色或黄灰色块灰，块灰碾碎
磨细即为生石灰粉。
一,石灰的消化和硬化
1.石灰的熟化和, 陈伏,
?工地上使用石灰时, 通常将生石灰加水,
使之消解为消 （ 熟 ） 石灰 — 氢氧化钙,
这个过程称为石灰的, 消化,, 又称
,熟化,,
?
m o lKJOHCaOHC a O /85.64)( 22 ???
生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料
的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生
石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰
称为,欠火石灰,。
?第二种情况是由于烧制的温度过高或
时间过长，使得石灰表面出现裂缝或
玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色
呈灰黑色，这种石灰称为, 过火石
灰, 。过火石灰表面常被粘土杂质融
化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。
当石灰已经硬化后，过火石灰才开始
熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓
包和开裂。
?为了消除过火石灰的危害，生石灰
熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放
置两周以上，这一过程称为石灰的
,陈伏, 。, 陈伏, 期间，石灰浆
表面应保有一层水分，与空气隔绝，
以免碳化。
欠火石灰, 温度过低 /时间不够 /石灰石不能充分烧透,
存在硬心
过火石灰,温度过高 /时间过长 /颜色深 （ 褐, 黑 ）
注意 过火石灰可以使用，但应陈伏 半个月
?2,石灰的硬化
?石灰浆体在空气中逐渐硬化, 是由下
面两个同时进行的过程来完成的,
?(1)游离水分蒸发
?（ 2） 结晶作用 氢氧化钙逐渐从饱和
溶液中结晶 。
?（ 3） 碳化作用 氢氧化钙与空气中的
二氧化碳化合生成碳酸钙结晶, 释出
水分并被蒸发,
OHnC a C OOnHCOOHCa 23222 )1()( ???? ???? 碳化
碳化作用实际是二氧化碳与水形
成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成
碳酸钙。所以这个作用不能在没有
水分的全干状态下进行。
?二,建筑石灰的技术指标
?建筑石灰的技术指标有 细度, CaO+MgO含量,
CO2含量和体积安定性 等 。 并按技术指标分
为优等品, 一等品和合格品三个等级 。 具
体技术要求见手册,
?JC/T479-1992 建筑生石灰 （ P48 表 3-2）,
? JC/T480-1992 建筑生石灰粉 (P48 表 3-3）
? JC/T481-1992 建筑消石灰粉 (P48 表 3-34）
钙质生石灰 MgO≤5% ；钙质消石灰粉
MgO≤4%
镁质生石灰 MgO﹥5% ；镁质消石灰粉
MgO﹥4%
石灰分类
1.按 MgO含量分类
钙质石灰（ MgO≤ 5％）
镁质石灰（ MgO>5％）
特点：熟化较慢，但硬化强度稍高。
2.石灰的存在形成
? 块状生石灰 —— 煅烧直接获得
? 生石灰粉 —— 块状生石灰磨细
? 消石灰粉 —— 生石灰消解
? 石灰膏 /乳 —— 生石灰 +过量水
CaO
Ca(OH)2
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量 /% ≦ 90 85 80 85 80 75
C02含量 /%
≧ 5 7 9 6 8 10
未消化残渣含量
（ 5mm圆孔筛余） /%
≧
5 10 15 5 10 15
产浆量 /L·kg-1 ≦ 2.8 2.3 2.0 2.8 2.3 2.0
生石灰的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰
优等品 一等品 合格品 优等品 一等品 合格品
CaO+MgO含量 /% ≦ 85 80 75 80 75 70
C02含量 /% ≧ 7 9 11 8 10 12
细
度
0.90mm筛筛余 /%≧ 0.2 0.5 1.5 0.2 0.5 1.5
0.125mm筛筛余 /%≧ 7.0 12.0 18.0 7.0 12.0 18.0
生石灰粉的技术标准
项 目
钙质消石灰粉 镁质消石灰粉 白云石消石灰粉
优等
品
一等
品
合格
品
优等
品
一等
品
合格
品
优等
品
一等
品
合格
品
CaO+MgO含量 /%
≦ 70 65 60 65 60 55 65 60 55
游离水 /% 0.4～２
体积安定性 合格 合格 — 合格 合格 — 合格 合格 —
细
度
0.90mm筛
筛余 /%≧ 0 0 0.5 0 0 0.5 0 0 0.5
0.125mm筛
筛余 %≧ 3 10 15 3 10 15 3 10 15
消石灰粉的技术标准
路面基层用石灰的技术标准
项 目
钙质生石灰 镁质生石灰 钙质消石灰 镁质消石灰
等 级
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
CaO+MgO含量 /% ≦ 85 80 75 80 75 70 65 60 55 60 55 50
未消化残渣含量
/5mm圆孔筛余 /%
≧
7 11 17 10 14 20
含水量 /% ≧ 4 4 4 4 4 4
细
度
0.71mm筛筛余
/%≧ — 1 1 — 1 1
0.125mm筛筛余
%≧ 13 20 — 13 20 —
MgO含量 /% ≤5 ＞ 5 ≤4 ＞ 4
工程实例
某工地要使用一种生石灰粉，现取试样，应如何判
该石灰的品质？
1.检测石灰中 CaO和 MgO的含量,二氧化碳的含量,细度。
2.根据 MgO含量，判定该石灰的类别 (属钙质 /镁质石灰 )
3.根据表 3.1判定该石灰的等级。
?三,石灰的技术性质
?（ 1） 可塑性好
? 生石灰熟化为石灰浆时, 能自动形成颗粒极细
（ 直径约为 1μ ） 的呈胶体分散状态的氢氧化钙,
表面吸附一层厚的水膜 。 因此用石灰调成的石
灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性 。 在水
泥砂浆中掺入石灰浆, 可使可塑性显著提高 。
?（ 2） 硬化慢, 强度低
?从石灰浆体的硬化过程可以看出,
由于空气中二氧化碳稀薄, 碳化
甚为缓慢 。 而且表面碳化后, 形
成紧密外壳, 不利于碳化作用的
深入, 也不利于内部水分的蒸发,
因此石灰是硬化缓慢的材料 。
– 同时, 石灰的硬化只能在空气中
进行, 硬化后的强度也不高 。 受
潮后石灰溶解, 强度更低, 在水
中还会溃散 。 如石灰砂浆 （ 1,3）
28天强度仅为 0.2-0.5MPa。 所以,
石灰不宜在潮湿的环境下作用,
也不宜用于重要建筑物基础 。
（ 3） 硬化时体积收缩大
?石灰在硬化过程中, 蒸发大量的游
离水而引起显著的收缩, 所以除调
成石灰乳作薄层涂刷外, 不宜单独
使用 。 常在其中掺入砂, 纸筋等以
减少收缩和节约石灰 。
（ 4） 耐水性差, 不易贮存
? 块状类石灰放置太久, 会吸收空气中的
水分而自动熟化成消石灰粉, 再与空气中
二氧化碳作用而还原为碳酸钙, 失去胶结
能力 。 所以贮存生石灰, 不但要防止受潮,
而且不宜贮存过久 。 最好运到后即熟化成
石灰浆, 将贮存期变为陈伏期 。 由于生石
灰受潮熟化时放出大量的热, 而且体积膨
胀, 所以, 储存和运输生石灰时, 还要注
意安全 。
?四, 石灰的应用
?（ 1） 石灰乳和石灰砂浆
?将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的
水搅拌稀释, 成为石灰乳, 是一种廉价的
涂料, 主要用于内墙和天棚刷白, 增加室
内美观和亮度 。 我国农村也用于外墙 。 石
灰乳可加入各种耐碱颜料 。 调入少量水泥,
粒化高炉矿渣或粉煤灰, 可提高其耐水性,
调入氯化钙或明矾, 可减少涂层粉化现象 。
?石灰砂浆是将石灰膏, 砂加水拌制而成,
按其用途, 分为砌筑砂浆和抹面砂浆 。
?（ 2） 石灰土 （ 灰土 ） 和三合土
?石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用,
制成石灰土或石灰与工业废料的混合料,
加适量的水充分拌合后, 经碾压或夯实,
在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业
废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应, 生
成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙,
适于在潮湿环境中使用 。 如建筑物或道路
基础中使用的石灰土, 三合土, 二灰土
（ 石灰, 粉煤灰或炉灰 ）, 二灰碎石 （ 石
灰, 粉煤灰或炉灰, 级配碎石 ） 等 。
?（ 3） 灰砂砖和硅酸盐制品
?石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀,
加水搅拌,经压振或压制, 形成硅酸盐制品 。
为使其获早期强度, 往往采用高温高压养护
或蒸压, 使石灰与硅铝质材料反应速度显著
加快, 使制品产生较高的早期强度 。 如灰砂
砖, 硅酸盐砖, 硅酸盐混凝土制品等 。 #
3.1.5 石灰的应用
1.石灰乳, 涂料
2.砂浆, 石灰砂浆, 水灰水泥混合砂浆
3.石灰土和三合土
石灰＋粘土 —— 石灰土 (灰土 ),用于道路的底基层、基层
拌和
按比例
5%～ 12%
石灰＋粘土＋砂（炉渣 /石膏） —— 三合土,应用历史悠久
主要用于建筑物的地基、基础，也用于道路的基层、垫层
石 膏
石膏 —— CaSO4为主要成分。
分为建筑石膏和高强度石膏两种。
石膏的存在形式
天然二水石膏
化工石膏
天然无水石膏
建筑石膏
高强石膏
CaSO4·2H2O
CaSO4·H2O与 CaSO4混合废渣
CaSO4硬
β -CaSO4·1/2H2O
α -CaSO4·1/2H2O
?3.2 建筑石膏
?石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物,
当石膏中含有结晶水不同时可形成
多种性能不同的石膏 。
?2.1 石膏的原料, 分类及生产
? 根据石膏中含有结晶水的多少
不同可分为,
?（ 1） 无水石膏 （ Ｃ aSO4）,也称硬
石膏, 它结晶紧密, 质地较硬, 是
生产硬石膏水泥的原料 。
?（ 2） 天然石膏 （ Ｃ aSO4·2H2O）,也称
生石膏或二水石膏, 大部分自然石膏矿
为生石膏, 是生产建筑石膏的主要原料 。
?（ ３ ） 建筑石膏 （ Ｃ aSO4·1/2 H2O）
也称熟石膏或半水石膏 。 它是由生石膏
加工而成的, 根据其内部结构不同可分
为 α 型半水石膏和 β 型半水石膏,
?建筑石膏通常是由天然石膏经压蒸或煅烧加热
而成的 。 常压下煅烧加热到 107℃ ～ 170℃, 可
产生 β 型建筑石膏,
?
（ 二水石膏 ） （ β 型半水石膏 ）
?124℃ 条件下压蒸 （ 1.3大气压 ） 加热可产生 α
型建筑石膏,
?
（ 二水石膏 ） （ α 型半水石膏 ）
OHOHC a S OOHC a S O CC 2241 7 0~1 0 724 211212 ??????? ??? 常压??
OHOHC a S OOHC a S O C 22412424 211212 ????? ??? 压蒸?
?α 型半水石膏与 β 型半水石膏相比,
结晶颗粒较粗, 比表面积较小, 强度
高, 因此又称为高强石膏 。
?当加热温度超过 170℃ 时, 可生成无
水石膏, 只要温度不超过 200℃, 此
无水石膏就具有良好的凝结硬化性能 。
?2.2 建筑石膏的水化与硬化
?建筑石膏与适量水拌合后, 能形成可
塑性良好的浆体, 随着石膏与水的反
应, 浆体的可塑性很快消失而发生凝
结, 此后进一步产生和发展强度而硬
化 。
? 建筑石膏与水之间产生化学反应的反
?应式为,
?
????? OHC a S OOHOHC a S O 24224 2
2
11
2
1
?此反应实际上也是半水石膏的溶解和
二水石膏沉淀的可逆反应, 因为二水石
膏溶解度比半水石膏的溶解度小得多,
所以此反应总体表现为向右进行, 二水
石膏以胶体微粒自水中析出 。
?随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生
结晶，结晶体的不断生成和长大，晶体颗
粒之间便产生了磨擦力和粘结力，造成浆
体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的
初凝 ；而后随着晶体颗粒间磨擦力和粘结
力的增大，浆体的塑性很快下降，直至消
失，这种现象为石膏的 终凝 。
?石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长
大和连生，形成相互交错且孔隙率逐
渐减小的结构，其强度也会不断增大，
直至水分完全蒸发，形成硬化后的石
膏结构，这一过程称为石膏的硬化。
石膏浆体的凝结和硬化，实际上是交
叉进行的。
?2.3 建筑石膏的技术要求
?建筑石膏的技术要求有强度, 细度和
凝结时间 。 并按强度和细度分为优等
品, 一等品和合格品 。 具体技术要求
见 GB9776-1988。, 土木工程材料
,P45表 3-1）
?2.4 建筑石膏的技术性质
?（ １ ） 凝结硬化速度快
? 建筑石膏的浆体, 凝结硬化速度很快 。
一般石膏的初凝时间仅为 10min左右, 终
凝时间不超过 30min,这对于普通工程施
工操作十分方便 。 有时需要操作时间较长,
可加入适量的缓凝剂, 如硼砂, 动物胶,
亚硫酸盐酒精废液等 。
?（ ２ ） 凝结硬化时的膨胀性
? 建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶
水后的结晶过程, 其体积不仅不会收缩,
而且还稍有膨胀 （ 0.2%~1.5%）, 这种膨
胀不会对石膏造成危害, 还能使石膏的
表面较为光滑饱满, 棱角清晰完整, 避
免了普通材料干燥时的开裂 。
?（ ３ ） 硬化后的多孔性, 重量轻, 但
强度低
? 建筑石膏在使用时, 为获得良好
的流动性, 常加入的水分要比水化所
需的水量多, 因此, 石膏在硬化过程
中由于水分的蒸发, 使原来的充水部
分空间形成孔隙, 造成石膏内部的大
量微孔, 使其重量减轻, 但是抗压强
度也因此下降 。 通常石膏硬化后的表
观密度约为８ 00kg／ｍ 3～ 1000 kg／
ｍ 3,抗压强度约为３Ｍ Pa～ 5Ｍ Pa。
?（ ４ ） 良好的隔热和吸音和, 呼吸, 功能
(调湿调温作用 )
?石膏硬化体中大量的微孔, 使其传热性显
著下降, 因此具有良好的绝热能力；石膏
的大量微孔, 特别是表面微孔对声音传导
或反射的能力也显著下降, 使其具有较强
的吸声能力 。 大热容量和大的孔隙率及开
口孔结构, 使石膏具有呼吸水蒸气的功能 。
?（ ５ ） 防火性好, 但耐水性差
? 硬化后石膏的主要成分是二水石膏,
当受到高温作用时或遇火后会脱出 21%
左右的结晶水, 并能在表面蒸发形成
水蒸气幕, 可有效地阻止火势的蔓延,
具有良好的防火效果 。
?由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子
间的粘结力, 遇水后粒子间连接点的
粘结力可能被削弱 。 部分二水石膏溶
解而产生局部溃散, 所以建筑石膏硬
化体的耐水性较差 。
?（ 6） 有良好的装饰性和可加工性
?石膏表面光滑饱满, 颜色洁白, 质地
细腻, 具有良好的装饰性 。 微孔结构
使其脆性有所改善, 硬度也较低, 所
以硬化石膏可锯, 可刨, 可钉 。 具有
良好的可加工性 。
?2.5 建筑石膏的应用
?（ 1） 石膏砂浆及粉刷石膏
?（ 2） 建筑石膏制品：石膏板, 石膏
砌块等
? (3） 制作建筑雕塑和模型 #
?3.4, 水玻璃
? 水玻璃俗称泡花碱, 由碱金属氧化物
和二氧化硅组成, 属可溶性的硅酸盐类 。
? 根据碱金属氧化物的不同, 水玻璃有,
硅酸钠水玻璃 （ Na2O·ｎ SiO2）,
硅酸钾水玻璃Ｋ 2Ｏ ·ｎ SiO2）,
硅酸锂水玻璃 （ Ｌ i2O·ｎ SiO2）
等品种, 最常用的是
硅酸钠水玻璃 。
?（ 称为水玻璃模数 ）
?根据水玻璃模数的不同, 又分为, 碱性,
水玻璃 （ ｎ＜３和, 中性, 水玻璃 （ ｎ
≥ 3） 。 实际上中性水玻璃和碱性水玻
璃的溶液都呈明显的碱性反应 。
OR
S iOn
2
2?
?1,水玻璃的生产
?生产水玻璃的方法分为湿法和干法两种 。
湿法生产硅酸水玻璃是将石英砂和苛性钠
溶液在压蒸锅内用蒸汽加热 。 直接反应生
液体水玻璃 。 干法生产硅酸钠水玻璃是将
石英砂和碳酸钠磨细拌匀, 在熔炉中于
1300~1400?C温度下熔化, 按下式反应生成
固体水玻璃 。 固体水玻璃于水中加热溶解
而生成液体水玻璃 。 其反应式为,
????? 222232 COn S i OONan S i OCONa
?2,水玻璃的硬化
?液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳, 形成无定
形硅酸凝胶, 并逐渐干燥而硬化,
?由于空气中 CO2浓度较低, 这个过程进行的很慢,
为了加速硬化和提高硬化后的防水性, 常加入
氟硅酸钠 Na2SiF6作为促硬剂, 促使硅酸凝胶加
速析出 。 氟硅酸钠的适宜用量为水玻璃重量的
12％ ～１５ ％ 。
OHS i OOHS i O
OmHn S i OCONaOmHCOn S i OONa
2222
22322222
???
??????
?3,水玻璃的技术性质
?（ １ ） 粘结力强 。 水玻璃硬化后具有较高的粘
结强度, 抗拉强度和抗压强度 。 另外, 水玻璃硬
化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分
渗透的作用 。
?（ ２ ） 耐酸性好 。 硬化后的水玻璃, 其主要成
分是Ｓ iO2,具有高度的耐酸性能, 能抵抗大多
数无机酸和有机酸的作用 。 但其不耐碱性介质侵
蚀 。
?（ ３ ） 耐热性高 水玻璃不燃烧, 硬化后形成
?Ｓ iO2空间网状骨架, 在高温下硅酸凝胶干燥得
更加强烈, 强度并不降低, 甚至有所增加 。
?3,水玻璃的应用
?（ １ ） 用作涂料, 涂刷材料表面
? 直接将液体水玻璃涂刷在建筑物表面,
或涂刷粘土砖, 硅酸盐制品, 水泥混凝
土等多孔材料, 可使材料的密实度, 强
度, 抗渗性, 耐水性均得到提高 。
?这是因为水玻璃与材料中的Ｃ a（ OH） 2
反应生成硅酸钙凝胶, 填充了材料间孔
隙 。
OHS i OC a OS i OnONa
OHCan S i OONa
2222
222
)1(
)(
????
???
?同时硅酸钠本身硬化所析出的硅
酸凝胶也有利于材料保护 。 选用不
同的耐火填料, 还可配制不同耐热
度的水玻璃耐热涂料 。
反应式为,
?（ 2） 配制防水剂
? 以水玻璃为基料, 配制防水剂 。 例如：
四矾防水剂是以蓝矾 (硫酸铜 ),明矾 （ 钾
铝矾 ）, 红矾 （ 重铬酸钾 ） 和紫矾 （ 铬矾 ）
各１份, 溶于 60份的沸水中, 降温至５０
℃, 投入 400份水玻璃溶液中, 搅拌均匀而
成的 。 这种防水剂可以在 1min内凝结,适
用于堵塞漏洞, 缝隙等局部抢修 。
?（ 3） 加固土壤
? 将模数为２,５～３的液体水玻璃和氯
化钙溶液通过金属管交替向地层压入,
两种溶液发生化学反应, 可析出吸水膨
胀的硅酸胶体, 包裹土壤颗粒并填充其
空隙, 阻止水分渗透并使土壤固结 。 用
这种方法加固的砂土, 抗压强度可达
?３～６ＭＰａ 。
?( 4 ) 配制水玻璃砂浆 。
?将水玻璃, 矿渣粉, 砂和氟硅酸钠按一
定比例配合成砂浆,可用于修补墙体裂缝 。
?（ ５ ） 配制耐酸砂浆, 耐酸混凝土,
耐热混凝土
? 用水玻璃作为胶凝材料, 选择耐
酸骨料, 可配制满足耐酸工程要求
的耐酸砂浆, 耐酸混凝土 。 选择不
同的耐热骨料, 可配制不同耐热度
的水玻璃耐热混凝土 。 #
?
?3.4 菱苦土 （ 氯氧镁水泥 ）
?菱苦土是一种镁质胶凝材料 。 其主要成分
是Ｍ gO。
?1,原料及生产
? 菱苦土的主要原料是天然菱镁矿 。 其
主要成分是Ｍ gCO3。
? 菱苦土材料一般是将菱镁矿经煅烧磨
细而制成的 。 要求的细度为 4900孔 /cm2的
筛余量不大于 25％, 其化学反应可表示如
下,
（ 菱苦土 ）
????? ?? 2850~8003 COM g OM g C O C?
2,菱苦土的水化, 硬化
?试验证明, 用水调拌菱苦土时将生成
Mg(OH)2, 浆体凝结很慢, 硬化后强度很
低 。 若以氯化镁水溶液来调制
Ｍ gO时, 可以加速其水化反应, 并且能
形成新的水化产物 。 这种新的水化产物
硬化后的强度较高 （ 40～ 60Ｍ Pa） 。 水
化反应如下,
22
2222
)( OHMgOHM g O
OzHy M g C Ix M g OOzHy M g C Ix M g O
??
?????
?水化产物中 x,y,z的大小与煅烧
温度, MgCl2溶液用量, 初始配比,
养护条件有关 。
? 水化产物是针状结晶, 彼此机
械咬合, 并相互连生, 长大, 形成
致密的结构, 使浆体凝结硬化 。
?3,菱苦土的应用
?菱苦土与植物纤维能很好粘接, 而且碱性
较弱, 不会腐蚀纤维 。 建筑工程中常用来
配制菱苦土木屑浆和菱苦土木屑砂浆 。 前
者可胶结为菱苦土木屑板, 用于内墙, 天
花板和地面 。 也可压制成各种零件用作窗
台板, 门窗框, 楼梯扶手等 。 后者掺加砂
子可作为地坪耐磨面层 。 用膨胀珍珠岩代
替木屑可制成轻质, 阻燃型的室内装饰板
材 。 以菱苦土为胶结料, 以玻璃纤维为增
强材料, 添加改性剂, 可制成管材产品 。
?菱苦土的不足之处是硬化后易吸潮
反卤, 耐水性差, 其原因是硬化产
物具有较高的溶解度, 遇水会溶解 。
为提高耐水性, 可采用外加剂, 或
改用硫酸镁作为拌合水溶液, 降低
吸湿性, 改进耐水性 。 #
?例 3-1 某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。
数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。
同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。
试分析上述现象产生的原因。
解
石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂
纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰
在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收
缩的结果。
墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，
是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火
石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完
全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空
气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出
现上述现象。
?例 3-2 既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土
或三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层
等潮湿部位？
?解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比
例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压
或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧
化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸
钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐
水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮
湿环境中使用。
?再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经
压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，
降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土
或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮
湿部位。
?例 3-3 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，
而不适用于室外使用？
解
建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由
于建筑石膏及其制品在凝结硬化后具有以下的
优良性质,
（ 1） 石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地
细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具
有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨
胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰
完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；
（ 2） 硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，
故其保温性、吸声性好。
（ 3） 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，
当受到高温作用时或遇火后会脱出 21%左右的
结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有
效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。
（ 4） 建筑石膏制品还具有较高的热容量和
一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，
改变室内的小气候。
在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到
雨水冰冻等的作用，而建筑石膏制品的耐水性
差，且其吸水率高，抗渗性差,抗冻性差,
所以不适用于室外使用,
?例 3-4 水玻璃的化学组成是什么？水玻
璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性
能有什么影响？
解
通常使用的水玻璃都是 Na2O·nSiO2的水
溶液，即液体水玻璃。
?
一般而言，水玻璃的模数 n越大时，水
玻璃的粘度越大。硬化速度越快、干缩
越大，硬化后的粘结强度、抗压强度等
越高、耐水性越好、抗渗性及耐酸性越
好。其主要原因是硬化时析出的硅酸凝
胶ｎ SiO2·mH2O较多。
?
水玻璃的模数 n为氧化硅和氧化钠的
分子比。同一模数的水玻璃，密度越大，
则其有效成分 Na2O·nSiO2的含量越多，硬
化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力愈强。
?
然而如果水玻璃的模数或密度太大，
往往由于粘度过大而影响到施工质量和硬
化后水玻璃的性质，故不宜过大。
建筑材料
第 5章 水泥
主要内容：常用 （ 硅酸盐 ） 水泥的生产工艺
常用 （ 硅酸盐 ） 水泥的特性
影响常用水泥性能的因素
重点内容：硅酸盐水泥矿物成分特点
硅酸盐水泥的凝结和硬化
难 点：硅酸盐水泥的凝结和硬化
要 求：掌握硅酸盐水泥的矿物成分特点
掌握硅酸盐水泥凝结和硬化
?水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶
结砂、石等适当材料并能在空气和水中
硬化的粉状水硬性胶凝材料。 土木建
筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐
水泥、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
盐水泥称为我国的五大水泥。
水泥的分类与代号 ? 硅酸盐水泥分两种类型, 不掺加混合材料的称 Ⅰ 型硅
酸盐水泥, 代号Ｐ ·Ⅰ ；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加
不超过质量５ ％ 石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称
Ⅱ 型硅酸盐水泥, 代号Ｐ ·Ⅱ 。
? 普通硅酸盐水泥Ｐ ·Ｏ
? 矿渣硅酸盐水泥Ｐ ·Ｓ
? 火山灰质硅酸盐水泥Ｐ ·Ｐ
? 粉煤灰硅酸盐水泥Ｐ ·Ｆ
? 复合硅酸盐水泥Ｐ ·Ｃ
? 通用水泥新标准是,GB175-1999,硅酸
盐水泥、普通硅酸盐水泥,, GB1344-
1999,矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐
水泥及粉煤灰硅酸盐水泥,, GB12958-
1999,复合硅酸盐水泥, 。从 2001年 4
月 1日起正式实施
? 六大通用水泥新标准规定的强度龄期均
为３天和２８天两个龄期，每个龄期均
有抗折与抗压强度指标要求 。
? 新的水泥标准最大的变化在于水泥标号改为强度等级，
淘汰了原标准中的两个低标号水泥产品。六大通用水
泥标准实行以ＭＰａ表示的强度等级，如３２．５、
３２．５Ｒ、４２．５、４２．５Ｒ、５２．５、５
２．５Ｒ等，使强度等级的数值与水泥２８ｄ抗 压强
度指标的最低值相同。新标准还统一规划了我国水泥
强度等级，硅酸盐水泥分３个强度等级６个类型，即
４２．５、４２．５Ｒ、５２．５、５２．５Ｒ、６
２．５、６２．５Ｒ，其他五大水泥也分为３个等级
６个类型，即３２．５、３２．５Ｒ、４２．５、４
２．５Ｒ、５２．５、５２．５Ｒ。水泥新标准规定
的最低强度等级为３２．５，一般相当于老标准的４
２５号水泥，这就意味着老标准中的３２５号、２７
５号水泥被淘汰。有关部门预测，新标准的实施，将
有３５％～４０％的小水泥企业被淘汰。
? 新的水泥国家标准由两部分组成。第一部
分是３个强制性国家标准，即ＧＢ１７５
－１９９９, 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水
泥,,ＧＢ１３４４－１９９９, 矿渣硅
酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰
硅酸盐水泥,,ＧＢ１２９５８, 复合硅
酸盐水泥, 。第二部分是水泥强度检验方
法改为ＧＢ／Ｔ１７６７１－１９９９
,水泥胶砂强度检验方法（ＩＳＯ法）,,
不再采用ＧＢ１７７７－８５方法
新旧标准对比
关于新标准的几点思考
? 第二次修订后的 GB175-92,GB1344-92
等强调了水泥的早期强度,28d强度提高
了 2%，增加了 R型水泥品种。该标准强
化了 3d早期强度意识，倡导多生产 R型
水泥，普通水泥的细度进一步变细，从
筛析法的＜ 12%改为＜ 10%。
? 随水泥比表面积增加，与相同高效减水剂的相
容性变差，为减小流动度损失需要增加更大掺
量的高效减水剂。 这样不仅增加了施工费用，
而且可导致混凝土中水泥用量的增加，影响混
凝土的耐久性。
? 我国大多数水泥粉磨条件下，水泥磨得越细，
其中的细颗粒越多。 增加水泥的比表面积能提
高水泥的水化速率，提高早期强度，但粒径在
1μm以下的颗粒水化很快，几乎对后期强度没
有任何贡献，倒是对早期的水化热、混凝土的
自收缩和干燥收缩有贡献 —— 水化快的水泥颗
粒水化热释放得早； 因水化快消耗混凝土内部
的水分较快，引起混凝土的自干燥收缩；
? 细颗粒容易水化充分，产生更多的易于
干燥收缩的凝胶和其他水化物。 粗颗粒
的减少，减少了稳定体积的未水化颗粒，
因而影响到混凝土的长期性能。 在美国
1937年按特快硬水泥生产的水泥 I与现今
水泥的平均水平的组成和细度相当，当
时采用这种快硬水泥的混凝土 10年后强
度倒缩了； 而 1923年使用粗水泥的混凝
土，直到 50年后强度还在增长。 水泥细
度还会影响混凝土的抗冻性 。细水泥的
易裂性可能与其低抗拉强度有关
? 众所周知,凡是能提高混凝土早期强度的因素，都
会 影响 混凝土后期强度的增长，所以 目前 在配制混
凝土时都有较大的强度富余，以期补偿这种后期强
度的损失，这无疑会造成很大的浪费。 现在看来，
问题 远比此更严重，早期的高强度所带来的后患是
混凝土结构物提早劣化。因此，除非工程有特殊需
要，应尽量避免使用早强水泥。
? （ 2）混凝土早期高强度的需求促使了水泥向高
C3S和高 C3A、高比表面积 发展,再加上低水灰比、
高水泥用量、超细矿物掺合料的使用，造成在约束
状态下的混凝土因温度收缩、自收缩、干燥收缩和
较高的早期弹性模量而产生较大的内部应力，早期
的低徐变无法缓解这种应力而产生早期裂缝；内部
不可见的微裂缝在混凝土长期使用过程干燥环境中
继续 发展,是混凝土提早劣化的主要原因。
矿物组成对强度的影响
? 水泥的 强 度进一步提高，迫使水泥石以提高
C3S,C3A和比表面积来提高水泥的强度。 某
厂对 21种来自不同厂家的熟料（包括“大水泥”
和“小水泥”的）进行 分析, C3S超过 60%的
有 4个样本（占总样本的 19%），超过 58%的
（含 60%以上的）有 10个（占 47.6%），有 17
个样本的 C3A含量超过 10%，大部分水泥细度
超过了 350m2/kg。
? 从上述情况可见，我国水泥各有关参数和
性质变化的历程和趋势与国外相似。 特点是增
加 C3S,C3A，细度趋向于细，因而强度尤其
早期强度不断提高。
? 众所周知,硅酸盐水泥主要的组成矿物有四种，
它们的水化性质不同，在水泥中所占比例不同
时 影响 对水泥整体的性质。表 2为水泥中四种
主要矿物的水化热，表 3为四种主要矿物的收
缩率。
? C3A的水化热是其他矿物水化热的数倍，
尤其是在早期。 C3S的水化热虽然比 C3A小很
多，但在 3d时却几乎是 C2S水化热的 5倍，因
其含量在熟料中约占一半，故 影响 也很大。
C3A的收缩率是 C2S收缩率的 3倍，几乎是
C4AF的 5倍。因此 C3A含量较大的早强水泥易
因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。
硅酸盐水泥
? 硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材
料的称 Ⅰ 型硅酸盐水泥，代号Ｐ ·Ⅰ ；在
硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量
５％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的
称 Ⅱ 型硅酸盐水泥，代号Ｐ ·Ⅱ 。
普通硅酸盐水泥
? 凡由硅酸盐水泥熟料,6%-15%的混合材料及
适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普
通硅酸盐水泥，简称普通水泥。
? 国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有,
? （ 1）细度 筛孔尺寸为 80μm的方孔筛的筛余
不得超过 10%，否则为不合格。
? （ 2）凝结时间 处凝时间不得早于 45分钟，
终凝时间不得迟于 10小时。
? （ 3）标号 硅酸盐水泥分３个强度等级６个类
型，即４２．５、４２．５Ｒ、５２．５、５
２．５Ｒ、６２．５、６２．５Ｒ
普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，
其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差
异，主要表现为,
? （ 1）早期强度略低
? （ 2）耐腐蚀性稍好
? （ 3）水化热略低
? （ 4）抗冻性和抗渗性好
? （ 5）抗炭化性略差
? （ 6）耐磨性略差
矿渣硅酸盐水泥
? 矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥。它由硅酸
盐水泥熟料,20%-70%的粒化高炉矿渣及
适量石膏组成。
? 矿渣硅酸盐水泥适合用于有 耐热要求的混
凝土工程，不适合用于有抗冻性要求的混
凝土工程
火山灰质硅酸盐水泥
? 火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥。
它由硅酸盐水泥熟料,20%-50%的火山
灰质混合材料及适量石膏组成。
? 火山灰质硅酸盐水泥适合用于有抗 渗性
要求的混凝土工程，不适合用于干燥环
境中的地上混凝土工程，也不宜用于有
耐磨性要求的混凝土工程
粉煤灰硅酸盐水泥
? 粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥。它
由硅酸盐水泥熟料,20%-40%的粉煤灰
及适量石膏组成。
? 粉煤灰硅酸盐水泥适合用于承载较晚的
混凝土工程，不宜用于有抗渗要求的混
凝土工程，也不宜用于干燥环境中的混
凝土工程及有耐磨性要求的混凝土工程
三种水泥的共性
? （ 1）早期强度低、后期强度发展高。这三种水泥不适
合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬季施工、
现浇工程等。
? （ 2）对温度敏感，适合高温养护。
? （ 3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等
腐蚀作用的环境，如水工,
? 海港、码头等混凝土工程。
? （ 4）水化热少。适合用于大体积混凝土。
? （ 5）抗冻性差。
? （ 6）抗炭化性较差。不适合用于二氧化碳含量高的工
业厂房，如铸造、翻砂车间。
复合硅酸盐水泥
? 凡有硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定
的混合材料、适量石膏磨细而成的水硬性胶凝
材料，称为复合硅酸盐水泥。复合硅酸盐水泥
由于掺入了二种以上的混合材料，起到了互相
取长补短的作用，其效果大大优于只掺一种混
合材料。其早期强度提高，且水化热低，耐腐
蚀性、抗渗性及抗冻性较好。因而其用途更为
广泛，是一种很有发展前途的水泥
?第一节 硅酸盐水泥
? 凡由硅酸盐水泥熟料, 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 。
即国外通称的波特兰水泥 ） 。
? 硅酸盐水泥在国际上分为两种类型：
不掺混合材 的称 I型硅酸盐水泥, 其代号
为 P,I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入
不超过 水泥质量 5%的石灰石或粒化高炉
矿渣混合材料 的称 II型硅酸盐水泥, 其
代号为Ｐ, II。
一, 硅酸盐水泥的生产
?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 。
?二,硅酸盐水泥熟料的矿物组成
? 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为,
?（ ｌ ） 硅酸三钙
? 硅酸三钙的化学成分为
?３Ｃ aＯ ·Ｓ iＯ 2,其简写为Ｃ 3S。 它是硅
酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分, 约
占水泥熟料总量的 ３６ ％ ～６０ ％ 。 硅
酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反
应, 并产生较多的水化热 。 它对促进水
泥的凝结硬化, 特别是对水泥３～７天
内的早期强度以及后期强度都起主要作
用 。
?（ ２ ） 硅酸二钙
? 硅酸二钙的化学成分为
?2Ｃ aＯ ·Ｓ iＯ 2,其简写为 C2S，
约占水泥熟料总量的 15％ ～ 37％ 。
硅酸二钙遇水后反应较慢, 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 。
?（ ３ ） 铝酸三钙
? 铝酸三钙的化学成分是３ CaO·Al2O3，
其简写为 C3Ａ, 约占水泥熟料总量的 7～
15％ 。 铝酸三钙遇水后反应极快, 产生的
热量大而且很集中 。 铝酸三钙对水泥的凝
结起主导作用, 但其水化产物强度较低,
主要对水泥的早期强度有所贡献 。
?（４）铁铝酸四钙
?铁铝酸四钙的化学成分为,
?４ CaO·Al2O3·Fe2O3，其简写为Ｃ 4AF，约占
水泥熟料总量的 10％～ 18％。铁铝酸四钙
遇水时水化反应也很快，水化热较低，水
化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度
贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。
?3.硅酸盐水泥的水化
? 硅酸盐水泥遇水后, 水泥中的各种矿物成分会
很快发生水化反应, 生成各种水化物 。
? 硅酸三钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙
22222 )(3336)3(2 OHCaOHS i OC a OOHS i OC a O ??????
22222 )(33234)2(2 OHCaOHS i OC a OOHS i OC a O ??????
硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙
?铝酸三钙 水 水化铝酸三钙
?铁铝酸四钙 水 水化铝酸三钙 水化铁酸钙
OHOAlC a OOHOAlC a O 232232 6363 ?????
OHOFeC a OOHOAlC a OOHOFeOAlC a O 23223223232 6374 ?????????
?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
为钙矾石晶体,
水化硫铝酸钙 （ 钙矾石 ）
?经过上述水化反应后, 水泥浆中不断增加
的水化产物主要有,水化硅酸钙 (50%),氢
氧化钙 (25%),水化铝酸钙, 水化铁酸钙及
水化硫铝酸钙等新生矿物 。
OHC a S OOAlC a O
OHOHOAlC a OOHC a S O
2432
223224
3133
1963)2(3
???
??????
?4,硅酸盐水泥的凝结和硬化
? 水泥加水拌合后的剧烈水化反应, 一
方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐
渐减少；另一方面, 水化产物在溶液中很
快达饱和或过饱和状态而不断析出, 水泥
颗粒表面的新生物厚度逐渐增大, 使水泥
浆中固体颗粒间的间距逐渐减小, 越来越
多的颗粒相互连接形成了骨架结构 。 此时,
水泥浆便开始慢慢失去可塑性, 表现为水
泥的初凝 。
?由于铝酸三钙水化极快, 会使水泥很
快凝结, 为使工程使用时有足够的操
作时间, 水泥中加入了适量的石膏 。
水泥加入石膏后, 一旦铝酸三钙开始
水化, 石膏会与水化铝酸三钙反应生
成针状的钙矾石 。 钙矾石很难溶解于
水, 可以形成一层保护膜覆盖在水泥
颗粒的表面, 从而阻碍了铝酸三钙的
水化, 阻止了水泥颗粒表面水化产物
的向外扩散, 降低了水泥的水化速度,
使水泥的初凝时间得以延缓 。
?当掺入水泥的石膏消耗殆尽时, 水泥颗
粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化
物的积聚物所胀破, 铝酸三钙等矿物的
再次快速水化得以继续进行, 水泥颗粒
间逐渐相互靠近, 直至连接形成骨架 。
水泥浆的塑性逐渐消失, 直到终凝 。
?随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之
间的毛细孔不断被填实，加之水化产物
中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不
断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐
渐形成了具有一定强度的水泥石，从而
进入了硬化阶段。水化产物的进一步增
加，水分的不断丧失，使水泥石的强度
不断发展。
?随着水泥水化的不断进行, 水泥浆结
构内部孔隙不断被新生水化物填充和
加固的过程, 称为水泥的, 凝结, 。
随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬
的人造石 —— 水泥石, 这一过程称为
水泥的, 硬化, 。
? 实际上, 水泥的水化过程很慢,
较粗水泥颗粒的内部很难完全水化 。
因此, 硬化后的水泥石是由晶体, 胶
体, 未完全水化颗粒, 游离水及气孔
等组成的不均质体 。
?5.影响水泥凝结硬化的主要因素
? （ １ ） 矿物组成
? 不同矿物成分和水起反应时所表
现出来的特点是不同的, 如 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, 后期强度增长迅速等 。 因
此, 改变水泥的矿物组成, 其凝结硬
化情况将产生明显变化 。 水泥的矿物
组成是影响水泥凝结硬化的最重要的
因素,
（ ２ ） 水泥浆的水灰比
? 水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的
质量之比 。 当水泥浆中加水较多时, 水灰比较大,
此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水
泥颗粒间原来被水隔开的距离较远, 颗粒间相互
连接形成骨架结构所需的凝结时间长, 所以水泥
浆凝结较慢 。
?水泥浆的水灰比较大时, 多余的水分蒸发后形成
的孔隙较多,造成水泥石的强度较低, 因此水泥
浆的水灰比过大时, 会明显降低水泥石的强度 。
?（ 3） 石膏掺量
? 石膏起缓凝作用的机理可解释为：水
泥水化时, 石膏能很快与铝酸三钙作用生
成水化硫铝酸钙 （ 钙矾石 ）, 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, 延缓了凝结
时间 。
?（ 4） 水泥的细度
?在矿物组成相同的条件下, 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 。
?（ 5） 环境温度和湿度
?在适当温度条件下, 水泥的水化, 凝结和
硬化速度较快 。 反应产物增长较快, 凝结
硬化加速, 水化热较多 。 相反, 温度降低,
则水化反应减慢, 强度增长变缓 。 但高温
养护往往导致水泥后期强度增长缓慢, 甚
至下降 。
?水的存在是水泥水化反应的必要条件 。 当
环境湿度十分干燥时, 水泥中的水分将很
快蒸发, 以致水泥不能充分水化, 硬化也
将停止；反之, 水泥的水化将得以充分进
行, 强度正常增长 。
?（ 6） 龄期 （ 时间 ）
?水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进
的过程, 只要温度, 湿度适宜, 水泥
强度的增长可持续若干年 。
?6,硅酸盐水泥的技术要求
?（ １ ）, 细度
?水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用有
重要影响 。 水泥颗粒粒径一般在 7～
200 μm 范围内 。
?国家标准 GB175-1999规定, 水泥的细
度可用比表面积或 0.08 mm方孔筛的筛
余量 （ 未通过部分占试样总量的百分
率 ） 来表示 。 其筛余量不得超过规定
的限值 。 比表面积是指单位质量的水
泥粉末所具有的表面积的总和 （ cm2/g
或 m2/kg） 。 一般常为 317～ 350m2/kg。
?（ ２ ） 标准稠度用水量
?稠度是水泥浆达到一定流动度时的需水量 。
国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积
安定性时需用, 标准稠度, 的水泥净浆 。
,标准稠度, 是人为规定的稠度, 其用水
量采用水泥标准稠度测定仪测定 。 硅酸盐
水泥的标准稠度用水量一般在２１ ％ ～２
８ ％ 之间 。
? 为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性,
在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆 。 我国
国标规定, 水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的,
以试杆沉入净浆距底板６ｍｍ ± １ｍｍ时的稠度为
,标准稠度,, 此时的用水量为标准稠度用水量 。
?（ 3） 凝结时间
?水泥从加水开始到失去其流动性, 即从液体状态
发展到较致密的固体状态的过程称为水泥的凝结
过程 。 这个过程所需要的时间称为凝结时间 。
?凝结时间分初凝时间和终凝时间 。 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 。
?国家标准规定, 水泥的凝结时间是以标准稠度的
水泥净浆, 在规定温度及湿度环境下用水泥净浆
凝结时间测定仪测定 。 硅酸盐水泥的初凝时间不
得早于 45min,终凝时间不得迟于 6h 30min。
?（ ４ ） 体积安定性
?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 。 体积安定性不良的水泥应作
废品处理, 不得应用于工程中, 否则将
导致严重后果 。
?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, 其中游离氧化钙是一种最为常见,
影响也是最严重的因素 。 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９７ ％ 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 。
?国家标准规定, 水泥的体积安定性用雷氏法或试
饼沸煮法检验 。
?（ 5） 强度
?强度是评价硅酸盐水泥质量的又一个重要指
标 。 水泥的强度是按照 GB/T17961-1999,水
泥胶砂强度检验方法 （ ISO） 法, 的标准方
法制作的水泥胶砂试件, 在 20± 1° C温度的
水中, 养护到规定龄期时检测的强度值 。 其
中标准试件尺寸为 4cm× 4cm× 16cm,胶砂中
水泥与标准砂之比为 1,3 （ W/C=0.5）,
标准试验龄期分别为 ３ d和 28d,分别检验
其抗压强度和抗折强度 。 按照测定结果, 将
硅酸盐水泥分为 42.5,42.5R,52.5,52.5R、
62.5,62.5R六个 强度等级 。 各等级硅酸盐
水泥在不同龄期的强度要求见表 3-1。
表 3-1硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求 (GB175-1999)
强度
等级
抗压强度（ MPa）
抗折强度（ MPa）
3d
28d
3d
28d
42.5
17.0
42.5
3.5
6.5
42.5R
22.0
42.5
4.0
6.5
52.5
23.0
52.5
4.0
7.0
52.5R
27.0
52.5
5.0
7.0
62.5
28.0
62.5
5.0
8.0
62.5R
32.0
62.5
5.5
8.0
注：表中Ｒ表示早强型，其它为普通型。
?(6) 碱含量
? 水泥中含有较多的强碱物 Na2O或
K2O时, 容易发生不良反应对结构造
成危害 。 因而国家标准规定, 水泥中
的含碱量不得大于 0.6%。
? 高含碱量的水泥会生成抗裂性能差的凝胶，
加重混凝土后期的干燥收缩，所以不论骨
料是否有活性，都应当限制对水泥和混凝
土中的含碱量。
?7,水泥石的腐蚀
?7.1 水泥石腐蚀的方式
?（ １ ） 软水侵蚀
? 水泥石长期接触软水时, 会使水泥石
中的氢氧化钙不断被溶出, 当水泥石中游
离的氢氧化钙减少到一定程度时, 水泥石
中的其它含钙矿物也可能分解和溶出, 从
而导致水泥石结构的强度降低, 甚至破坏 。
当水泥石处于软水环境时, 特别是处于流
动的软水环境中时, 水泥被软水侵蚀的速
度更快 。
?（ ２ ） 一般酸的腐蚀
? 工程结构处于各种酸性介质中时,
酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反
应, 其反应产物可能溶于水中而流失,
或发生体积膨胀造成结构物的局部被
胀裂, 破坏了水泥石的结构 。 其基本
化学反应式为,
OHCaHOHCa 22 22)( ??? ???
（ ３ ） 碳酸的腐蚀
?雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳, 形成
了碳酸 。 碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应,
中和后使水泥石碳化, 形成了碳酸钙, 碳酸钙
再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙, 并随水
流失, 从而破坏了水泥石的结构 。 其腐蚀反应
过程为,
OHC a C OOHCOOHCa 23222 2)( ????
23322 )( H C OCaC a C OOHCO ???
?（ ４ ） 硫酸盐的腐蚀
?当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时,
会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏, 石膏再
与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石, 产生
1.5倍的体积膨胀, 这种膨胀必然导致脆性水泥
石结构的开裂, 甚至崩溃 。 由于钙矾石为微观针
状晶体, 人们常称其为水泥杆菌 。
?此外, 有些其它物质也能腐蚀水泥石, 如镁盐,
强碱, 糖类, 脂肪等 。
22432
24232
)(3133
203124
OHCaOHC a S OOAlC a O
OHC a S OOHOAlC a O
?????
????
?7.2 防止水泥石腐蚀的方法
（１）根据工程的环境特点，合理选择水泥
品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物
质的浓度，防止或延缓水泥的腐蚀。如处于
软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣
水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些
水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵
蚀的抵抗能力强。
?（２）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。
?（ ３ ） 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 。
?8.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 。
? （ 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 。
?第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥
?水泥用混合材料可按其活性的不同,
分为活性混合材料和非活性混合材料 。
?1.水泥混合材料
?混合材料磨成细粉并与石灰或石膏混
合均匀, 用水拌和后, 在常温下可生
成具有水硬性的水化物, 这种性质称
为混合材料的火山灰活性 。 混合材料
分为活性混合材料和非活性混合材料 。
?常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣,
火山灰质混合材料和粉煤灰等 。 其主要
化学成分为活性氧化硅和活性氧化铝 。
这些活性材料本身不会发生水化反应,
不产生胶凝性 。 但在氢氧化钙或石膏等
溶液中, 它们却能产生明显的水化反应,
形成水化硅酸钙和水化铝酸钙,
OnHS i OxC a OOmHS i OOHxC a 22222)( ?????
OnHOAly C a OOmHOAlOHx C a 2322322)( ?????
?掺混合材料的硅酸盐水泥水化时, 水泥熟料首
先水化产生氢氧化钙, 氢氧化钙再与活性混合
材料中的活性氧化硅和活性氧化铝反应, 形成
水化硅酸钙和水化铝酸钙 。 因而, 这一反应也
称为, 二次反应, 。
?水泥熟料水化产生氢氧化钙, 熟料中也含有石
膏, 因此具备了使活性混合材料发挥活性的条
件, 常将氢氧化钙, 石膏称为活性混合材料的
,激发剂, 。 激发剂浓度越高, 激发作用越大,
混合材料活性发挥越充分 。 有人认为, 在饱和
氢氧化钙溶液中, 石膏甚至可与水泥中的铝酸
三钙形成水化硫铅酸钙 。
?非活性混合材料有磨细石英砂、石
灰石、粘土、缓冷矿渣等。它们掺
入水泥，不与水泥成分起化学反应
或化学反应很弱,主要起填充作用，
可调节水泥强度，降低水化热及增
加水泥产量等 。
1）活性混合材料
—— 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料。
粒化高炉矿渣
山灰质混合材料
粉煤灰
炼钢厂冶炼生铁时的副产品。
主要成分,CaO,Al2O3,SiO2。
具有较高的化学潜能，但稳定性差。
主要成分,Al2O3,SiO2。
本身不硬化,+石灰 +水起胶凝作用。
火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。
主要成分：较多的 SiO2,Al2O3和少量的 CaO
具有较高的活性。
?天然的
?人工的
2.普通硅酸盐水泥
?凡以适当成分的生料烧至部分熔融, 所
得以硅酸钙为主的水泥熟料加入 6～ 1５
％ 的混合材料和适量石膏磨细制成的水
硬性胶凝材料, 称为普通硅酸盐水泥
（ 简称普通水泥 ）, 代号 P.O,
?普通硅酸盐水泥分为 32.5,32.5R,42.5、
42.5R,52.5,52.5R六个强度等级 。 各
等级水泥在不同龄期的强度要求见表 3-2。
表 3 - 2 普通硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求
( G B 1 7 5 - 1999)
抗压强度
（ M P a ）
抗折强度
（ M P a ）
强度
等级
3d 28d 3d 28d
32.5 1 1.0 32.5 2.5 5.5
32.5R 16.0 32.5 3.5 5.5
42.5 16.0 42.5 3.5 6.5
42.5R 21.0 42.5 4.0 6.5
52.5 21.0 52.5 4.0 7.0
52.5R 26.0 52.5 5.0 7.0
?普通硅酸盐水泥的主要性能特点如下,
?（ 1） 早期强度略低, 后期强度高 。
?（ 2） 水化热略低 。
?（ 3） 抗渗性好, 抗冻性好, 抗碳化
能力强 。
?（ 4） 抗侵蚀, 抗腐蚀能力稍好 。
?（ 5） 耐磨性较好；耐热性能较好 。
?普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐
水泥相同 。
?3,矿渣硅酸盐水泥
?由硅酸盐水泥熟料和２０ ％ ～７０ ％ 的粒化高炉
矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料,
称为矿渣硅酸盐水泥 （ 简称矿渣水泥 ）, 代号
P,S,
?矿渣硅酸盐水泥的主要性能特点如下,
?（ 1） 早期强度低, 后期强度高 。 对温度敏感,
适宜于高温养护 。
?（ 2） 水化热较低, 放热速度慢 。
?（ 3） 具有较好的耐热性能 。
?（ 4） 具有较强的抗侵蚀, 抗腐蚀能力
?（ 5） 泌水性大, 干缩较大 。
?（ 6） 抗渗性差, 抗冻性较差, 抗碳化能力差 。
?4.火山灰质硅酸盐水泥
?由硅酸盐水泥熟料和２０ ％ ～５０ ％ 的火山灰
质混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性
胶凝材料, 称为火山灰质硅酸盐水泥 （ 简称火
山灰水泥 ）, 代号Ｐ, Ｐ 。
?火山灰水泥的主要性能特点如下,
?（ 1） 早期强度低, 后期强度高 。 对温度敏感,
适宜于高温养护 。
?（ 2） 水化热较低, 放热速度慢 。
?（ 3） 具有较强的抗侵蚀, 抗腐蚀能力
?（ 4） 需水性大, 干缩率较大 。
?（ 5） 抗渗性好, 抗冻性较差, 抗碳化能力差,
耐磨性差 。
?5,粉煤灰硅酸盐水泥
?由硅酸盐水泥熟料和２０ ％ ～４０ ％ 的粉煤灰
及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料称
为粉煤灰硅酸盐水泥 （ 简称粉煤灰水泥 ）, 代
号Ｐ, Ｆ 。
?粉煤灰水泥的主要性能特点如下,
?（ 1） 早期强度低, 后期强度高 。 对温度敏感,
适宜于高温养护 。
?（ 2） 水化热较低, 放热速度慢 。
?（ 3） 具有较强的抗侵蚀, 抗腐蚀能力
?（ 4） 需水量低, 干缩率较小, 抗裂性好 。
?（ 5） 抗冻性较差, 抗碳化能力差, 耐磨性差 。
?6,矿渣水泥, 火山灰水泥, 粉煤灰水泥的强度
等级
?矿渣硅酸盐水泥, 火山灰质硅酸盐水泥, 粉煤
灰硅酸盐水泥分为 32.5,32.5R,42.5,42.5R、
52.5,52.5R,六个强度等级 。
表 3 - 3 矿渣水泥、火山灰水泥,
粉煤灰水泥的强度要求 ( G B 175 - 1999)
抗压强度（ M P a ） 抗折强度（ M P a ）
强度
等级
3d 28d 3d 28d
3 2, 5 1 0, 0 3 2, 5 2, 5 5, 5
3 2, 5 R 1 5, 0 3 2, 5 3, 5 5, 5
4 2, 5 1 5, 0 4 2, 5 3, 5 6, 5
4 2, 5 R 1 9, 0 4 2, 5 4, 0 6, 5
5 2, 5 2 1, 0 5 2, 5 4, 0 7, 0
5 2, 5 R 2 3, 0 5 2, 5 4, 5 7, 0
.高 铝 水 泥
?定义,高铝酸水泥属于铝酸盐类水泥,它是
由绿矾土和石灰石为原料,经高温熔融煅烧
所得的以铝酸钙为主要成分的熟料,经磨细
而得的水硬性胶凝材料,
?高铝水泥的应用
?适于,
?紧急抢修的工程，临时军事工事；
?冬季施工的工程－水化放热量大且集中；
?有抗硫酸盐腐蚀要求的工程－ f-CaO极少
?耐高温（ 1300～ 1400℃ ）的工程－高温时，
烧结结合代替了水化结合。
?不适于于,
?长期承重的结构工程－晶体转变引起
的强度倒缩；
?大体积工程－温度过高引起强度倒缩。
?与硅酸盐水泥混用
?铝酸盐水泥是以石灰岩和矾土为主要原料, 配制
成适当成分的生料, 烧至全部或部分熔融所得以
铝酸钙为主要矿物的熟料, 经磨细而成的水硬性
胶凝材料, 代号ＣＡ 。
1.铝酸盐水泥的主要矿物成分
? （ １ ） 铝酸一钙 （ CaO·Al2O3简写 ＣＡ ） 凝结
正常, 硬化迅速, 为铝酸盐水泥强度的主要来源 。
? （ ２ ） 二铝酸一钙 （ CaO·2Al2O3简写 ＣＡ 2）,
其特点是凝结硬化慢, 早期强度较低, 后期强度
高 。
?此外还有少量水化极快, 凝结迅速而强度不高的
七铝酸十二钙 （ Ｃ 12Ａ 7） 以及胶凝性极差的铝方
柱石 （ C2AS）, 六铝酸一钙 （ CA6） 等矿物 。
?2.铝酸盐水泥的水化与硬化
?铝酸一钙由于晶体结构中钙, 铝的配
位极不规则, 水化极快 。 其水化过程
及其产物与温度的关系极大, 当温度
低于 30° C时, 水化生成水化铝酸钙
（ CAH10）, 水化铝酸二钙 （ C2AH8）,
氢氧化铝凝胶 （ AH3） 。
OHOAlOHOAlC a OOHOAlC a O 232232232 38211)(2 ???????
水化铝酸二钙 氢氧化铝凝胶
?铝酸盐水泥的硬化过程与硅酸盐水泥基本
相似 。 CAH10,C2AH8都属六方晶系, 其晶
体呈片状或针状, 互相交错攀附, 重叠结
合, 可形成坚强的结晶共生体, 使水泥获
得很高的强度 。 氢氧化铝凝胶又填充于晶
体骨架的空隙, 所以能形成比较致密的结
构 。
?当温度高于 30° C时, 水化生成立方晶系
的水化铝酸三钙 （ C3AH6）, 氢氧化铝凝胶
（ AH3） 。 此时形成的水泥石孔隙率很大,
强度较低 。 因而铝酸盐水泥不宜在高于
30℃ 的条件下养护 。
?3.铝酸盐水泥的技术要求
?（ １ ） 细度 比表面积不小于 300 m2/kg或
0.045mm筛余不大于 20%。
?（ ２ ） 凝结时间
? 按 GB201-2000规定的标准稠度胶砂测得的
凝结时间应符合如下要求,CA-50,CA-70、
CA-80铝酸盐水泥的初凝时间不早于 30min，
终凝时间应不迟于 6ｈ； CA-60铝酸盐水泥的
初凝时间不早于 60min,终凝时间应不迟于
18ｈ 。
?（ ３ ） 强度
? 铝酸盐水泥按照 Al2O3含量分为四类 。 各类
型铝酸盐水泥的不同龄期强度值不得低于表
3-4的规定 。
表 3 - 4 铝酸盐水泥的强度要求 ( G B 201 - 2000 )
抗压强度（ M P a ） 抗折强度（ M P a ）
类型
6h 1d 3d 28d 6h 1d 3d 28d
CA - 50 20 40 50 3, 0 5, 5 6, 5
CA - 60 20 45 85 2, 5 5, 0 1 0, 0
CA - 70 30 40 5, 0 6, 0
CA - 80 25 30 4, 0 5, 0
?（ 4） 铝酸盐水泥受到高温
作用时, 由于产生了固相
反应, 烧结结合代替了水
化结合, 因而具有良好的
耐高温性能 。
?4.铝酸盐水泥的性能与应用
?（ １ ） 早期强度很高, 故适用于工期紧
急的工程 。 如国防, 道路和紧急抢修工
程 。
?（ ２ ） 抗渗性, 抗冻性好 。 铝酸盐水泥
拌合需水量少, 而水化需水量大, 故硬
化后水泥石的孔隙率很小 。
?（ ３ ） 抗硫酸盐腐蚀性好 。 因水化产物
中不含有氢氧化钙, 并且氢氧化铝凝胶
包裹其它水化产物起到保护作用以及水
泥石的孔隙率很小, 故适合抗硫酸盐腐
蚀工程 。
?（ ４ ） 水化放热极快且放热量大, 不得
应用于大体积混凝土工程 。
?（ ５ ） 耐热性好 。 高温下产生烧结作用,
具有良好的耐高温性能, 较高的强度,
故适合耐热工程 。
?（ ６ ） 长期强度降低较大, 不适合长期
承载结构 。
?（ ７ ） 高温, 高湿度条件下强度显著降
低 。 不宜在高温, 高湿环境中施工, 使
用 。
?第四节 其它品种水泥
?1,道路硅酸盐水泥
? 凡由适当成分的生料烧至部分熔融,
所得以硅酸钙为主要成分, 并且铁铝酸
钙含量较多的硅酸盐水泥熟料, 称为道
路硅酸盐水泥熟料 。
? 以道路硅酸盐水泥熟料, ０～１０
％ 活性混合材料和适量石膏磨细制成的
水硬性胶凝材料称为道路硅酸盐水泥,
简称道路水泥 。
道路硅酸盐水泥强度较高，特别是抗折
强度高、耐磨性好、干缩率低，抗冲击
性、抗冻性和抗硫酸盐侵蚀能力比较好。
因而特别适用于水泥混凝土路面、机场
跑道、车站及公共广场等工程的面层混
凝土中应用。
?国家标准规定, 道路水泥中铝酸三钙
含量不大于 5.0％, 铁铝酸四钙含量
不小于 16.0％, 游离 CaO含量不大于
1.0％ 。 道路硅酸盐水泥强度较高,
特别是抗折强度高, 耐磨性好, 干缩
率低, 抗冲击性, 抗冻性和抗硫酸盐
侵蚀能力比较好 。 因而特别适用于水
泥混凝土路面, 机场跑道, 车站及公
共广场等工程的面层混凝土中应用 。
２, 中热硅酸盐水泥
? 由适当成分的硅酸盐水泥熟料, 加入适
量石膏, 磨细制成的具有中等水化热的水硬性
胶凝材料, 称为中热硅酸盐水泥 。
3,低热矿渣硅酸盐水泥
? 由适当成分的硅酸盐水泥熟料, 加入矿
渣, 适量石膏, 磨细制成的具有低水化热的水
硬性胶凝材料, 称为低热矿渣硅酸盐水泥, 简
称低热矿渣水泥 。 其中矿渣的掺量按质量计为
20～ 60％, 允许用不超过混合材料总量 50％
的磷渣或粉煤灰代替部分矿渣 。
膨胀水泥
膨胀水泥是硬化过程中不产生收缩，而具有一定
膨胀性能的水泥。
工程应用
在道桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、
机场道面或桥梁修补混凝土。此外用于防止渗漏、
修补裂缝及管道接头等工程
? 以粒化高炉矿渣为主要组分, 加入适量硅
酸盐水泥熟料和石膏, 磨细制成的具有低水化
热和微膨胀性能的水硬性胶凝材料, 称为低热
微膨胀硅酸盐水泥, 简称低热微膨胀水泥 。
? 低热微膨胀水泥中石膏掺量较高, 水化过
程中产生的钙矾石较多, 使水泥石在早期产生
适当的膨胀, 增加了水泥石结构的密实度, 相
应地改善了水泥石的抗渗性 。 因此, 低热膨胀
水泥不仅水化热低, 适于大体积水泥混凝土工
程, 而且水泥石的内部结构致密, 抗渗性能好,
耐腐蚀性能进一步改善 。 可见, 对大体积水中
构筑物, 特别是抗渗性要求较高时, 使用低热
微膨胀水泥应是最佳的选择之一 。
?5,抗硫酸盐硅酸盐水泥
? 在以硅酸钙为主要矿物成分的水泥熟料中,
加入适量石膏磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵
蚀性能的水硬性胶凝材料, 称为抗硫酸盐硅酸
盐水泥, 简称抗硫酸盐水泥 。
?在抗硫酸盐水泥中, 主要限制了水泥熟料中
Ｃ 3Ａ和Ｃ 4ＡＦ的含量, 也限制了Ｃ 3Ｓ的含量,
使水泥的水化热较低, 抗硫酸盐能力较强, 特
别适于海工构筑物及其它有耐硫酸盐腐蚀性要
求的水中大体积混凝土结构 。
?中热, 低热矿渣, 低热微膨胀和抗硫酸盐水泥
等品种常用于水中建筑工程因而又称为水工硅
酸盐水泥 。
?6,白色硅酸盐水泥, 彩色硅酸盐水泥
?白色硅酸盐水泥的组成, 性质与硅酸
盐水泥基本相同, 所不同的是在配料
和生产过程中严格控制着色氧化物
（ Fe2O3,MnO,Cr2O3,TiO2等 ） 的含
量, 因而具有白色 。
?彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥 。 它是用白水泥
熟料, 适量石膏和耐碱矿物颜料共同磨细而制
成的 。 也可以在白水泥生料中加入适当金属氧
化物作着色剂, 在一定燃烧气氛中直接烧成彩
色水泥熟料 。 常用的有氧化铁 （ 红, 黄, 褐,
黑色 ）, 氧化锰 （ 褐, 黑色 ）, 氧化铬 （ 绿
色 ）, 群青 （ 蓝色 ）, 赭石 （ 赭色 ） 等 。 深色
调的彩色水泥可在普通硅酸盐水泥中掺入适当
颜料而制得 。
?白水泥和彩色水泥广泛地应用于建筑装修中 。
如制作彩色水磨石, 饰面砖, 锦砖, 玻璃马赛
克以及制作水刷石, 斩假石, 水泥花砖等 。 #
? 例 3-1 硅酸盐水泥熟料由那些矿物成分所组成？ 这些
矿物成分对水泥的性质有何影响？
? 解 硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有硅酸三钙Ｃ 3S,硅酸二
钙 C2S,铝酸三钙 C3Ａ和铁铝酸四钙Ｃ 4AF。 这些矿物成分对水
泥性质产生的影响见下表,
Ｃ
3
S C 2 S C
3
Ａ Ｃ C
4
AF
凝结硬化
速度
快 慢 最快 快
28d
水化热
大 小 最大 中 中
强度 高
早期低
后期高
低 低
耐腐蚀性 差 强 最差 中
?例 3-2 何谓水泥的体积安定性？ 水泥的体积
安定性不良的原因是什么？ 安定性不良的水
泥应如何处理？
?解
?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 。 导
致水泥安定性不良的主要原因是,
?（ 1） 由于熟料中含有的的游离氧化钙, 游
离氧化镁过多；
?（ 2） 掺入石膏过多；
?其中游离氧化钙是一种最为常见, 影响也是最严
重的因素 。 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 97％ 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, 也导致水泥石开裂 。
?体积安定性不良的水泥, 会发生膨胀性裂纹使水
泥制品或混凝土开裂, 造成结构破坏 。 因此体积
安定性不良的水泥, 应判为废品, 不得在工程中
使用 。
?例 3-3 现有四种白色粉末，已知其为建筑
石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅
酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析除外）。
?解
?取相同质量的四种粉末，分别加入适量的
水拌合为同一稠度的浆体。放热量最大且
有大量水蒸气产生的为生石灰粉；在５～
３０分钟内凝结硬化并具有一定强度的为
建筑石膏；在４５分钟到１２小时内凝结
硬化的为白色水泥；加水后没有任何反应
和变化的为白色石灰石粉。
?鉴别这四种白色粉末的方法有很多，主要
是根据四者的特性来区分。生石灰加水，
发生消解成为消石灰 — 氢氧化钙，这个过
程称为石灰的, 消化,,又称, 熟化,,
同时放出大量的热；建筑石膏与适量水拌
合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石
膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而
发生凝结，此后进一步产生和发展强度而
硬化。一般石膏的初凝时间仅为 10min左右，
终凝时间不超过 30min。白色硅酸盐水泥的
性能和硅酸盐水泥基本项同，其初凝时间
不早于 45min，终凝时间不超过 6h30min。
石灰石粉与水不发生任何反应。
建筑材料
第 6章 混凝土及砂浆
6 水泥混凝土
? 6.1混凝土概述
? 6.2普通混凝土的组成材料
? 6.3新拌混凝土的和易性
? 6.4硬化后混凝土强度
? 6.5硬化混凝土的耐久性
? 6.6硬化混凝土的变形
? 6.7普通混凝土的配合比设计
主要内容：概述
组成混凝土各组成材料的技术要求
重点内容：组成混凝土各组成材料的技术要求
难 点：级配的影响
要 求：了解混凝土各组成材料的技术要求
掌握材料本身性能的好坏对混凝土的影
响
及技术指标要求
定义
?混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按
适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时
间硬化而成的人造石材。
建筑工程对混凝土质量的基本要求,
具有符合设计要求的强度；具有与施工条
件相适应的和易性；具有与工程环境相适
应的耐久性。材料组成经济合理、生产制
作节约能源。
混凝土的分类
低强度混凝土 ＜ 20MPa
中强度混凝土 20～ 60MPa
高强度混凝土 ≥ 60MPa
按密度分
按抗压强度标准值分
（ fcu,k）
重砼 ＞ 2800kg/m3
普通砼 2000～ 2800kg/m3
轻砼 ＜ 1950kg/m3
混凝土的分类
防水混凝土, 放射线混凝土,
耐酸混凝土, 装饰混凝土, 耐火
混凝土, 补偿收缩混凝土, 水下
浇筑混凝土等
泵送混凝土、喷射混凝土、真空
脱水混凝土、碾压混凝土、压力
灌浆混凝土、预拌混凝土（商品
混凝土）等
按施工工艺分
按用途分
? 6.1普通混凝土的组成、结构、要求
? 组成,是由水泥, 砂, 石和水所组成, 另外还常加
入适量的掺合料和外加剂 。
? 几个概念
混凝土拌合物,硬化前的混凝土或称新拌混凝土 。
水泥浆,水和水泥组成书泥浆 。
水泥砂浆,水泥浆包裹在砂的表面, 并填充在砂的
空隙中成为砂浆
水泥浆和砂浆在混凝土拌合物中分别起到润滑砂,
石的作用, 使混凝土具有施工要求的流动性, 并使
混凝土成型密实 。
骨料
通常所用的砂, 石的强度高于水泥石的强度,
因此在混凝土中, 砂, 石起骨架作用, 称为骨
料；主要限制混凝土的干缩, 减少水泥的用量
和水化热, 降低成本, 并提高混凝土的强度和
耐久性的作用 。
骨料占混凝土总体积的 70％ -80％ ；水泥石：
20％ -30％, 此外还有少量的气孔 。
混凝土的结构与性质,
结构,宏观均质、微
观非均质的堆积结
构。
粗骨料、细骨料,
水泥的水化产物、
毛细孔、气孔、微裂
纹（因水化热和干缩
而开裂）、界面微裂
纹（干缩、泌水）及
界面过渡层组成。
界面过渡层,由于泌水等原因，
在骨料表面形成的水泥石薄
层，结构疏松，常有为裂纹。
他对混凝土的强度和耐久性
有大的影响，特别是粗骨料
与水泥石的界面
混凝土的强度
由于骨料的强度一般高于水泥石的的强度, 因
此混凝土的强度一般决定于水泥石和界面粘结
的强度, 而界面粘接的强度又决定于水泥石的
强度和表面状况 （ 粗糙程度, 棱角的多少, 粘
附的泥等杂质的多少, 吸水性的大小 ） 凝结硬
化条件及混凝土拌合物的泌水性等
? 混凝土的基本要求
(一 )混凝土拌合物的和易性
混凝土拌合物的和易性也称工作性或工作度，是指混
凝土拌合物易于施工，并能获得均匀密实结构的性质。
为保证混凝土的质量，混凝土拌合物必须具有与施工
条件相适应的和易性。混凝土拌合物的和易性包括以
下三项含义,
? (1)流动性。指混凝土拌合物在自重力或机械振动力作
用下，易于产生流动、易于运输、易于充满混凝土模
板的性质。一定的流动性可保证混凝土构件或结构的
形状与尺寸以及混凝土结构的密实性。流动性过小，
不利于施工，并难以达到密实成型，易在混凝土内部
造成孔隙或孔洞，影响混凝土的质量；流动性过大，
虽然成型方便，但水泥浆用量大，不经济，且可能会
造成混凝土拌合物产生离析和分层，影响混凝土的均
质性。流动性是和易性中最重要的性质，对混凝土的
强度及其它性质有较大的影响 。
? (2)粘聚性。指混凝土拌合物各组成材料具有一定的粘聚力，
在施工过程中保持整体均匀一致的能力。粘聚性差的混凝
土拌合物在运输、浇注、成型等过程中，石子容易与砂浆
产生分离，即易产生离析、分层现象，造成混凝土内部结
构不均匀。粘聚性对混凝土的强度及耐久性有较大的影响。
? (3)保水性。指混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能
力。保水性好可保证混凝土拌合物在运输、成型和凝结硬
化过程中，不发生大的或严重的泌水。泌水会在混凝土内
部产生大量的连通毛细孔隙，成为混凝土中的渗水通道。
上浮的水会聚集在钢筋和石子的下部，增加了石子和钢筋
下部水泥浆的水灰比，形成薄弱层，即界面过渡层，严重
时会在石子和钢筋的下部形成水隙或水囊，即孔隙或裂纹，
从而严重影响它们与水泥石之间的界面粘结力。上浮到混
凝土表面的水，会大大增加表面层混凝土的水灰比，造成
混凝土表面疏松，若继续浇注混凝土，则会在混凝土内形
成薄弱的夹层。保水性对混凝土的强度和耐久性有较大的
影响。
? 混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性，三者相互联系，
但又相互矛盾。当流动性较大 时，往往混凝土拌合物的粘
聚性和保水性较差，反之亦然。因此，混疑土拌合物和易
性良好是指三者相互协调，均为良好。
(二 )强度
混凝土在 28d时的强度或规定龄期时的强度应满足结构设计
的要求。
(三 )耐久性
? 混凝土应具有与环境相适应的耐久性，以保证混凝土结构
的使用寿命。
(四 )经济性
? 在满足上述三项要求的前提下，混凝土中的各组成材料应
经济合理，即应节约水泥用量，以降低成本。
? 1,水泥
? 水泥是混凝土中最重要的组分 。 水泥品种的选择,
应当根据混凝土 工程性质与特点, 工程的环境条件
及施工条件, 结合各种水泥特性 进行合理的选择 。
? 水泥强度等级的选择应当与混凝土的设计强度等级
相适应 。
? 经验证明, 配制 C30以下的混凝土 （ 中低强度 ）, 水
泥强度等级为混凝土强度等级的 1.5～ 2倍, 配制Ｃ
40以上的高强混凝土, 水泥强度等级为混凝土强度
等级的 0.9～ 1.5倍, 同时宜掺入高效减水剂 。
? 用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土时, 较
少的水泥用量即可满足混凝土的强度, 但水泥用量
过少会严重影响混凝土拌合物的和易性及混凝土的
耐久性；用低强度等级水泥配制高强混凝土时, 会
因水灰比太小及水泥用量过大而影响混凝土拌合物
的流动性, 并会显著增加混凝土水化热和干缩 。
? 2,细骨料
? 粒径小于 150μ ｍ -4.75mｍ的岩石颗粒 （ 砂 ） 称为细
骨料,
? 混凝土用的细骨料有天然砂和人工砂 。 P65
? 天然砂：河砂, 湖砂, 山砂和淡化海砂 。 混凝土用
砂的质量技术要求分述如下 。
? 2.1砂的粗细程度与颗粒级配
? 砂的粗细程度, 是指不同粒径的砂粒, 混合在一
起后的总体的粗细程度, 通常有粗砂, 中砂与细砂
之分 。 在相同用量条件下, 细砂的总表面积较大,
而粗砂的总表面积较小 。 在混凝土中, 砂子的表面
需要由水泥浆包裹, 砂子的总表面积愈大, 则需要
包裹砂粒表面的水泥浆就愈多 。 因此, 一般说用粗
砂拌制混凝土比用细砂所需的水泥浆为省 。
?砂的颗粒级配，即表示砂中大小颗粒的搭
配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由
水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强
度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。
要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同
的颗粒搭配。
?因此, 在拌制混凝土时, 砂的颗粒级配
和粗细程度应同时考虑 。 当砂中含有较
多的粗粒径砂, 并以适当的中粒径砂及
少量细粒径砂填充其空隙, 则可达到空
隙及总表面积均较小, 这样的砂比较理
想, 不仅水泥浆用量较少, 而且还可提
高混凝土的密实度与强度 。
?砂的颗粒级配和粗细程度, 常用筛分析
的方法进行测定 。 用级配区表示砂的颗
粒级配, 用细度模数表示砂的粗细 。 筛
分析的方法, 是用一套孔径 （ 净尺寸 ）
为 9.50,4.75,2.36,1.18,0.60、
0.30,0.15㎜ 的标准筛, 将 500g的干砂
试样由粗到细依次过筛, 然后称得各筛
余留在各个筛上的砂的重量, 并计算出
各筛上的分计筛余百分率 ai及累计筛余百
分率Ａ i（ 各个筛和比该筛粗的所有分计
筛余百分率之和 ） 。
?细度模数的计算公式为,
?式中 ai-----分计筛余百分率，即该号筛
的筛余量除以试样总量；
?Ａ i---累计筛余百分率, 即该号筛与大于该
号各筛分计筛余百分率之和 。
1
165432
100
5)(
A
AAAAAAM
x ?
??????
?细度模数 （ Ｍ x） 愈大, 表示砂愈粗, 砂的细
度模数范围一般为 3.7～ 0.7,其中
?Ｍ x在 3.7 ～ 3.１为粗砂,
?Ｍ x在３,0～ 2.3为中砂,
?Ｍ x在 2.2～ 1.6为细砂,
?Ｍ x在 1.5～ 0.7为特细砂 。 普通混凝土用砂的
细度模数一般,在 2.2 ～ 3.2之间较为适宜 。
?国家规范将细度模数为 3.7 ～ 1.6的普通混凝
土用砂, 以 0.60㎜ 筛孔的累计筛余量分成三个
级配区, 如表 6-2所示及图 6-4所示 。 普通混凝
土用砂的筛分曲线必须包容在三个级配曲线区
域中的任一个区域以内 。
表 4 - 1 普通混凝土用砂级配区的规定
（ G B / T 1 4 6 8 4 - 2001 ）
级配区
I 区 II 区 III 区
筛孔尺
寸（㎜）
累计筛余百分率
4, 7 5 1 0 ~ 0 1 0 ~ 0 1 0 ~ 0
2,36 3 5 ~ 5 2 5 ~ 0 1 5 ~0
1,18 6 5 ~ 3 5 5 0 ~ 1 0 2 5 ~ 0
0, 6 0 8 5 ~ 7 1 7 0 ~ 4 1 4 0 ~ 1 6
0, 3 0 9 5 ~ 8 0 9 2 ~ 7 0 8 5 ~ 5 5
0, 1 5 1 0 0 ~ 9 0 1 0 0 ~ 9 0 1 0 0 ~ 9 0
?图 4-1砂的 1,2,3级配区曲线
?例 1 某干砂 500g的筛分结果如下表所列。
试计算该砂的细度模数并评定其级配
筛孔尺寸
（ mm ）
4, 7 5 236 1, 1 8 0, 6 0 0, 3 0 0, 1 5
筛余量
( ｇ )
5 100 150 145 80 20
计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分数如下表,
筛孔
尺寸 ( mm)
分计筛余
量（ g ）
分计筛余（％） 累计筛余（％）
4, 7 5 5 a
1
= 5 /5 0 0 = 1 A
1
=a
1
=1
2, 3 6 100 a
2
= 1 0 0 /5 0 0 = 2 0 A
2
=A
1
+ a
2
= 2 1
1, 1 8 150 a
3
= 1 5 0 /5 0 0 = 3 0 A
3
=A
2
+ a
3
= 5 1
0, 6 0 145 a
4
= 1 4 5 /5 0 0 = 2 9 A
4
=A
3
+ a
4
= 8 0
0, 3 0 80 a
5
= 8 0 /5 0 0 = 1 6 A
5
=A
4
+ a
5
= 9 6
0, 1 5 20 a
6
= 2 0 /5 0 0 = 4 A
6
=A
5
+ a
6
= 1 0 0
计算细度模数,
1
165432
100
5
A
AAAAAA
Mx
?
?????
?
）（
43.3
1100
510096805121
?
?
?????
?
）（
根据细度模数，该砂属粗砂。
在级配区内画出该砂的筛分曲线，见图 4 - 1 。该曲线落在 １区（粗
砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。
[ 注 ] Ｍ x 在 3, 7 ～ 3.1 为粗砂，Ｍ x 在 3.0 ～ 2.3 为中砂，Ｍ x 在 2.2 ～ 1.6
为细砂，Ｍ x 在 1.5 ～ 0.7 为特细砂。
?砂按技术要求分为三类,
?I类宜用于强度等级 >C60的混凝土
?II类宜用于强度等级 C30~C60的混凝土及
有抗冻抗渗或其他要求的混凝土；
?III类宜用于强度等级 <C30的混凝土和建
筑砂浆
?砂中有害杂质的含量
为保证混凝土的质量, 砂中有害杂质的含量,
应符合国家技术规范的规定 。 见表 。
表 4 - 2 砂中有害杂质含量的规定（ G B / T 14684 - 2001 ）
品质要求（按质量计）（ % ）
项目
I 类 II 类 III 类
含泥量 ＜ 1.0 3.0 5.0
泥块含量 0 ＜ 1.0 ＜ 2.0
云母含量 ＜ 1.0 2.0 2.0
轻物质 ＜ 1.0 1.0 1.0
有机物含量 合格 合格 合格
硫化物、硫酸盐
（ＳＯ
３
） ＜
0.5 0.5 0.5
氯化物 ＜ 0.01 0.02 0.06
?砂中不应含有活性氧化硅, 因为砂
中含有的活性氧化硅, 能与水泥中
的碱分 （ Ｋ 2Ｏ及
?Ｎａ 2Ｏ ） 起作用, 产生碱骨料反应,
使混凝土发生膨胀开裂 。
?3.粗骨料
?粒径大于 4.75ｍｍ的骨料为粗骨料 （ 卵石和
碎石 ） 。 对用于配制普通混凝土的卵石和碎
石有以下技术要求,
?3.1最大粒径, 颗粒级配
? （ 1） 石子最大粒径 （ Dmax）
? 石子各粒级的公称上限粒径称为这种石子
的最大粒径 。 石子的最大粒径增大, 则相同
质量石子的总表面积减小, 混凝土中包裹石
子所需水泥浆体积减少, 即混凝土用水量和
水泥用量都可减少 。 在一定的范围内, 石子
最大粒径增大, 可因用水量的减少提高混凝
土的强度 。
?然而石子最大粒径 （ Dmax） 过大时, 则由于
骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成
混凝土的强度下降 。 同时, 最大粒径的选
用, 要受结构上诸因素和施工条件等方面
的限制 。 根据我国钢筋混凝土施工规范规
定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于
结构物最小断面的短边长度的１／４；不
得大于钢筋最小净距的 ３／４ 。 另外还受
搅拌机以及输送管道等条件的限制 。
?（ 2） 颗粒级配
?粗骨料的级配原理和要求与细骨料基本相
同 。 级配试验采用筛分法测定, 即用 2.36、
4.75,9.5,16.0,19.0,26.5,31.5、
37.5,53.0,63.0,75.0和 90ｍｍ等十二
种孔径的圆孔筛进行筛分 。
? 石子的颗粒级配可分为连续级配和间
断级配 。 连续级配是石子粒级呈连续性,
即颗粒由小到大, 每级石子占一定比例 。
用连续级配的骨料配制的混凝土混合料,
和易性较好, 不易发生离析现象 。 连续级
配是工程上最常用的级配 。
?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
凝土, 可以节约水泥 。 由于其颗粒粒
径相差较大, 混凝土混合物容易产生
离析现象, 导致施工困难 。
?石子颗粒级配范围应符合规范要求 。
碎石, 卵石的颗粒级配规格见表 4-3
(P84表 4-6)。
表 4 - 3 卵石或碎石的颗粒级配范围（ G B / T 1 4 6 8 5 - 2001 ）
累计筛余（ % ）
筛孔尺寸（圆孔筛）（㎜）
级
配
情
况
公称
粒级
（㎜） 2, 3 6 4, 7 5 9, 5 0 1 6, 0 19,0 2 6, 5 0 3 1, 5 3 7, 5 5 3, 0 6 3, 0 7 5, 0 9 0
5 ~ 1 0 9 5 ~ 1 0 0 8 0 ~ 1 0 0 0 ~ 1 5 0 — — — — — — — —
5 ~ 1 6 9 5 ~ 1 0 0 85 ~ 1 0 0 3 0 ~ 6 0 0 ~ 1 0 0 — — — — — — —
5 ~ 2 0 9 5 ~ 1 0 0 9 0 ~ 1 0 0 40~ 8 0 — 0 ~ 1 0 0 — — — — — —
5 ~ 2 5 9 5 ~ 1 0 0 9 0 ~ 1 0 0 — 3 0 ~ 7 0 — 0 ~ 5 0 — — — — —
5 ~ 3 1, 5 9 5 ~ 1 0 0 9 0 ~ 1 0 0 7 0 ~ 9 0 — 1 5 ~ 4 5 — 0 ~ 5 0 — — — —
连
续
粒
级
5 ~ 4 0 — 9 5 ~ 1 0 0 7 0 ~ 9 0 — 3 0 ~ 6 5 — — 0 ~ 5 0 — — —
1 0 ~ 2 0 — 9 5 ~ 1 0 0 8 5 ~ 1 0 0 — 0 ~ 1 5 0 — — — — — —
1 6 ~ 3 1, 5 — 9 5 ~ 1 0 0 — 8 5 ~ 1 0 0 — — 0 ~ 1 0 0 — — — —
2 0 ~ 4 0 — — 9 5 ~ 1 0 0 — 8 0 ~ 1 0 0 — — 0 ~ 1 0 0 — — —
3 1, 5 ~ 6 3 — — — 9 5 ~ 1 0 0 — — 7 5 ~ 1 0 0 4 5 ~ 7 5 — 0 ~ 1 0 0 —
单
粒
级
4 0 ~ 8 0 — — — — 9 5 ~ 1 0 0 — — 7 0 ~ 1 0 0 — 3 0 ~ 6 0 0 ~ 1 0 0
?3.2 粗骨料的强度及坚固性
?（ 1） 粗骨料的强度
?粗骨料的强度采用岩石立方体强度或粒
状石子的压碎指标来表示 。
?岩石立方强度试验, 是用母岩制成
5× 5× 5㎝ 立方体, 或直径与高度均
为 5㎝ 的圆柱体试样, 浸泡水中４８ｈ,
待吸水饱和后进行抗压试验 。 石子抗压
强度与设计要求的混凝土强度等级之比,
不应低于 1.5。
? 压碎指标是将一定重量气干状态下 10～ 20ｍｍ的石子装
入一定规格的金属圆桶内, 在试验机上施加荷载到
200ｋＮ, 卸荷后称取试样质量 （ ｍ 0）, 再用孔径为
2.36ｍｍ的筛子筛除被压碎的细粒, 称取试样的筛余量
（ m1）, 用下式计算压碎指标,
? 式中 δ a---------压碎指标值, %；
? ｍ 0--------试样质量, g；
? m1--------压碎试验后试样的筛余量, g。
? 压碎指标值越小, 骨料的强度越高 。
%1 0 0
0
10 ???
m
mm
a?
?（ 2） 骨料的坚固性
?骨料的坚固性是指在气候,
外力和其他物理力学因素
作用 （ 如冻融循环作用 ）
下骨料抗碎裂的能力 。 坚
固性试验是用硫酸钠溶液
法检验, 试样经五次干湿
循环后, 其质量损失应不
超过规范的规定 。
?3.3有害杂质
?粗骨料中的有害杂质主要有：粘土, 淤泥及细
屑；硫酸盐及硫化物；有机物质；蛋白石及其
他含有活性氧化硅的岩石颗粒等 。 它们的危害
作用与在细骨料中相同 。 各种有害杂质的含量
都不应超出规范的规定 。
?粗骨料中的针状 （ 颗粒长轴长度大于平均粒径
的２～４倍 ） 和片状 （ 厚度小于平均粒径的 0.4
倍 ） 颗粒, 不仅影响混凝土的和易性, 而且会
使混凝土的强度降低 。 骨料中针状颗粒含量,
应符合规范中的规定 。
?水泥混凝土用粗骨料中有害杂质的含量，
应符合 GB/T14685-2001的规定，见表 4-4
表 4 - 4 水泥混凝土用粗骨料中有害杂质含量的规定（按质量计）
指标
项目
I II III
含泥量（ < 0.08 ㎜） ＜ 0.5% 1.0% 1.5%
泥块含量 ＜ 0 0.5% 0.7%
针片状颗粒含量 ＜ 5% 15% 25%
SO 3 含量 ＜ 0.5% 1% 1%
有机质含量 ＜ 合格 合格 合格
坚固性 质量损失 ＜ 5% 8% 12%
?3.4 骨料的饱和面干吸水率
?骨料的几种含水状态如图４－ 2所示 。
?图 4－ 2骨料的含水状态
（ａ）全干状态，（ ｂ）气干状态；
（ c）饱和面干状态（ｄ）湿润状态
?骨料的含水状况除不含水分的绝干状态以
外，还有含与大气湿度平衡的水分时的气
干状态；颗粒表面干燥，而颗粒内部的孔
隙含水饱和的饱和面干状态；颗粒表面吸
附了水的润湿状态。
?骨料在饱和面干状态时的含水率，称为饱
和面干吸水率。当拌制混凝土时，由于骨
料含水量的不同，将影响混凝土的用水量
和骨料用量。计算混凝土中各项材料的配
合比时，一般以干燥骨料为基准，而一些
大型水利工程常以饱和面干的骨料为准。
?砂石骨料的这一特性, 在设计和称料拌合
混凝土中应加以注意, 并作相应调整 。 如
配合比设计是以干骨料作基准的, 确定用
水量时应考虑补充干骨料的吸水；当骨料
是润湿态时, 确定用水量时又应考虑扣除
骨料的表面水 。
?4.混凝土拌合及养护用水
? 在拌制和养护混凝土用的水中, 不得含有
影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质, 如油脂,
糖类等 。 凡是能饮用的自来水和清洁的天然水,
都能用来拌制和养护混凝土 。 污水, PH值小于
４的酸性水, 含硫酸盐 （ 按ＳＯ 3计 ） 超过水重
１ ％ 的水均不得使用, 在对水质有疑问时可将
该水与洁净水分别制成混凝土试块, 然后进行
强度对比试验, 如果用该水制成的试块强度不
低于洁净水制成的试块强度, 就可用此水来拌
制混凝土 。 海水中含有硫酸盐, 镁盐和氯化物,
对水泥石有侵蚀作用, 对钢筋也会造成锈蚀,
因此一般不得用海水拌制混凝土 。
?第二节, 普通混凝土的主要技术性质
? 混凝土在未凝结硬化以前, 称为混凝
土拌合物 。 它必须具有良好的和易性, 便
于施工, 以保证能获得良好的浇灌质量；
混凝土拌合物凝结硬化以后, 应具有足够
的强度, 以保证建筑物能安全地承受设计
荷载；并应具有必要的耐久性 。
?1.混凝土拌合物的和易性
?1.1,和易性的概念
? 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作 （ 拌
合, 运输, 浇灌, 捣实 ） 并能获致质量均匀, 成
型密实的性能 。 和易性是一项综合的技术性质,
包括有流动性, 粘聚性和保水性等三方面的含义 。
? 流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工
机械振捣的作用下, 能产生流动, 并均匀密实地
填满模板的性能 。 流动性的大小取决于混凝土拌
合物中用水量或水泥浆含量的多少 。
? 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 。 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 。
?1.2,和易性测定及评价指标
?目前, 尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易
性的测定方法 。 在工地和试验室, 通常是测定
拌合物的流动性, 并辅以直观经验评定粘聚性
和保水性 。
?（ １ ） 坍落筒法
? 将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥
筒中, 逐层插捣并装满刮平后, 垂直提起圆锥
筒, 混凝土拌合物由于自重将会向下坍落 。 量
测坍落的高度 （ 以毫米计 ）, 即为坍落度 。 坍
落度越大, 则混凝土拌合物的流动性越大 。
?在做坍落度试验的同时, 应观察混凝土拌合物的
粘聚性, 保水性及含砂等情况, 以更全面地评定
混凝土拌合物的和易性 。 坍落度法适用于骨料最
大粒径不大于 40㎜, 坍落度值不小于 10㎜ 的混凝
土拌合物 。
?根据坍落度的不同, 可将混凝土拌合物分为,
?大流动性混凝土 （ 坍落度大于 160ｍｍ ） ；
?流动性混凝土 （ 坍落度为 100～ 150ｍｍ ） ；
?塑性混凝土 （ 坍落度为 50～ 90ｍｍ ） 及
?低塑性混凝土 （ 坍落度为 10～ 40ｍｍ ） 。
?坍落度值小于 10ｍｍ的拌合物为干硬性混凝土 。
? 评定混凝土拌合物粘聚性的方法,
用插捣棒轻轻敲击已塌落的混凝土拌合
物锥体，突然发生崩塌或出现石子离析，
则表明粘聚性差。
评定保水的方法,
观察混凝土拌合物的底部，如有较多的稀
水泥浆或水析出，或因失浆而使骨料外
露，则说明保水性差，如锥体底部没有
或仅有少量的水泥浆析出，则说明保水
性好。
?（ ２ ） 维勃稠度法 （ ＶＢ法 ）
?对干硬性的混凝土拌合物通常采用维勃稠
度仪测定其稠度 。 维勃稠度测试方法是：
在维勃稠度仪上的坍落度筒中按规定方法
装满拌合物, 垂直提起坍落度筒, 在拌合
物试体顶面放一透明圆盘, 开启振动台,
同时用秒表计时, 在透明圆盘的底面完全
为水泥浆所布满的瞬间, 停止秒表, 关闭
振动台 。 此时可认为混凝土混合物已密实 。
读出秒表的秒数, 称为维勃稠度 。 该法适
用于粗骨料最大粒径不超过 40ｍｍ, 维勃
稠度在５～ 30ｓ之间的混凝土拌合物的稠
度测定 。
?1.3 和易性的选择
?混凝土拌合物的坍落度, 主要依据构
件截面大小, 钢筋疏密和捣实方法来
确定 。 当截面尺寸较小或钢筋较密,
或采用人工插捣时, 坍落度可选择大
些 。 反之, 如构件截面尺寸较大, 钢
筋较疏, 或采用振动器振捣时, 坍落
度可选择小些 。 表４－ 5（ p102表４－
19)列出, 混凝土结构工程施工及验收
规范, （ GB50204-1992） 关于坍落度
选择的规定 。
? 注,① 本表系采用机械振捣混凝土时的坍落度,
采用人工捣实其值可适当增大；
? ② 需配制泵送混凝土时, 应掺外加剂, 坍
落度宜为 120～ 180㎜ 。
表４ — 5 混凝土浇筑时的坍落度（ G B 5 0 2 0 4 - 1 9 9 2 ）
结构种类 坍落度
（㎜）
基础或地面等的垫层，无配筋的大体
积结构或配筋稀疏的结构
1 0 ~3 0
板、梁或大型及中型截面的柱子等 3 0 ~5 0
配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓。
细柱等）
5 0 ~7 0
配筋特密的结构 7 0 ~9 0
?1.4影响和易性的因素
?（ 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
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 。
（ 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 50～ 100㎏ ／ｍ 3 ） 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强度不
同的混凝土 。
? 塑性混凝土用水量可根据骨料的品种与规格及要
求的流动性，参考表 4－ 6(p104表 4－ 21)选取（水
灰比,0.40 ～ 0.80）。
表 4 － 6 塑性混凝土的用水量（㎏ / ㎝
3
）（ J G J 5 5 - 2000 ）
拌合物稠度 卵石最大粒径 ( ㎜ ) 碎石最大粒径 ( ㎜ )
项
目
指标 10 20 3 1, 5 40 16 20 3 1, 5 40
1 0 ~ 3 0 190 170 160 150 200 185 175 165
3 0 ~ 5 0 200 180 170 160 210 195 185 175
5 0 ~ 7 0 210 190 180 170 220 205 195 185
坍
落
度
( ㎜ )
7 0 ~ 9 0 215 195 185 175 230 2 15 205 195
?注,① 本表用水量系采用中砂时的平均取值, 采用细砂时, 每立方米混凝土用
水量可增加 5 ～ 10㎏, 采用粗砂则可减少 5～ 10㎏ 。
? ② 掺用各种外加剂或掺合料时, 用水量应相应调整 。
?(3) 砂率
?砂率是指混凝土中砂的用量占砂, 石总用量的百
分率 。
? ｍ g0—— 每立方米混凝土的粗骨料用量 （ kg） ；
? ｍ s0—— 每立方米混凝土的细骨料用量 （ kg） ；
? β s—— 砂率 （ ％ ） ；
? P_______粗骨料的空隙率（％）
? ρ 0s,ρ 0g _______砂、石堆积密度（ kg/m3)
gs
s
ggss
ss
gs
so
s P
P
VV
V
mm
m
00
0
0000
00
00 ??
?
??
?
?
??
?
?
???
?
?
?
?
?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，混凝土混
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。也可参照表 4-7(p105表 4-22)选用。
? 注,① 本表数值系中砂的选用砂率, 对细砂或粗砂, 可相
应地减少或增大砂率；
? ② 只用一个单粒级粗骨料配制混凝土时, 砂率应适当增大；
? ③ 对薄壁构件, 砂率取偏大值 。
表 4 - 7 混凝土砂率选用表 （ % ）（ J G J 5 5 - 2000 ）
卵石最大粒径 ( ㎜ ) 碎石最大粒径 ( ㎜ )
水灰比
10 20 40 16 20 40
0, 4 0 2 6 ~ 3 2 2 5 ~ 3 1 2 4 ~ 3 0 3 0 ~ 3 5 2 9 ~ 3 4 2 7 ~ 3 2
0, 5 0 3 0 ~ 3 5 2 9 ~ 3 4 2 8 ~ 3 3 3 3 ~ 3 8 3 2 ~ 3 7 3 0 ~ 3 5
0, 6 0 3 3 ~ 3 8 3 2 ~ 3 7 3 1 ~ 3 6 3 6 ~ 4 1 3 5 ~ 4 0 3 3 ~ 3 8
0, 7 0 3 6 ~ 4 1 3 5 ~ 4 0 3 4 ~ 3 9 3 9 ~ 4 4 3 8 ~ 4 3 3 6 ~ 4 1
?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, 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 。
?混凝土拌合物的和易性还与时间, 温度有关 。
拌合物拌制后, 随时间延长, 流动性减小；温
度越高, 水分丢失越快, 坍落度损失越大 。
?6.4 混凝土的强度
6.4.1混凝土的强度与强度等级
（１）抗压强度标准和强度等级值
?①立方体抗压强度（ fcu）
按照标准的制作方法制成边长为 150ｍｍ
的正立方体试件，在标准养护条件（温
度２０士 2° Ｃ，相对湿度 95％以上）下，
养护至 28ｄ龄期，按照标准的测定方法
测定其抗压强度值，称为混凝土立方体
抗压强度, （以 fcu表示,以Ｎ／ｍｍ 2即
ＭＰ a）
?测定混凝土立方体试件抗压强度，也可以
按粗骨料最大粒径的尺寸而选用不同的试
件尺寸。但在计算其抗压强度时，应乘以
换算系数，以得到相当于标准试件的试验
结果。
?（对于边长为 100ｍｍ的立方体试件，换
算系数为 0.95；边长为 200ｍｍ的立方体
试件，换算系数为 1.05）。
A
Ff
cu ?
?② 立方体试件抗压强度标准值（ fcu,k）
立方体抗压强度（ fcu）只是一组混
凝土试件抗压强度的算术平均值，并未涉
及数理统计和保证率的概念。而立方体抗
压强度标准值（ fcu,,k）是按数理统计方
法确定，具有不低于９５％保证率的立方
体抗压强度。
?③ 强度等级
混凝土的, 强度等级, 是根据, 立方体抗
压强度标准值, 来确定的。我国现行规范
（ GB/T50081—— 2002）规定，普通混凝
土按立方体抗压强度标准值划分为：Ｃ 10、
Ｃ 15,C20,C25,C30,C40,C45,C50、
C55等强度等级。
?(2)轴心抗压强度（ fcp）
为了使测得的混凝土强度接近于混凝土结
构的实际情况，在钢筋混凝土结构计算中，
计算轴心受压构件（例如柱子、衍架的腹
杆等）时，都是采用混凝土的轴心抗压强
度作为依据。
我国现行标准（ＧＢ /T50081—— 2002）
规定，测定轴心抗压强度采用 １５０ ×
１５０ × ３００ｍｍ棱柱体作为标准试
件。试验证明，棱柱体强度与立方体强度
的比值为 0.7～ 0.8。
?(3)劈裂抗拉强度（ fts）
我国现行标准规定，采用标准试件１５０ｍｍ
立方体，按规定的劈裂抗拉试验装置测得的强
度为劈裂抗拉强度，简称劈拉强度 fts
混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算,
?式中 fts—— 混凝土劈裂抗拉强度,MPa；
F—— 破坏荷载，Ｎ；
Ａ —— 试件劈裂面面积,mm2。
A
F
A
Ff
ts 6 3 7.0
2 ??
?
(4)混凝土与钢筋的粘结强度
? 为使钢筋和混凝土能有效协同工作，混凝
土与钢筋之间应有一定的粘结强度。
? 强度来源：混凝土与钢筋之间的摩擦；钢
筋与水泥石之间的粘结；变形钢筋表面机
械作用力。
? 因素：混凝土的质量，混凝土的强度，钢
筋的尺寸与种类，钢筋的位置（垂直、水
平）；加载类型（拉、压）；干湿、温度
的变化。
? 方法 P78
? 6.4.2影响混凝土强度的因素
影响混凝土强度的主要因素有,
（ 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２３％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４０～７０％）。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，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
?（图 6－ 8）。
图 6－ 8 混凝土强度与水灰比及灰水比的关系
（ａ）强度与水灰比的关系；
（ｂ）强度与灰水比的关系
根据大量试验建立的混凝土强度公式,
? 式中 fcu,0—— 混凝土 28天抗压强度,ＭＰ a；
fce—— 水泥的实际强度,ＭＰ a；
Ｃ／Ｗ —— 灰水比；
Ｃ —— 每立方米混凝土中水泥用量,kg;
ｗ —— 每立方米混凝土中用水量,kg。
α a,α b为回归系数，与骨料品种、水泥品种
有关，其数值可通过试验求得。, 普通混凝土配
合比设计规程, （ JGJ55— 2000）提供的 α a, α b
经验值为,
采用碎石,α a=0.46 α b＝ 0.07
采用卵石,α a=0.48 α b =0.33
）（,bceacu WCff ?? ?? /0
（ 2）骨料的影响
? 骨料的种类：水泥石与骨料的粘结情况与骨料种
类和骨料表面性质有关，表面粗糙的碎石比表面
光滑的卵石（砾石）的粘结力大，硅质集料与钙
质集料也有分别。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。
? 骨料的级配和砂率
? 骨料的强度
?（ 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° Ｃ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) 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７～１４ｄ内，强度增长较
快，２８ｄ以后增长较慢。但只要温湿度适宜，
其强度仍随龄期增长。
普通水泥制成的混凝土，在标准养护条件下，其
强度的发展，大致与其龄期的对数成正比（龄期
不小于三天）
28lg
lg28 nff
n
??
式中 fn—— nd龄期混凝土的抗压程度,MPa；
ｆ 28—— 28ｄ龄期混凝土的抗压强度,MPa；
lgｎ,lg 28—— ｎ（ｎ不小于 3）和 28的常用对数。
例 6 - 1 配制混凝土时，制作１０ cm 3 10 c m 31 0 c m 立方体
试件 ３块，在标准条件下养护 7d 后，测得破坏荷载分别
为 140kN, 1 3 5 k N, 1 4 0 k N 试估算该混凝土 28d 的标准立
方体抗压强度。
解
7 ｄ龄期时,
１０ｃｍ混凝土立方体的平均强度为,
M P af 8.13
3100100
140135140
?
??
??
?
换算为标准立方体抗压强度,
M P af 1.1395.08.13
7
???
２８ｄ龄期时,
M P aff 4.221.1371.1
7lg
28lg
728
????
该混凝土２８ｄ的标准立方体抗压强度为 22.4 Ｍ Pa 。
?（ 5）施工质量
施工质量的好坏对混凝土强度有非常重要
的影响。施工质量包括配料准确，搅拌均
匀，振捣密实，养护适宜等。任何一道工
序忽视了规范管理和操作，都会导致混凝
土强度的降低。
(6) 试验条件
试验条件对混凝土强度的测定也有直接影
响。如试件尺寸，表面的平整度，加荷速
度以及温湿度等，测定时，要严格遵照试
验规程的要求进行，保证试验的准确性。
?6.4.6提高混凝土强度的措施
（ 1）选用高强度水泥和低水灰比
水泥是混凝土中的活性组分，在相同的配
合比情况下，所用水泥的强度等级越高，
混凝土的强度越高。水灰比是影响混凝土
程度的重要因素，试验证明，水灰比增加
１％，则混凝土强度将下降５％，在满足
施工和易性和混凝土耐久性要求条件下，
尽可能降低水灰比和提高水泥强度，这对
提高混凝土的强度是十分有效的。
?（ 2）掺用混凝土外加剂
在混凝土中掺入减水剂，可减少用水量，
提高混凝土强度；掺入早强剂，可提高混
凝土的早期强度。在混凝土中掺入矿物外
加剂（如磨细矿渣、粉煤灰、硅灰、沸石
粉等），可以节约水泥，降低成本；减少
环境污染，改善混凝土诸多性能。
?（ 3）采用机械搅拌和机械振动成型。
采用机械搅拌、机械振捣的混合料，可使
混凝土混合料的颗粒产生振动，降低水泥
浆的粘度和骨料的摩擦力，使混凝土拌合
物转入液体状态，在满足施工和易性要求
条件下，可减少拌合用水量，降低水灰比。
同时，混凝土混合物被振捣后，它的颗粒
互相靠近，并把空气排出，使混凝土内部
孔隙大大减少，从而使混凝土的密实度和
强度大大提高。
?（ 4）采用湿热处理
湿热处理可分为蒸汽养护和蒸压养护两类。
蒸汽养护就是将成型后的混凝土制品放在
100℃ 以下的常压蒸汽中进行养护。以加
快混凝土强度发展的速度。混凝土经 16～
20ｈ的蒸汽养护后，其强度即可达到标准
养护条件下 28ｄ强度的 70％～ 80％。
?蒸压养护混凝土在 175℃ 温度和８个大气
压的蒸压釜中进行养护。主要适用于硅酸
盐混凝土拌合物及其制品。
6.5 混凝土的变形性能
引起混凝土变形的因素很多，归纳起来有两类：
非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形
? 6.5.1 混凝土在非荷载作用下的变形
（ 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，大致与时间的对数成正
比一般在混凝土成型后 40ｄ内收缩量增加较快，
以后逐渐趋向稳定。化学收缩是不可恢复的，可
使混凝土内部产生微细裂缝。
?（ 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表面的湿润，如在表
面覆盖塑料膜、喷洒养护剂等。
?（ 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。
影响混凝土干缩的因素有：水泥品种
和细度、水泥用量和用水量等。火山灰质
硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥干缩大；水
泥越细，收缩也越大；水泥用量多，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）温度变形
混凝土与其他材料一样，也具有热胀冷缩
的性质，混凝土的热胀冷缩的变形，称为温度
变形。混凝土温度膨胀系数约为 1× 10-5，即温
度升高 1℃,每 m膨胀 0.01ｍｍ。
温度变形对大体积混凝土极为不利。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 50～ 70℃,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缝，以及在结
构内配置温度钢筋。
?6.5.2 混凝土在荷载作用下的变形
（ 1）混凝土的受压变形与破坏特征
硬化后的混凝土在未施加荷载前，由于水泥水
化造成的化学收缩和物理收缩引起的砂浆体积
的变化，在粗骨料与砂浆界面上产生了拉应力，
同时混凝土成型后的泌水聚积于粗骨料的下缘，
混凝土硬化后形成为界面裂缝。混凝土受外力
作用时，其内部产生了拉应力，这种拉应力很
容易在具有几何形状为楔形的微裂缝顶部形成
应力集中，随着拉应力的逐渐增大，导致微裂
缝的进一步延伸、汇合、扩大，形成可见的裂
缝，致使混凝土结构丧失连续性而遭到完全破
坏。
? 当用混凝土立方体试件进行单轴静力受压试验
时，混凝土的荷载变形曲线如图 4-4所示，通
过显微观察所查明的混凝土破坏过程各阶段的
裂缝状态如图 4-5所示。
图 4-4 混凝土的荷载变形曲线
?混凝土的受压破坏发展过程及各阶段情况如下,
?Ｉ阶段：荷载到达, 比例极限, （约为极限荷载
的３０％）以前、界面裂缝无明显变化，荷载与
变形比较接近直线关系（图中曲线ＯＡ段）
?II阶段：荷载超过, 比例极限, 以后，界面裂缝
的数量、长度和宽度都不断增大，界面借摩阻力
继续承担荷载，但尚无明显的砂浆裂缝。此时，
变形增大的速度超过荷载增大的速度，荷载与变
形之间不再为线性关系（图中曲线ＡＢ殷）。
?III阶段：荷载超过, 临界荷载, （约为极
限荷载的７０～９０％）以后，界面裂缝继
续发展，开始出现砂浆裂缝，并将邻近的界
面裂缝连接起来成为连续裂缝。此时，变形
增大的速度进一步加快，荷载一变形曲线明
显地弯向变形轴方向（图中曲线ＢＣ段）。
?IV阶段：荷载超过极限荷载以后，连续裂缝
急速发展，此时，混凝土的承载能力下降，
荷载减小而变形迅速增大，以至完全破坏，
荷载一变形曲线逐渐下降而最后结束（图中
曲线ＣＤ段）。
混凝土不同受力破坏阶段的裂缝状态示意图
由此可见，荷载与变形的关系，是内部微裂缝发
展规律的体现。混凝土在外力作用下的变形和破坏过
程，也就是内部裂缝的发生和发展过程，它是一个从
量变发展到质变的过程。
?（２）弹性模量 弹性模量是反应应力与应变关系的物理量，
由于混凝土是弹塑性体，随荷载不同，应
力与应变之间的比值成为一个变量，也就
是说混凝土的弹性模量不是定值。
按我国 GBJ81一 85的规定，混凝上弹性模
量的测定，是采用 150ｍｍ × 150ｍｍ
× 300mm的棱柱体试件，取其轴心抗压强
度值的 40％作为试验控制应力荷载值，经
4~5次反复加荷和卸荷后，测得应力与应
变的比值，即为混凝土的弹性模量。
? 影响混凝土弹性模量的因素有,
? ①混凝土的强度等级越高，弹性模量越
高。水泥用量少，水灰比小，粗细骨料用量
较多，弹性模量大。
? ②骨料弹性模量大，混凝土弹性模量也
大。
? ③，早期养护温度较低的混凝土具有较
大的弹性模量。在相同强度情况下，蒸汽养
护混凝土弹性模量较在标准条件下养护的混
凝土弹性模量小。
? ④引气混凝土弹性模量较普通混凝土低
20％～ 30％。
? （ 3）徐变
混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间增
长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土
的徐变。
一般认为，徐变是由于水泥石中凝胶体在
外力作用下，粘滞流变和凝胶粒子间的滑移而产
生的变形，还与水泥石内部吸附水的迁移等有关。
影响混凝土徐变因素很多，混凝土所受初应
力越大，在混凝土制成后龄期较短时加荷，水灰
比越大，水泥用量越多，都会使混凝土的徐变增
大；另外混凝土弹性模量大，会减小徐变，混凝
土养护条件越好，水泥水化越充分，徐变也越小。
? 混凝土的徐变会使构件的变形增加，在
钢筋混凝土截面中引起应力的重新分布。
对预应力钢筋混凝土结构，混凝土的徐变
将使钢筋的预应力受到损失。但有时徐变
也对工程有利，如徐变可消除或减小钢筋
混凝土内的应力集中，使应力均匀地重新
分布。对大体积混凝土，徐变能消除一部
分由温度变形所产生的破坏应力。
?6.6 混凝土的耐久性
混凝土抵抗环境介质作用
并长期保持其良好的使用性能
的能力称为混凝土的耐久性。
提高混凝土耐久性，对于延长
结构寿命，减少修复工作量，
提高经济效益具有重要的意义。
?6.6.1混凝土的抗渗性
混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力
水渗透的能力。
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。
?混凝土的抗渗性以抗渗等级来表示。抗渗
等级是以 28ｄ龄期的标准抗渗试件，按规
定方法试验，以不渗水时所能承受的最大
水压力来表示，划分为 P2,P4,P6,P8、
P12 等等级，它们分别表示能抵抗 0.2、
0.4,0.6,0.8,1.2 MPa的水压力而不渗
透。
混凝土的抗渗性与水灰比有密切关系，
还与水泥品种、骨料级配、施工质量、养
护条件以及是否掺外加剂、掺合料有关。
?6.6.2混凝土的抗冻性
混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态
下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时
也不严重降低强度的性能。
混凝土抗冻性一般以抗冻等级表示。抗冻等级
是采用龄期 28ｄ的试块在吸水饱和后，承受反
复冻融循环，以抗压强度下降不超过 25％，而
且质量损失不超过 ５％时所能承受的最大冻融
循环次数来确定的。ＧＢＪ 50164— 92将混凝土
划分为以下抗冻等级：Ｆ 10,F15,F25,F50、
F150,F200,F250,F300等九个等级，分别表
示混凝土能够承受反复冻融循环次数为 10,25、
25,50,100,150,200,250和 300次。
?混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝
土内部的孔隙水在负温下结冰后体积膨
胀造成的静水压力，因冷冻水蒸汽压的
差别推动未冻水向冻结区的迁移造成的
渗透压力，当这两种压力所产生的内应
力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会
产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直
至破坏。
? 影响混凝土抗冻性的因素有,
（１）混凝土强度愈高，抵抗冻融破坏的能力越强，
抗冻性越好。
（２）混凝土密实度、混凝土孔隙构造及数量。密
实度越小，开口孔隙愈多，水分愈易渗入，静水压
力越大，抗冻性越差。
（３）混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结
后产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。
（４）水灰比。水灰比与孔隙率成正比，水灰比越
大，且开口孔隙率大，抗冻性越差。
（５）外加剂。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
４％～６％为宜。
?6.5.3抗侵蚀性
抗侵蚀性是指混凝土在含有侵蚀
性介质环境中遭受到化学侵蚀、
物理作用不破坏的能力。
混凝土的抗侵蚀性主要取决于水
泥的品种、混凝土密实度与孔隙
特征等。
?6.5.4 混凝土的碳化
混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳
与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙
和水。碳化又叫中性化。
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 ＰＨ值可
达到 12.6～ 13。这种强碱性环境能使混凝
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ＰＨ值低于 10时，钢筋表面
钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。
?其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢
筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，
使混凝土保护层开裂或剥落，进而又加速混
凝土进一步碳化。
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折强度。
?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 50～ 75％
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。
混凝土的碳化深度大体上与碳化时间的平
方成正比。为防止钢筋锈蚀，必须设置足
够的钢筋保护层。
?6.5.5,碱一骨料反应
碱一骨料反应是指混凝土中所含的碱
（ Na2O或 K2O）与骨料的活性成分（活
性 SiO2），在混凝土硬化后潮湿条件
下逐渐发生化学反应，反应生成复杂
的碱 — 硅酸凝胶，这种凝胶吸水膨胀，
导致混凝土开裂的现象。碱一骨料反
应的反应速度很慢，需几年或几十年，
因而对混凝土的耐久性十分不利。
?骨料中含有活性二氧化硅的矿物有：蛋白
石、玉髓、鳞石英等。含有活性氧化硅的
岩石有：安山岩、凝灰岩、流纹岩等。用
这种骨料配制混凝土时，必须用低碱水泥，
控制混凝土碱含量（折算成 Na2O）小于
0.6％，或采用掺混合材的水泥。对有怀
疑的骨料，需做碱一骨料试验，防止混凝
土出现碱一骨料反应而破坏。
混凝土的最大水灰比和最小水泥用量（ JGJ55 — 2000 ）
最大水灰比 最小水泥用量（㎏）
环境条件 结构物类别
素混凝
土
钢筋
混凝土
预应力
混凝土
素混凝
土
钢筋
混凝土
预应力
混凝土
1,干燥环境
正常的居住或办公
用房屋内部件
不作规
定
0.65 0.60 200 260 300
无冻害
2高湿度的室内部件
2室外部件
2在非侵蚀性土和（或）水
中的部件
0.70 0.60 0.60 225 280 300
2,
潮湿
环境
有冻害
2经受冻害的室外部件
2在非侵蚀性土和（或 ）水
中且经受冻害的部件
2高湿度且经受冻害中的室
内部件
0.55 0.55 0.55 250 280 300
３．有冻害和除冰
剂的潮湿环境
2经受冻害和除冰剂作用的
室内和室外部件
0.50 0.50 0.50 300 300 300
注：当用活性掺合料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量
?6.5.6．提高混凝土耐久性的主要措施
（１）合理选择水泥品种
（２）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量
水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因
素，它不仅影响混凝土的强度，而且也严重影
响其耐久性，故必须严格控制水灰比。
? 保证足够的水泥用量，同样可以起到提
高混凝土密实性和耐久性的作用。, 普通混凝
土配合比设计规程, （ JGJ55— 2000）对建筑
工程所用混凝土的最大水灰比及最小水泥用量
作了规定，见表 4－ 8(p126表 4－ 25)。
?（ 3）选用质量良好的砂石骨料
质量良好、技术条件合格的砂、石骨料，是保
证混凝土耐久性的重要条件。改善粗细骨料级
配，在允许的最大粒径范围内尽量选用较大粒
径的粗骨料，可减小骨料的空隙率和比表面积，
也有助于提高混凝土的耐久性。
（４）掺入引气剂或减水剂
掺入引气剂或减水剂对提高抗渗、抗冻等有良
好的作用，在某些情况下，还能节约水泥。
（ 5）加强混凝土的施工质量控制
混凝土施工中，应当搅拌均匀、浇灌和振捣密
实并加强养护，以保证混凝土的施工质量。
兴岛混凝土搅拌站技术术语指南
一、混凝土我厂所接触的混凝土中一般为：
普通混凝土，抗渗混凝土，抗冻混凝土，
大体积混凝土，泵送混凝土，自密实混
凝土，高强混凝土。
1、普通混凝土：由胶凝材料，水和粗细骨
料按适当的比例配合拌制成拌合物，经
一定时间硬化而成的人造石才。
按强度等级分为：Ｃ１０ Ｃ１５ Ｃ２
０ Ｃ２５ Ｃ３０ Ｃ３５
Ｃ４０ Ｃ４５ Ｃ５０。单位Ｍｐ a这九
种等级的混凝土是今后我们每天都要接
触的。其中Ｃ１０ Ｃ１５一般用与垫
层，Ｃ２０－Ｃ４０一般用与梁拌柱，
Ｃ４５ Ｃ５０一般工程很少用，在高
层楼房或特殊工程中才能用到。
普通混凝土每立米为２４００ kg-2450kg。
２，抗渗混凝土：抗渗等级或大于Ｐ６（Ｓ６）
级的混凝土，简称抗渗混凝土，又叫防水混凝
土。抗渗等级常用的为：Ｐ６（Ｓ６） Ｐ８
（Ｓ８） Ｐ１０（Ｓ１０）Ｐ１２（Ｓ１
２），抗渗等级用Ｐ来表示，也有用Ｓ来表示
的例：Ｃ２０Ｐ８也可为 C20S8,C20P8(C20S8）
表示强度等级为Ｃ２０，抗渗等级为Ｐ８。 P
是我国执行的新标准例,P8就是最大压力达到
1.0 MPa 不渗水。 S是我国以前执行的旧标准，
现在许多地区还在使用。例,S8就是最大压力
达到 0.9MPa 不渗水即可。
抗渗混凝土一般用与楼房的地基或地下室，
水池污水处理等。
3,抗冻混凝土：抗冻等级 F50（ D50）及以
上的混凝土简称抗冻混凝土。 F50（ D50）
即冻融循环 50次的抗冻融性能实验，抗
冻混凝土一般用于河床，水库大坝等。
抗冻混凝土很少接触到。
4.大体积混凝土：混凝土结构物中实体最
小尺寸大于或等于 1m或容易
因温度应力引起裂缝的混凝土的部位所用
的混凝土简称大体积混凝土。
大体积混凝土首先考虑的是水化热，应选
用水化热低凝结时间长的水泥，混凝土
浇筑温差不宜超过 28度，内外温差控制
有 25度，混凝土表面温度骤降是产生表
面裂缝的主要原因矛盾体积混凝土中掺
入 8℅-10℅膨胀剂以补偿混凝土的收缩，
并减少水化热降低混凝土温升和由于微
膨胀降低内应力减少裂缝的产生。
5.泵送混凝土
我单位所有职工对泵送混凝土都很了解，
它的意思就是 将配制好后的混凝土用泵
（泵车）沿输送管输送到浇筑地点，泵
送混凝土必须在配制时考虑混凝土的可
泵性，还需要根据泵送工艺所需的流动
性，不离析，少泌水的要求配制可泵送
的混凝土混合料。
泵送混凝土水泥用量（含掺合料）不宜小于
300kg/m3砂子采用中砂，通过 0.315mm筛
孔的砂不少于 15℅；石子最大粒径与输送管
径之比 1,3；外加剂选用泵送剂，塔落度
应适当放大，是泵车送自如，已延长泵车
寿命。
6.自密实混凝土又称自流平混凝土，也有叫
无振混凝土。自密实混凝土是在 94-95年开
始使用的。我国在 6.7月份全国高考时规定
晚上 22,00-8,00不准施工，这对要求工期
的工程出了难题,
二,混凝土的组成材料
我厂生产的混凝土是由：水 水泥 砂子 石子
外加剂 粉煤灰。
1,水 Ph值 >4优先使用国家标准的生活用水，
其它如地表水或工业废水经检验合格后可
用于拌制混凝土。
用不合格的水对混凝土有哪些影响,
1.影响混凝土的和易性及凝结
2.有损于混凝土强度发展
3.降低混凝土的耐久性，加快钢筋腐蚀及导致预
应力钢筋脆断
4.污染混凝土表面
2.水泥
在商品混凝土搅拌厂我们接触应用的水泥共有 6
大水泥，它们是硅酸盐系列的，它们分别是：
硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水
泥，粉煤灰硅酸盐水泥，火山灰硅酸盐水泥，
复合硅酸盐水泥。在搅拌站中优先选用硅酸盐
水泥，普通硅酸盐水泥，夏天有时选用矿渣水
泥（水化热早期低）夏天用好些。
在硅酸盐水泥于普通硅酸盐水泥中，硅酸
盐水泥早期强度增长快，水化热高，后期强度
也很高，但硅酸盐水泥成本高。它是由硅酸盐
熟料加入少量掺合料适量石膏磨细制成的，所
以价格比较贵。普通水泥的各项指标于硅酸盐
相似，但掺合料比硅酸盐水泥多 10℅左右，成
本低，价格也比较低。但早期强度也很高，它
在一年四季中都能使用所以普通水泥在商品混
凝土搅拌站非常实用，我站选用也是普通硅酸
盐水泥 。
普通硅酸盐水泥：凡是由硅酸盐水泥熟料 6-15℅
混合料适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称
为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）
普通水泥：按强度等级分为,32.5 32.5R 42.5
42.5R 52.5 52.5R 6种，我厂常用的是 42.5
42.5R 以后如果有高强度混凝土要用到 52.5
52.5R 水泥。
我厂存在用的是浅野 42.5R水泥,3天抗折强度
7.2MPa 抗压强度 34MPa 28天强度抗折 9.6MPa
抗压强度 58MPa
砂子：按细度模数共分 3种：细砂 中砂
粗砂 3种。在商品混凝土中优先选用中砂，
因为细纱表面积太大浪费水泥，粗砂表面积
少，还影响和易性，所以优先选用中砂，泵
送混凝土用砂宜选用中砂。砂子有山砂，河
砂，海砂。我厂也是用的河砂，因山砂都是
经过风化的砂子强度低。海砂中含氯离子对
钢筋有锈蚀，所以应优先选用河砂。
石子：按种类分为卵石和碎石 2种。
碎石具有棱角表面粗糙，与水泥黏结
较好，而卵石多为圆形表面光滑，与水
泥的黏结较差。在水泥用量和水用量相
同的情况下，碎石拌制的混凝土流动性
较差，但强度较高而卵石拌制的混凝土
则流动性交好；但强度较低，我厂用的
是石灰岩 碎石 5-25mm石子中针状与片状
颗粒不能过多，过多时回使混凝土强度
降低。
外加剂：我厂所用外加剂一般分液体和固
体两种，液体是在搅拌过程中和水一起加入
的，例如：夏天，高效减水剂；冬天，防冻
剂，固体是在搅拌过程中与水泥一起加 入的，
例如：膨胀剂。
?6.7 混凝土的质量控制与评定
?混凝土在生产与施工中，由于原材料性能
波动的影响，施工操作的误差，试验条件
的影响，混凝土的质量波动是客观存在的，
因此一定要进行质量管理,
由于混凝土的抗压强度与混凝土其他
性能有着紧密的相关性，能较好地反映混
凝土的全面质量，因此工程中常以混凝土
抗压强度作为重要的质量控制指标，并以
此作为评定混凝土生产质量水平的依据。
?
6.6.1 混凝土强度的波动规律 —— 正
态分布
在一定施工条件下，对同一种混凝土
进行随机取样，制作ｎ组试件（ｎ ≥
２５），测得其２８ ｄ龄期的抗压
强度，然后以混凝土强度为横坐标，
以混凝土强度出现的概率为纵坐标，
绘制出混凝土强度概率分布曲线。实
践证明，混凝土的强度分布曲线一般
为正态分布曲线。
?6.6.2混凝土质量评定的数理统计方法
?
（１）混凝土强度平均值（ ）
混凝土强度平均值可按下式计算,
f
?
?
?
n
i
icufnf
1
1
，
式中ｎ —— 混凝土强度试件组数；
fcu,i — 混凝土第ｉ组的抗压强度值。
?（２）混凝土强度标准差（ σ ）
混凝土强度标准差又称均方差，其计算式为
? 标准差 σ 是正态分布曲线上拐点至对称轴的
垂直距离，可用以作为评定混凝土质量均匀性
的一种指标。
11
2
1
2
1
2
?
?
?
?
?
?
??
??
n
fnf
n
ff
n
i
icu
n
i
icu,,）（
?
?（３）变异系数（Ｃ v）
变异系数又称离差系数，其计算式如下
f
C v
?
?
由于混凝土强度的标准差（ σ）随强度等级的提
高而增大，故可采用变异系数（Ｃ v）作为评定混凝
土质量均匀性的指标。Ｃ v值愈小，表示混凝土质量
愈稳定；Ｃ v值大，则表示混凝土质量稳定性差。
?（４）混凝土的强度保证率（Ｐ）
混凝土的强度保证率 P（％）是指混凝土强度
总体中，大于等于设计强度等级的概率，在混
凝土强度正态分布曲线图中以阴影面积表示，
见图 4-6所示。低于设计强度等级（ fcu，ｋ ）
的强度所出现的概率为不合格率。
?混凝土强度保证率Ｐ（％）的计算方法为：
首先根据混凝土设计等级（ fcu,ｋ ）、混凝土
强度平均值（ ）、标准差（ σ ）或变异系
数（Ｃ v），计算出概率度（ｔ），即
?则强度保证率Ｐ（％）就可由正态分布曲线
方程积分求得，即
f
?
kcufft,??
?
? ?
?
t
t
dteP 2
2
2
1
?
– 但实际上当已知ｔ值时，可从数理统计
书中的表内查到Ｐ值。 (P129 表 4-27）
工程中Ｐ（％）值可根据统计周期内混凝
土试件强度不低于要求强度等级的组数 N0
与试件总组数Ｎ（Ｎ ≥ ２５）之比求得，
即
%1000 ??
N
NP
?6.6.3 混凝土配制强度
在施工中配制混凝土时，如果所配
制混凝土的强度平均值（ ）等于设
计强度
（ fcu,ｋ ），则由图 4— 6可知，这时混
凝土强度保证率只有 50％。因此，为
了保证工程混凝土具有设计所要求的
95％强度保证率，在进行混凝土配合
比设计时，必须使混凝土的配制强度
大于设计强度（ fcu,ｋ ）。
f
?混凝土配制强度可按下式计算（ JGJ55-
2000）,
?式中 fcu,0—— 混凝土配制强度（ MPa）；
fcu,k—— 设计的混凝土强度标准值
（ MPa）；
σ —— 混凝土强度标准差
（ MPa）,
?6 4 5.10 ?? kcucu ff,，
?当施工单位不具有近期的同一品种混凝
土的强度资料时,σ 值可按下表 4取值。
表 4 - 9 混凝土强度标准差 ( σ )
混凝土设计
强度等级 f c u,k
低于 C 2 0 C 2 0 ~ C 3 5 高于 C 3 5
σ (MPa) 4, 0 5, 0 6, 0
6.7 普通混凝土配合比设计
混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各
组成材料的质量比例，确定这种数量比例关
系的工作，称为混凝土配合比设计。
混凝土配合比设计必须达到以下四项基
本要求，即,
（１）满足结构设计的强度等级要求；
（２）满足混凝土施工所要求的和易性；
（３）满足工程所处环境对混凝土耐久
性的要求；
（４）符合经济原则，即节约水泥以降
低混凝土成本。
?6.7.1 混凝土配合比设计基本参数确定的
原则
水灰比、单位用水量和砂率是混凝土配合
比设计的三个基本参数。 混凝土配合比设
计中确定三个参数的原则是：在满足混凝
土强度和耐久性的基础上，确定混凝土的
水灰比；在满足混凝土施工要求的和易性
基础上，根据粗骨料的种类和规格确定单
位用水量；砂率应以砂在骨料中的数量填
充石子空隙后略有富余的原则来确定。混
凝土配合比设计以计算 1m3混凝土中各材料
用量为基准，计算时骨料以干燥状态为准。
?6.7.2 普通混凝土配合比设计基本原理
（ 1）绝对体积法
绝对体积法的基本原理是：假定刚浇捣完毕的混
凝土拌合物的体积，等于其各组成材料的绝对体
积及混凝土拌合物中所含少量空气体积之和。
101.0
000
????? ?
????
w
w
s
so
g
g
c
c
mmmm
式中 ρ
c
—— 水泥密度（ kg / ｍ
3
），可取 2900 ～ 3100 k g / ｍ
3
。
ρ g —— 粗骨料的表观密度（ kg / ｍ
3
）；
ρ
s
—— 细骨料的表观密度（ kg / ｍ
3
）；
ρ
w
—— 水的密度（ kg / ｍ
3
），可取 1000 k g / ｍ
3；
α
—— 混凝土的含气量百分数,在不使用引气型外加剂时,α 可取为１ 。
?（２）质量法（假定表观密度法）。
如果原材料比较稳定，可先假设混凝土的
表观密度为一定值，混凝土拌合物各组成
材料的单位用量之和即为其表观密度。
ｍ
c0
＋ｍ
g0
＋ｍ
s0
＋ｍ
w0
＝ ｍ
cp
式中 ｍ
c0
—— 每立方米混凝土的水泥用量（ kg ）；
ｍ
g0
—— 每立方米混凝土的粗骨料用量（ kg ）；
ｍ
s0
—— 每立方米混凝土的细骨料用量（ kg ）；
ｍ
w0
—— 每立方米混凝土的用水量（ kg ）；
ｍ
cp
—— 每立方米混凝土拌合物的假定重量（ kg ）；
其值可取 2400 ～ 2450kg 。
?6.7.3混凝土配合比设计的步骤
4.3.1设计的基本资料
①混凝土的强度等级、施工管理水平,
②对混凝土耐久性要求,
③原材料品种及其物理力学性质,
④混凝土的部位、结构构造情况、施工条件等。
4.3.2．初步配合比计算
（１）确定试配强度（ fcu,0）
?64 5.1
0 ?? kcucu ff,,
? （２）计算水灰比 （ W/C）
根据强度公式计算水灰比,
? 式中 fcu,0—— 混凝土试配强度,ＭＰ a；
fce—— 水泥 28d的实测强度,ＭＰ a；
α a,α b— 回归系数，与骨料品种、水
泥品种有关，其数值可通过试验求得。
?, 普通混凝土配合比设计规程, （ JGJ55— 2000）
提供的 α a, α b 经验值为,
采用碎石,α a=0.46 α b＝ 0.07
采用卵石,α a=0.48 α b =0.33
cebacu
cea
ff
f
C
W
??
?
?
?
??
?
0,
? （３）选定单位用水量（ｍ w0）；
塑性混凝土的用水量（㎏ / ㎝
3
）（ J G J 5 5 - 2000 ）
拌合物稠度 卵石最大粒径 ( ㎜ ) 碎石最大粒径 ( ㎜ )
项
目
指标 10 20 3 1, 5 40 16 20 3 1, 5 40
1 0 ~ 3 0 190 170 160 150 200 185 175 165
3 0 ~ 5 0 200 180 170 160 210 195 185 175
5 0 ~ 7 0 210 190 180 170 220 205 195 185
坍
落
度
( ㎜ )
7 0 ~ 9 0 215 195 185 175 230 2 15 205 195
?注,① 本表用水量系采用中砂时的平均取值, 采用细砂时, 每立方米混凝
土用水量可增加 5~10㎏, 采用粗砂则可减少 5～ 10㎏ 。
? ② 掺用各种外加剂或掺合料时, 用水量应相应调整 。
?（４）计算水泥用量（ｍ c0）
根据已确定的 W/C和ｍ w0，可求出ｌ m3混凝
土中水泥用量ｍ c0,
?为保证混凝土的耐久性，由上式得出的水
泥用量还应大于表 4－ 8 (p126表 4－ 25)规
定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于
表 4－ 8规定值，应取规定的最小水泥用量
值。
CW
m
m wco
/
0?
混凝土的最大水灰比和最小水泥用量（ JGJ55 — 2000 ）
最大水灰比 最小水泥用量（㎏）
环境条件 结构物类别
素混凝
土
钢筋
混凝土
预应力
混凝土
素混凝
土
钢筋
混凝土
预应力
混凝土
1,干燥环境
正常的居住或办公
用房屋内部件
不作规
定
0.65 0.60 200 260 300
无冻害
2高湿度的室内部件
2室外部件
2在非侵蚀性土和（或）水
中的部件
0.70 0.60 0.60 225 280 300
2,
潮湿
环境
有冻害
2经受冻害的室外部件
2在非侵蚀性土和（或 ）水
中且经受冻害的部件
2高湿度且经受冻害中的室
内部件
0.55 0.55 0.55 250 280 300
３．有冻害和除冰
剂的潮湿环境
2经受冻害和除冰剂作用的
室内和室外部件
0.50 0.50 0.50 300 300 300
注：当用活性掺合料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量
? （５）选择合理的砂率值（ β s）
合理砂率可通过试验、计算或查表求得。
试验是通过变化砂率检测混合物坍落度，能获得最大
流动度的砂率为最佳砂率。 也可根据骨料种类、规格
及混凝土的水灰比，参考下表选用。
混凝土砂率选用表 （ % ）（ J G J 5 5 - 2000 ）
卵石最大粒径 ( ㎜ ) 碎石最大粒径 ( ㎜ )
水灰比
10 20 40 16 20 40
0, 4 0 2 6 ~ 3 2 2 5 ~ 3 1 2 4 ~ 3 0 3 0 ~ 3 5 2 9 ~ 3 4 2 7 ~ 3 2
0, 5 0 3 0 ~ 3 5 2 9 ~ 3 4 2 8 ~ 3 3 3 3 ~ 3 8 3 2 ~ 3 7 3 0 ~ 3 5
0, 6 0 3 3 ~ 3 8 3 2 ~ 3 7 3 1 ~ 3 6 3 6 ~ 4 1 3 5 ~ 4 0 3 3 ~ 3 8
0, 7 0 3 6 ~ 4 1 3 5 ~ 4 0 3 4 ~ 3 9 3 9 ~ 4 4 3 8 ~ 4 3 3 6 ~ 4 1
?（ 6）计算粗、细骨料用量
①重量法（假定表现密度法）应按下式计算,
ｍ c0＋ｍ g0＋ｍ s0＋ｍ w0＝ ｍ cp
%100
00
?
?
?
sg
so
s
mm
m
?
式中 ｍ
c0
—— 每立方米混凝土的水泥用量（ kg ）；
ｍ
g0
—— 每立方米混凝土的粗骨料用量（ kg ）；
ｍ
s0
—— 每立方米混凝土的细骨料用量（ kg ）；
ｍ
w0
—— 每立方米混凝土的用水量（ kg ）；
β
s
—— 砂率（％）；
ｍ
cp
—— 每立方米混凝土拌合物的假定重量（ kg ）；
其值可取 2400 ～ 2 4 5 0 k g 。
?② 当采用体积法（绝对体积法）时，应按下式
计算,
101.0
0
0
0
????? ?
????
w
w
s
so
g
g
c
c
mmmm
式中 ρ
c
—— 水泥密度（ kg / ｍ
3
），可取 2 9 0 0 ～ 3 1 0 0 k g / ｍ
3
。
ρ
g
—— 粗骨料的表观密度（ kg / ｍ
3
）；
ρ
s
—— 细骨料的表观密度（ kg / ｍ
3
）；
ρ
w
—— 水的密度（ kg / ｍ
3
），可取 1 0 0 0 k g / ｍ
3；
β
s
—— 砂率（％）；
α
—— 混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时,α
可取为１ 。
%1 0 0
00
?
?
?
gs
so
s
mm
m
?
?通过以上计算，得出每立方米混凝土各
种材料用量，即初步配合比计算完成。
4.4 配合比的调整与确定
通过计算求得的各项材料用量（初步配
合比），必须进行试验加以检验并进行
必要的调整。
?（１）调整和易性，确定基准配合比
按初步计算配合比称取材料进行试拌。
混凝土拌合物搅拌均匀后测坍落度，并检
查其粘聚性和保水性能的好坏。如实测坍
落度小于或大于设计要求，可保持水灰比
不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘
聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每
次调整后再试拌，直到符合要求为止。当
试拌工作完成后，记录好各种材料调整后
用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密
度（ ρ c,t）。此满足和易性的配比为基
准配合比。
?（２）检验强度和耐久性，确定试验室配
合比
基准配合比能否满足强度要求，需进行强
度检验。一般采用三个不同的配合比，其
中一个为基准配合比，另外两个配合比的
水灰比值，应较基准配合比分别增加及减
少 0.05，其用水量应该与基准配合比相同，
但砂率值可做适当调整并测定表观密度。
各种配比制作两组强度试块，如有耐久性
要求，应同时制作有关耐久性测试指标的
试件，标准养护 28d天进行强度测定。
? （ 3）配合比的确定
①确定混凝土初步配合比
根据试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土强度
关系，用作图或计算法求出与混凝土配制强度
（ fcu,0）相对应的灰水比值，并按下列原则确定每
立方米混凝土的材料用量,
用水量（Ｗ） —— 取基准配合比中的用水量，并根
据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度，进行
调整；
水泥用量（Ｃ） —— 取用水量乘以选定出的灰水比
计算而得；
粗、细骨料用量（Ｓ、Ｇ） —— 取基准配合比中的
粗、细骨料用量，并按定出的灰水比进行调整。
至此，得出混凝土初步配合比。
? ② 确定混凝土正式配合比
在确定出初步配合比后，还应进行混凝土表观密
度较正，其方法为：首先算出混凝土初步配合比
的表观密度计算值（ ρ c,c），即
? ρ c,c= Ｃ十Ｗ十Ｓ十Ｇ
? 再用初步配合比进行试拌混凝土，测得其表观密
度实测值（ ρ c,t），然后按下式得出校正系数 δ,
即
? 当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过
计算值的２％时，则上述得出的初步配合比即可确定为
混凝土的正式配合比设计值。若二者之差超过２％时，
则须将初步配合比中每项材料用量均乘以校正系数得值，
即为最终定出的混凝土正式配合比设计值，通常也称实
验室配合比。
?6.7..5混凝土施工配合比换算
混凝土实验室配合比计算用料是以干燥骨料
为基准的，但实际工地使用的骨料常含有一定
的水分，因此必须将实验室配合比进行换算，
换算成扣除骨料中水分后、工地实际施工用的
配合比。其换算方法如下,
设施工配合比 1 m3混凝土中水泥、水、砂、
石的用量分别为 C’、Ｗ ’,Ｓ ’,Ｇ ’ ；并设
工地砂子含水率为 a％，石子含水率为 b％。
则施工配合比 1 m3混凝土中各材料用量为
C’=C
S’=S· (1+a%)
G’=G· (1+b%)
W’=W－ S·a%－ G·b%
? 例 6-2．某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设
计强度等级为 Ｃ 30，施工要求混凝土坍落度为３０～
５０㎜，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准
差 σ ＝ 5MPa。所用原材料情况如下,
? 水泥,42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为 ρ ｃ =3.10
ｇ /cm３,水泥强度等级标准值的富余系数为 1.08；
? 砂：中砂，级配合格，砂子表观密度 ρ os=2.60ｇ /cm
３ ；
? 石,5～ 30mm碎石，级配合格，石子表观密度
ρ og=2.65ｇ /cm3；
? 试求,１．混凝土计算配合比；
? 2．若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，
无需作调整。又知现场砂子含水率为 ３％，石子含水
率为 1％，试计算混凝土施工配合比。
?解
? １, 求混凝土计算配合比
? (1)确定混凝土配制强度 （ fcu,0）
? fcu,0= fcu,k + 1.645σ= 30 + 1.645× 5 =38.2 MPa
? (2)确定水灰比 （ W/C）
? fce = γ c × fce,k = 1.08 × 42.5=45.9MPa
53.09.4507.046.02.38
9.4546.0
/
0
?
???
?
?
???
?
?
cebacu
cea
ff
f
CW
??
?
,
由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由
表 4-8,干燥环境容许最大水灰比为 0.65，故
可确定水灰比为 0.53。
?（ 3） 确定用水量 （ mw0）
? 对于最大粒径为 30㎜ 的碎石混凝土, 当所需
坍落度为３０～５０㎜时,1m3混凝土的用水量可
选用 185kg。
?(4) 计算水泥用量 （ mc0）
?对于干燥环境的钢筋混凝土, 最小水泥用量为
260㎏, 故可取 mc0＝ 349㎏ ／ｍ 3。
kg
CW
mm w
co 3 4 953.0
1 8 5
/
0 ???
? （ 5） 确定砂率 （ β s）
? 查表 4— 7,对于采用最大粒径为 40㎜ 的碎石配制的混凝土,
当水灰比为 0.53时, 其砂率值可选取 32%~37%,采用插入法选定 ）
现取 β s= ３５ ％ 。
? （ ６ ） 计算砂, 石用量 （ ｍ s0,ｍ g0）
? 用体积法计算, 将 mc0=349㎏ ； mw0=185㎏ 代入方程组
1 0 0 0110
16.265.21.3
000
??????
wsogc
mmmm
%35%1 0 0
00
??
?
sg
so
mm
m
?解此联立方程, 则得：ｍ s0=641㎏,
? ｍ g0=1192㎏
? （ 7） 该混凝土计算配合比为,
? ｌ m3混凝土中各材料用量为：水泥,349㎏, 水,
185㎏, 砂,641㎏, 碎石,1192㎏ 。 以质量比表示即为：
? 水泥：砂：石 =１,1.84, 3.42,Ｗ／Ｃ＝ 0.53
? 2,确定施工配合比
? 由现场砂子含水率为 ３ ％, 石子含水率为 1％, 则施工
配合比为,
? 水泥 mc施 = mc0=349㎏
? 砂子 ｍ s施 = ｍ s0× （ 1+3%） =641× （ 1+3%） =660㎏
? 石子 ｍ g施 = ｍ g0× （ 1+1%） =1192× （ 1+1%） =1204㎏
? 水 ｍ w施 = mw0－ｍ s0× 3%－ｍ g0× 1%
? =185－ 641× 3%－ 1192× 1%=154㎏
6.8 建筑砂浆
砂浆是由胶结料、细骨料、掺加料和
水按照适当比例配制而成的建筑材料。
6.8.1 砌筑砂浆
将砖、石、砌块等粘结成为砌体的砂浆称
为砌筑砂浆。砌筑砂浆起着胶结块材和传
递荷载的作用，是砌体的重要组成部分。
? 1.砌筑砂浆的组成材料
（ 1）胶结料及掺加料
砌筑砂浆常用的胶凝材料有水泥、石灰膏、建
筑石膏等。
砌筑砂浆用水泥的强度等级应根据设计要求进
行选择。水泥砂浆采用的水泥，其强度等级不宜大
于 32.5级；水泥混合砂浆采用的水泥，其强度等级
不宜大于 42.5级。
为改善砂浆和易性，降低水泥用量，往往在水
泥砂浆中掺入部分石灰膏、粘土膏或粉煤灰等，这
样配制的砂浆称水泥混合砂浆。这些材料不得含有
影响砂浆性能的有害物质，含有颗粒或结块时应用
３ｍｍ的方孔筛过滤。消石灰粉不得直接用于砌筑
砂浆中。
?(２ ) 细集料
砌筑砂浆用砂宜选用中砂，其中毛石砌体
宜选用粗砂。砂的含泥量不应超过５％。
强度等级为Ｍ 2.5的水泥混合砂浆，砂的含
泥量不应超过１０％。
(3）对外加剂的要求
与混凝土中掺加外加剂一样，为改善
砂浆的某些性能，也可加入塑化、早强、
防冻、缓凝等作用的外加剂。一般应使用
无机外加剂，其品种和掺量应经试验确定。
（ 4）砂浆用水的要求与混凝土的要求相同。
?2．砌筑砂浆拌和物的技术性质
(1)砂浆的流动性
表示砂浆在自重或外力作用下流动的性能
称为砂浆的流动性，也叫稠度。表示砂浆
流动性大小的指标是沉入度，它是以砂浆
稠度仪测定的，其单位为ｍｍ。工程中对
砂浆稠度选择的依据是砌体类型和施工气
候条件，可参考表 5－ 1选用（, 砌体工程
施工及验收规范, （ GB51203-1998))。
?影响砂浆流动性的因素有：砂浆的用水量、
胶凝材料的种类和用量、集料的粒形和级
配、外加剂的性质和掺量、拌和的均匀程
度等。
砌筑砂浆的稠度
砌体种类 砂浆稠度（㎜）
烧结普通砖砌体 70
~
90
轻骨料混凝土小型空心砌
块砌体
60
~
90
烧结多孔砖，空心砖砌体 60
~
80
烧结普通砖平拱式过梁
空斗墙，筒拱砌体
普通混凝土小型空心砌块
加气混凝土砌块砌体
50
~
70
石砌体 30
~
50
? （ 2）砂浆的保水性
搅拌好的砂浆在运输、停放和使用过程中，
阻止水分与固体料之间、细浆体与集料之间相互
分离，保持水分的能力为砂浆的保水性。 加入
适量的微沫剂或塑化剂，能明显改善砂浆的保水
性和流动性。
砂浆的保水性用砂浆分层度仪测定，以分层
度（㎜）表示。分层度过大，表示砂浆易产生分
层离析不利于施工及水泥硬化。砌筑砂浆分层度
不应大于 ３０㎜。分层度过小，容易发生干缩
裂缝，故通常砂浆分层度不宜小于１０㎜。
? (3) 凝结时间
建筑砂浆凝结时间，以贯入阻力达到 0.5ＭＰ
a为评定依据。水泥砂浆不宜超过８ｈ，水泥混
合砂浆不宜超过 10ｈ，加入外加剂后应满足设计
和施工的要求。
?3,砌筑砂浆硬化后的技术性质
3.1强度与强度等级
砂浆以抗压强度作为其强度指标。
标准试件尺寸为 70.7㎜ 立方体试件一
组 ６块，标养至 28ｄ，测定其抗压
强度平均值（ MPa）。砌筑砂浆按抗
压强度划分为 Ｍ 20、Ｍ 15、Ｍ 7.5、
Ｍ 5.0、Ｍ 2.5等六个强度等级。砂浆
的强度除受砂浆本身的组成材料及配
比影响外，还与基层的吸水性能有关。
?对于水泥砂浆，可采用下列强度公式估算,
（１） 不吸水基层（如致密石材）这时
影响砂浆强度的主要因素与混凝土基本相
同，即主要决定于水泥强度和水灰比。计
算公式如下,
?
式中 fm—— 砂浆 28ｄ抗压强度（ MPa）；
ｆ ce— 水泥的实测强度（ MPa）；
C/W— 灰水比。
）（ 40.029.0 ?? WCff cem
? （２） 吸水基层（如粘土砖及其他多孔材料）
这时由于基层能吸水，当其吸水后，砂浆中保
留水分的多少取决于其本身的保水性，而与水
灰比关系不大。因而，此时砂浆强度主要决定
于水泥强度及水泥用量。计算公式如下,
式中 Ｑ c—— 每立方米砂浆中水泥用量（㎏）
Ａ、Ｂ —— 砂浆的特征系数,A=3.03,
B=－ 15.09
各地区也可用本地区试验资料确定Ａ、Ｂ值，
统计用的试验组数不得少于 30组。
BQAff ccem ?? 1000/
?3.2 砌筑砂浆的粘结强度
砌筑砂浆必须有足够的粘结力，才
能将砖石粘结为坚固的整体，砂浆粘结
力的大小，将影响砌体的抗剪强度、耐
久性、稳定性及抗振能力。通常粘结力
随砂浆抗压强度的提高而增大。砂浆粘
结力还与砌筑材料的表面状态、润湿程
度、养护条件等有关。
? 4,砌筑砂浆的配合比设计
? <砌筑砂浆配合比设计规程 >（ JGJ/T98-96)
砌筑砂浆的配合比应满足施工和易性（稠
度）的要求，保证设计强度，还应尽可能节约
水泥，降低成本。
（ 1）砌筑砂浆配制强度（ fm,0）的确定
fm,0=f2 + 0.645σ
式中 fm,0—— 砂浆的配制强度，精确至
0.1MPa；
f2—— 砂浆设计强度等级（即砂
浆抗压强度平均值（ MPa）；
σ —— 砂浆现场强度标准差，精
确至 0.01MPa。
?砌筑砂浆现场强度标准差 σ 应按下式计
算,
?式中 fi—— 统计周期内同一品种砂浆第
ｉ组试件的强度（ MPa）；
— 统计周期内同一品种砂浆ｎ组
试件强度的平均值（ MPa）；
ｎ —— 统计周期内同一品种砂浆试
件的总组数，ｎ ≧ 25。
1
1
22
?
?
?
?
?
n
fnf
n
i
i
?
f
f
?当无近期统计资料时，砂浆现场强度标
准差可参考表 5-2。
表 5 - 2 砂浆强度标准差 σ (MPa)
砂浆强度等级 施工
水平
M 2, 5 M 5, 0 M 7, 5 M 1 0, 0 M 1 5, 0
优良 0, 5 0 1, 0 0 1, 5 0 2, 0 0 3, 0 0
一般 0, 6 2 1, 2 5 1, 8 8 2, 5 0 3, 7 5
较差 0, 7 5 1, 5 0 2, 2 5 3, 0 0 4, 5 0
?(２ )．计算每立方米砂浆中水泥用量Ｑ c
(kg／ｍ ３ )
每立方米砂浆中水泥用量，可按下式计算,
?
式中 Ｑ c—— 每立方米砂浆中水泥用量,
精确至 1㎏ ;
fm,0—— 砂浆的配制强度，精确至 0.1MPa;
Ａ、Ｂ —— 砂浆的特征系数,A=3.03,
? B=－ 15.09;
当水泥砂浆中的计算用量不足 200 kg／ m3时，
应按 200 kg／ m3采用。
ce
m
c Af
BfQ ）（, ?? 01000
? (3) 按水泥用量计算掺加料用量
水泥混合砂浆的掺加料用量应按下式计算,
Ｑ D＝Ｑ Ａ 一 Qc
式中
Ｑ ｃ — 每立方米砂浆的水泥用量，精确至１㎏；
Ｑ Ａ — 每立方米砂浆中水泥和掺加料的总量，精确至 1㎏ ；宜在
300～ 350㎏ 之间。
Ｑ D— 每立方米砂浆的掺加料用量，精确至１㎏；石灰、粘土膏
使用时的稠度为 120士 5ｍｍ；对于不同稠度的石灰膏，可按表
5-4进行换算。
不同稠度（㎜）的石灰膏换算系数
灰膏稠度 130 120 1 1 0 100 90 80 70 60 50
换算系数 1, 0 5 1, 0 0 0, 9 9 0, 9 7 0, 9 5 0, 9 3 0, 9 2 0, 9 0 0, 8 8
?(４ ) 确定砂用量 Qs（ kg／ｍ ３ ）
Qs= 1× ρ 0干
式中 ρ 0干 —— 砂干燥状态（含水率小于
0.5％）的堆积密度。
(５ ) 确定用水量 Qw（ kg／ｍ 3）
按砂浆稠度要求，根据经验选定。一般混
合砂浆约为,260～ 300 kg／ｍ ３,水泥
砂浆约为 270～ 330 kg／ｍ ３ 。
? (６ ) 试配与调整
按计算配合比，采用工程实际使用材料进行试拌，
测定其拌合物的稠度和分层度，若不能满足要求，
则应调整用水量或掺加料，直到符合要求为止。然
后，确定试配时的砂浆基准配合比。试配时至少应
采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，
另外两个配合比的水泥用量按基准配合比分别增加
及减少１０％，在保证稠度、分层度合格的条件下，
可将用水量或掺加料用量作相应调整。
对三个不同的配合比，经调整后，应按有关标准的
规定成型试件，测定砂浆强度等级，并选定符合强
度要求的且水泥用量较少的砂浆配合比。
? 例 1 某工程用砌砖砂浆设计强度等级为 Ｍ 10、要
求稠度为 80～ 100㎜ 的水泥石灰砂浆，现有砌筑水泥
的强度为 32.5MPa，细集料为堆积密度 1450kg／ m3的
中砂，含水率为 2%，已有石灰膏的稠度为 100mm；施
工水平一般。计算此砂浆的配合比。
解
根据已知条件，施工水平一般的 M10砂浆的标准差
σ=2.5 MPa （表 5-3），则此砂浆的试配强度为
fm,0=f2 + 0.645σ=10+0.645 × 2.5=11.6 MPa
计算水泥用量
由 A=3.03,B=－ 15.09
Qc = 1000（ 11.6+15.09） / 3.03× 32.5 = 271
kg/m3
计算石灰膏用量Ｑ D QA= 330 ㎏
Ｑ D＝Ｑ Ａ 一 Qc = 330－ 271 = 59 kg/m3
?查表得稠度为 100 mm 石灰膏换算为 120ｍ
ｍ时需乘以 0.97，则应掺加石灰膏量为
59× 0.97 = 57 kg/m3
砂用量为 Qs= 1× ρ 0干 = 1450 × （１＋
0.02） = 1479 kg/m3
选择用水量为 300 kg/m3
则砂浆的设计配比为,
水泥：石灰膏：砂：水 =271,57,1479：
300
该砂浆的设计配比亦可表示为,
水泥：石灰膏：砂 = 1,0.21,5.46，用水
量为 300 kg/m3
? 6.8.2 抹面砂浆 抹面砂浆也称抹灰砂浆，用以涂抹在建筑物或建筑
构件的表面，兼有保护基层、满足使用要求和增加
美观的作用。
抹面砂浆的主要组成材料仍是水泥、石灰或石膏以
及天然砂等，对这些原材料的质量要求同砌筑砂浆。
但根据抹面砂浆的使用特点，对其主要技术要求不
是抗压强度，而是和易性及其与基层材料的粘结力。
为此，常需多用一些胶结材料，并加入适量的有机
聚合物以增强粘结力。另外，为减少抹面砂浆因收
缩而引起开裂，常在砂浆中加入一定量纤维材料。
?工程中配制抹面砂浆和装饰砂浆时，常在
水泥砂浆中掺入占水泥质量 10％左右的聚
乙烯醇缩甲醛胶（俗称１０７胶）或聚醋
酸乙烯乳液等。 砂浆常用的纤维增强材料
有麻刀、纸筋、稻草、玻璃纤维等。
常用的抹面砂浆有石灰砂浆、水泥混合砂
浆、水泥砂浆、麻刀石灰浆（简称麻刀
灰）、纸筋石灰浆（简称纸筋灰）等。
? 6.8.3 装饰砂浆
装饰砂浆是指用作建筑物饰面的砂浆。它是在抹面
的同时，经各种加工处理而获得特殊的饰面形式，
以满足审美需要的一种表面装饰。
装饰砂浆饰面可分为两类，即灰浆类饰面和石
碴类饰面。
灰浆类饰面是通过水泥砂浆的着色或水泥砂浆
表面形态的艺术加工，获得一定色彩、线条、纹理
质感的表面装饰。
石碴类饰面是在水泥砂浆中掺入各种彩色石碴
作骨料，配制成水泥石碴浆抹于墙体基层表面，然
后用水洗、斧剁、水磨等手段除去表面水泥浆皮，
呈现出石碴颜色及其质感的饰面。
装饰砂浆所用胶凝材料与普通抹面砂浆基本相
同，只是灰浆类饰面更多地采用白水泥和彩色水泥。
总结 砂浆
砂浆是由胶结料、细骨料、掺加料
和水按照适当比例配制而成的建筑材料。
砂浆的分类
1.按用途分,砌筑砂浆、抹面砂浆；
2.按所用的胶结材料分,水泥砂浆,
石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆。
1.砂浆的组成材料
（ 1）胶结材料 —— 五大品种 水泥，强度等级不宜大于 32.5。
（ 2） 细集料 —— 砂,砌筑砂浆宜选中砂，毛石砌体宜选粗砂。
（ 3）掺加料 —— 石灰、粘土和粉煤灰，配制成各种混合砂浆 。
目的,以达到提高质量、降低成本的目的。
（ 4）水 —— 拌制砂浆用水与混凝土用水相同。
（ 5）外加剂 —— 最常用微沫剂，是一种松香热聚物，掺量为
水泥质量的 0.005%～ 0.010%。
目的：提高和易性，节约结合料的用量。
砌筑砂浆
（ 1）砂浆的流动性
—— 表示砂浆在自重或外力作用下流动的性能，也叫稠度。
（ 2）砂浆的保水性
—— 搅拌好的砂浆在运输、停放和使用过程中，阻止水分与固体
料之间、细浆体与集料之间相互分离，保持水分的能力。
（ 3）抗压强度与强度等级
—— 制备标准试件：边长 70.7mm正方体，标准养护（温度 20± 3℃,
规定湿度：水泥混合砂浆相对湿度为 60%～ 80%，水泥砂浆和微沫砂
浆相对湿度为 90%以上） 28d龄期的抗压强度平均值，确定强度等级。
砂浆强度等级有,M20,M15,M10,M7.5,M5,M2.5等 。
2.砌筑砂浆的主要技术性质
3.砌筑砂浆的配合比设计
（ 1）计算砌筑砂浆配制强度（ fm,0）
fm,0=f2 + 0.645σ
式中,fm,0—— 砂浆的配制强度，精确至 0.1MPa；
f2—— 砂浆设计强度等级（即砂浆抗压强度
平均值）；
σ —— 砂浆现场强度标准差，精确至 0.01MPa。
式中,fi—— 统计周期内同一品种砂浆第ｉ组试件
的强度；
22
1
1
n
i
i
f n f
n
? ?
?
?
?
?
f
砂浆强度标准差 σ 的计算,
公式,
—— 统计周期内同一品种砂浆ｎ组试件强度的平均值；
ｎ —— 统计周期内同一品种砂浆试件的总组数，ｎ ≧ 25。
式中,Ｑ c—— 每立方米砂浆中水泥用量,精确至 1㎏ ；
fm,0—— 砂浆的配制强度，精确至 0.1MPa；
Ａ、Ｂ —— 砂浆的特征系数,A=3.03,B=-15.09；
注意,当水泥砂浆中的计算用量不足 200kg／ m3时,
应按 200 kg／ m3采用。
ce
m
c Af
BfQ ）（, ?? 01 0 0 0
(２ ) 计算每立方米砂浆中水泥用量
（ 3）计算每立方米砂浆掺加料用量
水泥混合砂浆，掺加料用量的计算公式,
Ｑ D＝Ｑ Ａ - Qc
式中,Ｑ ｃ —— 每立方米砂浆的水泥用量，精确至１㎏；
Ｑ Ａ —— 每立方米砂浆中水泥和掺加料的总量,
精确至 1㎏ ；宜在 300～ 350㎏ 之间。
Ｑ D—— 每立方米砂浆的掺加料用量，精确至１㎏；
石灰、粘土膏使用时的稠度为 120士 5ｍｍ；
对于不同稠度的石灰膏，按下表进行换算。
不同稠度（㎜）的石灰膏换算系数
灰膏稠度
130
120
110
100
90
80
70
60
50
换算系数
1.05
1.00
0.99
0.97
0.95
0.93
0.92
0.90 0.88
(４ ) 确定每立方米砂浆砂用量 Qs（ kg）
每立方米砂浆砂用量，应按砂干燥状（含水率小于 0.5％）的堆积
密度值作为计算值。
(５ ) 确定用水量 Qw （ kg）
根据砂浆稠度等要求用水量可选用 270～ 330kg/m3。
混合砂浆中的用水量, 不包括石灰膏或粘土膏中的水；
当采用细砂或粗砂时, 用水量分别取上限或下限；
稠度小于 70mm时, 用水量可小于下限；
施工现场气候炎热或干燥季节, 可酌量增加用水量 。
(６ ) 配合比的试配、调整与确定
试配时至少应采用三个不同的配合比，其中
一个为基准配合比，另外两个配合比的水泥用量
按基准配合比分别增加及减少 10％，在保证稠度、
分层度合格的条件下，可将用水量或掺加料用量
作相应调整。
对三个不同的配合比，经调整后，应按有关
标准的规定成型试件，测定砂浆强度等级，并选
定符合强度要求的且水泥用量较少的砂浆配合比。
5.6.3 抹面砂浆
—— 也称抹灰砂浆，用以涂抹在建筑物或建筑构
件的表面，兼有保护基层、满足使用要求和增加
美观的作用。
5.6.4 装饰砂浆
—— 指用作建筑物饰面的砂浆。它是在抹面的同
时，经各种加工处理而获得特殊的饰面形式，以
满足审美需要的一种表面装饰。
特种砂浆
1.防水砂浆
2.绝热砂浆
3.吸声砂浆
第 7章 砌体材料
要求,
1,掌握烧结普通砖的技术要求, 检测方
法和评定方法；了解砌体材料的发展 。
2,各种墙用板材的性能和应用 。
第 7章 砌体材料
砌体材料,
在建筑中起承重, 维护或分隔作用 。 常用的有
砖砌块, 石材和砂浆等 。 砌体材料用得较多的是墙
体材料 。 目前我国烧结粘土砖仍占有一定的用量 。
7.1 砖
第 7章 砌体材料
7.1.1 概述
1、定义
砌筑用的人造小型石材，外形皆为直角六面体,
其长度不超过 115mm。
2,分类
（ 1） 按孔洞率
? 实心砖：孔洞率小于 15%,尺寸为 2403 1153 53
单位,mm。
? 多孔砖：孔洞率不小于 15%,孔的尺寸小而数量多
? 空心砖：孔洞率不小于 15%,孔的尺寸大而数量少
第 7章 砌体材料
（ 2） 按制造工艺
? 烧结砖, 经焙烧而制成的砖 。
? 蒸养砖, 经常压蒸汽养护硬化而成的砖 。
? 蒸压砖,经高压蒸汽养护硬化而成的砖 。
? 免烧砖,以自然养护而成, 如非烧结粘土砖 。
第 7章 砌体材料
7.1.2 烧结普通砖
1.概述
（ 1） 定义
—— 以粘土, 页岩, 煤矸石或粉煤灰为主要原料, 经焙
烧而成的普通实心砖 。
（ 2） 种类
粘土砖 (N),页岩砖 (Y),煤矸石砖 (M),粉煤灰砖 (F)。
（ 3） 质量等级
三个等级：优等品 （ A）, 一等品 （ B）, 合格品 （ C） 。
第 7章 砌体材料
（ 1） 尺寸偏差,标准尺寸为 240mm3 115mm3 53mm。
（ 2） 外观质量,两条面高度差, 弯曲, 杂质凸出高
度, 缺棱掉角, 裂纹长度, 完整面和颜色等 。
第 7章 砌体材料
2,技术要求
（ 3） 强度等级
烧结普通砖是通过取 10块砖试样进行抗击强度试验,
根据抗击强度值平均值和强度标准值来划分 。
? ?
210
1i
i Ff9
1
s ?
?
??② S——10块砖试样的抗压强度标准差,MPa
第 7章 砌体材料
_
kf f 1.8 s??
s
f
? ?
1） 计算参数
① — f ——为 10块砖试样的平均值, MPa。
③ fi——单块砖的抗压强度值, MPa。
④ fk——烧结普通砖的抗压强度标准值, MPa
⑤ δ ——变异系数
δ ≤ 0.21,评定方法,
抗压强度值平均值和强度标准值
δ ＞ 0.21,评定方法,
抗压强度值平均值和单个测定最小值值
2） 强度等级评定
（ 4） 泛霜
原料中含有硫, 镁, 等可溶性盐, 在砖适用
中, 盐类会随砖内水分蒸发而在砖表面产生盐析,
一般为白色粉末 。
常见在砖表面形成絮团状斑点, 严重的会起粉,
掉角或脱皮 。
第 7章 砌体材料
（ 5） 石灰爆裂
原料中有石灰石, 烧成过程中生石灰留在砖内,
生碳在砖内吸收外界的水分, 消化并产生体积膨胀,
称为石灰爆裂 。
（ 6） 抗风化性能
表征耐久性：根据其地区风化程度而定, 常以
抗冻性, 吸水率及饱和系数等指标判别 。
第 7章 砌体材料
3,应用,墙体材料 。
4,注意,砖的吸水率大, 应预先润湿 。
第 7章 砌体材料
7.1.3 蒸压灰砂砖
—— 硅酸盐制品，规格尺寸与普通砖相同。
是用石灰和天然砂，经搅拌、陈化、松碾、加
压成型蒸养而制成的墙体材料。
第 7章 砌体材料
7.2 砌块
砌块是用于砌筑工程的人造块材，砌块与砖
的主要区别是，砌块的长度大于 365ｍｍ或宽度大
于 240ｍｍ或高度大于 115ｍｍ。
工程中常用的砌块有：水泥混凝土砌块、轻
集料混凝土砌块、炉渣砌块、粉煤灰砌块及其它
硅酸盐砌块、水泥混凝土铺地砖等。
第 7章 砌体材料
? 工程中常用的混凝土空心砌块尺寸一般为 390mm3 190mm3 190mm,
290mm3 190mm3 190mm和 190mm3 190mm3 190mm,孔洞率一般为 35％ ～ 60％,
? 强度等级分别为ＭＵ 3.5,ＭＵ 5.0,ＭＵ 7.5,ＭＵ 10,ＭＵ 15.0和ＭＵ
20.0六个等级 。
? 按其尺寸偏差和外观质量分三个等级：优等品 (Ａ ),一等品 (Ｂ ),合格
品 (Ｃ )。
? 混凝土砌块使用前, 应首先检验外观质量和尺寸偏差, 合格后再检验 。
其抗压强度及相对含水率 。 必要时检验其抗渗性和抗冻性 。 其中相对含
水率是指砌块的实际含水率与其最大吸水率之比 。
? 当混凝土砌块使用轻集料时，空心砌块的重量大为减轻，按其表观密度
（含孔洞）有 500～ 1000 kg／ｍ 3不等。常用的轻集科有陶粒、煤渣、自
燃煤矸石和膨胀珍珠岩等。
1,混凝土空心砌块
? 工艺,蒸压加气混凝土砌块是用钙质材料 （ 如水泥, 石灰 ） 和硅质材料
（ 如砂子, 粉煤灰, 矿渣 ） 的配料中加入铝粉作加气剂, 经加水搅
拌, 浇注成型, 发气膨胀, 预养切割, 再经高压蒸汽养护而成的
多孔硅酸盐砌块 。
? 关键材料,发气剂又称加气剂, 是制造加气混凝土的关键材料 。 发气剂
大多选用脱脂铝粉 。 掺入浆料中的铝粉, 在碱性条件下产生化学
反应,
????? ?? 222 32222 HAl OOHOHAl
? 特点,铝粉极细, 产生的氢气形成许多小气泡, 保留在很快凝固的混凝
土中 。 这些大量的均匀分布的小气泡, 使加气混凝土砌块具有许
多优良特性 。
2,蒸压加气混凝土砌块
7.3 墙用板材
随着建筑结构体系的改革和大开间多功能框
架结构的发展，各种轻质和复合墙用板材也蓬
勃兴起．以板材为围护墙体的建筑体系，具有
质轻、节能、施工方便快捷、使用面积大、开
间布置灵活等特点，因此，具有良好的发展前
景。
我国目前可用于墙体的板材品种很多, 有
承重用的预制混凝土大板；质量较轻的石膏板
和
加气硅酸盐板；各种植物纤维板及轻质多功能
复合板材等。本节仅介绍几种有代表性的板材。
7.3.1水泥类墙用板材
水泥类墙用板材具有较好的力学性能和耐久
性，生产技术成熟，产品质量可靠。可用于承
重墙、外墙和复合墙板的外层面。其主要缺点
是表观密度大，抗拉强度低 (大板在起吊过程中
易受损 )。生产中可制作预应力空心板材，以减
轻自重和改善隔音隔热性能，也可制作以纤维
等增强的薄型板材，还可在水泥类板材上制作
成具有装饰效果的表面层 (如花纹线条装饰、露
骨料装饰、着色装饰等 )。
1,预应力混凝土空心板
使用时可按要求配以保温层、外饰面
层和防水层等。该类板的长度为 1000～
1900mm，宽度为 600— 1200mm，总厚度
为 200— 480mm．可用于承重或非承重外
墙板、内墙板、楼 板、屋面板和阳台板等。
2,玻璃纤增强水泥 (GRC)空心轻质墙板
该空心板是以低碱水泥为胶结料, 抗碱
玻璃纤维或其网格布为增强材料, 膨胀珍
珠岩为骨料 (也可用炉渣, 粉煤灰等 ),并
配以发泡剂和防水剂等, 经配料, 搅拌,
浇注, 振动成型, 脱水, 养护而成 。 长度
为 3000mm,宽度为 600mm,厚度为 60mm、
90mm,120mm。
?
GRC空心轻质墙板的优点；
质轻 (60mm厚的板 35kg／ m2 ),强度高
(抗折荷载, 60mm厚的板大于 1400N；
120mm厚的板大于 2500N),隔热 [导热系
数 ≤0.2W／ (m·K), 隔声 [隔声指数 >(30一
45)dB],不燃 (耐火极限 1,3— 3h),加工
方便等 。 可用于工业和民用建
筑的内隔墙及复合墙体的外墙面,
3.纤维增强水泥平板 (TK板 )
该板是以低碱水泥, 耐碱玻璃纤维为主要原
料, 加水混合成浆, 经圆网机抄取制坯, 压制,
蒸 养 而 成 的 薄 型 平 板 。 其 长 度 为 1200 ～
3000mm,宽度为 800～ 900mm,厚度为 4mm、
5mm,6mm和 8mm。
? TK板的表面密度为 1750kg／ m3, 抗折强度可
达 15MPa,抗冲击强度 ≥0.25Ｊ ／ cm2 。 其质量
轻, 强度高, 防火, 不易变形, 可加工性好,
适用于各类建筑物的复合外墙和内墙 。 特别是
高层建筑有防火, 防潮的隔墙 。
4、水泥木丝板
该板是以木材下脚料经机械刨切成均匀木
丝, 加人水泥, 水玻璃等经成型, 冷压,
养护, 干燥而成的薄型建筑平板 。 它具
有自重轻, 强度高, 防火, 防水, 防蛀,
保温, 隔音等性能 。 可进行锯, 钻, 钉,
装饰等加工, 主要用于建筑物的内外墙
板, 天花板, 壁橱板等
5,水泥刨花板
? 该板以水泥和木材加工的下脚料 —— 刨花
为主要原料, 加入适量水和化学助剂, 经搅拌,
成型, 加压, 养护而成, 表现密度为 1000～
1400kg／ m3。 其性能和用途同水泥木丝板 。
? 其它水泥奥板材
除上述水泥类墙板外, 还有钢丝网水泥板
(GB／ T16309),水泥木屑板 (JC／ T411) 纤维增
强硅酸钙板 (JC／ T564),玻璃纤维增强水泥轻
质多孔隔墙条板 (JC666),维纶纤维增强水泥平
板 (Jc／ T671)等 。 它们均可用于墙体或复合墙
板的组合板材 。
7.3.2 石膏类墙用板材
? 石膏制品有许多优点, 详见本书 4,1节 。
石膏类板材在轻质墙体材料中占有很大
比例, i
? 要有纸面石膏扳, 无面纸的石膏纤维板,
石膏空心板和石膏刨花板等,
1、纸面石膏板
该板材是以石膏芯材及与其牢固结合在一起的护面
纸组成, 分普通型, 耐水型和耐火型三种 。 以建筑石膏
及适量纤维类增强材料和外加剂为心材, 与具有一定强
度的护面纸组成的石膏扳为普通纸面石膏板；若在心材
配料中加入防水, 防潮外加剂, 井用耐水扩面纸, 即可
制成耐水纸面石膏板, 若在配料中加入无机耐火纤维和
阻嬲剂等, 即可制成耐火纸面石膏板 。
? 纸面石膏板常用规格为；
? 长度,1800mm, 2100mm, 2400nun, 2709mm 。
3000mm,3$OOmm和 3600mm,
? 宽度,900mm和 1200mm。
? 厚度：普通纸面石膏板为 9mm,12mm,15mm和
18mm,
? 耐水纸面石膏板为 9mm,12mm和 15mm,
? 耐火纸面石膏板为 9mm,12mm,15mm,18mm、
21mm和 25mm。
? 纸面石膏板的质量要求和性能指标应满足标准
GB9775,GB11978和 GB11979的要求, 耐水纸面石膏
扳的耐水性指标应符合表 7,24中规定；耐火纸面石膏
板遇火稳定时间应不小于表中的规定
? 纸面石膏板的表观密度为 800— 950kg／ m’,导
热系数低 [约 o,20W／ (m·K)),隔声系数
为 25～ 50dB,杭折荷载为 400— 800N,表面平整,
尺寸稳定 。 具有自重轻, 保温隔热, 隔声, 防火,
抗震, 可调节室内湿度, 加工性好, 施工简便等
优点 。 但用纸量较大, 成本较高,
普通纸面石膏板可作为室内隔墙板, 复合外
墙板的内壁板 。 天花板等 。 耐水型板可用于相对
湿度较大 (≥75％ )的环境, 如厕所, 盥洗室等 。
耐火型纸面石膏板主要用于对防火要求较高 的房
屋建筑中
2,石膏纤维板
该板材是以纤维增强石膏为基材的无
面纸石膏板 。 用无机纤维或有机纤维与
建筑石膏, 缓凝剂等经打浆, 铺装, 脱
水, 成型, 烘干而制成 。 可节省护面纸,
具有质轻, 高强, 耐火, 隔声, 韧性高
的性能, 可加工性好 。 其尺寸规格和用
途与纸面石膏板相同 。
3,石膏空心板
该板外形与生产方式类似于水泥混凝土空心板 。 它是
以熟石膏为胶凝材料, 适量加入各种
? 轻质骨料 (如膨胀珍珠岩, 膨胀蛭石等 )和改性材料 (如
矿渣, 粉煤灰, 石灰, 外加剂等, 经搅拌,
? 振动成型, 抽芯棋, 千燥而成 。 其长度为 2500～
3000mm,宽度为 500— 600mm,厚度为 60～
? 90mm。 该板生产时不用纸, 不用胶, 安装墙体时不用
龙骨, 设备筒单, 较易投产 。
? 石膏空心板的表观密度为 600— 900kg／ mI,抗
折强度为 2— 3MPa,导热系数约为 o,22W／
? (m·K),隔声指数大于 30dB,耐火极限为 1—
2,25h。 具有质轻, 比强度高, 隔热, 隔声,
防火,
? 可加工性好等优点, 且安装方便 。 适用于各类
建筑的非承重内隔墙, 但若用于相对湿度大于
? 7湖的环境中, 则板材表面应作防水等相应处
理,
4、石膏刨花板
该板材是以熟石膏为胶凝材料, 木质刨花为增强
材料, 溱加所需的辅助材料, 经配合, 搅
拌, 铺装, 压制而成 。 具有上述石膏板材的优点,
适用于非承重内隔墙和作装饰板材的基材板 。
随着农业的发展, 农作物的废弃物 (如稻草, 麦秸,
五米秆, 甘蔗渣等 )随之增多, 污染环境,
但各种废弃物如经适当处理, 则可制成各种板材 。
早在 1930年, 瑞典人就用 25kg稻草生产板材代替 250
块粘土砖使用, 因而节省了大量农田 。 中国是农业
大国, 农作物资源丰富, 该类产品应该得到发展和
推广,
7.3.3 复合墙板
以单一材料制成的板材, 常因材料本身的局
限性而使其应用受到限制 。 如质量较轻, 隔热,
隔声效果较好的石膏板, 加气混凝土板, 稻草板
等, 因其耐水性差或强度较低, 通常只能用于
非承重的内隔墙 。 而水泥混凝土类板材虽有足
够的强度和耐久性, 但其自重大, 隔声保温性
能差, 为克服上述缺点, 常用不同材料组合成
多功能的复合墙体以满足需要 。
? 常用的复合墙板主要由承受 (或传递 )外力
的结构层 (多为普通混凝土或金属板 )和保
温层
? (矿棉, 泡沫塑料, 加气混凝土等 )及面层
(各类具有可装饰性的轻质薄板 )组成, 如
图 7,7所示 。
? 其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,
1、混凝土夹心板
混凝土夹心板以 20一 30mm厚的钢筋混
凝土作内外表面层, 中间填以矿渣毡或
岩棉毡, 泡沫混凝 ± 等严温材料, 夹层
厚度视热 I计算而定 。 内外 N层面板 m钢
筋件连结 ‘ 用于内外墙
2,泰柏墙板
泰柏板是以直径为／ 2,06mm+O,03mm，
屈服强度为 390~490MPa的钢丝焊接成的
三维钢丝网骨架与高热阻自熄性覆苯乙
烯泡沫塑料组成的芯材板, 两面喷 (抹 )涂
水泥砂浆而成, 如图 7,8所示 。
? 泰柏板的标准尺寸为 L 22mX 2,44m＝ 3m’,
? 标准厚度为 lOOmm,平均自重为 90kg／ m~,热
阻为 0.64(m2,K)／ W(其热损失比一砖半的砖墙
小 50％ ),
? 由于所用钢丝网骨架构造及夹心层材料, 厚度的
差别等, 该类板材有多种名称, 如 GY板 (夹芯为
岩棉毡 ),三维板, 3D板, 钢丝网节能板等, 但
它们的性能和基本结构相似 。
? 该类板轻质高强, 隔热隔声, 防火, 防潮, 防
震, 耐久性好, 易加工, 施工方便 。 适用于自承
重外墙, 内隔 墙, 屋面板, 3m跨内的楼板等 。
3,轻型夹心板
该类板是用轻质高强的薄板为外层, 中间
以轻质的保温隔热材料为芯材组成的复
合板 。 用于外靖面的外层薄板有不锈钢
板, 彩色镀锌钢板, 铝合金板, 纤维增
强水泥薄板等 。 芯材有岩棉
毡, 玻璃棉毡, 阻燃型发泡聚苯乙烯, 发
泡聚氨酯等, 用于内侧的外层薄板可根
据需要选用石膏类板, 植物纤维类板,
塑料类板材等 。 该类复合墙板的性能和
适用范围与泰柏板基本相同 。
第 9章 建筑塑料,胶粘剂
主要内容
? 简述高分子聚合物及塑料等基本知识,
井介绍塑料, 胶粘剂两种常用的新型
高聚物建筑材料 。 重点掌握它们的基
本组成, 品种, 性能, 特点及其在建
筑工程中的应用 。
? 建筑塑料, 涂料, 胶粘剂均属有机高分子
材料, 它们由高分子化合物 (又称聚合物 )所组
成 。
这类材料有天然的 (如淀粉, 纤维素, 蛋
白质等 )和人工合成的 (合成树脂, 合成纤维,
合成橡胶等 )两大类 。 用作建筑材料的高分子
聚合物主要是合成树脂, 其次是合成橡胶与合
成纤维, 在此基础上衍生出了塑料, 涂料及胶
粘剂等材料 。 合成树脂是由于在聚合过程中所
得产物酷似天然树木所分泌出的脂质 (如松香 )
而得名 。
9.1 高分子化合物
1,高分子化合物的概念
高分子化合物, 又称高分子聚合物, 简称高聚物 。
是由许多低分子化合物作为组成单元, 多次相
互重复连接聚合而成的物质 。
如：聚乙烯结构为,… CH2— CH2… CH2— CH2…
缩写 [ CH2— CH2 ]n
乙烯称为：单体；最小重复结构单元, — CH2—
CH2— 称为：链节； n称为：聚合度 。
特点：分子量很大，化学组成比较简单。
2,合成高分子材料的分子特征
1,分类
按链节在空
间排列的几
何形状分
线型聚合物,
有长链、支链
体型聚合物
线型无支链 结构聚合物,聚苯乙烯 (PS),
密度聚乙烯 (HDPE),聚醋纤维素 分 子 。
线型带支链 结构聚合物, 低密度聚乙烯
(LDPE),聚醋酸乙烯 (PVAC)等。
特点,在 一定溶 剂中 可 溶解, 软化, 甚至熔化
线型大分子间相互交联成网状三维 结构，有酚
醛 树脂 (PF),不饱和聚醋 (UP),环氧树脂 (EP)、
脲醛 树脂 (UF)等。
特点,成型后再加热, 不软化, 也不能流动
2,合成高分子材料的性能特点
性能优点,
(1)优良的加工性能
(2)质轻
(3)导热系数小
(4)化学稳定性较好
(5)电绝缘性好 。
(6)功能的可设计性强
(7)出色的装饰性能
性能 缺点,
(1)易老化
(2)可燃性及毒性
(3)耐热性差
9.2 建筑塑料
9.2 建筑塑料
1.建筑塑料的基本组成
(1)合成树脂
(2)添加剂
目的,为了改善塑料的某些性能 。 不同塑料所加
入的添加剂不同, 常用的添加剂类型有,
① 填料
② 增塑剂
③ 其他添加剂
2.建筑塑料的分类及主要性能
建筑上常用的塑料可分为热塑性塑料和热固
性塑料, 其主要性能见表 9-1。
建筑上常用塑料的性能
性能
热塑性塑料 热固性塑料
聚氯乙烯
(硬 )
聚氯乙烯
(软 ) 聚乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 酚醛 有机硅
密度
/(g?cm-3)
1.35～
1.45 1.3～ 1.7 0.92 1.04～ 1.07
０,90～
0.91 1.25～ 1.36
1.65～
2.00
拉伸强度
／Ｍ Pa 35～ 65 7～ 25 11～ 13 35～ 63 30～ 63 49～ 56 ＿
伸长率 /% 20～ 40 200～ 400 200～ 550 1～ 1.3 >200 1.O～ 1.5 ＿
抗压强度
/MPa 55～ 90 7～ 12.5 ＿ 80～ 110 39～ 56 70～ 210 110～ 170
抗弯强度
／Ｍ Pa 70～ 110 ＿ ＿ 55～ 110 42～ 56 85～ 105 48～ 54
弹性模量
/GPa
２５００
～４２０
０
＿ 130～ 250 ２８００ ～ ４２００ ＿ ５３００ ～ ７０００ ＿
线膨胀系
数 10－５
/℃ －１
5～ 18.5 ＿ 16～ 18 6～ 8 10.8～ 11.2 5～ 6.O 5～ 5.8
耐热 /℃ 50～ 70 65～ 80 100 65～ 95 100～ 120 120 300
耐溶剂性 溶于环己 酮 溶于环己 酮 室温下 无 溶剂 溶于芳香 族溶剂 室温下无 溶剂 不溶于任 何溶剂 溶于芳香 族溶剂
3.塑料 制品
(1)塑料型材
1） 塑料地板
为了保护人民的身体健康, 国家制订的
GB18586-2001,室内装饰装修材料聚氯乙烯
卷材地板中有害物质限量》中除规定禁止使
用铅盐做稳定剂外, 在标准限量指标上也着
重控制氯乙烯单体、铅,镉 含量和有机化合
物挥发总量, 具体指标见表 9-2。
聚乙烯卷材地板中有害物质限量值
发泡类卷材地板 非发泡类卷材地板
挥发物限量 （ g?m-2）
玻璃纤维基材 其他基材 玻璃纤维基材 其他基材
≤75 ≤35 ≤ 40 ≤ 10
氯乙烯单体 （ mg?kg-1） ≧ 5
可溶性铅 （ mg?kg-1） ≧20
可溶性 镉 （ mg?kg-1） ≧20
(1)塑料型材
1） 塑料地板
2） 塑料门窗
3） 塑料墙纸
4） 玻璃钢建筑制品
(2)塑料管材
1） 硬质聚氯乙烯 (UPVC)塑料管
2） 聚乙烯 (PE)塑料管
3） 聚丙烯 (PP)塑料管和 PPR塑料管
4） 其他塑料管
① ABS塑料管
② 聚了烯 (PB)塑料管
③ 玻璃钢 (GRP)管
④ 复合塑料管
9.3 胶粘剂
1.胶粘剂的基本要求
胶粘剂是能将各种材料紧密地粘结在一起的物质的总称 。
对 胶粘剂 的 基本要求, 适宜的粘度 和 流动性 ； 具有良好
的漫润性, 能很好的浸润被粘结材料的表面 ； 在一定
的温度, 压力, 时间等条件下, 可通过物理和化学作
用固化, 并可调节其固化速度 ； 具有足够的粘结强度
和较好的其他性能 ； 必须对人体无害 。
GB185832001,室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限
量, 的强制性国家标准。胶粘剂中有害物质限量见表
9-3和表 9-4 。
溶剂型胶粘剂中有害物质限量值
项 目
指 标
橡胶类胶粘剂 聚氨 酯 类胶粘剂 其他胶粘剂
游离甲 醛（ g?kg-1） ≤0.5 — —
苯 ① （ g?kg-1） ≤0.5
甲苯 +二甲苯 （ g?kg-1） ≤200
甲苯二异 氰 酸 酯（ g?L-1） — ≤10 —
总挥发性有机物 （ g?L-1） ≤ 750
注,①苯不能作为溶剂使用, 作为杂质其最高含量不得大于表
9-3的规定
水基型胶粘剂中有害物质限量值
注,①苯不能作为溶剂使用, 作为杂质其最高含量不得大于表
8-3的规定
项目
指标
缩甲醒类
胶粘剂
聚乙酸乙烯类
胶粘剂
橡胶类
胶粘剂
聚氨 酯 类
胶粘剂
其他胶粘
剂
游离甲 醛（ g?kg-1） ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 — ≤ 1
苯 ① （ g?kg-1） ≤ 0.2
甲苯 +二甲苯 （ g?kg-1） ≤ 10
总挥发性有机物 （ g?L-1） ≤ 50
2.胶粘剂胶粘剂的基本组成材料
胶粘剂一般都是由多组分物质所组成, 常用胶粘
剂的主要组成成分有,
（ 1） 粘结料
（ 2） 固化剂
（ 3） 增韧剂
（ 4） 填料
（ 5） 稀释剂
（ 6） 改性剂
3.胶粘剂土木工程常用的胶粘剂性能特点及应用
（ 1） 热塑性树脂胶粘剂
（ 2） 热固性树脂胶粘剂
1） 不饱和聚醋树脂胶粘剂
2） 环氧树脂胶粘剂
（ 3） 合成橡胶胶粘剂
1） 氯丁橡胶胶粘剂
2）丁腈 橡胶胶粘剂
主要内容,
? 钢材是重要的工程材料．本幸主要
讲述建筑工程中常用的两奥钢材，普通
碳素结构钢和低合金高强度岵构钢．概
迷钢的冶炼、加工及分类方法．重点掌
握建筑钢材的力学性能、工艺性能及现
行国家标准或规范对钢材的性舱及技术
要求。阐迷钢的化学成分，所合合金元
素等对钢材的性能、质量的影响。介绍
钢蛄构及钢筋混凝土蛄构采用的主要钢
材品种及特点，如何正确地选材，合理
地用材，以及钢材的好蚀成固与防护方
第 10章 建筑钢材
第 10章 建筑钢材
? 建筑钢材是重要的建筑材料。它主
要指用于钢结构中各种型材 (如角钢、槽
钢、工字钢、圆钢等 )、钢板、钢管和用
于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝
等。由于钢材在工厂生产中有较严格的
工艺控制，因此质量通常能够得到保证。
? 建筑钢材具有一系列优良的性
能．它有较高的强度，有良好的塑性和
韧性，能承受冲击和振动荷载；可以焊
接或铆接，易于加工和装配，所以被广
第 10章 建筑钢材
10.1 钢材的分类
钢材的化学成分
生产钢不可避免元素,Si,Mn,P,S,N…
专门加入的合金元素,Si,Mn,Ti,V,
Ni,Nb及稀土元素
铁：主要元素
碳,0.02%～ 2.06%
其他元素
第 10章 建筑钢材
10.1.1 分类
1.按化学成分分类
低碳钢：含碳量 <0.25%
中碳钢：低碳钢：含碳量０,25% ～ 0.6%
高碳钢：含碳量 >0.6%
（ 1） 碳素钢
（ 碳钢 ）
（ 2） 合成钢 —— 专门加入合金元素
按合金元素含量分
低合金钢：合金元素总含量 <5%
中合金钢：合金元素总含量 5%～ 10%
高合金钢：合金元素总含量 >10%
第 10章 建筑钢材
2．按杂质含量（品质）分类 普通钢：含硫量 ≤0.050%,含磷量 ≤0.045%
优质钢：含硫量 ≤0.035%,含磷量 ≤0.035%
高级优质钢：含硫量 ≤0.025%,含磷量 ≤0.025%,
牌号后加, 高, 或, A”
特级优质钢：含硫量 ≤0.015%,含磷量 ≤0.015%,
后 加, E”
第 10章 建筑钢材
3.按冶炼时脱氧程度分
沸腾钢：脱氧不充分, 代号, F”
镇静钢：脱氧充分, 代号, 2”
半镇静钢：脱氧程度介于, F”与, 2”之间, 代号, b”
特殊镇静钢：脱氧彻底, 代号, TZ”
4．按用途分类
结构钢：建筑结构, 机械制造 （ 低, 中碳钢 ）
工具钢：各种工具 （ 高碳钢 ）
特殊钢：不锈钢 （ 具有各种特殊的物理化学性质 ）
第 10章 建筑钢材
10.1.2 钢材中的常存杂质 硫, 来自矿石燃料, 生成 FeS,钢材加工时易裂缝, 热脆性 。
磷, 来自矿石燃料, 生成 Fe3P,脆性很大 。
碳, 炼钢氧化过程中存于缸中, 害处大于一处, 故归于有害元素 。
锰, 炼钢时脱氧, 硫残留钢中, 具有很强的脱氧, 硫能力, 大大改善
钢材加工性能 。
硅, 脱氧剂, 较锰强 。
两面性：硅很低时, 强度增加；硅很高时, 其他性能降低 。
氧, 与碳, 磷相似 。
有
害
元
素
第 10章 建筑钢材
10.2 建筑材料的主要技术性能
力学性质：强度, 弹性, 塑性, 耐磨性 …
工艺性质 （ 可加工性 ）,冷弯, 可焊性
第 10章 建筑钢材 10.2.1 力学性能
1.抗拉性能 —— 是建筑 钢材 最 重要 的力学 性能 。
拉伸过程分四个阶段,
OA：弹性阶段
AB：屈服阶段
BC：强化阶段
CD：颈缩阶段
第 10章 建筑钢材 拉伸性能指标：主要有 屈服点, 抗拉强度和伸长率等 。
（ 1） 屈服强度 （ 屈服点 ）
上屈服强度：试样首次屈服前的最大应力；
下屈服强度,不计初始瞬时效应时的最小强度, 即 屈服点
0
s A
FS??
Fs —— 屈服阶段最小应力 (首次回针所对应的力 ),N；
Ao —— 钢材的截面积, mm2。
注意,有些钢材无明显屈服点 （ 合金钢, 高碳钢等硬钢 ）,
应采用产生残余变形为 0.2%原标距长度时的应力
作为屈服点 （ 称条件屈服点 ）,记为 σ 0.2或者 σ P0.2。
第 10章 建筑钢材 （ 2） 抗拉强度,钢材所能承受的最大强度 。
Fb—— 为最大应力, N。
相反, 值越小, 可靠性越低, 安全性越低 。
因此, 强屈比一般不低于 1.2,抗震结构一般不低于 1.25。
0
b A
F b??
可靠性参数
s
b
?
??强屈比
值得注意,强屈比的概念
值 越大可靠性越高，安全性越高，
但利用率降低，浪费增大。
第 10章 建筑钢材 （ 3） 伸长率,塑性指标 。
意义,? 值 越大, 塑性增强, 可避免结构过早破坏；加工性
增强, 安全性增强 。
? 值有两种,?5—— 表示 l0=5d0,d0—— 钢材直径；
?10—— l0=10d0。
%100l ll
0
01 ????
lo—— 试件原始标距长度,mm ；
l1— — 试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度,mm。
第 10章 建筑钢材 （ 4） 断面收缩率,塑性指标 。
AO—— 试样拉断后颈缩处的截面积, mm2；
A1—— 表示钢材的原始截面积, mm2。
伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力 。
0
10
A
AA ???
第 10章 建筑钢材 2.冲击韧性 —— 指钢材抵抗冲击荷载的能力 。
试验方法,标准试件的弯曲冲击韧性试验 。
指标,试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作 ak,J/cm2。
ak值愈大, 钢材的冲击韧性愈好 。
3.耐疲劳性
疲劳破坏,交变荷载反复作用，
钢材在应力低于屈服强度时,突
然发出脆性断裂的现象。
危害极大
冲击韧性试验原理图
第 10章 建筑钢材
10.2.2 工艺性能
冷弯性能：常温下钢材承受弯曲变形的能力 。
焊接性能：钢结构中 90%以上为焊接结构,焊接性非常重要 。
第 10章 建筑钢材 （ 1）冷弯性能
冷弯性能试验,试件被弯曲的角度 （ 90°, 180° ） 。
冷弯试验意义,能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在
内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。
冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表
面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。
判定标准,若试件弯曲处的
外表面无裂断、裂缝或起层,
认为冷弯性能合格。
第 10章 建筑钢材
（ 2）焊接性能 ? 焊接方式：搭接, 对接
? 焊接要求,① 焊接处 （ 焊缝及其附近过热区 ） 不产生
? 裂缝及硬脆倾向 。
? ② 焊接处与母材一致, 即拉伸试验, 强度
? 不低于原钢材强度 。
? 影响因素,碳, 合金元素等杂质元素越多, 可焊性越小 。
第 10章 建筑钢材 10.3 钢材的强化与加工
10.3.1 冷加工
—— 指钢材在常温下进行的加工 。
常见的冷加工方式,冷拉, 冷拔, 冷轧, 冷扭, 刻痕等 。
特点,钢材经冷加工产生塑性变形, 从而提高其屈服强度,
这一过程称为 冷加工强化处理 。
第 10章 建筑钢材 10.3.2 时效处理
—— 将经过冷拉的钢筋于 常温下存放 15～ 20d,或
加热到 100～ 200℃ 并保持一段时间,这个过程称为时效处理 。
自然时效
作用, 钢筋冷拉以后再经过
时效处理，其屈服点
进一步提高，塑性继
续有所降低。
∵ 时效过程中应力的消减，
∴ 弹性模量可基本恢复。
人工时效
第 10章 建筑钢材
10.4 钢材的锈蚀与防护
10.4.1 钢材的锈蚀
—— 钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏,
称为钢材的锈蚀 。
化学锈蚀
电化学锈蚀
—— 钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数
是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境
中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。
—— 钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质
的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元
素失去了电子成为 Fe2+进入介质溶液，与溶液中的 OH-离
子结合生成 Fe（ OH） 2。
锈蚀的结果,在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小,
降低钢材的性能，因而承载力降低。
第 10章 建筑钢材 10.4.2 钢材的防护
三个方面,从改变钢材本身的易腐蚀性, 隔离环境中的侵蚀
性介质或改变钢材表面的电化学过程 。
（ 1） 采用耐候钢 （ 耐大气腐蚀钢 ）
（ 2） 金属覆盖 —— 电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面 。
（ 3） 非金属覆盖 —— 在钢材表面用金属材料做为保护膜,
如喷涂涂料, 搪瓷和塑料等 。
（ 4） 混凝土用钢筋的防锈
第 10章 建筑钢材
10.5 土木工程常用钢材
2.5.1 钢结构用钢
2.5.2 混凝土结构用钢
第 10章 建筑钢材 10.5.1 钢结构用钢
1.碳素结构钢
（ 1） 碳素结构钢的牌号
表示按顺序,屈服点字母 （ Q）, 屈服点数值 （ 单位 MPa）,
质量等级 （ 有 A,B,C,D 4级, 逐级提高 ） 和脱氧方法
（ F：沸腾钢, b：半镇钢, Z：镇静钢, TZ：特殊镇钢 。
牌号表示时 Z,TZ可省略 ） 。
例如,Q235— A·F 表示屈服点为 235MPa,A级沸腾钢 。
Q235— B 表示屈服点为 235MPa,B级镇静钢 。
第 10章 建筑钢材 （ 2）碳素结构钢的选用
? 碳素结构钢依牌号增大, 含碳量增加, 其强度增大, 但塑性和韧性降低 。
? 建筑工程中主要应用 Q235号钢,可用于轧制各种型钢, 钢板, 钢管与钢筋 。
具有较高的强度, 良好的塑性, 韧性, 可焊性及可加工等综合性能好,且
冶炼方便, 成本较低, 因此广泛用于一般钢结构 。 其中 C,D级可用在重要
的焊接结构 。
? Q195,Q215号钢材强度较低, 但塑性, 韧性较好, 易于冷加工, 可制作
铆钉, 钢筋等 。 Q225,Q275号钢材强度高, 但塑性, 韧性, 可焊性差,
可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等 。
? 受动荷载作用结构, 焊接结构及低温下工作的结构, 不能选用 A,B质量
等级钢及沸腾钢 。
第 10章 建筑钢材
2.低合金高强度结构钢
（ 1） 低合金高强度钢的牌号
共有 5个牌号
牌号由三部分表示,含碳量, 合金元素的种类及含量 。 前两位
数字表示平均含碳量的万分数；其后的元素符合表示按主次加
入的合金元素；合金元素后面如未附数字, 表示其平均含量在
1.5%以下；如附有数字, 2”,表示其平均含量在 1.5%～ 2.5%之间
最后如附有, b”,表示为半镇静钢, 否则为镇静钢 。
例如,16Mn 表示平均含碳量为 0.16%,
平均含碳量低于 1.5%的镇静钢 。
第 10章 建筑钢材
（ 2）低合金高强度钢的选用
? 低合金高强度结构钢具有轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强,
使用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加
工与施工，因此，低合金高强度结构钢可以用作高层及大跨度建筑（如
大跨度桥梁、大型厅馆、电视塔等）的主体结构材料。
与普通碳素钢相比可节约钢材，具有显著的经济效益。
? 当低合金钢中的铬含量达 11.5%时，铬就在合金金属的表面形成一层惰性
的氧化铬膜，成为不锈钢。
不锈钢具有低的导热性，良好的耐蚀性能等优点；缺点是温度变化
时膨胀性较大。
不锈钢既可以作为承重构件，又可以作为建筑装饰材料。
第 10章 建筑钢材 10.5.2 混凝土结构用钢
1.热轧钢筋
（ 1） 牌号
热轧钢筋分为 R235,HRB335,HRB400,HRB500四个牌号 。
牌号意义,R代表热轧光圆钢筋, HRB代表热轧带肋钢筋,
其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成, 表面光圆；
热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成, 外表带肋 。
牌号中的数字,表示热轧钢筋的屈服强度 。
第 10章 建筑钢材 （ 2）热轧钢筋的选用
? 光圆钢筋的强度较低, 但塑性及焊接性好, 便于冷加工, 广泛
用做普通钢筋混凝土 。
? HRB325,HRB400带肋钢筋的强度较高, 塑性及焊接性也较好,
广泛用做大, 中型钢筋混凝土结构的受力钢筋 。
? HRB500带肋钢筋强度高, 但塑性与焊接性较差, 适宜作预应
力钢筋 。
第 10章 建筑钢材 2.冷拉热轧钢筋
为了提高强度以节约钢筋，工程中常按施工规程对
热轧钢筋进行冷拉。
冷拉热轧钢筋分为,冷拉 Ⅰ 级、冷拉 Ⅱ 级,
冷拉 Ⅲ 级、冷拉 Ⅳ 级
第 10章 建筑钢材 （ 3） 冷拉热轧钢筋的选用
? 冷拉 I级钢筋适用作非预应力受拉钢筋 。
? 冷拉 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 级钢筋强度较高, 可用作预应力混凝土结构
的预应力筋 。
? 由于冷拉钢筋的塑性, 韧性较差, 易发生脆断, 因此, 冷拉
钢筋不宜用于负温度, 受冲击或重复荷载作用的结构 。
第 10章 建筑钢材 3.冷轧带肋钢筋
? 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。
? 冷轧带肋钢筋代号为 CR，按抗拉强度分为三级,CRB550、
CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170，其中数值表示钢筋应达
到的最小抗拉强度值 。
? 冷轧带肋钢筋提高了钢筋的握裹力，可广泛用于中、小预应力
混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件，也可用于焊接钢
筋网。
第 10章 建筑钢材 4.冷轧扭钢筋
? 加工,冷轧扭钢筋由低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机
调直, 冷轧并冷扭一次成型, 具有规定截面形状和节
距的连续螺旋状钢筋 。
? 分类,按其截面形状不同分为 I型 (矩形截面 )和 Ⅱ 型 (菱形
截面 )两种类型 。 代号为 LZN。
? 应用,冷轧扭钢筋可适用于钢筋混凝土构件,
? 特点,冷轧扭钢筋与混凝土的握裹力与其螺距大小有直接关
系 。 螺距越小,握裹力越大,但加工难度也越大,因此,
应选择适宜的螺距 。 冷轧扭钢筋在拉伸时无明显屈服
台阶, 为安全起见, 其 抗拉设计强度采用 0.8σ b。
第 10章 建筑钢材 6.预应力混凝土用钢丝和钢绞线
（ 1） 预应力钢丝
? 分类,按交货状态分为冷拉钢丝及消除应力钢丝两种；按外形
分为光面钢丝, 刻痕钢丝, 螺旋钢丝三种；按松驰能力
分为 I级松驰和 Ⅱ 级松驰两级 。
? 代号,RCD（ 冷拉钢丝 ）, S（ 消除应力钢丝 ）, SI（ 消除应力
刻痕钢丝 ）, SH（ 消除应力螺旋肋钢丝 ） 。
（ 2） 预应力钢绞线
? 分类,按捻制结构分为三类：用两根钢丝捻制的钢绞线 （ 表示
为 13 2）, 用三根钢丝捻制的钢绞线 （ 表示为 13 3）,
用七根钢丝捻制的钢绞线 （ 表示为 13 7） 。
按应力松驰能力分为 I级松驰和 Ⅱ 级松驰两种 。
第 10章 建筑钢材 5.热处理钢筋
? 加工,热处理钢筋是用热轧螺纹钢筋经淬火和回火的调质处理
而成的。代号为 RB150。
? 种类,按螺纹外形可分为有纵肋和无纵肋两种。
? 牌号,热处理钢筋有 40SiMn,48Si2Mn和 45Si2Cr等三个牌号 。
? 应用,目前主要用于预应力混凝土轨枕，用以代替高强度钢丝,
配筋根数减少,制作方便,锚固性能好,建立预应力稳定。
也用于预应力混凝土板、梁和吊车梁，使用效果良好。
热处理钢筋系成盘供应（每盘长约 20mm），开盘后能自
然伸直，不需调直、焊接，故施工简单，并可节约钢材。
第 10章 建筑钢材
（ 3） 预应力钢丝和钢绞线的应用
主要用于大跨度, 大负荷的桥梁, 电杆, 枕轨,
屋架,
大跨度吊车梁等, 安全可靠, 节约钢材, 且不需冷拉,
焊
接接头等加工, 因此, 在土木工程中得到广泛应用 。
第 11章 绝热材料和吸声材料
主要内容
? 绝热材料和吸声材料都是建筑功能材料的
重要品种，它们对建筑物使用功能的质量有重
要作用。绝热材料对建双物的能源消耗有较大
影响，本章讲述了材料绝热的基本原理、影响
参数，及鲍热材料的主要品种、应用范围，以
及使用谊类材料的绝热节能效果,
? 有效地泣屑吸声材料，可出吵噪声对人体和
环境的危害。本章墒要地介绍了吸声原理，吸
声材料的特性、主要品种及 *瞩巍围，以便合
理选用。
?11.1 绝热材料
?在建筑上, 将主要作为保温, 隔热使用的
材料通称为绝热材料 。 绝热材料通常导热
系数 （ λ ） 值应不大于 0.23W／ (m·K),热
阻 （ Ｒ ） 值应不小于 4.35（ m2·K） /W。 此
外, 绝热材料尚应满足：表观密度不大于
600kg／ m3,抗压强度大于 0.3MPa,构造简
单, 施工容易, 造价低等 。
?1,影响材料导热系数的因素
? 影响材料保温性能的主要因素是导热系
数的大小, 导热系数愈小, 保温性能愈好 。 材
料的导热系数受以下因素影响,
?（ １ ） 材料的性质 。 不同的材料其导热系数是
不同的, 一般说来, 导热系数值以金属最大,
非金属次之, 液体较小, 而气体更小 。 对于同
一种材料, 内部结构不同, 导热系数也差别很
大 。 一般结晶结构的为最大, 微晶体结构的次
之, 玻璃体结构的最小 。 但对于多孔的绝热材
料来说, 由于孔隙率高, 气体 （ 空气 ） 对导热
系数的影响起着主要作用, 而固体部分的结构
无论是晶态或玻璃态对其影响都不大 。
?（２）表观密度与孔隙特征。由于材料中
固体物质的导热能力比空气要大得多，故
表观密度小的材料，因其孔隙率大，导热
系数就小。
?在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大，
导热系数就愈大；互相连通孔隙比封闭孔
隙导热性要高。
?对于表观密度很小的材料，特别是纤维状
材料（如超细玻璃纤维），当其表观密度
低于某一极限值时，导热系数反而会增大，
这是由于孔隙增大且互相连通的孔隙大大
增多，而使对流作用加强的结果。因此这
类材料存在一最佳表观密度，即在这个表
观密度时导热系数最小。
? （ ３ ） 湿度 。 材料吸湿受潮后, 其导热系数就会增大,
这在多孔材料中最为明显 。 这是由于当材料的孔隙中有
了水分 （ 包括水蒸气 ） 后, 则孔隙中蒸汽的扩散和水分
子的热传导将起主要传热作用, 而水的 λ 为 0.58Ｗ／
（ ｍ ·Ｋ ）, 比空气的 λ= 0.029Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ） 大 20倍左
右 。 如果孔隙中的水结成了冰, 则冰的 λ= 2.33 Ｗ／
（ ｍ ·Ｋ ）, 其结果使材料的导热系数更加增大 。 故绝
热材料在应用时必须注意防水避潮 。
? （ ４ ） 温度 。 材料的导热系数随温度的升高而增大, 因
为温度升高时, 材料固体分子的热运动增强, 同时材料
孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加 。 但
这种影响, 当温度在０～ 50℃ 范围内时并不显著, 只有
对处于高温或负温下的材料, 才要考虑温度的影响 。
? （ ５ ） 热流方向 。 对于各向异性的材料, 如木材等纤维
质的材料, 当热流平行于纤维方向时, 热流受到阻力小,
而热流垂直于纤维方向时, 受到的阻力就大 。
? 11.2 建筑上常用保温材料
? 1,纤维状保温隔热材料
? （ ｌ ） 石棉及其制品 。 石棉是一种天然矿物纤维, 主要
化学成分是含水硅酸镁, 具有耐火, 耐热, 耐酸碱, 绝
热, 防腐, 隔音及绝缘等特性 。 常制成石棉粉, 石棉纸
板, 石棉毡等制品, 用于建筑工程的高效能保温及防火
覆盖等 。
? （ 2） 矿棉及其制品 。 矿棉一般包括矿渣棉和岩石棉 。
矿渣棉所用原料有高炉硬矿渣, 铜矿渣等, 并加一些调
节原料 （ 钙质和硅质原料 ） 。 岩棉的主要原料为天然岩
石 （ 白云石, 花岗石, 玄武岩等 ） 。 上述原料经熔融后,
用喷吹法或离心法制成细纤维 。 矿棉具有轻质, 不燃,
绝热和电绝缘等性能, 且原料来源广, 成本较低 。 可
制成矿棉板, 矿棉毡及管壳等 。 可用作建筑物的墙壁,
屋顶, 天花板等处的保温和吸声材料, 以及热力管道的
保温材料 。
?（ ３ ） 玻璃棉及其制品 。 玻璃棉是用玻璃
原料或碎玻璃经熔融后制成纤维状材料,
包括短棉和超细棉两种 。
?（ ４ ） 植物纤维复合板 。 系以植物纤维为
主要材料加入胶结料和填料而制成 。 如木
丝板是以木材下脚料制成木丝, 加入硅酸
钠溶液及普通硅酸盐水泥混合, 经成型,
冷压, 养护, 干燥而制成 。 甘蔗板是以甘
蔗渣为原料, 经过蒸制, 加压, 干燥等工
序制成的一种轻质, 吸声, 保温材料 。
?2,散粒状保温隔热材料
?（ 1） 膨胀蛭石及其制品 。 蛭石是一种天然
矿物, 经 850～ 1000° C燃烧, 体积急剧膨
胀 (可膨胀５～ 20倍 )而成为松散颗粒,
其堆积密度为 80～ 200kg／ m3,导热系数
0.046～ 0.07W/ (m·K),用于填充墙壁, 楼
板及平屋顶, 保温效果佳 。 可在 1000～
1100℃ 下使用 。
? 膨胀蛭石也可与水泥, 水玻璃等胶凝
材料配合, 制成砖, 板, 管壳等用于围护
结构及管道保温 。
?（ ２ ） 膨胀珍珠岩及其制品 。 膨胀珍珠岩
是由天然珍珠岩, 黑耀岩或松脂岩为原料,
经煅烧体积急剧膨胀 （ 约 20倍 ） 而得蜂窝
状白色或灰白色松散颗料 。 堆积密度为
40～ 300kg／ m3,λ= 0.025～ 0.048 Ｗ／
(ｍ ·Ｋ ),耐热 800 ° C,为高效能保温保
冷填充材料 。
? 膨胀珍珠岩制品是以膨胀珍珠岩为骨
料, 配以适量胶凝材料, 经拌和, 成型,
养护 （ 或干燥, 或焙烧 ） 后两制成的板,
砖, 管等产品 。
? 3,多孔性保温隔热材料
? (１ ) 微孔硅酸钙制品 。 微孔硅酸钙制品是用粉状二氧
化硅材料 （ 硅藻土 ）, 石灰, 纤维增强材料及水等经搅
拌, 成型, 蒸压处理和干燥等工序而制成 。 用于围护结
构及管道保温 。
? (２ ) 泡沫玻璃 。 它是采用碎玻璃加入１ ％ ～２ ％ 发泡
剂 （ 石灰石或碳化钙 ）, 经粉磨, 混合, 装模, 在
800℃ 下烧成后形成含有大量封闭气泡 （ 直径 0.1～ 5mm）
的制品 。 它具有导热系数小, 抗压强度和抗冻性高, 耐
久性好等特点, 且易于进行锯切, 钻孔等机械加工, 为
高级保温材料, 也常用于冷藏库隔热 。
? (３ ) 多孔混凝土和轻骨料混凝土 。
? (4) 泡沫塑料 。 泡沫塑料是以合成树脂为基料, 加入一
定剂量的发泡剂, 催化剂, 稳定剂等辅助材料经加热发
泡而制成的轻质保温, 防震材料 。 目前我国生产的有聚
苯乙烯, 聚氯乙烯, 聚氨酯及 脲醛树脂等泡沫塑料 。
? 4,其他保温隔热材料
? （ １ ） 软木板 。 软木也叫栓木 。 软木板是用栓皮, 栎树
皮或黄菠萝树皮为原料, 经破碎后与皮胶溶液拌和, 再
加压成型, 在 80℃ 的干燥室中干燥一昼夜而制成 。 软木
板具有表观密度小, 导热性低, 抗渗和防腐性能高等特
点 。
? （ 2） 蜂窝板 。 蜂窝板是由两块较薄的面板, 牢固地粘
结在一层较厚的蜂窝状芯材两面而制成的板材, 亦称蜂
窝夹层结构 。 蜂窝状芯材是用浸渍过合成树脂 （ 酚醛,
聚酯等 ） 的牛皮纸, 玻璃布和铝片等, 经加工粘合成六
角形空腹 （ 蜂窝状 ） 的整块芯材 。 常用的面板为浸渍过
树脂的牛皮纸, 玻璃布或不经树脂浸渍的胶合板, 纤维
板, 石膏板等 。 面板必须采用合适的胶粘剂与芯材牢固
地粘合在一起, 才能显示出蜂窝板的优异特性, 即具有
比强度大, 导热性低和抗震性好等多种功能 。
? 5,关于隔热材料的概念
? 隔热材料应能阻抗室外热量的传入, 以及减小室
外空气温度波动对内表面温度影响 。 材料隔热性能
的优劣, 不仅与材料的导热系数有关, 而且与导温
系数, 蓄热系数有关 。
? 在建筑中, 围护结构隔热设计时, 除了采用隔热材
料外, 还可以采取其他措施, 起到隔热的效果,
如：,
? 外表面做浅色饰面, 如浅色粉刷, 浅色涂层和浅色
面砖等；窗户采用绝热薄膜；
? 设置通风层, 如通风屋顶, 通风墙等；
? 采用多排孔的混凝土或轻骨料混凝土空心砌块墙体 。
? 采用蓄水屋顶, 有土或无土植被屋顶, 以及墙面垂
直绿化等 。
?11.3 吸声材料
? 1,材料吸声的原理及技术指标
? 声音起源于物体的振动, 它迫使邻近的空气跟着振
动而成为声波, 并在空气介质中向四周传播 。 当声
波遇到材料表面时, 一部分被反射
另一部分穿透材料, 其余的部分则传递给材料, 在
材料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻
力, 其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉 。
这些被吸收的能量 （ Ｅ ） （ 包括部分穿透材料的声
能在内 ） 与传递给材料的全部声能 （ E0） 之比, 是评
定材料吸声性能好坏的主要指标, 称为吸声系数
（ α ）, 用公式表示为
0E
E??
? 吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关 。 因
此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示,
并应指出是对哪一频率的吸收 。 通常采用常用规定
的六个频率,125,250,500,1000,2000,4000
Hz。 任何材料对声音都能吸收, 只是吸收程度有很
大的不同 。 通常是将对上述六个频率的平均吸声系
数大于 0.2的材料, 列为吸声材料 。
? 吸声材料大多为疏松多孔的材料, 如矿渣棉, 毯子
等, 其吸声机理是声波深入材料的孔隙, 且孔隙多
为内部互相贯通的开口孔, 受到空气分子摩擦和粘
滞阻力, 以及使细小纤维作机械振动, 从而使声能
转变为热能 。 这类多孔性吸声材料的吸声系数, 一
般从低频到高频逐渐增大, 故对高频和中频的声音
吸收效果较好 。
? 2,影响多孔性材料吸声性能的因素
? （ １ ） 材料的表观密度 。 对同一种多孔材料 （ 例如超
细玻璃纤维 ） 而言, 当其表观密度增大时 （ 即空隙率
减小时 ）, 对低频的吸声效果有所提高, 而对高频的
吸声效果则有所降低 。
? （ ２ ） 材料的厚度 。 增加多孔材料的厚度, 可提高对
低频的吸声效果, 而对高频则没有多大的影响 。
? （ ３ ） 材料的孔隙特征 。 孔隙愈多愈细小, 吸声效果
愈好 。 如果孔隙太大, 则效果就差 。 如果材料中的孔
隙大部分为单独的封闭的气泡 （ 如聚氯乙烯泡沫塑
料 ）, 则因声波不能进入, 从吸声机理上来讲, 就不
属多孔性吸声材料 。 当多孔材料表面涂刷油漆或材料
吸湿时, 则因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞, 其吸
声效果亦将大大降低 。
?3,建筑上常用吸声材料及安装方法
?建筑工程中常用吸声材料有：石膏砂浆 （ 掺
有水泥, 玻璃纤维 ）, 石膏砂浆 （ 掺有水泥,
石棉纤维 ）, 水泥膨胀珍珠岩板, 矿渣棉,
沥青矿渣棉毡, 玻璃棉, 起细玻璃棉, 泡沫
玻璃, 泡沫塑料, 软木板, 木丝板, 穿孔纤
维板, 工业毛毡, 地毯, 帷幕等 。
?除了采用多孔吸声材料吸声外, 还可将材料
组成不同的吸声结构, 达到更好的吸声效果 。
常用的吸声结构形式有薄板共振吸声结构和
穿孔板吸声结构 。
?薄板共振吸声结构系采用薄板钉牢在靠墙
的木龙骨上, 薄板与板后的空气层构成了
薄板共振吸声结构 。 穿孔板吸声结构是
用穿孔的胶合板, 纤维板, 金属板或石膏
板等为结构主体, 与板后的墙面之间的空
气层 （ 空气层中有时可填充多孔材料 ） 构
成吸声结构 。 该结构吸声的频带较宽, 对
中频的吸声能力最强 。
? 4,关于隔声材料的概念
? 必须指出：吸声性能好的材料, 不能简单地就把它
们作为隔声材料来使用 。 人们要隔绝的声音按着传
播的途径可分为空气声 （ 由于空气的振动 ） 和固体
声 （ 由于固体的撞击或振动 ） 两种 。 对隔空气声,
根据声学中的, 质量定律,, 墙或板传声的大小,
主要取决于其单位面积质量, 质量越大, 越不易振
动, 则隔声效果越好, 故对此必须选用密实, 沉重
的材料 （ 如粘土砖, 钢板, 钢筋混凝土 ） 作为隔声
材料 。 对隔固体声最有效的措施是采用不连续的结
构处理, 即在墙壁和承重梁之间, 房屋的框架和隔
墙及楼板之间加弹性衬垫, 如毛毡, 软木, 橡皮等
材料, 或在楼板上加弹性地毯 。 #
? 例 11-1什么是绝热材料？ 工程上对绝热材料有哪些要求？
? 解
? 绝热材料是指导热系数 （ λ ） 值应不大于 0.23W／ (m·K)
的隔热保温效果好的建筑材料 。
? 工程上首先要求绝热材料有较低的导热系数 。 其次, 要
求绝热材料应该是轻质的, 其表观密度不大于 600kg／
m3。 同时要满足运输, 施工中强度要求 （ 抗压强度大于
0.3MPa） 。 此外, 还要求材料吸湿性要小, 或者易于防
水, 否则会明显降低保温性 。
? 对材料的导热系数应在相对湿度为８０ ％ ～８５ ％ 条
件下材料达到平衡含水状态下进行测定 。 工程上还要求
材料施工容易, 造价低廉, 具有较好的技术经济效益 。
? 例 11-2材料绝热的基本原理是什么？
? 解
? 热在本质上是组成物质的分子, 原子和电子等在
物质内部的移动, 转动和振动所产生的能量 。 在任何
介质中, 当存在着温度差时, 就会产生热的传递现象,
热能将由温度较高的部分传递至温度较低的部分 。 不
同的建筑材料具有不同的保温隔热性能, 主要体现在
材料的导热系数上, 导热系数愈小, 保温性能愈好 。
? 传热的基本方式有热传导, 热对流和热辐射三种 。 一
般来说, 三种传热方式总是共存的, 但因绝热性能良
好的材料常是多孔的, 虽然在材料的孔隙内有着空气,
起着辐射和对流作用, 但与热传导相比, 热辐射和对
流所占的比例很小, 故在建筑热工计算时通常不予考
虑 。
? 例 11-3绝热材料为什么总是轻质的？ 使用时为什么一
定要注意防潮？
? 解
? 由于材料中固体物质的导热能力要比空气的导热能力
大得多, 因此, 一般的轻质材料, 其表观密度较小,
导热系数也较小 。 所以绝热材料总是轻质的 。
? 材料吸湿受潮后, 其导热系数就增大, 这是由于
当材料的孔隙中有了水分 （ 包括水蒸气 ） 后, 则孔隙
中蒸汽的扩散和水分子的热传导将起主要传热作用,
而水的 λ 为 0.58Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ）, 比空气的 λ= 0.029Ｗ
／ （ ｍ ·Ｋ ） 大 20倍左右 。 如果孔隙中的水结成了冰,
则冰的 λ= 2.33 Ｗ／ （ ｍ ·Ｋ ）, 其结果使材料的导热
系数更加增大 。 故绝热材料在应用时必须注意防水避
潮 。
?例 11-4 试述材料的吸声性能及其表示方法？ 什
么是吸声材料？
?解
?吸声性能是指材料能够吸收由空气传递的声波
能量的性质 。 以 吸声系数 （ α ） 表示 。 吸声系
数是这些被吸收的能量 （ Ｅ ） （ 包括部分穿透
材料的声能在内 ） 与传递给材料的全部声能
（ E0） 之比, 用公式表示为
?常用规定的六个频率,125,250,500,1000、
2000,4000 Hz的平均吸声系数 （ α ） 来表示 。
?平均吸声系数大于 0.2的材料, 列为吸声材料 。
? 吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关 。
因此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均
值表示, 并应指出是对哪一频率的吸收 。
?例 11-5 简述吸声材料的基本特征？
?解
?吸声材料的基本特征是,
? （ １ ） 多孔性 。 吸声材料孔隙率几乎达
70％ ～ 90％ ；
? （ ２ ） 开口孔隙率大, 透气性好；
? （ ３ ） 体积密度适宜, 过大会使透气性
降低而使吸声性能降低；
? 常采取硬质板上钻孔, 背后留空气夹层
或填以柔性吸声材料做成吸声结构的形式,
以提高吸声系数 。
? 例 11-6试述多孔材料, 穿孔材料及薄板共振结构的吸声
原理 。 随着材料的表观密度和厚度的增加, 材料吸声性
能有何变化？
? 解
? 多孔材料, 穿孔材料的吸声原理在于：声波深入材料的
孔隙, 且孔隙多为内部互相贯通的开口孔, 受到空气分
子摩擦和粘滞阻力, 以及使细小纤维作机械振动, 从而
使声能转变为热能 。 薄板共振结构系采用薄板钉牢在靠
墙的木龙骨上, 薄板与板后的空气层构成了薄板共振吸
声结构, 大大提高了吸音效果 。
? 对同一种多孔材料, 当其表观密度增大时 （ 即空隙率减
小时 ）, 对低频的吸声效果有所提高, 而对高频的吸声
效果则有所降低 。 增加多孔材料的厚度, 可提高对低频
的吸声效果, 而对高频则没有多大的影响 。
? 例 11-7 吸声材料和绝热材料在构造特征上有何异同？
泡沫玻璃是一种强度较高的多孔结构材料, 但不能用
作吸声材料, 为什么？
? 解
? 吸声材料和绝热材料在构造特征上都是多孔性材
料, 但二者的孔隙特征完全不同 。 绝热材料的孔隙特
征是具有封闭的, 互不连通的气孔, 而吸声材料的孔
隙特征则是具有开放的, 互相连通的气孔 。
? 泡沫玻璃虽然是一种强度较高的多孔结构材料, 但是
它在烧成后含有大量封闭的气泡, 且气孔互不连通,
因而不能用作吸声材料 。
? 泡沫玻璃材料中的孔隙大部分为单独的封闭的气泡,
则因声波不能进入, 从吸声机理上来讲, 不属于多孔
性吸声材料 。
例 11-8 试述隔绝空气传声和固体撞击传声的处理原则 。
? 解
? 对隔绝空气传声, 根据声学中的, 质量定律,, 墙或
板传声的大小, 主要取决于其单位面积质量, 质量越
大, 越不易振动, 则隔声效果越好, 故对此必须选用
密实, 沉重的材料作为隔声材料 。
? 对隔固体撞击传声, 最有效的措施是采用不连续的结
构处理, 即在墙壁和承重梁之间, 房屋的框架和隔墙
及楼板之间加弹性衬垫, 如毛毡, 软木, 橡皮等材料,
或在楼板上加弹性地毯 。
? 隔绝撞击声的方法与隔绝空气声的方法是有区别的,
因为在这种情况下, 建筑构件 （ 材料 ） 本身成为声源
而直接向四周传播声能 。 由于撞击的噪声干扰往往比
空气声更为强烈, 声波沿固体材料传播时声能衰减极
少, 目前尚无行之有效的解决方法 。