基本建筑材料在土木工程中的重要性及新型材料应用

任务情景

在古代，土、木材、天然石材是最原始的建筑材料，随后人们学会把土煅烧成砖，并利用黏土、石灰、石膏、火山灰等作为胶凝材料，将石材、木材和砖瓦结合成多种大型结构，如金字塔、万里长城等。到了18世纪中叶，钢材和水泥得到了广泛的应用，为随后的钢筋混凝土的出现提供了非常良好的条件，因此，建筑材料是发展土木工程的物质基础。

任务分析

土木工程中很多技术的突破，往往依赖于材料的性能的改进和提高。新型材料的发明和改进，往往也依赖于各种基本建筑材料的组合、改良和应用，因此，在各种高性能、高科技的新型材料产生的同时，基本材料在建筑材料市场仍然占有很大的比例。

知识精讲

一、天然石材

天然石材是经过加工或不加工的岩石，它是最古老的建筑材料之一。天然石材具有较高的抗压强度，良好的耐久性和耐磨性。天然石材在建筑中主要用作结构材料、装饰材料、混凝土骨料和人造建材的原料。但由于石材脆性大、抗拉强度低、自重大，石结构的抗震性能差，加之岩石的开采加工较困难、价格高等原因，石材作为结构材料，近代已逐步被混凝土材料所代替，但装饰用石材十分普遍。随着石材加工水平的不断提高，石材独特的装饰效果得到充分展示，作为高级饰面材料，颇受人们欢迎，许多商场、宾馆等公共建筑均使用石材做墙面、地面装饰材料。天然岩石经自然风化或人工破碎而得的卵石、碎石、砂等，大量用作混凝土的骨料，是混凝土的主要组成材料之一。作为原料使用的天然岩石，如石灰石是生产硅酸盐水泥、石灰的原料，石英岩是生产陶瓷、玻璃的原料等。

石材包括由天然石材中开采所得的毛石及经加工制成板状、块状或特定形状的料石或饰面石材。

毛石也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规划的石块。根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类。毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等，乱毛石也可用作毛石混凝土的骨料。

料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。根据表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。料石一般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩加工而成。

用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗岩两大类。所谓大理石是指变质或沉积的碳酸盐类岩石，所谓花岗石是指可开采为石材的各类岩浆岩。饰面石材的外形有加工成平面的板衬，或者加工成曲面的各种定型件。表面经不同的工艺可加工成凹凸不平的毛面，或者经过精磨抛光成光彩照人的镜面。

建筑工程常用天然石材有以下几种。

1.石灰岩

石灰岩主要成分为碳酸钙或白云石，耐用年限为20～40年。质地较硬，易于琢磨，多用于建筑物的基础、墙身、台阶等处，石灰岩还是制造水泥的主要材料。

2.砂岩

砂岩主要成分为二氧化硅和石英颗粒等，耐用年限为20～180年，其品质好坏随黏结物质的种类而异，多用于基础、墙身、台阶、纪念碑及其他装饰处。

3.大理石

大理石由石灰岩或白云岩变质而成，耐用年限为40～100年。颜色多样，纹理美丽、自然，易于雕琢磨光，建筑上主要用于建筑装饰工程。

4.花岗岩

花岗岩是岩浆岩中分布最广的一种岩石。其主要造岩矿物有石英、长石、云母和少量暗色矿物。花岗岩坚硬致密，抗压强度高，耐磨性好，耐久性高，使用年限可达数十年至数百年。

建筑工程选用天然石材时，应根据建筑物的类型、使用要求和外境条件，材料的参数指标进行综合考虑，所选石材应满足适用、经济和美观等几方面的要求。

（1）适用性

所谓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；对饰面用石材，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，而强度及其他物理力学性能则不做规定或仅供参考；对于要求耐磨、耐酸等专用石材，应分别就其耐磨、耐酸等性能提出具体的要求。

（2）经济性

由于天然石材自重大，开采运输不方便，不宜长途运输，故应贯彻就地取材原则，以缩短运距，降低劳动强度，降低成本。同时，天然岩石一般均质地坚硬，雕琢加工困难，加工时费工耗时，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。

（3）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。

二、砖、瓦

砖、瓦是建筑工程中用作墙体和屋面的主要建筑材料。用黏土烧结的砖和瓦，是传统建筑材料。它生产方便、价格便宜，最大缺点是要耗用大量耕地，且生产耗能高、自重大。继续大量使用黏土砖不适合我国国情。随着现代建筑的发展，大力开发和使用轻质、高强、耐久、多功能、节土、节能、大尺寸、可工业化生产的新型材料非常重要。

1.烧结砖

凡以黏土、页岩、煤矸石或粉煤灰为原料，经成形和高温焙烧而制得的用于砌筑承重和非承重墙体的传统称为烧结砖。

烧结砖按孔洞率分为：无孔洞或孔洞率小于15％的实心砖（普通砖）；孔洞率等于或大于15％、孔的尺寸小而数量多的多孔砖；孔洞率等于或大于15％，孔的尺寸大而数量少的空心砖等。砖按制造工艺分为：经焙烧而成的烧结砖；经蒸汽（常压或高压）养护而成的蒸养（压）砖；以自然养护而成的免烧砖等。

（1）烧结普通砖

烧结普通砖既有一定的强度，又有较好的隔热、隔声性能，冬季室内墙面不会出现结露现象，而且价格低廉。虽然不断出现各种新的墙体材料，但烧结砖在今后一段时间内，仍会作为一种主要材料用于砌筑工程中。

烧结普通砖可用于建筑维护结构，砌筑柱、拱、烟囱、窑身、沟道及基础等。可与轻骨料混凝土、加气混凝土、岩棉等隔热材料配套使用，砌成两面为砖、中间填以轻质材料的轻体墙。可在砌体中配置适当的钢筋或钢筋网成为配筋砌筑体，代替钢筋混凝土柱、过梁等。

烧结普通砖有自重大、体积小、生产能耗高、施工效率低等缺点，用烧结多孔砖和烧结空心砖代替烧结普通砖，可使建筑物自重减轻30％左右，节约黏土20％～30％，节省燃料10％～20％，墙体施工功效提高40％，并改善砖的隔热隔声性能。通常在相同的热工性能要求下，用空心砖砌筑的墙体厚度比用实心砖砌筑的墙体减薄半砖左右，所以推广使用多孔砖和空心砖是加快我国墙体材料改革，促进墙体材料工业技术进步的重要措施之一。

（2）烧结多孔砖

烧结多孔砖是以黏土、页岩或煤矸石为主要原料烧制而成的孔洞率超过25％，孔尺寸小而多，且为竖向孔的主要用于结构承重的多孔砖，如图4-5所示。多孔砖使用时孔洞方向平行于受力方向；空心砖的孔洞则垂直于受力方向。多孔砖常用作六层以下的承重砌体。

多孔砖的技术性能应满足国家规范《烧结多孔砖》GB13544—2000的要求。根据其尺寸规格分为190mm×190mm×90mm（M型）和240mm×115mm×90mm。圆孔直径必须≤22mm，非圆孔内切圆直径≤15mm，手抓孔一般为（30～40）×（75～85）mm。

多孔砖根据抗压强度平均值和抗压强度标准值或抗压强度最小值分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10、MU7.5共6个强度等级，根据强度等级、尺寸偏差、外观质量和耐久性指标划分为优等品（A）、一等品（B）和合格品（C）。

（3）烧结空心砖

烧结空心砖是以黏土、页岩、煤矸石等为主要原料，经焙烧而成。烧结空心砖为顶面有孔洞的直角六面体，孔大而少，孔洞为矩形条孔或其他孔形、平行于大面和条面，在与砂浆的接合面上应没有增加结合力的深度1mm以上的凹线槽，如图4-6所示。烧结空心砖自重较轻，强度较低，多用于非承重墙，如多层建筑的内隔墙或框架结构的填充墙等。

空心砖规格尺寸较多，有290mm×190mm×90mm和240mm×180mm×115mm两种类型，砖的壁厚应大于10mm，肋后应大于7mm。

空心砖的技术性能应满足国家规范《烧结空心砖与空心砌块》GB13545—2003的要求。根据大面和条面抗压强度分为5.0、3.0、2.0三个强度等级，同时按表观密度分为800、900、1100三个密度级别，并根据尺寸偏差、外观质量、强度等级和耐久性等分为优等品（A）、一等品（B）和合格品（C）三个等级。

图4-5 烧结多孔砖

图4-6 烧结空心砖

2.免烧砖

利用粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等（以上原料的一种或数种）作为主要原料，不经高温煅烧而制造的一种新型墙体材料称之为免烧砖。

免烧砖的特性是其他任何墙体砖没有的，用合理的科学配方，按一定的比例加入凝固剂及微量化学添加剂，使粒度、湿度、混合程度用合理的设备工艺强化处理，达到最佳可塑状态，后经高压压制成型，使砖体迅速硬化，时间越长，效果越好，砖的实用性好，砌墙时不用浸泡，外观整齐。由于该种材料强度高、耐久性好、尺寸标准、外形完整、色泽均一，具有古朴自然的外观，可做清水墙也可以做任何外装饰。因此，是一种取代黏土砖的极有发展前景的更新换代产品。

免烧砖具有以下特点：

（1）利废、节土、节能；

（2）原材料来源极其广泛；

（3）保护了生态环境；

（4）强度高、不怕水、抗风化、耐腐蚀、抗冻融。

免烧砖的技术参数如下：

（1）国家规格：240×115×53（mm）（其他异型规格可按用户要求尺寸定做）；

（2）重量：2.5～3kg/块，由于原料不同，重量稍有差别；

（3）抗压强度：7.25MPa～19.6MPa，耐腐蚀、耐高温，各种技术指标优于黏土烧结砖。

3.瓦和屋面板

（1）烧结瓦

用于烧结瓦的黏土应杂质含量少、塑性好。其烧结原理与烧结砖相同。黏土瓦有红瓦和青瓦两种。按用途分有平瓦和脊瓦两种。平瓦用于屋面，脊瓦用于屋脊。

平瓦的规格尺寸有Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个型号，分别为400mm×240mm，380mm×225mm和360mm×220mm。每15张平瓦铺1m2屋面。平瓦按尺寸偏差、外观质量和物理力学性能分为优等品、一等品和合格品三个等级。单片平瓦的最小抗折荷重不得小于680N覆盖每一平方米屋面的瓦吸水后重量不得超过55kg；抗冻性要求经15次冻融循环后，无分层、开裂和剥落等损伤，抗渗性要求不得出现水滴。脊瓦分为一等品和合格品两个产品等级。脊瓦的规格尺寸要求长度大于或等于300mm，宽度大于或等于180mm。单片脊瓦的最小抗折荷重不得低于680N，抗冻性等的要求同平瓦。

（2）混凝土瓦

混凝土瓦的耐久性好、成本低，但自重大于黏土瓦。在配料中加入耐碱颜料，可制成彩色瓦。混凝土平瓦的标准尺寸有400mm×240mm和385mm×235mm两种。同时对其抗折荷重、抗渗性、抗冻性等都有具体要求，如单片瓦的抗折荷重不得低于600N等。

（3）石棉水泥瓦

石棉水泥瓦是用水泥和温石棉为原料，经加水搅拌、压滤成形、养护而成。它可分为大波瓦、中波瓦、小波瓦和脊瓦四种。

石棉水泥瓦单张面积大、有效利用面积大、防火、防腐、耐热、耐寒、质轻，适用于简易工棚、仓库及临时设施的屋面。但石棉纤维对人体健康有害，许多发达国家已经禁用石棉水泥瓦，现在的替代产品有耐碱玻璃纤维水泥瓦、有机纤维水泥瓦等。

（4）钢丝网水泥大波瓦

钢丝网水泥大波瓦是用普通水泥和砂子加水搅拌后浇模，中间放置一层冷拔低碳钢丝网，成形后再经养护而成的大波波形瓦。这种瓦的尺寸为1700mm×830mm×14mm，每块重50kg左右。适用于工厂散热车间、仓库及临时建筑的屋面，有时也用作这些建筑的围护结构。

（5）聚氯乙烯波纹瓦

聚氯乙烯波纹瓦又称塑料瓦楞板，它是以聚氯乙烯树脂为主体，加入其他配合剂，经塑化、压延、压波而制成的波纹瓦，其规格尺寸为2100mm×（1100～1300）mm×（1.5～2）mm。这种瓦质轻、防水、耐腐、透光、有光泽，常用作车棚、凉棚、果棚等简易建筑的屋面，另外也可用作遮阳板。

（6）玻璃钢波形瓦

玻璃钢波形瓦是用不饱和聚酯树脂和玻璃纤维为原料，经手工糊制而成的波形瓦，其尺寸为：（1300～3000）mm×（700～800）mm×（0.5～1.5）mm。这种波形瓦质轻、强度大、耐冲击、耐高温、透光、有色泽，适用于建筑遮阳板、车站月台、凉棚等的屋面。

（7）沥青瓦

沥青瓦是以玻璃纤维薄毡为胎料，以改性沥青为涂敷材料而制成的一种片状屋面材料。其特点是质量轻，可减少屋面自重，施工方便，具有互相黏结的功能，有很好的抗风能力。制作沥青瓦时，表面可撒以各种不同色彩的矿物粒料，形成彩色沥青瓦，可起对建筑物增添装饰美化的作用。沥青瓦适用于一般民用建筑的屋面，彩色沥青瓦宜用于乡村别墅、园林宅院、斜坡屋面工程。(www.xing528.com)

（8）铝合金波纹板

用于屋面的铝合金波纹板自重轻、强度高、耐腐蚀性好、美观大方、阳光反射力强、安装方便。可用于坡度为1/8～1/6的屋面，铺设时采用从下到上逆风铺设。

此外，可用于屋面的板材还有多种，如彩色压形钢板、钢丝网水泥夹芯板、预应力空心板、金属面板与隔热芯材组成的复合板等。

三、石灰、石膏

1.石灰

将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在适当温度下燃烧，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化钙（CaO）为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。

生石灰呈白色或灰色块状，为便于使用，块状生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。生石灰粉是由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分是CaO；消石灰粉是块状生石灰用适量水熟化而得到的粉末，又称熟石灰，其主要成分是Ca（OH）2；石灰膏是块状生石灰用较多的水（为生石灰体积的3～4倍）熟化而得到的膏状物，也称石灰浆，其主要成分也是Ca（OH）2。建筑工程中所用的石灰常分三个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。

生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消化，用式（4-17）表示。建筑工程中常用经熟化后的熟石灰，如石灰膏等。为了消除过火石灰的危害，石灰在热化后，还应“陈伏”2周左右。石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化两个同时进行的过程，后者过程缓慢。干燥硬化是石灰浆体在干燥过程中，毛细孔隙失水，从而产生毛细管压力，使得Ca（OH）2颗粒间的接触紧密，产生一定的强度。碳化硬化是Ca（OH）2与空气中的CO2化合生成Ca CO3晶体，生成的Ca CO3具有相当高的强度，用式（4-18）表示。

CaO＋H2O＝Ca（OH）2＋64.9×103k J　（4-17）

Ca（OH）2＋CO2＝Ca CO3＋H2O　（4-18）

石灰的主要性质有：保水性、可塑性好，凝结硬化慢、强度低，耐水性差、吸湿性强，硬化时体积收缩大。因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用，也不宜单独使用。一般在石灰中掺入砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。将石灰掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。

石灰在土木工程中应用范围很广，主要用途如下：

（1）制作石灰乳涂料，用于粉刷墙面和顶棚。

（2）利用熟化石灰制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于抹灰和砌筑。

（3）熟化后的石灰与黏土拌和成灰土。若再加砂或石屑、炉渣等形成二合土，铺筑工程的基础和道路的垫层或基层。

（4）生产硅酸盐制品。以石灰（消石灰粉或生石灰粉）与硅质材料（砂、粉煤灰、火山灰、矿渣等）为主要原料，经过配料、拌和、成形和养护后可制得砖、砌块等各种制品。因内部的胶凝物质主要是水化硅酸钙，所以称为硅酸盐制品，常用的有灰砂砖、粉煤灰砖等。

（5）制作碳化石灰板。磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料加水搅拌成形为坯体，然后再通入CO2进行人工碳化（12～24h）而成的一种轻质板材，作为非承重的内隔墙板以及天花板等。

[例4-2] 某住宅使用石灰厂处理的下脚石灰做粉刷，数月后粉刷层多处向外拱起，还看见一些裂缝，请分析原因。

解：石灰厂处理的下脚料还有过火的氧化钙或过高的氧化镁，其水化的速度慢于正常的石灰，这些过烧的氧化钙和氧化镁在已经水化硬化的石灰浆中缓慢水化，体积膨胀，就会导致砂浆拱起开裂。

[例4-3] 某工地急需配制石灰砂浆，当时有消石灰、生石灰粉和生石灰材料可供选用，因石灰价格相对比较便宜，方便选用。并马上加水配置石灰膏，然后配制石灰砂浆，使用数日后，石灰砂浆出现众多的突出膨胀性裂缝，请分析原因。

解：该石灰的沉浮时间不够，数日后过火石灰在已硬化的石灰砂浆中溶化，体积膨胀以致产生膨胀性裂缝。如因工期紧，若无现成合格的石灰膏，可选用消石灰粉。消石灰粉在磨细过程中把过火石灰磨成细粉，易于克服过火石灰在熟化时造成的体积安定性不良的危害。

2.石膏

石膏胶凝材料是一种以硫酸钙（CaSO4）为主要成分的气硬性胶凝材料。由于石膏胶凝材料及其制品具有许多优良的性质，原料来源丰富，生产能耗较低，因而在建筑工程中得到广泛应用。目前常用的石膏胶凝材料有：建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温燃烧石膏等。

建筑石膏的密度为2.60～2.75g/cm3，堆积密度为800～1000kg/m3。建筑石膏初凝和终凝时间都很短，为便于使用，需降低其凝结速度，可加入缓凝剂。建筑石膏水化反应的理论需水量只占半水石膏质量的18.6％，在使用中为使浆体具有足够的流动性，通常加水量可达60％～80％，因而，硬化后，由于多余水分的蒸发，在内部形成大量孔隙，孔隙率可达50％～60％，导致与水泥相比强度较低，表观密度小。

由于石膏制品的孔隙率大，因而导热系数小，吸声性强，吸湿性大，可调节室内的温度和湿度。同时石膏制品质地洁白细腻，凝固时不像石灰和水泥那样出现体积收缩，反而略有膨胀（膨胀量约1％），可浇注出纹理细致的浮雕花饰，所以是一种较好的室内饰面材料。但石膏制品的耐水性和抗冻性较差，不宜用于潮湿部位。为提高其耐水性，可加入适量的水泥、矿渣等水硬性材料，也可加入氨基树脂、密胺树脂、聚乙烯等水溶性树脂，或沥青、石蜡等有机乳液，以改善石膏制品的孔隙状态和孔壁的憎水性。另外，建筑石膏制品在遇火灾时，生石膏中的结晶水蒸发，吸收热量，并在表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层，并且无有害气体产生，所以具有较好的抗火性能。但建筑石膏制品不宜长期用于靠近65℃以上高温的部位，以免生石膏在此温度作用下脱水分解而失去强度。建筑石膏在运输及贮存时应注意防潮，一般贮存3个月后，强度将降低30％左右。所以贮存期超过3个月应重新进行质量检验，以确定其等级。

根据建筑石膏的上述性能特点，它在建筑上的主要用途有：制成石膏抹灰材料、各种墙体材料（如纸面石膏板、石膏空心条板、石膏砌块等），各种装饰石膏板、石膏浮雕花饰、雕塑制品等。

[例4-4] 石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条在半小时完工，几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落。请分析原因并说出解决方案。

解：建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时后凝结，后来黏结的石膏饰条的石膏浆已凝结，黏结性能差，可掺入缓凝剂，延长凝结时间或分多次配制石膏浆，即配即用。或在光滑的天花板上直接黏结石膏条，黏结难以牢固，宜对表面进行打刮以利粘贴，或在石膏中掺入部分黏结性强的黏结剂。

四、水泥

水泥是一种加水搅拌后成浆体，能在空气中或水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的粉状水硬性无机胶凝材料。水泥是重要的建筑材料，用水泥制成的砂浆或混凝土，坚固耐久，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。

从1824年英国人J阿斯普丁发明了波特兰水泥（即硅酸盐水泥）到现在发展到了300多种。

1.水泥的分类

水泥按用途及性能分为：通用水泥、专用水泥和特性水泥。

一般土木建筑工程通常采用通用水泥。通用水泥主要包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥六大类。我国水泥的强度等级实行以MPa表示的强度等级，硅酸盐水泥分为三个等级六个类型，即42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R，其他五大水泥也分三个等级六个类型，即32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。

2.常用水泥的主要特性与用途

常用水泥的主要特性与用途如表4-4所示。

表4-4 五种水泥的特性、标号及一般适用范围

续表

3.水泥的凝结硬化过程

水泥为干粉状物，加适量的水并拌和后使形成可塑性的水泥浆体，水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的初凝；随着塑性的消失，水泥浆开始产生强度，此时称为水泥的终凝；水泥浆由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。水泥浆终凝后，其强度会随着时间的延长不断增长，并形成坚硬的水泥石，这一过程称为水泥的硬化。

从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。但是在施工中为了保证施工质量，要求在水泥浆体失去其可塑性以前必须结束施工，因此人们根据需要以及水泥浆体的这个特性，人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低的强度的过程；硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过程。此外，人为地将凝结过程进一步划分为初凝和终凝，用加水后开始计算的时间来表示。例如，国家标准规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。使用时必须在初凝前完成浇筑振捣等工序。终凝后，才能脱去模板开始下一个周期生产。

[例4-5] 某水泥厂生产的普通水泥游离的氧化锆含量较高，加水拌和后初凝时间仅为40分钟，本属于废品，但放置一个月后凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。

解：该水泥厂的普通硅酸盐水泥的游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低，加水拌和后，水与氧化钙迅速反应生成Ca（OH）2，并放出水化热使浆体温度升高，加速了其他熟料矿物的水化速度，从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚结晶网结构，所以短时间凝结。水泥放置了一段时间后吸收了空气中的水汽，大部分CaO生成Ca（OH）2，或进一步与空气中的CO2反应生成Ca CO3，故此时加水拌和后不会再出现原来的水体浆体温度升高，水化速度较快，凝结时间过短的现象，但其他水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团结块现象，使强度下降。

4.水泥的储存、运输和保管

（1）分类储存。不同品种、不同标号的水泥应分别存放，不可混杂。

（2）防潮防水。水泥受潮后即产生水化作用，凝结成块，影响水泥的正常使用。所以运输和储存时应保持干燥。对袋装水泥，地面垫板要高出地面30cm，四周离墙30cm，堆放高度一般不超过10袋。存放散装水泥时，地面要抹水泥砂浆。

（3）储存期不宜过长。储存期过长，由于空气中的水汽、二氧化碳作用而降低水泥强度。一般来说，储存三个月后的强度降低10％～20％。所以，水泥存放期一般不应超过三个月。快硬水泥、高铝水泥的规定储存期限更短（分别为一、二个月）。过期水泥，使用时必须经过试验，并按试验重新确定的标号使用。

[例4-6] 某车间采用受潮水泥，且采用人工搅拌配制混凝土，无严格配合比，采用预制的空心板及12m跨度的大梁，现场用堆放潮湿地方3个月的水泥，拆膜后2天房屋全部倒塌，测了一下混凝土的平均强度，仅为5MPa，有的地方还测不到反馈值，此外还有振捣不实，配筋不足的问题。

解：施工现场入库水泥应按品种、标号、出厂日期分别堆放并建立标志，先到先用，防止混乱，防止水泥受潮。水泥不慎受潮可分情况处理使用：①有粉块，可用手捏成粉末，尚无硬块可压碎粉块，通过实验按实际强度使用；②部分水泥结成硬块，可筛去硬块，压碎粉块，通过实验按实际强度使用，可用于不重要的受力小的部位，也可用于砌筑砂浆；③大部分水泥结成硬块，粉碎磨细，不能作为水泥使用，但仍可作为水泥混合材料或混凝土掺合料。

五、建筑钢材

钢是含碳量为0.06％～2.0％并含有某些其他元素的铁碳合金。钢材强度高、品质均匀，具有一定的弹性和塑性变形能力，能够承受冲击、振动等荷载作用；钢材的加工性能良好，可以进行各种机械加工，可以通过切割、铆接或焊接等方式的连接，进行现场装配。随着冶金工业生产技术的发展，建筑钢材将向具有高强、耐腐蚀、耐疲劳、易焊接等综合性能的方向发展。目前，钢材已广泛应用于铁路、桥梁、建筑工程等各种结构工程中。在建筑工程中，钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢材（线材），主要使用低碳钢（含碳量＜0.25％）和低合金钢（合金元素总含量＜5.0％）。

1.钢结构用钢材

钢结构用钢材主要有型钢（型材）、钢板（板材）和钢管（管材）。钢结构用钢材之间的连接方法有焊接、铆接和螺栓连接。型钢有热轧型钢（厚度为0.35～200mm）和冷弯薄壁型钢（厚度为0.2～5mm）两种。

热轧型钢常用的有角钢（有等边的和不等边的）、工字钢、槽钢等。冲弯薄壁型钢常用的有角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢，主要用于轻型钢结构。

钢板有热轧钢板和冷轧钢板两种。热轧钢板按厚度分为厚板（厚度为＞4mm）和薄板（厚度为0.35～4mm）两种，冷轧钢板只有薄板（厚度为0.2～4mm）一种。

钢管一般分为热轧无缝钢管和焊接钢管两大类。在建筑工程中，钢管多用于制作桁架、网架、钢管混凝土等。

2.钢筋混凝土结构用钢材

钢筋混凝土结构用钢材（线材）主要有热轧钢筋、热处理钢筋、高强度钢丝和钢绞线。其中，热处理钢筋、高强度钢丝和钢绞线主要用于预应力混凝土结构中。

普通钢筋混凝土结构常用热轧钢筋。热轧钢筋是加热钢坯轧成的条形成品，按化学成分和强度分为HPB235级、HRB335级、HRB400级、RRB400级。HPB235级钢筋为光圆钢筋，属于低碳钢，表面为光面；其余级别钢筋为带肋钢筋，属于低合金钢，表面一般为月牙肋或等高肋。为便于运输，直径为6～9mm的钢筋常卷成圆盘，直径大于12mm的钢筋则轧成6～12mm的直条。

预应力混凝土用热处理钢筋是用Φ8和Φ10（mm）的热轧带肋钢筋经淬火和回火等调质处理而成，代号为RB150。预应力混凝土用热处理钢筋的优点是：强度高，可代替高强钢丝使用；配筋根数少，节约钢材：锚固性好，不易打滑，预应力值稳定；施工简便，开盘后钢筋自然伸直，不需调直及焊接。主要用于预应力钢筋混凝土轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。

大型许应力混凝土构件，出于受力很大，常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋。预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成，钢绞线是由7根直径为2.5～5.0mm的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内应力而制成。

六、木材

木材是人类使用最早的建筑材料之一。木材具有许多优良性质：轻质高强，易加工，导电导热性低，有很好的弹性和塑性，能承受冲击和振动等作用，在干燥环境有很好的耐久性。因而木材历来与水泥、钢材并列为建筑工程中的三大材料。目前，木材用于结构已经很少，但由于木材具有美丽的天然花纹，给人以淳朴、古雅、亲切的质感，因此木材作为装饰与装修材料，仍有其独特的功能和价值，因而较广泛应用。木材也有使其应用受到限制的缺点，如构造不均匀性，各向异性，易吸湿吸水从而导致形状、尺寸、强度等物理、力学性能退化；长期处于于湿交替环境中，其耐久性变差；易燃、易腐、天然疵病较多等。

建筑工程中所用木材主要来自天然树木的树干部分。然而，树木的生长缓慢，而木材的使用范围广、需求量大，因此对木材的节约使用与综合利用显得尤为重要。

木材的密度各树种相差不大，一般为1.48～1.56g/cm3。木材的表观密度则随木材孔隙率含水量以及其他一些因素的变化而不同。一般有气干表观密度、绝干表观密度和饱水表观密度之分。木材的表观密度愈大，其湿胀干缩率也愈大。当木材细胞腔和细胞间隙中的自由水完全脱去为零，而细胞壁吸附水尚未饱和，此时木材的含水率称为“木材的纤维饱和点”。纤维饱和点随树种而异，一般在25％～30％之间，平均为30％。

木材含水量的多少与木材的表观密度、强度、耐久性、加工性、导热性、导电性等有着一定关系。尤其是纤维饱和点是木材物理力学性质发生变化的转折点。新伐木材含水率常在35％以上，长期处于水中的木材含水率更高，风干木树含水率为5％～25％。室内干燥的木材含水率常为8％～15％

木材具有自重轻、强度高、弹性韧性好、绝热性好、装饰（纹理）性好的优点，也有材料不均匀、有天然疵病、强度易变化、吸水性高、胀缩显著、容易变形、易腐朽、易虫蛀、易燃烧的缺点。同时，木材在建筑材料领域里是一种供不应求的材料，因此，对木材的节约利用、合理利用和综合利用非常重要。木材在建筑工程中主要用作梁、柱、门窗、地板、桥梁、脚手架、混凝土模板、室内装修等材料。

课堂提问

1.生石灰和熟石灰的主要成分分别是什么？怎样形成的？

2.什么是石灰的熟化？什么是石灰的硬化和碳化？

3.简述水泥的凝结硬化过程。

4.通用水泥有哪些类型？分别具有什么性质？适用于什么情况？

5.普通钢筋混凝土和预应力混凝土所用的钢筋分别是什么品种？具有什么特性？

6.水泥的凝结和硬化是分别进行、先后进行还是其他形式？工程中是如何操作的？