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文本内容:
绪论
一、土木工程材料及其分类广义上的土木工程材料是人类建造建筑物时所用一切材料和制品的总称,种类极为繁多
1.按主要组成成分分类金属材料非金属材料土木工程材料有机材料复合材料图
0.1土木工程材料的分类
2.按使用功能分类根据土木工程材料在建筑物中的部位或使用性能,大体可分为建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料三大类
3.按材料来源分类根据材料来源,可分为天然材料与人造材料而人造材料又可按冶金、窑业(水泥、玻璃、陶瓷等)、石油化工等材料制造部门来分类一般把各种分类方法经适当组合后对材料种类进行划分如装饰砂浆、沥青防水材料等
二、土木工程材料在土建工程中的地位土木工程材料在土木建筑工程中有着举足轻重的地位首先,土木工程材料是一切土木工程的物质基础第二,土木工程材料与建筑、结构和施工之间存在着相互依存、相互促进的密切关系第三,建筑物和构筑物的功能和使用寿命在很大程度上由土木工程材料的性能决定第四,土建工程的质量,主要取决于材料的质量控制最后,建筑物和构筑物的可靠度评价,相当程度地依存于材料的可靠度评价
三、土木工程材料的发展趋势遵循可持续发展战略,土木工程材料的发展趋势表现为
(1)高性能化
(2)高耐久性
(3)多功能化
(4)绿色环保
(5)智能化另外,主产品和配套产品应同步发展,并解决好利益平衡关系同时,为满足现代土木工程结构性能和施工技术的要求,材料的应用应向着工业化方向发展
四、土木工程材料的检验方法及标准化
1.土木工程材料的质量检验方法通常可采用实验室内原材料性能检验、实验室内模拟结构鉴定及现场鉴定等方法本课程主要着重介绍实验室内材料性能的检验,包括下列内容⑴物理性能检验⑵力学性能检验⑶材料与水有关的性能检验
2.土木工程材料的标准化土木工程材料涉及的标准主要包括两类一是产品标准其内容主要包括产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、应用技术规程等;二是工程建设标准其内容有土木工程材料选用有关的标准,有各种结构设计规范、施工及验收规范等目前,我国常用的标准按适用领域和有效范围,分为四级⑴国家标准分强制性标准(代号为GB)和推荐性标准(代号GB/T)⑵行业标准某些行业标准代号见表
0.1表
0.1几个行业的标准代号行业名称建工行业黑色冶金行业石化行业交通行业建材行业铁路行业标准代号JGYBSHJTJCTB⑶地方标准(代号DB)⑷企业标准(代号QB)有关工程建设方面的技术标准的代号,应在部门代号后加J地方标准或企业标准所制定的技术要求应高于类似(或相关)产品的国家标准标准一般由标准名称、部门代号以汉语拼音字母表示、标准编号和颁发年份等来表示例如,1992年制定的建材行业推荐性479号建筑石灰的标准为《建筑石灰》(JC/T479-92)
五、课程学习的目的和要求⒈课程学习的目的与主要内容土木工程材料课程是针对土木工程、工程管理、水利水电等专业开设的专业技术基础课通过学习,使学生掌握材料的基本理论和基础知识,为后续专业课程的学习及以后从事土木工程正确选用材料打下良好的基础本教材重点介绍了当前土木工程常用的材料,如水泥、石灰、混凝土、钢材、沥青材料等,并简要介绍了建筑功能材料对于各类材料,除重点介绍了技术性质外,对材料的生产、组成、结构与构造、技术标准也做了简要介绍,另外还简要介绍了检测这些技术性能指标的试验方法⒉课程的理论课学习任务学习时,可把相关内容分成三个层次第一层次是土木工程材料基础理论知识所谓基础理论知识是指每类材料的生产工艺,材料的组成、结构、构造,该部分要重点领会其对材料性能的影响;第二层次是土木工程材料的基本性质这一层次要求学生重点掌握,在了解基本概念的基础上,要能运用已有的理论知识对基本性质的改善进行分析并能够结合工程实际,正确选用材料对于现场制作的材料,要能根据材料性能要求设计计算材料配比;第三层次为土木工程材料质量检验的内容,需要结合试验理解基本技术性质要求的意义⒊课程的实验课学习任务实验是课程的重要教学环节通过实验可验证所学的基础理论,增加感性认识,加深对理论知识的理解,熟悉试验鉴定、检验和评定材料质量的方法,掌握一定的试验技能,这对培养学生分析与判断问题的能力、试验工作能力以及严谨的科学态度十分有益,也为今后从事既有材料的改性、新材料的研制以及材料方面的科学研究奠定基础第1章土木工程材料的基本性质
1.1材料的组成、结构与构造及其对材料性质的影响
1.
1.1材料的组成材料的组成包括材料的化学组成、矿物组成和相组成它不仅影响材料的化学稳定性,而且也是决定材料物理及力学性质的重要因素
(1)化学组成
(2)矿物组成
(3)相组成
1.
1.2材料的结构材料的结构对材料的性质有重要影响材料的结构一般分为宏观、细观和微观三个层次
(1)宏观结构土木工程材料的宏观结构是指肉眼可以看到或借助放大镜可观察到的毫米级粗大组织其尺寸在10-3m级以上
①散粒结构
②聚集结构
③多孔结构
④致密结构
⑤纤维结构
⑥层状结构
(2)细观结构细观结构(原称亚微观结构)是指用光学显微镜可以观察到的微米级的组织结构其尺寸范围在10-3~10-6m包括
①晶相种类、形状、颗料大小及其分布情况;
②玻璃相的含量及分布;
③气孔数量、形状及分布
(3)微观结构微观结构是指借助电子显微镜或X射线,可以观察到的材料的原子、分子级的结构,微观结构的尺寸范围在10-6~10-10m材料微观结构可分为晶体、玻璃体、胶体三种形式
①晶体晶体是内部质点原子、离子、分子在空间上按特定的规则呈周期性排列时所形成的结构
②玻璃体将熔融物质迅速冷却(急冷),使其内部质点来不及按规则排列就凝固,这时形成的物质结构即为玻璃体,又称为无定形体或非晶体
③胶体物质以极其微小的颗粒粒径为10-7~10-9m分散在连续相介质中形成的结构称为胶体
1.
1.3材料的构造材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况构造概念与结构概念相比,更强调了相同材料或不同材料的搭配组合关系
1.
1.4材料中的孔隙与材料性质的关系
(1)孔隙的分类按孔隙的大小,可将孔隙分为微小孔隙、细小孔隙(毛细孔)、粗大孔隙等对于无机非金属材料,孔径小于20nm的微小孔隙,水或有害气体难以侵入,可视为无害孔按孔隙形状可将孔隙分为球形孔隙、片状孔隙(即裂纹)、管状孔隙、墨水瓶状孔隙、带尖角的孔隙等片状孔隙、管状孔隙、带尖角的孔隙对材料性质的影响较大按常压下水能否进入到孔隙中,将常压水可以进入的孔隙称为开口孔隙,而将常压水不能进入的孔隙称为闭口孔隙另外,开口孔中有些孔不仅与外界相通,而且彼此贯通,称为连通孔
(2)孔隙对材料性质的影响一般情况下,材料孔隙率越大,则材料的表观密度、堆积密度、强度均越小,耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐水性及其他耐久性越差,而保温性、吸声性、吸水性与吸湿性等越强
(3)材料内部孔隙的来源与产生
1.
2.1材料与质量有关的性质
(1)材料的密度、表观密度与堆积密度
①密度—TrueDensity材料在绝对密实状态下、单位体积干材料的质量称为材料的密度按照(
1.1)式进行计算(
1.1)式中—材料的密度,g·cm-3;—材料在绝对干燥状态下的质量,g;—材料在绝对密实状态下的体积,cm-3
②表观密度---ApparentDensity材料在自然状态下,单位体积材料的质量称为材料的表观密度(原称容重,道路工程中称为体积密度)按照(
1.2)式进行计算(
1.2)式中—材料的表观密度,g·cm-3或kg·m-3;—材料在自然状态下的重量,g或㎏;—材料在自然状态下的体积,cm3或m3
③堆积密度---BulkDensity散粒材料粉状或粒状材料在堆积状态下,单位体积材料的质量称为材料的堆积密度按照(
1.3)式进行计算(
1.3)式中—散粒材料的堆积密度,kg·m-3;—散粒材料在堆积状态下的质量,㎏;—散粒材料在堆积状态下的体积,m3常用土木工程材料的密度、表观密度和堆积密度如表
1.1所示.
(2)材料的孔隙率与密实度
①孔隙率材料内部孔隙体积占材料自然状态下体积的百分率称为材料的孔隙率按照(
1.4)式进行计算(
1.4)材料孔隙率的大小直接反映材料的密实程度,孔隙率小,则密实程度高
②密实度材料的固体物质体积占自然状态下体积的百分率称为材料的密实度密实度反映了材料体积内被固体物质所填充的程度按照(
1.5)式进行计算(
1.5)密实度与孔隙率之间的关系为
(3)材料的空隙率与填充率
①空隙率散粒材料颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率称为材料的空隙率按照(
1.6)式进行计算(
1.6)空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒相互填充的程度
②填充率材料在自然状态下的体积占堆积体积的百分率称为材料的填充率填充率反映了材料被颗粒填充的程度按照(
1.7)式进行计算(
1.7)密实度与空隙率之间的关系为
1.
2.2材料与水有关的性质
(1)材料的亲水性与憎水性材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性;而材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性材料被水湿润的程度可以用润湿角θ来表示,如图
1.3所示润湿角越小,说明材料越容易被水湿润实验证明,润湿角θ≤90º的材料为亲水性材料,反之,θ90º的材料不能被水湿润,为憎水性材料当θ=0º时,表明材料完全被水润湿
(2)材料的吸湿性和吸水性
①吸湿性材料在潮湿空气中吸附水分的性质称为吸湿性材料的吸湿性大小,用含水率来表示含水率是指材料内部所含水的质量占干材料质量的百分率可按照(
1.8)式进行计算(
1.8)式中—材料的含水率,%;—材料在吸湿状态下的重量,g;—材料在干燥状态下的重量,g在一定的温度和湿度条件下,材料中所含水分与周围空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率
②吸水性材料在水中通过毛细孔隙吸收水分的性质称为吸水性土木工程材料吸水性的大小一般用质量吸水率表示质量吸水率是指材料吸水饱和时,其内部吸收水分的质量占干材料质量的百分率可按照(
1.9)式进行计算(
1.9)式中—材料的质量吸水率,%;—材料在吸水饱和状态下的质量,g;—材料在干燥状态下的质量,g
(3)材料的耐水性材料长期在饱和水作用下,不破坏同时强度也不显著降低的性质称为耐水性材料的耐水性好坏用软化系数表示,材料在饱和水状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度的比值,就是软化系数按照(
1.10)式计算(
1.10)式中—材料的软化系数;—材料在吸水饱和状态下的抗压强度,MPa;—材料在干燥状态下的抗压强度,MPa材料的软化系数在0~1之间经常位于水中或受潮严重的重要结构物的材料,软化系数不宜小于
0.85;受潮较轻或次要结构物的材料,软化系数不宜小于
0.70软化系数大于
0.85的材料,通常认为是耐水的材料,称为耐水性材料
(4)材料的抗冻性材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环而不破坏,同时强度也不严重降低的性质,称为抗冻性影响材料抗冻性的因素
①材料的孔隙率和孔隙特征
②材料的吸水饱和程度
③材料抵抗冻胀应力的能力,即材料的强度就外界条件来说,材料受冻破坏的程度与冻融温度、结冰速度及冻融频繁程度等因素有关,温度越低、降温越快、冻融越频繁,则受冻破坏越严重
(5)材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性,另外,材料抵抗其他液体渗透的性质,也属于抗渗性
1.
2.3材料的热工性质
(1)材料的导热性材料传导热量的性质称为导热性材料导热能力的大小,用导热系数来表示影响材料导热系数的因素主要有以下几个方面1)材料的物质组成与结构2)材料的孔隙率及孔隙特征3)含水率湿度4)导热时的温度
(2)材料的热容量热容量是指材料受热时吸收热量,冷却时放出热量的性质可用(
1.11)式表示(
1.11)式中—材料吸收或放出的热量,KJ;—材料的比热,J·(g·K)-1;—材料的质量,g;—材料受热或冷却前后的温度差,K几种典型材料的热工性能指标如表
1.2所示
(3)耐燃性建筑物失火时,材料能经受高温与火的作用不破坏,强度不严重降低的性能称为耐燃性根据耐燃性可将材料分为三大类1)不燃烧类如普通石材、混凝土、砖、石棉等2)难燃烧类如沥青混凝土、经防火处理的木材等3)燃烧类如木材、沥青等
(4)耐火性材料在长期高温作用下,保持不熔性并能工作的性能称为耐火性按耐火性高低可将材料分为3类1)耐火材料如耐火砖中的硅砖、镁砖、铝砖、铬砖等2)难熔材料如难熔黏土砖、耐火混凝土等3)易熔材料如普通黏土砖等
(5)材料的热变形性材料在温度变化时的尺寸变化称为热变形性热变形性的大小用线膨胀系数表示
1.3材料的力学性质材料的力学性质是指材料在外力作用下的表现,通常以材料在外力作用下的变形性或强度来表示
1.
3.1材料的强度与比强度材料在外力即荷载作用下抵抗破坏的能力,称为强度
(1)材料的强度类型1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度材料的抗压、抗拉及抗剪强度按(
1.12)式计算(
1.12)式中—材料的强度,MPa;F—试件破坏时的最大荷载,N;—试件受力截面面积,mm2抗压强度是评定脆性材料强度的基本指标,而抗拉强度是评定塑性材料强度的主要指标2)材料的抗弯强度材料的抗弯强度与试件的几何形状及荷载施加的情况有关,对于矩形截面和条形试件,当采用二分点试验(图
1.4)在两支点的中间作用一个集中荷载时,其抗弯极限强度按(
1.13)式计算(
1.13)当采用三分点试验(图
1.4)在跨度的三分点上加两个集中荷载时,其抗弯极限强度按(
1.14)式计算(
1.14)式中—材料的抗弯极限强度,MPa;—试件破坏时的最大荷载,N;—试件两支点间的距离,mm;、—试件截面的宽度和高度,mm
(2)影响材料强度的因素
①材料的组成、结构和构造图
1.5材料强度与孔隙率的关系
②试验条件试验方面的因素有试件大小、试件形状、加荷速度以及试件的平整度等
③材料的含水情况
④温度
(3)材料的强度等级常用土木工程材料的强度如表
1.3所示
(4)材料的比强度比强度等于材料的强度与表观密度之比,即单位质量的材料强度比强度是用来评价材料是否轻质高强的一个指标几种主要材料的比强度如表
1.4所示
1.
3.2材料的弹性与塑性材料在外力作用下产生变形,当外力取消后,变形随即消失并能完全恢复原来形状的性质,称为材料的弹性应力与应变的比值称为材料的弹性模量按照(
1.15)式计算(
1.15)式中—材料的应力,MPa;—材料的应变;—材料的弹性模量,MPa材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,不能恢复变形,仍然保持变形后的形状和尺寸,并且不产生裂缝的性质,称为材料的塑性
1.
3.3材料的脆性与韧性材料受外力作用,当外力达到一定限度后,材料突然破坏,但破坏时没有明显塑性变形的性质,称为材料的脆性具有这种性质的材料称为脆性材料材料在冲击或振动荷载作用下,能吸收较大能量,产生较大变形而不致破坏的性质,称为材料的韧性或冲击韧性
1.
3.4材料的硬度与耐磨性
(1)硬度硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力
(2)耐磨性耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力材料的耐磨性以磨损前后材料单位面积的质量损失,即磨损率表示材料的磨损率越低,表明该材料的耐磨性越好
1.4材料的耐久性材料在长期使用过程中,能抵抗各种作用而不破坏,并且能保持原有性能的能力,称为材料的耐久性影响耐久性的因素很多,包括物理作用、化学作用及生物作用等
(1)物理作用物理作用指材料受干湿、冷热、冻融变化等,使材料体积发生收缩与膨胀,或产生内应力而开裂破坏
(2)化学作用化学作用指材料在大气和环境水中的酸碱盐等溶液的侵蚀下,使材料逐渐发生质变而破坏
(3)生物作用生物作用指材料在昆虫或菌类等的侵害下,导致材料发生虫蛀、腐朽而破坏第2章气硬性胶凝材料胶凝材料指能在物理、化学作用下,从具有流动性的浆体转变成坚固的石状体,并能将砂、石子等散粒材料或砖、板等块片状材料粘结为一个整体的材料胶凝材料按化学成分分为两大类有机胶凝材料和无机(矿物)胶凝材料无机胶凝材料则按照硬化条件分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料只能在空气中硬化,也只能在空气中保持或继续发展其强度;水硬性胶凝材料则不仅能在空气中,而且可以更好地在水中硬化,保持并发展其强度
2.1石灰
2.
1.1石灰的生产生产石灰的原料主要是石灰石,石灰石的主要成分是碳酸钙(CaCO3),其次是碳酸镁(MgCO3)和少量粘土杂质将石灰石置于窑内高温下煅烧,碳酸钙和碳酸镁受热分解,分解出二氧化碳(CO2)气体后,得到以氧化钙(CaO)为主要成分的呈白色或灰白色的块状成品即为生石灰,又称块灰欠火石灰的产浆量低,质量较差,降低了石灰的利用率过火石灰颗粒往往会在正火石灰硬化后才吸湿消解而发生体积膨胀,这使已硬化的灰浆表面会产生膨胀而引起崩裂或隆起,直接影响工程质量
2.
1.2石灰的熟化(消解)与陈伏“熟化”(又称石灰的“消解”)通常是将生石灰加水,反应生成消石灰(氢氧化钙)的过程,反应式如下为了消除熟石灰中过火石灰颗粒的危害,石灰浆应在储灰坑中静置2周以上再使用,此过程称为“陈伏”
2.
1.3石灰的硬化石灰浆体的硬化包括两个同时进行的过程干燥结晶和碳化作用
(1)干燥结晶
(2)碳化作用碳化作用是指氢氧化钙与空气中的二氧化碳在有水的条件下生成碳酸钙晶体的过程,反应式如下
2.
1.4石灰的技术指标石灰的各项指标要求如表
2.1——
2.3所示
2.
1.5石灰的性质
(1)良好的保水性、可塑性
(2)凝结硬化慢、强度低
(3)耐水性差
(4)体积收缩大
2.
1.6石灰的应用
(1)石灰乳涂料和石灰砂浆
(2)灰土和三合土
(3)硅酸盐制品
(4)碳化石灰板
(5)无熟料水泥
2.
1.7石灰的运输和储存生石灰块及生石灰粉在运输时要采取防水措施,不能与易燃、易爆及液体物品同时装运运到现场的石灰产品,不宜长期储存熟化好的石灰膏,也不宜长期暴露在空气中,表面应加以覆盖,以防碳化结硬
2.2石膏石膏是以硫酸钙为主要成分的传统气硬性胶凝材料
2.
2.1石膏的原料、生产及品种生产石膏的原料是天然二水石膏,又称软石膏或生石膏石膏的生产工序主要是原料破碎、加热与磨细过筛石膏常见品种主要有
(1)建筑石膏将天然二水石膏置于炉窑煅烧(107~170℃),得到β型结晶的半水石膏,再经磨细得到的白色粉状物,称为建筑石膏纯净的建筑石膏为白色,多用于建筑抹灰、粉刷、砌筑砂浆及各种石膏制品
(2)模型石膏模型石膏组成为β型半水石膏,但生产所用原料杂质少,磨细后颜色白主要用于陶瓷的制坯工艺,少量用于装饰浮雕
(3)高强石膏将天然二水石膏置于相当于
0.13MPa(125℃)压力的蒸压釜内蒸炼,生成比β型半水石膏晶粒粗大的α型半水石膏,磨细即为高强石膏高强石膏晶粒粗大,比表面积小,调制浆体需水量少,生产成本较高,主要用于要求较高的抹灰工程、装饰制品和石膏板
(4)硬石膏硬石膏是天然石膏在较高温度下煅烧后经磨细而得到的产品硬化后有较高的强度和耐磨性,抗水性也较好硬石膏可调制抹灰、砌筑及制造人造大理石的砂浆,也可用于铺设地面
2.
2.2建筑石膏的凝结硬化建筑石膏与适当的水拌和,开始形成可塑性浆体,但很快就失去塑性并产生强度,发展为坚硬的石状体,这种现象称为凝结硬化建筑石膏加水后,首先半水石膏溶解于水,与水进行水化反应,生成二水石膏如图
2.2所示
2.
2.4建筑石膏及其制品性质建筑石膏与其他胶凝材料相比具有以下性质
(1)凝结硬化快
(2)凝结硬化时体积微膨胀
(3)孔隙率大、密度小
(4)保温性和吸声性好
(5)强度较低
(6)具有一定的调湿性
(7)防火性好
(8)耐水性、抗渗性、抗冻性差
2.
2.5建筑石膏的应用建筑石膏常用于室内抹灰,粉刷,油漆打底层,也可制作各种建筑装饰制件和石膏板等石膏板具有轻质、保温、隔热、吸音、不燃,以及热容量大,吸湿性大,可调节室内温度和湿度,施工方便等性能,是一种有发展前途的新型板材石膏板常见的品种有
(1)纸面石膏板
(2)纤维石膏板
(3)装饰石膏板
(4)空心石膏板此外,还有石膏蜂窝板、石膏矿棉复合板、防潮石膏板等,分别用作绝热板、吸声板、内墙隔墙板及天花板等
2.3水玻璃水玻璃俗称泡花碱,是一种能溶于水的硅酸盐它是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅组成的气硬性胶凝材料,成无色或浅黄或灰白色,透明或半透明的粘稠液体其化学式为·,式中为碱金属氧化物,为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值,称为水玻璃模数
2.
3.1水玻璃的生产生产水玻璃的方法有湿法和干法两种,常采用的是干法生产,干法又称碳酸盐法,即将石英和碳酸钠磨细拌匀,在熔炉内于1300~1400℃下熔融反应而生成固体水玻璃,然后在水中加热溶解而成液体水玻璃·
2.
3.2水玻璃的凝结硬化水玻璃在空气中能与二氧化碳反应,生成无定形硅酸胶体,并逐渐干燥而硬化··
2.
3.3水玻璃的性质
(1)粘结力强、强度较高
(2)耐酸性好
(3)耐热性好
(4)耐碱性和耐水性差
2.
3.4水玻璃的应用
(1)涂刷材料表面,提高其抗风化能力
(2)加固土壤
(3)配制速凝防水剂
(4)配制水玻璃胶泥、水玻璃砂浆、水玻璃混凝土
(5)配制保温绝热制品第3章水泥
3.1硅酸盐水泥国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)规定凡是以适当成分的生料,烧至部分熔融,所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料,并掺入0~5%的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
3.
1.1硅酸盐水泥的生产
(1)生料的配制硅酸盐水泥的原料主要由三部分组成石灰质原料;粘土质原料;校正原料将石灰质、粘土质和校正原料按适当的比例配合,并将这些原料磨制到规定的细度,并使其均匀混合,这个过程叫做生料配制生料的配制有干法和湿法两种
(2)水泥熟料的煅烧将配制好的生料在窑内进行煅烧水泥窑型主要有立窑和回转窑一般立窑适合小型水泥厂,回转窑适合于大型水泥厂煅烧的主要过程包括1)干燥2)预热3)分解4)烧成5)冷却
(3)水泥熟料的粉磨将生产出来的水泥熟料配以适量的石膏,或根据水泥品种的要求掺入一定量的混合材料,进入磨机磨至适当的细度,即制成硅酸盐水泥图
3.1硅酸盐水泥生产工艺流程示意图
3.
1.2硅酸盐水泥熟料的矿物组成及特性
(1)水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥的熟料主要由4种矿物组成,其名称、成分、化学式缩写、含量如下矿物名称化学成分缩写符号含量硅酸三钙3CaO·SiO2C3S36%~60%硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15%~36%铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A7%~15%铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10%~18%
(2)水泥熟料矿物的特性硅酸盐水泥中含有的4种熟料矿物与水作用时所表现的特性是不同的,表
3.1列出了4种熟料矿物与水作用的特性
(3)硅酸盐水泥的水化水泥加水拌和后,水泥颗粒立即与水发生化学反应,即发生水化反应,生成一系列的化合物并放出一定的热量常温下水泥熟料单矿物的水化反应式如下···························
(4)硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥加水拌合后,成为可塑性的浆体,随着时间的推移,其塑性逐渐降低,最后失去塑性,这个过程称为水泥的凝结随着水化的不断进行,水泥凝胶不断生成,形成密实的空间网状结构,水泥浆转变为石状体,产生了强度,即达到了硬化(a)(b)(c)(d)图
3.2硅酸盐水泥凝结硬化示意图(a)水泥颗粒分散在水中(b)在水泥颗粒表面形成水化产物膜层(c)膜层长大并相互连接(凝结)(d)水化物进一步发展,填充毛细孔(硬化)1—水泥颗粒;2—水;3—水泥凝胶体;4—晶体;5—未水化的水泥颗粒内核;6—孔隙
(5)影响水泥凝结硬化的主要因素
①熟料矿物组成的影响
②水泥细度的影响
③龄期(养护时间)的影响图
3.3水泥水化龄期对强度的影响
④养护温度和湿度
⑤水灰比(W/C)
3.
1.3硅酸盐水泥的腐蚀与防止引起水泥石腐蚀的原因及作用多而复杂,几种典型水泥石腐蚀的类型如下
(1)软水腐蚀(溶出性腐蚀)
(2)离子交换腐蚀(溶解性腐蚀)
①碳酸的腐蚀
②一般酸的腐蚀
③镁盐的腐蚀易溶絮凝状、无胶结力
(3)膨胀性腐蚀
①硫酸盐的腐蚀絮凝状、无胶结力·······(水化硫铝酸钙)(结晶膨胀)
②硫酸的腐蚀·生成的硫酸盐会与水化铝酸三钙继续反应,生成的水化硫铝酸钙,导致水泥石的破坏
(4)强碱的腐蚀··(易溶于水)·水泥石腐蚀的主要原因是侵蚀性介质以液相的形式与水泥石接触并具有一定的浓度;水泥石中存在着易被腐蚀的成分;水泥石结构不致密,存在较多毛细孔隙,侵蚀性介质可通过毛细孔进入水泥石内部
(5)水泥石腐蚀的防止根据水泥石腐蚀的原因,可以采用以下措施防止水泥石腐蚀
①根据环境侵蚀特点,合理选用水泥品种,减少水泥中易被腐蚀物质(即CaOH
2、3CaO·Al2O3·6H2O)的含量
②降低水泥石的孔隙率,提高水泥石的密实度
③在水泥石的表面涂抹或铺设保护层,隔断水泥石和外界的腐蚀性介质的接触
3.
1.4硅酸盐水泥的技术指标
(1)密度和堆积密度一般硅酸盐水泥的密度为
3.0~
3.2g·cm-3在进行混凝土或砂浆配合比设计时,通常密度取为
3.10g·cm-3,堆积密度取为1300kg·m-3
(2)细度国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)规定硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示,其比表面积不小于300m2·kg-1,否则为不合格品
(3)标准稠度需水量测定凝结时间和体积安定性时必须采用规定稀稠程度的水泥净浆,这个规定的稠度,称为标准稠度当达到规定稀稠程度时,拌制水泥浆的加水量,就是标准稠度用水量硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在23%~30%之间
(4)凝结时间水泥的凝结时间有初凝与终凝之分自加水时起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间,称为初凝时间自加水起至水泥浆完全失去可塑性,随后开始产生强度的时间,称为终凝时间国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)规定硅酸盐水泥的初凝时间不得小于45min,终凝时间不得大于390min初凝时间不合格的水泥为废品水泥,终凝时间不合格的水泥为不合格品
(5)体积安定性水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性为水泥的体积安定性引起水泥安定性不良的原因有
①水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁国家标准规定由游离氧化钙引起的水泥安定性不良,可用沸煮法检验沸煮法又分试饼法和雷氏法,当两者发生争议时以雷氏法为准游离氧化镁引起的水泥体积安定性不良,用压蒸法才能检验出来由于游离氧化镁造成的安定性不良不便于快速检验,因此,国家标准规定,水泥中的游离氧化镁的含量不得超过
5.0%,当压蒸试验合格时可放宽到
6.0%
②石膏掺量过多国家标准规定,在生产水泥时,控制水泥中SO3的含量不得超过
3.5%体积安定性不合格的水泥为废品,不得用于任何工程
(6)强度等级硅酸盐水泥强度主要取决于熟料的矿物组成和细度
(7)水化热水泥在与水进行水化反应时放出的热量称为水化热(J·g-1)
(8)碱含量国家标准规定水泥中的碱含量按Na2O+
0.658K2O计算值表示,若使用活性骨料,用户要求提供低碱水泥时,水泥中的碱含量不得大于
0.60%或由买卖双方协商确定
3.
1.5硅酸盐水泥的特性、应用及储存
(1)硅酸盐水泥的特性、应用
①凝结硬化快,早期强度和后期强度高
②水化热大、抗冻性好
③干缩小、耐磨性较好
④抗碳化性较好
⑤耐腐蚀性差
⑥耐高温性差
(2)水泥的储存和运输水泥在储存和运输中不得受潮和混入杂物水泥存放期不宜过长水泥在运输和储存中,不同品种、不同强度等级的水泥不能混装水泥堆放高度不得超过10包,遵循先来的水泥先用的原则
3.2掺混合材料的硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料,一定量的混合材料及石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料,称为掺混合材料的硅酸盐水泥
3.
2.1混合材料在水泥生产过程中,为改善水泥性能,调节水泥强度等级而加入水泥中的人工或天然的矿物材料,称为水泥混合材料
(1)活性混合材料在常温下,与水不反应或反应很慢,当加入碱性激发剂(CaOH2)或硫酸盐激发剂(CaSO4·2H2O时,不仅能在空气中硬化,而且能在水中继续硬化,并生成水硬性胶凝材料的产物,称为活性混合材料常用的活性混合材料有如下几种
①粒化高炉矿渣
②火山灰混合材料火山灰质混合材料泛指火山灰一类物质,按其活性成分与矿物结构可分为三类a.含水硅酸质的混合材料硅藻土、硅藻石、蛋白石及硅质渣等b.铝硅玻璃质的混合材料火山灰、凝灰岩、浮石及某些工业废渣c.烧粘土质的混合材料主要有烧粘土、煤渣、煤矸石灰渣等
③粉煤灰混合材料
(2)非活性混合材料加入水泥中,不与或几乎不与水泥水化产物发生作用,仅仅是降低强度等级,提高产量,降低成本,调节水泥性能,减小水化热的这一类矿物材料,称为非活性混合材料,常见的非活性混合材料如磨细的石灰石粉、石英砂、窑灰、慢冷矿渣等
3.
2.2普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、适量的混材料及石膏共同磨细,制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥,代号P·O
(1)普通硅酸盐水泥的技术指标普通硅酸盐水泥的技术指标要求与硅酸盐水泥有几点不同
①凝结时间普通硅酸盐水泥的初凝时间不小于45min,终凝时间不大于600min
②强度等级
③烧失量普通硅酸盐水泥的烧失量不大于
5.0%普通硅酸盐水泥的其他技术要求同硅酸盐水泥完全相同
(2)普通硅酸盐水泥的性质普通硅酸盐水泥由于掺加的混合材料较少,因此它的性质同硅酸盐水泥的性质基本上相同
3.
2.3矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥
(1)定义及组成根据国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175—2007)规定由硅酸盐水泥熟料、掺量大于20%且不大于70%的粒化高炉矿渣及适量的石膏磨细所得的水硬性胶凝材料,称为矿渣硅酸盐水泥,简称矿渣水泥,代号P·S凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细所得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水泥中火山灰质混合材料掺量为大于20%且不大于40%凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细所得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水泥中粉煤灰掺量为大于20%且不大于40%
(2)技术指标
①细度、凝结时间、体积安定性
②MgO、SO3含量
③强度等级
(3)特性及应用
①三种水泥的共性a.凝结硬化速度慢,早期强度低,后期强度发展较快b.对温度及湿热敏感性强c.耐腐蚀性好d.水化热小e.抗碳化能力差f.抗冻性差、耐磨性差
②三种水泥的特性a.矿渣水泥特性矿渣硅酸盐水泥的耐热性较好,抗渗性差,且干燥收缩也较普通水泥大b.火山灰水泥特性具有良好的保水性,较高的抗渗性和耐水性,不宜用于长期处于干燥环境中的混凝土工程c.粉煤灰水泥特性粉煤灰水泥的干缩小、抗裂性好不宜用于干燥环境此外,抗渗性较差,不宜用于抗渗要求高的混凝土工程
3.
2.4复合硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料,适量的石膏共同磨细所得的水硬性胶凝材料称为复合硅酸盐水泥,简称复合水泥,代号P·C
(1)技术指标
①MgO、SO3含量
②细度
③凝结时间
④强度等级复合水泥的强度等级按3d和28d的抗压强度和抗折强度来划分,各龄期水泥的强度不得低于表
3.5的值
(2)技术性质常用水泥的组成、特性及应用如表
3.6所示
3.3特性水泥和专用水泥
3.
3.1铝酸盐水泥铝酸盐水泥是由铝矾土和石灰石为原料,经高温煅烧所得的以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料,经磨细得到的水硬性胶凝材料,代号为CA
(1)铝酸盐水泥的主要技术指标
①细度、密度
②凝结时间铝酸盐水泥(胶砂)的凝结时间应符合表
3.7要求当R2O指标达不到要求时为废品,其余达不到要求时为不合格品
③化学成分应符合表
3.8要求
④强度铝酸盐各龄期的强度值不得小于表
3.9中数值
(2)铝酸盐水泥的应用铝酸盐水泥可以用于配制膨胀水泥、自应力水泥、化学建材的外加剂等,还可以配制不定形耐火材料,以及可适应抢修、抢建、抗硫酸盐侵蚀和冬季施工等特殊需要的工程
(3)铝酸盐水泥矿物组成及水化铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸一钙(CaO·Al2O3)、二铝酸一钙(CaO·2Al2O3)、硅铝酸二钙(2CaO·Al2O3·SiO2)、七铝酸十二钙(12CaO·7Al2O3),除了上述的铝酸盐外,CA—50铝酸盐水泥还含有少量的硅酸二钙等成分铝酸一钙是CA—50铝酸盐水泥的主要矿物,其水化反应如下···水化铝酸一钙,CAH10····水化铝酸二钙铝胶····国家标准规定铝酸盐水泥混凝土的最低稳定值以在(50±2)℃水中养护的混凝土试件的7d和14d强度中的最低值来确定
(4)铝酸盐水泥的性质与应用
①凝结硬化快
②水化热大,并且集中在早期
③抗硫酸盐性能强
④耐热性好
⑤耐碱性差此外用于钢筋混凝土时,钢筋保护层的厚度不低于60mm,未经试验,不得加入任何外加物使用铝酸盐水泥时要注意施工适宜温度15℃,一般不超过25℃一般不用于长期承载的工程
3.
3.2快硬水泥
(1)快硬硅酸盐水泥以适当的生料烧至部分熔融,所得的以硅酸钙为主要成分的熟料,加入适量的石膏,磨细制成的具有早期强度增长率快的水硬性胶凝材料,称为快硬硅酸盐水泥,简称快硬水泥
①快硬硅酸盐水泥的技术指标a.细度b.凝结时间c.标号快硬水泥按1d和3d的强度划分为
325、
375、425三个标号各龄期强度值不得低于表
3.10的值28d的强度值仅供参考
②快硬硅酸盐水泥的应用快硬硅酸盐水泥早期强度增长较快,强度高,水化热高并且集中一般快硬水泥主要用于配制早强混凝土,用于紧急抢修和低温施工工程由于水化热大,不宜用于大体积混凝土工程
(2)快硬硫铝酸盐水泥以适当的生料烧至部分熔融,得到以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料,加入适量的石膏磨细的具有早期强度高的水硬性胶凝材料,称为快硬硫铝酸盐水泥
①快硬硫铝酸盐水泥的技术要求a.细度b.凝结时间c.安定性d.标号按1d、3d、28d的抗压强度和抗折强度划分为4个标号各标号、各龄期的强度值如表
3.11所示2)特性及应用快硬硫铝酸盐水泥的早期强度高,硬化后水泥石的结构致密,孔隙率小,抗渗性高,水化产物中的CaOH2含量少,抗硫酸盐腐蚀能力强因此快硬硫铝酸盐水泥主要用于配制早强、抗渗、抗硫酸盐侵蚀的混凝土工程可用于冬季施工、浆锚、喷锚支护、节点、抢修、堵漏等工程此外,由于硫铝酸盐水泥的碱度低,可用于生产各种玻璃纤维制品
3.
3.3白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥是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,氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料,再与适量石膏及石灰石或窑灰混合材料,共同磨细制成水硬性胶凝材料简称白水泥,代号P·W白色水泥的技术指标
①三氧化硫
②氧化镁
③细度
④凝结时间
⑤安定性
⑥白度
⑦强度等级白色硅酸盐水泥根据3d、28d的抗压强度和抗折强度划分为
32.
5、
42.
5、
52.5三个强度等级,各龄期、各强度等级的强度值不得低于表
3.12的数值白色硅酸盐水泥主要用于各种装饰性混凝土及装饰性砂浆,如水刷石、水磨石及人造大理石等
3.
3.4道路硅酸盐水泥由道路硅酸盐水泥熟料、适量石膏、混合材料,共同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,代号P·R
(1)道路硅酸盐水泥的技术指标
①氧化镁
②三氧化硫
③烧失量
④比表面积
⑤凝结时间
⑥安定性
⑦干缩率
⑧耐磨性
⑨强度道路硅酸盐水泥的强度等级按规定龄期的抗压和抗折强度划分,各龄期的抗压强度和抗折强度应不低于表
3.13中的值
(2)技术性质及应用道路水泥抗折强度高,耐磨性好、干缩小、抗冻性、抗冲击性、抗硫酸盐性能好,可减少混凝土路面的断板、温度裂缝和磨耗,减少路面维修费用,延长使用年限适用于道路路面、机场跑道、城市人流较多的广场等工程的面层混凝土
3.
3.5水工硅酸盐水泥
(1)中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和低热矿渣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,简称中热水泥,代号P·MH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低水化热的水硬性胶凝材料,称为低热硅酸盐水泥,简称低热水泥,,代号P·LH由适当成分的硅酸盐水泥熟料,加入粒化高炉矿渣、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,代号P·SLH
①技术指标a.氧化镁b.碱含量c.三氧化硫d.烧失量e.比表面积f.凝结时间g.安定性h.强度等级水泥的强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分,各龄期的抗压强度和抗折强度不低于表
3.14中的值,各龄期的水化热上限值如表
3.15所示
②应用由于掺入混合材料多,故中热水泥和低热水泥成本低、水化热低,性能稳定,主要适用于要求水化热较低的大坝和大体积混凝土工程
(2)抗硫酸盐硅酸盐水泥由特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏,磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料,称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥简称中抗硫酸盐水泥,代号为P·MSR由特定矿物组成的硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏,磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料,称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥简称高抗硫酸盐水泥,代号为P·HSR
①技术指标a.硅酸三钙和铝酸三钙b.烧失量c.氧化镁d.三氧化硫e.不溶物f.比表面积g.凝结时间h.安定性i.强度等级水泥的强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分,各龄期的抗压强度和抗折强度不低于表
3.17中的值j.抗硫酸盐性2)应用在抗硫酸盐水泥中,由于限制了水泥熟料中C3A、C4AF和C3S的含量,使水泥的水化热较低,水化铝酸钙的含量较少,抗硫酸盐侵蚀的能力较强,适用于一般受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、引水、隧道、道路和桥梁基础等大体积混凝土工程第4章混凝土
4.1混凝土的概述
4.
1.1混凝土的定义以胶凝材料、颗粒状集料(必要时加入的化学外加剂、掺合料、纤维等材料)为原材料,按比例配料、拌合、成型,经硬化而形成的具有堆聚结构的人造石材,统称为混凝土,
4.
1.2混凝土的发展历史
4.
1.3混凝土的分类从结构及表观密度方面进行分类
(1)按混凝土结构分1)普通结构混凝土2)细粒混凝土3)大孔混凝土4)多孔混凝土
(2)按照表观密度分1)重混凝土2)普通混凝土3)轻混凝土4)特轻混凝土
4.
1.4混凝土材料的特点
(1)优点1)成本低2)可塑性好3)配制灵活,适应性好4)抗压强度高5)复合性能好6)耐久性好7)耐火性好8)生产能耗低
(2)混凝土的缺点1)自重大、比强度小混凝土比强度比木材、钢材小2)抗拉强度低、变形能力小呈脆性、易开裂,抗拉强度约为抗压强度的1/10~1/
204.2混凝土的组成材料普通混凝土的组成材料主要有水泥、水、粗骨料(碎石、卵石)、细骨料(砂)有时,为了改善某方面的性能,需加入外加剂或掺合料普通混凝土硬化后的宏观组织构造如图
4.1所示
4.
2.1水泥
(1)水泥品种的选择水泥品种的选择,需在分析工程特点、环境特点、施工条件的基础上,结合水泥的性能特点来选择,
(2)水泥强度等级的选择水泥强度等级要与混凝土强度等级相适应
(3)水泥的技术性质对于所选水泥品种,应检验技术性质,需满足相关要求
4.
2.2细骨料公称粒径在
0.15~
4.75mm之间的骨料称为细骨料,也叫砂砂按来源分为天然砂、人工砂两类砂的技术要求主要有
(1)砂的颗粒级配和粗细程度砂的颗粒级配是指砂子大小不同的颗粒搭配的比例情况砂的粗细程度是指砂子总体的粗细程度砂子的颗粒级配和粗细程度,可通过筛分析的方法来确定砂的粗细程度可通过计算细度模数确定细度模数根据(
4.1)式计算(精确至
0.01) (
4.1)式中—细度模数、、、、、—分别为
4.75mm、
2.36mm、
1.18mm、
600、
300、150筛的累计筛余百分率砂按细度模数分为粗、中、细三种规格,其细度模数分别为粗砂
3.7~
3.1中砂
3.0~
2.3细砂
2.2~
1.6
(2)含泥量(石粉含量和泥块含量)天然砂的含泥量和泥块含量应符合表
4.3规定
(3)有害物质砂中云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐、氯盐等的含量应符合表
4.3的规定
(4)坚固性坚固性是砂在自然风化和其他外界物理化学因素作用下,抵抗破裂的能力根据GB/T1464-2001规定,天然砂采用硫酸钠溶液进行试验,砂样经5次循环后其质量损失应符合表
4.4规定
(5)表观密度、堆积密度、空隙率砂的表观密度大于2500kg·m-3,松散堆积密度大于1350kg·m-3,空隙率小于47%
(6)碱集料反应指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应
(7)砂的含水状态砂有四种含水状态(如图
4.4所示)1)绝干状态2)气干状态3)饱和面干状态4)湿润状态
4.
2.3粗骨料粒径大于
4.75mm的岩石颗粒,分为卵石和碎石两大类粗骨料的主要技术指标有
(1)粗骨料最大粒径2粗骨料的颗粒级配普通混凝土用的碎石或卵石级配应符合表
4.5的要求,试样筛分所需筛号,也按表
4.5规定的级配选用,累计筛余计算均与砂相同
(3)含泥量和泥块含量含量应符合表
4.6的规定
(4)有害物质其有害物质主要有有机物,硫化物及硫酸盐,对混凝土的危害与砂相似,其含量应符合表
4.6的规定
(5)针、片状颗粒含量卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级平均粒径
2.4倍者为针状颗粒;厚度小于平均粒径
0.4倍者为片状颗粒(平均粒径指该粒级上、下限粒径的平均值)其含量应符合表
4.6的规定
(6)坚固性指卵石、碎石在自然风化和其他外界物理、化学因素作用下抵抗破裂的能力,采用硫酸钠溶液法进行试验,卵石和碎石经5次循环后,其质量损失应符合表
4.7的规定
(7)强度卵石、碎石的强度,一般用压碎指标来反映,对于碎石也可以测定岩石的抗压强度来反映压碎指标愈高,表示石子抵抗碎裂的能力愈软弱,压碎指标值应小于表
4.8的规定
(8)表观密度、堆积密度、空隙率表观密度大于2500kg·m-3,松散堆积密度大于1350kg·m-3,空隙率小于47%
(9)碱集料反应经碱集料反应试验后,由卵石、碎石制备的试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象在规定的试验龄期的膨胀率小于
0.1%
4.
2.4水用来拌制和养护混凝土的水,不应含有能够影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质、油脂和糖类等等凡可供饮用的自来或清洁的天然水,一般都可用来拌制和养护混凝土
4.
2.5混凝土化学外加剂
(1)化学外加剂概述 1)混凝土外加剂发展情况2)混凝土外加剂分类混凝土外加剂按其主要功能分为四类改善混凝土拌合物流变性能的外加剂;调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂;改善混凝土耐久性的外加剂;改善混凝土其他性能的外加剂混凝土外加剂按化学成分分为有机外加剂,无机外加剂和有机无机复合外加剂混凝土外加剂按使用效果分为减水剂、调凝剂(缓凝剂、早强剂、速凝剂)、引气剂、加气剂、防水剂、阻锈剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、泵松剂以及复合外加剂(如早强减水剂、缓凝减水剂、缓凝高效减水剂等)(2常用混凝土外加剂定义普通减水剂在混凝土坍落度基本相同的条件下,能减少拌合用水量的外加剂高效减水剂在混凝土坍落度基本相同的条件下,能大幅度减少拌合用水量的外加剂缓凝剂可延长混凝土凝结时间的外加剂早强剂可加速混凝土早期强度发展的外加剂引气剂在搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布稳定而封闭的微小气泡的外加剂早强减水剂兼有早强和减水功能的外加剂缓凝减水剂兼有缓凝和减水功能的外加剂缓凝高效减水剂兼有缓凝和大幅度减少拌合用水量的外加剂引气减水剂兼有引气和减水功能的外加剂
(4)化学外加剂的品种及主要功能1)减水剂
①减水剂品种及作用机理目前常用的普通减水剂主要有木质素磺酸盐系减水剂、羟基羧酸系减水剂、糖密类减水剂和腐殖酸类减水剂等高效减水剂主要有萘系(β—萘羧酸盐甲醛缩合物)减水剂、甲基萘系减水剂、蒽系减水剂、古马隆系减水剂、三聚氰胺系减水剂、多羧酸系减水剂、氨基硅酸盐系减水剂等减水剂的主要成分是表面活性剂,其对水泥的作用主要是表面活性作用,本身不与水泥发生化学反应减水剂在水泥混凝土中的作用包括吸附分散作用、湿润作用、润滑作用等A.吸附分散作用如图
4.6所示B.润湿作用C.润滑作用
②减水剂主要成分、推荐掺量见表
4.9
③减水剂的主要功能和适用范围见表
4.102)引气剂
①品种及作用机理 引气剂属于表面活性剂的范畴,根据其水溶液电离性质可分为阴离子、非离子、阳离子和两性离子四类,按组成又可分为以下几种类型松香及其热聚物类;非离子型表面活性剂(主要成分是烷基酚环氧乙烷缩合物);烷基苯磺酸盐类引气剂;皂角类引气剂等引气剂有界面活化作用及引气作用引气剂的界面活化作用指引气剂在水中被界面吸附,形成憎水化吸附层,降低界面能,使界面性质显著改变尤其是能够吸附在混凝土拌和物在搅拌的过程中产生的无数微细气泡的表面,形成稳定的吸附膜,使气泡成为溶胶性气泡,彼此独立、均匀的分布于混凝土拌和物中而不易破灭
②常用引气剂类别及其性能指标见表
4.11
③引气混凝土含气量推荐值见表
4.12
④引气剂对混凝土性能影响引气剂能显著改善混凝土拌和物黏聚性、保水性,引气剂也能提高寒冷、严寒地区混凝土耐久性对干缩影响不大,抗中性化程度降低3)早强剂早强剂是加速混凝土早期强度发展的外加剂可用于蒸养混凝土及常温、低温和变温(最低气温不低于-5℃)条件下施工的有早强或防冻要求的混凝土工程早强剂的主要种类有无机物类(氯盐类、硫酸盐类、碳酸盐类等);有机物类(有机胺类、羧酸盐类);矿物类(天然矿物如明矾石,合成矿物如氟铝酸钙,无水硫铝酸钙等),但越来越多的是使用由它们组成的复合早强剂
①氯盐类早强剂常用氯盐类早强剂主要有氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝及三氯化铁等
②硫酸盐类早强剂硫酸盐类早强剂主要有硫酸钠(即元明粉,俗称芒硝),硫代硫酸钠(即海波)、硫酸钙(即石膏)、硫酸铝及硫酸钾铝(即明矾)等
③有机胺类早强剂常用有机胺类早强剂主要有三乙醇胺(简称TEA)、三异丙醇胺(简称TP)、二乙醇胺等以上三类常用早强剂在实际混凝土工程中应用时,其掺量应符合表
4.13规定
④复合早强剂4)缓凝剂按照化学成分,缓凝剂可分为有机缓凝剂和无机缓凝剂两类有机缓凝剂具有表面活性作用,能在水泥颗粒的固液界面吸附,改变了水泥颗粒表面的亲水性,形成一层可抑制水泥水化的缓凝剂膜层,从而导致混凝土凝结时间的延长;无机缓凝剂主要是在水泥颗粒表面形成一层不溶性的薄层,阻止了水泥颗粒与水的接触,因而延缓了水泥的水化起到缓凝作用常用的缓凝剂掺量为糖蜜类掺量
0.1%~
0.3%;木质素磺酸盐
0.2%~
0.3%;羟基羧酸及其盐类
0.01%~
0.1%;无机缓凝剂
0.1%~
0.2%
4.
2.6混凝土矿物外加剂
(1)作用机理由于掺用矿物外加剂,使水泥基材在水化前就有了密实的堆积水化时及水化后,矿物外加剂中的活性组分,与水泥水化生成的CaOH2反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等,从而改变了水泥石及水泥石与集料界面的结构,孔隙率降低,界面层厚度变薄,CaOH2取向指数降低
(2)矿物外加剂的品种当前广泛使用的矿物外加剂有磨细矿渣(S)、磨细粉煤灰(F)、磨细天然沸石(Z)、硅灰(SF)等1)矿渣微粉粒化高炉矿渣磨细后的细粉称为矿渣微分粒化高炉矿渣是熔化的矿渣在高温状态迅速水淬而成我国国家标准GB/18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》中对矿渣微粉等矿物外加剂规定了一系列技术要求如表
4.14所示矿渣微粉混凝土的性能特征简介如下
①凝结时间矿渣微粉对混凝土的初、终凝时间比普通混凝土有所延缓,但幅度不大
②流动性能改善流动性
③泌水性矿渣微粉混凝土具有良好的黏聚性,因而显著改善了混凝土的泌水性
④强度在相同的混凝土强度等级与自然养护的条件下,矿渣微粉混凝土的早期强度比普通混凝土略低,但28d即以后的强度增长显著多于普通混凝土
⑤耐久性矿渣微粉混凝土的抗渗性明显优于普通混凝土,提高了混凝土抗氯离子渗透能力和抗硫酸盐侵蚀性对预防和抑制碱—骨料反应也是十分有利的2)粉煤灰又称飞灰,是一种颗粒非常细,以致能在空气中流动并被除尘设备收集的粉状物质我们通常所指的粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出,被收尘器收集的物质我国的国家标准GB1596—91根据粉煤灰的细度和烧失量对用于混凝土和砂浆掺合料的粉煤灰分为三个等级Ⅰ级粉煤灰
0.045mm方孔筛筛余小于12%,烧失量小于5%Ⅱ级粉煤灰
0.045mm方孔筛筛余小于20%,烧失量小于8%Ⅲ级粉煤灰
0.045mm方孔筛筛余小于45%,烧失量小于15%我国还按CaO含量以10%为分界分为高钙灰和低钙灰粉煤灰混凝土具有如下特点
①新拌混凝土Ⅰ级粉煤灰可减少混凝土需水量,改善混凝土的泵送性能,提高混凝土流动性和塑性
②粉煤灰混凝土的养护粉煤灰混凝土对养护湿度更为敏感,保持比较高的湿度将有利于粉煤灰混凝土性能的发展
③强度粉煤灰混凝土早期强度降低比较明显,90d后在掺量比较小的情况下粉煤灰混凝土强度接近普通混凝土,1年后甚至超过普通混凝土强度
④弹性模量粉煤灰混凝土的弹性模量与抗压强度也成正比关系
⑤变形能力粉煤灰混凝土的徐变特性与普通混凝土没有多大差异
⑥耐久性粉煤灰改善了混凝土的孔结构,提高了混凝土的抗渗性,有较好的抗硫酸盐侵蚀的能力3)硅灰硅灰一般为青灰色或银白色,在电子显微镜下观察,硅灰的形状为非结晶的球形颗粒,表面光滑硅灰的用途很多,主要有以下几个方面
①配制高强混凝土
②配制抗冲耐磨混凝土
③配制抗化学腐蚀混凝土
④抑制碱—骨料反应
⑤配制喷射混凝土
⑥配制泵送混凝土
⑦用于基础灌浆4)沸石粉又称F矿粉,是一种由天然沸石磨细而成的火山灰质硅铝酸盐矿物掺合料掺有沸石矿物外加剂的混凝土特点如下
①可减少混凝土拌合物的泌水性,改善可泵性
②提高混凝土强度
③提高混凝土的密实性、抗渗性、抗冻性
④抑制碱—骨料反应
4.3混凝土的技术性质
4.
3.1混凝土拌合物的和易性
(1)和易性的概念和易性是指在一定施工条件下,便于各种施工操作并能获得均匀、密实的混凝土的一种综合性能,一般用流动性、黏聚性、保水性三方面的含义来描述1)流动性2)黏聚性3)保水性
(2)和易性的测定方法根据普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50080—2002的稠度试验,混凝土拌合物和易性的试验方法,有坍落度与坍落扩展度法、维勃稠度法、增实因数法等
(3)影响和易性的因素分析1)水泥浆用量图
4.9砂率与混凝土流动性和水泥用量的关系2)砂率3)外加剂4)掺合料5温度与时间另外,水泥品种、骨料种类、骨料粒形、级配也影响和易性4)坍落度选择混凝土拌合物的坍落度应根据施工方法(运送和捣实方法)和结构条件(构件截面尺寸、钢筋分布情况等)并参考有关经验资料加以选择原则上,在便于施工操作和捣固密实的条件下,应尽可能选用较小的坍落度,以节约水泥并得到质量合格的混凝土
4.
3.2混凝土的强度1)混凝土立方体抗压强度及强度等级混凝土强度等级是按混凝土立方体抗压强度标准值来确定,即具有95%保证率的立方体试件抗压强度(强度保证率是数理统计方法,混凝土强度总体中等于及大于设计强度等级的概率)即有
4.3式的关系
4.3式中——混凝土立方体抗压强度标准值MPa;——混凝土立方体试件抗压强度总体的平均值MPa;——混凝土强度的保证率,当保证率为95%时,t取
1.645;——混凝土强度标准差MPa根据《混凝土质量控制标准》(GB50164-1992)的规定,强度等级采用符号C及混凝土立方体抗压强度标准值来表示,普通混凝土强度等级有C
7.
5、C
10、C
15、C
20、C
25、C
30、C
35、C
40、C
45、C
50、C55及C60十二等级根据《混凝土结构设计规范》(GB50020-2002),钢筋混凝土结构用混凝土分为C
15、C
20、C
25、C
30、C
35、C
40、C
45、C
50、C
55、C
60、C
65、C
70、C
75、C80等14个等级2)轴心抗压强度在结构设计中常以棱柱体抗压强度作为设计依据棱柱体抗压强度是按照规定成型试件标养28d后所得的抗压强度,通常用fcp表示棱柱体试件边长为150mm×150mm×300mm为标准试件边长为100mm×100mm×300mm和200mm×200mm×400mm为非标准试件,用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸检算系数轴心抗压强度值大约为立方体抗压强度的70%~80%3)劈裂抗拉强度混凝土的抗拉强度很小,只有抗压强度的1/10~1/20劈裂抗拉强度指按照规定成型150mm×150mm×150mm试件,标养28d后,采用半径为75mm的钢制弧形垫块并加三层胶合板制成的垫条进行加荷,测劈裂抗拉强度,试验装置如图
4.10所示该法基于弹性力学原理,即当在试件的两个相对表面上作用着均匀分布的线荷载,就能够在外力作用的竖向平面产生均匀分布的拉应力(如图
4.11所示)按式(
4.4)计算强度
4.4式中——混凝土劈裂抗拉强度,MPa——试件破坏荷载,N——试件破裂面面积,mm2采用100mm×100mm×100mm非标准试件测得的劈裂抗拉强度值,应乘以尺寸检算系数
0.85影响混凝土强度的主要因素1水灰比、水泥强度、骨料品种通过大量试验资料的数理统计分析,建立了水灰比、水泥强度、骨料品种对混凝土强度影响的经验公式(又称鲍罗米公式),如
4.5式所示
4.5式中——混凝土立方体试件抗压强度总体分布平均值,一般指28d强度——混凝土的灰水比,其倒数即是水灰比,水泥用量与用水量的比值——与原材料有关的经验系数图
4.12混凝土强度与水灰比及灰水比的关系2施工质量 主要指搅拌与振捣的方法对混凝土性能的影响一般而言,机械搅拌比人工搅拌不但效率高的多,而且可以把混凝土拌得更加均匀,混凝土强度相对较高3养护条件 养护指混凝土成型后处于一定的温度、湿度条件下进行凝结、硬化,养护条件通常有四种类型
①标准养护
②自然养护
③蒸汽养护
④蒸压养护图
4.13养护温度对混凝土强度的影响图
4.14混凝土强度与保湿养护时间的关系4)龄期 标准条件下养护的普通硅酸盐水泥配制的混凝土,当龄期大于等于3d时,混凝土强度发展大致与龄期(d)的对数成正比关系,因此,可根据早龄期强度推算28d龄期强度可用
4.6式估计后期混凝土的强度
4.6——第n天时混凝土的立方体抗压强度——28d混凝土的立方体抗压强度5)化学外加剂 6)矿物外加剂 另外,试件尺寸、形状、表面状态和加载速度等试验条件在一定程度上也影响混凝土强度的测试结果因此,试验时必须严格按有关标准进行
4.
3.3混凝土的变形混凝土有两种变形一种是荷载作用下的变形,如弹塑性变形、徐变等;另一种是非荷载作用下的变形,如干湿变形、温度变形、自身体积变形、自收缩等
(1)弹塑性变形混凝土在短期荷载作用下的变形包括弹性变形和塑性变形,如图
4.15所示
(2)弹性模量按照普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T5008—2002测定混凝土静力受压弹性模量,试验后用(
4.7)式计算混凝土弹性模量(
4.7)式中——混凝土弹性模量,MPa——应力为1/3轴心抗压强度时的荷载,N——应力为
0.5时的初始荷载,N——试件承压面积,mm2——测量标距,mm——最后一次从加荷至时试件两侧变形的平均值,mm——时试件两侧变形的平均值,mm——时试件两侧变形的平均值,mm影响混凝土弹性模量的主要因素有1)混凝土强度高,弹性模量越大,2)骨料含量越高,骨料自身的弹性模量越大,则混凝土的弹性模量越大3)混凝土水灰比越小,混凝土越密实,弹性模量越大4)混凝土养护龄期越长,弹性模量越大5)掺入引气剂将使混凝土弹性模量下降
(3)徐变在长期荷载作用下尽管荷载不变,但随时间延长会产生变形,这种变形即为徐变如图
4.16所示一般认为徐变是由于水泥石中的凝胶体及吸附水在外力作用下产生黏性流动而引起的变形影响徐变的主要因素1)水泥用量越大,徐变越大2W/C越大,徐变越大3混凝土密实度大,强度高,徐变值越大4骨料用量大,弹性模量大,粒径大,徐变小5荷载越大,持续时间越长,徐变值越大4干湿变形干湿变化引起混凝土体积变化,表现为干缩湿胀,混凝土凝结后,如果处于水中,变形为膨胀,但如果处于干燥空气中,会出现干缩如图
4.17所示5)自身体积变形6)自收缩7)碳化收缩8)温度变形
4.
3.4混凝土的耐久性混凝土抵抗外界各种破坏作用的能力,称为混凝土耐久性1)混凝土抗渗性抗渗性是混凝土抵抗压力水或其它液体、气体渗透的性能提高混凝土抗渗性的主要措施1设计合理的混凝土配合比,严格控制混凝土的水灰比2在混凝土中掺入化学外加剂及矿物外加剂,提高密实度或改善孔的特征3对砂石材料的级配,清洁度提出严格要求4采用机械搅拌、机械振捣,保证混凝土的质量5加强混凝土的养护6采用表面涂层或覆盖层2)混凝土抗冻性混凝土抗冻性是混凝土抵抗反复冻融循环的能力对于严寒地区的混凝土,混凝土抗冻性不足是造成耐久性破坏的主要原因混凝土冻融破坏的机理主要是由于毛细孔中水结冰产生膨胀应力及渗透压力,当这种应力超过混凝土局部抗拉强度时,就可能产生裂缝,在反复冻融作用下,混凝土内部的微细裂缝逐渐增多和扩大,导致混凝土产生疏松剥落,直至破坏提高混凝土抗冻性的措施如下1严格控制水灰比,提高混凝土密实度2掺用引气剂、减水剂或引气减水剂,改善孔的特征3加强早期养护或掺入防冻剂,防止混凝土受冻3混凝土的碱—集料反应碱集料反应是指混凝土中的碱与集料中的活性组成之间发生的破坏性膨胀反应,是影响混凝土耐久性最主要的因素之一碱—集料反应必须同时具备如下三种条件才能发生1配制混凝土时由水泥、集料(海砂)、外加剂和拌合水中带进混凝土中一定数量碱,或者混凝土中处于有利于碱渗入的环境2有一定数量的碱活性集料3潮湿环境,能够提供反应吸水膨胀所需要的水分防止碱——集料反应的措施1使用非活性集料2采用低碱水泥,限制混凝土的含碱量3使用磨细矿渣、粉煤灰、硅灰等掺合料4使用引气剂5混凝土表面采用防水或隔离措施4)混凝土碳化混凝土碳化是指水泥水化产物CaOH2与空气中CO2在一定湿度条件下发生化学反应,产生CaCO3和水的过程,反应式如下CaOH2+CO2+H2O===CaCO3+2H2O碳化过程是由表及里逐步向混凝土内部发展的,碳化深度大致与碳化时间的平方根成正比,可用(
4.10)式表示(
4.10)式中——碳化深度,mm——碳化时间,d——碳化速度系数提高抗碳化的措施1尽可能降低混凝土的水灰比,提高密实度2加强施工养护、保持混凝土均匀密实,水泥水化充分3根据环境条件合理选择水泥品种4用减水剂、引气剂等外加剂降低水灰比或引入封闭气孔改善孔结构5必要时还可以采用表面涂刷石灰水等加以保护5混凝土抗腐蚀性从材料本身来说,混凝土的耐化学腐蚀性主要取决于水泥石的抵抗能力水泥石腐蚀的原因主要是水泥的组成中存在引起腐蚀的组成成分,;水泥石周围存在着能使水泥石发生腐蚀的软水、盐类、酸类等介质;水泥石本身不密实,有很多毛细孔通道,侵蚀性介质易于进入其内部可采用以下措施来提高水泥石耐腐蚀性1选用耐腐蚀的水泥2提高混凝土的密实度3加做保护层6抗氯离子渗透性混凝土氯离子渗透性的测定方法主要是按照ASTMC(1202-94)直流电量法的试验进行,即将直径100mm,高50mm的圆柱体混凝土试件在真空浸水饱和后,侧面密封安装到试验箱中,两端安制铜网电极,一端侵入
0.3mol的NaOH溶液(正极),另一端浸入3%的NaCl溶液(负极),测两侧在60V电压下通过6h的电量,用以评价混凝土的渗透性,如表
4.15所示对氯离子的腐蚀采取如下防护措施1)限制原材料及混凝土中氯离子含量2)提高保护层厚度及质量3)混凝土表面涂层4)采用耐腐蚀钢筋5混凝土中掺入阻锈剂7混凝土的耐磨性根据交通部标准(JTJ0531/T0527-94),混凝土的耐磨性采用150mm×150mm×150mm的立方体试块,标准养护27d,在60℃条件下烘干恒重,然后在带有花轮磨头的混凝土磨耗试验机上,外加200N负荷磨削50转按(
4.11)式计算磨损量(
4.11)式中——单位面积磨损量,Kg·m-2——试件的原始质量,Kg——试件磨损后的质量,Kg根据混凝土及其制品耐磨性试验方法(滚珠轴承法)(GB/T16925—1997),是以滚珠轴为磨头通过滚珠在额定负荷下回转滚动时,摩擦湿试件表面在受磨面上磨成环形磨槽,通过测量磨槽的深度和磨头的研磨转数,计算耐磨度耐磨度按(
4.12)式计算(
4.12)式中——耐磨度,精确至
0.01——磨头的转数,千转——磨槽深度(最终磨槽深度—初始磨槽深度),mm提高混凝土耐磨性的措施1采用较低的用水量,较高水泥用量的高强度混凝土2选择级配良好,清洁而坚硬的粗细集料,最大粒径25mm左右较好3注意修饰抹面方法及质量,用钢制抹刀抹面光滑,也可磨平表面4采用良好的养护条件5可掺用减水剂、硅灰等外加材料
4.4混凝土的质量控制和评定
4.
4.1混凝土质量波动的原因
(1)原材料的质量波动
(2)施工及养护引起的质量波动
(3)试验条件变化引起的质量波动
4.
4.2混凝土质量波动的规律在正常连续生产的情况下,对于混凝土材料的许多影响因素都是随机的,混凝土的强度变化也是随机的测定混凝土强度时,若以混凝土的强度为横坐标,以某一强度出现的概率为纵坐标,绘出的强度概率分布曲线一般符合正态分布曲线(如图
4.18所示)正态分布曲线愈窄而高,相应的标准差值(拐点离对称轴的距离)愈小,表明混凝土的强度愈集中于平均强度附近,混凝土的匀质性好,质量波动小,施工管理水平高相反,如曲线宽而矮,表明强度数据的离散性大,混凝土的质量波动大,施工管理水平低
4.
4.3混凝土强度的平均值、标准差、变异系数
(1)强度平均值同一批混凝土,在某一统计期内连续取样制作多组试件(每组3块),测得各组试件的立方体抗压强度值分别为、、、…、,求算术平均值,即得平均强度,可用(
4.13)式表示(
4.13)式中—每一组试件的立方体抗压强度值,MPa;—n组试件的强度平均值,MPa平均强度反映混凝土总体强度的平均值,但不反映混凝土强度的波动情况能反映混凝土强度波动的是标准差和变异系数
(2)标准差混凝土的强度标准差是强度分布曲线上拐点距离强度平均值间的距离,值愈小,则强度概率分布曲线愈窄而高,说明强度的离散程度愈小,混凝土的质量愈均匀可按(
4.14)式计算混凝土的强度标准差(
4.14)
(3)变异系数变异系数根据(
4.15)式计算(
4.15)变异系数即为标准差与平均强度比值,实际上反映了相对于平均强度而言,混凝土强度的变异程度其值愈小,说明混凝土的质量愈均匀,波动愈小,施工管理水平愈高
4.
4.4混凝土的强度保证率强度保证率是指混凝土强度总体中大于设计强度等级的概率,亦即混凝土强度大于设计强度等级的组数占总组数的百分率在强度分布曲线上以阴影表示(如图
4.19所示)可根据正态分布的概率函数计算求得,用(
4.16)式表示(
4.16)式中—强度保证率;—概率度,或称保证率系数,根据(
4.17)式计算(
4.17)式中—混凝土的设计强度等级值根据值,可计算强度保证率由于计算比较复杂,一般可根据表
4.17查表取用
4.
4.5混凝土的配制强度根据我国JGJ55-2000的规定,混凝土的强度保证率必须达到95%以上,此时对应的强度保证率系数,因此,有(
4.19)式中—混凝土的强度标准差当生产单位或施工单位有统计资料时,可根据统计资料确定,但当无统计资料和经验时,可参考表
4.18取用
4.
4.6混凝土的强度评定标准
(1)统计法1)当混凝土的生产条件在较长时间内能保持一致,且同一品种混凝土强度变异性能保持稳定时,应由连续的三组试件组成一个验收批,其强度应同时满足(
4.20)(
4.21)要求≥(
4.20)≥(
4.21)当混凝土强度等级不高于C20时,其强度的最小值尚应满足(
4.22)式要求≥
0.85(
4.22)当混凝土强度等级高于C20时,其强度的最小值尚应满足(
4.23)式要求≥
0.90(
4.23)式中—同一验收批混凝土立方体抗压强度的平均值,MPa;—混凝土的设计强度等级值,MPa;—同一验收批混凝土立方体抗压强度的最小值,MPa;—验收批混凝土立方体抗压强度的标准差,MPa验收批混凝土立方体抗压强度的标准差,应根据前一检验期内同一品种混凝土试件的强度数据,按(
4.24)式确定(
4.24)式中—前一检验期内第批试件立方体抗压强度中最大值与最小值之差;—前一检验期内验收批总批数2)当混凝土的生产条件在较长时间内不能保持一致,且同一品种混凝土强度变异性能不能保持一致,或在前一检验期内的同一品种混凝土没有足够的数据用以确定验收批混凝土立方体抗压强度的标准差时,应由不少于10组的试件组成一个验收批,其强度应同时满足(
4.25)(
4.26)公式的要求≥
0.9(
4.25)≥(
4.26)式中—同一验收批混凝土立方体抗压强度的平均值,MPa;—同一验收批混凝土立方体抗压强度的标准差,MPa,当的计算值小于
0.06时,取=
0.06;、—合格判定系数,按表
4.19取用
(2)非统计法对零星生产的预制构件或现场搅拌批量不大的混凝土,可采用非统计方法评定,验收批的强度必须同时满足(
4.27)(
4.28)要求≥(
4.27)≥(
4.28)
(3)混凝土强度合格性判断当检验结果能满足上述要求时,则该批混凝土强度判断为合格;当不能满足上述规定时,该批混凝土强度判为不合格由不合格批混凝土制成的结构或构件,应进行鉴定当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时,可采用从构件或结构中钻取试件的方法或采用非破损检验方法,按有关标准的规定对结构或构件中混凝土的强度进行鉴定
4.5混凝土配合比设计
4.
5.1混凝土配合比设计的基本要求混凝土的配合比就是混凝土组成材料相互间的配合比例混凝土配合比设计的实质就是要在满足混凝土和易性、强度、耐久性以及尽可能经济的条件下,比较合理的确定水泥、水、砂、石子四者的用量比例关系因此,配合比设计的基本要求为
(1)满足结构物设计的强度等级要求
(2)满足混凝土施工的和易性要求
(3)满足结构物混凝土所处环境耐久性要求
(4)满足经济性要求
4.
5.2混凝土配合比设计的步骤混凝土配合比设计可分如下几个步骤进行
(1)初步配合比计算根据混凝土的性能要求,针对具体原材料试验数据,根据标准给出的公式、经验图表,初步确定各材料的关系
(2)基准配合比设计基准配合比主要是满足和易性,即按照设计混凝土所用原材料进行小批量的试拌,通过和易性的调整进行必要的校正
(3)实验室配合比设计实验室配合比主要是满足强度、耐久性、经济性的要求,一般要采用三组以上的配合比进行试验,通过实测强度、耐久性后,选择强度、耐久性满足要求而W/C较大的一组配合比做为实验室配合比
(4)施工配合比换算由于工地堆放的砂、石含水情况常有变化,所以在施工过程中应经常测定砂、石含水率,并按含水率变化情况作必要的修正
4.
5.3初步配合比计算
(1)确定混凝土配制强度为了达到一定保证率,混凝土配制强度要比强度等级要求的混凝土立方体抗压强度标准值高,具体按数理统计方法来确定,也就是让混凝土配制强度大于等于正态分布曲线中混凝土立方体抗压强度总体分布的平均值,即(
4.29)式中fcu0——混凝土配制强度,MPafcuk——混凝土立方体抗压强度标准值,MPaσ——混凝土强度标准差,MPa混凝土强度标准差可根据生产单位统计资料计算,若生产单位无历史统计资料时,σ值可按照表
4.18取值2确定水灰比(W/C)水灰比的选择一方面要考虑混凝土强度的要求,另一方面要考虑混凝土耐久性的要求1)当混凝土强度等级小于C60时,混凝土水灰比按式(
4.30)计算(
4.30)式中——回归系数——水泥28d抗压强度实测值,MPa系数根据工程所使用的水泥、骨料通过试验由建立的水灰比与混凝土强度关系式确定当不具备上述试验统计资料时,其回归系数可按表
4.20选用如无实测值,按公式
4.31确定(
4.31)式中——水泥强度等级值的富余系数,可按实际统计资料确定——水泥强度等级值,MPa2计算出W/C后,一般混凝土查表
4.21检查是否符合耐久性的要求W/C若大于表上数值选用表上W/C3用水量的选择(mw0)1)水灰比在
0.40~
0.80范围内的干硬性和塑性混凝土用水量分别按表
4.22及表
4.23确定2)水灰比小于
0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土用水量应通过试验确定3)以表
4.23中坍落度90mm的用水量为基础,按坍落度每增大20mm用水量增加5kg,计算出未掺外加剂时混凝土的用水量;掺外加剂混凝土用水量可按(
4.32)式计算(
4.32)式中——掺外加剂混凝土每m3的用水量kg——未掺外加剂混凝土每m3混凝土的用水量kg——外加剂的减水率%
(4)水泥用量先根据每m3混凝土用水量及W/C按公式
4.33计算水泥用量(
4.33)计算出水泥用量后,通常按表
4.21检验水泥用量,以便符合耐久性的要求,如水泥用量小于表中数值,要按表中数值确定水泥用量5)砂率的确定1坍落度为10~60mm的混凝土砂率可根据粗骨料品种及水灰比按表
4.24选取2坍落度大于60mm的混凝土砂率,可经试验确定也可在表
4.24基础上,按坍落度每增大20mm砂率增大1%的幅度予以调整3坍落度小于10mm的混凝土,其砂率经试验确定6)粗骨料mgo及细骨料mco用量的确定1当采用重量法时,应按(
4.34)公式计算(
4.34)式中—每立方体混凝土的水泥用量kg—每立方体混凝土粗骨料用量kg——每立方体混凝土细骨料用量kg——每立方体混凝土用水量kg——砂率%——每立方体混凝土拌合物的假定质量其值可取2350~2490kg·m-32当采用体积法时,应按(
4.35)公式计算(
4.35)式中——水泥密度,可取2900~3100kg·m-3——粗骨料的表观密度kg·m-3——细骨料的表观密度kg·m-3——水的密度可取1000kg·m-3——混凝土的含气量百分数,在不使用引气型外加剂时,可取为1当有外加剂和掺合料时,应通过试验确定,并应符合国家标准的规定
4.
5.4基准配合比初步配合比是根据经验公式和经验图表估算而得,因此不一定符合实际情况,必须通过试拌调整当不符合设计要求时,需通过调整使和易性满足施工要求根据初步配合比按规定试拌一定量混凝土,先测定混凝土坍落度,同时观察黏聚性和保水性如不符合要求,按下列原则进行调整1当坍落度小于设计要求时,可在保持水灰比不变的情况下,增加用水量和相应的水泥用量(即增加水泥浆)2当坍落度大于设计要求时,可在保持砂率不变的情况下,增加砂、石用量(相当于减少水泥浆用量)3当黏聚性和保水性不良时(通常是砂率不足),可适当增加砂用量,即增大砂率4拌合物显得砂浆量过多时,可单独加入适量石子,即降低砂率在混凝土和易性满足要求后,测定拌合物的表现密度并计算经调整后,实际拌合物中,各材料用量(按1m3混凝土计算),计为、、、,则混凝土表观密度计算值为(
4.36)基准配合比校正计算如下(
4.37)(
4.38)(
4.39)(
4.40)(
4.41)、、、——试拌调整后水泥、水、砂子、石子拌合用量;、、、——基准配合比中1m3混凝土各材料用量;——配合比校正系数;——混凝土表观密度实测值kg·m-3;——混凝土表观密度计算值kg·m-
34.
5.5实验室配合比在和易性满足要求的基准配合比的基础上保持用水量不变,水灰比分别增加和减少
0.05再配制二组混凝土试件,砂率可分别增加和减少1%,并同时进行上述试验,对这三组配合比的混凝土都成型强度试件,标养28d后测抗压强度,当对混凝土耐久性有要求时,则制作相应试件,最终综合决定即能满足强度,又能满足耐久性,且水泥用量最少的配合比作为实验室配合比,计作、、、
4.
5.6施工配合比进行混凝土配合比计算时,其计算公式和有关参数表格中的数值均系以干燥状态骨料为基准(干燥状态骨料系指含水率小于
0.5%的细骨料或含水率小于
0.2%的粗骨料),但现场施工所用砂、石料常含有一定的水分因此,需对配合比进行修正,设砂的含水率为a%;石子的含水率为b%,则施工配合比按下列各式计算(
4.42)(
4.43)(
4.44)(
4.45)、、、——施工配合比中水泥、水、砂、石用量
4.6特种混凝土
4.
6.1抗渗混凝土抗渗混凝土是指抗渗等级不低于P6级的混凝土,即它能抵抗
0.6MPa的静水压力而不发生透水现象目前,常用的抗渗混凝土的配制方法有以下几种;
(1)富水泥浆法这种方法是采用较小的水灰比,较高的水泥用量和砂率,提高水泥浆的质量和数量,达到提高混凝土的密实性,从而提高混凝土抗渗性原材料应符合下列要求1)水泥强度等级不宜低于
32.5级,其品种应按设计要求选用,当有抗冻要求时,应优先选用硅酸盐水泥;2)粗骨料的最大粒径不宜大于40mm含泥量不得大于1%泥块含量不得超过
0.5%;3)细骨料的含泥量不得大于3%泥块含量不得超过1%;4)外加剂宜采用防水剂、膨胀剂或减水剂抗渗混凝土配合比计算应遵守以下几项规定1)每立方米混凝土中的水泥用量不宜少于320㎏;2)砂率宜为35%~40%;灰砂比宜为12~
2.5;3)抗渗混凝土的最大水灰比应符合表
4.25规定
(2)骨料级配法骨料级配法是通过改善骨料级配,使骨料本身达到最大密实程度的堆积状态为了降低空隙率,还应加入约占骨料量5%~8%的粒径小于
0.16mm的细粉料同时严格控制水灰比、用水量及拌合物的和易性,使混凝土结构致密,提高抗渗性
(3)外加剂法该方法与前两种方法相比较,施工简单,造价低廉,质量可靠,被广泛采用它是在混凝土中掺入适当品种的外加剂,改善混凝土内部孔结构,隔断或堵塞混凝土中孔隙、裂缝、渗水通道等,以达到改善混凝土抗渗性的目的常采用引气剂、密实剂、高效减水剂、膨胀剂等
(4)采用特种水泥采用无收缩不透水水泥、膨胀水泥等拌制混凝土,能够改善混凝土内部孔结构,有效提高混凝土的密实程度和抗渗能力
4.
6.2耐热混凝土耐热混凝土是指能长期在高温(200~900℃)作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土通常可分为以下几种
(1)矿渣水泥耐热混凝土
(2)铝酸盐水泥耐热混凝土
(3)水玻璃耐热混凝土
(4)磷酸盐耐热混凝土耐热混凝土多用于高炉基础、焦炉基础,热工设备基础及围护结构、护衬、烟囱等
4.
6.3耐酸混凝土能抵抗多种酸及大部分酸性腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土
(1)水玻璃耐酸混凝土水玻璃耐酸混凝土能抵抗除氢氟酸以外的各种酸类的侵蚀,特别是对硫酸、硝酸有良好的抗腐蚀性,且具有较高的强度,多用于化工车间的地坪、酸洗槽、贮酸池等
(2)硫磺耐酸混凝土常用于地面、设备基础、贮酸池槽等
4.
6.4泵送混凝土泵送混凝土是指坍落度不小于100mm并用泵送施工的混凝土泵送混凝土拌合物必须具有较好的可泵性所谓可泵性,是指拌合物具有顺利通过管道,磨擦阻力小、不离析、不阻塞和黏聚性良好的性能保证混凝土良好可泵性的基本要求是
(1)水泥泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥,不宜采用火山灰硅酸盐水泥
(2)骨料泵送混凝土所用粗骨料宜用连续级配,其针片状含量不宜大于10%
(3)掺合料与外加剂泵送混凝土应掺用泵送剂或减水剂,并宜用粉煤灰或其他活性掺合料以改善混凝土的可泵性
(4)坍落度泵送混凝土入泵时的坍落度一般应符合表
4.26的要求
(5)泵送混凝土配合比设计泵送混凝土的水胶比不宜大于
0.60水泥和矿物掺合料总量不宜小于300kg·m-3,砂率宜为35%~45%采用引气剂的泵送混凝土,其含气量不宜超过4%实践证明,泵送混凝土掺用优质的磨细粉煤灰和矿粉后,可显著改善和易性及节约水泥,而强度不降低泵送混凝土的用水量和用灰量较大,使混凝土易产生离析和收缩裂纹等问题
4.
6.5聚合物混凝土硬化混凝土的性能可以通过掺入聚合物进行改善,这类混凝土称为聚合物混凝土依据处理工艺,聚合物混凝土可以分为聚合物浸渍混凝土、纯聚合物混凝土和聚合改性混凝土
(1)聚合物浸渍混凝土
(2)纯聚合物混凝土
(3)聚合物改性混凝土第5章砂浆砂浆是由胶结材料、细骨料和水,有时也掺入某些外掺材料,按一定比例配合调制而成,与混凝土相比,无粗骨料,所以它又可以看作是一种细骨料混凝土
5.1砂浆组成材料
5.
1.1胶凝材料常用的胶凝材料有水泥、石灰、有机聚合物等
(1)水泥
(2)石灰
(3)石膏
(4)聚合物
5.
1.2掺合料在施工现场为改善砂浆的和易性,节约胶凝材料用量,降低砂浆成本,在配制砂浆时可掺入石灰膏、电石膏、粉煤灰、黏土膏等掺合料
5.
1.3细骨料配制建筑砂浆的细骨料常用的是天然砂,用砂除应符合混凝土用砂的技术要求外还要注意下面两点
(1)砂的最大粒径的限制理论上不应超过砂浆层厚度的1/4~1/5
(2)砂的含泥量的规定砌筑砂浆的砂含泥量不应超过5%,强度等级为M
2.5的水泥混合砂浆用砂的含泥量不应超过10%,配制高强度砂浆时,为保证砂浆质量应选用洁净的砂
5.
1.4水拌制砂浆用水与混凝土拌合用水的要求相同,均需满足《混凝土拌合用水标准》(JGJ63—89)的规定
5.
1.5外加剂及其它材料为改善砂浆的和易性、保温性、防水性、抗裂性等性能,常在砂浆中掺入外加剂水泥黏土砂浆中不得掺入有机塑化剂若掺入塑化剂(微沫剂、减水剂、泡沫剂等)可以提高砂浆的和易性、抗裂性、抗冻性及保温性,减少用水量,还可以代替大量石灰塑化剂有皂化松香、纸浆废液、硫酸盐酒精废液等掺量由试验确定若掺入石棉纤维、玻璃纤维等材料可以提高砂浆的抗拉强度、抗裂性若掺入膨胀珍珠岩砂或引气剂等可以提高砂浆保温性若掺入防水剂,可以提高砂浆的防水性和抗渗性等,若掺入氯化钠、氯化钙可以提高冬季施工砂浆的抗冻性
5.2砂浆的主要技术性质
5.
2.1新拌砂浆的性质新拌砂浆与新拌混凝土一样,必须具有良好的和易性,砂浆和易性的好坏,主要取决于它的流动性和保水性1)流动性砂浆的流动性也叫稠度,是指在自重或外力作用下是否易于流动的性能影响砂浆流动性的因素与混凝土相同,即胶凝材料种类和用量,用水量,细骨料种类、颗粒粗细、形状、级配、用量,塑化剂种类、用量,掺合料用量以及搅拌时间等砂浆流动性的选择与砌体材料种类、施工方法以及天气情况有关,一般情况可参考表
5.
1、
5.2选择2)保水性砂浆保水性是指砂浆保存水分的能力,也表示砂浆中各组成材料不易分离的性质
5.
2.2硬化砂浆的性质1)抗压强度与强度等级砂浆强度等级是以
70.7mm×
70.7mm×
70.7mm的6个立方体试块,按标准条件制作并养护至28d的抗压强度代表值确定根据《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ98—2000)的规定,砂浆的强度等级分为M
2.
5、M
5、M
7.
5、M
10、M
15、M20等6个等级实际工作中,很难用简单的公式准确地计算出其抗压强度,但一般可按下面两种情况考虑1当基底为不吸水材料(如致密的石材)时,主要取决于水泥强度和水灰比,即砂浆的强度与水泥强度和水灰比成正比关系2当基底为吸水材料(如砖、砌块等多孔材料)时,砂浆的强度主要取决于水泥强度及水泥用量,而与水灰比无关,其强度可按(
5.1)式计算(
5.1)式中—砂浆28d抗压强度MPa;—水泥的实测强度MPa;—每立方体砂浆中水泥用量kg·m-3;—砂浆特征系数,其中,2)黏结性一般来说,砂浆的黏结力,随着抗压强度的增大而提高此外,也与砌体材料的表面状态、清洁程度、润湿情况以及施工养护条件有关3)变形砂浆在承受荷载或温度、湿度条件变化时,容易变形为了防止抹面砂浆因收缩变形不均匀而开裂,可在砂浆中掺入麻刀、纸筋等纤维材料
5.3砌筑砂浆及其配合比设计
5.
3.1砌筑砂浆强度等级及种类1)砂浆的强度等级砌筑砂浆在砌体中,主要起传递外力的作用,砌体强度主要取决于砖、石或砌块等建材制品本身的强度,选择砂浆强度等级,主要考虑砌体受力大小,所处环境及工程的重要性,一般由设计决定
(2)砂浆种类选择根据砂浆使用环境和强度指标来确定砂浆的种类目前常用的砌筑砂浆,主要有水泥混和砂浆和水泥砂浆两类
5.
3.2砌筑砂浆配合比确定
(1)水泥砂浆配合比按表
5.3选择
(2)水泥混和砂浆配合比设计过程1)计算砂浆试配强度砂浆的试配强度应按(
5.2)式计算(
5.2)式中—砂浆的试配强度,精确至
0.1Mpa;—砂浆抗压强度的平均值,精确至
0.1MPa;—砂浆现场强度标准差,精确至
0.1MPa;按照砌筑砂浆现场强度的统计资料确定,无统计资料时,按表
5.4确定2)计算每立方米砂浆中的水泥用量每立方米中的水泥用量,应按(
5.3)式计算(
5.3)式中—每立方体砂浆中水泥用量,精确至1kg;—砂浆的试配强度,精确至
0.1MPa;—水泥的实测强度,精确至
0.1MPa;—砂浆特征系数,其中,3)计算每立方米砂浆掺加料水泥混合砂浆的掺合料用量应按(
5.4)式计算(
5.4)式中—每立方米砂浆的掺合料用量,精确至1kg;石灰膏、黏土膏使用时的稠度为120±5mm;—每立方米砂浆的水泥用量,精确至1kg;—每立方米砂浆中水泥和掺合料的总量,精确至1kg;宜在300~350kg之间4)确定每立方米砂浆砂用量每立方米砂浆中的砂子用量,应按干燥状态(含水率小于
0.5%)的堆积密度作为计算值5)每立方米砂浆用水量的选择每立方米砂浆中的用水量,根据砂浆稠度等要求可选用240~310kg注
①混合砂浆中的用水量,不包括石灰膏或黏土膏中的水;
②当采用细砂或粗砂时,用水量分别取上限或下限;
③稠度小于70mm时,用水量可小于下限;
④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、调整与确定砂浆试配时应采用工程中实际使用的材料,搅拌采用机械搅拌,搅拌时间自投料结束后算起,水泥砂浆和水泥混合砂浆不得小于120s,掺用粉煤灰和外加剂的砂浆不得小于180s按计算或查表选用的配合比应进行试拌,测定其拌合物的稠度和分层度,当不能满足要求时,应调整材料用量,直到符合要求为止,然后确定试配后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,其他配合比的水泥用量应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,可将用水量或掺合料用量作相应调整,对三个不同的配合比进行调整后,应按现行行业标准《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ70)的规定成型试件,测定砂浆强度;并选定符合试配强度要求的且水泥用量低的配合比作为砂浆配合比
5.4普通抹面砂浆及配合比普通抹面砂浆对建筑物和墙体起到保护作用常用的普通抹面砂浆有水泥砂浆、石灰砂浆、水泥混合砂浆、麻刀石灰砂浆(简称麻刀灰)、纸筋砂浆(简称纸筋灰)等普通抹面砂浆通常分为两层或三层进行施工底层抹灰的作用是使砂浆与基底能牢固地黏结,中层抹灰主要是找平面层抹灰是为了获得平整,光滑的表面效果常用抹面砂浆配合比及厚度控制如表
5.5所示
5.5特种砂浆
5.
5.1装饰砂浆装饰砂浆是指涂抹在建筑物内外墙表面,具有美观装饰效果的抹面砂浆
(1)装饰砂浆的组成材料1)胶凝材料2)骨料3)着色剂
(1)装饰砂浆的类型装饰砂浆按饰面方式可分为灰浆类装饰砂浆和石碴类装饰砂浆两大类1)灰浆类装饰砂浆灰浆类装饰砂浆常用的饰面方式有以下几种
①拉毛灰
②甩毛灰
③仿面砖
④喷涂
⑤弹涂
⑥拉条2)石碴类装饰砂浆石碴类装饰砂浆常用的饰面方式有以下几种
①水刷石
②干黏石
③水磨石
④斩假石
5.
5.2防水砂浆防水砂浆是用作防水层的砂浆,是一种具有高抗渗性能的砂浆,可用于不受振动作用的混凝土、砖石结构等稳定的基底上铺设刚性防水层防水砂浆常用的施工方式有两种1)利用高压喷枪将砂浆以100m·s-1的高速喷到建筑物的表面,砂浆被高压空气压实后,密度大,抗渗性能好,但由于施工条件的限制,目前应用还不广泛2)分工多层抹压法,是将砂浆分几层压实,以减少内部的连通孔隙,提高密实度,达到防水的效果防水砂浆一般采用
四、五层施工,但这种防水层的施工方法,对施工操作的技术要求很高
5.
5.3保温砂浆保温砂浆,又称绝热砂浆,是以水泥、石膏等胶凝材料与轻质多孔骨料(膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、浮石、陶粒等)按一定比例配制的砂浆具有轻质、保温的特性,主要用于屋面、墙体绝热层和热水、空调管道的绝热层常用的保温砂浆有水泥膨胀珍珠岩砂浆、水泥膨胀蛭石砂浆、水泥石灰膨胀蛭石砂浆等
5.
5.4吸声砂浆吸声砂浆,又称吸音砂浆,采用轻质骨料拌制而成的保温砂浆,由于骨料内部孔隙率大,也具有良好的吸音性能若在吸声砂浆内掺入锯末、玻璃纤维、矿物棉等松软的材料能获得更好的吸音效果吸声砂浆主要用于室内的吸声墙面和顶面
5.
5.5耐酸砂浆耐酸砂浆,一般是由水玻璃、氟硅酸钠、石英砂、花岗岩砂、铸石等按适当的比例配制而成的砂浆具有较强的耐酸性,主要作为衬砌材料、耐酸地面或内壁防护层等
5.
5.6防辐射砂浆防辐射砂浆是在重水泥(钡水泥、锶水泥)中加入重骨料(黄铁矿、重晶石、硼砂等)配制而成的具有防X射线的砂浆其配合比一般为水泥重晶石粉重晶石砂=
10.25(4~5)在配制中加入硼砂、硼酸可制成具有防中子辐射能力的砂浆这类砂浆主要用于射线防护工程中第6章建筑钢材钢材是在严格的技术控制条件下生产的,具有品质均匀致密、强度高、塑性及韧性好、能承受冲击和振动荷载等优点;同时具有优良的可加工性能,可以锻压、焊接、铆接及切割,便于装配但易锈蚀,需定时维护,成本及维护费用大,耐火性差
6.1钢材的生产及钢的分类
6.
1.1钢材的生产钢材的生产可大致分为钢的冶炼、铸锭和压力加工等三个过程
(1)钢的冶炼钢的大规模冶炼方法主要有三种1)转炉炼钢法有空气转炉法和氧气转炉法两种2)平炉炼钢法3)电弧炉炼钢法
(2)脱氧与铸锭根据脱氧程度不同,钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢沸腾钢仅用锰铁脱氧,脱氧不完全钢的抗腐蚀性、冲击韧性和可焊性差,特别是低温冲击韧性更差,但钢锭收缩孔减少,成品率较高,成本低可广泛用于一般建筑结构,不宜用于重要结构镇静钢采用锰铁、硅铁和铝进行脱氧,脱氧较完全,钢的质量好,具有较好的耐蚀性、可焊性及塑性,脆性和时效敏感性较小钢锭缩孔大,成品率低,成本高多用于承受冲击荷载及其它重要结构和焊接结构半镇静钢脱氧程度及材质介于沸腾钢与镇静钢之间,钢质较好特殊镇静钢比镇静钢脱氧更充分彻底,适用于特别重要的结构工程
(3)热压力加工热压力加工是将钢锭加热至塑性状态(再结晶温度以上),依靠外加压力来改变形状的加工,常用方式有锻造、热压、轧制等
6.
1.2钢的分类
(1)按化学成分分1)碳素钢2)合金钢
(2)按有害杂质分按钢中有害杂质磷(P)和硫(S)含量的多少,分为普通钢、优质钢、高级优质钢
(3)按用途分钢按用途不同分为1)结构钢主要用于工程结构及机械零件的钢,一般为低、中碳钢2)工具钢主要用于各种刀具、量具及模具的钢,一般为高碳钢3)特殊钢具有特殊的物理、化学及机械性能的钢,如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等
6.2建筑钢材的主要技术性质
6.
2.1力学性能建筑钢材的主要力学性能有抗拉性能、抗冲击性能、耐疲劳性能、硬度和应力松弛等,力学性能又称机械性能
(1)抗拉性能抗拉性能是钢材最重要的技术性质,可用低碳钢(软钢)的拉伸应力-应变图(如图
6.2所示)来阐明根据材料变形的性质,拉伸应力-应变曲线可细分为比例弹性阶段(O→p)、非比例弹性阶段(p→e)、弹塑性阶段(e→s)、屈服(塑性)阶段(s→s′)、应变强化阶段(s′→b)和颈缩破坏阶段(b→f)等6个阶段1)弹性模量和比例极限应力与应变之比称为弹性模量E,即E=σ/ε最大应力(p点对应值)称为比例极限σp弹性模量反映材料受力时抵抗弹性变形的能力,即材料的刚度2)弹性极限不产生残留塑性变形的最大应力(e点对应值)称为弹性极限σe事实上,σp与σe相当接近3)屈服强度屈服阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点规范规定以下屈服点作为材料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度,用σs表示中、高碳钢没有明显的屈服现象,规范规定以发生残余变形为
0.2%L0时对应的应力作为屈服强度,称为条件屈服强度,用σ
0.2表示如图
6.3所示4)极限强度钢材受拉断裂前的最大应力(b点对应值)称为强度极限或抗拉强度σb5)伸长率伸长率δ反映钢材拉伸断裂前经受塑性变形的能力,是衡量钢材塑性的重要技术指标,按(
6.1)式计算δ=(
6.1)式中L0——试件原始标距长度,mm;L1——试件拉断后原标距两点间的长度,mm标准拉伸试验的标距长度为L0=10d0或L0=5d0(d0是试件原直径),其伸长率相应地被记为δ10或δ5
(2)冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力钢材的冲击韧性用标准试件(中部加工有V型或U型缺口)在摆锤式冲击试验机上进行冲击弯曲试验确定,如图
6.4所示以试件折断时缺口底部处单位面积上所消耗的功,作为冲击韧性指标,用冲击韧性值αk(J·cm-2)表示按(
6.2)计算αk=(
6.2)式中m——摆锤质量,kg;g——重力加速度,数值为
9.81m·s-2;H,h——摆锤冲击前后的高度,m;A——试件缺口处截面积,cm2αk愈大,表示冲断试件消耗的能量愈大,钢材冲击韧性愈好,脆性破坏的危险性愈小常温下,随着温度的下降,冲击韧性平缓降低,钢件破坏断口呈韧性断裂状当温度降到某一温度时,冲击韧性突然发生大幅度下降,如图
6.5所示,钢材呈脆性断裂这种性质称为冷脆性
(3)耐疲劳性钢材受交变荷载作用,在应力远低于其抗拉强度时突然发生脆断的现象,称为疲劳破坏
(4)硬度硬度表示钢材表面局部体积内抵抗另一更硬物体压入产生塑性变形的能力一般硬度高时,耐磨性能好,但脆性亦大建筑钢材硬度常用测定方法为布氏法
(5)应力松弛在高温条件下受力的钢构件,若保持其总变形不变,可发生构件中的应力随着时间的延长自行降低的现象,这叫应力松弛
6.
2.2工艺性能
(1)可焊性焊接是把两个分离的金属进行局部加热,使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态而牢固地联接起来的方法基本方法有两种
①电弧焊
②接触对焊
(2)冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力冷弯性能合格是指钢材在规定的弯曲角度(90°、180°)、弯心直径d与试件厚度a(或直径)条件下承受冷弯试验后,试件弯曲的外拱面和两侧面不发生裂缝、断裂或起层等现象弯曲角度愈大,弯心直径对试件厚度(或直径)的比值d/a愈小,表示钢材冷弯性能愈好,如图
11.13所示
6.3钢的组成与结构
6.
3.1钢的基本晶体组织
(1)金属的结晶概念纯铁在冷却或加热过程中会依次形成3种同素异晶体液态铁δ-Feγ-Feα-Fe体心立方晶体面心立方晶体体心立方晶体
(3)铁碳合金的晶体组织合金是指熔合两种或两种以上元素(其中至少一种是金属元素)所组成的具有金属特性的物质铁碳合金中碳原子与铁原子的基本结合形式有固溶体、化合物和机械混合物3种1)固溶体固溶体是以铁为溶剂,碳为溶质,共溶后所形成的固态溶液如图
6.11所示铁和碳所形成的固溶体主要有铁素体和奥氏体两种
①铁素体(α)是碳在α-Fe中的固溶体
②奥氏体(γ)是碳在γ-Fe中的固溶体,一般只在高温下存在2)化合物(Fe3C)化合物主要是Fe3C,称为渗碳体其性能特点是脆而硬渗碳体是碳钢中的主要强化组分3)机械混合物机械混合物是指在一定含碳量下,铁碳合金的基本组织保持各自原有晶格和性质,以不同比例组合形成的聚合体有珠光体和莱氏体两种
①珠光体(P)是铁素体和渗碳体组成的机械混合物
②莱氏体(L)当温度高于723℃时,莱氏体是奥氏体与渗碳体的机械混合物;温度低于723℃时,莱氏体是以渗碳体为基体的珠光体与渗碳体的机械混合物
(4)钢的基本晶体组织与钢材性能的关系1)铁碳合金相图的概念铁碳合金相图,又称铁碳合金平衡图,是表示不同含碳量的铁碳合金处于平衡状态时在不同温度下晶体组织变化的一种图示,用于研究各晶体组织随温度和含碳量变化的规律Fe-Fe3C的合金相图如图
6.12所示2)钢的基本晶体组织与钢材性能的关系钢的常温基本晶体组织有铁素体、渗碳体和珠光体
6.
3.2钢的化学成分及其对钢材性能的影响
(1)碳(C)
(2)磷(P)
(3)硫(S)
(4)氧(O)
(5)氮(N)
(6)氢(H)
(7)锰(Mn)
(8)硅(Si)
(9)钛(Ti)
(10)钒(V)
6.
3.3钢材的结构钢材属于晶体结构,其宏观力学性能基本上是晶体力学性能的表现钢材是各向同性材料钢材晶体中存在很多的缺陷,如点缺陷——空位、间隙原子;线缺陷——刃型位错;晶粒间的面缺陷——晶界如图
6.15所示
6.4钢材的冷加工和热处理
6.
4.1冷加工强化与时效处理冷加工是指在再结晶温度下(一般为常温)进行的机械加工,包括冷拉、冷拔、冷扭、冷轧、刻痕等方式有些钢材,尤其是经过冷加工的钢材,在常温下放置时,随着时间的延长,会自发地呈现出强度、硬度提高,塑性、韧性逐渐降低的现象,称之为应变时效,简称时效钢筋冷拉时效时的应力应变过程如图
6.16所示冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成断面形状规则的钢筋,可提高强度以及其与混凝土的握裹力
6.
4.2热处理℃热处理有下列几种基本形式,如图
6.18所示图
6.18热处理工艺示意图退火、正火、淬火、回火、调质
6.5建筑用钢及钢材的标准和选用
6.
5.1建筑用钢(1)碳素结构钢1)牌号碳素结构钢按其化学成分和力学性能(屈服点)划分为Q
195、Q
215、Q
235、Q
255、Q275等5个牌号按屈服点的大小分为
195、
215、
235、
255、2755个强度等级按硫、磷杂质含量由多到少分为A、B、C、D4个质量等级按脱氧程度分为沸腾钢(F)、半镇静钢(b)、镇静钢(Z)、特殊镇静钢(TZ)2)技术要求
①化学成分化学成分应符合表
6.1的规定
②力学性能拉伸和冲击试验数据应符合表
6.2的规定;冷弯试验应符合表
6.3的规定
③脱氧程度不同牌号、不同质量等级的碳素结构钢均规定了相应的脱氧方法
④冶炼方法由氧气转炉、平炉或电炉冶炼3)性能及应用工程中主要应用的是Q235号钢
(2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢分类如下
①按冶金质量等级分优质钢,高级优质钢A,特级优质钢E
②按使用方法分压力加工用钢UP,热压力加工用钢UHP,顶锻用钢UF,冷拔坯料用钢UCD,切削加工用钢UC
(3)低合金高强度结构钢1)牌号表示方法2)技术性能与应用低合金高强度结构钢的化学成分和力学性能应符合表
6.4和表
6.5的规定
(4)钢的选用选用钢材时,要根据结构的重要性、受荷情况(动荷载、静荷载)、连接方式(焊接或非焊接)及使用时的温度条件等,综合考虑钢材的牌号、质量等级、脱氧方法加以选择
6.
5.2钢结构用钢材钢结构用钢材主要是热轧成型的钢板和型钢等;
(1)热轧型钢1)角钢2)L型钢3)工字钢4)槽钢5)H型钢
(2)冷弯薄壁型钢1)结构用冷弯空心型钢2)通用冷弯开口型钢
(3)钢管钢结构中常用热轧无缝钢管(GB8162-87)和焊缝钢管
(4)板材1)钢板2)花纹钢板3压型钢板4)彩色涂层钢板
(5)棒材1)热轧六角钢和热轧八角钢2)扁钢3)圆钢和方钢
6.
5.3钢筋混凝土结构用钢材
(1)热轧钢筋热轧钢筋按其表面形状分为光圆钢筋和带肋钢筋1)钢筋混凝土用热轧直条光圆钢筋2)低碳钢热轧盘条光圆钢筋3)钢筋混凝土用热轧带肋钢筋
(2)热处理钢筋1)余热处理钢筋2)预应力混凝土用热处理钢筋AD
(3)冷加工钢筋1)冷轧带肋钢筋2)冷拉钢筋3)冷拔低碳钢丝
(4)预应力混凝土用钢丝
(5)预应力混凝土用钢绞线钢绞线具有强度高、柔韧性好、无接头、与混凝土粘结性能好、易于锚固等优点,使用时按要求的长度切割主要用作重荷载、大跨度的后张法预应力屋架、桥梁、薄腹梁等结构的预应力钢筋
(6)混凝土用钢纤维
(7)钢筋的选用
6.6钢材的防护
6.
6.1钢材的锈蚀与防止
(1)钢材的锈蚀1)化学锈蚀(干锈蚀)2)电化学锈蚀(湿锈蚀)
(2)钢材的防锈目前防锈方法有1)合金化2)金属覆盖3)非金属覆盖4)阴极保护
(3)混凝土用钢筋的防锈一般混凝土配筋的防锈措施是保证混凝土的密实度以及钢筋外侧混凝土保护层的厚度,限制氯盐外加剂的掺量或使用防锈剂,采用环氧树脂涂层钢筋或镀锌钢筋等
6.
6.2钢材的防火防火方法以包覆法为主,即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂浆将钢构件包裹起来第7章墙体材料
7.1墙体材料概述用来砌筑、拼装或用其它方法构成承重或非承重墙体的材料称为墙体材料墙体在房屋中起承重、隔断及围护作用
7.
1.1墙体材料革新的意义
7.
1.2绿色墙体材料绿色墙体材料首先应具有一般绿色材料的特征墙体材料还应同时具备如下特点
①节约土地
②节约资源
③节约能源
④保护环境
⑤多功能化
⑥可再生利用
7.2砖根据《砖和砌块名词术语》(GB5348-85),砌筑用长度<365mm,宽度≤240mm,高度≤115mm的人造小型块材,称为砖制砖工艺有两类一类通过烧结工艺获得,称为烧结砖;一类通过蒸养(压)方法获得,称为蒸养(压)砖
7.
2.1烧结砖的原料及生产简介
(1)烧结砖原料烧结砖的原料以粘土为主,还有页岩及粉煤灰、煤矸石和炉渣等工业废渣
(2)烧结砖生产简介烧结普通砖、粘土空心砖生产工艺流程为采土配料调制制坯干燥焙烧成品
7.
2.2烧结普通砖是指以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料经焙烧而成的普通砖
(1)主要技术性质烧结普通砖产品的技术要求,应符合《烧结普通砖》(GB5101-1998)的规定1)规格2)质量等级3)抗风化性能4)泛霜5)石灰爆裂
(2)应用烧结普通砖被大量用作墙体材料,以及用来砌筑柱、拱、窑炉、烟囱、沟道及基础等
7.
2.3烧结空心砖
(1)烧结多孔砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料,经焙烧而成的主要用于承重部位的多孔砖,也叫竖孔空心砖
(2)非承重烧结空心砖和空心砌块是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料,经焙烧而成的主要用于建筑物非承重部位的空心砖和空心砌块,前者也称为水平孔空心砖产品的形状如图
7.2所示
(4)应用空心砖的社会经济效益1)节能2)节土3)减少运输费用4)减轻结构自重 5)增大使用面积6)提高砌筑效率,节省砂浆用量
7.
2.4非粘土砖非粘土砖是指采用粘土以外的原料,如水泥、天然砂石、石灰以及粉煤灰、煤矸石、页岩、煤渣等工业废渣生产的砌墙砖
(1)混凝土多孔砖 混凝土多孔砖是以水泥为胶结材料,砂、石等为主要骨料,加水搅拌、成型、养护制成的一种多排小孔混凝土砖1)技术要求2)主要特点
①主块型尺寸(240mm×115mm×90mm)与目前应用时间较长、应用量较大的KP1型粘土多孔砖一致,既符合我国建筑设计模数要求,又与常规施工方式相一致,在设计和施工中更利于推广应用
②原材料较丰富,生产技术相对简单,生产线投资成本不大
③表观密度、热工性能等物理力学性能达到或高于粘土多孔砖,抗剪强度较高
④较之粘土多孔砖外观尺寸规整,砌体平整度好,灰缝饱满,现场破损率低
⑤块体尺寸较砌块小,半封底孔型,有利于控制墙体裂缝,减少砌体收缩
(2)蒸压灰砂砖是以石灰、砂为主要原材料,经坯料制备、压制成型、蒸压养护而制成的实心砖和孔洞率大于15%的空心砖技术指标参见《蒸压灰砂砖》(CB11945-1999)与《蒸压灰砂空心砖》(JC/T637-1996)1)蒸压灰砂实心砖2)蒸压灰砂空心砖
(3)粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料,掺加适量石膏和骨料经坯料制备、压制成型、高压或常压蒸汽养护而成的实心粉煤灰砖
7.3建筑砌块建筑砌块是指砌筑墙体的人造块材,外形多为直角六面体,也有各种异型的按用途可分为承重砌块和非承重砌块等
7.
3.1混凝土小型空心砌块混凝土小型空心砌块,是采用干硬性混凝土经机械振动成型的非配筋块状预制混凝土制品
7.
3.2轻骨料混凝土小型空心砌块是指用水泥等胶凝材料与轻骨料配制的轻骨料混凝土生产的小型空心砌块轻质骨料小砌块具有以下优点
①生产工艺较简单,投资少,机械化程度高,劳动生产率高
②可以充分利用地方资源及大量工业废渣,节能节土
③适用于各类建筑物,使用灵活,用途广泛
④综合经济效益好
7.
3.3蒸压加气混凝土砌块蒸压加气混凝土砌块简称加气块是以砂、粉煤灰等硅质材料和水泥、石灰等钙质材料为主要原料,掺入加气剂等辅助材料,与水混合,经搅拌、浇注、发气、成型、切割、蒸养等工艺制成的多孔结构的建筑砌块 加气混凝土的优点和技术经济效益分析如下
①质轻可减少房屋地基费用,节省运费;在同样地震烈度作用下,水平地震作用标准值也减少1/2
②保温隔热性能好
③耐热耐火性能好
④节能利废
⑤可加工性好
⑥劳动生产率比粘土砖和混凝土砌块都高加气混凝土的主要缺点是收缩大、弹性模量低、怕冻害,故不适合下列场合使用温度大于80℃的环境;有酸、碱危害的环境;长期潮湿的环境特别是严寒地区应注意冻害
7.4墙板墙板包括轻质板材及轻质复合板,主要用于框架轻板建筑体系
7.
4.1石膏板系列
(1)石膏板作为墙体的优点1)节能三大胶凝材料的生产能耗比为,水泥∶石灰∶石膏=4∶3∶12)质轻体薄而强度满足要求3)防火性能好4)隔音、隔热性能好5尺寸稳定、收缩小6可调节室内湿度7加工、装饰性好
(2)纸面石膏板
(3)石膏空心条板
(4)石膏保温板
7.
4.2玻璃纤维增强水泥(简称GRC)轻质多孔隔墙条板是以耐碱玻璃纤维与低碱度水泥为主要原料预制的非承重轻质多孔内隔墙条板GRC板适用于非承重的墙体部位
7.
4.3蒸压加气混凝土板蒸压加气混凝土板具有自重轻、绝热性好、隔声吸音等特性同时条板还有较好的耐火性与一定的承载能力,可用作内墙板、外墙板、屋面板与楼板
7.
4.5复合墙板
(1)钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板
(2)GRC夹芯复合墙板
(3)金属面夹芯板
7.
4.6复合保温墙体外墙保温节能体系中,根据保温材料所处的相对位置不同,有内保温复合墙体、夹芯保温复合墙体和外保温复合墙体之分
(1)外墙内保温墙体1)保温结构层基本构造结构层构造立面如图
7.5所示2)安装工艺流程材料准备→基层墙体处理→粘贴防水保温踢脚板→粘贴聚苯板→抹底层粉刷石膏→埋入玻纤网格布→抹面层粉刷石膏→门窗口护角→满刮腻子→验收
(2)外墙夹芯保温墙体
7.6为夹芯保温墙的基本构造形式,其外侧墙体采用饰面砖,内侧墙体采用承重的混凝土空心砌块
(3)外墙外保温饰面体系1)专威特外墙外保温饰面体系的基本构造主要由粘结层、绝热层、增强层(或称保护层)与饰面层四部分组成,该体系与基层墙体是在现场进行复合的墙体系统的三种主要构造如图
7.7所示2)施工方法施工工艺如下 基层墙体处理→粘贴聚苯板→敷设网格布→特殊部位处理→装饰件安装→面层涂料施工
(4)三种外墙保温体系的技术性能比较如表
7.9所列第8章木材木材是天然的有机材料,与其它常用材料相比,具有的优点为
①比强度大具有轻质高强的特点
②弹性韧性好
③对热、声、电的绝缘性好
④在适当的保养条件下,有较好的耐久性
⑤装饰性好
⑥加工性好另外木材是绿色环保的材料,无毒性,木材的弹性、绝热性和暖色调的结合,给人以温暖和亲切感但是受到木材自然属性的限制,木材有不少的缺点,表现为
①构造不均匀,呈各向异性;
②湿胀干缩大,处理不当易翘曲和开裂;
③天然缺陷较多,如木节、弯曲等,降低了材质和利用率;
④耐火性差,易着火燃烧;
⑤使用不当,易腐朽、虫蛀
8.1木材的分类和构造
8.
1.1木材的分类木材产自木本植物中的乔木,主要包括针叶树和阔叶树两大类
(1)针叶树材
(2)阔叶树材
8.
1.2木材的构造木材的构造是决定木材性质的主要因素,由于树种和树木生长环境不同,构造差异颇大,因而性质也不同木材的构造分为宏观构造和微观构造
(1)木材的宏观构造
(2)木材的细观构造
8.
1.3木材的化学成分木材的化学成分可归纳为构成细胞壁的主要化学组成;存在于细胞壁和细胞腔中的少量有机可提取物;含量极少的无机物细胞壁的主要化学组成是纤维素(约50%)、半纤维素(约24%)和木质素(约25%).木材中的有机可提取物一般有树脂(松脂)、树胶(黏液)、单宁(鞣料)、精油(樟脑油),生物碱(可作药用)、蜡、色素、糖和淀粉等
8.2木材的物理力学性质
8.
2.1木材的物理性质
(1)木材的基本物理性质
(2)木材的含水率
(3)木材的湿胀干缩
8.
2.2木材的力学性质木材按受力状态分为抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度木材各强度的特征及应用如表
8.1所示影响木材强度的主要因素如下
(1)含水率
(2)环境温度
(3)荷载作用时间
(4)疵病
8.3木材的防腐与防火
8.
3.1木材的腐朽与防腐
(1)木材的腐朽
(2)木材的防腐与防蛀1)干燥2)涂料覆盖3)化学处理
8.
3.2木材的防火木材防火处理的方法有1)表面处理法2)溶液浸注法
8.4木材的综合利用
8.
4.1人造板
(1)薄木贴面板
(2)胶合板
(3)纤维板
(4)刨花板、木丝板和木屑板
(5)细木工板
8.
4.2木质地板
(1)条木地板
(2)拼花地板
(3)深加工木质地板1)实木UV淋漆地板2)实木复合地板3)强化木地板第9章防水材料及沥青混合料防水材料品种繁多,按其基本成分,可分为按其形状和用途,防水材料又可分为新型防水材料总的发展趋势是1向橡胶基和树脂基防水材料或高聚物改性沥青系列发展;2油毡的胎体由纸胎向化纤胎方面发展;3密封材料和防水涂料由低塑性产品向高弹性、高耐久性产品的方向发展;4防水层的构造亦由多层向单层防水发展;5施工方法则由热熔法向冷黏贴法发展通常将防水涂料、防水卷材、密封材料等称作柔性防水材料,而将掺有防水剂等的防水混凝土、防水砂浆称作刚性防水材料
9.1石油沥青与煤沥青
9.
1.1石油沥青石油沥青是石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油后的残留物,再经加工而得的产品,颜色为褐色或黑褐色
(1)石油沥青的组分1)油分2)树脂3)地沥青质
(2)石油沥青的胶体结构
(3)石油沥青的技术性质1防水性2)黏滞性3塑性4温度敏感性5大气稳定性
(4)石油沥青的技术标准及选用1石油沥青的技术标准表
9.
1、表
9.2列出了各品种石油沥青的技术标准2石油沥青的选用选用沥青材料时,应根据工程性质道路、房屋、防腐等及当地气候条件,所处工程部位屋面或地下等来选用不同品种和牌号的沥青3石油沥青的掺配与稀释当不能获得合适牌号的沥青时,可采用两种牌号的石油沥青掺配使用,但不能与煤沥青掺配使用两种石油沥青的掺配比例可用(
9.1)(
9.1)式估算(
9.1)(
9.2)式中Q1——较软石油沥青用量,%;Q2——较硬石油沥青用量,%;T——掺配后的石油沥青软化点,℃T1——较软石油沥青软化点,℃;T2——较硬石油沥青软化点,℃以估算的掺配比例和其邻近的比例±5%~±10%进行试配将沥青混合熬制均匀,测定其软化点,然后绘制掺配比例——软化点关系曲线,即可从曲线上确定所要求的掺配比例,也可采用针入度指标按上述办法估算及试配
9.
1.2煤沥青煤沥青是生产焦炭和煤气的副产物烟煤在干馏过程中的挥发物质,经冷凝而成黑色黏性液体称为煤焦油,再经分馏加工提取轻油、中油、重油及蒽油之后所得残渣即为煤沥青煤沥青的主要组分为油分、脂胶、游离碳等还含有少量酸、碱物质,与石油沥青相比,煤沥青的性能特点如下
(1)温度敏感性较大
(2)大气稳定性较差
(3)塑性较差
(4)因为含表面活性物质较多,所以与矿料表面黏附力较强
(5)防腐性好
9.2防水卷材防水卷材是一种可卷曲的片状防水材料,是土木工程防水材料的重要品种之一根据其主要防水组成材料可分为沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三大类
9.
2.1防水卷材的基本性能要求防水卷材必须具备以下性能,才能满足防水工程的要求1耐水性2温度稳定性3强度、抗断裂性及延伸性4柔韧性5大气稳定性
9.
2.2沥青防水卷材沥青防水卷材是用纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青,表面撒布粉状、粒状或片状材料制成的可卷曲的片状防水材料常用沥青卷材特点及实用范围如表
9.3所示
9.
2.3高聚物改性沥青防水卷材
(1)弹性体改性沥青防水卷材(SBS卷材)
(2)塑性体改性沥青防水卷材(APP卷材)
9.
2.4合成高分子防水卷材
(1)三元乙丙EPDM橡胶防水片卷材
(2)聚氯乙烯PVC防水卷材
(3)氯磺化聚乙烯防水卷材
9.3防水涂料防水涂料是一种流态或半流态物质,涂布在基层表面,固化成膜后形成有一定厚度和弹性的连续薄膜,使基层表面与水隔绝,起到防水、防潮作用
9.
3.1防水涂料的基本性能要求防水涂料的品种不同,其性能也各不相同但无论何种防水涂料要满足防水工程的要求,必须具备以下基本性能1固体含量2耐热度3柔性4不透水性5延伸性
9.
3.2常用防水涂料
(1)沥青基防水涂料1冷底子油2)沥青胶3石灰乳化沥青4膨润土沥青乳液2高聚物改性沥青防水涂料1再生橡胶改性沥青防水涂料2氯丁橡胶改性沥青防水涂料3SBS改性沥青防水涂料2)合成高分子防水涂料
①聚氨酯防水涂料
②硅橡胶防水涂料
③丙烯酸酯防水涂料
9.4密封材料在土木工程中,为了保证建筑物的水密性和气密性,在建筑物构件的接台部位及接缝伸缩缝、施工缝、变形缝处,需填充具有一定弹性、黏结性及密封性的材料,即建筑密封材料密封材料分为定形和不定形两种
9.
4.1密封材料的基本性能要求为了保证防水密封的效果,除了要求密封材料具有水密性和气密性之外,还应具有良好的黏结性,良好的耐高、低温性和耐老化性能以及一定的弹塑性和拉伸一压缩循环性能密封材料还应具有良好的施工性,具体体现在以下三个方面1挤出性2抗下垂性3自流平性4密封膏应有适当的固化速度
9.
4.2常用密封材料
(1)聚氨酯密封膏
(2)聚硫橡胶密封膏
(3)丙烯酸类密封膏
(4)有机硅橡胶{硅酮密封膏
(5)聚氯乙烯胶泥PVC胶泥
9.5沥青混合料沥青混合料是由矿料与沥青结合料拌和而成的混合料的总称沥青混合料中矿质混合料(简称矿料)起骨架作用,沥青与填料起胶结和填充作用
9.
5.1沥青混合料的组成结构及其对性能的影响
(1)沥青混合料的分类工程上最常用的沥青混合料有两类1)沥青混凝土混合料2)沥青碎石混合料沥青混合料的分类还可以从不同角度进行,下面介绍常用的几种分类方式1按胶结材料种类分按胶结料种类分为石油沥青混合料和煤沥青混合料2按施工温度分
①热拌热铺沥青混合料
②常温沥青混合料3按骨料级配类型分
①连续级配沥青混合料
②间断级配沥青混合料4接混合料密实度分
①密级配沥青混合料
②开级配沥青混合料
③半开级配沥青混合料5按骨料最大粒径分
①粗粒式沥青混合料
②中粒式沥青混合料
③细粒式沥青混合料
④砂粒式沥青混合料
(2)沥青混合料组成材料及结构1组成材料沥青混合料的组成材料有沥青、粗骨料、细骨料和填料2组成结构沥青混合料的组成结构有以下三类
①悬浮一密实结构,其组成结构如图
9.2a所示
②骨架一空隙结构,如图
9.2b所示
③密实一骨架结构,如图
9.2c所示
(3)沥青混合料强度的影响因素1)影响沥青混合料内摩擦角的因素
①矿质骨料对内摩擦角的影响
②沥青含量对内摩擦角的影响 2)影响沥青混合料黏聚力的因素
①沥青材料的黏结性对黏聚力的影响
②矿料颗粒间的联结形式对黏聚力的影响
9.
5.2沥青混合料的技术性质
(1)高温稳定性
(2)低温抗裂性
(3)耐久性
(4)抗滑性
(5)施工和易性
9.
5.3热拌沥青混合料的配合比设计
(1)沥青混合料组成材料的技术要求
(2)热拌沥青混合料配合比设计步骤高速公路、一级公路沥青混合料的配合比设计应在调查以往同类材料的配合比设计经验和和使用效果的基础上,按以下步骤进行1目标配合比设计阶段2生产配合比设计阶段3生产配合比验证阶段4确定施工级配允许波动范围
(3)沥青混合料目标配合比设计方法1)矿质混合料的配合组成设计按下列步骤进行
①确定沥青混合料类型
②确定矿质混合料的级配范围
③矿质混合料配合比例计算2确定沥青混合料的最佳沥青用量该法确定沥青最佳用量步骤如下1制备试件2测定物理指标
③测定力学指标
④马歇尔实验结果分析
⑤水稳定性检验
⑥抗车辙能力检验如不符合上述要求,应对矿料级配或沥青用量进行调整,重新进行配合比设计,经反复调整及综合以上试验结果,并参考以往工程实践经验,综合决定矿料级配和最佳沥青用量第10章其他功能材料
10.1建筑保温、隔热材料
10.
1.1保温、隔热材料概况使用建筑保温、隔热材料一方面可改善居住舒适程度,另一方面可以节能,具有重要意义常用导热系数λ描述材料的保温、隔热性能,导热系数越小,保温、隔热性能越好,绝大多数土木工程材料的导热系数介于
0.023~
3.44W·(m·k)-1之间,通常把λ值不大于
0.23W·(m·k)-1的材料称为保温隔热材料
10.
1.2常见保温隔热材料1无机保温隔热材料1散粒状保温隔热材料
①膨胀蛭石
②膨胀珍珠岩2纤维质保温隔热材料
①石棉及其制品
②岩棉
③矿渣棉
④玻璃纤维3多孔保温隔热材料
①加气混凝土
②泡沫混凝土
③泡沫玻璃2有机保温、隔热材料1泡沫塑料
①聚苯乙烯泡沫塑料
②聚氨酯泡沫塑料2)碳化软木板3)纤维板
(3)建筑保温隔热材料选用原则1屋面保温隔热材料
①膨胀珍珠岩粉刷灰浆
②膨胀蛭石灰浆
③现浇水泥珍珠岩保温隔热层
④现浇水泥蛭石保温隔热层2墙体保温隔热材料
①如外墙是空心墙或混凝土空心制品,则可将保温隔热材料填在墙体的空腔内,此时宜采用散粒材料,如粒状矿渣棉、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等
②可以对外墙不做一般的抹灰,而以膨胀珍珠岩水泥保温砂浆抹面
③在外墙内侧也不做一般抹灰,用石膏板取代并与砌体形成40μm厚的空气层
④外墙板采用复合新型墙板或复合墙体构造形式
10.2建筑光学材料
10.
2.1玻璃的概述1玻璃生产简介玻璃是无定型非结晶体,为均质的各向同性材料玻璃是以石英砂(SiO2)、纯碱(NaCO3)、长石(R2O·Al2O3·6SiO2)式中R2O指Na2O或K2O、石灰石(CaCO3)等为主要原料,在1550~1600℃高温下熔融,成型并经急冷而制成的固体材料建筑玻璃的制造方法主要有垂直引上法、平控法、浮法等2玻璃的基本性质1玻璃密度2玻璃的力学性质3玻璃的热性质4玻璃的光学性质5化学稳定性
10.
2.2建筑玻璃的品种及其特性
(1)平板玻璃1普通平板玻璃2磨光玻璃3毛玻璃4压花玻璃
(2)饰面玻璃1)釉面玻璃2)彩色玻璃3)镭射玻璃4)水晶玻璃5)艺术玻璃
(3)安全玻璃1)钢化玻璃2)夹丝玻璃3)夹层玻璃
(4)热功能玻璃1)吸热玻璃2)热反射玻璃3)中空玻璃4电热玻璃
10.3建筑防火材料
10.
3.1概论耐火极限是指在标准耐火试验条件下,建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起,到失去稳定性、完整性或隔热性时止的这段时间
10.
3.2建筑防火涂料防火涂料是指本身为不燃材料,使用于可燃性基材表面,用以降低材料表面燃烧特性、阻滞火灾迅速蔓延,或是使用于建筑构件上,用以提高构件的耐火极限的特种涂料常用防火涂料有
(1)钢结构用防火涂料1厚涂层钢结构防火隔热涂料2薄涂型钢结构膨胀防火涂料3超薄型钢结构膨胀防火涂料
(2)预应力混凝土楼板防火涂料主要品种有1106预应力混凝土楼板防火隔热涂料2SB—1(LG)防火涂料3CB膨胀防火涂料4饰面型防火涂料
10.
3.3建筑防火板材常用品种有1耐火纸面石膏板2纤维增强硅酸钙板3钢丝网架水泥夹芯板4纤维增强水泥平板(TK板)5滞燃性胶合板6难燃铝塑建筑板7防火吸音板
10.4建筑装饰材料
10.
4.1装饰材料概况装饰材料是指土建工程完成之后,对建筑物的室内空间和室外环境进行功能和美化处理而形成不同效果所需用的材料
10.
4.2建筑陶瓷1陶瓷基础知识简介凡以黏土、长石、石英为基本原料,经配料、制坯、干燥、焙烧而制成的成品,称为陶瓷制品陶瓷可分为陶器、炻器和瓷器三大类2常用建筑陶瓷制品1釉面砖2墙地砖3琉璃制品4卫生陶瓷
10.
4.3建筑石材石材按照材质的形成方式分为两大类,一类为天然石材,为自然力所形成;一类为人造石材,为人工所造就
(1)天然石材的基础知识
(2)常用天然石材1)花岗石2)大理石
(3)人造石材简介1)树脂型人造石材2)水泥型人造石材3)复合型人造石材4)烧结型人造石材
10.
4.4金属材料
(1)铝及铝合金的基础知识
(2)建筑铝合金制品1)铝合金门窗2)铝合金板3塑铝板4铝蜂窝复合材料5铝箔6)铝合金百叶窗帘、窗帘架(窗帘轨)7)铝合金金龙骨8)铝合金花格网
(3)建筑装饰用钢材制品1)普通不锈钢制品2)彩色不锈钢板3)彩色涂层钢板4)彩色涂层压型钢板5)轻钢龙骨6彩钢复合板
(4)铜及铜合金材料
10.
4.5建筑塑料1塑料基础知识简介2常用建筑塑料制品1塑料地面材料2塑料壁纸3塑料板
10.
4.6建筑涂料
(1)涂料的基础知识涂料是指能均匀涂敷于物理表面,能与物体表面黏结在一起,并能形成连续性涂膜,从而对物体起到保护或使物体具有某种特殊功能的材料
(2)建筑涂料的分类1按构成涂膜主要成膜物质的化学成分分为有机涂料、无机涂料、有机、无机复合涂料有机涂料又分为溶剂型涂料、水溶性涂料、乳胶涂料2按照主要成膜物质分类可将涂料分为聚乙烯醇系列建筑涂料、丙烯酸系列建筑涂料、氯化橡胶建筑涂料、聚氨酯建筑涂料和水玻璃及硅溶胶建筑涂料等3按建筑物的使用部位分类可将建筑涂料分为外墙涂料、内墙涂料、顶棚涂料、地面涂料和屋面防水涂料等4按建筑涂料的功能分类可将其分为装饰性涂料、防火涂料、保温涂料、防腐涂料、防水涂料、防霉涂料、防结露涂料等3常用涂料简介1内墙涂料2外墙涂料3地面涂料
10.5建筑声学材料
10.
5.1建筑声学材料基础知识根据能量守恒定律,单位时间内入射到构筑物上的总声能与反射声能、吸声声能以及透过构筑物的声能等参量之间存在(
10.1)关系=++(
10.1)透射声能与入射声能之比称为透射系数,记为;反射声能与入射声能之比为反射系数,记为;吸声声能与入射声能之比称为吸声系数,记为;即(
10.2)吸声系数是评定材料吸声性能好坏的主要指标
10.
5.2吸声材料及其构造
(1)多孔吸声材料
(2)柔性吸声材料
(3)帘幕吸声体
(4)悬挂空间吸声体
(5)薄板振动吸声结构
(6)穿孔板组合共振吸声结构
10.6胶粘剂胶粘剂是指具有良好的粘结性能,能把两物体牢固地胶连起来的一类物质广泛应用于建筑室内外装修工程中,如墙面、地面、吊顶工程的装修粘结,还常用于屋面防水、地下防水、管道工程、新旧混凝土的接缝以及金属构件及基础的修补等,还可用于生产各种新型建筑材料
10.
6.1胶粘剂的基本原理一般认为粘接力主要来源于以下几个方面
(1)机械粘接力
(2)物理吸附力
(3)化学键力
10.
6.2胶粘剂的基本要求为将材料牢固地粘接在一起,无论哪一种类的胶粘剂都必须具备以下基本要求
①室温下或加热、加溶剂、加水后易产生流动;
②具有良好的浸润性,可很好地浸润被粘材料的表面;
③在一定的温度、压力、时间等条件下,可通过物理和化学作用而固化,从而将被粘材料牢固地粘接为一个整体
④具有足够的粘接强度和较好的其它物理力学性质
10.
6.3胶粘剂的组成与分类
(1)胶粘剂的组成1)粘结料2)固化剂3)增韧剂4)填料5)稀释剂6)改性剂
(2)胶粘剂的分类1)按粘料的性质分胶粘剂按其所同粘料性质不同,可有如图
10.1所示分类图
10.1胶粘剂按所用粘料的性质分类2)按胶粘剂用途分
①结构型胶粘剂
②非结构型胶粘剂
③特种胶粘剂3)按固化条件分按固化条件分为室温固化胶粘剂、低温固化胶粘剂、高温固化胶粘剂、光敏固化胶粘剂、电子束固化胶粘剂等
10.
6.4常用胶粘剂
(1)热塑性树脂胶粘剂1)聚乙烯醇缩醛胶粘剂2)聚乙酸乙烯胶粘剂
(2)热固性树脂胶粘剂1)不饱和聚酯树脂胶粘剂2)环氧树脂胶粘剂
(3)合成橡胶胶粘剂1)氯丁橡胶粘剂2)丁腈橡胶胶粘剂黑色金属——钢、铁、不锈钢等有色金属——铅、铜等及其合金无机材料天然石材——砂、石及石材制品等烧土制品及熔融制品——砖、瓦、玻璃等胶凝材料——石灰、石膏、水泥、水玻璃等混凝土及硅酸盐制品——混凝土、砂浆及硅酸盐制品植物材料——木材、竹材等沥青材料——石油沥青、煤沥青、沥青制品等高分子材料——塑料、涂料、胶黏剂、合成橡胶、合成树脂等无机非金属材料与有机材料复合——玻璃纤维增强塑料、聚合物水泥混凝土、沥青混合料等金属材料与无机非金属材料复合——钢筋混凝土、钢纤维混凝土、夹丝玻璃等金属材料与有机材料复合——如轻质金属夹芯板天然胶粘剂动物胶鱼胶、骨胶、虫胶等植物胶淀粉、松香、阿拉伯树胶等热固性树脂胶粘剂环氧、酚醛、脲醛、有机硅、丙烯酸酯、聚酰亚胺等热塑性树脂胶粘剂聚醋酸乙烯酯、乙烯-醋酸乙烯酯等混合型胶粘剂酚醛—环氧、酚醛—丁晴、环氧—尼龙等有机胶粘剂胶粘剂合成胶粘剂磷酸盐型硅酸盐型硼酸盐型无机胶粘剂。