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【水工建筑物建筑材料应用】
一、建筑材料分类
1)建筑材料按其物理化学性质可分为无机材料(无机非金属材料、金属材料)、有机材料、复合材料三大类。
无机材料 | 无机非金属材料 | 无机胶凝材料 | 气硬性胶凝材料:石灰、石膏、水玻璃 |
水硬性胶凝材料:水泥 | |||
天然石料 | 同分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩 (水成岩)、变质岩三大类 | ||
烧土与熔融制品 | 如烧结砖、陶瓷、玻璃 | ||
金属材料 | 黑色金属 | 以铁元素为主要成分的金属及其合金材料,是钢和生铁的总称。 | |
有色金属糖心vlog | 指黑色金属材料以外的金属及其合金材料。 在水工建筑中常用的有色金属是铜、铜的合金及铝的合金。紫铜片是水工建筑中常用的止水材料 | ||
有机材料 | 沥青材料、植物材料和合成高分子材料 | ||
复合材料 | ①按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料 、非金属与非金属复合材料、非金属与有机材料复合材料、金属与有机材料复合材料; ②按其结构特点分为纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料、混杂复合材料。 |
2)按材料来源可分为天然建筑材料、人工建筑材料。
天热建筑材料 | 常用的土料、砂石料、石棉、木材、建筑石材等。 |
人工材料 | 石灰、水泥、沥青、金属材料、土工合成材料、高分子聚合物。 |
3)按其功能用途分类为结构材料、防水材料、胶凝材料、装饰材料、防护材料、隔热保温材料。
结构材料 | 混凝土、型钢、木材 |
防水材料 | 防水砂浆、防水混凝土、镀锌薄钢板、紫铜止水片、膨胀水泥防水混凝土、遇水膨胀橡胶嵌缝条 |
胶凝材料 | 石膏、石灰、水玻璃、水泥、混凝土 |
装饰材料 | 天然石材、建筑陶瓷制品、装饰玻璃制品、装饰砂浆、装饰水泥、塑料制品 |
防护材料 | 钢材覆面、码头护木 |
隔热保温材料 | 石棉纸、石棉板、矿渣棉、泡沫混凝土、泡沫玻璃、纤维板 |
二、应用条件
1、土石料
主要包括土坝(体 )壳用土石料、防渗体用土石料、排水设施和砌石护坡用石料
土坝(体 )壳用土石料 | 常用于均质土坝的土料是砂质黏土和壤土,要求其应具有一定的抗渗性和强度,其渗透系数不宜大于1 X10-4cm/s ; 黏料含量一般为10% 〜 30% ; 有机质含量(按重量计 )不大于5% , 易溶盐含量小于5%。 |
防渗体用土石料 | 一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏质土等材料。要求:抗渗性小。 |
排水设施和砌石护坡用石料 | 可采用块石,其饱和抗压强度不小于40〜 50MPa, 岩石孔隙率不大于3 % , 吸水率(按孔隙体积比计算)不大于 0.8,重度应大于22kN/m3。也可采用碎石、卵石,不宜使用风化岩石糖心。 |
抗渗性从大到小:黏性土>壤土>砂质土;透水性从大到小:砂质土>壤土>黏性土 |
心墙坝和斜墙坝多用粒径级配较好的中砂、粗砂、砾石、卵石及其他透水性较高,抗剪强度参数较大的混合料。
2、土工合成材料
土工合成材料包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特殊材料四大类。
应用于:
工程名称 | 材料选取 |
防渗工程 | ① 一般情况下宜采用土工膜或复合土工膜; ② 承受较高拉力时,宜采用加筋复合土工膜; ③ 地形复杂,土工膜焊接质量难以保证,要求隔渗层受损后易于自愈时,可采用土工合成材料膨润土防渗垫; ④ 道路工程可采用现场涂(喷 )沥青的薄膜土工织物 |
反滤、排水工程 | ①需要反滤功能时,可采用无纺土工织物,或兼顾其他需要采用有纺土工织物; ②需要排水功能时,可采用无纺土工织物;(平面排水) ③排水功能较大时,采用复合排水材料和结构(排水沟、排水管、软式排水管、缠绕式排水管、塑料排水带) |
防护工程 | 需要利用工程措施实现防冲、防浪、防冻、防震、固砂、险情抢护、防止盐渍化、防泥石流或需用轻质材料使结构减载等时,可选用相应的土工合成材料。 |
加筋土工程 | 土工合成材料可用作加筋材改善土体强度,提高土工结构物稳定性和地基承载力。 用作加筋材的土工合成材料按不同结构需要可分为:土工格栅、土工织物、土工带和土工格室等。 |
3、石材(知道谁属于谁就行)
水工建筑物对石料的要求是有较好的耐水性、抗冻性、耐久性。
1)火成岩(岩浆岩)
① 花岗岩:具有较高的抗冻性,凿平、磨光性也较好。质地均勻、坚固,颜色美观,是良好的建筑装饰材料。
② 闪长岩:吸水性低,韧性高,抗风化能力强,是良好的水工建筑材料。
③ 辉长岩:具有很高强度及抗风化性,是良好的水工建筑石料。
④ 辉绿岩:硬度中等,磨光性较好,多用于桥墩、基础、路面等。
⑤ 玄武岩:强度、耐久性高,脆性大不易成大块,主要用作筑路材料、堤岸坡材料等。
2)水成岩(沉积岩)
①石灰岩:致密的石灰岩加工成板状,可用来砌墙、堤坝护坡,碎石可用来作混凝土集料等。但由于它易溶于含有游离CO2较多的水中,因此当用于水工建筑物时,应考虑它的溶解性及抗冻性。
② 砂岩:多用于基础、衬面和人行道等,但黏土砂岩遇水软化,不能用于水中建筑物。
3)变质岩
① 片麻岩:用途与花岗岩基本相同,但因呈片状而受到限制,可做成板材,用于渠道和堤岸衬砌等。
② 大理岩:用于地面、墙面、柱面、栏杆及电气绝缘板等。
③ 石英岩:均匀致密,耐久性很高,硬度大,开采加工很困难
火成岩【岩浆岩】 | 花岗岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩 |
水成岩【沉积岩】 | 石灰岩、砂岩 |
变质岩 | 片麻岩、大理岩、石英岩 |
4、水泥
按矿物成分 | 硅酸盐系列、铝酸盐系列、硫铝酸盐系列、铁铝酸盐系列、氟铝酸盐系列 |
按用途和特性 | 通用水泥、专用水泥和特性水泥 |
1)通用水泥指六种硅酸盐水泥: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;
2)专用水泥是指有专门用途的水泥,如中、低热水泥,大坝水泥,道路水泥等;
3)特性水泥是指具有较为特殊性能的水泥,如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸
盐水泥、膨胀水泥等
4)水泥适用范围
部位 | 可用 | 不可用 |
水位变化区域的外部混凝土、溢流面受水流冲刷部位的混凝土 | 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥 | 火山灰质硅酸盐水泥 |
有抗冻要求 | 选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥 | |
环境水兼硫酸盐侵蚀 | 抗硫酸盐硅酸盐水泥 | |
大体积建筑物 | 先选用矿渣硅酸盐大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥【低热】 | |
于水中和地下部位 | 用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥 |
5)水泥应有生产厂家的出厂质量证明书(包括厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性等代表该产品质量的内容)以及 28d 强度证明书。
应复试并按复试结果使用的情形如下:
① 用于承重结构工程的水泥,无出厂证明者;
② 存储超过 3 个 月 (快硬水泥超过1个月);
③ 对水泥的厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性不明或对质量有怀疑者;
④ 进口水泥。
5、水泥砂浆
砂浆和易性技术指标包括流动性和保水性两个方面
流动性 | 沉入度表示;沉入度大的砂浆,流动性好; |
保水性 | 保水性可用泌水率表示;工程上采用较多的是分层度; |
6、水泥混凝土
1)水泥混凝土质量的主要技术指标有和易性(流动性、粘聚性、保水性)、强度、耐久性。
影响和易性的因素有水泥浆的用量、水泥浆的稠度、砂率、水泥的品种、水泥细度、外加剂的掺人、时间和温度等。
坍落度的大小反映了混凝土拌合物的和易性。
2)水泥混凝土的强度有抗压、抗拉、抗弯及抗剪强度等,以抗压强度最大,结构中主要是利用混凝土的抗压强度。(在标准养护条件(温度20±2℃,相对湿度95%上),养护到28d龄期)
影响水泥混凝土强度的因素有:施工方法及施工质量、水泥强度及水胶比、集料种类及级配、养护条件及龄期。
3)水泥混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀性、抗碳化性。
4)【重点】水工建筑物的不同部位工作条件不同,对混凝土的技术指标要求也不同,不同部位采用不同指标的混凝土,达到合理使用水泥的目的。其中:
I 区,上下游最高水位以上的表层,主要有抗冻性要求。
Ⅱ 区,上下游最高水位与最低水位之间的表层,除抗冻性要求外,还有强度、抗渗性、抗侵蚀性要求。
III区,上下游最低水位以下的表层,除对抗渗性、强度要求较高外,对低热、抗侵蚀性也有一定要求。
IV区,靠近坝基部位,对强度和低热要求较高。
V 区,坝体内部,通常采用低热、低强度混凝土。
VI区,有水流通过的部位,对抗冲磨性、抗侵蚀性和抗冻性要求高
5)混凝土配合比
①单位用量表示法:以每立方米混凝土中各项材料的的重量来表示;
②相对用量表示法:以各项材料间的重量比来表示;
水胶比表示水与水泥用量之间的对比关系;(水/胶凝材料,胶凝材料=水泥+粉煤灰)
砂率表示砂与石子用量之间的对比关系;(砂/(砂+石子))
浆骨比是用单位体积混凝土用水量表示,是表示水泥浆与集料用量之间的对比关系
6)集料【详见书】
①细集料:粒径在0.16~5mm的集料。
②粗集料:粒径大于5mm的集料。
施工中,宜将粗集料按粒径分成下列几种粒径组合:①当最大粒径为40mm 时,分成D20、D40两级。②当最大粒径为80mm时,分成D20、D40、D80三级。③当最大粒径为150(120)mm时,分成D20、D40、D80、D150四级。
7)外加剂
① 改善混凝土和易性的外加剂,包括减水剂、引气剂、栗送剂等。
② 调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂,包括速凝剂、早强剂、缓凝剂。
③ 改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂、阻锈剂、养护剂等。
④ 改善混凝土其他性能的外加剂,包括膨胀剂、防冻剂、防水剂和泵送剂
8)纤维混凝土
①钢纤维是由钢材切断、薄钢片切削、钢锭铣削或由熔钢抽取等方法制成的纤维。
钢纤维形状分平直形、异形(压痕形、波形、端钩形、大头形、不规则麻面形)
钢纤维的长度宜为 12〜 60mm、直径宜为 0.2〜 0.9mm、长径比宜为 30〜 80。
水工钢纤维混凝土可采用碳钢纤维、低合金钢纤维或不锈钢纤维等。
合成纤维的长度宜为3〜 65mm,直径宜为 5〜 100um。粗纤维的直径大于100um
②拌合
水工纤维混凝土宜采用强制式拌合机,一次拌合量不宜大于拌合设备额定搅拌量的80%。水工纤维混凝土的拌和宜先干拌后湿拌,必要时可分散布料。
水工纤维混凝土宜适当延长拌和时间。
③浇筑与养护
水工纤维混凝土的浇筑方式应保证纤维的分布均匀性和结构的连续性;
在规定连续浇筑区域内,浇筑施工不得中断,浇筑过程中不得加水。
采用泵送工艺时,宜选用功率较大的设备;采用喷射工艺时,应采用湿喷法。
对外观质量有要求的部位,宜对外露纤维进行处理。
④检验
a.原材料质量检验
用于同一工程的同品种、同规格钢纤维,应按 20t为一个检验批,不足20t 按一个检验批计。钢纤维抽检项目应包括:纤维外观、尺寸、抗拉强度、弯折性能和杂质含量。
用于同一工程的同品种、同规格合成纤维,应按每10t 为一个检验批,不 足10t 按一个检验批计。合成纤维抽检项目应包括:纤维外观、尺寸、断裂强度、初始模量、断裂伸长率和耐碱性能。
b.拌合物及浇筑质量检验
对各种原材料的配料称量、混凝土拌和时间进行检查、记录,每班次或每8h应不少于2次;
水工纤维混凝土拌合物的离析和泌水检验应在浇筑地点取样,每班次应不少于2 次;
水工纤维混凝土应进行纤维含量检验,应在浇筑地点取样,每班次或每 8h 检验 1 次;
c.混凝土质量检验
水工纤维混凝土质量检验以设计龄期抗压强度为主;
常态纤维混凝土以150mm立方体试件在标准养护条件下的抗压强度为准;
喷射纤维混凝土以从完成标养的大板试件切割加工而成的100mm立方体为准。
水工纤维混凝土试件取样以机口取样为主,每组混凝土试件应在同一储料斗或运输车厢内取样制作。
①对于结构混凝土,每100m³应取样 1 组混凝土进行28d 龄期抗压强度检验,每200m³应取样 1 组混凝土进行设计龄期抗压强度检验。
② 对于大体积混凝土,每 500m³应 取 样 1 组混凝土进行 28d 龄期抗压强度检验,每 1000m³应取样 1 组混凝土进行设计龄期抗压强度检验。
③ 对于喷射混凝土,每 50〜100m³或小于 50m³的独立工程,不得少于1组进行设计龄期抗压强度检验。
④ 每一浇筑块混凝土方量不足以上规定量时,也应取样成型1组混凝土试件用于抗压强度检验。
9)建筑钢材
①有物理屈服点的钢筋的屈服强度是钢筋强度的设计依据。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率、冷弯性能。
屈服强度、极限强度、伸长率、冷弯性能是有物理屈服点钢筋进行质量检验的四项主要指标,而对无物理屈服点的钢筋则只测定后三项。【如上图】
②钢材的力学性能主要有抗拉性能(抗拉屈服强度、抗拉极限强度、伸长率)、硬度和冲击韧性等;工艺性能有焊接性能、冷弯性。
③钢筋检验:具有出厂质量证明书或试验报告单,每 捆 (盘 )钢筋均应挂上标牌,标牌上应注有生产厂家、生产日期、牌号、产品批号、规格、尺寸等标记
到货钢筋应分批检查每批钢筋的外观质量,查看锈蚀程度及有无裂缝、结疤、麻坑、气泡、砸碰伤痕等,并应测量钢筋的直径。应分批进行检验,检验时以 60t 同一炉(批 )号、同一规格尺寸的钢筋为一批。
随机选取 2 根经外部质量检查和直径测量合格的钢筋,各截取一个抗拉试件和一个冷弯试件进行检验,不得在同一根钢筋上取两个或两个以上同用途的试件。钢筋取样时,钢筋端部要先截去500mm再取试样。
在拉力检验项目中,包括屈服点、抗拉强度和伸长率三个指标,如有一个指标不符合规定,即认为拉力检验项目不合格。冷弯试件弯曲后,不得有裂纹、剥落或断裂。
对钢号不明的钢筋 ,需经检验合格后方可使用。检验时抽取的试件不得少于6 组。
三、练习题
1、下列,属于水硬性胶凝材料的是( )
A、石灰 B、水玻璃 C、水泥 D、沥青
答案:C
2、岩浆岩包括( )
A、花岗岩 B、大理岩 C、石英岩 D、辉绿岩 E、玄武岩
答案:ADE
3、下列用于水泥工程施工的水泥,须按规定经过复试结果使用的有( )
A、进口水泥
B、存储2个月的普通水泥
C、存储2个月的快硬水泥
D、对质量有怀疑的水泥
E、用于承重结构工程且无出厂证明的水泥
答案:ACDE
4、反映水泥砂浆保水性的技术指标( )
A、沉入度 B、泌水度 C、分层度 D、塌落度
答案:C
5、水利工程中,钢绞线质量检验的主要指标( )。
A、含碳量
B、屈服强度
C、极限强度
D、伸长率
E、冷弯性能
答案:CDE
6、
7、粗集料的最大粒径,不应超过钢筋净间距的( )
A、1/4 B、1/2 C、2/5 D、2/3
答案:D
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-未完待续-