2017一建《水利工程》考點(diǎn)講解：建筑材料的應(yīng)用

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　　1F411032 熟悉建筑材料的應(yīng)用

　　一、筑壩用土石料

　　主要包括土壩(體)殼用土石料、防滲體用土石料、排水設(shè)施和砌石護(hù)坡用石料。

　　(一)土壩(體)殼用土石料

　　最常用于均質(zhì)土壩的土料是砂質(zhì)黏土和壤土，要求其應(yīng)具有一定的抗?jié)B性和強(qiáng)度，其滲透系數(shù)不宜大于1×10-4cm/s;粘料含量一般為10%～30%;有機(jī)質(zhì)含量(按重量計(jì))不大于5%;易溶鹽含量小于5%。

　　心墻壩和斜墻壩多用粒徑級(jí)配較好的中砂、粗砂、礫石、卵石及其他透水性較高、抗剪強(qiáng)度參數(shù)較大的混合料。

　　(二)防滲體用土石料

　　一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏質(zhì)土等材料。

　　(三)排水設(shè)施和砌石護(hù)坡用石料

　　可采用塊石，其飽和抗壓強(qiáng)度不小于40～50MPa，巖石孔隙率不大于3%，吸水率(按孔隙體積比計(jì)算)不大于0.8，重度應(yīng)大于22kN/m3。也可采用碎石、卵石，不宜使用風(fēng)化巖石。

　　(四)土工合成材料的應(yīng)用

　　根據(jù)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB

　　50290-98)規(guī)定，土工合成材料包括土工膜、土工織物、土工復(fù)合材料及土工特殊材料四大類。在水利水電工程中的應(yīng)用包括：

　　1.防滲。利用土工膜或復(fù)合土工膜防滲性強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)行土壩、堤防、池塘等工程的防滲。

　　2.反濾、排水。利用土工布透水性好、孔隙小的特點(diǎn)，作為土石壩、水閘、堤防、擋土墻等工程的排水和反濾體。

　　3.護(hù)岸護(hù)底工程。利用土工布做成軟體排鋪設(shè)在防沖的邊坡上，防止水流沖刷渠道和海岸等上岸坡。

　　4.防汛搶險(xiǎn)方面。利用填滿土石料的土工編織袋，快速加高加固堤壩，在迎水面上利用土工布制成的軟體卷材快速鋪設(shè)，及時(shí)堵住滲漏通道，有效控制管涌、流土，防止?jié)B透破壞。

　　二、建筑石材

　　巖石按形成條件的不同，分為火成巖(巖漿巖)、水成巖(沉積巖)及變質(zhì)巖三大類。水工建筑物對(duì)石料的要求是有較好的耐水性、抗凍性、耐久性。

　　(一)火成巖

　　1.花崗巖：具有較高的抗凍性，鑿平、磨光性也較好。多用于基礎(chǔ)、橋墩、堤壩、拱石、路面、海港結(jié)構(gòu)和基座等。

　　2.閃長(zhǎng)巖：吸水低，韌性高，耐久性勝過(guò)花崗巖。

　　3.輝長(zhǎng)巖：具有很高韌性及抗風(fēng)化性，是良好的水工建筑石料。

　　4.輝綠巖：多用于橋墩、基礎(chǔ)、路面及石灰、粉刷材料、原料等。

　　5.玄武巖：主要用作筑路材料、堤岸的護(hù)坡材料等。

　　(二)水成巖

　　1.石灰?guī)r：致密的石灰?guī)r加工成板狀，可用來(lái)砌墻、堤壩護(hù)坡，碎石可用來(lái)作混凝土骨料等。但由于它易溶于含有游離CO2較多的水中，因此當(dāng)用于水工建筑物時(shí)，應(yīng)考慮它的抗水性及耐凍性。

　　2.砂巖：多用于基礎(chǔ)、襯面和人行道等，但黏土砂巖遇水軟化，不能用于水中建筑物。

　　(三)變質(zhì)巖

　　1.片麻巖：用途與花崗巖基本相同，但因呈片狀而受到限制，可作成板材，用于渠道和堤岸襯砌等。

　　2.大理巖：用于地面、墻面、柱面、欄桿及電氣絕緣板等。

　　3.石英巖：均勻致密，耐久性很高，硬度大，開(kāi)采加工很困難。

　　三、水泥

　　(一)水泥的品種及主要性能

　　水泥是水硬性膠凝材料。常用的品種有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、硅酸鹽大壩水泥、快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥等。硅酸鹽水泥密度一般為3100～3200kg/m3。在0.080mm方孔篩上的篩余量不得超過(guò)12%，比表面積為2500～3500cm2 /g。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，一般在24%～30%之間。初凝時(shí)間不得早于45min，終凝時(shí)間不得遲于12h。

　　(二)水泥的適應(yīng)范圍

　　1.水位變化區(qū)域的外部混凝土、溢流面受水流沖刷部位的混凝土，應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽大壩水泥，避免采用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。

　　2.有抗凍要求的混凝土，應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽大壩水泥，并摻用加氣劑或塑化劑，以提高混凝土的抗凍性。當(dāng)環(huán)境水兼硫酸鹽侵蝕時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用抗硫

　　3.大體積建筑物內(nèi)部的混凝土，應(yīng)優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等，以適應(yīng)低熱性的要求。

　　4.位于水中和地下部位的混凝土，宜采用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。

　　(三)水泥檢驗(yàn)的要求

　　水泥應(yīng)有生產(chǎn)廠家的出廠質(zhì)量證明書(shū)，包括廠別、品種、強(qiáng)度等級(jí)、出廠日期、抗壓強(qiáng)度、安定性等代表該產(chǎn)品質(zhì)量的內(nèi)容，并應(yīng)補(bǔ)齊28d強(qiáng)度證明書(shū)。

　　有下列情況之一者，應(yīng)復(fù)試并按復(fù)試結(jié)果使用：用于承重結(jié)構(gòu)工程的水泥，無(wú)出廠證明者;存儲(chǔ)超過(guò)3個(gè)月(快硬水泥超過(guò)1個(gè)月);對(duì)水泥的廠別、品種、強(qiáng)度等級(jí)、出廠日期、抗壓強(qiáng)度、安定性不明或?qū)|(zhì)量有懷疑者;進(jìn)口水泥。

　　建筑材料的應(yīng)用(水泥砂漿、水泥混凝土)

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　　四、水泥砂漿

　　新拌砂漿的和易性是指其是否便于施工并保證質(zhì)量的綜合性質(zhì)。包括流動(dòng)性和保水性兩個(gè)方面。

　　(一)流動(dòng)性

　　常用沉入度表示。沉入度即標(biāo)準(zhǔn)圓錐體在砂漿中沉入的深度：沉入度大的砂漿，流動(dòng)性好。

　　(二)保水性

　　即保有水分的能力。保水性可用泌水率表示，即砂漿中泌出水分的質(zhì)量占拌合水總量的百分率。但工程上采用較多的是分層度這一指標(biāo)。所謂分層度通常用上下層砂漿沉入度的差值來(lái)表示。分層度大于2cm的砂漿易泌水，不宜使用，分層度接近于零的砂漿，雖保水性好，但因膠凝材料用量太多，容易發(fā)生干縮裂縫。故砂漿的分層度以1～2cm為宜。

　　五、水泥混凝土

　　混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)有：和易性、強(qiáng)度及耐久性。

　　(一)和易性

　　和易性是指在一定施工條件下，便于施工操作并能獲得質(zhì)量均勻、密實(shí)的混凝土性能。水泥混凝土拌合物的和易性包括流動(dòng)性、粘聚性、保水性三個(gè)方面。影響因素有水泥漿用量、水泥漿稀稠、砂率及水泥的品種，外加劑的摻入等。坍落度的大小反映了混凝土拌合物的和易性。

　　(二)混凝土的強(qiáng)度

　　混凝土的強(qiáng)度有抗壓、抗拉、抗彎及抗剪強(qiáng)度等，以抗壓強(qiáng)度最大，結(jié)構(gòu)中主要是利用混凝土的抗壓強(qiáng)度。

　　1.混凝土的抗壓強(qiáng)度

　　混凝土抗壓強(qiáng)度是把混凝土拌合物做成邊長(zhǎng)為15cm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(溫度20±3℃，相對(duì)濕度95%以上)下，養(yǎng)護(hù)到28d進(jìn)行測(cè)定的立方體標(biāo)準(zhǔn)值(以MPa計(jì))的大小。根據(jù)抗壓強(qiáng)度的大小將混凝土分為不同的強(qiáng)度等級(jí)如CIO、C15、C20、C25、C30、C40等。其影響因素有：施工方法及施工質(zhì)量、水泥強(qiáng)度及水灰比、骨料種類及級(jí)配、養(yǎng)護(hù)條件及齡期等。

　　2.混凝土的抗拉強(qiáng)度

　　混凝土的抗拉強(qiáng)度，一般約為抗壓強(qiáng)度的7%～t4%。有抗裂要求的結(jié)構(gòu)，除對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度有要求外，還需對(duì)抗拉強(qiáng)度提出要求?？估瓘?qiáng)度的測(cè)定方法有軸心抗拉試驗(yàn)法及劈裂試驗(yàn)法兩種。影響因素與影響抗壓強(qiáng)度的因素相同。

　　(三)混凝土的耐久性

　　混凝土的耐久性包括抗?jié)B性、抗凍性、抗沖磨性、抗侵蝕性等。

　　1.抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透作用而不破壞的能力?？?jié)B等級(jí)分為：W2、W4、W6、W8、W10等。

　　2.抗凍性是指混凝土在飽和狀態(tài)下，經(jīng)多次凍融循環(huán)作用而不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性能?？箖龅燃?jí)分為：F50、FlO0、F150、F200、F250及F300等。

　　3.抗沖磨性是指混凝土抵抗高速含砂水流沖刷破壞的能力。

　　4.抗侵蝕性是指混凝土抵抗環(huán)境水侵蝕的能力。

　　(四)分區(qū)混凝土要求

　　1.上、下游最高水位以上壩體表層混凝土：主要考慮抗凍因素，在寒冷地區(qū)多采用厚2～3m的抗凍混凝土。

　　2.上、下游水位變化區(qū)的壩體表層混凝土：主要考慮抗凍、抗裂因素，多采用厚3～5m的抗?jié)B、抗凍并具有抗侵蝕性的混凝土。

　　3.上、下游最低水位以下壩體表層混凝土：主要考慮強(qiáng)度、抗?jié)B、抗裂因素，多采用厚2～3m的抗?jié)B混凝土。

　　4.壩體內(nèi)部混凝土：主要考慮低熱、抗裂因素。

　　5.溢流壩、泄水孔、導(dǎo)墻和閘墩等抗沖刷部位的混凝土：主要考慮強(qiáng)度、抗凍、抗沖刷、抗侵蝕因素。

　　(五)混凝土的配合比

　　混凝土配合比是指混凝土中水泥、水、砂及石子材料用量之間的比例關(guān)系。常采用的方法有：

　　(1)以每立方米混凝土中各項(xiàng)材料的重量來(lái)表示;

　　(2)以各項(xiàng)材料間的重量比來(lái)表示。

　　混凝土配合比的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上就是確定四種材料用量之間的三個(gè)對(duì)比關(guān)系：水灰比、砂率、漿骨比。水灰比表示水泥與水用量之間的對(duì)比關(guān)系;砂率表示砂與石子用量之間的對(duì)比關(guān)系;漿骨比是用單位體積混凝土用水量表示，是表示水泥漿與骨料用量之間的對(duì)比關(guān)系。

　　(六)骨料

　　骨料必須堅(jiān)硬、致密、耐久、無(wú)裂隙。

　　1.混凝土的細(xì)骨料：粒徑在0。16～5mm之間的骨料。按形成條件分為天然砂、人工砂;按細(xì)度模數(shù)F·M分為粗砂(F·M=3.7～3.1)、中砂(F·M=3.0～2.3)、細(xì)砂(F·M=2.2～1.6)、特細(xì)砂(F·M=1.5～0.7)。骨料中雜質(zhì)含量不超過(guò)《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5144一⒛01)的規(guī)定，如表1F411032-1所示。

　　2.混凝土的粗骨料：粒徑大于5mm的骨料。普通混凝土常用卵石和碎石作粗骨料。水工混凝土所用的粗骨料一般分為特大石(150～80mm或120～80mm)、大石(80～40mm)、中石(40～20mm)、小石(20～5mm)四級(jí)。粗骨料中雜質(zhì)含量不得超過(guò)表1F411032-2的規(guī)定。

　　3.砂、石料的檢驗(yàn)：應(yīng)按產(chǎn)地或料場(chǎng)、品種、規(guī)格、批量取樣進(jìn)行檢驗(yàn)。不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的原材料，采用技術(shù)處理措施使用時(shí)，應(yīng)有審批手續(xù)。

　　(七)混凝土的外加劑

　　為了提高混凝土的性能、節(jié)約水泥、加快施工進(jìn)度、降低工程造價(jià)，常在混凝土內(nèi)加入少量的外加劑。根據(jù)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB 50119—2003)，外加劑按其主要功能可分為四類：

　　l.改善混凝土拌合物流變性能的外加劑。包括減水劑、引氣劑、泵送劑等。

　　2.調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間、硬化性能的外加劑。包括速凝劑、早強(qiáng)劑、緩凝劑。

　　3.改善混凝土耐久性的外加劑。包括引氣劑、防水劑等。

　　4.改善混凝土其他性能的外加劑。包括膨脹劑、防凍劑、防水劑和泵送劑等。

　　(八)粉煤灰

　　六、建筑鋼材

　　鋼材在建筑結(jié)構(gòu)中主要是承受拉力、壓力、彎曲、沖擊等外力作用，但是在施工中還經(jīng)常對(duì)鋼材進(jìn)行冷彎或焊接等加工工藝。其中建筑鋼材的力學(xué)性能主要有抗拉屈服強(qiáng)度、抗拉極限強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度和沖擊韌性等;工藝性能有可焊性及冷彎性能。

　　1.抗拉屈服強(qiáng)度：指鋼材在外力作用下開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力。

　　2.抗拉極限強(qiáng)度：指試件破壞前，應(yīng)力-應(yīng)變圖上的最大應(yīng)力。

　　3.伸長(zhǎng)率：指鋼材拉斷后，標(biāo)距長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量與原標(biāo)距長(zhǎng)的比值。

　　4.硬度：指材料抵抗另一更硬物體壓入其表面的能力。常用壓痕的深度或壓痕單位表面積上所受的壓力作為衡量指標(biāo)。

　　5.沖擊韌性：指材料抵抗沖擊荷載作用的能力。用沖斷試件時(shí)每單位面積上所消耗的功來(lái)表示。

　　6.可焊性：是用焊接的手段使焊頭能牢固可靠且硬脆性小的性能。

　　7.冷彎性能：指鋼材在常溫下承受靜力彎曲時(shí)所容許的變形能力。

　　建筑鋼材分為鋼結(jié)構(gòu)用鋼材和鋼筋混凝土用鋼筋及鋼絲。水工鋼結(jié)構(gòu)主要有鋼閘門(mén)及壓力鋼管等。建筑工程所用的鋼筋有熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、冷軋帶肋鋼筋及熱處理鋼筋四種。鋼絲主要有不同規(guī)格的預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線。

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