建造師一級(jí)水利水電講義之建筑材料應(yīng)用

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．閃長巖：吸水低，韌性高，耐久性勝過花崗巖。
 3．輝長巖：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，可用來砌墻、堤壩護(hù)坡，碎石可用來作混凝土骨料等。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)先選用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。
 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，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。
 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，無出廠證明者；存儲(chǔ)超過3個(gè)月（快硬水泥超過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。
 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。抗?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)材料的重量來表示；
 （2）以各項(xiàng)材料間的重量比來表示。
 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。l）、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《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)含量不得超過表1F411032－2的規(guī)定。
 3．砂、石料的檢驗(yàn)：應(yīng)按產(chǎn)地或料場、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
 根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB 1596―2005）的規(guī)定，用作混凝土摻合料的粉煤灰必須滿足表1F411032－3的技術(shù)要求。
 
 根據(jù)《水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范》（DL／T 5055―1996）的規(guī)定，粉煤灰取代水泥的最大限量見表1F411032－4。