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                建筑材料理論

                第一章  建筑材料的基本性質

                  本章為全書重點內容,在討論性質之前,我們要求同學理解不同材料在結構物中的功用不同,所處的環境不同,對其性質的要求也不同。本章所討論的各種性質都是建筑材料經常要考慮的性質掌握或了解這些性質的概念(包括定義表示方法實用意義等)對以后討論各種材料意義重大。

                  建筑材料的性質可歸納為:物理性質,力學性質,化學性質,耐久性等

                第一節  材料的組成與結構

                一材料的組成

                材料的組成是決定材料性質的內在因素之一主要包括:化學組成和礦物組成

                二材料的結構

                材料的性質與材料內部的結構有密切的關系材料的結構主要分成:宏觀結構顯微結構 微觀結構

                第二節 材料的物理性質

                一表示材料物理狀態特征的性質

                1體積密度:材料在自然狀態下單位體積的質量稱為體積密度

                2密度:材料在絕對密實狀態下單位體積的質量稱為密度

                3堆積密度:散粒材料在規定裝填條件下單位體積的質量稱為堆積密度

                注意:密實狀態下的體積是指構成材料的固體物質本身的體積;自然狀態下的體積是指固體物質的體積與全部孔隙體積之和;堆積體積是指自然狀態下的體積與顆粒之間的空隙之和

                4表觀密度:材料的質量與表觀體積之比表觀體積是實體積加閉口孔隙體積,此體積即材料排開水的體積

                5孔隙率:材料中孔隙體積與材料在自然狀態下的體積之比的百分率

                6開口孔隙率:材料中能被水飽和(即被水所充滿)的孔隙體積與材料在自然狀態下的體積之比的百分率

                7閉口孔隙率:材料中閉口孔隙的體積與材料在自然狀態下的體積之比的百分率即閉口孔隙率=孔隙率-開口孔隙率

                8空隙率:散粒材料在自然堆積狀態下,其中的空隙體積與散粒材料在自然狀態下的體積之比的百分率

                二與各種物理過程有關的材料性質

                1親水性:當水與材料接觸時,材料分子與水分子之間的作用力(吸附力)大于水分子之間的作用力(內聚力),材料表面吸附水分,即被水潤濕,表現出親水性,這種材料稱為親水材料

                2憎水性:當水與材料接觸時,材料分子與水分子之間的作用力(吸附力)小于水分子之間的作用力(內聚力),材料表面不吸附水分,即不被水潤濕,表現出憎水性,這種材料稱為憎水材料

                3吸水性:材料吸收水分的能力稱為吸水性,用吸水率表示吸水率有兩種表示方法:質量吸水率  體積吸水率質量吸水率是材料在浸水飽和狀態下所吸收的水分的質量與材料在絕對干燥狀態下的質量之比體積吸水率是材料在浸水飽和狀態下所吸收的水分的體積與材料在自然狀態下的體積之比

                4含水率:材料在自然狀態下所含的水的質量與材料干重之比     

                   例題:已知某種建筑材料試樣的孔隙率為24%,此試樣在自然狀態下的體積為40立方厘米,質量為85.50克,吸水飽和后的質量為89.77克,烘干后的質量為82.30克試求該材料的密度表觀密度開口孔隙率閉口孔隙率含水率解:密度=干質量/密實狀態下的體積=82.30/40×(1-0.24)=2.7克/立方厘米

                   開口孔隙率=開口孔隙的體積/自然狀態下的體積=(89.77-82.3)÷1/40=0.187

                   閉口孔隙率=孔隙率-開口孔隙率=0.24-0.187=0.053

                   表觀密度=干質量/表觀體積=82.3/40×(1-0.187)=2.53

                   含水率=水的質量/干重=(85.5-82.3)/82.3=0.039

                第三節  材料的力學性質

                一材料在外力作用下的變形性質

                1彈性變形:材料在外力作用下產生變形,當外力消除后,能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性,這種變形稱為彈性變形

                2塑性變形:材料在外力作用下產生變形而不出現裂縫,當外力消除后,不能夠自動恢復原來形狀的性質稱為塑性,這種變形稱為塑性變形

                二強度

                材料抵抗在應力作用下破壞的性能稱為強度強度通常以強度極限表示強度極限即單位受力面積所能承受的最大荷載有關材料的力學性質,在材料力學中有詳盡的論述,本書不作要求

                注意:對于以力學性質為主要性能指標的材料,通常按其強度值的大小劃分成若干等級或標號脆性材料(混凝土水泥等)主要以抗壓強度來劃分等級或標號,塑性材料(鋼材等)以抗拉強度來劃分強度值和強度等級或標號不能混淆,前者是表示材料力學性質的指標,后者是根據強度值劃分的級別

                第二章   石材

                本章的重點內容為常用建筑石材,其他內容不作要求

                一砌筑用石材的規格

                1料石:截面的寬度高度不小于200毫米,且不小于長度的1/4

                2細料石:疊砌面的凹入深度不大于10毫米

                3粗料石:疊砌面的凹入深度不大于20毫米

                4毛料石:外形大致方正,一般不加工,高度不小于200毫米,疊砌面的凹入深度不大于25毫米

                5毛石:形狀不規則,中部厚度不小于200毫米主要用于基礎毛石混凝土

                二常用建筑石材

                1花崗巖:主要礦物組成是長石石英,為全晶制,塊狀結構,通常有灰白黃紅等多種顏色,具有很好的裝飾性抗風化性及耐久性高,耐酸性好,使用年限高

                2石灰巖:主要由方解石組成,常呈灰白等顏色,可用于基礎擋土墻等石砌體,破碎后可用于配制混凝土它也是生產石灰和水泥等的原料

                3大理石:主要礦物組成是方解石和白云石構造致密,呈塊狀,常呈白淺紅淺綠等斑紋,裝飾效果好其吸水率小雜質少質地堅硬

                第三章   氣硬性膠凝材料

                本章的重點是建筑石膏和石灰

                第一節   石膏

                一石膏的化學組成

                生產石膏的原料主要為含硫酸鈣的天然石膏(又稱生石膏)或含硫酸鈣的化工副產品和磷石膏氟石膏硼石膏等廢渣,其化學式為CaSO4.2H2O,也稱二水石膏將天然二水石膏在不同的溫度下煅燒可得到不同的石膏品種如將天然二水石膏在107~1700c的干燥條件下加熱可得建筑石膏

                二建筑石膏的凝結與硬化

                將建筑石膏加水后,它首先溶解于水,然后生成二水石膏析出隨著水化的不斷進行,生成的二水石膏膠體微粒不斷增多,這些微粒比原先更加細小,比表面積很大,吸附著很多的水分;同時漿體中的自由水分由于水化和蒸發而不斷減少,漿體的稠度不斷增加,膠體微粒間的黏結逐步增強,顆粒間產生摩擦力和黏結力,使漿體逐漸失去可塑性,即漿體逐漸產生凝結繼續水化,膠體轉變成晶體晶體顆粒逐漸長大,使漿體完全失去可塑性,產生強度,即漿體產生了硬化這一過程不斷進行,直至漿體完全干燥,強度不在增加,此時漿體已硬化人造成石材

                漿體的凝結硬化過程是一個連續進行的過程從加水開始拌合一直到漿體開始失去可塑性的過程稱為漿體的初凝,對應的這段時間稱為初凝時間;從加水拌合開始一直到漿體完全失去可塑性,并開始產生強度的過程稱為漿體的硬化,對應的時間稱為終凝時間

                三建筑石膏的特性質量要求與應用

                (一)建筑石膏的特性

                 建筑石膏與其他膠凝材料相比有以下特性:

                1結硬化快

                2凝結硬化時體積微膨脹

                3孔隙率大與體積密度小

                4保溫性與吸聲性好

                5強度較低

                6具有一定的調溫與調濕性能

                7防火性好但耐火性較差

                8耐水性抗滲性抗凍性差

                (二)建筑石膏的質量要求

                建筑石膏的質量要求主要有強度細度和凝結時間按強度和細度劃分為優等品一等品和合格品各等級建筑石膏的初凝時間不得小于6min,終凝時間不得大于30min

                (三)建筑石膏的應用

                建筑石膏的應用很廣,主要用于室內抹灰粉刷生產各種石膏板等

                第二節   石灰

                一石灰的原料與生產

                生產石灰的原料主要是含碳酸鈣為主的天然巖石,如石灰石白堊等將這些原料在高溫下煅燒,即得生石灰,主要成分為氧化鈣正常溫度下煅燒得到的石灰具有多孔結構,內部孔隙率大,晶體粒小,體積密度小,與水作用快

                注意:生產時,由于火候或溫度控制不均,常會含有欠火石灰或過火石灰欠火石灰中含有未分解的碳酸鈣內核,外部為正常煅燒的石灰,它只是降低了石灰的利用率,不會帶來危害溫度過高得到的石灰稱為過火石灰過火石灰的結構致密,孔隙率小,體積密度大,并且晶粒粗大,表面常被熔融的黏土雜質形成的玻璃物質所包覆因此過火石灰與水作用的速度很慢,須數天甚至數年,這對石灰的使用極為不利為避免過火石灰在使用以后,因吸收空氣中的水蒸氣而逐步熟化膨脹,使已硬化的砂漿或制品產生隆起開裂等破壞現象,在使用以前必須使過火石灰熟化或將過火石灰去除常采用的方法是在熟化過程中,利用篩網除掉較大尺寸過火石灰顆粒,而較小的過火石灰顆粒在儲灰坑中至少存放二周以上,使其充分熟化,此即所謂的陳伏陳伏時為防止石灰炭化,石灰膏的表面須保存有一層水

                二石灰的特性

                1保水性與可塑性好

                2凝結硬化慢強度低%

                3耐水性差

                4干燥收縮大

                本章的其他內容一般了解

                第四章   水泥

                本章以硅酸鹽水泥和摻混合材料的硅酸鹽水泥為重點,是全書重點之一

                第一節 硅酸鹽水泥

                一酸鹽水泥的礦物組成

                國家標準規定:凡以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料,5%以下的石灰石或;郀t礦渣,適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料,統稱為硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥的主要礦物組成是:硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣硅酸三鈣決定著硅酸鹽水泥四個星期內的強度;硅酸二鈣四星期后才發揮強度作用,約一年左右達到硅酸三鈣四個星期的發揮強度;鋁酸三鈣強度發揮較快,但強度低,其對硅酸鹽水泥在1至3天或稍長時間內的強度起到一定的作用;鐵鋁酸四鈣的強度發揮也較快,但強度低,對硅酸鹽水泥的強度貢獻小

                二硅酸鹽水泥的凝結與硬化

                (一)硅酸鹽水泥的水化

                硅酸鹽水泥與水拌合后,熟料顆粒表面的四種礦物立即與水發生水化反應,生成五種水化產物:水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠,氫氧化鈣水化鋁酸鈣水化硫鋁酸鈣晶體其中,水化硅酸鈣凝膠約占50%,氫氧化鈣晶體約占20%水泥早期強度增長快,后期強度增長緩慢,若溫度和濕度適宜,其強度在幾年或十幾年后仍可緩慢增長

                (二)水泥石及影響其凝結硬化的因素

                硬化后的水泥漿體,稱為水泥石,是由膠凝體未水化的水泥顆粒內核毛細孔等組成的非均質體水泥石的硬化程度越高,凝膠體含量越多,水泥石強度越高影響水泥石凝結硬化的因素有:

                1水泥熟料的礦物組成和細度

                2石膏摻量:摻入石膏可延緩其凝結硬化速度

                3養護時間:隨著養護時間的增長,其強度不斷增加

                4溫度和濕度:溫度升高,硬化速度和強度增長快;水泥的凝結硬化必須在水分充足的條件下進行,因此要有一定的環境濕度

                5水灰比:拌合水泥漿時,水與水泥的質量比,稱為水灰比水灰比愈小,其凝結硬化速度愈快,強度愈高

                三酸鹽水泥的技術要求

                1細度:水泥顆粒越細,比表面積越大,水化反應越快越充分,早期和后期強度都較高國家規定:比表面積應大于300平方米/千克,否則為不合格

                2凝結時間:為保證在施工時有充足的時間來完成攪拌運輸成型等各種工藝,水泥的初凝時間不宜太短;施工完畢后,希望水泥能盡快硬化,產生強度,所以終凝時間不宜太長硅酸鹽水泥的初凝時間不得早于45分鐘,終凝時間不得遲于390分鐘

                3體積安定性:水泥漿體在凝結硬化過程中體積變化的均勻性稱為水泥的體積安定性如體積變化不均勻即體積安定性不良,容易產生翹曲和開裂,降低工程質量甚至出現事故

                四水泥石的腐蝕與防止

                1水泥石受腐蝕的基本原因:水泥石中含有易受腐蝕的成分,即氫氧化鈣和水化鋁酸鈣等;水泥石不密實,內部含有大量的毛細孔隙

                2易造成水泥石腐蝕的介質:軟水及含硫酸鹽鎂鹽碳酸鹽一般酸強堿的水

                3防止腐蝕的措施:合理選用水泥的品種;摻入活性混合材料;提高水泥密實度;設保護層

                五硅酸鹽水泥的性質應用與存放

                (一)硅酸鹽水泥的性質與應用

                1早期及后期強度均高:適用于預制和現澆的混凝土工程冬季施工的混凝土工程預應力混凝土工程等

                2抗凍性好:適用于嚴寒地區和抗凍性要求高的混凝土工程

                3耐腐蝕性差:不宜用于受流動軟水和壓力水作用的工程,也不宜用于受海水和其它腐蝕性介質作用的工程

                4水化熱高:不宜用于大體積混凝土工程

                5抗炭化性好:適合用于二氧化碳濃度較高的環境,如翻砂鑄造車間等

                6耐熱性差:不得用于耐熱混凝土工程

                7干縮。嚎捎糜诟稍锃h境

                8耐磨性好:可用于道路與地面工程

                (二)酸鹽水泥的運輸與儲存

                 水泥在運輸過程中,須防潮與防水散裝水泥須分庫儲存,袋裝水泥的堆放高度不得超過十袋;水泥不宜久存,超過三個月的水泥須重新試驗,確定其標號

                第二節   摻混合材料的硅酸鹽水泥

                一混合材料

                1非活性混合材料:常溫下不與氫氧化鈣和水反應的混合材料稱為非活性混合材料主要有石灰石石英砂及礦渣等作用是調節水泥標號,降低水化熱,增加水泥的產量,降低水泥成本等

                2活性混合材料:常溫下與氫氧化鈣和水發生反應的混合材料稱為活性混合材料主要有;郀t礦渣和火山灰質混合材料主要作用是改善水泥的某種性能,此外也能起到調節水泥標號降低水化熱和成本增加水泥產量的作用

                二普通硅酸鹽水泥

                凡由硅酸鹽水泥熟料6%-15%的混合材料及適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料,稱為普通硅酸鹽水泥,簡稱普通水泥

                國家標準對普通硅酸鹽水泥的技術要求有:

                (1)細度  篩孔尺寸為80?m的方孔篩的篩余不得超過10%,否則為不合格

                (2)凝結時間  處凝時間不得早于45分鐘,終凝時間不得遲于10小時

                (3)標號  根據抗壓和抗折強度,將硅酸鹽水泥劃分為325425525625四個標號

                 普通硅酸鹽水泥由于混合材料摻量較少,其性質與硅酸鹽水泥基本相同,略有差異,主要表現為:

                (1)早期強度略低

                (2)耐腐蝕性稍好

                (3)水化熱略低

                (4)抗凍性和抗滲性好

                (5)抗炭化性略差

                (6)耐磨性略差

                三礦渣硅酸鹽水泥火山灰質硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥

                 礦渣硅酸鹽水泥簡稱礦渣水泥它由硅酸鹽水泥熟料20%-70%的;郀t礦渣及適量石膏組成火山灰質硅酸鹽水泥簡稱火山灰水泥它由硅酸鹽水泥熟料20%-50%的火山灰質混合材料及適量石膏組成粉煤灰硅酸鹽水泥簡稱粉煤灰水泥它由硅酸鹽水泥熟料20%-40%的粉煤灰及適量石膏組成

                (一)礦渣硅酸鹽水泥火山灰質硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥的性質與應用

                1三種水泥的共性

                (1)早期強度低后期強度發展高這三種水泥不適合用于早期強度要求高的混凝土工程,如冬季施工現澆工程等

                (2)對溫度敏感,適合高溫養護

                (3)耐腐蝕性好適合用于有硫酸鹽鎂鹽軟水等腐蝕作用的環境,如水工

                海港碼頭等混凝土工程

                (4)水化熱少適合用于大體積混凝土

                (5)抗凍性差

                (6)抗炭化性較差不適合用于二氧化碳含量高的工業廠房,如鑄造翻砂車間

                2三種水泥的特性

                (1)礦渣硅酸鹽水泥適合用于有耐熱要求的混凝土工程,不適合用于有抗凍性要求的混凝土工程

                (2)火山灰質硅酸鹽水泥適合用于有抗滲性要求的混凝土工程,不適合用于干燥環境中的地上混凝土工程,也不宜用于有耐磨性要求的混凝土工程

                (3)粉煤灰硅酸鹽水泥適合用于承載較晚的混凝土工程,不宜用于有抗滲要求的混凝土工程,也不宜用于干燥環境中的混凝土工程及有耐磨性要求的混凝土工程

                四復合硅酸鹽水泥

                 凡有硅酸鹽水泥熟料兩種或兩種以上規定的混合材料適量石膏磨細而成的水硬性膠凝材料,稱為復合硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥由于摻入了二種以上的混合材料,起到了互相取長補短的作用,其效果大大優于只摻一種混合材料其早期強度提高,且水化熱低,耐腐蝕性抗滲性及抗凍性較好因而其用途更為廣泛,是一種很有發展前途的水泥

                第五章   混凝土

                 混凝土是以膠凝材料與骨料按適當比例配合,經攪拌成型硬化而成的一種人造石材按所用膠凝材料分為水泥混凝土石膏混凝土水玻璃混凝土等,本章主要介紹廣為應用的水泥混凝土本章是全書的重點

                第一節   普通混凝土的組成及基本要求

                一混凝土的組成

                 混凝土是由水泥水砂和石子組成水和水泥成為水泥漿,砂和石子為混凝土的骨料在混凝土的組成中,骨料一般占總體積的70%-80%;水泥石約占20%-30%,其余是少量的空氣

                二混凝土的基本要求

                1混凝土拌合物的和易性:混凝土拌合物必須具有與施工條件相適應的和易性

                2強度:混凝土經養護至規定天數,應達到設計要求的強度

                3耐久性

                4經濟性

                第二節   普通混凝土的組成材料

                一水泥

                水泥標號的選擇,根據混凝土的強度要求確定,使水泥標號與混凝土強度相適應水泥的強度約為混凝土強度的1.5-2.0倍為好

                二細骨料

                粒徑為5以下的骨料稱為細骨料,一般采用天然砂混凝土用砂的質量要求,主要有以下幾項:

                1砂的粗細程度及顆粒級配

                 粒徑越小,總表面積越大在混凝土中,砂的表面由水泥漿包裹,砂的總表面積越大,需要的水泥漿越多當混凝土拌合物的流動性要求一定時,顯然用粗砂比用細砂所需水泥漿為省,且硬化后水泥石含量少,可提高混凝土的密實性,但砂粒過粗,又使混凝土拌合物容易產生離析泌水現象,影響混凝土的均勻性,所以,拌制混凝土的砂,不宜過細,也不宜過粗

                 評定砂的粗細,通常用篩分析法該法是用一套孔徑為5.002.501.250.6300.3150.160的標準篩,將預先通過孔徑為10.0篩的干砂試樣500克由粗到細依次過篩,然后稱量各篩上余留砂樣的質量,計算出各篩上的分計篩余百分率和累計篩余百分率,計算如下:

                砂的粗細程度,,工程上常用細度模數f表示,其定義為:

                f=(?2+?3+?4+?5+?6)-5?1/100-?1

                細度模數越大,表示砂越粗細度模數在3.7-3.1為粗砂,在3.0-2.3為中砂,在2.2-1.6為細砂普通混凝土用砂的細度模數范圍在3.7-1.6,以中砂為宜在配制混凝土時,除了考慮砂的粗細程度外,還要考慮它的顆粒級配砂為什么要有良好的顆粒級配呢?

                 砂的顆粒級配是指粒徑大小不同的砂相互搭配的情況級配好的砂應該是粗砂空隙被細砂所填充,使砂的空隙達到盡可能小這樣不僅可以減少水泥漿量,即節約水泥,而且水泥石含量少,混凝土密實度提高,強度和耐久性加強可見,要想減少砂粒間的空隙,就必須有良好的級配

                2泥泥塊及有害物質

                (1)泥及泥塊:泥黏附在骨料的表面,防礙水泥石與骨料的黏結,降低混凝土強度,還會加大混凝土的干縮,降低混凝土的抗滲性和抗凍性泥塊在攪拌時不宜散開,對混凝土性質的影響更為嚴重

                (2)有害物質:砂中的有害物質主要包括硫化物硫酸鹽有機物及云母等,能降低混凝土的強度和耐久性

                3堅固性:必須選堅固性好的砂,不用已風化的砂

                三粗骨料

                   最大粒徑的大小表示粗骨料的粗細程度粗骨料最大粒徑增大時,骨料總表面積減少,可減少水泥漿用量,節約水泥,且有助于提高混凝土密實度,因此,當配制中等強度以下的混凝土時,盡量采用粒徑大的粗骨料但粗骨料的最大粒徑,不得大于結構截面最小尺寸的1/4,并不得大于鋼筋最小凈距的3/4;對混凝土實心板,最大粒徑不得大于板厚的1/2,并不得超過50

                四混凝土拌合及養護用水

                   凡能飲用的自來水及清潔的天然水都能用來養護和拌制混凝土污水酸性水含硫酸鹽超過1%的水均不得使用海水一般不用來拌制混凝土

                第三節   普通混凝土拌合物的性質

                混凝土的主要性質是和易性

                一和易性

                   和易性是指混凝土是否易于施工操作和均勻密實的性能主要表現為:是否易于攪拌和卸出;運輸過程中是否分層泌水;澆灌時是否離析;振搗時是否易于填滿模型可見,和易性是一項綜合性能,包括流動性粘聚性和保水性

                1流動性:指混凝土能夠均勻密實的填滿模型的性能混凝土拌合物必須有好的流動性

                2粘聚性:為什么要有好的粘聚性呢?粘聚性差的拌合物中的石子容易與砂漿分離,并出現分層現象,振實后的混凝土表面還會出現蜂窩空洞等缺陷

                3保水性:保水性差,泌水傾向加大,振搗后拌合物中的水分泌出上浮,使水分流經的地方形成毛細孔隙,成為滲水通道;上浮到表面的水分,形成疏松層,如上面繼續澆灌混凝土,則新舊混凝土之間形成薄弱的夾層;上浮過程中積聚在石字和鋼筋下面的水分,形成水隙,影響水泥漿與石字和鋼筋的黏結

                二和易性的測定

                   通常是測定拌合物的流動性,粘聚性和保水性一般靠目測坍落度法:測定時,將混凝土拌合物按規定方法裝入坍落筒內,然后將筒垂直提起,由于自重會產生坍落現象,坍落的高度稱為坍落度坍落度越大,說明流動性越好

                   粘聚性的檢查方法,是用搗棒在已坍落的拌合物一測輕敲,如果輕敲后拌合物保持整體,漸漸下沉,表明粘聚性好;如果拌合物突然倒塌,部分離析,表明粘聚性差

                   保水性的檢查方法,是當坍落筒提起后如有較多稀漿從底部析出而拌合物因失漿骨料外露,說明保水性差;如無漿或有少量的稀漿析出,拌合物含漿飽滿,則保水性好

                三影響和易性的因素

                1用水量:用水量是決定混凝土拌合物流動性的主要因素分布在水泥漿中的水量,決定了拌合物的

                流動性拌合物中,水泥漿應填充骨料顆粒間的空隙,并在骨料顆粒表面形成潤滑層以降低摩擦,由此可見,為了獲得要求的流動性,必須有足夠的水泥漿

                 實驗表明,當混凝土所用粗細骨料一定時,即使水泥用量有所變動,為獲得要求的流動性,所用水量基本是一定的流動性與用水量的這一關系稱為恒定用水量法則這給混凝土配合比設計帶來很大方便

                 注意:增加用水量雖然可以提高流動性,但用水量過大,又使拌合物的粘聚性和保水性變差,影響混凝土的強度和耐久性因此,必須在保持水灰比即水與水泥的質量比不變的條件下,在增加用水量的同時,增加水泥的用量

                2水灰比:水灰比決定著水泥漿的稀稠為獲得密實的混凝土,所用的水灰比不宜過;為保證拌合物有良好的粘聚性和保水性,所用的水灰比又不能過大水灰比一般在0.5-0.8在此范圍內,當混凝土中用水量一定時,水灰比的變化對流動性影響不大

                3砂率:砂率是指混凝土中砂的用量占砂石總量的質量百分率當砂率過大時,由于骨料的空隙率與總表面積增大,在水泥漿用量一定的條件下,包覆骨料的水泥漿層減薄,流動性變差;若砂率過小,砂的體積不足以填滿石子的空隙,要用部分水泥漿填充,使起潤滑作用的水泥漿層減薄,混凝土變的粗澀,和易性變差,出現離析潰散現象而在合理砂率下,在水泥漿量一定的情況下,使混凝土拌合物有良好的和易性或者說,當采用合理砂率時,在混凝土拌合物有良好的和易性條件下,使水泥用量最少可見合理砂率,就是保持混凝土拌合物有良好粘聚性和保水性的最小砂率

                4其他影響因素

                 影響和易性的其他因素有:水泥品種骨料條件時間和溫度外加劑等

                四坍落度的選擇

                   坍落度的選擇原則是:在滿足施工要求的前提下,盡可能采用較小的坍落度

                第四節   普通混凝土結構和性質

                一混凝土強度

                (一)混凝土的抗壓強度和強度等級

                   混凝土強度包括抗壓抗拉抗彎和抗剪,其中以抗壓強度為最高,所以混凝土主要用來抗壓混凝土的抗壓強度是一項最重要的性能指標按照國家規定,以邊長為150的立方體試塊,在標準養護條件下(溫度為20度左右,相對濕度大于90%)養護28天,測得的抗壓強度值,稱為立方抗壓強度fcu.

                 混凝土按強度分成若干強度等級,混凝土的強度等級是按立方體抗壓強度標準值fcu,k劃分的立方體抗壓強度標準值是立方抗壓強度總體分布中的一個值,強度低于該值得百分率不超過5%,即有95%的保證率混凝土的強度分為C7.5C10C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60等十二個等級

                (二)普通混凝土受壓破壞特點

                   混凝土受壓破壞主要發生在水泥石與骨料的界面上混凝土受荷載之前,粗骨料與水泥石界面上實際已存在細小裂縫隨著荷載的增加,裂縫的長度寬度和數量也不斷增加,若荷載是繼續的,隨時間延長即發生破壞.決定混凝土強度的應該是水泥石與粗骨料界面的黏結強度

                (三)影響混凝土強度的因素

                1水泥強度和水灰比:從普通混凝土受壓破壞特點得知,混凝土強度主要決定于水泥石與粗骨料界面的黏結強度而黏結強度又取決于水泥石強度水泥石強度愈高,水泥石與粗骨料界面強度也愈高至于水泥石強度,則取決于水泥強度和水灰比這是因為:水泥強度愈高,水泥石強度愈高,黏結力愈強,混凝土強度愈高在水泥強度相同的情況下,混凝土強度則隨水灰比的增大有規律的降低但水灰比也不是愈小愈好,當水灰比過小時,水泥漿過于干稠,混凝土不易被振密實,反而導致混凝土強度降低我國通過實驗求得的這種線性關系式為:fcu=Afc(C/W-B)式中:fcu混凝土28天齡期的抗壓強度;

                C/W灰水比;

                fc水泥實際強度;

                AB經驗系數碎石混凝土A=0.48,B=0.52

                卵石混凝土A=0.50,B=0.61式中的水泥實際強度是經實驗測定的強度值在無法取得水泥實際強度值時,對新出廠的水泥可按下式計算:

                Fc=Kcfcb式中:fbc水泥標號;

                kc水泥標號富余系數(應按實際資料確定,在無統計資料時可取1.13)

                注意:混凝土強度與水灰比關系的計算式只適用于塑性拌合物的混凝土,不適用于干性拌合物的混凝土采用的灰水比宜在1.25-2.5范圍內利用此式可以初步解決以下兩個問題:(1)當所采用的水泥強度已定,欲配制某種強度的混凝土時,可以估計出應采用的灰水比值(2)當已知所采用的水泥強度與灰水比值,可以估計出混凝土28天可能達到的強度

                2齡期:混凝土在正常情況下,強度隨著齡期的增加而增長,最初的7-14天內較快,以后增長逐漸緩慢,28天后強度增長更慢,但可持續幾十年

                3養護溫度和濕度:混凝土澆搗后,必須保持適當的溫度和足夠的濕度,使水泥充分水化,以保證混凝土強度的不斷發展一般規定,在自然養護時,對硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥配制的混凝土,澆水保濕養護日期不少于7天;火山灰水泥粉煤灰水泥摻有緩凝型外加劑或有抗滲性要求的混凝土,則不得少于14天

                4施工質量:施工質量是影響混凝土強度的基本因素若發生計量不準,攪拌不均勻,運輸方式不當造成離析,振搗不密實等現象時,均會降低混凝土強度因此必須嚴把施工質量關

                (四)高混凝土強度的措施

                1采用高標號水泥

                2采用干硬性混凝土拌合物

                3采用濕熱處理:分為蒸汽養護和蒸壓養護蒸汽養護是在溫度低于100度的常壓蒸汽中進行一般混凝土經16-20小時的蒸汽養護后,強度可達正常養護條件下28天強度的70%-80%蒸壓養護是在175度的溫度8個大氣壓的蒸壓釜內進行在高溫高壓的條件下,提高混凝土強度

                4改進施工工藝:加強攪拌和振搗,采用混凝土拌合用水磁化混凝土裹石攪拌法等新技術

                5加入外加劑:如加入減水劑和早強劑等,可提高混凝土強度

                二普通混凝土的變形性質

                   混凝土在硬化后和使用過程中,受各種因素影響而產生變形,主要有化學收縮干濕變形溫度變形和荷載作用下的變形等,這些都是使混凝土產生裂縫的重要原因,直接影響混凝土的強度和耐久性

                (一)化學收縮

                   混凝土在硬化過程中,水泥水化后的體積小于水化前的體積,致使混凝土產生收縮,這種收縮叫化學收縮

                (二)干濕變形

                   當混凝土在水中硬化時,會引起微小膨脹,當在干燥空氣中硬化時,會引起干縮干縮變形對混凝土危害較大,它可使混凝土表面開裂,是混凝土的耐久性嚴重降低

                 影響干濕變形的因素主要有:用水量(水灰比一定的條件下,用水量越多,干縮越大)水灰比(水灰比大,干縮大)水泥品種及細度(火山灰干縮大粉煤灰干縮;水泥細,干縮大)養護條件(采用濕熱處理,可減小干縮)

                (三)溫度變形

                   溫度縮降1度,每米脹縮0.01毫米溫度變形對大體積混凝土極為不利在混凝土硬化初期,放出較多的水化熱,當混凝土較厚時,散熱緩慢,致使內外溫差較大,因而變形較大

                (四)荷載作用下的變形

                   混凝土的變形分為彈性變形和塑性變形徐變:混凝土在持續荷載作用下,隨時間增長的變形稱為徐變徐變變形初期增長較快,然后逐漸減慢,,一般持續2-3年才逐漸趨于穩定徐變的作用:徐變可消除鋼筋混凝土內的應力集中,.使應力較均勻的重新分布,對大體積混凝土能消除一部分由于溫度變形所產生的破壞應力但在預應力混凝土結構中,徐變將使混凝土的預加應力受到損失

                   影響徐變的因素:水灰比較大時,徐變較大;水灰比相同,用水量較大時,徐變較大;骨料級配好,最大粒徑較大,彈性模量較大時,混凝土徐變較;當混凝土在較早齡期受荷時,產生的徐變較大

                三普通混凝土的耐久性

                   抗滲性抗凍性抗侵蝕性抗炭化性以及防止堿-骨料反應等,統稱為混凝土的耐久性

                   提高耐久性的主要措施:1選用適當品種的水泥;2嚴格控制水灰比并保證足夠的水泥用量;3選用質量好的砂石,嚴格控制骨料中的泥及有害雜質的含量采用級配好的骨料4適當摻用減水劑和引氣劑5在混凝土施工中,應攪拌均勻,振搗密實,加強養護等,以增強混凝土的密實性

                第六節   普通混凝土配合比設計

                   混凝土配合比是指混凝土中各組成材料(水泥水砂石)之間的比例關系有兩種表示方法:一種是以1立方米混凝土中各種材料用量,如水泥300千克,水180千克,砂690千克,石子1260千克;另一種是用單位質量的水泥與各種材料用量的比值及混凝土的水灰比來表示,例如前例可寫成:C:S:G=1:2.3:4.2,W/C=0.6

                一混凝土配合比基本參數的確定

                   混凝土配合比設計,實質上就是確定四項材料用量之間的三個比例關系,即水與水泥之間的比例關系用水灰比表示;砂與石子之間的比例關系用砂率表示;水泥漿與骨料之間的比例關系,可用1立方米混凝土的用水量來反映當這三個比例關系確定,混凝土的配合比就確定了

                (一)水灰比的確定

                   滿足強度要求的水灰比,可根據確定出的配制強度,按混凝土強度公式算出滿足耐久性要求的水灰比,根據最大水灰比和最小水泥用量的規定查表根據強度和耐久性要求確定的水灰比有時是不相同的,應選取其中較小的水灰比

                (二)確定用水量

                   用水量參照混凝土用水量參考表進行初步估計然后按估計的用水量試拌混凝土拌合物,測其坍落度,坍落度若不符合要求,應保持水灰比不變的情況下調整用水量,再做試驗,直到符合要求為止

                (三)砂率的確定

                   通常確定砂率的方法,可先憑經驗或經驗圖表進行估算,然后按初步估計的砂率拌制混凝土,進行和易性試驗,通過調整確定

                二混凝土配合比設計的方法和步驟

                   配合比設計工作,一般均在實驗室進行選用干燥狀態的骨料,在標準條件下制作試件和養護,這樣獲得的配合比稱為實驗室配合比在施工現場,骨料多在露天堆放,含有水分,在這種條件下使用的配合比叫做施工配合比設計混凝土時,先設計實驗室配合比,在根據施工現場的實際情況換算成施工配合比

                (一)初步估算配合比

                1確定配制強度fcufcu=fcu,k+1.645式中:fcu,k設計要求的混凝土強度等級混凝土強度標準差-1.645強度保證率為95%的t值

                2確定水灰比w/cfcu=Afc(C/W-B)則    W/C=Afc/(fcu+A Bfc)式中:fc水泥實際強度AB經驗系數如不通過試驗,可選取以下數值:碎石:A=0.46,B=0.52;卵石:A=0.48,B=0.61

                注意:為保證混凝土的耐久性,由上式計算出的水灰比應小于規范中規定的最大水灰比值如果計算出的水灰比大于規范規定的最大水灰比,則取規定的最大水灰比值

                3確定用水量:按施工要求的坍落度指標,憑經驗選用,或根據骨料的種類和規格查表

                4計算水泥用量:由以求得的水灰比和用水量,可計算出水泥用量

                注意:計算出的水泥用量應大于規范規定的最小水泥用量當計算的水泥用量小于規范規定時,則選用規范規定的最小水泥用量

                5確定合理砂率:可通過試驗或憑經驗選取,或者根據骨料的種類和規格,及所選用的水灰比,由表查得

                6計算砂石用量:

                (1)體積法:基于新澆筑的混凝土體積等于各組成材料絕對體積與所含空氣體積之和,則:C/C+W/W+S/S+G/G+10a=1000式中:CWSG分別為1立方米混凝土中水泥水砂和石子的質量;CW水泥及水的密度;SG砂及石子的表觀密度;a混凝土中含氣量百分率無含氣型外加劑時,取1

                (2) 假定體積密度法:基于新澆筑的1立方米混凝土中各項材料質量之和等于混凝土體積密度假定值,則:C+W+S+Go=oh 1m3式中:oh混凝土體積密度假定值,在2400-2450千克/立方米之間此兩種計算方法,與合理砂率的計算公式SP=S/S+G聯立,均可求出初步配合比

                (二)試驗調整,確定試驗室配合比

                上述的初步配合比,是利用圖表和經驗公式初步估算的,與實際情況有出入,必須進行試驗和校核

                1檢驗和易性,確定基準配合比

                 按初步配合比,稱取15-30升混凝土拌合物進行試拌,檢驗和易性若流動性大于要求值,可保持砂率不變,適當增加砂石用量;若流動性小于要求值,可保持水灰比不變,適當增加水和水泥用量;若粘聚性和保水性差,可適當增加砂率和易性調整合格時,實測混凝土拌合物的體積密度oh,并確定調整后各項材料的用量(水泥Cb,水Wb,砂Sb,石子Gb),則試拌后的質量Qb為:Qb=Cb+Wb+Sb+Gb由此得出和易性合格后的配合比為:CJ=Cb/Qb oh 1m3;WJ=Wb/Qb oh 1m3;SJ=Sb/Qboh 1m3;GJ=Gb/Qboh 1m3;此配合比稱為基準配合比

                2檢驗強度,確定實驗室配合比

                 基準配合比雖然和易性滿足施工要求,但水灰比不一定滿足強度要求,還要加以檢驗檢驗的方法是:至少采用三個不同的配合比,其中一個為基準配合比,另外兩個配合比的水灰比值,較基準配合比分別增加和減少0.05,其用水量與基準配合比相同,但砂率值可作調整

                 每種配合比至少做一組(3塊)試件,在標準條件下養護28天,測定強度由強度試驗結果得出各水灰比的強度值,然后用作圖法(繪制強度與水灰比關系的直線)或計算法,求出與混凝土配制強度相對應的灰水比至此,即可初步確定出試驗室配合比,各項材料用量為:用水量:取基準配合比的用水量;水泥用量:由用水量和與配制強度相對應的灰水比值確定;粗細骨料用量:取基準配合比的粗細骨料用量,并按確定出的水灰比值做適當調整

                 以上定出的混凝土配合比,還應根據實測的混凝土體積密度再做必要的校正,其步驟為:

                (1)算出混凝土的計算體積密度(即C+W+S+G)

                (2)將混凝土的實測體積密度除以計算體積密度得出校正系數K

                (3)定出的混凝土配合比中每項材料用量乘以系數K即為最終定出的試驗室配合比

                (三)換算施工配合比

                經測定,工地上砂的含水率為WS,石子的含水率為WG,則施工配合比為:

                水泥用量C=C

                砂用量S=S(1+WS)

                石子用量G=G(1+WG)

                用水量W=W-S WS-G WG

                第七節   混凝土外加劑

                 在混凝土拌合物中,摻入能改善混凝土性質的材料,稱為外加劑外加劑的摻入量一般不大于水泥質量的5%混凝土外加劑按其功能可分為:

                1改善混凝土拌合物和易性的外加劑

                2調節混凝土凝結時間和硬化性能的外加劑

                3改善混凝土耐久性的外加劑

                4提高混凝土特殊性能的外加劑

                一減水劑:按使用條件不同,摻用減水劑可獲得如下效果:

                (1)在配合比不變的條件下,可提高混凝土流動性,且不降低強度

                (2)在保持流動性和強度不變的條件下,可減少水泥用量

                (3)在保持流動性和水泥用量不變的條件下,強度提高

                二早強劑:它能提高混凝土的早期強度,并對后期強度無影響

                三引氣劑:能在混凝土拌合物中引入一定量的微小氣泡,并均勻分布在混凝土拌合物中

                 在混凝土拌合物中形成大量氣泡,使水泥漿的體積增加,可提高流動性若保持流動性不變,可減水10%左右這些氣泡能隔斷混凝土中毛細孔的滲水通道,使混凝土的抗滲性和抗凍性提高

                第八節   輕混凝土

                一 輕骨料混凝土

                它是用輕的粗細骨料和水泥配制成的混凝土由于自重輕,彈性模量低,因而抗震性能好與普通燒結磚相比,不僅強度高整體性好,而且保溫性能好由于結構自重小,特別適合高層和大跨度結構

                第六章   建筑砂漿

                建筑砂漿和混凝土的區別在于不含粗骨料,它是由膠凝材料細骨料和水按一定的比例配制而成按其用途分為砌筑砂漿和抹面砂漿;按所用材料不同,分為水泥砂漿石灰砂漿石膏砂漿和水泥石灰混合砂漿等合理使用砂漿對節約膠凝材料方便施工提高工程質量有著重要的作用

                第一節   砂漿的技術性質

                一新拌砂漿的和易性

                   砂漿的和易性是指砂漿是否容易在磚石等表面鋪成均勻連續的薄層,且與基層緊密黏結的性質包括流動性和保水性兩方面含義

                (一)流動性

                   影響砂漿流動性的因素,主要有膠凝材料的種類和用量,用水量以及細骨料的種類顆粒形狀粗細程度與級配,除此之外,也于摻入的混合材料及外加劑的品種用量有關通常情況下,基底為多孔吸水性材料,或在干熱條件下施工時,應選擇流動性大的砂漿相反,基底吸水少,或濕冷條件下施工,應選流動性小的砂漿

                (二)保水性

                   保水性是指砂漿保持水分的能力保水性不良的砂漿,使用過程中出現泌水,流漿,使砂漿與基底黏結不牢,且由于失水影響砂漿正常的黏結硬化,使砂漿的強度降低影響砂漿保水性的主要因素是膠凝材料種類和用量,砂的品種細度和用水量在砂漿中摻入石灰膏粉煤灰等粉狀混合材料,可提高砂漿的保水性

                二硬化砂漿的強度

                   影響砂漿強度的因素有:當原材料的質量一定時,砂漿的強度主要取決于水泥標號和水泥用量此外,砂漿強度還受砂外加劑,摻入的混合材料以及砌筑和養護條件有關砂中泥及其他雜質含量多時,砂漿強度也受影響

                第二節   砌筑砂漿

                一砌筑沙漿的組成材料

                (一)膠凝材料

                   用于砌筑沙漿的膠凝材料有水泥和石灰水泥品種的選擇與混凝土相同水泥標號應為砂漿強度等級的4-5倍,水泥標號過高,將使水泥用量不足而導致保水性不良石灰膏和熟石灰不僅是作為膠凝材料,更主要的是使砂漿具有良好的保水性

                (二)細骨料

                   細骨料主要是天然砂,所配制的砂漿稱為普通砂漿砂中黏土含量應不大于5%;強度等級小于M2.5時,黏土含量應不大于10%砂的最大粒徑應小于砂漿厚度的1/4-1/5,一般不大于2.5毫米作為溝縫和抹面用的砂漿,最大粒徑不超過1.25毫米,砂的粗細程度對水泥用量和易性強度和收縮性影響很大

                二砂漿配合比選擇

                (一)砌筑沙漿的種類及強度等級的選擇

                1砌筑沙漿的種類

                   常用的砌筑砂漿有水泥砂漿石灰砂漿水泥石灰混合砂漿等水泥砂漿適用于潮濕環境及水中的砌體工程;石灰砂漿僅用于強度要求低干燥環境中的砌體工程;混合砂漿不僅和易性好,而且可配制成各種強度等級的砌筑沙漿,除對耐水性有較高要求的砌體外,可廣泛用于各種砌體工程中

                2砌筑沙漿強度等級的選擇

                   一般情況下,多層建筑物墻體選用M1-M10的砌筑沙漿;磚石基礎檢查井雨水井等砌體,常采M5砂漿;工業廠房變電所地下室等砌體選用M2.5-M10的砌筑沙漿;二層以下建筑常用M2.5以下砂漿;簡易平房臨時建筑可選用石灰砂漿

                (二)砌筑沙漿的配合比

                   砂漿拌合物的和易性應滿足施工要求,且新拌砂漿體積密度:水泥砂漿不應小于1900千克/立方米;混合砂漿不應小于1800千克/立方米砌筑沙漿的配合比一般查施工手冊或根據經驗而定

                第七章   燒結制品和熔融制品

                   本章只要求掌握燒結普通磚燒結普通磚是以黏土頁巖粉煤灰等為主的原料,經成型干燥焙燒而成的實心磚或空洞率不大于15%的磚

                (一)燒結普通磚的技術性質

                1基本物理性質

                   燒結普通磚的標準外行尺寸為240*115*53毫米,在加上10毫米砌筑灰縫,4塊磚長或8塊磚寬16塊磚厚均為1米1立方米砌體需磚512塊

                2外觀質量

                   磚的外觀質量,主要要求其兩條面高度差彎曲雜質凸出高度缺楞掉角尺寸裂紋長度及完整面等六項內容符合規范規定

                3抗風化性能

                   抗風化性能是指磚在長期受到風雨凍融等綜合條件下,抵抗破壞的能力凡開口孔隙率小水飽和系數小的燒結制品,抗風化能力強

                4泛霜與石灰爆裂

                   泛霜是磚在使用中的一種析鹽現象磚內過量的可溶鹽受潮吸水溶解后,隨水分蒸發向磚表面遷移,并在過飽和下結晶析出,使磚表面呈白色附著物,或產生膨脹,使磚面與砂漿抹面層剝離對于優等磚,不允許出現泛霜,合格磚不得嚴重泛霜石灰爆裂是指磚坯體中夾雜著石灰塊,吸潮熟化而產生膨脹出現爆裂現象對于優等品磚,不允許出現最大破壞尺寸大于2毫米的爆裂區域;對于合格品磚,要求不允許出現破壞尺寸大于15毫米的爆裂區域

                第八章   建筑金屬材料

                   本章重點介紹建筑鋼材,包括鋼結構用型鋼鋼板和鋼管,以及鋼筋混凝土用鋼筋和鋼絲是本書重點之一

                第一節   建筑鋼材基本知識

                一鐵和鋼的概念

                (一)鐵

                   鐵分為白口鐵和灰口鐵白口鐵主要作為煉鋼的原料;灰口鐵可直接用于鑄造,故稱鑄鐵

                (二)鋼

                   將熔融的生鐵進行氧化,使其中碳硫磷等雜質含量降低到允許范圍內,這種碳含量低于2%的鐵碳合金稱為鋼

                二鋼的分類

                   按合金元素含量將鋼分為非合金鋼低合金鋼和合金鋼三類非合金鋼又叫碳素鋼,按含碳量不同又分為低碳鋼(碳含量小于0.25%)中碳鋼(碳含量在0.25%-0.60%)和高碳鋼(碳含量大于0.60%)建筑工程中,主要使用非合金鋼中的低碳鋼及低合金鋼加工產品

                第二節   建筑鋼材的主要技術性質

                一力學性質

                (一)抗拉性能

                   拉伸作用,是建筑鋼材主要受力形式,所以,抗拉性能是表示鋼材性質和選用鋼材最重要的指標鋼材受拉直至破壞經歷了四個階段:

                1彈性階段:在此階段,鋼材的應力和應變成正比關系此階段產生的變形是彈性變形

                2屈服階段:隨著拉力的增加,應力和應變不再是直線關系,鋼材產生了彈性變形和塑性變形當拉力達到某一定值時,即使應力不再增加,塑性變形仍明顯增長,鋼材出現了屈服現象,此點對應的應力值被稱為屈服點(或稱屈服強度)屈服點是重要的指標,它表明鋼材若在屈服點以上工作,雖然沒有斷裂,但會產生較大的塑性變形因此,在結構設計時,屈服點是確定鋼材容許應力的主要依據

                3強化階段:拉力超過屈服點以后,鋼材又恢復了抵抗變形的能力故稱強階段強化階段對應的最高應力稱為抗拉強度或強度極限抗拉強度是鋼材抵抗斷裂破壞能力的指標雖然在結構設計時不能利用,但卻可以根據屈強比來評價鋼材的利用率和安全工作程度屈強比是屈服強度比抗拉強度,若屈強比小,鋼材在偶而超載時不會破壞,但屈強比過小,鋼材的利用率低,是不經濟的適宜的屈強比應該是在保證安全使用的前提下,鋼材有較高的利用率通常情況下,屈強比在0.60-0.75范圍內是比較合適的

                4頸縮階段:過了抗拉強度以后,鋼材抵抗變形的能力明顯降低,并在受拉試件的某處,迅速發生較大的塑性變形,出現頸縮現象,直至斷裂

                (二)沖擊韌性

                沖擊韌性是指在沖擊荷載作用下,鋼材抵抗破壞的能力鋼的沖擊韌性受下列因素影響:

                1鋼材的化學組成與組織狀態:鋼材中硫磷的含量高時,沖擊韌性顯著降低細晶粒結構比粗晶粒結構的沖擊韌性要高

                2鋼材的軋制焊接質量:沿軋制方向取樣的沖擊韌性高;焊接鋼件處的晶體組織均勻程度,對沖擊韌性影響大

                3環境溫度:當溫度較高時,沖擊韌性較大當溫度降至某一范圍時,沖擊韌性突然降低很多,鋼材斷口由韌性斷裂狀轉為脆性斷裂狀,這種性質稱為低溫冷脆性發生低溫冷脆性時的溫度(范圍),稱脆性臨界溫度(范圍)在嚴寒地區選用鋼材時,必須對鋼材冷脆性進行評定,此時選用鋼的脆性臨界溫度應低于環境最低溫度

                4時效:隨著時間的進展,鋼材機械強度提高,而塑性和韌性降低的現象稱為時效

                二工藝性能

                    冷彎性能和可焊性是建筑鋼材的重要工藝性能

                (一)冷彎性能

                   冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力鋼材在彎曲過程中,受彎部位產生局部不均勻塑性變形,這種變形在一定程度上比伸長率更能反映鋼的內部組織狀況內應力及雜質等缺陷因此,也可以用冷彎的方法來檢驗鋼的焊接質量

                (二)可焊性

                   建筑工程中,鋼材絕大多數是采用焊接方法聯結的這就要求鋼材要有良好的可焊性可焊性是指鋼材在一定焊接工藝條件下,在焊縫和附近過熱區是否產生裂縫及脆硬傾向,焊接后接頭強度是否與母體相近的性能鋼的可焊性主要受化學成分極其含量的影響含碳量小于0.3%的非合金鋼具有良好的可焊性,超過0.3%,焊接的脆硬傾向增加;硫含量高會使焊接處產生熱裂紋,出現熱脆性;雜質含量增加,會使可焊性降低

                第三節   建筑用鋼的晶體組織與化學成分對鋼性能的影響

                   本章主要了解化學成分對鋼性能的影響化學成分對鋼性能的影響:

                1碳的影響:

                   碳是鋼中重要元素,對鋼的組織和性能有決定性影響隨含碳量增加,鋼的硬度增大,塑性和韌性降低,可焊性降低,強度以含碳量為0.8%左右為最高

                2錳的影響:

                   在煉鋼過程中,錳起到脫氧去硫作用,提高了強度,克服由硫引起的熱脆性但當錳含量超過1%后,塑性和韌性有所下降固溶在鐵素體中的錳,使鋼的強度硬度和韌性都提高錳在非合金鋼中含量為0.2%-0.8%,在低合金鋼中含量一般為1%-2%高錳鋼的耐磨性明顯提高

                3硅的影響:

                   在鋼中,硅大部分固溶于鐵素體中,少量屬于非金屬夾雜物硅含量在2%以內時,可提高鋼的強度,對塑性和韌性影響不大

                4磷的影響:

                   磷是鐵原料中帶入的雜質磷使鋼在常溫下的強度和硬度增加,塑性和韌性顯著降低

                5硫的影響:

                   硫是有害成分硫含量增加,顯著降低了鋼的熱加工性能和可焊性硫和磷一樣,易于偏析,含量過高時,會降低鋼的韌性

                第四節   鋼材的冷加工和熱處理

                一鋼材的冷加工強化和時效處理

                (一)冷加工強化

                   在常溫下,鋼材經拉拔軋等加工,使其產生塑性變形,而調整其性能的方法稱為冷加工冷加工后的鋼材,屈服點和硬度提高,塑性降低,鋼材得到強化若冷拉后的鋼材,立即受拉,我們發現雖然屈服點提高,但抗拉強度基本不變,塑性和韌性降低,彈性模量降低冷加工強化的原因,是冷拉超過屈服點時,塑性變形造成滑移面內晶格扭曲,畸變加劇,阻礙了進一步滑移,提高了抵抗變形的能力

                (二)時效處理

                   冷拉后的鋼材,時效加快若在常溫下存放15-20天,可完成時效,稱自然時效若加熱鋼材至100-200度,則可以在更短時間內完成時效,稱人工時效經時效處理后的鋼材,若再受拉,屈服點進一步提高,抗拉強度也提高,塑性和韌性進一步降低,彈性模量得到恢復這種現象也稱時效強化建筑工地和混凝土構件廠,常利用冷拉和冷拔并時效處理方法,對鋼材進行處理,提高鋼材的機械強度,降低塑性,從而達到節約鋼材的目的冷拉并時效處理后鋼筋,同時也被調直和除銹當再冷拉時,要控制冷拉率及冷拉應力,使冷拉后的鋼材性能符合規范規定

                二鋼材的熱處理

                   熱處理是將鋼材按規定的溫度制度,進行加熱保溫和冷卻處理,以改變其組織,得到所需要的性能的一種工藝熱處理的方法有淬火回火退火和正火熱處理的具體方法本書不做要求

                第五節   建筑鋼材的技術標準

                一碳素結構鋼(非合金結構鋼)

                1牌號

                   國家標準規定,牌號由代表屈服點的符號(Q)屈服點值(195215235255275兆帕)質量等級(A,B,C,D)和脫氧程度(F,b,Z,TZ)構成其中A,B為普通質量鋼;C,D為磷硫雜質控制較嚴格的優質鋼脫氧程度以F代表沸騰鋼,b代表半鎮靜鋼,T和TZ分別代表鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼例如:Q235-A.F,表示屈服點為235兆帕的質量為A級的沸騰鋼

                2選用

                   建筑工程中主要應用的碳素鋼是Q235號鋼它之所以普遍應用,主要是它的機械強度韌性和塑性及加工等綜合性能好,而且冶煉方便,成本較低Q215號鋼機械強度低塑性大,受力后變形大,經加工及時效處理后可代替Q235使用在選用鋼的牌號時,還必須熟悉鋼的質量一般的說,平爐鋼和氧氣轉爐鋼較好;質量等級為D,C的鋼優于B,A級綱;特殊鎮靜鋼和鎮靜鋼優于平鎮靜鋼,更優于沸騰鋼

                二低合金高強度結構鋼

                1牌號

                   這種鋼的牌號由代表屈服點的Q屈服點數值質量等級符號(ABCDE)三個部分按順序排列

                2性能

                   低合金結構鋼比碳素結構鋼強度高塑性和韌性好,尤其是抗沖擊耐低溫耐腐蝕能力強,并且質量穩定,可節省鋼材在鋼結構中,常采用低合金結構鋼軋制的型鋼鋼板和鋼管來建造橋梁高層及大跨度鋼結構建筑在預應力鋼筋混凝土中,二三級鋼筋即是由普通質量低合金鋼軋制的

                三鋼筋混凝土結構用鋼筋與鋼絲主要了解熱軋鋼筋

                1熱軋鋼筋的級別和技術性能

                   熱軋鋼筋按強度等級分為四個級別其中一級鋼筋為Q235(A,B級)熱軋光圓鋼筋二三和四級鋼筋符合施工用鋼筋的規范規定

                2熱軋鋼筋的選用

                   二三級鋼筋屬于普通質量低合金鋼軋制的,適合用做非預應力鋼筋和預應力鋼筋;而四級鋼筋是由優質合金鋼軋制的,質量好強度高,適宜做預應力鋼筋;而一級鋼筋宜做非預應力鋼筋隨鋼筋級別提高,鋼筋的機械強度提高,塑性及冷彎性能均降低當所選鋼筋強度偏低,塑性偏大時,可以通過冷拉加時效處理的方法調整其性質,并達到節約鋼材的目的

                第六節   建筑鋼材的防銹

                   建筑鋼材表面與周圍環境接觸時,往往會發生電化學腐蝕和化學腐蝕,使鋼表面銹蝕無論在堆放還是在使用過程中,鋼材銹蝕后,都會造成應力截面減小,表面缺陷增多,承載力及沖擊韌性降低,混凝土保護層遭受破壞,甚至造成脆性斷裂

                防止鋼材銹蝕的根本方法是防止潮濕和隔絕空氣目前常采用表面涂漆的隔離方法此外也可以采取渡鋅后再涂塑料涂層等方法對重要鋼結構,還可以采取陰極保護的措施在鋼筋混凝土中,尤其對預應力承重結構的防銹,首先要嚴格控制鋼筋鋼絲質量;其次要提高混凝土密實度,加大保護層厚度,嚴格控制氯鹽摻量,必要時摻入阻銹劑來防止鋼筋銹蝕

                第九章   合成高分子材料

                本章以塑料為重點,其他內容自學

                第一節   高分子材料的基本知識

                常用合成樹脂的性質與應用:

                1聚乙烯:聚乙烯的產量大,用途廣按合成時的壓力分為高壓聚乙烯和低壓聚乙烯聚乙烯具有良好的化學穩定性及耐低溫性,強度較高,吸水性和透水性低,無毒,密度小,易加工,但耐熱性差,且易燃燒聚乙烯主要用于生產防水材料給排水管材等

                2聚氯乙烯:聚氯乙烯是無色半透明的聚合物,在加入添加劑后,可獲得性質優良的硬質和軟質聚氯乙烯塑料聚氯乙烯的機械強度高,化學穩定性好,耐風化性極高,但耐熱性較差,使用溫度范圍小

                3聚丙烯:聚丙烯為白色蠟狀物,耐熱性好,抗拉強度與剛度較好,硬度大,耐磨性好,但耐低溫性和耐火性差,易燃燒,離火后不能自熄

                第二節   建筑塑料

                一塑料的基本組成

                   塑料的組成主要有:合成樹脂填充料增塑劑固化劑著色劑穩定劑等

                二塑料的基本性質

                (一)物理性質

                1密度:塑料的密度一般為1.0-2.0克/立方厘米,約為混凝土的1/2-2/3,僅為鋼材的1/4-1/8

                2孔隙率與吸水率:孔隙率可以在生產時加以控制,以滿足不同的需要塑料屬于憎水性材料,吸水率不大于1%

                3耐熱性:大多數的塑料耐熱性不高,使用溫度一般為100-200度

                (二)力學性質

                1強度:塑料的強度較高,屬于輕質高強材料

                2彈性模量:塑料的彈性模量較低,約為鋼材的1/10,同時具有徐變特性,所以塑料在受力時有較大的變形

                (三)化學性質

                   塑料的化學性質主要有:耐腐蝕性好易老化具有可燃性與毒性常用的塑料制品有:塑料貼面裝飾板有機玻璃板塑料地板塊塑料卷材塑料門窗等

                第十章   瀝青材料極其制品

                   瀝青是一種憎水性的有機膠凝材料,構造致密,與石料磚混凝土及砂漿等能牢固的黏結在一起瀝青制品具有良好的隔潮防水抗滲耐腐蝕等性能在地下防潮防水和屋面防水等建筑工程中及鋪路等工程中得到廣泛的應用瀝青的種類很多,按產源可分為地瀝青和焦油瀝青地瀝青主要包括石油瀝青和天然瀝青;焦油瀝青包括煤瀝青木瀝青等建筑工程中主要用的是石油瀝青和煤瀝青

                   本章應以石油瀝青為重點,在此基礎上了解改性的瀝青材料極其制品

                第一節   石油瀝青

                   石油瀝青是石油經蒸餾提煉出多種輕質油后得到的油渣,或經再加工后得到的物質

                一石油瀝青的技術性質

                1黏性:黏性是表示瀝青抵抗變形或阻滯塑性流動的能力

                2塑性:塑性是指瀝青受到外力作用時,產生變形而不破壞,當外力撤消,能保持所獲得的變形的能力

                3溫度敏感性:溫度敏感性是指瀝青的黏性和塑性隨溫度變化而改變的程度瀝青沒有固定的熔點,當溫度升高時,瀝青塑性增大,黏性減小,由固體或半固體逐漸軟化,變成黏性液體;當溫度降低時,瀝青的黏性增大,塑性減小,由黏流態變為固態瀝青軟化點是反映瀝青溫度敏感性的重要指標,它表示瀝青由故態變為黏流態的溫度,此溫度愈高,說明溫度敏感性愈小,既環境溫度較高時才會發生這種狀態轉變

                4大氣穩定性:大氣穩定性是指石油瀝青在溫度陽光空氣和水的長期綜合作用下,保持性能穩定的能力

                二石油瀝青的標準及選用

                1石油瀝青的標準

                   石油瀝青按用途分為建筑石油瀝青道路石油瀝青防水防潮石油瀝青和普通石油瀝青石油瀝青的牌號主要是根據針入度及延度和軟化點指標劃分的,并以針入度值表示建筑石油瀝青分為10號和30號兩個牌號,道路石油瀝青分十個牌號牌號愈大,相應的針入度值愈大,黏性愈小,延度愈大,軟化點愈低,使用年限愈長

                2石油瀝青的選用

                   通常情況下,建筑石油瀝青多用于建筑屋面工程和地下防水工程;道路石油瀝青多用來拌制瀝青砂漿和瀝青混凝土,用于路面地坪地下防水工程和制作油紙等;防水防潮石油瀝青的技術性質與建筑石油瀝青相近,而質量更好,適用于建筑屋面防水防潮工程選擇屋面瀝青防水層的瀝青牌號時,主要考慮其黏度溫度敏感性和大氣穩定性常以軟化點高于當地歷年來屋面溫度20度以上為主要條件,并適當考慮屋面坡度對于夏季氣溫高,而坡度大的屋面,常選用10號或30號石油瀝青,或者10號與30或60號摻配調整性能的混合瀝青但在嚴寒地區一般不宜直接使用10號石油瀝青,以防冬季出現冷脆破裂現象對于地下防潮防水工程,一般對軟化點要求不高,但要求其塑性好,黏結較大,使瀝青層與建筑物黏結牢固,并能適應建筑物的變形而保持防水層完整

                第四節   瀝青和改性瀝青防水材料

                一防水卷材

                   防水卷材是建筑工程中用量最大的防水材料,它具有重量輕接縫少施工維修方便防水效果可靠造價低等優點,在屋面工程中占有重要地位防水卷材分為瀝青防水卷材高聚物改性瀝青放水卷材和合成高分子卷材三大類瀝青防水卷材是目前普遍應用的傳統的防水卷材

                二瀝青膠

                   瀝青膠是在瀝青中摻入適量礦物粉料,或再摻入部分纖維填料配制而成的膠結劑主要用于粘貼卷材嵌縫接頭補漏及做防水底層

                三瀝青防水涂料

                   瀝青防水涂料是由瀝青或改性瀝青為基料,與分散介質和改性材料配制而成是流態或半流態物質,在建筑工程中用于屋面墻面溝槽等處,具有施工方便成本低和較好的防水防潮防腐抗大氣滲透等效果

                第十一章   木材

                本章主要要求掌握木材的物理力學性質

                第二節   木材的物理力學性質

                一木材的物理性質

                (一)表示木材物理狀態特征的性質

                   木材的密度要比礦物材料為低由于木材是同一物質組成,因而密度波動不大,約為1.54克/立方厘米但木材的體積密度波動大木材的孔隙率也在很大的范圍內變化

                (二)木材的吸濕性和含水率

                   木材具有纖維狀結構和很大的孔隙率,其內表面積極大,易于從空氣中吸水,此即木材的吸濕性木材長期處于一定溫度和濕度下,其含水率趨于一個定值,表明木材表面的蒸汽壓與周圍空氣的壓力達到平衡,此時的含水率稱為平衡含水率木材中的水分處于三種狀態:自由的物理結合的和化學結合的木材干燥時,首先是自由水蒸發,而后是吸附水蒸發木材受潮時,先是細胞壁吸水,細胞壁吸水達飽和后,自由水才開始吸入當木材細胞壁中的吸附水達到飽和,而細胞腔與細胞間隙中尚無自由水時,這時木材的含水率稱為纖維飽和點

                (三)干縮濕漲和翹曲

                   木材含水率在0至纖維飽和點范圍內變化,將引起木材的尺寸和體積的變化,即產生濕漲和干縮,順纖維方向的線收縮較小,而徑向和弦向的線收縮較大;木材干燥時,由于弦向和徑向收縮不同,以及干燥的不均勻性,在木材中產生內應力,而引起木材的翹曲和開裂

                二木材的力學性質

                   工程中常利用木材的以下幾種強度:抗壓抗拉抗彎和抗剪順紋抗拉強度為橫紋的20-30倍,順紋的抗壓強度為橫紋的5-10倍影響木材強度的因素有:樹種體積密度天然疵病溫度時間和含水率等木材在儲存中常易腐蝕,木材的防腐常采取兩種措施:第一種是將木材干燥,使含水率小于20%,使用時注意通風和除濕;第二種是用化學防腐劑對木材進行處理,主要有水溶性防腐劑和油質防腐劑兩種。

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