2017一建《水利工程》考点讲解：建筑材料的应用

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　　1F411032 熟悉建筑材料的应用

　　一、筑坝用土石料

　　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。

　　(一)土坝(体)壳用土石料

　　最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1×10-4cm/s;粘料含量一般为10%～30%;有机质含量(按重量计)不大于5%;易溶盐含量小于5%。

　　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。

　　(二)防渗体用土石料

　　一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏质土等材料。

　　(三)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。

　　(四)土工合成材料的应用

　　根据《土工合成材料应用技术规范》(GB

　　50290-98)规定，土工合成材料包括土工膜、土工织物、土工复合材料及土工特殊材料四大类。在水利水电工程中的应用包括：

　　1.防渗。利用土工膜或复合土工膜防渗性强的特点，进行土坝、堤防、池塘等工程的防渗。

　　2.反滤、排水。利用土工布透水性好、孔隙小的特点，作为土石坝、水闸、堤防、挡土墙等工程的排水和反滤体。

　　3.护岸护底工程。利用土工布做成软体排铺设在防冲的边坡上，防止水流冲刷渠道和海岸等上岸坡。

　　4.防汛抢险方面。利用填满土石料的土工编织袋，快速加高加固堤坝，在迎水面上利用土工布制成的软体卷材快速铺设，及时堵住渗漏通道，有效控制管涌、流土，防止渗透破坏。

　　二、建筑石材

　　岩石按形成条件的不同，分为火成岩(岩浆岩)、水成岩(沉积岩)及变质岩三大类。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。

　　(一)火成岩

　　1.花岗岩：具有较高的抗冻性，凿平、磨光性也较好。多用于基础、桥墩、堤坝、拱石、路面、海港结构和基座等。

　　2.闪长岩：吸水低，韧性高，耐久性胜过花岗岩。

　　3.辉长岩：具有很高韧性及抗风化性，是良好的水工建筑石料。

　　4.辉绿岩：多用于桥墩、基础、路面及石灰、粉刷材料、原料等。

　　5.玄武岩：主要用作筑路材料、堤岸的护坡材料等。

　　(二)水成岩

　　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骨料等。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，应考虑它的抗水性及耐冻性。

　　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。

　　(三)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，可作成板材，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。

　　三、水泥

　　(一)水泥的品种及主要性能

　　水泥是水硬性胶凝材料。常用的品种有：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、硅酸盐大坝水泥、快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。硅酸盐水泥密度一般为3100～3200kg/m3。在0.080mm方孔筛上的筛余量不得超过12%，比表面积为2500～3500cm2 /g。标准稠度用水量，一般在24%～30%之间。初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于12h。

　　(二)水泥的适应范围

　　1.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，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥，避免采用火山灰质硅酸盐水泥。

　　2.有抗冻要求的混凝土，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥，并掺用加气剂或塑化剂，以提高混凝土的抗冻性。当环境水兼硫酸盐侵蚀时，应优先选用抗硫

　　3.大体积建筑物内部的混凝土，应优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等，以适应低热性的要求。

　　4.位于水中和地下部位的混凝土，宜采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。

　　(三)水泥检验的要求

　　水泥应有生产厂家的出厂质量证明书，包括厂别、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，并应补齐28d强度证明书。

　　有下列情况之一者，应复试并按复试结果使用：用于承重结构工程的水泥，无出厂证明者;存储超过3个月(快硬水泥超过1个月);对水泥的厂别、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;进口水泥。

　　建筑材料的应用(水泥砂浆、水泥混凝土)

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　　四、水泥砂浆

　　新拌砂浆的和易性是指其是否便于施工并保证质量的综合性质。包括流动性和保水性两个方面。

　　(一)流动性

　　常用沉入度表示。沉入度即标准圆锥体在砂浆中沉入的深度：沉入度大的砂浆，流动性好。

　　(二)保水性

　　即保有水分的能力。保水性可用泌水率表示，即砂浆中泌出水分的质量占拌合水总量的百分率。但工程上采用较多的是分层度这一指标。所谓分层度通常用上下层砂浆沉入度的差值来表示。分层度大于2cm的砂浆易泌水，不宜使用，分层度接近于零的砂浆，虽保水性好，但因胶凝材料用量太多，容易发生干缩裂缝。故砂浆的分层度以1～2cm为宜。

　　五、水泥混凝土

　　混凝土的主要技术指标有：和易性、强度及耐久性。

　　(一)和易性

　　和易性是指在一定施工条件下，便于施工操作并能获得质量均匀、密实的混凝土性能。水泥混凝土拌合物的和易性包括流动性、粘聚性、保水性三个方面。影响因素有水泥浆用量、水泥浆稀稠、砂率及水泥的品种，外加剂的掺入等。坍落度的大小反映了混凝土拌合物的和易性。

　　(二)混凝土的强度

　　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。

　　1.混凝土的抗压强度

　　混凝土抗压强度是把混凝土拌合物做成边长为15cm的标准立方体试件，在标准养护条件(温度20±3℃，相对湿度95%以上)下，养护到28d进行测定的立方体标准值(以MPa计)的大小。根据抗压强度的大小将混凝土分为不同的强度等级如CIO、C15、C20、C25、C30、C40等。其影响因素有：施工方法及施工质量、水泥强度及水灰比、骨料种类及级配、养护条件及龄期等。

　　2.混凝土的抗拉强度

　　混凝土的抗拉强度，一般约为抗压强度的7%～t4%。有抗裂要求的结构，除对混凝土抗压强度有要求外，还需对抗拉强度提出要求。抗拉强度的测定方法有轴心抗拉试验法及劈裂试验法两种。影响因素与影响抗压强度的因素相同。

　　(三)混凝土的耐久性

　　混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀性等。

　　1.抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透作用而不破坏的能力。抗渗等级分为：W2、W4、W6、W8、W10等。

　　2.抗冻性是指混凝土在饱和状态下，经多次冻融循环作用而不严重降低强度的性能。抗冻等级分为：F50、FlO0、F150、F200、F250及F300等。

　　3.抗冲磨性是指混凝土抵抗高速含砂水流冲刷破坏的能力。

　　4.抗侵蚀性是指混凝土抵抗环境水侵蚀的能力。

　　(四)分区混凝土要求

　　1.上、下游最高水位以上坝体表层混凝土：主要考虑抗冻因素，在寒冷地区多采用厚2～3m的抗冻混凝土。

　　2.上、下游水位变化区的坝体表层混凝土：主要考虑抗冻、抗裂因素，多采用厚3～5m的抗渗、抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土。

　　3.上、下游最低水位以下坝体表层混凝土：主要考虑强度、抗渗、抗裂因素，多采用厚2～3m的抗渗混凝土。

　　4.坝体内部混凝土：主要考虑低热、抗裂因素。

　　5.溢流坝、泄水孔、导墙和闸墩等抗冲刷部位的混凝土：主要考虑强度、抗冻、抗冲刷、抗侵蚀因素。

　　(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间的比例关系。常采用的方法有：

　　(1)以每立方米混凝土中各项材料的重量来表示;

　　(2)以各项材料间的重量比来表示。

　　混凝土配合比的设计，实质上就是确定四种材料用量之间的三个对比关系：水灰比、砂率、浆骨比。水灰比表示水泥与水用量之间的对比关系;砂率表示砂与石子用量之间的对比关系;浆骨比是用单位体积混凝土用水量表示，是表示水泥浆与骨料用量之间的对比关系。

　　(六)骨料

　　骨料必须坚硬、致密、耐久、无裂隙。

　　1.混凝土的细骨料：粒径在0。16～5mm之间的骨料。按形成条件分为天然砂、人工砂;按细度模数F·M分为粗砂(F·M=3.7～3.1)、中砂(F·M=3.0～2.3)、细砂(F·M=2.2～1.6)、特细砂(F·M=1.5～0.7)。骨料中杂质含量不超过《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144一⒛01)的规定，如表1F411032-1所示。

　　2.混凝土的粗骨料：粒径大于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为特大石(150～80mm或120～80mm)、大石(80～40mm)、中石(40～20mm)、小石(20～5mm)四级。粗骨料中杂质含量不得超过表1F411032-2的规定。

　　3.砂、石料的检验：应按产地或料场、品种、规格、批量取样进行检验。不符合质量标准的原材料，采用技术处理措施使用时，应有审批手续。

　　(七)混凝土的外加剂

　　为了提高混凝土的性能、节约水泥、加快施工进度、降低工程造价，常在混凝土内加入少量的外加剂。根据《混凝土外加剂应用技术规范》(GB 50119—2003)，外加剂按其主要功能可分为四类：

　　l.改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。包括减水剂、引气剂、泵送剂等。

　　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、防水剂和泵送剂等。

　　(八)粉煤灰

　　六、建筑钢材

　　钢材在建筑结构中主要是承受拉力、压力、弯曲、冲击等外力作用，但是在施工中还经常对钢材进行冷弯或焊接等加工工艺。其中建筑钢材的力学性能主要有抗拉屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、硬度和冲击韧性等;工艺性能有可焊性及冷弯性能。

　　1.抗拉屈服强度：指钢材在外力作用下开始产生塑性变形时的应力。

　　2.抗拉极限强度：指试件破坏前，应力-应变图上的最大应力。

　　3.伸长率：指钢材拉断后，标距长度的伸长量与原标距长的比值。

　　4.硬度：指材料抵抗另一更硬物体压入其表面的能力。常用压痕的深度或压痕单位表面积上所受的压力作为衡量指标。

　　5.冲击韧性：指材料抵抗冲击荷载作用的能力。用冲断试件时每单位面积上所消耗的功来表示。

　　6.可焊性：是用焊接的手段使焊头能牢固可靠且硬脆性小的性能。

　　7.冷弯性能：指钢材在常温下承受静力弯曲时所容许的变形能力。

　　建筑钢材分为钢结构用钢材和钢筋混凝土用钢筋及钢丝。水工钢结构主要有钢闸门及压力钢管等。建筑工程所用的钢筋有热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋及热处理钢筋四种。钢丝主要有不同规格的预应力混凝土用钢丝及钢绞线。

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