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    建筑材料理论

    第一章  建筑材料的基本性质

      本章为全书重点内容,在讨论性质之前,我们要求同学理解不同材料在结构物中的功用不同,所处的环境不同,对其性质的要求也不同。本章所讨论的各种性质都是建筑材料经常要考虑的性质掌握或了解这些性质的概念(包括定义表示方法实用意义等)对以后讨论各种材料意义重大。

      建筑材料的性质可归纳为:物理性质,力学性质,化学性质,耐久性等

    第一节  材料的组成与结构

    一材料的组成

    材料的组成是决定材料性质的内在因素之一主要包括:化学组成和矿物组成

    二材料的结构

    材料的性质与材料内部的结构有密切的关系材料的结构主要分成:宏观结构显微结构 微观结构

    第二节 材料的物理性质

    一表示材料物理状态特征的性质

    1体积密度:材料在自然状态下单位体积的质量称为体积密度

    2密度:材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度

    3堆积密度:散粒材料在规定装填条件下单位体积的质量称为堆积密度

    注意:密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身的体积;自然状态下的体积是指固体物质的体积与全部孔隙体积之和;堆积体积是指自然状态下的体积与颗粒之间的空隙之和

    4表观密度:材料的质量与表观体积之比表观体积是实体积加闭口孔隙体积,此体积即材料排开水的体积

    5孔隙率:材料中孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率

    6开口孔隙率:材料中能被水饱和(即被水所充满)的孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率

    7闭口孔隙率:材料中闭口孔隙的体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率即闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率

    8空隙率:散粒材料在自然堆积状态下,其中的空隙体积与散粒材料在自然状态下的体积之比的百分率

    二与各种物理过程有关的材料性质

    1亲水性:当水与材料接触时,材料分子与水分子之间的作用力(吸附力)大于水分子之间的作用力(内聚力),材料表面吸附水分,即被水润湿,表现出亲水性,这种材料称为亲水材料

    2憎水性:当水与材料接触时,材料分子与水分子之间的作用力(吸附力)小于水分子之间的作用力(内聚力),材料表面不吸附水分,即不被水润湿,表现出憎水性,这种材料称为憎水材料

    3吸水性:材料吸收水分的能力称为吸水性,用吸水率表示吸水率有两种表示方法:质量吸水率  体积吸水率质量吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的质量与材料在绝对干燥状态下的质量之比体积吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的体积与材料在自然状态下的体积之比

    4含水率:材料在自然状态下所含的水的质量与材料干重之比     

       例题:已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%,此试样在自然状态下的体积为40立方厘米,质量为85.50克,吸水饱和后的质量为89.77克,烘干后的质量为82.30克试求该材料的密度表观密度开口孔隙率闭口孔隙率含水率解:密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40×(1-0.24)=2.7克/立方厘米

       开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=(89.77-82.3)÷1/40=0.187

       闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053

       表观密度=干质量/表观体积=82.3/40×(1-0.187)=2.53

       含水率=水的质量/干重=(85.5-82.3)/82.3=0.039

    第三节  材料的力学性质

    一材料在外力作用下的变形性质

    1弹性变形:材料在外力作用下产生变形,当外力消除后,能够完全恢复原来形状的性质称为弹性,这种变形称为弹性变形

    2塑性变形:材料在外力作用下产生变形而不出现裂缝,当外力消除后,不能够自动恢复原来形状的性质称为塑性,这种变形称为塑性变形

    二强度

    材料抵抗在应力作用下破坏的性能称为强度强度通常以强度极限表示强度极限即单位受力面积所能承受的最大荷载有关材料的力学性质,在材料力学中有详尽的论述,本书不作要求

    注意:对于以力学性质为主要性能指标的材料,通常按其强度值的大小划分成若干等级或标号脆性材料(混凝土水泥等)主要以抗压强度来划分等级或标号,塑性材料(钢材等)以抗拉强度来划分强度值和强度等级或标号不能混淆,前者是表示材料力学性质的指标,后者是根据强度值划分的级别

    第二章   石材

    本章的重点内容为常用建筑石材,其他内容不作要求

    一砌筑用石材的规格

    1料石:截面的宽度高度不小于200毫米,且不小于长度的1/4

    2细料石:叠砌面的凹入深度不大于10毫米

    3粗料石:叠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,叠砌面的凹入深度不大于25毫米

    5毛石:形状不规则,中部厚度不小于200毫米主要用于基础毛石混凝土

    二常用建筑石材

    1花岗岩:主要矿物组成是长石石英,为全晶制,块状结构,通常有灰白黄红等多种颜色,具有很好的装饰性抗风化性及耐久性高,耐酸性好,使用年限高

    2石灰岩:主要由方解石组成,常呈灰白等颜色,可用于基础挡土墙等石砌体,破碎后可用于配制混凝土它也是生产石灰和水泥等的原料

    3大理石:主要矿物组成是方解石和白云石构造致密,呈块状,常呈白浅红浅绿等斑纹,装饰效果好其吸水率小杂质少质地坚硬

    第三章   气硬性胶凝材料

    本章的重点是建筑石膏和石灰

    第一节   石膏

    一石膏的化学组成

    生产石膏的原料主要为含硫酸钙的天然石膏(又称生石膏)或含硫酸钙的化工副产品和磷石膏氟石膏硼石膏等废渣,其化学式为CaSO4.2H2O,也称二水石膏将天然二水石膏在不同的温度下煅烧可得到不同的石膏品种如将天然二水石膏在107~1700c的干燥条件下加热可得建筑石膏

    二建筑石膏的凝结与硬化

    将建筑石膏加水后,它首先溶解于水,然后生成二水石膏析出随着水化的不断进行,生成的二水石膏胶体微粒不断增多,这些微粒比原先更加细小,比表面积很大,吸附着很多的水分;同时浆体中的自由水分由于水化和蒸发而不断减少,浆体的稠度不断增加,胶体微粒间的黏结逐步增强,颗粒间产生摩擦力和黏结力,使浆体逐渐失去可塑性,即浆体逐渐产生凝结继续水化,胶体转变成晶体晶体颗粒逐渐长大,使浆体完全失去可塑性,产生强度,即浆体产生了硬化这一过程不断进行,直至浆体完全干燥,强度不在增加,此时浆体已硬化人造成石材

    浆体的凝结硬化过程是一个连续进行的过程从加水开始拌合一直到浆体开始失去可塑性的过程称为浆体的初凝,对应的这段时间称为初凝时间;从加水拌合开始一直到浆体完全失去可塑性,并开始产生强度的过程称为浆体的硬化,对应的时间称为终凝时间

    三建筑石膏的特性质量要求与应用

    (一)建筑石膏的特性

     建筑石膏与其他胶凝材料相比有以下特性:

    1结硬化快

    2凝结硬化时体积微膨胀

    3孔隙率大与体积密度小

    4保温性与吸声性好

    5强度较低

    6具有一定的调温与调湿性能

    7防火性好但耐火性较差

    8耐水性抗渗性抗冻性差

    (二)建筑石膏的质量要求

    建筑石膏的质量要求主要有强度细度和凝结时间按强度和细度划分为优等品一等品和合格品各等级建筑石膏的初凝时间不得小于6min,终凝时间不得大于30min

    (三)建筑石膏的应用

    建筑石膏的应用很广,主要用于室内抹灰粉刷生产各种石膏板等

    第二节   石灰

    一石灰的原料与生产

    生产石灰的原料主要是含碳酸钙为主的天然岩石,如石灰石白垩等将这些原料在高温下煅烧,即得生石灰,主要成分为氧化钙正常温度下煅烧得到的石灰具有多孔结构,内部孔隙率大,晶体粒小,体积密度小,与水作用快

    注意:生产时,由于火候或温度控制不均,常会含有欠火石灰或过火石灰欠火石灰中含有未分解的碳酸钙内核,外部为正常煅烧的石灰,它只是降低了石灰的利用率,不会带来危害温度过高得到的石灰称为过火石灰过火石灰的结构致密,孔隙率小,体积密度大,并且晶粒粗大,表面常被熔融的黏土杂质形成的玻璃物质所包覆因此过火石灰与水作用的速度很慢,须数天甚至数年,这对石灰的使用极为不利为避免过火石灰在使用以后,因吸收空气中的水蒸气而逐步熟化膨胀,使已硬化的砂浆或制品产生隆起开裂等破坏现象,在使用以前必须使过火石灰熟化或将过火石灰去除常采用的方法是在熟化过程中,利用筛网除掉较大尺寸过火石灰颗粒,而较小的过火石灰颗粒在储灰坑中至少存放二周以上,使其充分熟化,此即所谓的陈伏陈伏时为防止石灰炭化,石灰膏的表面须保存有一层水

    二石灰的特性

    1保水性与可塑性好

    2凝结硬化慢强度低%

    3耐水性差

    4干燥收缩大

    本章的其他内容一般了解

    第四章   水泥

    本章以硅酸盐水泥和掺混合材料的硅酸盐水泥为重点,是全书重点之一

    第一节 硅酸盐水泥

    一酸盐水泥的矿物组成

    国家标准规定:凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料,5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣,适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,统称为硅酸盐水泥硅酸盐水泥的主要矿物组成是:硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度;硅酸二钙四星期后才发挥强度作用,约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度;铝酸三钙强度发挥较快,但强度低,其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用;铁铝酸四钙的强度发挥也较快,但强度低,对硅酸盐水泥的强度贡献小

    二硅酸盐水泥的凝结与硬化

    (一)硅酸盐水泥的水化

    硅酸盐水泥与水拌合后,熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应,生成五种水化产物:水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶,氢氧化钙水化铝酸钙水化硫铝酸钙晶体其中,水化硅酸钙凝胶约占50%,氢氧化钙晶体约占20%水泥早期强度增长快,后期强度增长缓慢,若温度和湿度适宜,其强度在几年或十几年后仍可缓慢增长

    (二)水泥石及影响其凝结硬化的因素

    硬化后的水泥浆体,称为水泥石,是由胶凝体未水化的水泥颗粒内核毛细孔等组成的非均质体水泥石的硬化程度越高,凝胶体含量越多,水泥石强度越高影响水泥石凝结硬化的因素有:

    1水泥熟料的矿物组成和细度

    2石膏掺量:掺入石膏可延缓其凝结硬化速度

    3养护时间:随着养护时间的增长,其强度不断增加

    4温度和湿度:温度升高,硬化速度和强度增长快;水泥的凝结硬化必须在水分充足的条件下进行,因此要有一定的环境湿度

    5水灰比:拌合水泥浆时,水与水泥的质量比,称为水灰比水灰比愈小,其凝结硬化速度愈快,强度愈高

    三酸盐水泥的技术要求

    1细度:水泥颗粒越细,比表面积越大,水化反应越快越充分,早期和后期强度都较高国家规定:比表面积应大于300平方米/千克,否则为不合格

    2凝结时间:为保证在施工时有充足的时间来完成搅拌运输成型等各种工艺,水泥的初凝时间不宜太短;施工完毕后,希望水泥能尽快硬化,产生强度,所以终凝时间不宜太长硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟,终凝时间不得迟于390分钟

    3体积安定性:水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性如体积变化不均匀即体积安定性不良,容易产生翘曲和开裂,降低工程质量甚至出现事故

    四水泥石的腐蚀与防止

    1水泥石受腐蚀的基本原因:水泥石中含有易受腐蚀的成分,即氢氧化钙和水化铝酸钙等;水泥石不密实,内部含有大量的毛细孔隙

    2易造成水泥石腐蚀的介质:软水及含硫酸盐镁盐碳酸盐一般酸强碱的水

    3防止腐蚀的措施:合理选用水泥的品种;掺入活性混合材料;提高水泥密实度;设保护层

    五硅酸盐水泥的性质应用与存放

    (一)硅酸盐水泥的性质与应用

    1早期及后期强度均高:适用于预制和现浇的混凝土工程冬季施工的混凝土工程预应力混凝土工程等

    2抗冻性好:适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程

    3耐腐蚀性差:不宜用于受流动软水和压力水作用的工程,也不宜用于受海水和其它腐蚀性介质作用的工程

    4水化热高:不宜用于大体积混凝土工程

    5抗炭化性好:适合用于二氧化碳浓度较高的环境,如翻砂铸造车间等

    6耐热性差:不得用于耐热混凝土工程

    7干缩小:可用于干燥环境

    8耐磨性好:可用于道路与地面工程

    (二)酸盐水泥的运输与储存

     水泥在运输过程中,须防潮与防水散装水泥须分库储存,袋装水泥的堆放高度不得超过十袋;水泥不宜久存,超过三个月的水泥须重新试验,确定其标号

    第二节   掺混合材料的硅酸盐水泥

    一混合材料

    1非活性混合材料:常温下不与氢氧化钙和水反应的混合材料称为非活性混合材料主要有石灰石石英砂及矿渣等作用是调节水泥标号,降低水化热,增加水泥的产量,降低水泥成本等

    2活性混合材料:常温下与氢氧化钙和水发生反应的混合材料称为活性混合材料主要有粒化高炉矿渣和火山灰质混合材料主要作用是改善水泥的某种性能,此外也能起到调节水泥标号降低水化热和成本增加水泥产量的作用

    二普通硅酸盐水泥

    凡由硅酸盐水泥熟料6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥,简称普通水泥

    国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有:

    (1)细度  筛孔尺寸为80?m的方孔筛的筛余不得超过10%,否则为不合格

    (2)凝结时间  处凝时间不得早于45分钟,终凝时间不得迟于10小时

    (3)标号  根据抗压和抗折强度,将硅酸盐水泥划分为325425525625四个标号

     普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少,其性质与硅酸盐水泥基本相同,略有差异,主要表现为:

    (1)早期强度略低

    (2)耐腐蚀性稍好

    (3)水化热略低

    (4)抗冻性和抗渗性好

    (5)抗炭化性略差

    (6)耐磨性略差

    三矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥

     矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥它由硅酸盐水泥熟料20%-70%的粒化高炉矿渣及适量石膏组成火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥它由硅酸盐水泥熟料20%-50%的火山灰质混合材料及适量石膏组成粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥它由硅酸盐水泥熟料20%-40%的粉煤灰及适量石膏组成

    (一)矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥的性质与应用

    1三种水泥的共性

    (1)早期强度低后期强度发展高这三种水泥不适合用于早期强度要求高的混凝土工程,如冬季施工现浇工程等

    (2)对温度敏感,适合高温养护

    (3)耐腐蚀性好适合用于有硫酸盐镁盐软水等腐蚀作用的环境,如水工

    海港码头等混凝土工程

    (4)水化热少适合用于大体积混凝土

    (5)抗冻性差

    (6)抗炭化性较差不适合用于二氧化碳含量高的工业厂房,如铸造翻砂车间

    2三种水泥的特性

    (1)矿渣硅酸盐水泥适合用于有耐热要求的混凝土工程,不适合用于有抗冻性要求的混凝土工程

    (2)火山灰质硅酸盐水泥适合用于有抗渗性要求的混凝土工程,不适合用于干燥环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)粉煤灰硅酸盐水泥适合用于承载较晚的混凝土工程,不宜用于有抗渗要求的混凝土工程,也不宜用于干燥环境中的混凝土工程及有耐磨性要求的混凝土工程

    四复合硅酸盐水泥

     凡有硅酸盐水泥熟料两种或两种以上规定的混合材料适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料,称为复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥由于掺入了二种以上的混合材料,起到了互相取长补短的作用,其效果大大优于只掺一种混合材料其早期强度提高,且水化热低,耐腐蚀性抗渗性及抗冻性较好因而其用途更为广泛,是一种很有发展前途的水泥

    第五章   混凝土

     混凝土是以胶凝材料与骨料按适当比例配合,经搅拌成型硬化而成的一种人造石材按所用胶凝材料分为水泥混凝土石膏混凝土水玻璃混凝土等,本章主要介绍广为应用的水泥混凝土本章是全书的重点

    第一节   普通混凝土的组成及基本要求

    一混凝土的组成

     混凝土是由水泥水砂和石子组成水和水泥成为水泥浆,砂和石子为混凝土的骨料在混凝土的组成中,骨料一般占总体积的70%-80%;水泥石约占20%-30%,其余是少量的空气

    二混凝土的基本要求

    1混凝土拌合物的和易性:混凝土拌合物必须具有与施工条件相适应的和易性

    2强度:混凝土经养护至规定天数,应达到设计要求的强度

    3耐久性

    4经济性

    第二节   普通混凝土的组成材料

    一水泥

    水泥标号的选择,根据混凝土的强度要求确定,使水泥标号与混凝土强度相适应水泥的强度约为混凝土强度的1.5-2.0倍为好

    二细骨料

    粒径为5以下的骨料称为细骨料,一般采用天然砂混凝土用砂的质量要求,主要有以下几项:

    1砂的粗细程度及颗粒级配

     粒径越小,总表面积越大在混凝土中,砂的表面由水泥浆包裹,砂的总表面积越大,需要的水泥浆越多当混凝土拌合物的流动性要求一定时,显然用粗砂比用细砂所需水泥浆为省,且硬化后水泥石含量少,可提高混凝土的密实性,但砂粒过粗,又使混凝土拌合物容易产生离析泌水现象,影响混凝土的均匀性,所以,拌制混凝土的砂,不宜过细,也不宜过粗

     评定砂的粗细,通常用筛分析法该法是用一套孔径为5.002.501.250.6300.3150.160的标准筛,将预先通过孔径为10.0筛的干砂试样500克由粗到细依次过筛,然后称量各筛上余留砂样的质量,计算出各筛上的分计筛余百分率和累计筛余百分率,计算如下:

    砂的粗细程度,,工程上常用细度模数f表示,其定义为:

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

    细度模数越大,表示砂越粗细度模数在3.7-3.1为粗砂,在3.0-2.3为中砂,在2.2-1.6为细砂普通混凝土用砂的细度模数范围在3.7-1.6,以中砂为宜在配制混凝土时,除了考虑砂的粗细程度外,还要考虑它的颗粒级配砂为什么要有良好的颗粒级配呢?

     砂的颗粒级配是指粒径大小不同的砂相互搭配的情况级配好的砂应该是粗砂空隙被细砂所填充,使砂的空隙达到尽可能小这样不仅可以减少水泥浆量,即节约水泥,而且水泥石含量少,混凝土密实度提高,强度和耐久性加强可见,要想减少砂粒间的空隙,就必须有良好的级配

    2泥泥块及有害物质

    (1)泥及泥块:泥黏附在骨料的表面,防碍水泥石与骨料的黏结,降低混凝土强度,还会加大混凝土的干缩,降低混凝土的抗渗性和抗冻性泥块在搅拌时不宜散开,对混凝土性质的影响更为严重

    (2)有害物质:砂中的有害物质主要包括硫化物硫酸盐有机物及云母等,能降低混凝土的强度和耐久性

    3坚固性:必须选坚固性好的砂,不用已风化的砂

    三粗骨料

       最大粒径的大小表示粗骨料的粗细程度粗骨料最大粒径增大时,骨料总表面积减少,可减少水泥浆用量,节约水泥,且有助于提高混凝土密实度,因此,当配制中等强度以下的混凝土时,尽量采用粒径大的粗骨料但粗骨料的最大粒径,不得大于结构截面最小尺寸的1/4,并不得大于钢筋最小净距的3/4;对混凝土实心板,最大粒径不得大于板厚的1/2,并不得超过50

    四混凝土拌合及养护用水

       凡能饮用的自来水及清洁的天然水都能用来养护和拌制混凝土污水酸性水含硫酸盐超过1%的水均不得使用海水一般不用来拌制混凝土

    第三节   普通混凝土拌合物的性质

    混凝土的主要性质是和易性

    一和易性

       和易性是指混凝土是否易于施工操作和均匀密实的性能主要表现为:是否易于搅拌和卸出;运输过程中是否分层泌水;浇灌时是否离析;振捣时是否易于填满模型可见,和易性是一项综合性能,包括流动性粘聚性和保水性

    1流动性:指混凝土能够均匀密实的填满模型的性能混凝土拌合物必须有好的流动性

    2粘聚性:为什么要有好的粘聚性呢?粘聚性差的拌合物中的石子容易与砂浆分离,并出现分层现象,振实后的混凝土表面还会出现蜂窝空洞等缺陷

    3保水性:保水性差,泌水倾向加大,振捣后拌合物中的水分泌出上浮,使水分流经的地方形成毛细孔隙,成为渗水通道;上浮到表面的水分,形成疏松层,如上面继续浇灌混凝土,则新旧混凝土之间形成薄弱的夹层;上浮过程中积聚在石字和钢筋下面的水分,形成水隙,影响水泥浆与石字和钢筋的黏结

    二和易性的测定

       通常是测定拌合物的流动性,粘聚性和保水性一般靠目测坍落度法:测定时,将混凝土拌合物按规定方法装入坍落筒内,然后将筒垂直提起,由于自重会产生坍落现象,坍落的高度称为坍落度坍落度越大,说明流动性越好

       粘聚性的检查方法,是用捣棒在已坍落的拌合物一测轻敲,如果轻敲后拌合物保持整体,渐渐下沉,表明粘聚性好;如果拌合物突然倒塌,部分离析,表明粘聚性差

       保水性的检查方法,是当坍落筒提起后如有较多稀浆从底部析出而拌合物因失浆骨料外露,说明保水性差;如无浆或有少量的稀浆析出,拌合物含浆饱满,则保水性好

    三影响和易性的因素

    1用水量:用水量是决定混凝土拌合物流动性的主要因素分布在水泥浆中的水量,决定了拌合物的

    流动性拌合物中,水泥浆应填充骨料颗粒间的空隙,并在骨料颗粒表面形成润滑层以降低摩擦,由此可见,为了获得要求的流动性,必须有足够的水泥浆

     实验表明,当混凝土所用粗细骨料一定时,即使水泥用量有所变动,为获得要求的流动性,所用水量基本是一定的流动性与用水量的这一关系称为恒定用水量法则这给混凝土配合比设计带来很大方便

     注意:增加用水量虽然可以提高流动性,但用水量过大,又使拌合物的粘聚性和保水性变差,影响混凝土的强度和耐久性因此,必须在保持水灰比即水与水泥的质量比不变的条件下,在增加用水量的同时,增加水泥的用量

    2水灰比:水灰比决定着水泥浆的稀稠为获得密实的混凝土,所用的水灰比不宜过小;为保证拌合物有良好的粘聚性和保水性,所用的水灰比又不能过大水灰比一般在0.5-0.8在此范围内,当混凝土中用水量一定时,水灰比的变化对流动性影响不大

    3砂率:砂率是指混凝土中砂的用量占砂石总量的质量百分率当砂率过大时,由于骨料的空隙率与总表面积增大,在水泥浆用量一定的条件下,包覆骨料的水泥浆层减薄,流动性变差;若砂率过小,砂的体积不足以填满石子的空隙,要用部分水泥浆填充,使起润滑作用的水泥浆层减薄,混凝土变的粗涩,和易性变差,出现离析溃散现象而在合理砂率下,在水泥浆量一定的情况下,使混凝土拌合物有良好的和易性或者说,当采用合理砂率时,在混凝土拌合物有良好的和易性条件下,使水泥用量最少可见合理砂率,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其他影响因素

     影响和易性的其他因素有:水泥品种骨料条件时间和温度外加剂等

    四坍落度的选择

       坍落度的选择原则是:在满足施工要求的前提下,尽可能采用较小的坍落度

    第四节   普通混凝土结构和性质

    一混凝土强度

    (一)混凝土的抗压强度和强度等级

       混凝土强度包括抗压抗拉抗弯和抗剪,其中以抗压强度为最高,所以混凝土主要用来抗压混凝土的抗压强度是一项最重要的性能指标按照国家规定,以边长为150的立方体试块,在标准养护条件下(温度为20度左右,相对湿度大于90%)养护28天,测得的抗压强度值,称为立方抗压强度fcu.

     混凝土按强度分成若干强度等级,混凝土的强度等级是按立方体抗压强度标准值fcu,k划分的立方体抗压强度标准值是立方抗压强度总体分布中的一个值,强度低于该值得百分率不超过5%,即有95%的保证率混凝土的强度分为C7.5C10C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60等十二个等级

    (二)普通混凝土受压破坏特点

       混凝土受压破坏主要发生在水泥石与骨料的界面上混凝土受荷载之前,粗骨料与水泥石界面上实际已存在细小裂缝随着荷载的增加,裂缝的长度宽度和数量也不断增加,若荷载是继续的,随时间延长即发生破坏.决定混凝土强度的应该是水泥石与粗骨料界面的黏结强度

    (三)影响混凝土强度的因素

    1水泥强度和水灰比:从普通混凝土受压破坏特点得知,混凝土强度主要决定于水泥石与粗骨料界面的黏结强度而黏结强度又取决于水泥石强度水泥石强度愈高,水泥石与粗骨料界面强度也愈高至于水泥石强度,则取决于水泥强度和水灰比这是因为:水泥强度愈高,水泥石强度愈高,黏结力愈强,混凝土强度愈高在水泥强度相同的情况下,混凝土强度则随水灰比的增大有规律的降低但水灰比也不是愈小愈好,当水灰比过小时,水泥浆过于干稠,混凝土不易被振密实,反而导致混凝土强度降低我国通过实验求得的这种线性关系式为:fcu=Afc(C/W-B)式中:fcu混凝土28天龄期的抗压强度;

    C/W灰水比;

    fc水泥实际强度;

    AB经验系数碎石混凝土A=0.48,B=0.52

    卵石混凝土A=0.50,B=0.61式中的水泥实际强度是经实验测定的强度值在无法取得水泥实际强度值时,对新出厂的水泥可按下式计算:

    Fc=Kcfcb式中:fbc水泥标号;

    kc水泥标号富余系数(应按实际资料确定,在无统计资料时可取1.13)

    注意:混凝土强度与水灰比关系的计算式只适用于塑性拌合物的混凝土,不适用于干性拌合物的混凝土采用的灰水比宜在1.25-2.5范围内利用此式可以初步解决以下两个问题:(1)当所采用的水泥强度已定,欲配制某种强度的混凝土时,可以估计出应采用的灰水比值(2)当已知所采用的水泥强度与灰水比值,可以估计出混凝土28天可能达到的强度

    2龄期:混凝土在正常情况下,强度随着龄期的增加而增长,最初的7-14天内较快,以后增长逐渐缓慢,28天后强度增长更慢,但可持续几十年

    3养护温度和湿度:混凝土浇捣后,必须保持适当的温度和足够的湿度,使水泥充分水化,以保证混凝土强度的不断发展一般规定,在自然养护时,对硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥配制的混凝土,浇水保湿养护日期不少于7天;火山灰水泥粉煤灰水泥掺有缓凝型外加剂或有抗渗性要求的混凝土,则不得少于14天

    4施工质量:施工质量是影响混凝土强度的基本因素若发生计量不准,搅拌不均匀,运输方式不当造成离析,振捣不密实等现象时,均会降低混凝土强度因此必须严把施工质量关

    (四)高混凝土强度的措施

    1采用高标号水泥

    2采用干硬性混凝土拌合物

    3采用湿热处理:分为蒸汽养护和蒸压养护蒸汽养护是在温度低于100度的常压蒸汽中进行一般混凝土经16-20小时的蒸汽养护后,强度可达正常养护条件下28天强度的70%-80%蒸压养护是在175度的温度8个大气压的蒸压釜内进行在高温高压的条件下,提高混凝土强度

    4改进施工工艺:加强搅拌和振捣,采用混凝土拌合用水磁化混凝土裹石搅拌法等新技术

    5加入外加剂:如加入减水剂和早强剂等,可提高混凝土强度

    二普通混凝土的变形性质

       混凝土在硬化后和使用过程中,受各种因素影响而产生变形,主要有化学收缩干湿变形温度变形和荷载作用下的变形等,这些都是使混凝土产生裂缝的重要原因,直接影响混凝土的强度和耐久性

    (一)化学收缩

       混凝土在硬化过程中,水泥水化后的体积小于水化前的体积,致使混凝土产生收缩,这种收缩叫化学收缩

    (二)干湿变形

       当混凝土在水中硬化时,会引起微小膨胀,当在干燥空气中硬化时,会引起干缩干缩变形对混凝土危害较大,它可使混凝土表面开裂,是混凝土的耐久性严重降低

     影响干湿变形的因素主要有:用水量(水灰比一定的条件下,用水量越多,干缩越大)水灰比(水灰比大,干缩大)水泥品种及细度(火山灰干缩大粉煤灰干缩小;水泥细,干缩大)养护条件(采用湿热处理,可减小干缩)

    (三)温度变形

       温度缩降1度,每米胀缩0.01毫米温度变形对大体积混凝土极为不利在混凝土硬化初期,放出较多的水化热,当混凝土较厚时,散热缓慢,致使内外温差较大,因而变形较大

    (四)荷载作用下的变形

       混凝土的变形分为弹性变形和塑性变形徐变:混凝土在持续荷载作用下,随时间增长的变形称为徐变徐变变形初期增长较快,然后逐渐减慢,,一般持续2-3年才逐渐趋于稳定徐变的作用:徐变可消除钢筋混凝土内的应力集中,.使应力较均匀的重新分布,对大体积混凝土能消除一部分由于温度变形所产生的破坏应力但在预应力混凝土结构中,徐变将使混凝土的预加应力受到损失

       影响徐变的因素:水灰比较大时,徐变较大;水灰比相同,用水量较大时,徐变较大;骨料级配好,最大粒径较大,弹性模量较大时,混凝土徐变较小;当混凝土在较早龄期受荷时,产生的徐变较大

    三普通混凝土的耐久性

       抗渗性抗冻性抗侵蚀性抗炭化性以及防止碱-骨料反应等,统称为混凝土的耐久性

       提高耐久性的主要措施:1选用适当品种的水泥;2严格控制水灰比并保证足够的水泥用量;3选用质量好的砂石,严格控制骨料中的泥及有害杂质的含量采用级配好的骨料4适当掺用减水剂和引气剂5在混凝土施工中,应搅拌均匀,振捣密实,加强养护等,以增强混凝土的密实性

    第六节   普通混凝土配合比设计

       混凝土配合比是指混凝土中各组成材料(水泥水砂石)之间的比例关系有两种表示方法:一种是以1立方米混凝土中各种材料用量,如水泥300千克,水180千克,砂690千克,石子1260千克;另一种是用单位质量的水泥与各种材料用量的比值及混凝土的水灰比来表示,例如前例可写成:C:S:G=1:2.3:4.2,W/C=0.6

    一混凝土配合比基本参数的确定

       混凝土配合比设计,实质上就是确定四项材料用量之间的三个比例关系,即水与水泥之间的比例关系用水灰比表示;砂与石子之间的比例关系用砂率表示;水泥浆与骨料之间的比例关系,可用1立方米混凝土的用水量来反映当这三个比例关系确定,混凝土的配合比就确定了

    (一)水灰比的确定

       满足强度要求的水灰比,可根据确定出的配制强度,按混凝土强度公式算出满足耐久性要求的水灰比,根据最大水灰比和最小水泥用量的规定查表根据强度和耐久性要求确定的水灰比有时是不相同的,应选取其中较小的水灰比

    (二)确定用水量

       用水量参照混凝土用水量参考表进行初步估计然后按估计的用水量试拌混凝土拌合物,测其坍落度,坍落度若不符合要求,应保持水灰比不变的情况下调整用水量,再做试验,直到符合要求为止

    (三)砂率的确定

       通常确定砂率的方法,可先凭经验或经验图表进行估算,然后按初步估计的砂率拌制混凝土,进行和易性试验,通过调整确定

    二混凝土配合比设计的方法和步骤

       配合比设计工作,一般均在实验室进行选用干燥状态的骨料,在标准条件下制作试件和养护,这样获得的配合比称为实验室配合比在施工现场,骨料多在露天堆放,含有水分,在这种条件下使用的配合比叫做施工配合比设计混凝土时,先设计实验室配合比,在根据施工现场的实际情况换算成施工配合比

    (一)初步估算配合比

    1确定配制强度fcufcu=fcu,k+1.645式中:fcu,k设计要求的混凝土强度等级混凝土强度标准差-1.645强度保证率为95%的t值

    2确定水灰比w/cfcu=Afc(C/W-B)则    W/C=Afc/(fcu+A Bfc)式中:fc水泥实际强度AB经验系数如不通过试验,可选取以下数值:碎石:A=0.46,B=0.52;卵石:A=0.48,B=0.61

    注意:为保证混凝土的耐久性,由上式计算出的水灰比应小于规范中规定的最大水灰比值如果计算出的水灰比大于规范规定的最大水灰比,则取规定的最大水灰比值

    3确定用水量:按施工要求的坍落度指标,凭经验选用,或根据骨料的种类和规格查表

    4计算水泥用量:由以求得的水灰比和用水量,可计算出水泥用量

    注意:计算出的水泥用量应大于规范规定的最小水泥用量当计算的水泥用量小于规范规定时,则选用规范规定的最小水泥用量

    5确定合理砂率:可通过试验或凭经验选取,或者根据骨料的种类和规格,及所选用的水灰比,由表查得

    6计算砂石用量:

    (1)体积法:基于新浇筑的混凝土体积等于各组成材料绝对体积与所含空气体积之和,则:C/C+W/W+S/S+G/G+10a=1000式中:CWSG分别为1立方米混凝土中水泥水砂和石子的质量;CW水泥及水的密度;SG砂及石子的表观密度;a混凝土中含气量百分率无含气型外加剂时,取1

    (2) 假定体积密度法:基于新浇筑的1立方米混凝土中各项材料质量之和等于混凝土体积密度假定值,则:C+W+S+Go=oh 1m3式中:oh混凝土体积密度假定值,在2400-2450千克/立方米之间此两种计算方法,与合理砂率的计算公式SP=S/S+G联立,均可求出初步配合比

    (二)试验调整,确定试验室配合比

    上述的初步配合比,是利用图表和经验公式初步估算的,与实际情况有出入,必须进行试验和校核

    1检验和易性,确定基准配合比

     按初步配合比,称取15-30升混凝土拌合物进行试拌,检验和易性若流动性大于要求值,可保持砂率不变,适当增加砂石用量;若流动性小于要求值,可保持水灰比不变,适当增加水和水泥用量;若粘聚性和保水性差,可适当增加砂率和易性调整合格时,实测混凝土拌合物的体积密度oh,并确定调整后各项材料的用量(水泥Cb,水Wb,砂Sb,石子Gb),则试拌后的质量Qb为:Qb=Cb+Wb+Sb+Gb由此得出和易性合格后的配合比为:CJ=Cb/Qb oh 1m3;WJ=Wb/Qb oh 1m3;SJ=Sb/Qboh 1m3;GJ=Gb/Qboh 1m3;此配合比称为基准配合比

    2检验强度,确定实验室配合比

     基准配合比虽然和易性满足施工要求,但水灰比不一定满足强度要求,还要加以检验检验的方法是:至少采用三个不同的配合比,其中一个为基准配合比,另外两个配合比的水灰比值,较基准配合比分别增加和减少0.05,其用水量与基准配合比相同,但砂率值可作调整

     每种配合比至少做一组(3块)试件,在标准条件下养护28天,测定强度由强度试验结果得出各水灰比的强度值,然后用作图法(绘制强度与水灰比关系的直线)或计算法,求出与混凝土配制强度相对应的灰水比至此,即可初步确定出试验室配合比,各项材料用量为:用水量:取基准配合比的用水量;水泥用量:由用水量和与配制强度相对应的灰水比值确定;粗细骨料用量:取基准配合比的粗细骨料用量,并按确定出的水灰比值做适当调整

     以上定出的混凝土配合比,还应根据实测的混凝土体积密度再做必要的校正,其步骤为:

    (1)算出混凝土的计算体积密度(即C+W+S+G)

    (2)将混凝土的实测体积密度除以计算体积密度得出校正系数K

    (3)定出的混凝土配合比中每项材料用量乘以系数K即为最终定出的试验室配合比

    (三)换算施工配合比

    经测定,工地上砂的含水率为WS,石子的含水率为WG,则施工配合比为:

    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

    第七节   混凝土外加剂

     在混凝土拌合物中,掺入能改善混凝土性质的材料,称为外加剂外加剂的掺入量一般不大于水泥质量的5%混凝土外加剂按其功能可分为:

    1改善混凝土拌合物和易性的外加剂

    2调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂

    3改善混凝土耐久性的外加剂

    4提高混凝土特殊性能的外加剂

    一减水剂:按使用条件不同,掺用减水剂可获得如下效果:

    (1)在配合比不变的条件下,可提高混凝土流动性,且不降低强度

    (2)在保持流动性和强度不变的条件下,可减少水泥用量

    (3)在保持流动性和水泥用量不变的条件下,强度提高

    二早强剂:它能提高混凝土的早期强度,并对后期强度无影响

    三引气剂:能在混凝土拌合物中引入一定量的微小气泡,并均匀分布在混凝土拌合物中

     在混凝土拌合物中形成大量气泡,使水泥浆的体积增加,可提高流动性若保持流动性不变,可减水10%左右这些气泡能隔断混凝土中毛细孔的渗水通道,使混凝土的抗渗性和抗冻性提高

    第八节   轻混凝土

    一 轻骨料混凝土

    它是用轻的粗细骨料和水泥配制成的混凝土由于自重轻,弹性模量低,因而抗震性能好与普通烧结砖相比,不仅强度高整体性好,而且保温性能好由于结构自重小,特别适合高层和大跨度结构

    第六章   建筑砂浆

    建筑砂浆和混凝土的区别在于不含粗骨料,它是由胶凝材料细骨料和水按一定的比例配制而成按其用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆;按所用材料不同,分为水泥砂浆石灰砂浆石膏砂浆和水泥石灰混合砂浆等合理使用砂浆对节约胶凝材料方便施工提高工程质量有着重要的作用

    第一节   砂浆的技术性质

    一新拌砂浆的和易性

       砂浆的和易性是指砂浆是否容易在砖石等表面铺成均匀连续的薄层,且与基层紧密黏结的性质包括流动性和保水性两方面含义

    (一)流动性

       影响砂浆流动性的因素,主要有胶凝材料的种类和用量,用水量以及细骨料的种类颗粒形状粗细程度与级配,除此之外,也于掺入的混合材料及外加剂的品种用量有关通常情况下,基底为多孔吸水性材料,或在干热条件下施工时,应选择流动性大的砂浆相反,基底吸水少,或湿冷条件下施工,应选流动性小的砂浆

    (二)保水性

       保水性是指砂浆保持水分的能力保水性不良的砂浆,使用过程中出现泌水,流浆,使砂浆与基底黏结不牢,且由于失水影响砂浆正常的黏结硬化,使砂浆的强度降低影响砂浆保水性的主要因素是胶凝材料种类和用量,砂的品种细度和用水量在砂浆中掺入石灰膏粉煤灰等粉状混合材料,可提高砂浆的保水性

    二硬化砂浆的强度

       影响砂浆强度的因素有:当原材料的质量一定时,砂浆的强度主要取决于水泥标号和水泥用量此外,砂浆强度还受砂外加剂,掺入的混合材料以及砌筑和养护条件有关砂中泥及其他杂质含量多时,砂浆强度也受影响

    第二节   砌筑砂浆

    一砌筑沙浆的组成材料

    (一)胶凝材料

       用于砌筑沙浆的胶凝材料有水泥和石灰水泥品种的选择与混凝土相同水泥标号应为砂浆强度等级的4-5倍,水泥标号过高,将使水泥用量不足而导致保水性不良石灰膏和熟石灰不仅是作为胶凝材料,更主要的是使砂浆具有良好的保水性

    (二)细骨料

       细骨料主要是天然砂,所配制的砂浆称为普通砂浆砂中黏土含量应不大于5%;强度等级小于M2.5时,黏土含量应不大于10%砂的最大粒径应小于砂浆厚度的1/4-1/5,一般不大于2.5毫米作为沟缝和抹面用的砂浆,最大粒径不超过1.25毫米,砂的粗细程度对水泥用量和易性强度和收缩性影响很大

    二砂浆配合比选择

    (一)砌筑沙浆的种类及强度等级的选择

    1砌筑沙浆的种类

       常用的砌筑砂浆有水泥砂浆石灰砂浆水泥石灰混合砂浆等水泥砂浆适用于潮湿环境及水中的砌体工程;石灰砂浆仅用于强度要求低干燥环境中的砌体工程;混合砂浆不仅和易性好,而且可配制成各种强度等级的砌筑沙浆,除对耐水性有较高要求的砌体外,可广泛用于各种砌体工程中

    2砌筑沙浆强度等级的选择

       一般情况下,多层建筑物墙体选用M1-M10的砌筑沙浆;砖石基础检查井雨水井等砌体,常采M5砂浆;工业厂房变电所地下室等砌体选用M2.5-M10的砌筑沙浆;二层以下建筑常用M2.5以下砂浆;简易平房临时建筑可选用石灰砂浆

    (二)砌筑沙浆的配合比

       砂浆拌合物的和易性应满足施工要求,且新拌砂浆体积密度:水泥砂浆不应小于1900千克/立方米;混合砂浆不应小于1800千克/立方米砌筑沙浆的配合比一般查施工手册或根据经验而定

    第七章   烧结制品和熔融制品

       本章只要求掌握烧结普通砖烧结普通砖是以黏土页岩粉煤灰等为主的原料,经成型干燥焙烧而成的实心砖或空洞率不大于15%的砖

    (一)烧结普通砖的技术性质

    1基本物理性质

       烧结普通砖的标准外行尺寸为240*115*53毫米,在加上10毫米砌筑灰缝,4块砖长或8块砖宽16块砖厚均为1米1立方米砌体需砖512块

    2外观质量

       砖的外观质量,主要要求其两条面高度差弯曲杂质凸出高度缺楞掉角尺寸裂纹长度及完整面等六项内容符合规范规定

    3抗风化性能

       抗风化性能是指砖在长期受到风雨冻融等综合条件下,抵抗破坏的能力凡开口孔隙率小水饱和系数小的烧结制品,抗风化能力强

    4泛霜与石灰爆裂

       泛霜是砖在使用中的一种析盐现象砖内过量的可溶盐受潮吸水溶解后,随水分蒸发向砖表面迁移,并在过饱和下结晶析出,使砖表面呈白色附着物,或产生膨胀,使砖面与砂浆抹面层剥离对于优等砖,不允许出现泛霜,合格砖不得严重泛霜石灰爆裂是指砖坯体中夹杂着石灰块,吸潮熟化而产生膨胀出现爆裂现象对于优等品砖,不允许出现最大破坏尺寸大于2毫米的爆裂区域;对于合格品砖,要求不允许出现破坏尺寸大于15毫米的爆裂区域

    第八章   建筑金属材料

       本章重点介绍建筑钢材,包括钢结构用型钢钢板和钢管,以及钢筋混凝土用钢筋和钢丝是本书重点之一

    第一节   建筑钢材基本知识

    一铁和钢的概念

    (一)铁

       铁分为白口铁和灰口铁白口铁主要作为炼钢的原料;灰口铁可直接用于铸造,故称铸铁

    (二)钢

       将熔融的生铁进行氧化,使其中碳硫磷等杂质含量降低到允许范围内,这种碳含量低于2%的铁碳合金称为钢

    二钢的分类

       按合金元素含量将钢分为非合金钢低合金钢和合金钢三类非合金钢又叫碳素钢,按含碳量不同又分为低碳钢(碳含量小于0.25%)中碳钢(碳含量在0.25%-0.60%)和高碳钢(碳含量大于0.60%)建筑工程中,主要使用非合金钢中的低碳钢及低合金钢加工产品

    第二节   建筑钢材的主要技术性质

    一力学性质

    (一)抗拉性能

       拉伸作用,是建筑钢材主要受力形式,所以,抗拉性能是表示钢材性质和选用钢材最重要的指标钢材受拉直至破坏经历了四个阶段:

    1弹性阶段:在此阶段,钢材的应力和应变成正比关系此阶段产生的变形是弹性变形

    2屈服阶段:随着拉力的增加,应力和应变不再是直线关系,钢材产生了弹性变形和塑性变形当拉力达到某一定值时,即使应力不再增加,塑性变形仍明显增长,钢材出现了屈服现象,此点对应的应力值被称为屈服点(或称屈服强度)屈服点是重要的指标,它表明钢材若在屈服点以上工作,虽然没有断裂,但会产生较大的塑性变形因此,在结构设计时,屈服点是确定钢材容许应力的主要依据

    3强化阶段:拉力超过屈服点以后,钢材又恢复了抵抗变形的能力故称强阶段强化阶段对应的最高应力称为抗拉强度或强度极限抗拉强度是钢材抵抗断裂破坏能力的指标虽然在结构设计时不能利用,但却可以根据屈强比来评价钢材的利用率和安全工作程度屈强比是屈服强度比抗拉强度,若屈强比小,钢材在偶而超载时不会破坏,但屈强比过小,钢材的利用率低,是不经济的适宜的屈强比应该是在保证安全使用的前提下,钢材有较高的利用率通常情况下,屈强比在0.60-0.75范围内是比较合适的

    4颈缩阶段:过了抗拉强度以后,钢材抵抗变形的能力明显降低,并在受拉试件的某处,迅速发生较大的塑性变形,出现颈缩现象,直至断裂

    (二)冲击韧性

    冲击韧性是指在冲击荷载作用下,钢材抵抗破坏的能力钢的冲击韧性受下列因素影响:

    1钢材的化学组成与组织状态:钢材中硫磷的含量高时,冲击韧性显著降低细晶粒结构比粗晶粒结构的冲击韧性要高

    2钢材的轧制焊接质量:沿轧制方向取样的冲击韧性高;焊接钢件处的晶体组织均匀程度,对冲击韧性影响大

    3环境温度:当温度较高时,冲击韧性较大当温度降至某一范围时,冲击韧性突然降低很多,钢材断口由韧性断裂状转为脆性断裂状,这种性质称为低温冷脆性发生低温冷脆性时的温度(范围),称脆性临界温度(范围)在严寒地区选用钢材时,必须对钢材冷脆性进行评定,此时选用钢的脆性临界温度应低于环境最低温度

    4时效:随着时间的进展,钢材机械强度提高,而塑性和韧性降低的现象称为时效

    二工艺性能

        冷弯性能和可焊性是建筑钢材的重要工艺性能

    (一)冷弯性能

       冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力钢材在弯曲过程中,受弯部位产生局部不均匀塑性变形,这种变形在一定程度上比伸长率更能反映钢的内部组织状况内应力及杂质等缺陷因此,也可以用冷弯的方法来检验钢的焊接质量

    (二)可焊性

       建筑工程中,钢材绝大多数是采用焊接方法联结的这就要求钢材要有良好的可焊性可焊性是指钢材在一定焊接工艺条件下,在焊缝和附近过热区是否产生裂缝及脆硬倾向,焊接后接头强度是否与母体相近的性能钢的可焊性主要受化学成分极其含量的影响含碳量小于0.3%的非合金钢具有良好的可焊性,超过0.3%,焊接的脆硬倾向增加;硫含量高会使焊接处产生热裂纹,出现热脆性;杂质含量增加,会使可焊性降低

    第三节   建筑用钢的晶体组织与化学成分对钢性能的影响

       本章主要了解化学成分对钢性能的影响化学成分对钢性能的影响:

    1碳的影响:

       碳是钢中重要元素,对钢的组织和性能有决定性影响随含碳量增加,钢的硬度增大,塑性和韧性降低,可焊性降低,强度以含碳量为0.8%左右为最高

    2锰的影响:

       在炼钢过程中,锰起到脱氧去硫作用,提高了强度,克服由硫引起的热脆性但当锰含量超过1%后,塑性和韧性有所下降固溶在铁素体中的锰,使钢的强度硬度和韧性都提高锰在非合金钢中含量为0.2%-0.8%,在低合金钢中含量一般为1%-2%高锰钢的耐磨性明显提高

    3硅的影响:

       在钢中,硅大部分固溶于铁素体中,少量属于非金属夹杂物硅含量在2%以内时,可提高钢的强度,对塑性和韧性影响不大

    4磷的影响:

       磷是铁原料中带入的杂质磷使钢在常温下的强度和硬度增加,塑性和韧性显著降低

    5硫的影响:

       硫是有害成分硫含量增加,显著降低了钢的热加工性能和可焊性硫和磷一样,易于偏析,含量过高时,会降低钢的韧性

    第四节   钢材的冷加工和热处理

    一钢材的冷加工强化和时效处理

    (一)冷加工强化

       在常温下,钢材经拉拔轧等加工,使其产生塑性变形,而调整其性能的方法称为冷加工冷加工后的钢材,屈服点和硬度提高,塑性降低,钢材得到强化若冷拉后的钢材,立即受拉,我们发现虽然屈服点提高,但抗拉强度基本不变,塑性和韧性降低,弹性模量降低冷加工强化的原因,是冷拉超过屈服点时,塑性变形造成滑移面内晶格扭曲,畸变加剧,阻碍了进一步滑移,提高了抵抗变形的能力

    (二)时效处理

       冷拉后的钢材,时效加快若在常温下存放15-20天,可完成时效,称自然时效若加热钢材至100-200度,则可以在更短时间内完成时效,称人工时效经时效处理后的钢材,若再受拉,屈服点进一步提高,抗拉强度也提高,塑性和韧性进一步降低,弹性模量得到恢复这种现象也称时效强化建筑工地和混凝土构件厂,常利用冷拉和冷拔并时效处理方法,对钢材进行处理,提高钢材的机械强度,降低塑性,从而达到节约钢材的目的冷拉并时效处理后钢筋,同时也被调直和除锈当再冷拉时,要控制冷拉率及冷拉应力,使冷拉后的钢材性能符合规范规定

    二钢材的热处理

       热处理是将钢材按规定的温度制度,进行加热保温和冷却处理,以改变其组织,得到所需要的性能的一种工艺热处理的方法有淬火回火退火和正火热处理的具体方法本书不做要求

    第五节   建筑钢材的技术标准

    一碳素结构钢(非合金结构钢)

    1牌号

       国家标准规定,牌号由代表屈服点的符号(Q)屈服点值(195215235255275兆帕)质量等级(A,B,C,D)和脱氧程度(F,b,Z,TZ)构成其中A,B为普通质量钢;C,D为磷硫杂质控制较严格的优质钢脱氧程度以F代表沸腾钢,b代表半镇静钢,T和TZ分别代表镇静钢和特殊镇静钢例如:Q235-A.F,表示屈服点为235兆帕的质量为A级的沸腾钢

    2选用

       建筑工程中主要应用的碳素钢是Q235号钢它之所以普遍应用,主要是它的机械强度韧性和塑性及加工等综合性能好,而且冶炼方便,成本较低Q215号钢机械强度低塑性大,受力后变形大,经加工及时效处理后可代替Q235使用在选用钢的牌号时,还必须熟悉钢的质量一般的说,平炉钢和氧气转炉钢较好;质量等级为D,C的钢优于B,A级纲;特殊镇静钢和镇静钢优于平镇静钢,更优于沸腾钢

    二低合金高强度结构钢

    1牌号

       这种钢的牌号由代表屈服点的Q屈服点数值质量等级符号(ABCDE)三个部分按顺序排列

    2性能

       低合金结构钢比碳素结构钢强度高塑性和韧性好,尤其是抗冲击耐低温耐腐蚀能力强,并且质量稳定,可节省钢材在钢结构中,常采用低合金结构钢轧制的型钢钢板和钢管来建造桥梁高层及大跨度钢结构建筑在预应力钢筋混凝土中,二三级钢筋即是由普通质量低合金钢轧制的

    三钢筋混凝土结构用钢筋与钢丝主要了解热轧钢筋

    1热轧钢筋的级别和技术性能

       热轧钢筋按强度等级分为四个级别其中一级钢筋为Q235(A,B级)热轧光圆钢筋二三和四级钢筋符合施工用钢筋的规范规定

    2热轧钢筋的选用

       二三级钢筋属于普通质量低合金钢轧制的,适合用做非预应力钢筋和预应力钢筋;而四级钢筋是由优质合金钢轧制的,质量好强度高,适宜做预应力钢筋;而一级钢筋宜做非预应力钢筋随钢筋级别提高,钢筋的机械强度提高,塑性及冷弯性能均降低当所选钢筋强度偏低,塑性偏大时,可以通过冷拉加时效处理的方法调整其性质,并达到节约钢材的目的

    第六节   建筑钢材的防锈

       建筑钢材表面与周围环境接触时,往往会发生电化学腐蚀和化学腐蚀,使钢表面锈蚀无论在堆放还是在使用过程中,钢材锈蚀后,都会造成应力截面减小,表面缺陷增多,承载力及冲击韧性降低,混凝土保护层遭受破坏,甚至造成脆性断裂

    防止钢材锈蚀的根本方法是防止潮湿和隔绝空气目前常采用表面涂漆的隔离方法此外也可以采取渡锌后再涂塑料涂层等方法对重要钢结构,还可以采取阴极保护的措施在钢筋混凝土中,尤其对预应力承重结构的防锈,首先要严格控制钢筋钢丝质量;其次要提高混凝土密实度,加大保护层厚度,严格控制氯盐掺量,必要时掺入阻锈剂来防止钢筋锈蚀

    第九章   合成高分子材料

    本章以塑料为重点,其他内容自学

    第一节   高分子材料的基本知识

    常用合成树脂的性质与应用:

    1聚乙烯:聚乙烯的产量大,用途广按合成时的压力分为高压聚乙烯和低压聚乙烯聚乙烯具有良好的化学稳定性及耐低温性,强度较高,吸水性和透水性低,无毒,密度小,易加工,但耐热性差,且易燃烧聚乙烯主要用于生产防水材料给排水管材等

    2聚氯乙烯:聚氯乙烯是无色半透明的聚合物,在加入添加剂后,可获得性质优良的硬质和软质聚氯乙烯塑料聚氯乙烯的机械强度高,化学稳定性好,耐风化性极高,但耐热性较差,使用温度范围小

    3聚丙烯:聚丙烯为白色蜡状物,耐热性好,抗拉强度与刚度较好,硬度大,耐磨性好,但耐低温性和耐火性差,易燃烧,离火后不能自熄

    第二节   建筑塑料

    一塑料的基本组成

       塑料的组成主要有:合成树脂填充料增塑剂固化剂着色剂稳定剂等

    二塑料的基本性质

    (一)物理性质

    1密度:塑料的密度一般为1.0-2.0克/立方厘米,约为混凝土的1/2-2/3,仅为钢材的1/4-1/8

    2孔隙率与吸水率:孔隙率可以在生产时加以控制,以满足不同的需要塑料属于憎水性材料,吸水率不大于1%

    3耐热性:大多数的塑料耐热性不高,使用温度一般为100-200度

    (二)力学性质

    1强度:塑料的强度较高,属于轻质高强材料

    2弹性模量:塑料的弹性模量较低,约为钢材的1/10,同时具有徐变特性,所以塑料在受力时有较大的变形

    (三)化学性质

       塑料的化学性质主要有:耐腐蚀性好易老化具有可燃性与毒性常用的塑料制品有:塑料贴面装饰板有机玻璃板塑料地板块塑料卷材塑料门窗等

    第十章   沥青材料极其制品

       沥青是一种憎水性的有机胶凝材料,构造致密,与石料砖混凝土及砂浆等能牢固的黏结在一起沥青制品具有良好的隔潮防水抗渗耐腐蚀等性能在地下防潮防水和屋面防水等建筑工程中及铺路等工程中得到广泛的应用沥青的种类很多,按产源可分为地沥青和焦油沥青地沥青主要包括石油沥青和天然沥青;焦油沥青包括煤沥青木沥青等建筑工程中主要用的是石油沥青和煤沥青

       本章应以石油沥青为重点,在此基础上了解改性的沥青材料极其制品

    第一节   石油沥青

       石油沥青是石油经蒸馏提炼出多种轻质油后得到的油渣,或经再加工后得到的物质

    一石油沥青的技术性质

    1黏性:黏性是表示沥青抵抗变形或阻滞塑性流动的能力

    2塑性:塑性是指沥青受到外力作用时,产生变形而不破坏,当外力撤消,能保持所获得的变形的能力

    3温度敏感性:温度敏感性是指沥青的黏性和塑性随温度变化而改变的程度沥青没有固定的熔点,当温度升高时,沥青塑性增大,黏性减小,由固体或半固体逐渐软化,变成黏性液体;当温度降低时,沥青的黏性增大,塑性减小,由黏流态变为固态沥青软化点是反映沥青温度敏感性的重要指标,它表示沥青由故态变为黏流态的温度,此温度愈高,说明温度敏感性愈小,既环境温度较高时才会发生这种状态转变

    4大气稳定性:大气稳定性是指石油沥青在温度阳光空气和水的长期综合作用下,保持性能稳定的能力

    二石油沥青的标准及选用

    1石油沥青的标准

       石油沥青按用途分为建筑石油沥青道路石油沥青防水防潮石油沥青和普通石油沥青石油沥青的牌号主要是根据针入度及延度和软化点指标划分的,并以针入度值表示建筑石油沥青分为10号和30号两个牌号,道路石油沥青分十个牌号牌号愈大,相应的针入度值愈大,黏性愈小,延度愈大,软化点愈低,使用年限愈长

    2石油沥青的选用

       通常情况下,建筑石油沥青多用于建筑屋面工程和地下防水工程;道路石油沥青多用来拌制沥青砂浆和沥青混凝土,用于路面地坪地下防水工程和制作油纸等;防水防潮石油沥青的技术性质与建筑石油沥青相近,而质量更好,适用于建筑屋面防水防潮工程选择屋面沥青防水层的沥青牌号时,主要考虑其黏度温度敏感性和大气稳定性常以软化点高于当地历年来屋面温度20度以上为主要条件,并适当考虑屋面坡度对于夏季气温高,而坡度大的屋面,常选用10号或30号石油沥青,或者10号与30或60号掺配调整性能的混合沥青但在严寒地区一般不宜直接使用10号石油沥青,以防冬季出现冷脆破裂现象对于地下防潮防水工程,一般对软化点要求不高,但要求其塑性好,黏结较大,使沥青层与建筑物黏结牢固,并能适应建筑物的变形而保持防水层完整

    第四节   沥青和改性沥青防水材料

    一防水卷材

       防水卷材是建筑工程中用量最大的防水材料,它具有重量轻接缝少施工维修方便防水效果可靠造价低等优点,在屋面工程中占有重要地位防水卷材分为沥青防水卷材高聚物改性沥青放水卷材和合成高分子卷材三大类沥青防水卷材是目前普遍应用的传统的防水卷材

    二沥青胶

       沥青胶是在沥青中掺入适量矿物粉料,或再掺入部分纤维填料配制而成的胶结剂主要用于粘贴卷材嵌缝接头补漏及做防水底层

    三沥青防水涂料

       沥青防水涂料是由沥青或改性沥青为基料,与分散介质和改性材料配制而成是流态或半流态物质,在建筑工程中用于屋面墙面沟槽等处,具有施工方便成本低和较好的防水防潮防腐抗大气渗透等效果

    第十一章   木材

    本章主要要求掌握木材的物理力学性质

    第二节   木材的物理力学性质

    一木材的物理性质

    (一)表示木材物理状态特征的性质

       木材的密度要比矿物材料为低由于木材是同一物质组成,因而密度波动不大,约为1.54克/立方厘米但木材的体积密度波动大木材的孔隙率也在很大的范围内变化

    (二)木材的吸湿性和含水率

       木材具有纤维状结构和很大的孔隙率,其内表面积极大,易于从空气中吸水,此即木材的吸湿性木材长期处于一定温度和湿度下,其含水率趋于一个定值,表明木材表面的蒸汽压与周围空气的压力达到平衡,此时的含水率称为平衡含水率木材中的水分处于三种状态:自由的物理结合的和化学结合的木材干燥时,首先是自由水蒸发,而后是吸附水蒸发木材受潮时,先是细胞壁吸水,细胞壁吸水达饱和后,自由水才开始吸入当木材细胞壁中的吸附水达到饱和,而细胞腔与细胞间隙中尚无自由水时,这时木材的含水率称为纤维饱和点

    (三)干缩湿涨和翘曲

       木材含水率在0至纤维饱和点范围内变化,将引起木材的尺寸和体积的变化,即产生湿涨和干缩,顺纤维方向的线收缩较小,而径向和弦向的线收缩较大;木材干燥时,由于弦向和径向收缩不同,以及干燥的不均匀性,在木材中产生内应力,而引起木材的翘曲和开裂

    二木材的力学性质

       工程中常利用木材的以下几种强度:抗压抗拉抗弯和抗剪顺纹抗拉强度为横纹的20-30倍,顺纹的抗压强度为横纹的5-10倍影响木材强度的因素有:树种体积密度天然疵病温度时间和含水率等木材在储存中常易腐蚀,木材的防腐常采取两种措施:第一种是将木材干燥,使含水率小于20%,使用时注意通风和除湿;第二种是用化学防腐剂对木材进行处理,主要有水溶性防腐剂和油质防腐剂两种。

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