一建水利水电知识点:熟悉建筑材料的应用
2018-10-23 14:27:15 来源:中大网校

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)

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。