9-水利水电工程建筑材料

水利水电工程建筑材料2F311030 水利水电工程建筑材料2F311031 建筑材料的类型和特性（一）按材料的化学成分分类（二）按其材料来源分类1.天然建筑材料，如常用的土料、砂石料、木材。2.人工材料，如石灰、水泥、沥青、金属材料、土工合成材料、高分子聚合物等。（三）按材料功能用途分类建筑材料按其功能分类为结构材料、防水材料、胶凝材料、装饰材料、防护材料、隔热保温材料等。二、建筑材料的基本性质1.表观密度（是指材料在自然状态下单位体积的质量。）和堆积密度（。指粉状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。）；2.密实度（指材料体积内被固体物质所充实的程度，其值为材料在绝对密实状态下的体积与在自然状态下的体积的百分比。）和孔隙率（指材料中孔隙体积所占的百分比。）；3.填充率（指粉状或颗粒状材料在某堆积体积内，被其颗粒填充的程度）和空隙率（指粉状或颗粒状材料在某堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例。）；4.与水有关的性质：（1）亲水性与憎水性；（2）吸水性：吸水率；（3）吸湿性：含水率；（4）耐水性。（5）抗渗性：W4（6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力为0.4MPa）。（6）抗冻性：F25（表示材料抵抗25次冻融循环，而强度损失未超过25%，质量损失未超过5%）5.材料的耐久性（材料耐久性是一项综合性质，一般包括抗渗性、抗冻性、耐化学腐蚀性、耐磨性、抗老化性等）。2F311032 混凝土的分类和质量要求混凝土指的是由胶凝材料与骨料，按照适当的比例配合，加水拌合成混合物，经凝结硬化而形成的较坚硬的固体材料。一、混凝土骨料的分类和质量要求在混凝土中的砂、石起骨架作用，故称为骨料。其中砂称为细骨料，其粒径在0.154.75mm之间；石称为粗骨料，其粒径大于4.75mm。（一）细骨料1.砂的分类（1）砂按其产源不同可分为河砂、湖砂、海砂和山砂。工程一般采用河砂作细骨料。（2）砂按技术要求分为类、类、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级为C30C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30的混凝土和砂浆配制。（3）砂按粗细程度不同可分为粗砂、中砂和细砂。2.砂的主要质量要求（1）有害杂质。配制混凝土用砂要求洁净，不含杂质。（2）砂的颗粒级配和粗细程度。砂的颗粒级配和粗细程度常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细程度。按细度模数（Mx）分为粗砂（3.73.1）、中砂（3.02.3）、细砂（2.21.6）、特细砂（1.50.7）。【例】砂的粗细程度用细度模数（Mx）表示，中砂的Mx值范围为（ ）。A.3.73.1B.3.02.3C.2.21.6D.1.51.0网校答案：B网校解析：砂的粗细程度用细度模数表示，细度模数越大，表示砂越粗。在3.73.1为粗砂， 3.02.3 之间为中砂，在2.21.6 之间为细砂， 1.50.7 为特细砂。（二）粗骨料1.粗骨料的分类粒径大于4.75mm的骨料。普通混凝土常用卵石和碎石作粗骨料。按卵石、碎石的技术要求分为类、类、类。类宜用于强度等级大于C60的混凝土；类宜用于强度等级为C30C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；类宜用于强度等级小于C30的混凝土。2.粗骨料的主要质量要求（1）有害杂质。（2）颗粒形状及表面特征。（3）最大粒径及颗粒级配。（高强混凝土，骨料粒径最好不大于40mm）（4）骨料的强度。（采用岩石立方体强度和压碎指标两种方法来检验。压碎指标表示粗骨料抵抗受压破坏的能力，其值越小，表示抵抗压碎的能力越强。）（5）体积稳定性。（6）含水状态。（大型水利工程以饱和面干状态的骨料为基准）【例】计算普通混凝土配合比时，一般骨料的基准状态为（ ）。A.干燥状态 B.气干状态C.饱和面干状态 D.湿润状态网校答案：A网校解析：骨料的含水状态可分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态四种。计算普通混凝土配合比时，一般以干燥状态的骨料为基准，而大型水利工程常以饱和面干状态的骨料为基准。二、混凝土的分类和质量要求（一）混凝土分类1.按胶凝材料分：石膏、水泥、沥青、树脂混凝土。2.按骨料分：矿渣、碎石、卵石混凝土。3.按表观密度：重（大于2800kg/m）、普通（2000-2800）、轻混凝土（小于2000）。重混凝土可用作防辐射材料；普通混凝土广泛应用于各种建筑工程中；轻混凝土分为轻骨料混凝土、多孔混凝土及大孔混凝土，常用作保温隔热材料。4.按功能分：结构、水工、道路及特种混凝土。5.按施工方法分：普通、离心成型、喷射、泵送。6.按配筋分：素、钢筋、纤维、钢丝混凝土及预应力混凝土等。【例】密度为2.5t/m的混凝土属于（ ）。A.重B.普通C.轻D.一般网校答案：B网校解析：按表观密度：重（大于2800kg/m）、普通（2000-2800）、轻混凝土（小于2000）。（二）混凝土的主要质量要求水泥混凝土的主要质量要求。1.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、黏聚性、保水性三个方面。影响因素有水泥浆的用量、水泥浆的稠度（普通混凝土常用水胶比一般在0.400.75范围内）、砂率（水泥用量最省的含砂率，即最佳砂率）、水泥的品种、水泥细度、外加剂的掺入、时间和温度等。坍落度的大小反映了混凝土拌合物的和易性。坍落度越大，表明流动性越大。按坍落度大小，将混凝土拌合物分为：低塑性混凝土（坍落度为1040mm）、塑性混凝土（坍落度为5090mm）、流动性混凝土（坍落度为100150mm）、大流动性混凝土（坍落度）160mm）。对于干硬性混凝土拌合物（坍落度小于10mm），采用维勃稠度（VB）作为其和易性指标。【例】水利工程塑性混凝土坍落度为（）mmA.2040B.100120C.5090D.130150网校答案：C网校解析：混凝土拌合物分为：低塑性混凝土（坍落度为1040mm）、塑性混凝土（坍落度为5090mm）、流动性混凝土（坍落度为100150mm）、大流动性混凝土（坍落度）160mm）。2.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202，相对湿度95以上）下，养护到28d龄期，按照标准的测定方法测定的混凝土立方体试件抗压强度（以MPa计）。标准立方体抗压强度，以fcu表示。混凝土强度等级按混凝土立方体抗压强度标准值划分为C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80等14个等级。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不小于C30。（2）混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度，一般约为相应抗压强度的1/101/20。4.耐久性混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀、抗碳化、抗磨性、抗碱-骨料反应等性能。（1）抗渗性抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透作用的能力。抗渗等级分为：W2、W4、W6、W8、W10、W12等，即表示混凝土能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水压力而不渗水。提高混凝土抗渗性能的措施有：提高混凝土的密实度，改善孔隙构造，减少渗水通道；减小水胶比；掺加引气剂；选用适当品种的水泥；注意振捣密实、养护充分等。（2）抗冻性抗冻性是指混凝土在饱和状态下，经多次冻融循环而不严重降低强度（抗压强度下降不超过25，质量损失不超过5）的性能。抗冻等级分为：F50、F100、F150、F200、F250、F300及F400等7个等级。影响混凝土抗冻性能的因素主要有：水泥品种、强度等级、水灰比、骨料的品质等。提高混凝土抗冻性最主要的措施是：提高混凝土密实度；减小水胶比；掺和外加剂；严格控制施工质量，注意捣实，加强养护等。（3）提高混凝土耐久性的主要措施严格控制水胶比。混凝土所用材料的品质，应符合有关规范的要求。合理选择骨料级配。可使混凝土在保证和易性要求的条件下，减少水泥用量，并有较好的密实性。这样不仅有利于混凝土耐久性而且也较经济。掺用减水剂及引气剂。可减少混凝土用水量及水泥用量，改善混凝土孔隙构造。这是提高混凝土抗冻性及抗渗性的有力措施。保证混凝土施工质量。在混凝土施工中，应做到搅拌透彻、浇筑均匀、振捣密实、加强养护，以保证混凝土耐久性。【例】水泥混凝土拌和物的和易性包括（ ）。A.流动性B.黏聚性C.保水性D.耐久性E.抗渗性网校答案：ABC网校解析：和易性是一项综合性指标， 包括流动性、黏聚性及保水性三个方面的含义。【例】影响混凝土拌合物的和易性的主要因素有（ ）。A.水泥浆含量B.水泥浆的稀稠C.砂率大小D.原材料的种类E.拌合设备网校答案：ABCD网校解析：影响拌合物和易性的因素很多，主要有水泥浆含量、水泥浆的稀稠、含砂率的大小、原材料的种类以及外加剂等。【例】混凝土的抗拉强度一般约为抗压强度的（ ）。A.1/71/10B.1/101/20C.1/81/12D.1/101/15网校答案：B网校解析：混凝土的抗拉强度一般为抗压强度的1/101/20。【例】提高混凝土耐久性的主要措施为（ ）。A.严格控制水胶比B.合理选择骨料级配C.提高水泥强度D.掺用减水剂及引气剂E.提高施工质量2F311030 水利水电工程建筑材料网校答案：ABDE网校解析：高混凝土耐久性的主要措施：严格控制水胶比。混凝土所用材料的品质，应符合有关规范的要求。合理选择骨料级配。掺用减水剂及引气剂。保证混凝土施工质量。2F311033 胶凝材料的分类和用途胶凝材料：胶凝材料根据其化学组成可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。无机胶凝材料按硬化条件差异又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或发展强度，适用于干燥环境，如石灰、水玻璃等。水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，而且能更好地在潮湿环境或水中硬化、保持并继续发展其强度，如水泥。沥青属于有机胶凝材料。（2017二级考点）【例】下列属于气硬性胶凝材料的有（ ）。A.水泥B.石灰C.水玻璃D.沥青E.石膏网校答案：BCE网校解析：气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或发展强度，适用于干燥环境，如石灰、水玻璃等。三、水泥1.通用水泥：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、粉煤灰硅酸盐水泥和复合水泥。2.专用水泥：硅酸盐大坝水泥，低热微膨胀水泥。3.特性水泥：快硬硅酸盐水泥（初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min）、抗硫酸盐硅酸盐水泥（抗硫酸盐水泥适用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下隧涵等工程）。四、灌浆所用水泥的技术要求1.一般规定灌浆工程通常可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐或复合硅酸盐水泥。当有抗侵蚀或其他要求时，应使用特种水泥。使用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥灌浆时，浆液水灰比不宜大于1。回填灌浆、固结灌浆和帷幕灌浆所用水泥的强度等级应不低于32.5，坝体接缝灌浆、各类接触灌浆所用水泥的强度等级应不低于42.5。帷幕灌浆、坝体接缝灌浆和各类接触灌浆所用水泥的细度宜为通过80um方孔筛的筛余量不大于5%。2.掺合料根据灌浆需要，可在水泥浆液中加入下列掺合料：（1）砂：质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于1.5mm。（2）膨润土或黏性土：黏性土的塑性指数不宜小于14，黏粒（粒径小于0.005mm）含量不宜小于25%，含砂量不宜大于5%，有机物含量不宜大于3%。（4）水玻璃：模数宜为2.4-3.0，浓度宜为30-45波美度。2F311034 外加剂的分类和应用一、外加剂的分类混凝土外加剂种类繁多，按其主要功能分为四类：1.改善混凝土拌合物流动性能的外加剂。包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。2.调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂。包括缓凝剂、早强剂和泵送剂等。3.改善混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。4.改善混凝土其他性能的外加剂。包括引气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂等。目前在工程中常用的外加剂主要有减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂等。5. 减水剂效果：在用水量及水胶比不变时，混凝土坍落度可增大100200mm，且不影响混凝土的强度，增加流动性；在保持流动性及水泥用量不变的条件下，可减少拌合水量10%15%，从而降低了水胶比，使混凝土强度提高15%20%，特别是早期强度提高更为显著；在保持流动性及水胶比不变的条件下，可以在减少拌合水量的同时，相应减少水泥用量，即在保持混凝土强度不变时，可节约水泥用量10%15%；掺入减水剂能显著改善混凝土的孔隙结构，使混凝土的密实度提高，透水性可降低40%80%，从而可提高抗渗、抗冻、抗化学腐蚀及抗锈蚀等能力，改善混凝土的耐久性。此外，掺用减水剂后，还可以改善混凝土拌合物的泌水、离析现象，延缓混凝土拌合物的凝结时间，减慢水泥水化放热速度和可配制特种混凝土。6.引气剂引气剂是指搅拌混凝土过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂。引气剂能使混凝土的某些性能得到明显的改善或改变：改善混凝土拌合物的和易性，显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性，但混凝土强度略有降低。引气剂不宜用于蒸养混凝土及预应力钢筋混凝土。7.膨胀剂膨胀剂是使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂。掺入适量的膨胀剂可提高混凝土的抗渗性和抗裂性，而对混凝土的力学性能不会带来大的改变。2F311035 钢材的分类和应用一、钢筋的分类1.钢筋按化学成分分类（1）碳素结构钢。根据含碳量的不同又可分为低碳钢（含碳量小于0.25%），如I级钢；中碳钢（含碳量0.250.60%）；高碳钢（含碳量0.601.4），如碳素钢丝、钢绞线等。随着含碳量的增加，钢材的强度提高，塑性降低。【例】含碳量为0.5%的钢筋属于（ ）A.高碳钢B.中碳钢C.低碳钢D.微碳钢网校答案：B网校解析：根据含碳量的不同又可将碳素结构钢分为低碳钢（含碳量0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%0.60%）和高碳钢（含碳量0.60%1.40%）。2F311030 水利水电工程建筑材料（2）普通低合金钢（合金元素总含量小于5%）。除了含碳素钢各种元素外，还加入少量的合金元素，如锰、硅、钒、钛等，使钢筋强度显著提高，塑性与可焊性能也可得到改善，如级、和级钢筋都是普通低合金钢。2.按生产加工工艺分类热轧、热处理、冷拉、钢丝（直径在5mm以内者）四种。3.按外形分类光面钢筋、变形钢筋。通常变形钢筋直径不小于10mm，光面钢筋的直径不小于6mm。4.按力学性能分类有物理屈服点和无物理屈服点钢筋。二、钢筋的主要力学性能1.钢筋的应力一应变曲线（1）有物理屈服点钢筋的典型应力一应变曲线。（2）无物理屈服点钢筋的应力一应变曲线。通常取相应于残余应变=0.2%时的应力，作为名义屈服点，即条件屈服强度或条件流限，其值约相当于0.8倍的抗拉强度。2.钢筋的强度和变形指标有物理屈服点的钢筋的屈服强度是钢筋强度的设计依据。无物理屈服点的钢筋检验以极限强度作为主要强度指标。反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。伸长率5或10。屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是有物理屈服点钢筋进行质量检验的四项主要指标，而对无物理屈服点的钢筋则只测定后三项。【例】水利工程施工中，钢绞线质量检验的主要指标包括（ ）。A.含碳量 B.屈服强度C.极限强度 D.伸长率E.冷弯性能网校答案：CDE网校解析：屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是有物理屈服点钢筋进行质量检验的四项主要指标，而对无物理屈服点的钢筋则只测定后三项。三、混凝土结构用钢材1.热轧钢筋热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋。（1）牌号。钢筋混凝土用热轧钢筋有HPB300、HRB335、HRB400、HRB500四个牌号。牌号中HPB代表热轧光圆钢筋，HRB代表热轧带肋钢筋，牌号中的数字表示热轧钢筋的屈服强度。其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，表面光圆；热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成，外表带肋。（2）选用。光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用做普通钢筋混凝土；HRB335、HRB400带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500带肋钢筋强度高，但塑性与焊接性较差，适宜用做预应力钢筋。2.冷拉热轧钢筋冷拉钢筋不宜用于负温度、受冲击或重复荷载作用的结构。3.冷轧带肋钢筋其牌号由CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成，C、R、B分别为冷轧、带肋、钢筋三个词的英文首位字母。冷轧带肋钢筋分为CRB5