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    建筑行业材料员复习.ppt

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    建筑行业材料员复习.ppt

    材料员复习,1、质量与体积,密度 表观密度0 堆积密度0,密 度,单位体积材料的质量密度 体积与质量是可变的,密度是不变的 相同质量的材料的体积与物相和质点的堆积状态有关,材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。,材料在自然状态下,单位体积的质量。,散粒材料在堆积状态下,单位体积的质量。,绝对密实状态 下,m/V 自然堆聚状态下,m/V0 松散堆积状态下,m/V0,(二)材料的孔隙率与空隙率,1、材料的孔隙率、密实度、孔隙特征 1) 孔隙率,2) 密实度,2. 材料的空隙率 1) 空隙率,2)填充率,例 题,某工地质检员从一堆碎石料中取样,并将其洗净后干燥,用一个10升的金属桶,称得一桶碎石的净质量是13.50Kg;再从桶中取出1000g的碎石,让其吸水饱和后用布擦干,称其质量为1036g;然后放入一广口瓶中,并用水注满这广口瓶,连盖称重为1411g,水温为25C,将碎石倒出后,这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g;另外从洗净完全干燥后的碎石样中,取一块碎石磨细、过筛成细粉,称取50g,用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。请问? 1)该碎石的密度、表观密度和堆积密度? 2)该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率? 3)该碎石的密实度、空隙率和填充率?,解答:,1) Vo=10L, m2=13.5kg; 0 =(m/V0)= 13.5/10 = 1.35 m=1000g, 吸水后质量=1036g. 设水的密度1。 则, Vo = 791(14111036) = 416mL 0 =(m/V0)= 1000/416 = 2.404 V=18.8mL, m=50g; =(m/V)= 50/18.8=2.66 2) P = 10/ ×100% =(12.404/2.66)=9.624% 其中: P开= 36/416=8.653% P闭= 9.6248.65=0.974% 3) D=1P=90.376% P=10/0 ×100% =(11.35/2.404)=43.8% D=1P=143.8%=56.2%,碎石在水中吸水的质量开口孔隙体积,二、材料与水有关的性质 1.亲水性与憎水性:润湿角 2.吸水性 :吸水率(质量和体积吸水率) 3.吸湿性:含水率 4.耐水性:软化系数 5.抗渗性:渗透系数 6.抗冻性 :冻融循环次数,二、材料与水有关的性质,(一)亲水性(材料)与憎水性(材料),润湿角(接触角):,亲水性:材料与水之间的分子亲合力大于水本身分子间的内聚力 900,憎水性:材料与水之间的分子亲合力小于水本身分子间的内聚力 900,材料的含水状态,2. 吸水性(浸水状态下) 材料在水中吸收水分的性质称为吸水性,用吸水率表示。,3. 吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性,用含水率表示。含水率是指材料内部所含水重量占材料干重量的百分率。,4. 耐水性 材料长期在水作用下不破坏、强度不显著降低的性质。即材料抵抗水破坏的能力。,5. 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性,通常用渗透系数(即一定厚度的材料,在单位压力水头作用下,在单位时间内透过单位面积的水量)表示。,6、抗冻性,抗冻性材料饱水下,抵抗冻融循环破坏作用的能力 抗冻等级材料丧失性能前能承受的最多冻融循环次数,次数愈多,等级越高 冻融循环试验 冻融破坏的原因 抗冻性的影响因素,混凝土 抗冻性试验,水结冰时,体积膨胀9; 当材料内部孔隙饱水情况下,发生多次冻融循环,在水结冰时产生的拉力作用下,产生裂缝、扩展、延伸,和连通,导致材料破坏。,材料内部的孔隙率与孔隙特征 孔隙内的饱水程度 材料强度与韧性 环境温度变化,热容量、比热容 热容量是指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的性质。,材料与热有关的性质 导热性 材料传导热量的能力称为导热性,用导热系数(即厚度为1m的材料,当其相对两侧表面温度差为1k时,在1s时间内通过1面积的热量)表示。,耐燃性和耐火性 耐燃性 材料在火焰或高温作用下可否燃烧的性质。 耐火性 材料在火焰或高温作用下,保持其不破坏、性能不明显下降的能力。用其耐受的时间来表示,称为耐火极限。,材料的力学性能,强度材料抵抗外力,不变形或破坏的能力; 比强度材料强度与质量之比; 弹性材料能恢复荷载作用下的变形的性能; 塑性不可恢复荷载作用下的变形的性能; 脆性材料破坏前,不产生明显变形而突发破坏; 韧性材料破坏前,能产生较大变形或吸收较大能力; 硬度材料抵抗刻划、擦伤、磨损的能力;,抗压、抗拉、抗剪强度 ,建筑钢材的主要性能,由低碳钢在拉伸过程中形成的应力()-应变()关系图(图8.1)可知,低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。 (1)弹性阶段(OA) (2)屈服阶段(AB) (3)强化阶段(BC) (4)颈缩阶段(CD),8.2.1 抗拉性能,钢材拉伸的应力应变曲线,力,4,1,2,3,5,Stress (F/A),弹性阶段,塑性阶段,应变硬化,断裂,极限拉伸强度 UTS,斜率=E,颈缩,屈服强度y,断裂强度F,将断裂后的试件拼合起来,量出标距两端点间的距离,按下式计算出伸长率:,第二章,(4)烧结普通砖的缺陷指标 当生产烧结砖的原料中含有有害杂质或生产工艺不当时,均可造成烧结砖的质量缺陷,影响砖的耐久性。主要缺陷及耐久性指标有: 1)烧结砖的泛霜 当生产烧结砖的原料中含有可溶性无机盐时,会隐含在成品烧结砖的内部,砖吸水后再次干燥时,水分会向外迁移,这些可溶性盐随水渗到砖的表面,水分蒸发后便留下白色粉末状的盐,形成白霜,这就是泛霜现象。 泛霜严重时,由于大量盐类的溶出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落,内部孔隙率增大,抗冻性显著下降。国家标准规定优等砖不得有泛霜现象,合格砖不得严重泛霜。,)烧结砖的石灰爆裂 有时生产烧结砖的原料中夹有石灰石等杂物,经焙烧后砖内形成了颗粒状的石灰块等物质。处于干燥条件下时,这些杂质不会影响砖的性能,一旦吸水后,就会产生局部体积膨胀,导致砖体开裂甚至崩溃。石灰爆裂不仅造成砖体的外观缺陷和强度降低,还可能造成对砌体的严重危害。,3)欠火砖与过火砖 烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧,使部分物质熔融,冷凝后将未经熔融的颗粒粘结在一起成为整体。当焙烧温度不足时,熔融物太少,难以充满砖体内部,粘结不牢,这种砖称为欠火砖。欠火砖孔隙率大,强度低,抗冻性差,外观颜色较浅,为有缺陷砖。 当焙烧温度过高时,砖内熔融物过多,造成高温下的砖体变软,此时砖在点支撑下易产生弯曲变形,这种砖为过火砖。它也属于有缺陷砖。欠火砖与过火砖均为不合格产品。,例6-1 试解释制成红砖与青砖的原理。 焙烧是制砖最重要的环节。当砖坯在氧化气氛中烧成出窑,砖中的铁质形成了红色的Fe2O3,则制得红砖。若砖坯在氧化气氛中烧成后,再经浇水闷窑,使窑内形成还原气氛,促使砖内的红色高阶氧化铁(Fe2O3)还原成青灰色的低价氧化铁(FeO),即制得青砖。 粘土砖焙烧温度为950左右烧出的砖色泽多为红色。这是由于砖中的着色矿物,如在氧化气氛中保温、冷却时,铁形成了呈红色的Fe2O3之故。而为获得青色,则焙烧开始阶段在氧化气氛中,达到焙烧温度后,封闭火门,隔绝空气流入,并配合从窑顶洇水入窑,产生大量水蒸汽,转变成缺氧环境,使砖在还原气氛里保温、冷却。这时,砖中形成的是呈青灰色的氧化铁(FeO),制得青砖。,例6-2何谓烧结普通砖的泛霜和石灰爆裂?它们对建筑物有何影响? 解 泛霜是指粘土原料中的可溶性盐类(如硫酸钠等),随着砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象,一般为白色粉末,常在砖表面形成絮团状斑点。泛霜的砖用于建筑中的潮湿部位时,由于大量盐类的溶出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落,内部孔隙率增大,抗冻性显著下降。 当原料土中夹杂有石灰质时,则烧砖时将被烧成过烧的石灰留在砖中。石灰有时也由掺入的内燃料(煤渣)带入。这些石灰在砖体内吸水消化时产生体积膨胀,导致砖发生胀裂破坏,这种现象称为石灰爆裂。,石灰爆裂对砖砌体影响较大,轻者影响外观,重者将使砖砌体强度降低直至破坏。砖中石灰质颗粒越大,含量越多,则对砖砌体强度影响越大。 51012000规定,优等品砖不允许有泛霜现象,一等品砖不允许出现中等泛霜,合格品砖不允许出现严重泛霜。标准规定,优等品砖不允许出现最大破坏尺寸大于2mm的爆裂区域;一等品砖不允许出现最大破坏尺寸大于10 mm的爆裂区域,在 10 mm之间爆裂区域,每组砖样不得多于15处。,例6-3 如何识别欠火砖和过火砖? 烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧,使部分物质熔融,冷凝后将未经熔融的颗粒粘结在一起成为整体。当焙烧温度不足时,熔融物太少,难以充满砖体内部,粘结不牢,这种砖称为欠火砖。欠火砖,低温下焙烧,粘土颗粒间熔融物少,孔隙率大、强度低、吸水率大、耐久性差;过火砖由于烧成温度过高,产生软化变形,造成外形尺寸极不规整。欠火砖色浅、敲击时声哑,过火砖色较深、敲击时声清脆。,第三章,胶凝材料的定义和分类,胶凝材料的定义 经过一系列的物理和化学变化,能够产生凝结硬化,将块状或粉状材料胶结起来,形成为一个整体的材料。 胶凝材料的分类,如沥青、聚合物等,胶凝材料,无机胶凝材料,有机胶凝材料,气硬性胶凝材料,水硬性胶凝材料,如:石灰、石膏、水玻璃等,石膏的水化:半水石膏遇水后将重新水化生成二水石膏: 随着浆体中自由水分因水化和蒸发而逐渐减少,浆体也逐渐变稠,这个过程称为凝结过程。其后,二水石膏晶体继续大量形成、长大,晶体之间互相交错连生,形成结晶结构网,使浆体变硬,并形成具有强度的石膏制品。这个过程称为硬化过程。,建筑石膏的凝结硬化,(1)凝结硬化快 :30分钟完全失去可塑性 (2)凝固时体积微膨胀 :约0.5%-1% (3)孔隙率大,表观密度小,绝热、吸声性能好 (4)具有一定的调温调湿性 (5)防火性好,但耐火性差 (6)耐水性、抗冻性差,建筑石膏的性质特点,石灰的熟化硬化过程,生石灰的熟化 熟化的过程 生石灰+水 熟石灰 熟化的方式 淋 灰生石灰粉(消石灰粉) 化 灰 熟石灰膏 熟化过程的特点 放出大量的热;体积膨胀1.53.5倍。 熟化过程的注意事项 熟石灰在使用前必须陈伏15d以上防止过火石灰的危害; 在化灰池表面保留一层水防止石灰碳化。,MgO + H2O = Mg(OH)2 CaO + H2O = Ca(OH)2 + 64.83kj,石灰的硬化包含下面两个同时进行的过程: 结晶过程多余水分蒸发或被砌体吸收,Ca(OH) 2逐渐从饱和溶液中析出结晶。 碳化过程Ca(OH) 2和空气中的CO2化合,生成碳酸钙晶体。反应式如下:,(1)良好的可塑性及保水性 (2)凝结硬化慢、强度低 (3)耐水性差 (4)体积收缩大 (5)吸湿性强,石灰的特性,石灰的储存,生石灰储存时间不宜过长,一般不超过一个月。作到“随到随化”。 不得与易燃、易爆等危险液体物品混合存放和混合运输。 熟石灰在使用前必须陈伏15d以上,以防止过火石灰对建筑物产生的危害。,第四章 水泥,水泥的分类,按性能和用途分,水 泥,通用水泥,专用水泥,特性水泥,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,石灰石硅酸盐水泥,如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等,如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等,硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,硅酸盐水泥的原材料 生产硅酸盐水泥熟料的原材料 石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰华等。 粘土质原料 主要为粘土,其主要化学成分为SiO2,其次为Al2O3和少量Fe2O3。 铁矿粉 采用赤铁矿,化学成分为Fe2O3。 石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 混合材料 包括活性混合材料(粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等)和非活性混合材料(石灰石粉、磨细石英砂等)。,硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工艺 生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种 ; 硅酸盐水泥分为:型硅酸盐水泥(不掺混合材料)和型硅酸盐水泥(掺不超过5%混合材料)。,硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,石灰石,粘 土,铁矿粉,生 料,石 膏,硅酸盐水泥,混合材料,熟 料,按比例混合,磨细,13501450,煅烧,磨细,体积安定性,体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定,即为体积安定性不良。 水泥安定性不良的原因: 熟料中含有过量的游离氧化钙(fCaO),或含有过量的游离氧化镁(fMgO); 生产水泥时掺入的石膏过量。 国家标准GB1751999规定,硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。 体积安定性不良的水泥严禁用于工程中。,六、硅酸盐水泥的特性及应用,凝结硬化快,早期及后期强度均高,适用于有早强要求的工程。 抗冻性好,适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。 耐腐蚀性差,因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。 水化热高,不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。 抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多,故水泥石的碱度不易降低,对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。 耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。 耐磨性好,适用于高速公路、道路和地面工程。,混合材料及其分类,混合材料 为了改善水泥性能、提高水泥的产量,在生产时掺入的天然或人工矿物质材料。 活性混合材料 具有潜在水硬性或火山灰特性,或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料。 粒化高炉矿渣; 粉煤灰; 火山灰质混合材料 非活性混合材料 不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料。如磨细石灰石粉、磨细石英砂等。,矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,定义 技术性质要求(与普通水泥相比) 相同点:细度、凝结时间、安定性的技术要求相同。 不同点:(1)三氧化硫含量:矿渣水泥不超过4.0;火山灰质水泥、粉煤灰水泥不得超过3.5。(2)MgO含量不超过5%,熟料中不超过6%,熟料,适量石膏,20%70%粒化高炉矿渣,20%40%粉煤灰,20%50%火山灰质混合料,矿渣水泥 (P·O),粉煤灰水泥 (P·S),火山灰水泥 (P·P),磨细,磨细,磨细,矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,主要特性(与硅酸盐水泥、普通水泥相比) 三种水泥的共同特性 凝结硬化较慢,早强强度较低,后期强度增长较快; 水化热较低,放热速度慢; 抗硫酸盐腐蚀和抗水性较好; 蒸汽养护适应性好; 抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。 三种水泥各自特性 矿渣水泥的抗渗性较差,但耐热性好,可用于温度不高于200的混凝土工程中。 火山灰水泥的抗渗性好,但干缩较大,不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程。 粉煤灰水泥干缩小,抗裂性好。,例3-2 何谓水泥的体积安定性?水泥的体积安定性不良的原因是什么?安定性不良的水泥应如何处理? 解 水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状,不开裂,不变形,不溃散的性质。导致水泥安定性不良的主要原因是: (1) 由于熟料中含有的的游离氧化钙、游离氧化镁过多; (2) 掺入石膏过多;,其中游离氧化钙是一种最为常见,影响也是最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的,结构致密,水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹,使得其在水泥已经硬化后才进行熟化,生成六方板状的Ca(OH)2晶体,这时体积膨胀97以上,从而导致不均匀体积膨胀,使水泥石开裂。当石膏掺量过多时,在水泥硬化后,残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石,体积增大约1.5倍,也导致水泥石开裂。 体积安定性不良的水泥,会发生膨胀性裂纹使水泥制品或混凝土开裂、造成结构破坏。因此体积安定性不良的水泥,应判为废品,不得在工程中使用。,例3-3 现有四种白色粉末,已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥,请加以鉴别(化学分析除外)。 解 取相同质量的四种粉末,分别加入适量的水拌合为同一稠度的浆体。放热量最大且有大量水蒸气产生的为生石灰粉;在分钟内凝结硬化并具有一定强度的为建筑石膏;在分钟到小时内凝结硬化的为白色水泥;加水后没有任何反应和变化的为白色石灰石粉。,鉴别这四种白色粉末的方法有很多,主要是根据四者的特性来区分。生石灰加水,发生消解成为消石灰氢氧化钙,这个过程称为石灰的“消化”,又称“熟化”,同时放出大量的热;建筑石膏与适量水拌合后,能形成可塑性良好的浆体,随着石膏与水的反应,浆体的可塑性很快消失而发生凝结,此后进一步产生和发展强度而硬化。一般石膏的初凝时间仅为10min左右,终凝时间不超过30min。白色硅酸盐水泥的性能和硅酸盐水泥基本项同,其初凝时间不早于45min,终凝时间不超过6h30min。石灰石粉与水不发生任何反应。,第五章 混凝土,(一) 普通混凝土的组成,水泥,水,水泥浆,石子,砂子,骨 料,新拌混凝土,100%体积,6075%,715%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝结硬化,硬化混凝土,混凝土外加剂,为了改善或提高混凝土的性能,各组成材料的作用,骨 料 廉价的填充材料,节省水泥用量 混凝土的骨架,减小收缩,抑制裂缝的扩展 传力作用 降低水化热 提高耐磨性,水泥浆 润滑作用与水形成水泥浆,赋予新拌混凝土以流动性 胶结作用包裹在所有骨料表面,通过水泥浆的凝结硬化,将砂、石骨料胶结成整体,形成固体,含水状态:完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,含水量: 不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量,完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,骨料的含水状态,混凝土拌合物的技术性质:和易性,混凝土拌合物便于施工操作,能够达到结构均匀、成型密实的性能。和易性主要包括流动性、粘聚性和保水性:,和易性,粘聚性,保水性,流动性,易达结构均匀,易成型密实,好,好,在本身自重或施工机械振捣作用下,能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。,各组成材料之间具有一定的内聚力,在运输和浇注过程中不致产生离析和分层现象的性质。,具有一定的保持内部水分的能力,在施工过程中不致发生泌水现象的性质。,保证混凝土硬化后的质量,二、和易性的评定,定量测定拌合物的流动性、辅以直观经验评定粘聚性和保水性。,1.坍落度法 测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值坍落度(单位mm)。 适用范围: 集料最大粒径不大于40mm; 坍落度值不小于10mm的低塑性混凝土、塑性混凝土。,影响和易性的因素,1.组成材料及其用量之间的关系 水泥浆数量和单位用水量; 骨料的品种、级配和粗细程度; 砂率 ; 外加剂 。 见下图。 2.施工环境的温度、搅拌制度等。,水泥,水,砂,石子,外加剂,水泥浆,骨料,混凝土拌合物,影响和易性的因素,合理砂率的确定 合理砂率是指在水泥浆数量一定的条件下,能使拌合物的流动性(坍落度T)达到最大,且粘聚性和保水性良好时的砂率;或者是在流动性(坍落度T)、强度一定,粘聚性良好时,水泥用量最小的砂率。,改善和易性的措施,采用合理砂率; 改善砂石的级配; 掺外加剂或掺合料; 根据环境条件,注意坍落度的现场控制;,在水灰比不变的条件下,适当增加水泥浆的用量,可增大拌合物的流动性; 在砂率不变的条件下,适当增加砂石的用量,可减小拌合物的流动性。,掺外加剂的混凝土,影响混凝土强度的因素 影响混凝土强度的主要因素有: (1)水泥强度与水灰比 混凝土强度,随水灰比增大而降低,呈曲线关系,而混凝土强度与灰水比呈直线关系,当混凝土水灰比值在0.400.80之间时越大,则混凝土的强度越低; 水泥强度越高,则混凝土强度越高。,式中fcu,0混凝土28天抗压强度, a; fce水泥的实际强度,a; 灰水比; 每立方米混凝土中水泥用量, kg; 每立方米混凝土中用水量, kg。 a,b为回归系数 采用碎石:a=0.46 b0.07 采用卵石:a=0.48 b =0.33,水泥石与骨料的粘结情况与骨料种类和骨料表面性质有关,表面粗糙的碎石比表面光滑的卵石(砾石)的粘结力大。在其他条件相同的情况下,碎石混凝土的强度比卵石混凝土的强度高。 根据大量试验建立的混凝土强度公式:,(3) 龄期 在正常养护条件下,混凝土强度的增长遵循水泥水化历程规律,即随着龄期时间的延长,强度也随之增长。最初内,强度增长较快,以后增长较慢。但只要温湿度适宜,其强度仍随龄期增长。 普通水泥制成的混凝土,在标准养护条件下,其强度的发展,大致与其龄期的对数成正比(龄期不小于三天),式中 fnnd龄期混凝土的抗压程度, MPa; 28 28龄期混凝土的抗压强度, MPa; lg、lg 28(不小于3)和28的常用对数。,徐变 混凝土在恒定荷载长期作用下,随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形,称为混凝土的徐变。 一般认为,徐变是由于水泥石中凝胶体在外力作用下,粘滞流变和凝胶粒子间的滑移而产生的变形,还与水泥石内部吸附水的迁移等有关。 影响混凝土徐变因素很多,混凝土所受初应力越大,在混凝土制成后龄期较短时加荷,水灰比越大,水泥用量越多,都会使混凝土的徐变增大;另外混凝土弹性模量大,会减小徐变,混凝土养护条件越好,水泥水化越充分,徐变也越小。,混凝土的徐变会使构件的变形增加,在钢筋混凝土截面中引起应力的重新分布。对预应力钢筋混凝土结构,混凝土的徐变将使钢筋的预应力受到损失。但有时徐变也对工程有利,如徐变可消除或减小钢筋混凝土内的应力集中,使应力均匀地重新分布。对大体积混凝土,徐变能消除一部分由温度变形所产生的破坏应力。,混凝土配制强度 在施工中配制混凝土时,如果所配制混凝土的强度平均值( )等于设计强度(fcu,), 则混凝土强度保证率只有50。因此,为了保证工程混凝土具有设计所要求的95强度保证率,在进行混凝土配合比设计时,必须使混凝土的配制强度大于设计强度(fcu)。,二、配合比设计的要求,满足结构设计的强度等级要求; 满足混凝土施工所要求的和易性; 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求; 符合经济原则,即节约水泥以降低混凝土成本。,三、配合比设计基本参数,水灰比( mw/mc )、单位用水量(mw)和砂率(s)是混凝土配合比设计的三个基本参数。,水泥,水,砂,石子,水泥浆,骨料,混凝土,单位用水量mw,砂率w,水灰比 mw/mc,与强度、耐久性有关,与流动性有关,与粘聚性、保水性有关,五、配合比计算例题,例题 某工程现浇室内钢筋混凝土梁,混凝土设计强度等级为C30。施工采用机械拌合和振捣,选择的混凝土拌合物坍落度为3050mm。施工单位无混凝土强度统计资料。所用原材料如下: 水泥:普通水泥,强度等级42.5MPa,实测28d抗压强度48.0MPa,密度c3.1g/cm3; 砂:中砂,级配2区合格。表观密度s2.65g/cm3; 石子:卵石,540mm。表观密度g2.60g/cm3; 水:自来水,密度w1.00g/cm3。 试用体积法和质量法计算该混凝土的基准配合比。,五、配合比计算例题,解: 1.计算混凝土的施工配制强度fcu,0: 根据题意可得:fcu,k30.0MPa,查表3.24取5.0MPa,则 fcu,0 fcu,k + 1.645 30.0+1.645×5.038.2MPa 2.确定混凝土水灰比mw/mc (1)按强度要求计算 根据题意可得:fce48.0MPa,a0.48,b0.33,则: (2)复核耐久性:经复核,耐久性合格。,五、配合比计算例题,3.确定用水量mw0 根据题意,骨料为中砂,卵石,最大粒径为40mm,查表取mw0160kg。 4.计算水泥用量mc0 (1)计算: (2)复核耐久性 经复核,耐久性合格。 5.确定砂率s 根据题意,采用中砂、卵石(最大粒径40mm)、水灰比0.50,查表s2833,取s30。 6.计算砂、石子用量ms0、mg0,五、配合比计算例题,(1)体积法 将数据代入体积法的计算公式,取1,可得: 解方程组,可得ms0570kg、mg01330kg。 (2)质量法 假定混凝土拌合物的质量为mcp2400kg,将数据代入质量法计算公式,得: ms0 + mg02400320160 解方程组,可得ms0576kg、mg01344kg。,6.计算基准配合比 (1)体积法 mc0:ms0:mg0320:570:13301:1.78:4.16, mw/mc 0.50; (2)质量法 mc0:ms0:mg0320:576:13441:1.80:4.20, mw/mc 0.50。,第六章 砂浆,6.1.4.1 水泥混合砂浆配合比设计,(1)计算试配强度 (2)每立方米砂浆中的水泥用量按下式计算:,6.1.4 砌筑砂浆配合比设计,(3)确定1m3水泥混合砂浆的掺加料用量: QD=QA-QC (4)每立方米砂浆中的砂子用量,应按干燥状态(含水率小于0.5%)的堆积密度值作为计算值(kg)。 (5)每立方米砂浆中的用水量,根据砂浆稠度等要求可选用240310kg。,【例题1】要求设计用于砌筑砖墙的水泥混合砂浆配合比。设计强度等级为M7.5,稠度为7090mm。 原材料的主要参数,水泥:32.5级矿渣水泥;干砂:中砂,堆积密度为1450kg/m3;石灰膏:稠度120 mm;施工水平:一般。 【解】 (1)计算试配强度fm,o fm,o=f2+0.645 式中f2=7.5MPa =1.88MPa(查表6.2) fm,o=7.5+0.645×1.88=8.7MPa,(2)计算水泥用量QC QC=1000(fm,o-)/(·fce) 式中 fm,o=8.7MPa =3.03,=-15.09 fce=32.5MPa QC=1000×(8.7+15.09)/(3.03×32.5)=242kg/m3 (3)计算石灰膏用量QD QD=QA-QC 式中QA=330kg/m3 QD=330-242=88kg/m3,(4)砂子用量QS QS=1450kg/m3 (5)根据砂浆稠度要求,选择用水量为300kg/m3 水的用量Qw=(300-1450*2%)=271kg 砂浆试配时各材料的用量比例: 水泥石灰膏砂=242881450=10.365.99,【例题2】要求设计用于砌筑砖墙的水泥砂浆,设计强度为M10,稠度7090mm。原材料的主要参数,水泥:32.5级矿渣水泥;干砂:中砂,堆积密度为1400kg/m3;施工水平:一般。 【解】 (1)根据表6.3选取水泥用量260kg/m3 (2)砂子用量QS QS=1400kg/m3 (3)根据表6.3选取用水量为290kg/m3 砂浆试配时各材料的用量比例: 水泥砂=2601400=15.38,第七章 建筑钢材,8.1 钢的冶炼和分类,钢是由生铁冶炼而成的。钢和铁都是铁碳合金,钢的含碳量在2%以下,而生铁的含碳量大于2%。另外钢中的杂质含量也少于生铁。 生铁有炼钢生铁和铸造生铁之分。 钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化,使碳的含量降低到规定范围,其他杂质含量也降低到允许范围之内。,8.1.1 钢的冶炼,根据炼钢设备所用炉种不同,炼钢方法主要可分为平炉炼钢、氧气转炉炼钢、电炉炼钢三种。 (1)平炉炼钢 它以熔融状或固体状生铁、铁矿石或废钢铁为原料,以煤气或重油为燃料。利用铁矿石中的氧或鼓入空气中的氧使杂质氧化。可用于炼制优质碳素钢和合金钢等。,(2)氧气转炉炼钢 以熔融的铁水为原料,由转炉顶部吹入高纯度氧气,能有效地去除有害杂质,并且冶炼时间短(2040min),生产效率高,所以氧气转炉钢质量好,成本低,应用广泛。 (3)电炉炼钢 以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化,并精炼成钢。电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣炉等。,冶炼后的钢水中含有以FeO形式存在的氧,FeO与碳作用生成CO气泡,并使某些元素产生偏析(分布不均匀),影响钢的质量。所以必须进行脱氧处理,方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝等脱氧剂。 根据脱氧程度的不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。,(1)沸腾钢 是脱氧不完全的钢。 (2)镇静钢 是脱氧充分的钢。 (3)半镇静钢 其脱氧程度和质量介于上述两者之间。 建筑钢材是将钢坯加热后经轧制而成的。,一、钢及其特性,钢 理论上,凡是把含碳量小于2%,含杂质比较少的铁碳合金称为钢。 含碳量超过2%,称为生铁;含碳量小于0.08%,称为工业纯铁。 钢的特点 具有强度高,塑性好,具有良好的韧性;工艺性能良好,易于加工;但是,钢材易锈蚀、耐火性差。,(三)钢的含碳量与性能关系,亚共析钢: 碳含量位于0.020.77之间 晶体组织为铁素体和珠光体 共析钢: 碳含量在0.77 晶体组织全部为珠光体 共析钢: 碳含量在0.772.11之间 晶体组织为珠光体和渗碳体 含碳量的增加 珠光体逐渐减少,渗碳体逐渐增多 强度与硬度逐渐提高,塑性与韧性逐渐降低,晶体组织含量(),性能变化,0.02,分类,项目,工业纯铁,亚共析钢,铁素体,珠光体,渗碳体,过共析钢,含碳量,0.77,2.11,0,塑性、韧性,硬度,强度,铁碳合金的含碳量、晶体组织与性能的关系,(1)碳是决定钢材性能的主要元素。 如图8.7所示,随着含碳量的增加,钢的强度和硬度提高,塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时,由于钢材变脆,强度反而下降。 (2)硅、锰 加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出,起到脱氧、降硫的作用。,8.2.7 钢的化学成分对钢材性能的影响,(3)硫、磷 硫不溶于铁而以FeS的形式存在,FeS和Fe形成低熔点的共晶体。当钢材温度升至1000以上进行热加工时,共晶体熔化,晶粒分离,使钢材沿晶界破裂,这种现象叫做热脆性。 磷能使钢的强度、硬度提高,但显著降低钢材的塑性和韧性,特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显,使钢材容易脆裂,这种现象叫做冷脆性。,(4)氧、氮 未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在,如FeO、Fe4N等。这些非金属化合物、夹杂物降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加,氮使冷脆性及时效敏感性增加。 (5)钛、钒、铌 是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性,并显著提高强度。,钢材的时效,时效 钢材随时间的延长,其强度、硬度提高,而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。 时效分为自然时效和人工时效两种。 自然时效是将其冷加工后,在常温下放置1520d; 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。 经过时效处理后的钢材,其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高,而塑性和韧性降低。,热处理,热处理是将钢材按一定的规则加热、保温和冷却,以获得需要性能的一种工艺过程。 热处理的方法有:淬火和回火。 淬火:将刚才加热至基本组织改变温度(723)以上保温,是基本组织转变成奥氏体,然后投入到水中或矿物油中急冷。 回火:加热至基本组织改变温度一下(150-650)保温后按一定制度冷却至室温,(一) 碳素结构钢,1、钢的牌号: 根据国标GB700-1988,碳素结构钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号,每个牌号又根据硫、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量等级。 牌号的顺序:屈服强度字母Q、屈服强度数值、 质量等级(A、B、C、D)、 脱氧程度符号(F、b、Z、TZ)。 例如:Q235AF,表示屈服强度为235MPa,A级沸腾(F)碳素结构钢。 2、钢牌号与性能的关系 钢牌号越大,钢的含碳量增加,强度与硬度增高,塑性和韧性降低,可焊性变差。,碳素结构钢,3、选用原则:应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。 例如: Q195和Q215号钢强度较低,塑性和韧性较大,易弯加工,可用于钢钉、螺栓等。 Q235A使用于承受静载作用的钢结构; Q235B可用于承受动载焊接的普通钢结构; Q235C可用于承受动载焊接的重要钢结构; Q235D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。 Q255和Q275强度较高,塑性和韧性较差,主要用于机械零件等,(二)优质碳素结构钢,1、钢的牌号 用两位数字表示,代表平均含碳量的万分数,如含锰量较高时,在牌号后加注(Mn)。 如:45号钢,表示气焊碳量为0.45%。 2、选用: 3045号钢,用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓; 6580号钢,常用于制作碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。,(三)低合金结构钢,1、组成:含有5%以下的合金元素(Si、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu等)。含碳量0.2%。 2、合金元素的作用: 细化结晶,起到细晶强化作用,不仅可提高强度和硬度,还可一定程度上增加塑性和韧性。 弥散强化作用,较硬微粒均匀分散在晶粒内部,阻碍晶粒滑移变形,大大提高钢的强度和硬度。 3、牌号:与碳素结构钢一样,用Q+屈服强度值+质量等级(A、B、C、D、E)表示。 4、特性:强度和硬度高,有害杂质少,质量高且稳定,良好的塑性和韧性,适当的可焊性。 5、应用:适合于大跨度结构、高层建筑和桥梁。,低合金结构钢的性能要求,(1) 高强度:一般其屈服强度在300MPa以上。 (2) 高韧性:要求延伸率为15%20%,室温冲击韧性大于600kJ/m2800kJ/m2。对于大型焊接构件,还要求有较高的断裂韧性。 (3) 良好的焊接性能和冷成型性能。 (4) 低的冷脆转变温度。 (5) 良好的耐蚀性。,低合金结构钢的组成特点,低碳:由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高,其碳含量不超过0.20%。 加入以锰为主的合金元素。 加入铌、钛或钒等辅加元素:少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物,有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 加入少量铜(0.4%)和磷(0.1%左右)等,可提高抗腐蚀性能。 加入少量稀土元素,可以脱硫、去气,使钢材净化,改善韧性和工艺性能。,问题: 与碳素钢相比,低合金结构钢有何特点?,答:由于低合金结构钢中的合金元素的细晶强化和弥散强化作用,以及含碳量低,有害杂质少,质量较高且稳定,使得低合金结构钢有以下特点: 不但具有较高的屈服强度和抗拉强度,而且具有较好的塑性、韧性和适当的焊接性,耐低温性较好,时效敏感性也较小。,沥青材料及防水材料,概 述,沥青: 有机胶凝材料,是高分子碳氢化合物和非金属衍生物的混合物。 沥青的特点 热塑性材料,加热就软化; 憎水性材料,耐水、不溶于水; 良好的粘结性和粘弹性; 较强的耐腐蚀性。,沥青分类,一、石油沥青,定义: 石油原油经蒸馏等提炼各种轻油(如汽油、柴油等)及润滑油后的残留物,或经过加工而得的产品。是一种有机胶凝材料。 常温下有固体、半固体或粘性液体三种形态。,(一)石油沥青的组分与结构,化学组成: 83% 碳; 10% 氢; 7% 氧, 氮 和硫; 微量的钒、镍、铝和硅。,(一)石油沥青的组分与结构,组分 油分(芳香油和饱和油) 油状液体,密度最小,加热可以挥发,能溶于有机溶剂,它们赋予沥青以流动性。分子量为1

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