1F411024　水利水電工程建筑材料的應用

一、建筑材料的類型

(一)建筑材料按其物理化學性質(zhì)分類

建筑材料按其物理化學性質(zhì)可分為無機材料、有機材料、復合材料三大類。

1.無機材料

1)無機非金屬材料

(1)無機膠凝材料

①氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化，并保持或繼續(xù)提高其強度，屬于這類材料的有石灰、石膏與水玻璃等。只能用于地面上干燥環(huán)境的建筑物。

②水硬性膠凝材料：不僅能在空氣中而且能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)提高其強度，屬于這類材料的有水泥等。既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。

2)金屬材料

包括黑色金屬材料和有色金屬材料兩類。

2.有機材料

根據(jù)《土工合成材料應用技術規(guī)范》GB/T 50290--2014規(guī)定，土工合成材料包括土工織物、土工膜、土工復合材料、土工特殊材料四大類。

(二)建筑材料按材料來源分類

建筑材料按材料來源可分為天然建筑材料和人工材料兩類。

1.天然建筑材料，如常用的土料、砂石料、石棉、木材等及其簡單采制加工的成品(如建筑石材等)。

2.人工材料，如石灰、水泥、瀝青、金屬材料、土工合成材料、高分子聚合物等。

二、建筑材料的應用條件

(一)筑壩用土石料

主要包括土壩(體)殼用土石料、防滲體用土石料、排水設施和砌石護坡用石料。

1.土壩(體)殼用土石料

常用于均質(zhì)土壩的土料是砂質(zhì)黏土和壤土，要求其應具有一定的抗?jié)B性和強度，其滲透系數(shù)不宜大于1×10-4cm/s;黏料含量一般為10%～30%;有機質(zhì)含量(按重量計)不大于5%，易溶鹽含量小于5%。

心墻壩和斜墻壩多用粒徑級配較好的中砂、粗砂、礫石、卵石及其他透水性較高、抗剪強度參數(shù)較大的混合料。

2.防滲體用土石料

一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏質(zhì)土等材料。

3.排水設施和砌石護坡用石料

可采用塊石，其飽和抗壓強度不小于40～50MPa，巖石孔隙率不大于3%，吸水率(按孔隙體積比計算)不大于0.8，重度應大于22kN/m3。也可采用碎石、卵石，不宜使用風化巖石。

(二)土工合成材料

防滲工程;反濾、排水工程;防護工程;加筋土工程。

用作加筋材的土工合成材料按不同結構需要分為：土工格柵、土工織物、土工帶和土工格室等。

(三)建筑石材

(四)水泥

1.水泥的品種及主要性能

通用硅酸鹽水泥密度一般為3100～3200kg/m3，初凝時間不得早于45min，終凝時間不得遲于600min。

2.水泥的適應范圍

(1)水位變化區(qū)域的外部混凝土、溢流面受水流沖刷部位的混凝土，應優(yōu)先選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽大壩水泥，避免采用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。

(2)有抗凍要求的混凝土，應優(yōu)先選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽大壩水泥，并摻用引氣劑或塑化劑，以提高混凝土的抗凍性。當環(huán)境水兼硫酸鹽侵蝕時，應優(yōu)先選用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。

(3)大體積建筑物內(nèi)部的混凝土，應優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等，以適應低熱性的要求。

(4)位于水中和地下部位的混凝土，宜采用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。

3.水泥檢驗的要求

水泥應有生產(chǎn)廠家的出廠質(zhì)量證明書(包括廠名、品種、強度等級、出廠日期、抗壓強度、安定性等代表該產(chǎn)品質(zhì)量的內(nèi)容)以及28d強度證明書。

有下列情況之一者，應復試并按復試結果使用：用于承重結構工程的水泥，無出廠證明者;存儲超過3個月(快硬水泥超過1個月);對水泥的廠名、品種、強度等級、出廠日期、抗壓強度、安定性不明或?qū)|(zhì)量有懷疑者;進口水泥。

【2017年真題】下列用于水利工程施工的水泥，須按規(guī)定經(jīng)過復試并按復試結果使用的有(　)。

A.進口水泥

B.存儲2個月的普通水泥

C.存儲2個月的快硬水泥

D.對質(zhì)量有懷疑的水泥

E.用于承重結構工程且無出廠證明的水泥

『正確答案』ACDE

(五)水泥砂漿

新拌砂漿的和易性是指其是否便于施工并保證質(zhì)量的綜合性質(zhì)。具體技術指標包括流動性和保水性兩個方面。

1.流動性

常用沉入度表示。沉入度即標準圓錐體在砂漿中沉入的深度。沉入度大的砂漿，流動性好。

2.保水性

保水性可用泌水率表示，工程上采用較多的是分層度這一指標。

分層度大于2cm的砂漿易泌水，不宜使用，故砂漿的分層度以1～2cm為宜。

【2015年真題】反映水泥砂漿保水性的技術指標是(　)。

A.沉入度

B.泌水度

C.分層度

D.坍落度

『正確答案』C

(六)水泥混凝土

1.組成成分：水　水泥　 砂　 石

W 　 C　　 S　 G

2.配合比

①比例：W/C;C：S：G

②單位各種成份用量(配料單)1m3：W、C、S、G

3.初步—基準—實驗室—實施

反映水泥混凝土質(zhì)量的主要技術指標有：和易性、強度及耐久性。

1.和易性

水泥混凝土拌合物的和易性包括流動性、黏聚性、保水性三個方面。影響和易性的因素有水泥漿的用量、水泥漿的稠度、砂率、水泥的品種、水泥細度、外加劑的摻入、時間和溫度等。

用桶高(300mm)減去坍落后混凝土最高點的高度，其差值稱為坍落度，如差值是10mm，則坍落度為10。

2.混凝土的強度

(1)混凝土的抗壓強度

混凝土抗壓強度是把混凝土拌合物做成邊長為15cm的標準立方體試件，在標準養(yǎng)護條件(溫度20℃±2℃，相對濕度95%以上)下，養(yǎng)護到28d齡期，按照標準的測定方法測定的混凝土立方體試件抗壓強度(以MPa計)。

(2)混凝土的抗拉強度

混凝土的抗拉強度，一般約為相應抗壓強度的10%左右。

3.混凝土的耐久性

混凝土的耐久性包括抗?jié)B性、抗凍性、抗沖磨性、抗侵蝕性、抗碳化性等。

(1)抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透作用的能力。抗?jié)B等級分為：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的水壓力而不滲水。影響混凝土抗?jié)B性的因素有水灰比、骨料最大粒徑、養(yǎng)護方法、水泥品種、外加劑、摻合料和齡期。

(2)抗凍性是指混凝土在飽和狀態(tài)下，經(jīng)多次凍融循環(huán)作用而不嚴重降低強度(抗壓強度下降不超過25%，質(zhì)量損失不超過5%)的性能?？箖龅燃壏譃椋篎50、F100、F150、F200、F250及F300等。決定混凝土抗凍性的重要因素有混凝土的密實度、孔隙構造和數(shù)量、孔隙的充水程度。

5.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間的比例關系。常采用的方法有：

(1)單位用量表示法：以每立方米混凝土中各項材料的重量來表示;

(2)相對用量表示法：以各項材料間的重量比來表示。

混凝土配合比的設計，實質(zhì)上就是確定四種材料用量之間的三個對比關系：水灰比、砂率、漿骨比。水灰比表示水泥與水用量之間的對比關系;砂率表示砂與石子用量之間的對比關系;漿骨比是用單位體積混凝土用水量表示，是表示水泥漿與骨料用量之間的對比關系。

6.骨料

骨料必須堅硬、致密、耐久、無裂隙。

(1)混凝土的細骨料：粒徑在0.16～5mm之間的骨料。按形成條件分為天然砂、人工砂;按細度模數(shù)F·M分為粗砂(F·M=3.7～3.1)、中砂(F·M=3.0～2.3)、細砂(F·M=2.2～1.6)、特細砂(F·M=1.5～0.7)。

(2)混凝土的粗骨料：粒徑大于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為特大石(150～80mm或120～80mm)、大石(80～40mm)、中石(40～20mm)、小石(20～5mm)四級。

粗骨料的最大粒徑：不應超過鋼筋凈間距的2/3、構件斷面最小邊長的1/4、素混凝土板厚的1/2。對少筋或無筋混凝土結構，應選用較大的粗骨料粒徑。

施工中，宜將粗骨料按粒徑分成下列幾種粒徑組合：① 當最大粒徑為40mm時，分成D20、D40兩級。

②當最大粒徑為80mm時，分成D20、D40、 D80三級。

③當最大粒徑為150(120)mm時，分成D20、D40、D80、D150(D120)四級。

7.混凝土的外加劑

外加劑按其主要功能可分為四類：

(1)改善混凝土和易性的外加劑，包括減水劑、引氣劑、泵送劑等。

(2)調(diào)節(jié)混凝土凝結時間、硬化性能的外加劑，包括速凝劑、早強劑、緩凝劑。

(3)改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑、阻銹劑、養(yǎng)護劑等。

(4)改善混凝土其他性能的外加劑，包括膨脹劑、防凍劑、防水劑和泵送劑等。

8.粉煤灰

【2014年真題】反映水泥混凝土質(zhì)量的主要技術指標有(　)。

A.安定性

B.和易性

C.壓縮性

D.耐久性

E.強度

『正確答案』BDE

【2016年真題】下列材料用量對比關系中，不屬于混凝土配合比的是(　)。

A.砂率

B.水膠比

C.漿骨比

D.水砂比

『正確答案』D

(七)建筑鋼材

工程所用的鋼筋有熱扎鋼筋、冷軋帶肋鋼筋、冷拉熱軋鋼筋及預應力混凝土用熱處理鋼筋四種。

2.反映鋼筋塑性性能的基本指標是伸長率和冷彎性能。

屈服強度、極限強度、伸長率和冷彎性能是有物理屈服點鋼筋進行質(zhì)量檢查的四項主要指標，而對無物理屈服點的鋼筋則只測定后三項。

鋼材的力學性能主要有抗拉性能(抗拉屈服強度、抗拉極限強度、伸長率)、硬度和沖擊韌性等;工藝性能有焊接性能及冷彎性能。

(1)抗拉屈服強度：指鋼材在外力作用下開始產(chǎn)生塑性變形時的應力。

(2)抗拉極限強度：指試件破壞前，應力—應變圖上的最大應力值。

(3)伸長率：指鋼材拉斷后，標距長度的伸長量與原標距長的比值。

3.鋼筋檢驗

進入施工現(xiàn)場的鋼筋，應具有出廠質(zhì)量證明書或試驗報告單，每捆(盤)鋼筋均應掛上標牌，標牌上應注有廠標、鋼號、產(chǎn)品批號、規(guī)格、尺寸等項目，在運輸和儲存時不得損壞和遺失這些標牌。

到貨鋼筋應分批進行檢驗，檢驗時以60t同一爐(批)號、同一規(guī)格尺寸的鋼筋為一批。隨機選取2根經(jīng)外部質(zhì)量檢查和直徑測量合格的鋼筋，各截取一個抗拉試件和一個冷彎試件進行檢驗，不得在同一根鋼筋上取兩個或兩個以上同用途的試件。鋼筋取樣時，鋼筋端部要先截去500mm再取試樣。在拉力檢驗項目中，包括屈服點、抗拉強度和伸長率三個指標。

對鋼號不明的鋼筋，需經(jīng)檢驗合格后方可使用。檢驗時抽取的試件不得少于6組。