1F411024　水利水电工程建筑材料的应用

　　一、建筑材料的类型

　　(一)建筑材料按其物理化学性质分类

　　建筑材料按其物理化学性质可分为无机材料、有机材料、复合材料三大类。

　　1.无机材料

　　1)无机非金属材料

　　(1)无机胶凝材料

　　①气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持或继续提高其强度，属于这类材料的有石灰、石膏与水玻璃等。只能用于地面上干燥环境的建筑物。

　　②水硬性胶凝材料：不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度，属于这类材料的有水泥等。既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。

　　2)金属材料

　　包括黑色金属材料和有色金属材料两类。

　　2.有机材料

　　根据《土工合成材料应用技术规范》GB/T 50290--2014规定，土工合成材料包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特殊材料四大类。

　　(二)建筑材料按材料来源分类

　　建筑材料按材料来源可分为天然建筑材料和人工材料两类。

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

　　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。

　　二、建筑材料的应用条件

　　(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。

　　1.土坝(体)壳用土石料

　　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;黏料含量一般为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。

　　2.防渗体用土石料

　　一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏质土等材料。

　　3.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。

　　(二)土工合成材料

　　防渗工程;反滤、排水工程;防护工程;加筋土工程。

　　用作加筋材的土工合成材料按不同结构需要分为：土工格栅、土工织物、土工带和土工格室等。

　　(三)建筑石材

　　(四)水泥

　　1.水泥的品种及主要性能

　　通用硅酸盐水泥密度一般为3100～3200kg/m3，初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。

　　2.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，并掺用引气剂或塑化剂，以提高混凝土的抗冻性。当环境水兼硫酸盐侵蚀时，应优先选用抗硫酸盐硅酸盐水泥。

　　(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。

　　3.水泥检验的要求

　　水泥应有生产厂家的出厂质量证明书(包括厂名、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)以及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);对水泥的厂名、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。

　　【2017年真题】下列用于水利工程施工的水泥，须按规定经过复试并按复试结果使用的有(　)。

　　A.进口水泥

　　B.存储2个月的普通水泥

　　C.存储2个月的快硬水泥

　　D.对质量有怀疑的水泥

　　E.用于承重结构工程且无出厂证明的水泥

　　『正确答案』ACDE

　　(五)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。具体技术指标包括流动性和保水性两个方面。

　　1.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。

　　2.保水性

　　保水性可用泌水率表示，工程上采用较多的是分层度这一指标。

　　分层度大于2cm的砂浆易泌水，不宜使用，故砂浆的分层度以1～2cm为宜。

　　【2015年真题】反映水泥砂浆保水性的技术指标是(　)。

　　A.沉入度

　　B.泌水度

　　C.分层度

　　D.坍落度

　　『正确答案』C

　　(六)水泥混凝土

　　1.组成成分：水　水泥　 砂　 石

　　W 　 C　　 S　 G

　　2.配合比

　　①比例：W/C;C：S：G

　　②单位各种成份用量(配料单)1m3：W、C、S、G

　　3.初步—基准—实验室—实施

　　反映水泥混凝土质量的主要技术指标有：和易性、强度及耐久性。

　　1.和易性

　　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。影响和易性的因素有水泥浆的用量、水泥浆的稠度、砂率、水泥的品种、水泥细度、外加剂的掺入、时间和温度等。

　　用桶高(300mm)减去坍落后混凝土最高点的高度，其差值称为坍落度，如差值是10mm，则坍落度为10。

　　2.混凝土的强度

　　(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℃±2℃，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)。

　　(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10%左右。

　　3.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、抗碳化性等。

　　(1)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。影响混凝土抗渗性的因素有水灰比、骨料最大粒径、养护方法、水泥品种、外加剂、掺合料和龄期。

　　(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(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及F300等。决定混凝土抗冻性的重要因素有混凝土的密实度、孔隙构造和数量、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间的比例关系。常采用的方法有：

　　(1)单位用量表示法：以每立方米混凝土中各项材料的重量来表示;

　　(2)相对用量表示法：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。

　　6.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)。

　　(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。

　　粗骨料的最大粒径：不应超过钢筋净间距的2/3、构件断面最小边长的1/4、素混凝土板厚的1/2。对少筋或无筋混凝土结构，应选用较大的粗骨料粒径。

　　施工中，宜将粗骨料按粒径分成下列几种粒径组合：① 当最大粒径为40mm时，分成D20、D40两级。

　　②当最大粒径为80mm时，分成D20、D40、 D80三级。

　　③当最大粒径为150(120)mm时，分成D20、D40、D80、D150(D120)四级。

　　7.混凝土的外加剂

　　外加剂按其主要功能可分为四类：

　　(1)改善混凝土和易性的外加剂，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、阻锈剂、养护剂等。

　　(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。

　　8.粉煤灰

　　【2014年真题】反映水泥混凝土质量的主要技术指标有(　)。

　　A.安定性

　　B.和易性

　　C.压缩性

　　D.耐久性

　　E.强度

　　『正确答案』BDE

　　【2016年真题】下列材料用量对比关系中，不属于混凝土配合比的是(　)。

　　A.砂率

　　B.水胶比

　　C.浆骨比

　　D.水砂比

　　『正确答案』D

　　(七)建筑钢材

　　工程所用的钢筋有热扎钢筋、冷轧带肋钢筋、冷拉热轧钢筋及预应力混凝土用热处理钢筋四种。

　　2.反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。

　　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查的四项主要指标，而对无物理屈服点的钢筋则只测定后三项。

　　钢材的力学性能主要有抗拉性能(抗拉屈服强度、抗拉极限强度、伸长率)、硬度和冲击韧性等;工艺性能有焊接性能及冷弯性能。

　　(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值。

　　(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。

　　3.钢筋检验

　　进入施工现场的钢筋，应具有出厂质量证明书或试验报告单，每捆(盘)钢筋均应挂上标牌，标牌上应注有厂标、钢号、产品批号、规格、尺寸等项目，在运输和储存时不得损坏和遗失这些标牌。

　　到货钢筋应分批进行检验，检验时以60t同一炉(批)号、同一规格尺寸的钢筋为一批。随机选取2根经外部质量检查和直径测量合格的钢筋，各截取一个抗拉试件和一个冷弯试件进行检验，不得在同一根钢筋上取两个或两个以上同用途的试件。钢筋取样时，钢筋端部要先截去500mm再取试样。在拉力检验项目中，包括屈服点、抗拉强度和伸长率三个指标。

　　对钢号不明的钢筋，需经检验合格后方可使用。检验时抽取的试件不得少于6组。