全国一级注册建筑师资格考试建筑材料部分知识要点Word文档下载推荐.docx
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5.常见材料的耐热性能;
6.常用材料的耐燃性。
四、力学性质
1.强度的定义,结构材料强度等级的划分依据;
2.常用材料的强度大小排序;
3.脆性与韧性的定义、脆性材料的特点,常见的脆性材料与韧性材料。
五、耐久性
1.耐久性的定义与内容;
2.常用材料的耐酸、碱腐蚀的能力及评定方法;
3.材料耐磨性的评定方法;
4.材料耐燃性的检验及评定方法。
第二章无机气硬性胶凝材料
无机胶凝材料的分类
1.气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的定义及区别
2.常见的气硬性胶凝材料(建筑石膏、石灰、水玻璃、菱苦土、黏土)与水硬性胶凝材料(各种水泥)
一、建筑石膏(β-CaSO4·
0.5H2O)
(一)生产原料:
天然二水石膏(CaSO4·
2H2O)、含硫酸钙的化工副产品常称为化工石膏(磷石膏、氟石膏、硼石膏等)
(二)生产:
1.在1.3大气压、124℃条件下,得到α-CaSO4·
0.5H2O称高强度石膏;
2.在107℃—170℃条件下,得到β-CaSO4·
0.5H2O称建筑石膏。
实际上在65℃时二水石膏就将发生缓慢分解。
(三)水化与硬化:
水化产物为二水石膏(CaSO4·
2H2O),水化过程中放出一定热量。
硬化速度快,硬化过程中有微小膨胀(约1%),硬化体多孔
(四)特性
1.多孔质轻、保温隔热性能好、吸声性能好
2.有良好的调湿作用
3.不燃;
防火性好;
不耐火。
(五)建筑石膏的应用
1.石膏砂浆
2.石膏装饰制品
3.各种石膏板材(装饰板、纸面石膏板、石膏纤维板、石膏空心板、穿孔吸声板等)的规格、用途等。
二、石灰
(一)生产原料:
石灰石(CaCO3)、白云石(CaCO3·
MgCO3)
1.在900—1100℃条件下煅烧,得到生石灰,主要成分为氧化钙(CaO);
2.生石灰中常有欠火石灰和过火石灰,其中过火石灰结构紧密,不易熟化;
(三)熟化(消解)
1.特点:
放热量较其他胶凝材料大;
同时产生明显的体积膨胀;
2.过火石灰熟化极慢,使用前应进行充分熟化(陈伏),以免造成质量事故。
3.生石灰熟化后,得到熟石灰亦称消石灰Ca(OH)2,消石灰使用前也须进行陈伏处理。
(四)硬化及其特性
1.有干燥硬化和碳化硬化两种方式,碳化硬化只是干燥硬化短暂的前期阶段。
2.硬化速度慢,硬化后强度低、不耐水,且产生明显的体积收缩,故不可单独使用。
(五)应用
1.石灰乳、石灰砂浆(不能用于基础及潮湿环境)i
2.石灰土与三合土:
三合土由黏土、消石灰粉及碎砖石等组成,经碾压或夯实后具有较好的强度和耐水性。
3.硅酸盐混凝土及制品:
由石灰与硅质材料(石英砂、粉煤灰、矿渣等)组成,经蒸养或压蒸而成。
常有灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖、加气混凝土及其砌块。
三、水玻璃(泡花碱)
硅酸钠水玻璃Na2O·
nSiO2,硅酸钾水玻璃K2O·
nSiO2
(二)水玻璃的模数:
n表示SiO2与Na2O的摩尔数之比,其值大小决定了水玻璃的性能,n值越大,说明水玻璃密度与黏度越大,但越难溶于水。
(三)水玻璃硬化、特性及应用
1.水玻璃硬化极慢,故采用促硬剂Na2SiF6(12%-15%)加速二氧化硅凝胶体的析出。
硬化后产物是二氧化硅凝胶体(硅胶)。
2.硬化后耐酸性好,常作为耐酸混凝土及砂浆的胶结料;
耐热性好可作为耐热混凝土及砂浆的胶结料。
3.水玻璃硬化后,不耐碱,不耐水;
4.常用作材料表面涂刷,提高其抗风化能力(但不可用于石膏制品表面);
也可用于地基加固,用来配制快速堵漏剂。
四、菱苦土(MgO)
菱镁矿(MgCO3)
(二)水化:
菱苦土用水拌合硬化极慢,常采用盐类(MgCI2、MgSO4、FeSO4等)水溶液;
硬化快(7d可达到最高强度)、强度高(可达40-70MPa)故称氯氧镁水泥。
(三)应用:
硬化后对有机纤维物腐蚀作用,常用来制作菱苦土木屑混凝土地面;
竹筋混凝土,不得用来配制钢筋混凝土。
五、以上各种气硬性胶凝材料的储运条件及有效储存期。
第三章 水泥
水泥属于水硬性胶凝材料,有硅酸盐、铝酸盐和硫铝酸盐三大系列,工程中硅酸盐水泥用途最广、用量最大。
一、硅酸盐类水泥
(一)分类:
1.通用硅酸盐水泥:
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、粉煤灰硅酸盐水泥等五大品种水泥及复合硅酸盐水泥;
2.专用水泥:
例如道路硅酸盐水泥、砌筑水泥等
3.特性水泥:
例如白色硅酸盐水泥、硅酸盐膨胀水泥、快硬硅酸盐水泥等。
(二)生产原料:
1.石灰质原料:
石灰石等
2.粘土质原料:
黏土、黄土、粘土质页岩等
3.混合材料:
分为活性混合材料(粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等)和非活性混合材料两类。
活性混合材料常有粒化高炉矿渣、;
4.石膏调凝材料:
二水石膏、化工石膏等。
(三)生产过程:
原料配合、磨细成为生料,经1450℃煅烧成熟料,熟料加适量石膏(或再加入混合材料)成为硅酸盐水泥,即称“两磨一烧”。
(四)熟料的组成及特性:
见教材42页中表3-2应熟记;
采用不同的组成矿物的比例,会制得具有不同性能的水泥。
(五)凝结与硬化及其影响因素
1.凝结与硬化:
水泥熟料首先水化,而后混合材料再水化,活性混合材料含有活性氧化硅与氧化铝,在激发剂(氢氧化钙、硫酸钙)的激发下能生成水硬性胶凝物质,充实了水泥石结构,使其强度不断提高。
2.影响因素:
⑴内因:
矿物组成、细度、石膏掺量;
⑵条件:
水胶比、养护温度、湿度、龄期等。
(六)技术要求
1.细度:
越细,水化速度越快;
硅酸盐水泥与普通水泥采用比表面积法(透气法);
其余通用水泥采用筛分法检测;
2.凝结时间:
以标准稠度水泥浆采用凝结时间测定仪测定初凝:
适于施工,不得早于45min
终凝:
为了尽早拆模,硅酸盐水泥不得迟于390min, 其余通用水泥不得迟于600min。
3.安定性
引起水泥安定性不良的原因可能有三:
过烧的游离氧化钙、游离氧化镁、硫酸钙;
但多数原因是由于过烧的游离氧化钙含量较高所引起。
水泥的安定性以标准稠度水泥浆采用沸煮法测定,沸煮法又有饼法和雷氏法两种,当有争议时以雷氏法为准。
4.强度
标准试件尺寸:
40mm×
160mm;
标准养护条件:
20℃±
1℃的水中;
测定3d、28d的抗折强度与抗压强度,并划分强度等级。
硅酸盐水泥分为42.5、52.5、62.5三个等级6个品种;
普通水泥分为42.5、52.5、两个等级
4个品种;
其余通用水泥分为32.5、42.5、52.5、三个等级6个品种。
5.合格性判定
国标规定,凡化学指标(不溶物、烧失量、SO3、MgO、Cl-1)、凝结时间、安定性、和强度中任何一项不符合标准规定时,均判为不合格品。
(七)水泥石的腐蚀与防止
1.腐蚀的原因
内因:
水泥石中含氢氧化钙、水化铝酸钙以及水泥石的多孔性;
外因:
河水、湖水;
地下水、沼泽水、海水;
工业废水等。
2.防止措施:
根据环境条件,合理选择水泥品种;
设法提高水泥石密实度;
加做保护层。
(八)其他品种通用水泥
1.技术要求及特性,见教材46页表3-4应熟记。
2.通用水泥的选用见教材47页表3-5应熟记。
(九)专用水泥
1.砌筑水泥:
特点是强度等级低只有12.5、22.5两级;
保水性要好,保水率不低于80%;
除用于砌筑砂浆外,还可用于内墙抹面。
2.道路水泥:
要求组成中铝酸三钙含量不得大于5.0%,铁铝酸四钙含量不得小于16.0%;
初凝时间不得早于1.5h;
28d的耐磨性要求磨损量不得大于3.00kg/m2。
(十)特性水泥
1.快硬硅酸盐水泥:
与硅酸盐水泥相比,硅酸三钙和铝酸三钙含量高,达
60%-65%;
提高了石膏的掺入量,可达8%;
提高了磨细程度,比表面积达450m2/kg。
适用于早强、高强混凝土,紧急抢修及低温施工工程。
2.白色及彩色硅酸盐水泥:
白色硅酸盐水泥即白色的硅酸盐水泥,其差别在于白色硅酸盐水泥
熟料中氧化铁含量少。
白水泥采用纯净的石灰石、高岭土作为生产原料,采用无灰尘的可燃气体作燃料,以硬质陶瓷或铸石作为磨机的衬板的研磨体,以确保水泥颜色洁白。
故其生产成本高。
彩色硅酸盐水泥可以直接生产(但成本高);
亦可采用碱性矿物颜料配制。
上述两种水泥主要用于装饰工程或制作水磨石及人造大理石等。
二、铝酸盐水泥
铝矾土、石灰石
(二)技术要求:
1.细度
2.凝结时间
初凝CA-50、CA-70、CA-80不得早于30min;
CA-60不得早于60min。
终凝CA-50、CA-70、CA-80不得迟于6h;
CA-60不得迟于18h。
3.强度 按规定龄期的抗折强度、抗压强度值分为CA-50、CA-60、CA-
70、CA-80四个等级。
(三)特性与应用
1.特性:
硬化快早期强度高;
在湿热条件下强度将下降,不可在高温条件下施工;
水化放热量大(可在冬期施工);
耐酸(耐硫酸盐腐蚀)、耐水、结构致密抗渗好;
耐热,但不耐碱。
2.应用:
用于紧急抢修工程;
急于使用的军事工程;
配制耐热混凝土(使用温度可达1300-1400℃);
不可用于接触碱性溶液的工程;
也不能与硅酸盐水泥或石灰相混或接触;
不能用于长期承载的工程。
三、快硬硫铝酸盐水泥
快硬硫铝酸盐水泥凝结硬化快、早期强度高,以3d的抗折、抗压强度划分强度等级,有425、525、625、725等四个等级;
初凝不得早于25min,终凝不得迟于3h;
水化放热量大,适于冬期施工,不适于大体积混凝土工程;
水泥石致密适用于抗渗、抗裂混凝土工程;
快硬硫铝酸盐水泥耐水、耐酸、耐腐蚀适用于有耐腐蚀要求的混凝土工程;
碱度低,不适于重要的钢筋混凝土工程;
但特别适用于玻纤增强的混凝土(GRC)制品;
耐热性差,不适于有耐热要求的混凝土工程。
四、水泥的运输与贮存
(一)注意事项:
防水防潮;
防止混杂;
防止长期存放。
(方法见教材50页)
(二)有效储存期:
通用硅酸盐水泥3个月;
高铝水泥2个月;
硫铝酸盐水泥50d;
快硬水泥1个月;
(三)过期水泥强度会降低(通用水泥可达10%-20%)必须重新检验,并按复验结果谨慎使用。
第四章 混凝土
混凝土的分类方法有:
按所有胶凝材料分类;
按用途分类;
按特性分类;
按施工方法分类等;
工程上使用量最大是以水泥为胶凝材料的混凝土;
水泥混凝土按其体积密度分为:
重混凝土 体积密度大于2800kg/m3,采用特别密实、质重的骨料(重晶石、铁矿石等)制得;
具有防放射性的能力。
普通混凝土 体积密度为2000kg/m3~2800kg/m3,以天然砂石为骨料制得;
用于建筑结构、道路、水工等工程。
轻混凝土 体积密度不大于1950kg/m3,包括轻骨料混凝土、多孔混凝土(加气混凝土、泡沫混凝土等)、大孔混凝土;
常用作保温隔热或者结构兼保温材料。
一、普通混凝土
(一)普通混凝土的特点
1.优点:
原料丰富,价格低廉(砂石占80%以上,水泥只占10%~15%);
使用灵活、施工方便;
性能可调;
强度高,因与钢筋有相近的膨胀系数故两者耐很好的结合,混凝土抗压,根据抗拉,使得混凝土的强度更好的发挥;
耐久性好。
2.缺点:
自重大,一般为2400kg/m3;
脆性大,抗拉强度小(约为抗压强度的1/20~1/10)受拉力作用易于出现裂缝;
质量波动大,影响质量因素多;
呈碱性,不耐酸,但对钢筋的防锈蚀有利;
3.工程上对混凝土的性能要求:
和易性、强度、耐久性,在满足前三个要求的前提下,要尽量降低成本。
(二)对组成材料的要求
1.水泥
水泥品种应根据环境条件、工程特点、施工方法等进行选择,见教材47页表
3-5;
水泥强度等级的选择应与混凝土的强度等级相适应,一般可以水泥的实际强
度应为混凝土配制强度的0.9~2.0倍均可。
2.骨料
⑴分类 按粒径分为粗骨料(5.0mm~40mm)、细骨料(0.16mm~5.0mm);
按产源有天然砂(有河砂、湖砂、海砂、山砂)和人工砂;
石
分为卵石亦称砾石(有河卵石、山卵石、海卵石)和碎石;
目前,工程
中多采用河卵石、碎石和河砂。
⑵技术要求
有杂质含量(云母、硫化物与硫酸盐、氯盐及有机物);
泥及黏土块;
无定形氧化硅;
坚固性等要求,其中以泥及黏土块的含量最受关注。
⑶骨料的粗细程度与颗粒级配
粗细程度反映了骨料的总表面积,骨料越粗,其总表面积越小;
拌制混凝土时,越省水泥。
砂的粗细程度用细度模数表示;
石子的粗细程度用最大粒径表示。
在工程中粗骨料的粒径选定还要考虑到构件的截面、钢筋的净距、是否采用泵送等情况。
颗粒级配反映了骨料中粗细颗粒的搭配关系,搭配的好,则骨料堆积的约密实,即空隙率越小。
因此采用级配良好的骨料拌制混凝土时,可节省水泥。
骨料的粗细程度与颗粒级配采用筛分析法测定
⑷关于粗骨料
粗骨料的颗粒形状与表面状态粗骨料的颗粒形状与表面状态会影响混凝土的流动性和强度,表面光滑接近球状的卵石对混凝土的流动性最好;
表面粗糙接近正方体的碎石对混凝土的强度最为有利。
粗骨料的强度碎石的强度用岩石的抗压强度或压碎指标表示,卵石的强度用压碎指标表示。
3.拌合及养护用水
拌合及养护用水应符合国家标准要求,一般说,凡是人们的饮用水均可采用,海水不能用来拌制钢筋混凝土。
4.外加剂与掺和料
⑴混凝土外加剂 混凝土常用的外加剂有
①减水剂:
主要作用是提高拌合物的流动性;
如采用一定措施也可以用来提高强度或节约水泥;
常在泵送混凝土中以及冬期施工时使用。
②早强剂:
可加快混凝土早期强度的发展,常用于要求早拆模工程、抢修工程及冬期施工。
属强电解质无机盐类的常有氯化物系(NaCl、CaCl2
)因其对钢筋有腐蚀作用,故不能单独使用,应配以阻锈剂NaNO2;
硫酸盐系(Na2SO4、CaSO4等);
属水溶性有机化合物类常有三乙醇胺等。
③引气剂 能在混凝土中进入大量的微小气泡,从而提高混凝土和易性、抗渗性、抗冻性及耐腐蚀性等耐久性能。
常有松香热聚物、松香皂等。
此外还有速凝剂、缓凝剂和防止早期受冻的防冻剂等。
⑵矿物掺合料
①粉煤灰 它是一种工业废料,具有化学活性,掺入混凝土中可改善和易性、提高强度和耐久性,常用来配制高强混凝土;
大体积混凝土中采用可降低水化热。
②硅灰 它也是一种工业废料,具有良好的化学活性,掺入混凝土中可有效地提高强度和耐久性,常用于超高强混凝土的配制。
(三)混凝土拌合物的和易性
1.含义与测定
1)含义:
混凝土和易性包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。
2)测定:
按其稠度不同分为塑性混凝土(采用塌落度法测定)和干硬性混凝土(塌落度小于10mm,采用维勃稠度法测定)两类。
2.影响因素
影响因素有若干个,较为有效的方法是改变浆骨比、采用合理砂率和加入外加剂;
当混凝土的原材料确定后,为了达到一定的流动性,所需拌合的用水量基本上是一定的。
这一规律称恒定用水量法则。
但在施工时应保证混凝土的强度和耐久性,应采用改变浆骨比(即改变水泥浆的掺入量)或掺入减水剂方法改变拌合物的流动性;
3.塌落度的选择
为了既保证混凝土的质量又要节约水泥,应在能保证拌合物捣实的情况下采用较小的塌落度,参阅教材71页表4-8。
当采用泵送施工时,应选取流动性(塌落度100mm~150mm)或大流动性
(塌落度>
160mm)混凝土。
为了施工方便,大多选用180mm以上的大流动性混凝土。
(四)混凝土的物理性质
1.密实度
混凝土在结构形成过程中其内部就形成了各种孔隙、裂纹等缺陷,因此混凝土的密实度一般在0.8~0.9之间;
随着水泥水化的不断进行这些缺陷逐渐被修补、填实使其密实度不断增大,强度也不断提高;
然而,混凝土的受力破坏也是由这些裂纹与缺陷处开始。
2.干湿变形
混凝土的干湿变形对混凝土危害较大的是干缩,干干缩是由于水泥石的干缩而造成;
一般说,火山灰水泥拌制的混凝土干缩率最大,矿渣水泥次之,水泥用量较大时期干缩量也较大;
工程设计中,对长度较大的结构应设置后浇带,通常在2个月后混凝土的干缩约达70%方可补浇。
混凝土的干缩率0.15mm~0.20mm/m。
3.温度变形
混凝土的温度变形率(膨胀系数)0.01mm/m·
℃;
混凝土的温度变形对大体积混凝土工程极为不利,为保证工程质量施工时应控制其内外温差不大于25℃,
因此对大体积混凝土的施工应采用低水化热的水泥,控制水泥用量及其他技术措施。
对纵长的混凝土结构应按照规定设置温度伸缩缝。
(五)混凝土的力学性质
1.混凝土立方体抗压强度:
以边长150mm的立方体标准试件,标准条件下养护(温度20℃±
2℃,相对湿度95%以上的标准养护室;
或者在20℃±
2℃的不流动的Ca(OH)2的饱和溶液中)28d,的抗压强度值。
2.立方体抗压强度标准值
是指混凝土立方体抗压强度总体分布中的一个值,强度低于该值的概率应为5%。
就是具有95%以上保证率。
3.混凝土的强度等级
混凝土的强度等级按立方体抗压强度标准值划分。
从C10、C15、…C80共15
个强度等级。
4.混凝土的其他强度
轴心抗压强度(亦称棱柱强度)它是结构设计计算时,采用的混凝土抗压强度值。
混凝土的轴心抗压强度约为立方体抗压强度的0.7~0.8。
其标准试件尺寸为150mm×
150mm×
300mm
抗拉强度混凝土的抗拉强度极低只有抗压强度的1/20~1/10,故混凝土工作时不依靠抗拉强度,但它是确定混凝土抗裂度的重要指标。
混凝土的抗拉强度采用劈裂抗拉试验来测定,其试件与立方体抗压强度试件相同。
5.影响混凝土强度的因素
1)主要影响因素
混凝土强度经验公式(亦称保罗米公式):
ƒcu=αaƒce(C/W-αb)
由上可知,混凝土的强度主要取决于水泥的强度、灰水比、骨料的情况。
可见,当原材料确定后,混凝土的强度主要取决于水灰比,这一规律称为水灰比定则。
2)其他影响因素
为了使混凝土硬化后达到预期的强度,还必须要精心施工;
提高良好的养护;
达到规定的龄期等。
工程中的混凝土均采用自然养护,国标规定,在混凝土浇筑完毕后的12h以内应对混凝土进行覆盖和浇水,其浇水养护时间,对于硅酸盐水泥、普通水泥及矿渣水泥拌制的混凝土不得少于7d;
对于火山灰水泥、粉煤灰水泥或掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土不得少于14d。
高铝水泥混凝土不得少于3d;
道路水泥混凝土宜为14~21d。
6.混凝土的变形性能
1)在荷载作用下的即时变形 混凝土的变形属弹塑性变形,其变形值与骨料含量、水泥用量、水灰比、养护龄期等有关。
2)徐变 混凝土的徐变是由于水泥石中凝胶体在长期荷载作用下的粘性流动所致。
对于大体积混凝土可消除一部分温度应力,是有利的;
对于预应力混凝土结构可使预加应力受到损失,是不利的。
(六)混凝土的耐久性
1.抗冻性 混凝土受冻破坏是由于混凝土体积内水分冻胀造成结构破坏所致。
抗冻等级等于或大于F50的混凝土称抗冻混凝土。
其抗冻试验是以28d龄期的混凝土标准试件,在吸水饱和后进行反复冻融循环(冷冻温度-20℃~15℃,融解水槽温度15℃~20℃);
以同时满足抗压强度损失不超过25%,质量损失不超过5%时的最大循环次数来确定等级。
2.抗渗性混凝土的渗透是由于内部的开口孔隙及各种结构缺陷所致。
抗渗等级等于或大于P6级的混凝土称为抗渗混凝土。
3.抗侵蚀性环境介质对混凝土的侵蚀,主要是对水泥石的侵蚀。
4.碳化混凝土的碳化可使混凝土内碱度降低,从而降低对钢筋的保护作用,因此对钢筋混凝土的耐久性极为不利。
同时碳化会使混凝土抗压强度稍有增长,抗拉、抗折强度降低,可见碳化对混凝土的耐久性是不利的。
5.碱-集料反应 碱-集料反应即拌合物中碱(Na2O、K2O)与活性骨料的反应,生成凝胶体吸水膨胀将导致混凝土开裂而破坏。
为了避免碱-集料反应的发生,除控制活性骨料的使用外,关键是控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3。
6.提高混凝土耐久性的措施
为了提高混凝土耐久性,首先应根据工程所处环境条件合理选择水泥品种;
其次,设法提高混凝土的密实度(如控制混凝土的最大水灰比、最小水泥用量;
骨料有良好的级配、采用合理砂率;
精心施工等);
以及改善混凝土的孔结构(如加入引气剂)还可以加做保护层。
关键是要提高混凝土的密实度。
(七)普通混凝土配合比设计
混凝土配合比设计的目的,是为了寻求能满足工程上对混凝土基本要求的各材料的配合比例。
1.配制强度为了达到要求强度
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