第二章 基本建筑材料

1、第二章 基本建筑材料第一节 混 凝 土一、混凝土的分类 按表观密度分类:重混凝土、 普通混凝土、 轻混凝土。 按胶凝材料分类:水混凝土、 石膏混凝土、 沥青混凝土、 聚合物混凝土、 水玻璃混凝土等。二、 混凝土的特点混凝土性能多样、 用途广泛,通过调整组成材料的品种及配比,可 以制成具有不同物理力学性能的混凝土以满足不同工程的要求。混凝土在凝结前,有 良好的塑性,可以浇铸成任意形状、 规格的整体结构或构件。混凝土组成材料中约占%以上的集料,来源十分丰富,符合就地取材和经济的原则。与钢筋有良好的黏结性,且二者的线膨胀系数基本相同,复合成的刚劲混凝土,能互补优劣,大大拓展了混凝土的应用范围。按合理

2、方法配置的混凝土,具有良好“耐久性,同钢材、 木材相比更耐久,维护费用低。可充分利用工业废料做集料或掺和料,如粉煤灰、 矿渣等,有利于环境保护。三、 普通混凝土的材料组成普通混凝土(以下简称混凝土)是由水泥、 水、 砾石等几种基本组分(有时为了改善混凝土的某些性能加入适量的外加剂和外掺剂)按适当比例配制,经搅拌均匀而成的浆体,称为混凝土拌和物,再经凝结硬化成为坚硬的人造石材称为硬化混凝土。普通混凝的材料组成主要包括:水泥、 细集料和粗集料。四、 混凝土用水混凝土用水按水源分为饮用水、 地表水、 地下水、 海水及经适当处理过的工业废水。拌和用水所含物质对混凝土、 钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土不应

3、产生如下有害作用: (1)影响混凝土的和易性及凝结;(2)损害混凝土强度的发展;(3)降低混凝土的耐久性,加快钢筋腐蚀及导致应力钢筋脆断()污染混凝土表面。五、 混凝土的性质混凝土拌和物主要性质为和易性,硬化混凝土的性质为强度、 耐久性和变形性能。(1)和易性的概念和易性是指混凝土拌和物易于施工操作(包括搅拌、 运输、 振捣和养护等),并能获得质量均匀、 成型密实的性能。 和易性是一项综合性能,包括流动性、 黏聚性、 保水性三方面涵义。(2)和易性的评定和易性的内涵比较复杂,到 目前为止,还没有找到一个全面、 准确的测试方法和定量指标。通常的方法是用定量方法来测定流动性的大小,再辅以直观经验来

4、评定拌和物的黏聚性和保水性。(3)影晌混凝土和易性的因素水泥浆量水灰比水泥品种及细度集料的性质环境因素、 施工条件、时间外加剂六、 混凝土的变形性能混凝土在硬化和使用过程中,受外界各种因素的影响会产生变形,变形是使混凝土产生裂缝的重要原因之一。混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作非荷载作用下的变形包括混凝土的化学收缩、 干湿变形及温度变形;荷载作用下的变形分为短期荷载作用下的变形、 长期荷载作用下的变形徐变。1.非荷载作用下的变形、化学收缩混凝土在硬化过程中,水泥水化产物的体积小于水化前反应物体积,从而使混凝土产生收缩,即为化学收缩。化学收缩是不可恢复的,其收缩量随混

5、凝土硬化龄期的延长而增加。一般在混凝土成型后 40d内增长较快,以后逐渐趋于稳定。化学收缩值很小,一般对混凝土结构没有破坏作用,但在混凝土内部可能产生细微裂缝。非荷载作用下的变形(2)干缩湿胀混凝土的干缩湿胀是指由于外界湿度变化,致使其中水分变化而引起的体积变化。影响干缩的主要因素水泥用量、 细度品种 水泥用量越多,干燥收缩越大。水泥颗粒越细,需水量越多,则其干燥收缩越大。使用火山灰水泥干缩较大,而使用粉煤灰水泥其干缩较小。水灰比 水灰比愈大,硬化后水泥的孔隙越多,其干缩越大,混凝土单位用水量越大,干缩率大。集料种类 弹性模量大的集料,干缩率小,吸水率大;含泥量大的集料干缩率大。另外集料级配良

6、好,空隙率小,水泥浆量少,贝刂 干缩变形小。养护条件潮湿养护时间长可推迟混凝土干缩的产生与发展,但对混凝土干缩并无影响,采用湿热养护可降低混凝土的干缩率。2.温度变形混凝土与普通的固体材料一样呈现热胀冷缩现象,相应的变形为温度变形,在混凝土硬化初期,水泥水化放热量较高,且混凝土又是热的不良导体,散热很慢,造成混凝土内外温差很大,有时可达 5070C,这将使混凝土产生内胀外缩,在混凝土表面产生拉应力,拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,使混凝土产生微细裂缝。在实际施工中可采取低热水泥,减少水泥用量,采用人工降温和沿纵向较长的钢筋混凝土结构设置温度伸缩缝等措施。3.荷载作用下的变形(1)短期荷载作用

7、下的变形混凝土的弹塑性变形混凝土是种非匀质的复合材料,属于弹塑性体。在静力试验的加荷过程中,若加荷至任一点A,然后将荷载逐渐卸去,则卸荷时的应力一应变曲线如 AC所示。它在受力时，既产生可以恢复的弹性变形又产生不可以恢复的塑性变形,混凝土的应力一应变关系 (图 6)。混凝土的弹性模量(2)长期荷载作用下的变形徐变混凝土在长期不变荷载作用下,随时间 增长的变形称为徐变。 产生徐变的原因,一般认为是由于水泥石中凝胶体在长期荷载作用下的黏性流动,向 毛细孔内迁移的结果。 影响混凝土徐变的因素主要有:水泥用量与水灰比 水泥用量越多,水灰比越大,混凝土徐变越大。集料的弹性模量与集料的规格与质量。集料的弹

8、性模量越大,混凝土的徐变越小;集料级配越好、 杂质含量越少,则混凝土的徐变越小。养护龄期 混凝土加荷作用时间越早,徐变越大。养护湿度 养护湿度越高,混凝土的徐变越小。七、 混凝土配合比设计混凝土配合比是指混凝土中水泥、 粗细集料和水等各项组成材料用量之间的比例关系。1.混凝土配合比设计的表示方法1、以每 1立米混凝土中各项材料的质量表示2.混凝土配合比设计的应满足基本要求(1)混凝土结构设计要求的强度等级;(2)施工方面要求的混凝土拌和物易性;(3)与使用环境相适应的耐久性要求(如抗冻等级、 抗渗等级和抗侵蚀性等);(4)在满足以上三项技术性质的前提下,尽量做到节约水泥和降低混凝土成本,符合经

9、济原则。3.混凝土配合比设计的三个重要参数普通混凝土配合比设计,实质是确定水泥、 水、 砂、 石子用量间的三个比例关系。4.配合比设计的基本资料在进行混凝土配合比设计之前,必须详细掌握下列基本资料。其中工程要求和施工条件必须要了解,并且掌握设计要求的强度等级、 混凝土流动性要求、 混凝土耐久性要求(抗渗,抗冻,抗侵蚀等)、工程特征(工程所处的环境、 结构断面、 钢筋最小净距)、施工采用的搅拌、 振捣方法、 施工质量水平等。5.减少水剂的主要经济技术效果1、减少用水量;(2提高流动性;(3)提高强度;(4)节约用水;(5)改善混凝土的其他性能;(6)减少拌和物的泌水、 离析现象。八、 其他品种混

10、凝土1、轻混凝土:轻集料混凝土、 多孔混凝土、 打孔混凝土;(2)大体积混凝土;(3)商 品混凝土;(4)泵送混凝土;(5)绿色高性能混凝土;(6)高性能混凝土;(7)粉煤灰混凝土;(8)再生混凝土;(9)纤维混凝土。第二节 钢 材建筑钢材是指建筑工程中使用的各种钢材,包括钢结构用的各种型钢、 钢板,以及钢筋混凝土结构用的钢筋、 钢丝、 钢绞线。一、钢材的特点及其在建筑工程中的应用钢材具有以下优点:材质均匀,性能可靠,抗拉、 抗压、 抗弯、 抗剪切强度都很高,具有一定的塑性和韧性,常温下能承受较大的冲击和振动荷载;具有良好的加工性能,可以铸造、 锻压、焊接、 铆接或螺栓连接,便于装配等。其缺点

11、是:易锈蚀,维修费用大,耐火性差。 二、 钢的分类(1)按冶炼方法分:转炉炼钢、 平炉炼钢、 电炉炼钢。(2)按脱氧程度分:沸腾钢、 半镇静钢、 镇静钢。(3)按压力加工方式分 热加工钢材、 冷加工钢材。(4)按化学成分分:碳素钢、 合金钢。(5)按质量分:普通碳素钢、 优质碳素钢、 高级碳素钢。(6)按用途分:结构钢、 工具钢、 特殊钢。三、 主要技术性能1.力学性能钢材的力学性能是指钢材在受力过程中表现出的性能。本书主要讲述拉伸性能、 冲击韧性、 疲劳强度、 硬度等力学性能。2.拉伸性能 拉伸是建筑钢材的主要受力形式,所以拉伸性能是表示钢材性能和选用钢材的重要依据拉伸过程4个阶段。从图中可

12、以看出,低碳钢拉伸过程经历了 4个阶段:弹性阶段,屈服阶段、 强化阶段和颈缩阶段。(1)弹性阶段(O-A)该阶段钢材表现为弹性,在该阶段,若卸去外力,试件能恢复原来的形状。(2)屈服阶段(A-B)在该阶段,钢材在荷载作用下,开始丧失对变形的抵抗能力,并产生明显的塑性变形。(3)强化阶段(BC)(4)颈缩阶段(C一D)试件受力达到最高点 C点后,其抵抗变形的能力明显降低,变形迅速发展,应力逐渐下降,试件被拉长,在有杂质或缺陷处,断面急剧缩小,直至断裂,故 CD段称为颈缩阶段。在低屈服强度屈服强度按下式计算:抗拉强度(也称为强度极限)抗拉强度按下式计算:伸长率伸长率按下式计算:3.冲击韧性冲击韧性

13、是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力4.疲劳强度 钢材在交变应力作用下,应力在远低于抗拉强度的情况下突然破坏,这种破坏称为疲劳破坏。 5.硬度硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力,亦即钢材表面抵抗塑性变形的能力。四、 工艺性能钢材的工艺性能是指钢材在加工过程中表现出的性能,它直接影响钢材的加工质量。1.冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力,用弯曲的角度。2.冷加工强化及时效、冷加工强化钢材在常温下,经过以超过其屈服强度但不超过抗拉强度的应力进行加工,产生一定塑性变形,屈服强度、 硬度提高,而塑性、 韧性及弹性模量降低,这种现象称为冷加工强化。时效钢材经冷加工后时效可迅速发

14、展。时效处理的方式有两种,自然时效和人工时效。 。钢材经冷加工后,在常温下存放 15d,为 自然时效;加热至 1002000 保持2h左右,为人工时效。(3)冷加工在建筑工程中的应用建筑工程中常采用对钢筋进行冷拉和对盘条进行冷拔的方法,以达到节约钢材的目的。钢筋冷拉后屈服强度可提亨 15%,盘条冷拔后屈服强度可提高 钔%60%。 冷拔是将外形为光圆的盘条从硬质合金拔丝模孔中强行拉拔(图17）于模孔直径小于盘条直径:盘条在拔制过程中既受拉力又受挤压力,强度大幅度提高,但塑性显著降低。3.焊接性能钢材的可焊性是指钢材是否适应通常的焊接方法与工艺的性能。可焊性好的钢材易于用一般焊接方法和工艺施焊,在

15、焊缝及附近过热区不产生裂缝,焊接后的力学性能,特别是强度不低于原有钢材,硬脆倾向小。钢材可焊性的好坏,主要取决于化学成分及其含量。碳、 硫“ 合金元素、 杂质等含量的增加 会使可焊性降低。低碳钢具有良好的可焊性。五、 钢的化学成分对钢材性能的影响1.碳(C)碳是决定钢材性能的主要元素。 随着含碳量的增加,钢的强度、 硬度提高,塑性(韧性降低。但当含碳量大于 1.0%时,由于钢材变脆,抗拉强度反而下降。 2.硅(Si)、锰(Mn)硅是钢的主要合金元素,含量常在 1%以内,可提高钢材的强度,对塑性和韧性没有明显影响。锰也是钢的主要合金元素,当含量为0.8%1%时,可显著提高钢的强度和硬度。钢的化学

16、成分对钢材性能的影响3.硫(S)、磷(P)硫和磷是钢材中主要有害元素4.氧(O)、氮(N)氧和氮是钢材中的有害元素5.铝 (Al)、钛()、钒(V)、铌(Nb)铝、 钛、 钒、 铌等元素是钢材的有益元素,它们均是炼钢时的强脱氧剂,也是合金钢常用的合金元素。适量的这些元素加入钢材内,可改善钢材的组织,细化晶粒,显著提高强度和改景韧性。六、 建筑材料的常用钢材建筑工程中需要消耗大量钢才,应用最广泛的品种主要有碳素结构钢和低合金高强度结构钢,另外在钢丝中也部分使用了优质碳素结构钢。七、 钢筋混凝土用钢材钢筋混凝土结构用钢材包括钢筋、 钢丝和钢绞线,主要品种有钢筋混凝土用热轧钢筋冷轧带钢筋、 预应力混

17、凝土用热处理钢筋、 低碳钢热轧圆盘条、 预应力混凝土用钢丝及钢绞线等。八、 钢材的锈蚀钢材的锈蚀是指钢材的表面与周围介质发生化学作用 遭到侵蚀而破坏的过程。1.化学锈蚀化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。2.电化学锈蚀电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液相接触而产生电流,形成原电池作用而发生的锈蚀它是钢材主要的锈蚀形式。3.保护层法4.制成合金钢第三节 其他建筑材料一、建筑砂浆建筑砂浆是由胶凝材料、 细集料和水按一定比例配制而成的建筑材料。它与混凝土的主要区别是组成材料中没有粗集料,因此建筑砂浆也称为细集料混凝土。1.砌筑砂浆将砖、 石、 砌块等黏结成为砌体的砂浆称为砌筑砂浆。砌

18、筑砂浆的作用主要是:把分散的块状材料胶结成坚固的整体,提高砌体的强度、 稳定性;使上层块状材料所受的荷载能够均匀地传递到下层;填充块状材料之间的缝隙,提高建筑物的保温、 隔声、 防潮等性能。砂浆的强度和强度等级砂浆的强度是以 6个 试块,在标准条件下养28d后,用标准试验方法测得的抗压强度(MPa)平 均值来确定的。砂浆的强度等级划分为M20、 M15、 M10、 M7.5、M5、M2.5共 6个等级。(2)砂浆的黏结力砌筑砂浆应有足够的黏结力,以便将块状材料黏结成坚固的整体。一般来说,砂浆的抗压强度越高,其黏结力越强。砌筑前,保持基层材料一定的润湿程度也有利于提高砂浆的黏结力:此外,黏结力大小还与砖石表面状态、 清洁程度及养护条件等因素有关。粗糙的、 洁净的湿润的表面黏结力较好.(3)砂浆的耐久性砂浆的耐久性指砂浆在使用条件下经久耐用的性质,包括抗冻性、 抗渗性等。2.抹面砂浆抹面砂浆也称抹灰砂浆,以薄层涂抹在建筑物内外表面。为了保证抹灰层表面平整,避免开裂脱落,通