环境土建工程第2章

1、第2章 环境土建工程基础理论知识 环境土建工程：房屋建筑结构、各种水池、水塔构筑物，以及沟、渠、坝、挡土结构物等土工构筑物工程。2.1 建筑力学基础知识2.1.1 结构与构件结构：建筑物中承受荷载而起骨架作用的部分。构件：组成结构的各单独部分。精选ppt精选ppt（1）杆系结构（2）薄壁结构（3）实体结构构件是杆件，特征：长度远远大于横截面的宽度和高度，结构按几何特征分为三种类型：构件是薄板或薄壳，特征：厚度远远小于它的另外两个方向的尺寸。三个方向的尺寸基本为同量级的结构。精选ppt2.1.2 刚体、变形固体及其基本假设刚体：受力作用而不变形的物体理想变形固体：按照连续性、均匀、各向同性假设而

2、理想化了的一般变形固体理想假设：连续性假设均匀性假设各向同性假设弹性变形、塑性变形精选ppt2.1.3 杆件变形的基本形式杆件轴线直线直杆曲线曲杆折线折杆横截面相同等截面杆横截面不同变截面杆精选ppt杆件基本变形形式轴向拉伸或压缩 剪切 扭转 弯曲组合变形精选ppt2.1.4 结构计算简图自由度、约束及约束反力自由体和非自由体（1）光滑面约束精选ppt（2）光滑圆柱铰链约束精选ppt（3）铰支座固定铰支座和滚动铰支座精选ppt（4）链杆约束 两端用铰链与其他物体相连，不计重力且中间不受重力的杆件。只在两铰链处受力作用，又称二力杆。精选ppt（5）固定端约束（固定支座）（6）定向支座精选ppt结

3、构计算简图结构计算简图： 能够反映结构主要工作特性的简化模型，忽略真实结构的次要因素，简化真实结构，便于计算。保留了真实结构的主要特点，是真实结构的代表，能够给出满足精度要求的分析结果。 选择正确的结构简图重要而困难，经过大量实践，已有了成熟的计算简图精选ppt（1）支座简化示例精选ppt（2）结点简化示例结点：结构中构件的交点铰结点、刚结点、组合结点精选ppt精选ppt（3）计算简图示例精选ppt（4）平面杆系结构分类梁 由受弯杆件构成，杆件轴线一般为直线。精选ppt拱 一般由曲杆构成，在竖向荷载作用下，支座产生水平反力。钢架 由梁和柱组成的结构。精选ppt 桁架 由若干直杆用铰链连接组成的

4、结构。静定结构超静定结构精选ppt2.1.5 荷载的分类（1）按荷载作用的范围分为分布荷载和集中荷载分布荷载：分布作用在体积、面积和线段上的荷载（体荷载、面荷载、线荷载）集中荷载：荷载作用的范围与构建的尺寸相比十分微小，可认为荷载集中作用于一点。（2）按荷载作用时间的久暂分为恒荷载和活荷载恒荷载：永久作用在结构上的荷载。（自重、永久设备）活荷载：暂时作用在结构上的荷载。（风、雪）精选ppt（3）按荷载作用的性质可分为静荷载和动荷载静荷载：由零逐渐增加到最后值的荷载。特点：荷载施加过程中，结构上各点产生的加速度不明显，荷载达到最后值后，结构处于静止平衡状态。动荷载：大小、方向随时间而改变的荷载。

5、特点：由于荷载的作用，结构上各点产生明显的加速度，结构的内力和变形都随时间而发生变化。精选ppt2.1.6 建筑力学的任务和内容建筑力学的任务：研究结构的几何组成规律，以及在荷载作用下结构和构件的强度、刚度和稳定性问题。建筑力学的目的：保证结构按设计要求正常工作，并充分发挥材料的性能，使设计的结构既安全可靠又经济合理。建筑力学的内容：（1）静力学基础及静定结构的内力计算（2）强度问题 （3）刚度问题（4）超静定结构的内力计算（5）稳定性问题精选ppt 混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。土木建筑工程对混凝土质量的基本要求是：具有符合设计

6、要求的强度；具有与施工条件相适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性。材料组成经济合理、生产制作节约能源。2.2.1 混凝土 2.2 物理化学知识精选ppt 加水拌和成塑性浆后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。 土木建筑工程通常采用的水泥主要有：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品种。1、水泥精选ppt硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁

7、铝酸四钙； （1）硅酸三钙 硅酸三钙的化学成分为ai2，其简写为3S。它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。精选ppt生产过程精选ppt精选ppt精选ppt精选ppt（）硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为2ai2，其简写为C2S，约占水泥熟料总量的1537。硅酸二钙遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。（）铝酸三钙 铝酸三钙的化学成分是CaOAl2O3，其简写为C3，约占水泥熟料总量的715。铝酸三钙遇水

8、后反应极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。精选ppt（4）铁铝酸四钙铁铝酸四钙的化学成分为:CaOAl2O3Fe2O3，其简写为4AF，约占水泥熟料总量的1018。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。精选ppt硅酸盐水泥的水化反应 硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。 硅酸三钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙 硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙 铝酸三钙 水水化铝酸三钙 铁铝酸四钙 水 水化铝酸三钙 水化铁

9、酸钙精选ppt2、骨料 骨料构成混凝土的骨架，占全部混凝土的80%85%。骨料按其粒径大小分为粗骨料5mm60mm）和细骨料（粒径0.165mm）。卵石和天然砂是常用的粗、细骨料，骨料的强度直接影响混凝土的强度。特别是粗骨料。精选ppt 混凝土混合料在拌和时要加入一定量的水，一是要保证水泥水化过程的进行，这样才能保证水泥在混凝土中发挥胶凝作用，二是使混合料具有足够的流动性 水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互

10、连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。3、水精选ppt 由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。精选ppt当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，

11、直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。精选ppt 随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。 实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离

12、水及气孔等组成的不均质体。精选ppt4、孔隙 混凝土是一个多相多孔的体系，所以在混凝土中除了上述组此外，还存在大小不同的孔隙，按孔径的大小可风味凝胶孔、过渡孔、毛细孔等。侵蚀性介质只有通过孔隙才能进入混凝土内部对其产生侵蚀，此外，混凝土构筑物的许多物理性能如渗透性、抗冻性和力学性能都与混凝土孔隙的数量、孔径、孔隙的分布状态等密切相关。精选ppt混凝土外加剂是指在拌制混凝土过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质。一般情况掺量不超过水泥质量的5%。 混凝土中掺入外加剂，是行之有效的改善混凝土性能的措施。随着科学技术的不断进步，外加剂已越来越多地得到发展和使用。因此，外加剂已成为混凝土中除由四种基本

13、材料以外的第五种组分。 5、混凝土外加剂精选ppt混凝土外加剂的分类 按化学成分可分成三类： （）无机化合物，多为电解质盐类。 （）有机化合物，多为表面活性剂。 （）有机无机复合物。 按功能分为四类： （）改善混凝土拌合物流变性能的外加剂。如各种减水剂、泵送剂、保水剂等。 （）调节混凝土凝结时间，硬化性能的外加剂。如缓凝剂、早强剂、速凝剂等。 （）改善混凝土耐久性能的外加剂。如引气剂、防水剂和阻锈剂等。 （）改善混凝土其他性能的外加剂。如引气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂、碱骨料反应抑制剂、隔离剂、养护剂等。精选ppt 6、混凝土和易性 混凝土混合料的诸多性质，如搅拌是否均匀，运输过程是否

14、是否产生分层析水，浇筑时是否易于填满模型等，都以和易性表示。精选ppt 混凝土受冻融作用破坏的原因，是混凝土内部的孔隙水在负温下结冰后体积膨胀造成的静水压力，因冷冻水蒸汽压的差别推动未冻水向冻结区的迁移造成的渗透压力，当这两种压力所产生的内应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展直至破坏。 冻融破坏机理有很多，但迄今为止尚无统一的结论。典型的有冰膨胀压和渗透压理论 是指混凝土在冻融交替作用下，其内部结构产生裂缝和损伤，经过多次反复作用后，损伤积累到一定程度所引起的一种结构破坏.冻融破坏过程中，水化产物的成分基本保持不变，可任务混凝土的冻融破坏过程是一个物理变化过程。

15、1、混凝土的冻融破坏2.2.2 混凝土在环境中的物理化学变化精选ppt（）内部构造、（）混凝空隙率，既混凝土密实度、混凝土孔隙构造及数量。密实度越小，开口孔隙愈多，水分愈易渗入，静水压力越大，抗冻性越差。（）混凝土孔隙充水程度。饱水程度愈高，冻结后产生的冻胀作用就大，抗冻性越差。影响混凝土抗冻性的因素有：精选ppt 混凝土的中性化作用是指空气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氯化氢等酸性物质，与水泥石中的氢氧化钙等碱性物质发生化学作用，生成碳酸钙和水。其中二氧化碳引起的中性化称为碳化。 碳化对混凝土性能有明显的影响，首先是减弱对钢筋的保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧化钙，使混凝土孔隙中充

16、满饱和的氢氧化钙溶液，其 值可达到12.613。这种强碱性环境能使混凝土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度，当值低于10时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。同时碳化伴随着混凝土的收缩，引起表面开裂和粉化2、混凝土的碳化精选ppt 其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使混凝土保护层开裂或剥落，进而又加速混凝土进一步碳化。碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了混凝土的抗折强度。精选ppt碳化对混凝土既有有利影响，也有不利影响。不利方面：1、混凝土碱度降低，减弱了

17、对钢筋的保护作用。2、碳化作用会增加混凝土的收缩，引起混凝土表面产生拉应力出现细微裂缝，从而降低混凝土的抗拉强度、抗折强度及抗渗能力。有利方面：碳化作用产生的碳酸钙填充了水泥石的孔隙，提高了水泥石的密实度，提高了抗压强度。如混凝土预制桩往往利用碳化作用来提高桩的表面硬度。精选ppt 3、混凝土的腐蚀 混凝土腐蚀的方式：（）溶出性侵蚀 水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。精选p

18、pt （）一般酸的腐蚀 工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为精选ppt （）碳酸的腐蚀 雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为精选ppt 当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。（）硫酸盐的腐蚀精选ppt（5）碱骨料反应 是指水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅反应，生成碱-硅酸盐凝胶，并吸水膨胀，使体积增大约34倍，产生的膨胀压力可引起混凝土剥落、开裂、强度下降甚至破坏。 发生碱骨料反应时，一般不到两年就会使其结构出现明显开裂，一旦发生，比较难控制，会加速其他侵蚀破坏。精选pp