常用建筑结构材料的技术性能与应用.docx
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常用建筑结构材料的技术性能与应用
常用建筑结构材料的技术性能与应用
常用的建筑结构材料主要有水泥、建筑钢材、混凝土、石灰和石膏。
（1）水泥为无机水硬性胶凝材料，是主要的建筑结构材料之一：
1、常用水泥的技术要求
1）水泥的凝结时间。
水泥的凝结时间分为初凝和终凝时间，初凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需要的时间；终凝时间是从水泥加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的时间。
6大常规水泥的初凝时间均不低于45分钟，硅酸盐水泥的终凝时间不长于6.5小时，其它5大类常规水泥的终凝时间不长于10小时。
2）水泥的体积安定性。
水泥的体积安定性指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性，如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化即为安定性不良，就会使混凝土构件产生膨胀性裂缝，施工中必须使用安定性合格的水泥。
引起水泥不安定性原因水泥熟料矿物组成中游离氧化钙、氧化镁过多或者石膏参量过多导致的。
3）水泥的强度及强度等级。
水泥的强度是评价和选用水泥的重要技术指标，国家标准规定，采用胶砂法来测定水泥的3天和28天的抗压强度和抗折强度，根据测定结果来判断该水泥的强度等级。
4）其它技术要求。
包括标准稠度用水量、水泥的细度及化学指标。
其中细度属于选择性指标，用细度以比表面积来表示。
2、常用水泥的特性及应用：
1）常用水泥的主要特性，详见下表:
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2）6大常规水泥的选用，普通混凝土在普通级干燥环境下优先选用
普通水泥，在厚大体积砼、高温环境及长期处于水中的砼优
先选用矿渣、火山灰、粉煤灰、复合水泥，要求快硬早强型砼、高
强度（大于C50级）的砼优先选用硅酸盐水泥；严寒地区优先采用
普通水泥；有抗渗要求的优先选用普通水泥和火山灰水泥；有耐磨
要求的砼选用硅酸盐和普通水泥；受侵蚀介质作用的砼选矿渣、火
山灰、粉煤灰、复合水泥，
3、常用水泥的包装及标志：
袋装水泥在包装袋上必须标明：
执行标准、水泥品种、代号、强
度等级、生产者名称、生产许可证标志（QS）及编号、出厂编
号、包装日期、净含量
（二）、建筑钢材
建筑钢材可分为钢结构用钢、钢筋混凝土结构用钢和建筑装饰
用钢材制品
1、建筑钢材的主要钢种：
钢材是以铁为主要元素，含碳量为0.02%-2.06%，并含有其他元素的合金材料。
1）钢材按照化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢分为低碳钢（含碳量小于0.25%）、低碳钢（0.25%-0.6%）、高碳钢（大于0.6%）。
按合金元素的总含量合金钢又可分为低合金钢（总含量小于5%）、中合金钢（5%-10%）、高合金钢（总含量大于10%）
2）建筑钢材的主要钢种有碳素钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢。
碳素结构钢为一般结构和工程用钢，适用于生产各种型钢、钢板、钢筋、钢丝等。
优质碳素结构钢一般用于生产预应力混凝土用钢丝、钢绞线、锚具以及高强螺栓、重要结构钢的铸件等。
低合金高强度结构钢广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、跨度结构和桥梁工程等。
2、常用建筑钢材：
1）、钢筋混凝土结构用钢。
钢筋混凝土结构用钢主要品种有热轧钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。
热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，主要用于钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构中配筋。
我国目前常用的热轧钢筋品种有，HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、
HRBF400、HRB500、HRBF500。
（HPB为热轧光圆钢筋，HRB为热轧带肋钢筋，数字表示屈服强度，HRBF属于细晶粒热轧带肋钢筋）。
HRB400级钢又称为新三级钢，是我国规范提倡使用的钢筋品种。
国家规范规定，有较高要求的抗震结构适用的钢筋牌号是HRBE,该中钢筋除了满足普通钢筋性能要求外还应满足如下：
a钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25；
b、钢筋实测屈服强度规定的屈服强度特征值之比不小于1.30；
c、钢筋的最大拉力伸长率不小于9%。
2）钢结构用钢。
钢结构用钢主要是热轧成型的钢板和型钢，钢材所选用的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢，常用的热轧型钢有：
工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等。
型钢是钢结构中采用的最主要的钢材。
钢板规格表示为“宽度*厚度*长度”（单位为毫米），厚度大于4的为厚板，小于等于4的薄板。
钢板材有钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板和彩色涂层钢板等。
3）建筑装饰用钢材制品。
主要介绍不锈钢，不锈钢是指含金属铬在12%以上的铁基合金钢，铬的含量越高，钢的抗腐蚀性能越高。
3、建筑钢材的力学性能：
钢材的主要力学性能包括拉伸性能、冲击性能、疲劳性能等。
1）拉伸性能。
拉伸性能的指标包括屈服强度、抗拉强度、伸
长率表示。
其中伸长率是钢材发生断裂时所能承受永久变形的能，其与钢材的塑形成正比。
抗拉强度与屈服强度之比是评价钢材使用可靠性的一个参数。
强屈比愈大，钢材手里超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高。
2）冲击性能。
钢的冲击性性能是指钢材抵抗冲击荷载的能力，钢材的冲击性能受温度的影响较大，冲击性能随着温度的降低而减小，当降低到一定范围值时急剧下降，从而使钢材发生脆性断裂，这种刚的性能叫钢的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。
3）疲劳性能。
受交变荷载反复作用时，钢材在远低于屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。
钢材的疲劳极限与抗拉强度有关，一般抗拉强度越高，其疲劳极限也越高。
4、钢材的化学成分及其对钢材性能的影响。
钢材中除了铁之外，还有少量的碳、硅、锰、磷、氧、硫、氮、钛。
1）碳是决定钢材性能的重要元素。
建筑钢材的含碳量不大于0.8%，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。
含碳量超过0.3%时钢材的可焊性显著降低。
含碳量决定了钢材的可焊性，用碳当量来表示。
2）硅，当含量小于1%可提高刚才强度，不影响钢材的塑性和韧性。
硅是我国钢材中主要的添加元素。
3）锰能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性能改善，同时也能提高钢材强度。
4）磷、硫、氧均是钢材中有害物质，使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。
（三）、混凝土的性能和应用
1、混凝土组成材料的技术要求。
1）配置混凝土的水泥可采用6大常规水泥，必要时也可采用快硬硅酸盐水泥或其他品种水泥。
水泥选择根据混凝土工程特点、所处环境条件及设计施工的要求进行。
一般水泥强度等级选择以水泥强度是混凝土强度等级的1.5-2.0倍为宜。
2）细骨料。
粒径在4.75mm以下的骨料称为细骨料，在普通混凝土中指的是砂。
为了节约水泥和提高强度的目的，混凝土中使用中砂或粗砂比较好。
对于泵送混凝土优先选用中砂，且砂中小于0.315mm的颗粒应不少于15%。
砂中的泥块、淤泥、云母、有机物、硫化物、硫酸盐等均是有害物质，选用是要过筛排除。
3）、粗骨料。
a、粒径。
粒径大于5mm的骨料叫粗骨料。
骨料的粒径增大时，混凝土中水泥用量在减少，所以在满足技术性能的条件下，尽量选用粒径大的骨料。
但在钢筋混凝土结构中粗骨料的最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得
大于钢筋最小间距的3/4。
对于采用泵送的砼，碎石的最大粒径不大于输送管径的1/3，卵石的最大粒径应不大于输送管径的
1/2.5。
b、强度和坚固性。
当混凝土强度等级为C60及以上时，应进行岩石抗压强度检验，用于制作粗骨料的岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。
c、有害物质。
粗骨料中严禁混入煅烧过得白云石和石灰石块。
重要工程混凝土所使用的碎石或卵石还应进行碱活性检验，以确定其适用性。
4）水。
混泥土拌合用水的水质检验项目包含PH值、不容物、可溶物、氯离子、硫酸盐、碱含量等。
5）外加剂。
外加剂是在混凝土拌合前或拌合时掺入，掺量一般不大于水泥量的5%。
各类具有室内使用功能的混凝土外加剂中释放的氨量必须不大于0.1%。
外加剂物理性能指标具体包括氯离子含量、总碱量、含固量、含水率、密度、细度、PH值和硫酸钠含量。
2、混凝土的技术性能。
1）混凝土拌合物的和易性。
和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（搅拌、运输、浇筑、振捣），又称为工作性。
和易性是一项综合的技术性能包含了流动性、黏聚性、保水性等三方面含义。
常用坍落度实验来测定混凝土拌合物的坍落度和坍落度扩张度，作为流动性指标，坍落度越大流动性越好。
影响混凝土拌合物和易性的主要因素包括单位体积用水量、砂率、组成材料的性质、时间和温度等。
其中单位体积用水量是决定水泥浆数量和稠度，他是影响混凝土和易性的最主要因素。
砂率是指混凝土中砂的质量占砂石总质量的百分率。
2）混凝土的强度。
a、混凝土立方体抗压强度指制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度20正负2摄氏度，相对湿度95%以上）下，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度。
b、砼立方体抗压标准强度与强度等级，普通混凝土划分为C15-C80共计14个强度等级，C30表示混凝土立方体抗压强度标准值大于等于30MPA并小于35MPA。
c、混凝土的轴心抗压强度。
轴心抗压强度测定采用150*150*300mm棱柱体作为标准试件。
结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度，更加符合工程实际。
d、混凝土抗拉强度。
混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10-1/20，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重要指标。
e、影响混凝土强度的因素。
影响混凝土强度的因素有原材料和
生产工艺方面的因素，原材因素含水泥强度与水灰比、骨料种类、质量和数量、外加剂和掺和料，生产工艺方面因素包括搅拌与振捣，养护的温度与湿度、龄期。
3）、混凝土的耐久性。
指砼抵抗环境介质作用并长期保持其良好性能和外观完整性的能力，他是一个综合性的概念，包含抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应及混凝土中的刚劲锈蚀等性能，这些性能均决定着混凝土经久耐用的程度，称耐久性。
a抗渗性，砼抗渗性共分为P4、P6、P8P10P12共五个等
级，主要取决于密实度及内部空隙的大小和构造有关。
b、砼抗
冻性用抗冻等级来表示，分为F10、F15、F25、F50、F100、F150、
F200、F250、F300共九个等级，F50以上的混凝土称为抗冻混凝土。
c、碱骨料反应，是指水泥中的碱性氧化物的含量较高时，会与骨料中所含的活性二氧化硅发生化学反应，导致混凝土胀裂的现象。
3、混凝土外加剂的功能、种类与应用
1）混凝土外加剂种类，按照使用功能分主要有以下四大类：
a、改善混凝土拌合物流动性能的外加剂，如减水剂、引气剂、泵送剂；b、调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝
剂、早强剂等；c、改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防锈剂等；d、改善混凝土其它性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、着色剂等。
2）外加剂的适用范围。
a、混凝土中掺入减水剂，在不减少拌合用水量，能显著提高拌合物的流动性，当减少水而不减少水泥时，可提高混凝土强度，若减水的同时适当减少水泥用量，
则可节约水泥。
b、早强剂可加速混凝土硬化和早期强度发展，缩短养护周期，多用于冬期施工和紧急抢修工程；c、缓凝剂主
要用于高温季节混凝土、大体积混凝土、泵送与滑模方法施工以及远距离运输砼施工。
d、防冻剂能显著降低混凝土的冰点，因含有硝铵、尿素等产生刺激性气味的防冻剂，严禁用于办公居住等建筑的室内。
3）、应用外加剂的主要注意事项。
使用外加剂应由供货单位提
供下列资料，产品说明书、出厂检测报告及合格证、掺外加剂
混凝土性能检验报告。
当几种外加剂复合使用时，应注意不同
品种外加剂之间的相容性及对混凝土性能的影响。
预应力混凝土不能用含氯离子的外加剂。
（四）石灰和石膏
1、石灰
1）石灰成分。
石灰的主要成分为氧化钙，将主要成分为碳酸钙的石灰石通过在适当温度下煅烧所得生石灰，生石灰不能直接用于建筑工程，使用前必须通过2周的熟化。
2）石灰性能。
a、保水性好，在水泥砂浆中掺入石灰膏，配置
成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。
b、硬化缓慢、强度低。
1:
3的石灰砂浆28天抗压强度通常只有0.2-0.5mpa。
c、耐水性差，不能再潮湿环境下使用，不能用作建筑基础。
d、硬化时体
积收缩大。
e、生石灰吸湿性强。
3）石灰的应用。
a石灰乳，主要用于内墙和顶棚的粉刷；b、砂浆，用石灰膏或消石灰粉配成石灰砂浆或水泥混合砂浆，用于抹灰或砌筑；c、硅酸盐制品，常用的蒸压灰砂砖、粉煤灰砖、蒸压加气混凝土砌块或板材等。
2、石膏
1）石膏成分。
建筑石膏主要成分是半水硫酸钙，遇水后与水发生化学反应生成二水石膏，释放热量，这一过程称为水化。
2）建筑石膏的技术性质。
a凝结硬化快，石膏浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间分为几分钟至十几分钟，终凝时间在半小时以内，大约一星期完全硬化。
b、硬化时体积微膨胀。
c、硬化后孔隙率高，可达到50%-80%,因此具有了制品密度较小、强度较低、导热系数小、吸声性能强、吸湿性大、可
调节室内温度和湿度的特点。
d、防火性能好，石膏制品在遇火灾时，二水石膏将脱出结晶水，吸热蒸发，并在制品表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层。
当长期处于高温条件下防火性能完全失去。
e、耐水性和抗冻性差，因孔隙率高和含水率高导致的。
3）建筑石膏技术要求，建筑石膏的初凝时间不短于3分钟，终凝时间不长于30分钟。
建筑石膏在存储和运输过程中，储藏时间不得超过3个月，超过将通过检验后才能使用。
4）石膏应用，石膏应用有高强石膏、粉刷石膏、污水石膏水泥和高温煅烧石膏
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