第三章水利工程建筑材料Word文档下载推荐.docx
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（三）水泥的组成
1.硅酸盐水泥熟料：
是水泥的主要组成部分，组成成分可分为化学成分和矿物成分两类。
2.水泥混合材料：
活性混合材料：
粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰。
非活性混合材料：
磨细的石英砂、石灰石、慢冷矿渣等，可以提高水泥产疑，降低水泥生产成本，降低强度等级，减少水化热，改善和易性等作用,其加入量一般较少。
（四）通用硅酸盐水泥的特性及其用途
1.硅酸盐水泥（P.I和P.II）与普通硅酸盐水泥（P.O）
硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥标号较高,主要用于重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。
因为水泥凝结硬化较快，抗冻性好，适用于要求早期强度高、凝结快的工程，以及有抗冻融要求和冬季施工的工程。
—化热量大，不宜用于大体积混凝土工程。
2.矿渣水泥（P.S）
矿渣水泥中熟料含量比硅酸盐水泥少，而且混合材料在常温下水化反应比较缓慢，因此凝结硬化较蜃
早期（3d、7d）强度低，但在硬化后期（28d以后）由于水化产物增多，水泥强度不断增长。
矿渣水泥抗淡水、海水和硫酸盐侵蚀能力较强，宜用于水工和海港工程。
矿渣水泥具有一定的耐热性，可用于耐热混凝土工程。
3.火山灰水泥（P.P）
火山灰水泥强度发展与矿渣水泥相似，水化热低，早期发展慢，后期发展较快」
不宜冬季施工,也具有较高的抗硫酸盐
4.粉煤灰水泥（P.F）
与火山灰水泥相似，粉煤灰水泥水化硬化较慢，早期强度较低，但后期强度高，适用于后期才承受荷载的工程」
粉煤灰水泥水化热较小，适用于大体积混凝土工程。
5.复合水泥（P.C）：
掺两种或者两种以上混合材料。
水泥的选用
工程特点及所处环境条件
优先选用
可以选用
不宜选
用
普通混凝上
--般气候环境
普通水泥
矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥
干燥环境
矿渣水泥
火山灰
水泥粉煤灰
水邂
髙温或长期处于水中
厚大体积
硅殿盐
火山灰水泥
水泥普通水
粉煤灰水泥
复合水泥
有特殊要求的混凝土
要求快硬、髙强（〉C40）、预应力
硅酸盐水泥
矿渣水
严寒地区冻融条件
严寒地区水位升降范围
普通水泥、强度等
级>
42.5
水泥复合水
泥
蒸汽养护
雀酸盐
水泥
普通水
有耐热要求
有抗渗要求
火山灰水泥普通水泥
矿茨水
受腐蚀作用
火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥
理酸盐
1
【例题】下列关于水泥技术性质说法错误的有（）。
A.水泥是气硬性胶凝材料
B.普通硅酸盐水泥细度用筛析法检验，结果有争议时，以负压筛为准。
C.水泥磨得越细，其标准稠度用水量越小
D.安圧性测试有争议时以雷氏法为准
E.有代号R的为早强型水泥
『正确答案」AC
『答案解析」本题考查的是水泥。
选项A错误，水泥是水硬性胶凝材料；
选项C错误，水泥磨得越细，其标准稠度用水量越大。
参见教材P71。
【例题】大体积混凝土不宜选用（）。
A.矿渣水泥
B.火山灰水泥
C.硅酸盐水泥
D.粉煤灰水泥
E.普通硅酸盐水泥
『正确答案」CE
大体枳混凝上不宜选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。
参见教材
P73O
二、砂石料
砂石料是指砂、卵石、碎石、块石、条石等材料，其中黄砂、卵石和碎石统称为骨料•
（-）砂
1.砂的用途
砂主要作为细骨料,粒径为0.16〜5nmu
天然砂颗粒较圆，比较洁净，粒度较为整齐；
人工砂颗粒多具有棱角，表而粗糙。
《建筑用砂》（GB/T14684-2011）中，按技术要求分为：
I类宜用于强度等级大于C60的混凝上:
II类宜用于强度等级为C30〜C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝上：
II【类宜用于强度等级小于C30的混凝土。
2.砂的物理性质：
按直径分为粗砂、中砂、细砂。
3.砂的颗粒要求
砂的颗粒应该坚硬结晶，不掺杂小石子、泥上、草根、树皮或其他杂质【云母，轻物质，有机物（比色法，合格），硫化物及硫酸盐（按SO,质量），氯化物（按氯离子质量）】。
黏上、淤泥黏附在砂砾表而，阻碍水泥与砂砾的黏结，降低混凝上强度、抗冻性和抗磨性，并增大混凝土的干缩。
砂中含泥量和泥块含量规定
项目
级别
I类
II类
III类
含泥S/（Wt%）
1.0
3.0
5.0
泥块含量/（wt%）
2.0
4.砂的颗粒级配和细度模数
砂的颗粒级配：
不同粒径的砂粒组合情况。
当砂子由较多粗颗粒、适当的中等颗粒及少虽的细颗粒组成时，细颗粒填充在粗、中颗粒间，使其空隙率及总表面积都较小，即构成良好的级配。
使用较好级配的砂子，不仅节约水泥，而且还可以提高混凝上的强度及密实性。
砂的细度模数：
不同粒径的砂粒混在一起后的平均粗细程度.
细度模数3.1〜3.7的是粗砂，2.3〜3.0的是中砂，1.6〜2.2的是细砂，0.7〜1・5的属特细砂。
在配合比相同的情况下，若砂子过粗，拌出的混凝上黏聚性差,容易产生分离、泌水现彖：
砂子过细，虽然拌制的混凝土黏聚性较好，但流动性显著减小,为满足流动性要求，需耗用较多的水泥，混凝土强度也较低。
因此，混凝上用砂不宜过粗，也不宜过细，以中砂较为适宜。
5.砂的含水量与其体积之间的关系—
砂的外观体积随其湿度变化而变化。
当其含水率为5%〜7%时,砂堆的体积最大;
含水率再增加时，体积便开始逐渐减小，增大到17%时，体积将缩至与干松状态下相同：
当砂完全被水浸泡后,北密实度反而超过干砂。
所以，在设讣混凝上和各种砂浆配合比时，均应经过加工筛除杂质后的干松状态F的砂为标准进行计算。
（二）卵石、碎石
其颗粒粒径均大于5mm,称为粗骨料。
卵石：
天然生产，不需加工，且英表而光滑，配制的混凝丄和易性好,孔隙较少，苴不透水性较碎石好.
碎石：
与水泥浆的黏结力较卵石好，强度高,配制强度等级较高的混凝上宜用碎石。
卵石、碎石的分类
类別
分类（按粒径大小）
名称
粒径/mm
碎石
特细碎石
5~10
细碎右
10〜20
中碎右
20〜40
粗碎仃
40〜150
卵石
持细卵石
5〜10
细卵右
10-20
中卵右
20-40
粗卵石
40-150
秤料最大粒径（DM）：
粗卄料公称粒径的上限值。
粗计料最大粒径增大时，计料的空隙率及表面积都减小.在水灰比及混凝丄流动性相同的条件下，可使水泥用量减少,且有利于提高混凝土的密实性、减少混凝上的发热量及混凝上的收缩,这对大体积
混凝上颇为有利。
当DM在80mm以下变动时，DH增大，水泥用量显著减小,节约水泥效果明显：
为DM超过150mm时，DH增大，水泥用虽:
不再显著减小.粗1T料粒径的选用取决于构件截面尺寸和配筋的疏密"
凝上结构工程施工质疑验收规范》（GB50204-2015）：
最大颗粒尺寸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净间距的3/4；
对板类构件不得超过板厚的1/2（2/4）。
普通混凝土用碎石或卵石的技术要求如下。
1•空隙率：
当卵石或碎石的空隙率大于45%时，均不宜用于配制混凝土。
2.
针状片状颗粒的含量及含泥量
符合下表规宦，但不宜含有块状黏土。
混凝土强度等级
MC30
C30
针状片状颗粒的含＞/（wt%）
15
25
含泥量/（Wt%）
3•有害物含量：
碎石颗粒状硫化物和硫酸盐等（折算S0,小于1%砂小于0.5%）,卵石除此外常
含有机杂质（比色法）o
4•颗粒级臥襦余百分率和累汁筛余百分率确立。
5.物理性质：
表观密度可间接反映仃材坚硬程度及孔隙多少。
6•力学性质：
包括抗压强度、冲击韧性.硬度及耐磨性等。
石料强度一般变化都比较大，即使同一种岩石，同一产地，其强度也不完全相同。
结晶质石料的强度较玻璃质的髙，均匀晶粒的较斑状晶粒的高，构造致密的较疏松多孔的髙。
具有层理构造的右料，其垂直层理方向的抗压强度较平行层理方向的髙。
岩石的韧性决宦于其矿物组成及构成。
通常晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石具有较髙的韧性。
（三）砂石料价格的计•算
1•竹料单价编制
①自行采备计料单价：
包括覆盖层（含无用层）清除摊销、毛料（原料）开采运输、毛料加工、成品料运输（运至工地各堆料点）.弃料处理及摊销、各运输及堆存环节的损耗等。
—,求得卅料单
价。
按计入损耗的方法可分为综合系数及单价系数两种匚
②外购砂石料单价：
原价、运杂费、损耗、采购保管费四项。
其中损耗含运输损耗和堆存损耗，由于砂石料在运输堆存过程—
运输损耗与运输工具和运距有关，堆存损耗与堆存次数和堆料场设施有关。
外购砂石料单价：
英中损耗含运输损耗和堆存损耗，由于砂石料在运输堆存过程中损耗较大，一般应单独另计。
2.块石、条石、料石单价编制
包括：
料场覆盖层清除，石料开釆，加工（修凿），石料运输，堆存，以及开釆、加工、运输、堆存过程的损耗等。
编制单价时，应统一按水利部有关规立的名称和泄义，以免混淆。
块石计量单位为码方,条石、料石计量单位为清料方,计算时需进行单位统一换算。
【例题】细度模数为2.8的砂属于（）。
A.细砂
B.中砂
C.粗砂
D.特粗砂
『正确答案】B
『答案解析」本题考查的是砂石料。
细度模数3.1〜3.7的是粗砂，2.3〜3.0的是中砂，1.6〜2.2的是细砂，0.7〜1.5的属特细砂。
参见教材P77。
【例题】粗计料粒径选用取决于构件截而尺寸和配筋的疏密，根据《混凝上结构工程施工质呈:
验收规范》（GB50204-2015），粗计料最大颗粒尺寸不得超过结构截而最小尺寸的（）。
A.1/4
B.1/3
C.1/2
D.3/4
『正确答案」A
《混凝上结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）:
最大颗粒尺寸不得超过结构截而最小尺寸的1/4,同时不得大于钢筋最小净间距的3/4；
对板类构件不得超过板厚的1/2（2/4）。
三、钢材
（-）钢材分类
1.据冶炼时脱氧程度分类
（1）沸腾钢。
脱氧很不完全，代号为°
（2）镇静钢。
脱氧充分，能平静地充满锭模并冷却凝固，代号为“Z”（也可省略不写）••
（3）特殊镇静钢。
比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢，贰质量最好,代号为“TZ”（也可省略不写）°
（4）半镇静钢。
脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢,其
2.按化学成分分类
（1）碳素钢。
按含碳量又可分为低碳钢（C<
0.25%）,中碳钢（0.25%<
C<
0.6%）、髙碳钢（00.6%）o
（2）合金钢。
低合金钢（合金元素总量小于5%）、中合金钢（5%〜10%）、高合金钢（大于10%）。
3.按质量分类
（1）普通钢。
硫含量不大于0.050%,磷不大于0.045%。
（2）优质钢。
硫含量不大于0.035%,磷不大于0.035%。
（3）高级优质钢。
硫不大于0.025%,磷不大于0.025%。
（4）特级优质钢。
硫不大于0.025%,磷不大于0.015%。
（-）钢材的力学与工艺性能
1.抗拉屈服强度X：
在拉力作用下开始产生塑性变形时应力
屈服点不明显时，可以规左按照产生残余变形0.2%时的应力作为屈服强度。
2.抗拉极限强度。
「：
破坏前应力-应变曲线上最大应力值:
屈服点与抗拉强度的比值（即屈强比（ZZ能反映钢材的安全可靠程度和利用率。
屈强比越小,表明材料的安全性和可靠性越高，结构越安全。
3.伸长率§
：
指试件拉断后，标距伸长量（AL）与原始标距（L。
）的百分比称为伸长率伸长率
越大表示钢材塑性越好J
钢材拉伸试件取LF5d。
或LEOdo（do是试件宜径），对应的伸长率分别记为§
5和§
10。
抗拉屈服强度S£
抗拉极限强度Q5伸长奉S
4.硬度：
指其表而抵抗硬物压入产生局部变形的能力。
测立方法有布氏法、洛氏法和维氏法等,建筑钢材布氏硬度HB表示。
5.冲击韧性：
指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。
钢材内硫、磷的含量髙，脱氧不完全,存在化学偏析，含有非金属夹杂物及焊接形成的微裂纹，都会使冲击韧性显著下降。
冲击韧性随温度降低而下降,开始时下降缓幔，当达到一左温度范用时，突然下降很快而呈脆性，这种性质称为钢材冷脆性。
因此，在负温下使用的结构，应当选用脆性转变温度低于使用温度的钢材「
6.疲劳强度：
钢材在交变荷载反复作用F,可在远小于抗拉强度的情况下突然破坏,这种破坏称为疲劳破坏。
疲劳破坏指标用疲劳强度（或称疲劳极限）来表示，它是指试件在交变应力下，作用107周次,不发生疲劳破坏最大应力值。
7.可焊性：
可焊性良好的钢材，焊缝处性质应尽可能与母材相同，焊接才牢固可靠。
8.冷弯性能：
以试验时弯曲角度a和弯心直径d为指标。
指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，更容易尿館钢材的内部组织是否均匀,是否存在内应力、微裂纹、表而未熔合及夹杂物等缺陷，与伸长率一样也是反映钢材在静荷作用下的塑性「
9.冷加工性能及时效处理
将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生塑性变形，从而提高强度，但钢材的塑性和韧性会降低,这个过程称为冷加工强化处理。
将经过冷拉的钢筋，于常温下存放15〜20d,或加热到100〜200°
C并保持2〜3h后，则钢筋强度将进一步提髙，这个过程称为时效处理。
前者称为自然时效（强度较低的钢筋），后者称为人工时效（强度较高的钢筋）。
（三）化学成分对钢材性能的影响
1.碳（C）:
建筑钢材的含碳量不可过高，最髙可达0.6%。
2.氮（N）：
应尽可能减少，一般要求含氮疑小于0.008觥
3.有益元素：
硅（Si）、镭（Mn）。
4.有害元素：
硫（S）、磷（P）,—般要求含量小于0.045%。
氧（0）,应尽可能减少，一般要求含氧量小于0.03%o
（四）建筑钢材的种类与选用
1.碳素结构钢：
字母Q、屈服点值（以MPa计）、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）。
Q235-A.F：
屈服点不低于235MPa、A级质量、沸腾钢。
碳素结构钢牌号由Q195至Q275时，钢的含C量逐渐增多，强度提高，塑性降低,冷弯及可焊性下降。
质量等级由A至D时，钢中有害杂质S、P含量逐渐减少,低温冲击韧性改善，质量提高。
Q235钢既有较高的强度，又有较好的塑性及可焊性，是建筑工程中应用广泛的钢种。
2.低合金高强度结构钢：
屈服点等级-质量等级。
是一种在碳素结构钢的基础上添加总量不小于5%合金元素的钢材,有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460五个牌号。
与碳素结构相比，既具有较高的强度，又有良好的塑性、低温冲击韧性、可焊性和耐蚀性等特点。
3.优质礦素结构钢：
性能主要取决于含碳量的多少。
表示方法：
平均含碳量的万分数-含镭量标识-脱氧程度。
“10F”:
表示平均含碳量为0.10%,低含镭量的沸腾钢；
“45”：
表示平均含碳量为0.45%,普通含镭量的镇静钢：
“30Mn”:
平均含碳量为0.30%,较高含锈量的镇静钢。
4.钢筋：
放入混凝上中可很好地改善混凝上脆性，扩展混凝上的应用范围，同时混凝土的碱性环境又很好地保护了钢筋。
热轧光圆钢筋：
HPB,强度低，但塑性和焊接性能好；
热轧带肋钢筋：
HRB335、HRB400,HRB500（预应力钢筋）：
低碳钢热轧圆盘条：
目前用量最大、使用最广的线材。
5.型钢：
热轧型钢、冷弯薄壁型钢、钢板、钢管：
所用的母材主要是普通碳素结构钢和低合金髙强度结构钢。
【例题】含碳量为0.软的钢属于（）。
A.低碳钢
B.中碳钢
C.髙碳钢
D.合金钢
『正确答案」B
『答案解析」本题考查的是钢材。
0.6%）、高碳钢（00.6%）o参见教材P80。
【例题】下列（）属于钢筋塑性性能指标。
A.屈服强度
B.伸长率
C.极限强度
D.冷加工性能
E.冷弯性能
『正确答案】BE
伸长率和冷弯性能属于钢筋塑性性能指标。
参见教材P81。
【例题】下列（）适宜用作预应力钢筋。
A.HPB300
B.HRB335
C.HRB100
D.HRB500
『正确答案」D
HRB500适宜用作预应力钢筋。
参见教材P84。
4.木材
（-）木材的分类
（1）原木。
为砍伐后经修枝并截成一泄长度的木材。
（2）板材。
宽度为厚度的3倍或3倍以上的型材。
（3）桁材。
宽度不及厚度3倍的型材。
根据国家对木材材质的标准，按木材缺陷情况，将木材分为一、二、三、四等级。
（二）木材的构造
木材是菲均质材料，其宏观构造可从树「•的三个主要切而来剖析：
横切面.径切面轴的纵切、弦切
HIVJE
（三）木材的物理性质
1.密度与表观密度：
构成木材细胞壁物质密度，具有变异性。
2.吸湿性与含水率
含水率：
木材中水分质量占干燥木材质戢的百分比。
木材中的水分可分为自由水、吸附水和化学结合水。
当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材含水率称为纤维饱和点。
3.湿胀干缩性：
木材构造不均匀，各方向、各部位胀缩也不同，其中弦向最大，径向次之，纵向最尘。
—（四）木材的力学性质：
各向异性，具有明显的方向性。
（1）抗拉强度。
顺纹方向最大,横纹方向最小。
（2）抗压强度。
顺纹方向最大,横纹只有顺纹10%-20%o
（3）抗剪强度。
顺纹方向赵，横纹达到顺纹方向4〜5倍。
（4）抗弯强度。
木材的抗弯性很好。
（五）影响木材强度的因素
1.含水率：
木材的含水率在纤维饱和点以内变化时,含水虽增加故强度降低；
水分减少强度增高。
2.环境温度：
随环境温度升高强度会降低。
3.负荷时间：
长期承载能力远低于暂时承载能力，因为在长期承载情况下，木材会发生纤维蠕滑，累积后产生较大变形。
4.疵病
五、土工合成材料
（二）土工合成材料的种类
1.上工织物：
透水性材料。
2.土工膜：
基汞示透水的材料。
3.特种土工合成材料：
为工程特泄需要而生产的，主要有土工格栅、上工网、土工模袋、上工格室、土工管、黏土垫层等。
4.复合型土工合成材料：
两种或两种以上上工合成材料组合。
主要有复合上工膜、塑料排水带、软式排水管以及其他复合排水材料等。
（三）土工合成材料的水力学特性
水力学特性指的是上工介成材料的透水与导水能力以及阻止颗粒流失的能力。
（1）孔隙率n,_般不能直接测
（2）孔径，用0表示，单位mm：
0“表示材料中95%的孔径低于该值。
（3）渗透特性。
需分别确定垂直和平行于织物平面渗透特性。
（五）土工合成材料的工程应用
1•防渗：
土工膜防渗层结构包括土工膜、保护层、支持层。
2.隔离：
阻止较细的土粒侵入较粗的粒状材料中，并保持一迫的渗透性。
3.过滤：
即要求能挡土，同时要求保持水流的畅通。
4.排水。
5.加筋：
增加岩土稳泄性或提高承载能力。
6.防护。
六、矿物掺和料
指在混凝上搅拌前或在搅拌过程中，直接掺入人造或天然的矿物材料以及工业废料，其掺量一般衣于水泥重量的5%,目的是为了改善混凝土性能、调节混凝土强度等级和节约水泥用量等。
主要有粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉以及其他工业废渣。
（-）粉煤灰：
粉煤灰较细，品质较好。
掺入混凝土中可产生以下三种效应，总称为“粉煤灰效应”°
1.活性效应：
粉煤灰中所含的S心和AL0,具有化学活性，能发生二次水化生成水化硅酸钙等，可作为胶凝材料起增强作用。
2.形态效应：
粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃微珠，在混凝土拌和物中起“滚珠轴承”作用,能减小内摩阻力，使掺有粉煤灰混凝上拌和物比基准混凝土流动性好，便于施工，具有减水作用」
3.微骨料效应：
粉煤灰中微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔,改善了混凝上孔结构和增大了混凝土的密实度。
粉煤灰取代部分水泥后，早期强度有
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