造价工程师讲义.ppt
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1、第二章 工程材料,第一节 概 述,一、土木工程材料的分类 1、按化学成分分类无机材料金属:钢、铁、铝非金属:石、玻璃、陶瓷、水泥、混凝土有机材料:木材、石油沥青、塑料复合材料金属-非金属复合:钢筋混凝土无机非金属-有机复合:玻璃纤维增强塑料金属-有机复合:轻质金属夹芯板,2、按功能(用途)分类结构材料:用作承重,如混凝土、钢材(建筑的梁、板、柱等)功能材料:包括装饰材料、防水材料、绝热材料等。,二、材料的物理力学性质,(一)材料的物理状态参数1、密度、表观密度与堆积密度共性都是单位体积的质量。(干燥质量)个性材料的状态不同。密度绝对密实状态下,不包括孔隙。表观密度自然状态下,包括内部孔隙。堆积
2、密度粉状或粒状材料在堆积状态下,包括颗粒间的空隙。,2、密实度与孔隙率(反映材料的密实度)。密实度(D)被固体物质充实的程度(%)。孔隙率(P)孔隙体积所占的比例(%)反映材料的致密程度。D+P=1。孔隙构造:封闭孔(与外界隔绝)连通孔(与外界连通)孔隙大小:粗大孔隙 细小孔隙 极微细孔隙,三、填充率与空隙率分别指散状材料的固体与气体所占体积的百分比。这里的气体处于材料颗粒之间。,二、材料与水有关的性质,与水有关的性质包括:吸收水分、水的破坏作用、水的渗透作用以及水的冻结影响,1、吸水性、吸湿性:吸收水分的能力。(1)吸水性:在水中吸收水分的能力。指标吸水率,达到吸水饱和状态。质量吸水率:水的
3、质量占材料干重的百分比。体积吸水率:水的体积占材料自然状态下干燥体积的百分比。(2)吸湿性:在潮湿空气中吸收水分的能力。指标含水率,含水量占干重的百分比;随环境温度和湿度变化而异。平衡含水率。材料吸湿后,会膨胀,绝热性降低,强度降低。,2、耐水性:抵抗水破坏作用的能力。定义:在长期饱和水作用下不破坏、强度也不显著降低的性质。指标软化系数KR。软化系数=水饱和状态下的抗压强度/干燥状态下的抗压强度。(01)软化系数0.85的材料为耐水材料。(越大越耐水),3、抗渗性:抵抗压力水渗透的性质。指标1渗透系数k。为单位水压头、单位时间内通过单位面积和厚度材料的渗水量,越小,抗渗性越好。指标2抗渗等级S
4、(混凝土或砂浆):标准试验方法下试件所能承受的最大水压力。越大越好。孔隙率小且封闭孔,抗渗性好。,4、抗冻性:在水饱和状态下,抵抗多次冻结和融化作用而不破坏、强度也不严重降低的性质。,指标:抗冻等级D。表示所能承受的最大冻融次数。D越大,抗冻性越好。,三、材料的力学性质,1、强度与比强度强度指在外力作用下材料抵抗破坏的能力。强度种类:外力的不同,强度有:抗压、抗拉、抗弯、抗剪和抗扭五种。比强度:是按单位质量计算的强度,衡量材料轻质高强的指标。等于强度与表观密度之比。,2、弹性与塑性指外力取消后,能否完全恢复原来形状的性质。弹性:外力消失后,变形完全恢复。塑性:产生变形,但不产生裂缝或发生断裂,
5、外力取消后,变形不能恢复。(不可逆变形)弹性模量:是材料刚度的度量,反映材料抵抗变形的能力。,3、脆性与韧性:能否承受冲击作用。脆性材料破坏时无明显塑性变形的特性。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等属于脆性材料;韧性受冲击、震动时,能吸收较大能量,有一定变形而不破坏的性质。建筑钢材(软钢)、木材等属于韧性材料。,历年考试题,1、混凝土抗冻等级D15号中的15是指()。A.承受冻融的最大次数为15次B.冻结后在15 水中融化C.最大冻融次数后强度损失率不超过15%D.最大冻融次数后质量损失率不超过15%,2、某物体在自然状态下的体积为100cm3,质量为500g,其含水率和密实度分别为10%和
6、85%,则其密度为()。A.4.5g/cm3 B.5.35g/cm3 C.5.29g/cm3 D.5.0g/cm3 答案:干燥质量、再计算表观密度、计算密度。,3、关于比强度说法正确的是()A.反映了在外力作用下材料抵抗破坏的能力B.反映了在外力作用下材料抵抗变形的能力C.是强度与其表观密度之比D.是强度与其质量之比,4、建筑材料与水相关的物理特性表述正确的是()A.孔隙率越大,其吸水率也越大B.平衡含水率一般是固定不变的C.渗透系数越大,其抗渗性越大D.软化系数越大,其耐水性越好,5、已知某固体材料在自然状态下外形体积为1.5m3,密度为1800kg/m3,孔隙率为25%,则其含水率为20%
7、,则含水量为()A.337.5kg B.405kgC.450kg D.540kg解答:根据密度和孔隙率计算表观密度1350kg/m3,根据表观密度定义计算干燥质量为2025kg,根据含水率定于计算含水量为405kg。,6、建筑材料力学性质的“塑性”是指()A.材料的可加工性B.材料抵抗外力的性能C.材料变形的不可逆性D.材料的冲击破坏性,7、关于建筑材料物理性质的说法正确的有()A.材料含水率是材料吸湿性指标B.材料软化系数越小,耐水性越差C.材料抗冻指标反映了材料在自然干燥状态下抵抗冰冻破坏的能力D.材料的渗透系数越大,抗渗性越好E.材料孔隙率中孔隙既指固体材料的内部孔隙,也指散粒材料颗粒间
8、的孔隙,8、材料的抗拉强度是指单位截面()A.受拉破坏时的平均荷载B.受拉破坏时的最大荷载C.受拉破坏时的最小荷载D.承受动荷载拉拔的最大荷载,9、以下有关材料特性,说法正确的是()A.材料的耐水性是反映材料长期在饱和水作用下其强度不明显降低的特性B.材料的吸湿性随周围环境湿度和温度的变化而不同C.材料的抗冻性是指材料在吸水饱和状态下冻结后强度降低的特性D.材料的吸水性与其弹性密切相关E.材料的塑性是材料受力脆断破坏的特性,10、材料的物理性指标主要有()A.弹性 B.塑性 C.表观密度 C.密实度 D.抗冻性11、一份砂重1000kg,其含水率为5%,该砂干重为()kg。A.950 B.95
9、0.4 C.952.4 D.960.4,12、下列叙述正确的有()A.孔隙率和密实度两者之乘积为1B.软化系数越小,则耐水性越差C.材料的吸湿性的大小用孔隙率表示D.材料渗透系数越大,则抗渗性越强E.材料的渗透系数越小,其抗渗性越好,第二节 无机胶凝材料,胶凝材料经过一系列物理、化学作用,能将散粒或块状材料粘结成整体的材料。无机胶凝材料以无机化合物为基本成分。如水泥、石灰等。有机胶凝材料以有机高分子化合物为基本成分。如沥青、合成树脂等。,一、石灰,1、生产:将石灰石等在900煅烧 CaCO3CaO+CO22、熟化(水化):CaO+H2OCa(OH)2(熟石灰)特点:放热,体积增大13倍。充分熟
10、化,防止抹灰后爆灰起鼓。,3、石灰的硬化:结晶作用水分蒸发,Ca(OH)2结晶。碳化作用与二氧化碳生成碳酸钙,放出水分。持续时间长Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O所以,硬化后,是Ca(OH)2与CaCO3长期共存,随时间延长CaCO3增加。,4、石灰的技术性质:可塑性:在水泥砂浆中掺入,以显著提高可塑性 硬化缓慢,强度低。硬化时体积收缩,不宜单独使用。常掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。耐水性差,不宜在潮湿环境使用。,5、应用:石灰砂浆、混合砂浆:可砌、可抹(耐水性差)。灰土或三合土(石灰+粘土+砂石、砖等块状材料),做垫层、地基。(耐水、强度较高)生产硅酸盐制
11、品:砌块、墙板等。,二、石膏,1、生产:天然二水石膏,(即软石膏或生石膏)在107170:生成半水石膏(CaSO4(1/2)H2O)熟石膏,建筑石膏2、硬化:建筑石膏与水生成二水石膏,3、建筑石膏的技术性质:凝结快:几分钟到20、30分钟。硬化时体积微膨胀:膨胀量约1%,使制品表面光滑饱满,良好的装饰材料。孔隙率大:5060%,表观密度低(轻质)、绝热性能好、吸音、吸水率大;但强度低。耐水性、抗冻性差,不宜用于潮湿环境。防火性能良好。,三、水泥,水泥粉状,与水拌和,经物理化学反应过程,由可塑性浆体变成坚硬的石状体,具有胶结能力。不仅能在空气中硬化,还能更好地在水中硬化,保持并继续增长其强度,为
12、水硬性胶凝材料。,1、几种硅酸盐水泥的定义,水泥熟料的矿物组成及其特征,水泥的混合材料,活性混合材:包括粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰。惰性混合材:石英砂、石灰石等,2、水泥的主要特性及其应用,掺混合材料水泥性能比较,3、水泥的技术性质,(1)细度:水泥颗粒的粗细程度。影响强度。越细,水化越快,早期强度高,但收缩大,磨细成本高。过粗,强度低。硅酸盐水泥比表面积应大于300m2/kg,(2)凝结时间:初凝时间:从加水拌合起,至水泥浆开始失去塑性所需的时间。(施工所需时间、不宜过短)不早于45分钟。初凝时间不合格者为废品。终凝时间:从加水拌合起,至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间
13、。(等待硬化、产生强度,不宜过长)不迟于10小时(仅硅酸盐水泥不迟于6.5小时)。终凝时间不合要求,视为不合格。,(3)体积安定性:水泥在硬化过程中体积变化的均匀性。若硬化后,产生不均匀的体积变化,即为体积安定性不良,会产生膨胀性裂缝,导致严重质量事故。原因:游离CaO、游离MgO、石膏过量。安定性不合格者为废品。,(4)强度:指胶砂强度(水泥加标准砂)测定3d和28d的抗压、抗折强度确定强度等级。分为早强型(R)和普通型(5)碱含量:碱含量影响质量,严重时会引起质量事故。碱指氧化钠和氧化钾(6)水化热:水泥在水化过程中放出的热。水化热大,不利于大体积混凝土。,历年考试题,1、需要做防潮处理的
14、地下室砖墙,砌筑时应选用()A.水泥砂浆 B.石灰砂浆C.混合砂浆 D.石灰膏2、在水泥砂浆中掺入石灰膏的目的是()A.提高砂浆强度 B.提高砂浆的体积安定性C.提高砂浆的可塑性 D.提高砂浆的凝结速度,3、关于水泥凝结时间的描述,正确的是()A.硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5B.终凝时间自达到初凝时间计算C.超过初凝时间,水泥浆完全失去塑性D.普通水泥的终凝时间不得迟于6.5h,4、水泥根据其熟料成分的不同而特性有所不同,其中不适用于大体积混凝土工程的是()A.火山灰硅酸盐水泥 B.粉煤灰硅酸盐水泥C.普通硅酸盐水泥 D.矿渣硅酸盐水泥,5、建筑石膏与水泥相比,具有的特点是()A.可塑性
15、好 B.凝结时间长C.凝结时不开裂D.宜制作各种镶贴、吊挂板材E.水化热大,6、有关硅酸盐水泥的技术性质正确的有()A.水泥的终凝时间是指从加水到水泥浆达到标号强度的时间B.体积安定性是指水泥在硬化过程中体积不收缩的特性C.水泥的净浆强度是评价水泥强度等级的依据D.水泥的碱含量越低越好E.硅酸盐水泥不宜用于海岸堤防工程,7、建筑石膏装饰制品形体饱满密实,表面光滑细腻的主要原因是()A.石膏凝固时略有膨胀B.石膏凝结速度快C.施工质量高D.掺加了外加剂,8、与硅酸盐水泥相比,矿渣水泥的()A.耐热性好 B.耐水性好C.干缩性较大 D.抗冻性较差9、若某硅酸盐水泥的初凝时间为40min,则该水泥应
16、()A.报废 B.降级使用 C.用于大体及混凝土 D.进行人工养护,10、硅酸盐水泥与普通水泥在使用上的主要区别在于硅酸盐水泥石()强度大A.早期抗折 B.后期抗折C.早期抗压 D.后期抗压11、矿渣水泥的优点是()A.早期强度高 B.抗冻性好C.抗碳化能力强 D.耐热性好,12、以下有关水泥技术性能的表示正确的有()A.水泥的细度影响水泥的早期强度B.水泥的初凝时间越短越好C.水泥的安定性不合格时,降级使用D.水泥强度是指胶砂强度E.水泥中碱含量大,将引起质量事故,13、水泥的体积安定性是指()A.温度变化时的胀缩性B.冰冻时的抗冻性C.在硬化过程中体积变化的均匀性D.拌合物中的保水性,14
17、、矿渣水泥与硅酸盐水泥相比,其特性()A.抗腐蚀能力强B.耐热性好C.抗冻性差D.水化热高E.早期强度增长慢,15、石膏制品的物理性能有()A.堆积密度大B.保温、绝热性能好C.吸声性能好D.抗冻性和耐水性差E.吸水率小,16、生石灰熟化后发生的变化是()A.重量增加B.体积增加C.重量减少D.体积减少E.化学成分变化,17、墙面抹灰浆的硬化过程是()A.与空气中的水分合成氢氧化钙B.与空气中的二氧化碳合成碳酸钙C.与空气中的氧合成氧化钙D.与空气中的氧和二氧化碳合成氢氧化钙E.游离水分蒸发形成结晶,第三节 混凝土材料,一、分类:按表观密度:重混凝土、普通混凝土、轻混凝土按胶凝材料:水泥砼、沥
18、青砼、聚合物砼按用途:防水砼、防辐射砼、耐酸砼、装饰砼、补偿收缩砼、耐火砼按施工工艺:泵送砼、喷射砼、造壳砼等,二、普通混凝土,1、骨料:骨架、减少收缩(1)砂子:0.155mm品种:天然砂、天然净砂、净干砂颗粒级配:减少颗粒间的空隙,良好级配:较多粗颗粒,适当中颗粒,少量细颗粒。,(2)石子最大粒径:粒级的上限Dmax,比表面,需水泥浆少,好;应受结构型式和配筋疏密程度的限制:应最小截面的1/4及净筋距的3/4,或板厚1/3且40mm。在条件许可下,应尽量选用大一些的,颗粒级配强度:1)岩石立方体强度:C60及以上砼、选择采石场、对骨料强度严格要求或有争议2)压碎指标:经常性生产控制,2、混
19、凝土拌合物的和易性,(1)和易性的概念:综合性质流动性流动均匀填满模板粘聚性不产生分层和离析保水性不泌水,保证密实(2)指标:流动性:坍落度(3)流动性的选择依据:构件截面大小、钢筋疏密、捣实方式。,(4)影响因素:水泥浆量:提供流动性。过多,流浆;过少,润滑不够,粘聚性差。水泥浆稠度(W/C):小,稠,流动性小;大,粘聚性、保水性差,强度降、耐久性差。砂率(砂质量/砂石总质量):过小,流动性、粘聚性、保水性差;过大,流动性差。合理砂率最大施工性、良好粘聚性和保水性,水泥用量最少。,三、混凝土的强度,1、立方体抗压强度fcu边长150mm立方体试件;标养(203,相对湿度90%或水中);28天
20、,抗压值。立方体抗压强度标准值与强度等级具有不低于95%保证率的立方体抗压强度值,fcu,k.强度等级:立方体抗压强度标准值来划分。C表示。,2、抗拉强度:为抗压强度的1/101/20,脆性材料。,3、影响混凝土强度的因素:(1)水灰比、水泥强度等级当水泥强度等级和品种相同时,砼强度取决于水灰比。水灰比越小,砼强度越高。(2)养护温度和湿度水泥正常水化夏季保湿、冬季保温(3)龄期强度随龄期增加而增大,四、混凝土配合比计算,1、基本要求:技术:和易性、强度、耐久性经济:减少水泥 确定三个参数:W/C;砂率;单位用水量。,2、配合比设计步骤(1)试配强度fcu,t的确定:fcu,o=fcu,k1.
21、645 强度标准差,统计或查规范。2、初步确定水灰比W/C:fcu,o=Afce(C/WB)碎石:A=0.46,B=0.07卵石:A=0.48,B=0.33,(3)选取用水量:查表法mwo:(4)计算水泥用量:mco(kg/m3)mco=mwo/(W/C)(5)选砂率Sp:查表法,(6)计算石、砂用量G0、S0:体积法:拌合物体积=各材料体积之和+空气体积 即:Vh=Vc+Vw+Vs+Vg+Va1=mco/c+mwo/w+mso/s+mgo/g+0.01砂率:SP=mso/(mso+mgo)含气量百分数,不用含气量外加剂时,取=1,重量法:砼表观密度=1m3砼各材料质量之和即:m cp=mco
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