注冊(cè)巖土工程師土木工程材料考試復(fù)習(xí)資料(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 強(qiáng)石膏：是二水石膏在加壓蒸汽熱處理?xiàng)l件下，形成 α 半水石膏，再經(jīng)干燥、 磨細(xì)制成的氣硬性膠凝材料。高強(qiáng)石膏的生產(chǎn)過(guò)程同建筑石膏類似，也是對(duì)二水古跡進(jìn)行膠水處理，但是在蒸汽壓力封閉式設(shè)備內(nèi)熱處理二水石膏，或者在具有某些鹽類的水溶液內(nèi)加熱二水石膏，使其脫水為 α 半水石膏，然后通過(guò)干燥磨成粉狀產(chǎn)品。 高強(qiáng)石膏的密度通常為 2600~2800 kg/m3,，初凝時(shí)間不早于 3min，終凝時(shí)間不早于 5min，不遲于 30min。 （ 3） 硬石膏：即無(wú)水石膏。硬石膏膠凝材料是由天然硬石膏或人工加熱脫水所制得的無(wú)水石膏，摻加活化劑制成的粉狀物料，又稱硬石膏水泥。高溫煅燒石膏民 屬于這一類。 硬石膏在活人劑的作用下，水化硬化能力增強(qiáng)，凝結(jié)時(shí)間縮短，強(qiáng)度提高。 與建筑石膏相比，硬石膏膠凝材料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較小，凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，強(qiáng)度較高，具有較好的而水性，可以在一般潮濕環(huán)境中應(yīng)用，硬石膏材料具有較好的抗酸、抗堿侵蝕的能力，適合用作化學(xué)藥品倉(cāng)庫(kù)的建筑材料。高溫煅燒石膏的抗水性較好，而磨性好，可以作為地板材料，故又稱為地板石膏。 例 指出下列錯(cuò)誤的一個(gè)（ ） A、 建筑石膏可用于室內(nèi)抹灰、粉刷，有良好的效果。 B、 建筑石膏可用于制作各種石膏板 C、 建筑石膏可用于濕度、溫度過(guò)高的環(huán)境中 D、 建筑石膏可用于制作裝飾涂料的填料，也可以制造人造大理石。 答案為：（ C） 石灰膠凝材料： 石灰，是建筑石灰的簡(jiǎn)稱，是在建筑上使用最早的礦物膠凝材料之一。石灰是具有不同化學(xué)成分和物理形態(tài)的生石灰、消石灰、水硬性石灰的統(tǒng)稱。 石灰是一種氣硬性膠凝材料，它是以碳酸鈣為主要成分的原料如石灰石、白堊等，經(jīng)過(guò)高溫煅燒而成，其主要成分是氧化鈣，煅燒反應(yīng)式如下： 由于生產(chǎn)石灰的原料中常含有碳酸鎂 (MgC03)，所以石灰中也會(huì)含有一定量的氧化鎂(MgO)。按照《建筑生石灰》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 根據(jù)氧化鎂含量的多少，石灰分為鈣質(zhì)石灰和鎂質(zhì)石灰兩類。 根據(jù)成品加工方法不同，可將石灰分成以下幾種： （ 1）．塊狀生石灰：由原料煅燒而得的原產(chǎn)品，主要成分為氧化鈣。 （ 2）．生石灰粉：由塊狀生石灰磨細(xì)而得的細(xì)粉，其細(xì)度一般要求為 毫米方孔篩 的篩余 (7～ 18)％，主要成分是氧化鈣。 （ 3）．消石灰粉：將生石灰用適量水消化而得的粉末，亦稱熟石灰，主要成分為氫氧化鈣 (Ca(OI{}2)。 （ 4）．石灰漿：將生石灰用過(guò)量水 (約為生石灰體積的 3～ 4 倍 )消化而得的粘稠漿體，亦稱石灰膏，主要成分為氫氧化鈣和水。如果水量加得更多，所得到的白色懸濁液，稱為石灰乳。在 15C 時(shí)溶有 0． 3％氫氧化鈣的透明液體，稱為石灰水。 石灰的消化與硬化： （ 1）石灰的消化： 生石灰加水變成粉末的方法稱為消化，成品稱為消石灰粉。石灰的消化過(guò)程用下面 熱反應(yīng)化學(xué)式表示： 石灰的消化過(guò)程是一個(gè)可逆的過(guò)程，反應(yīng)的方向取決于溫度和周?chē)橘|(zhì)中蒸汽壓。 在常溫下，反應(yīng)向右進(jìn)行。 生石灰消化過(guò)程需要一定時(shí)間，如果生石灰消化不充分，在消石灰粉中殘留有未消化的生石灰，則在使用后，由于未消化的生石灰繼續(xù)消化，從而導(dǎo)致爆裂或不正常的膨脹現(xiàn) 象。 消化時(shí)間取決于周?chē)h(huán)境的溫度和蒸汽壓、生石灰的煅燒程度和雜質(zhì)含量、石灰塊的尺寸以及摻人的外加劑等因素。 生石灰消化成消石灰粉或石灰漿可以采用人工的方法，也可采用機(jī)械方法。一般，人工方法的勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)條件惡劣，而且消化時(shí)間長(zhǎng)，成品質(zhì)量不均勻，但其成本低，所以目前也常使用。 （ 2）石灰硬化：石灰漿體的硬化包括兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程：干燥和碳酸化。 石灰漿在干燥環(huán)境中，多余的游離水逐漸蒸發(fā)，使顆粒聚結(jié)在一起，同時(shí)生石灰漿體的內(nèi)部形成大量的毛細(xì)孔隙。 另外，當(dāng)水分蒸發(fā)時(shí)，液體中氫氧化鈣達(dá)到一定程度的過(guò)飽和，從而會(huì)產(chǎn)生氫氧化鈣的析晶過(guò)程，加強(qiáng)了石灰漿中原來(lái)的氫氧化鈣顆粒之間的結(jié)合。 石灰漿能吸收空氣中的二氧化碳而碳酸化，其反應(yīng)如下 。 上式表明， Ca(OH)2 與 C02 只有在水分存在下才能發(fā)生碳酸化過(guò)程，形成碳酸鈣 (CaCO3)。碳 酸鈣的固相體積比氫氧化鈣的固相體積稍微增大一些，使石灰漿體的結(jié)構(gòu)更加致密，所以碳酸化也是石灰硬化的原因之一。 石灰漿在凝結(jié)硬化過(guò)程中收縮極大且發(fā)生開(kāi)裂，因此，石灰漿不能單獨(dú)使用，而必須摻人一些骨料最常用的是砂子。石灰砂漿中的砂子好像是砂漿中的骨架，它可減少和防止開(kāi)裂。摻砂可節(jié)省石灰用量，降低成本。此外砂子可使砂漿形成較多的孔隙，以利于石灰漿內(nèi)部水分的排除和吸收二氧化碳。 石灰漿在硬化時(shí)，不但游離水分要向環(huán)境排出、而且碳酸化反應(yīng)生成的水分也要蒸發(fā)到周?chē)h(huán)境中去，所以只能用于較干燥的環(huán)境，不宜 用于潮濕環(huán)境和水中。 (3)石灰的應(yīng)用 （ i）．建筑粉刷 建筑室內(nèi)墻面和頂棚采用消石灰乳進(jìn)行粉刷，施工方便，顏色潔白，建筑中應(yīng)用十分廣泛。 (ii)．建筑砂漿 石灰可以單獨(dú)或者與水泥一起配制成砂漿，用作磚墻和混凝土基層的抹灰或砌筑。 (iii)．三合土和灰土 三合土是利用消石灰粉、粘土砂子加水拌和夯實(shí)而成。灰土是消石灰粉、粘土加水拌和夯實(shí)而成。 (iv)．加固含水的軟土地基 生石灰塊可以直接用來(lái)加固含水的軟土地基，俗稱石灰樁。 (v)．無(wú)熟料水泥和硅酸鹽 制品 (vi)．磨制生石灰粉 生石灰粉是將塊狀生石灰磨細(xì)而成，在使用前先經(jīng)加水消化成石灰漿。生石灰粉的細(xì)度一般要求在 毫米篩篩余不超過(guò) 18％。如果生石灰粉加水后立即使用，其凝結(jié)硬化快，而且由于水灰比較低，硬化后密實(shí)度、強(qiáng)度和抗水性都較高。 例 指出下列哪一個(gè)不是石灰在建筑工程中的應(yīng)用（ ） A、 建筑粉刷 B、加固含水的軟土地基 C、磨制生石灰粉 D、制作模型或雕塑 答案為（ D）， 、水玻璃 水玻璃俗稱泡化堿，是一種水溶性硅酸鹽，由堿金屬氧化物和二氧化 硅組成，如硅酸鈉和硅酸鉀等。硅酸鈉是建筑上常用的水玻璃，其水溶液為無(wú)色或淡綠色粘稠液體。 水玻璃溶液在空氣中吸收二氧化碳形成無(wú)定形硅膠，并逐漸干燥而硬化，其化學(xué)反應(yīng) 式為： 上述反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行很慢，為加速硬化，常在水玻璃中加入促硬劑如氟硅酸鈉，促使硅酸凝膠加速析出，其中氟硅酸鈉的適宜 摻量一般為水玻璃質(zhì)量的 (12～ 15)％。 水玻璃的應(yīng)用： （ 1）耐酸混凝土 應(yīng)用水玻璃作膠結(jié)料，氟硅酸鈉作促硬劑，可以配制耐酸混凝土。 (2)耐熱混凝土 應(yīng)用水玻璃作膠結(jié)料，摻人促硬劑氟硅酸鈉，可以配制耐熱混凝土，極限使用溫度可以達(dá)到 1200℃ 。 (3)灌漿材料 水玻璃可以作為灌漿材料，用于地基加固。 另外，水玻璃可以用來(lái)配制速凝劑，用于工程搶修、堵漏等，還可以用來(lái)涂刷材料表面，提高密實(shí)性和抗風(fēng)化能力等等。 第十三講 混凝土 一、內(nèi)容 提要： 本講主要是講解混凝土組成材料，混凝土配合比的設(shè)計(jì)，新拌混凝土的性能，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，混凝土的耐久性與變形性，混凝土的外加劑及混凝土的摻和料。 二、本講的重點(diǎn)是： 混凝土配合比的設(shè)計(jì)，新拌混凝土的性能，混凝土的強(qiáng)度等級(jí) 本講的難點(diǎn)是：混凝土配合比的設(shè)計(jì)中的試配和調(diào)配，新拌混凝土的工作性的測(cè)定，硬化混凝土的變形性等問(wèn)題。 三、內(nèi)容講解： 概述： 定義：從廣義上講，混凝土是指由膠凝材料、骨料和水按適當(dāng)?shù)谋壤浜稀柚瞥傻幕旌衔铮?jīng)一定時(shí)間后硬化而成的人造石材。目前使用最 多的是以水泥為膠凝材料的混凝土，稱為水泥混凝土。 混凝土的分類：（ 按其表觀密度的大小） 普通混凝土：表觀密度為 2100～ 2500kg／ m3，一般多在 2400kg／ m。左右。 輕混凝土：表觀密度小于 1950kg／ m3。 可用作結(jié)構(gòu)混凝土、保溫用混凝土以及結(jié)構(gòu)兼保溫混凝土。 重混凝土：表觀密度 2600kg／ m3以上。 主要用作核能工程的屏蔽結(jié)構(gòu)材料。 如按照膠凝材料種類分，混凝土又可分為：水泥混凝土、瀝青混凝土、聚合物水泥混凝土、樹(shù)脂混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸鹽混凝土等。 按照生產(chǎn)和施工方法 進(jìn)行分類，混凝土又可以分為商品混凝土 (又稱預(yù)拌混凝生 )、泵送混凝土、噴射混凝土、壓力灌漿混凝土 (又稱預(yù)填骨料混凝土 )、擠壓混凝土、離心混凝土、真空吸水混凝土、碾壓混凝土、熱拌混凝土等。 現(xiàn)在也有按照混凝土強(qiáng)度的大小來(lái)分，一般抗壓強(qiáng)度低于 30MPa 的混凝土稱為低強(qiáng)混凝土，抗壓強(qiáng)度高于 60MPa(包括 60MPa)的混凝土稱為高強(qiáng)混凝土，如果抗壓強(qiáng)度大于或等于 100MPa 的混凝土，則稱為超高強(qiáng)混凝土。按配筋材料來(lái)分，混凝土又可以分為素混凝土 (又稱無(wú)筋混凝土 )、鋼筋混凝土、鋼絲網(wǎng)混凝土、纖維混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等。 普通混凝土組成材料 普通混凝土主要是由水泥、水和天然的砂、石骨料所組成的復(fù)合材料，通常還摻入一定量的摻合料和外加劑。混凝土組成材料中，砂、石是骨料，對(duì)混凝土起骨架作用，水泥和水形成水泥漿體，包裹在粗、細(xì)骨料的表面并填充骨料之間的空隙。在混凝土凝結(jié)、硬化以前，水泥漿體起著潤(rùn)滑作用，賦予混凝土拌合物流動(dòng)性，便于施工；在混凝土硬化以后，水泥漿體起著膠粘劑作用，將砂、石骨料粘結(jié)成為一個(gè)整體，使混凝土產(chǎn)生強(qiáng)度，成為堅(jiān)硬的人造材料。 水泥 水泥是混凝土中最重要的組分，是混凝土中的膠凝材料，普通混凝土 正是通過(guò)水泥將砂、石骨料等固化成為具有一定強(qiáng)度的整體。 配制混凝土首先應(yīng)該根據(jù)混凝土工程的性質(zhì)與特點(diǎn)、工程所處環(huán)境及施工條件，結(jié)合水泥的特性，合理地選用水泥品種。 其次，水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇應(yīng)該與混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相適應(yīng)，原則上低強(qiáng)度等級(jí)混凝土選用低強(qiáng)度等級(jí)的水泥，高強(qiáng)度混凝土應(yīng)選用強(qiáng)度等級(jí)高的水泥，對(duì)于普通混凝土來(lái)說(shuō)，一般是以水泥強(qiáng)度等級(jí)為混凝土強(qiáng)度等級(jí)的 倍為宜，高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土可取一倍左右。 如果采用低強(qiáng)度等級(jí)水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，為了滿足強(qiáng)度要求，必然導(dǎo)致水泥用量過(guò)多，這不僅不經(jīng) 濟(jì)，而且會(huì)引起混凝土收縮和水化熱增大，對(duì)于大體積混凝土，使得混凝土溫升增大，影響到混凝土強(qiáng)度的發(fā)展及耐久性能。同時(shí)由于混凝土強(qiáng)度高，水泥用量大，則水灰比一般比較小，使得混凝土和易性變差，施工困難，混凝土質(zhì)量難以保證。反之，如果采用高強(qiáng)度等級(jí)水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，也是既不經(jīng)濟(jì)又不合理。從強(qiáng)度考慮，用高強(qiáng)度等級(jí)水泥可以配制出低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，而且水泥用量比較少。但是如果水泥用量太少，混凝土中漿體量很少，這勢(shì)必會(huì)影響到新拌混凝土和易性和硬化混凝土耐久性。 骨料 混凝土用骨料按其粒徑大小分為細(xì)骨 料和粗骨料兩種，粒徑小于 5mm 的骨料稱為細(xì)骨料，粒徑大于 5mm 的骨料稱為粗骨料。普通混凝土用骨料通常細(xì)骨料是指普通砂，粗骨料則是指碎石、卵石或碎卵石。 （ 1）細(xì)骨料 細(xì)骨料是指在自然條件作用下形成，粒徑小于 5mm 的巖石骨料。按照來(lái)源，細(xì)骨料可以分為河砂、海砂和山砂。一般混凝土中大都采用河砂。按照細(xì)度模數(shù)，砂又可以分為粗砂、中砂和細(xì)砂以及特細(xì)砂。 普通混凝土用細(xì)骨料的質(zhì)量要求，主要應(yīng)該控制以下幾個(gè)指標(biāo)： （ i）顆粒級(jí)配：砂顆粒級(jí)配的優(yōu)劣、粒度的粗細(xì)既影響混凝土技術(shù)性能，也影響混凝土中水泥用量。顆粒級(jí)配 是評(píng)定砂質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。在配制混凝土?xí)r，當(dāng)砂用量一定時(shí)，如果采用粗砂，其總表面積小，因此需要包裹砂顆粒表面的水泥漿量少；采用細(xì)砂時(shí)，則其總表面積增大，在混凝土中需要包裹砂粒表面的水泥漿量多，因此當(dāng)混凝土拌和物的和易性一定時(shí)，用粗砂拌制混凝土所需水泥用量比用細(xì)砂節(jié)省。但是在拌制混凝土?xí)r，并不是砂子越粗越好，砂子太粗，會(huì)導(dǎo)致混凝土泌水、離析等現(xiàn)象，從而影響混凝土和易性。 砂的粗細(xì)程度，以細(xì)度模數(shù)表示，細(xì)度模數(shù)通常采用篩分析法進(jìn)行測(cè)定。砂篩分析法是用一套孔徑為 、 、 、 、 及 的標(biāo)準(zhǔn)篩，稱取烘干的砂樣 500 克，由粗到細(xì)依次過(guò)篩，然后計(jì)算各篩上分計(jì)篩余百分率 (各篩上的篩余量占砂樣總重量的百分率，以 ai表示 )以及各篩上的累計(jì)篩余百分率 (即各篩與比該篩粗的所有篩的分計(jì)篩余百分率之和，以 Ai表示， 普通混凝土的砂的細(xì)度模數(shù)范圍一般在 ~,其中采用中砂較好。 我國(guó)《普通混凝土用砂質(zhì)量及檢驗(yàn)方法》 (JGJ52— 92)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，按照 孔徑篩的累計(jì)篩余百分率，將砂劃分為三個(gè)級(jí)配區(qū)，見(jiàn)下表。普通混凝土用砂，其顆粒級(jí)配應(yīng)該處于表中某一級(jí)配區(qū)。在工程中，混凝土所用砂的實(shí)際顆粒級(jí)配除了 和 的累計(jì)篩余百分率以外，其余號(hào)篩的累計(jì)篩余百分率可以稍有超出分界線，但超出部分的總百分率不應(yīng)大于 5％。 (ii) 含泥量和泥塊含量：嚴(yán)重影響砂的質(zhì)量，從而影響混凝土的性能。砂的含泥量是指砂中含有粒徑小于 的粘土、淤泥與巖屑的質(zhì)量總和占砂總質(zhì)量的百分率；泥塊含量則是指經(jīng)過(guò)水浸后，粒徑大于 的塊狀粘土的質(zhì)量總和占砂總質(zhì)量的百分率。對(duì)于普通混凝土用砂，砂中的含泥量