每個行業的從業人員都有其應知應會的“基礎知識”或“基本技能”,對於吃“建築”這碗飯的人來說,建築材料基礎知識就屬於這類“應知應會”的知識!
建築材料的概念
所謂建築材料,就是一切能夠構成工程實體(包括建築物和構築物)的材料的統稱。它們是一切土木建築工程建設的物質基礎。
掌握建築材料的品種、性質以及這些性質的變化規侓並能正確使用,這對保證工程建設的技術經濟效果極為重要!
建築材料的分類
建築材料的品種很多,一般分為金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料又分為黑色金屬(鋼、鐵)和有色金屬(黑色金屬以外的所有其他金屬);而非金屬材料按其化學成分,又有無機材料與有機材料之分。但目前更為通用和推崇的建築材料分類方法是按其在建築物中所發揮的主要作用進行分類的,既分為結構性建築材料、裝飾性建築材料和功能性建築材料三類。
因篇幅原因,這裡只介紹幾種最重要、最常用的結構性建築材料知識,為從業者提供幫助。
一、水泥:
水泥是一種呈粉末狀、與水混合後經過物理化學過程能由可塑性漿體變成堅硬的石狀體,並能將散狀材料膠結成整體的無機、水硬性膠凝材料。其主要生產原材料為石灰石、粘土和鐵礦粉。
1、水泥的品種:
水泥的品種按水泥的主要水硬性物質名稱可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫酸鹽水泥、氟鋁硫酸鹽水泥、磷酸等。
按水泥的用途和性質還可分為通用水泥和特種水泥。
目前我國在建築工程中最常用的是通用硅酸鹽水泥:它是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏及規定的混合材料製成的水硬性膠凝材料。按混合材料的品種和摻量,通用硅酸鹽水泥可分為(1)硅酸鹽水泥;(2)普通硅酸鹽水泥;(3)礦渣硅酸鹽水泥;(4)火山灰硅酸鹽水泥;(5)粉煤灰硅酸鹽水泥;(6)複合硅酸鹽水泥。
2、水泥的主要技術要求有:
(1)凝結時間:分“初凝時間”和“終凝時間”:
初凝時間是指從水泥加水拌和時起至水泥漿開始失去可塑性之間所需的這段時間;終凝時間是指從水泥加水拌和起至水泥漿完全失去可塑性並開始產生強度所需的時間。
上述(1)~(6)六大常用品種水泥的初凝時間均不得短於45分至鍾;硅酸鹽水泥的終凝時間不得長於6、5小時,其他五類常用水泥的終凝時間不得長於10小時。
(2)體積安定性:指水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻性。
不均勻的體積變化,將會使水泥石開裂,導致混凝土構件產生膨脹性裂縫(實驗室通常採用“沸煮法”檢驗其是否合格)。
(3)強度及強度等級:水泥的強度是評價和選用水泥的重要指標,也是劃分水泥強度等級的重要依據。
各品種水泥強度等級如下:
硅酸鹽水泥:42.5;42.5R; 52.5;52.5R;62.5;62.5R.
普通硅酸鹽水泥:42.5;42.5R;52.5;52.5R.
礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、:32.5;32.5R;42.5;42.5R;52.5;52.5R.
複合硅酸鹽水泥:32.5R;42.5;42.5R;52.5;525R.
二、建築鋼材:
鋼材是以鐵為主要元素,含碳量在0.02%~2.06/%之間,並含有其他元素的合金材料。按化學成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。
建築鋼材的主要鋼種有碳素結構鋼、優質碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼。
碳素結構鋼的牌號主要有Q195、Q215、Q235、Q275;字母Q代表鋼的屈服強度,後面的數字為屈服強度值,並根據磷、硫雜質的含量多少分為A、B、C、D四個質量等級。
鋼的脫氧方法分為沸騰鋼(F)、鎮靜鋼(Z)、特殊鎮靜鋼(TZ)。
常用的建築鋼材按其使用用途一般分鋼結構用鋼、鋼筋混凝土結構用鋼和建築裝飾用鋼材製品。
1、鋼結構用鋼:主要包括熱軋成型的鋼板和型鋼等。
鋼板分為厚鋼板(厚度大於4mm)和薄鋼板(厚度小於4mm).。
型鋼主要有工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、角鋼等。
2、鋼管混凝土結構用鋼:所謂鋼管混凝土結構就是在薄壁鋼管內填充普通混凝土而形成的複合結構,
其截面形狀有方形、圓形和多邊形。所用薄壁鋼管有焊接(直縫焊接、螺旋縫焊接)管和無縫鋼管。
3、鋼筋混凝土結構用鋼:主要有熱軋鋼筋、預應力混凝土熱處理鋼筋及鋼絲、鋼絞線等。
熱軋鋼筋主要有熱軋光圓鋼筋(HPB)和熱軋帶肋鋼筋(HRB)兩種。
熱軋鋼筋的牌號按其屈服強度標準值可分為HPB300(光圓鋼筋)和HRB335、HRB400、HRBF400、RRB400、
HRB500、HRBF500(以上均為熱軋帶肋鋼筋);其中HRB為普通熱軋鋼筋,HRBF為細晶粒熱軋鋼筋,RRB為餘熱處理鋼筋。
在有較高抗震要求的設計中,宜採用熱軋帶肋鋼筋牌號後加"E"的鋼筋品種(如HRB400E等)。
抗震設計鋼筋除應符合相應鋼筋牌號的屈服強度標準值和抗拉強度標準值以外,尚應滿足以下要求:
(1)鋼筋實測抗拉強度與實測屈服強度之比不小於1.25;
(2)鋼筋實測屈服強度與鋼筋屈服強度標準值之比不大於1.30;
(3)鋼筋的最大力總伸長率不小於9%。
4、建築裝飾用鋼材製品:主要有不鏽鋼製品和鍍鋅輕鋼龍骨等
(1)不鏽鋼:是指含鉻量在12%以上的鐵基合金鋼。鉻的含量越高,抗腐蝕性就越好。
用於建築裝飾的不鏽鋼材主要有厚度小於2mm的薄板及用薄板加工製成的管材、型材等;
(2)輕鋼龍骨:就是以鍍鋅鋼帶或薄鋼板為原料經多道工藝軋製而成的斷面呈U、C、T、L形的薄壁杆件。
按使用部位分為吊頂龍骨和牆體龍骨。主要用於裝配各種類型的石膏板、鈣塑板、吸音板等。
三、混凝土(工程簡化為砼)
從工程簡化字就可看出,混凝土是一種人工石,一般由水泥、砂、石和水組成。有時為了改善混凝土的某些性能,還時常加入一些適量的外加劑和摻合料等。
1、混凝土的組成材料及技術要求
(1)水泥
水泥的主要技術要求如前所述。
水泥強度等級的選擇一般以混凝土強度等級的1.5~2.0倍為宜。對高強度混凝土可取0.9~1.5倍。
(2)細骨料
粒徑在4.75mm以下的骨料成為細骨料,在普通混凝土中指的是砂。
砂可分為天然砂和人工砂。
天然砂包括河砂、湖砂、海砂(淡化海砂)和山砂。
人工砂是指經除土處理的機制砂和混合砂。
工程中尤以河砂(乾淨且符合有關技術標準的要求)最為常用。
砂按其顆粒的粗細程度(通常用細度模數表示)可分為粗、中、細三級。
混凝土用砂要求潔淨,砂中所含有的泥塊、雲母、有機物等有害雜質規範都做了相應規定,不做贅述。
(3)粗骨料
粒徑大於5mm的骨料稱為粗骨料,普通混凝土常用的粗骨料有碎石和卵石。
由天然岩石或卵石經破碎、篩分而得的粗骨料稱為碎石或碎卵石,由自然條件作用而形成的粗骨料稱為卵石。
混凝土用粗骨料的技術要求
a、顆粒級配及最大粒徑:
顆粒級配分連續粒級和單粒級兩種。以連續級配使用較多。
粗骨料中公稱粒徑的上限稱為最大粒徑,在滿足技術要求的前提下粗骨料的最大粒徑儘量大些為宜,以節約水泥。
但在鋼筋混凝土結構中,粗骨料的最大粒徑不得超過結構截面最小尺寸的1/4,同時不得大於鋼筋間最小淨距的3/4。對於混凝土實心板可允許最大粒徑達到板厚的1/3,但不得超過40mm。
對於泵送混凝土,碎石的最大粒徑應不大於輸送管徑的1/3,卵石的粒徑應不大於輸送管徑的1/2.5。
b、粗骨料的強度
用於製作粗骨料的岩石強度與混凝土強度等級之比不應小於1.5。
c、粗骨料的有害雜質及針、片狀顆粒
粗骨料中所含泥塊、淤泥、硫化物、有機物等有害物質及骨料中針、片狀的顆粒含量過大均會影響混凝土的質量,故有關規範都做了相應規定,應認真執行。
(4)水
混凝土的拌和及養護用水的水質必須符合《混凝土用水標準》JGJ63—2006的有關規定,且混凝土拌合用水不應有漂浮明顯的油脂和泡沫,不應有明顯的顏色和異味。
未經處理的海水不得用於鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構工程。
在無法獲得水源的情況下,海水可用於素混凝土,但不宜用於裝飾混凝土。
(5)外加劑:
外加劑是為改變混凝土的某些性能而摻加的某種材料,目前在工程中已得到廣泛應用,有人稱之為混凝土的第五組份,摻量一般不大於水泥用量的5%。具體摻量應由試驗確定。
外加劑包括減水劑、早強劑、抗凍劑、膨脹劑等。
外加劑的質量及使用應嚴格遵守《混凝土外加劑》GB8076—2008、《混凝土外加劑應用技術規範》GB50119—2013等相關技術標準。
2、混凝土的技術性能
(1)混凝土拌合物的和易性:
混凝土在未凝結硬化前稱為混凝土拌合物(也稱新拌混凝土)。
混凝土拌合物的和易性,又稱工作性,是一項綜合技術性質,包括流動性、粘聚性、和保水性三方面的含義。是在施工操作過程中能獲得質量均勻、成型密實的性能。
工程中常用塌落度試驗來測定拌合物的流動性指標,粘聚性和保水性則主要通過目測和經驗進行評定。
(2)混凝土的強度等級:
混凝土的強度等級是按混凝土立方體抗壓標準強度來劃分的,普通混凝土劃分為C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80共14個強度等級,其強度單位為MPa。
混凝土的軸心抗壓強度一般要小於立方體抗壓強度,當立方體抗壓強度在10~55MPa範圍內時,軸心抗壓強度是立方體抗壓強度的70%~80/%,
混凝土的抗拉強度很小,一般只有抗壓強度的1/20~1/10。
(3)混凝土的變形性能:
混凝土的變形主要分為兩大類:既非荷載型變形和荷載型變形。
非荷載型變形是指物理化學因素引起的變形。包括溫度變形、幹縮變形等。
荷載型變形又可分為短期荷載作用下的變形和長期荷載作用下的變形(徐變)。
(4)混凝土的耐久性
耐久性是指混凝土抵抗環境介質作用並長期保持其良好的使用性能和外觀完整性的能力。它是一個綜合性概念,包括抗滲、抗凍、抗侵蝕、碳化及混凝土中的鋼筋鏽蝕等所造成的影響。
混凝土的抗滲性能用抗滲等級來表示分為P4、P6、P8、P10、P12和大於P12共六個等級。
混凝土的抗凍性能用抗凍等級來表示分為F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350、F400和大於F400共九個等級。凡抗凍等級在F50以上的混凝土均稱為抗凍混凝土。
混凝土的抗侵蝕性是指在處於侵蝕性介質環境中(如:硫酸鹽、碳酸鹽、酸、鹼溶液、海水等)所具有的抗侵蝕能力。
混凝土的碳化是指環境中的二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣作用而生成碳酸鈣和水,使混凝土的鹼度降低,削弱了混凝土對鋼筋的保護作用而使鋼筋鏽蝕。碳化還可增加混凝土的收縮而導致抗拉、抗折強度降低。
另外,鋼筋的混凝土保護層厚度也對鋼筋的鏽蝕、混凝土的耐久性產生影響,施工中必須加以重視!
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