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.建筑砂浆叶春晓
定义建筑砂浆——是由胶凝材料、细骨料和水按适当比例配制而成的材料。又称无粗骨料混凝土。用途:砖石结构中,砂浆可以把砖、石块、砌块胶结成砌体。墙面、地面及钢筋混凝土梁、柱等结构表面需要用砂浆抹面,起到保护结构和装饰作用。镶贴大理石、水磨石、陶瓷面砖、马赛克以及制作钢丝网水泥等都要使用砂浆。
砂浆分类根据用途:砌筑砂浆抹面砂浆装饰砂浆特种砂浆根据胶结材料:水泥砂浆石灰砂浆混合砂浆(水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆及石灰粘土砂浆等)。
砌筑砂浆用于砌筑砖、石等各种砌块的砂浆称为砌筑砂浆。它起着粘结砌块,传递荷载的作用,是砌体的重要组成部分。组成材料:水泥砂石灰粉煤灰微沫剂(减水剂+引气剂)
砌筑的长城
山西祁县乔家大院
砌筑的中世纪城堡
5.1.1砌筑砂浆的技术性质新拌砂浆应具有良好的和易性。以易在粗糙的砖石基面上铺抹成均匀的薄层,而且能够和底面紧密粘结。硬化后的砂浆应具有所需的强度和对基面的粘结力,而且其变形不能过大。
1、流动性定义——砂浆的流动性也称稠度,是指在自重或外力作用下流动的性能。影响砂浆的流动性——如胶凝材料用量、用水量、砂子级配和粗细、搅拌时间及塑化剂掺量等。砂浆的流动性的评定:用砂浆稠度仪测定其稠度值(即沉入量)来表示砂浆的流动性。
2、保水性定义——新拌砂浆能够保持水分的能力叫做保水性。保水性也指砂浆中各项组成材料不易离析的性质。砂浆的保水性的评定:用分层度(mm)表示,用分层度仪测定。分层度过大,表示砂浆易产生分层离析,不利于施工及水泥硬化。水泥砂浆分层度不应大于30mm,水泥混合砂浆不应大于20mm,分层度值接近于零的砂浆,容易产生干缩裂缝。
5.1.2砂浆的强度砂浆的强度等级是以边长为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体,按标准条件下养护至28天的抗压强度的平均值并考虑具有95%强度保证率而确定。砂浆的强度等级有:M2.5、M5、M7.5、M10、M15、M20等六个等级。砂浆的强度随其组成材料的种类和砌筑层吸水性的不同而变化较大。
砂浆强度公式Ⅰ用于不吸水基层(如密实的石材):fm,o=0.29fce(C/W-0.4)式中fm,o───砂浆28d抗压强度(MPa);fce──水泥的实测强度(MPa);C/w───灰水比。
Ⅱ用于吸水基层(如粘土砖及其它多孔材料)由于基层吸水,砂浆的强度主要取决于水泥强度与水泥用量,而与水灰比无关。fm,o=AfceQc/1000+B式中Qc───每立方米砂浆的水泥用量(kg);A、B──砂浆特征系数,根据下表选用。砂浆品种AB水泥混合砂浆1.5-4.25水泥砂浆1.033.5
5.1.3粘结力:砖石砌体是靠砂浆把块状的砖石材料粘结成为坚固的整体。为保证砌体的强度、耐久性及抗震性等,要求砂浆与基层材料之间应有足够的粘结力。一般砂浆的抗压强度越高,它与基层的粘结力也越大。此外,砖石表面状况、清洁程度、湿润状况以及施工养护条件等都直接影响砂浆的粘结力。5.1.4砂浆的变形砂浆在承受荷载、温度变化或湿度变化时,均会产生变形,如果变形过大或不均匀,都会引起沉陷或裂缝,降低砌体质量。轻
5.2.1砌筑砂浆的组成材料(1)胶结料及掺加料砌筑砂浆常用的胶凝材料有水泥、石灰膏、建筑石膏等。砌筑砂浆用水泥的强度等级应根据设计要求进行选择。水泥砂浆采用的水泥,其强度等级不宜大于32.5级;水泥混合砂浆采用的水泥,其强度等级不宜大于42.5级。为改善砂浆和易性,降低水泥用量,往往在水泥砂浆中掺入部分石灰膏、粘土膏或粉煤灰等,这样配制的砂浆称水泥混合砂浆。这些材料不得含有影响砂浆性能的有害物质,含有颗粒或结块时应用3mm的方孔筛过滤。消石灰粉不得直接用于砌筑砂浆中。
(2)细集料砌筑砂浆用砂宜选用中砂,其中毛石砌体宜选用粗砂。砂的含泥量不应超过5%。强度等级为M2.5的水泥混合砂浆,砂的含泥量不应超过10%。(3)对外加剂的要求与混凝土中掺加外加剂一样,为改善砂浆的某些性能,也可加入塑化、早强、防冻、缓凝等作用的外加剂。一般应使用无机外加剂,其品种和掺量应经试验确定。(4)砂浆用水的要求与混凝土的要求相同。
5.2.2砌筑砂浆的配合比设计砌筑砂浆要根据工程类别及砌体部位的设计要求,选择砂浆的强度等级,再按砂浆等级来确定其配合比。砂浆配合比的确定:A、查表法——查阅有关手册或资料来选择;B、计算法——对重要工程用的砂浆,可根据《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ/T98-96),按下列步骤计算
砌筑砂浆配合比设计的步骤:1、确定砂浆的配制强度(fm,o)fm,o=fm,k+0.645σ式中fm,o───砂浆的配制强度(MPa);fm,k───砂浆设计强度(MPa);σ──砂浆现场强度标准差,可根据表6-27选用。
2、确定每立方米砂浆中的水泥用量(Qc)fm,o=AfceQc/1000+BQc=1000(fm,o-B)/Afce式中Qc───每立方米砂浆的水泥用量,Kg/m3fm,o───砂浆的试配强度(MPa);A、B───砂浆的特征系数A=3.03B=-15.09fce───水泥的实测强度(MPa)。当计算出水泥砂浆中的水泥用量不足200Kg/m3时,应按200Kg/m3取用。
3、确定水泥混合砂浆的掺合料用量(QD)QD=QA-QC式中QD───每m3砂浆的掺合料用量(Kg/m3);QC───每m3砂浆的水泥用量(Kg/m3);QA───每m3砂浆中胶结材料和掺合料的总量(Kg/m3),一般应在300~350(Kg/m3)之间。
4、确定每立方米砂浆中的砂子用量(Qs)Qs=ρ0干(1+β)式中Qs───每立方米砂浆的砂子用量(kg);ρ0干──砂干燥状态的堆集密度(Kg/m3)β——砂子的含水率(%)
5、根据砂浆稠度要求确定用水量(Qw)每立方米砂浆中的用水量,可根据经验或按表6-28选用。1m3砂浆中用水量选用值砂浆品种混合砂浆水泥砂浆用水量(kg/m3)260~300270~330
砂浆配合比的试拌调整无论是查表或是计算所得的砂浆配合比,都必须经过试配,试配时进行必要的调整。达到:和易性强度符合要求且水泥用量较少的砂浆配合比。
例5-1某工程用砌砖砂浆设计强度等级为M10、要求稠度为80~100㎜的水泥石灰砂浆,现有砌筑水泥的强度为32.5MPa,细集料为堆积密度1450kg/m3的中砂,含水率为2%,已有石灰膏的稠度为100mm;施工水平一般。计算此砂浆的配合比。解根据已知条件,施工水平一般的M10砂浆的标准差σ=2.5MPa(表5-3),则此砂浆的试配强度为fm,0=f2+0.645σ=10+0.645×2.5=11.6MPa计算水泥用量由A=3.03,B=-15.09Qc=1000(11.6+15.09)/3.03×32.5=271kg/m3计算石灰膏用量QDQA=330㎏QD=QA一Qc=330-271=59kg/m3
查表5-4得稠度为100mm石灰膏换算为120mm时需乘以0.97,则应掺加石灰膏量为59×0.97=57kg/m3砂用量为Qs=1×ρ0干=1450×(1+0.02)=1479kg/m3选择用水量为300kg/m3则砂浆的设计配比为:水泥:石灰膏:砂:水=271:57:1479:300该砂浆的设计配比亦可表示为:水泥:石灰膏:砂=1:0.21:5.46,用水量为300kg/m3
【例】设计用于砌筑砖墙的M7.5等级,稠度70~100mm的水泥石灰砂浆的配合比。采用425号普通硅酸盐水泥;含水率为2%的中砂,其堆集密度为1450Kg/;石灰膏;施工水平一般。
5.3.1抹面砂浆凡涂抹在建筑物或建筑构件表面的砂浆,统称为抹面砂浆。根据其功能的不同,可分为普通抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆及其它特种砂浆(如绝热、耐酸、防射线砂浆等)。抹面砂浆的组成材料与砌筑砂浆基本相同。但为了防止砂浆层的开裂,有时需要加入一些纤维材料;有时为了使其具有某些功能需加入特殊骨料或掺合料。
5.3.2装饰砂浆涂抹在建筑物内外墙表面,能具有美观装饰效果的抹面砂浆统称为装饰砂浆。装饰砂浆的面层,要选用具有一定颜色的胶凝材料和骨料以及采用某些特殊的操作工艺,使表面呈现出不同的色彩、线条与花纹等装饰效果。装饰砂浆所采用的胶凝材料有普通水泥、白水泥和彩色水泥,以及石灰、石膏等。骨料常采用大理石、花岗岩等带颜色的碎石渣或玻璃、陶瓷碎粒。
装饰砂浆的几种做法1、 拉毛是在水泥砂浆或水泥混合砂浆抹灰中层上,抹上水泥混合砂浆、纸筋石灰或水泥石灰浆等,并利用拉毛工具将砂浆拉出波纹和斑点的毛头,做成装饰面层。一般适用于有声学要求的礼堂、剧院等室内墙面,2、 水刷石是用颗粒细小(约5mm)的石渣所拌成的砂浆做面层,待表面稍凝固后立即喷水冲刷表面水泥浆,使其半露出石渣。水刷石多用于建筑物的外墙装饰,具有天然石材的质感,经久耐用。
3、干粘石干粘石是将彩色石粒直接粘在砂浆层的一种装饰抹灰做法。4、 斩假石斩假石又称剁斧石,是在水泥砂浆基层上涂抹水泥石粒浆,待硬化后,用剁斧、齿斧及各种凿子等工具剁出有规律的石纹,使其形成天然花岗石粗犷的效果。主要用于室外柱面、勒脚、栏杆、踏步等处的装饰。
砂浆例5-1新拌砂浆的和易性包括哪两方面含义?如何测定?解砂浆的和易性包括流动性和保水性两方面的含义。砂浆流动性是指砂浆在自重或外力作用下产生流动的性质,也称稠度。流动性用砂浆稠度测定仪测定,以沉入量(㎜)表示。砂浆的保水性是指新拌砂浆保持其内部水分不泌出流失的能力。砂浆的保水性用砂浆分层度仪测定,以分层度(㎜)表示。
[评注]影响砂浆稠度、分层度的因素很多,如胶凝材料种类及用量、用水量,砂子粗细和粒形、级配、搅拌时间等。为提高水泥砂浆的保水性,往往掺入适量的石灰膏。
例5-2影响砂浆抗压强度的主要因素有哪些?解砂浆的强度除受砂浆本身的组成材料及配比影响外,还与基层的吸水性能有关。对于不吸水基层(如致密石材),这时影响砂浆强度的主要因素与混凝土基本相同,即主要决定于水泥强度和水灰比。对于吸水基层(如粘土砖及其他多孔材料),这时由于基层能吸水,当其吸水后,砂浆中保留水分的多少取决于其本身的保水性,而与水灰比关系不大。因而,此时砂浆强度主要决定于水泥强度及水泥用量。
[评注]对于不吸水基层和吸水基层影响砂浆抗压强度的主要因素原则上是一致的。虽然对于吸水基层表面上与水灰比无关,但实际上有关。这是因为,砌筑吸水性强的材料的砂浆具有良好的保水性,因此无论初始拌合用水量为多少,经被砌材料吸水后,保留在砂浆内的水量基本上为一恒定值,即水灰比W/C基本不变,所以水泥用量提高,就意味着砂浆最终的真实水灰比(该水灰比不再会发生变化)降低。
例5-3某工程用砌砖砂浆设计强度等级为M10、要求稠度为80~100㎜的水泥石灰砂浆,现有砌筑水泥的强度为32.5MPa,细集料为堆积密度1450kg/m3的中砂,含水率为2%,已有石灰膏的稠度为100mm;施工水平一般。计算此砂浆的配合比。解根据已知条件,施工水平一般的M10砂浆的标准差σ=2.5MPa(表5-3),则此砂浆的试配强度为fm,0=f2+0.645σ=10+0.645×2.5=11.6MPa
查表5-4得稠度为100mm石灰膏换算为120mm时需乘以0.97,则应掺加石灰膏量为59×0.97=57kg/m3砂用量为Qs=1×ρ0干=1450×(1+0.02)=1479kg/m3选择用水量为300kg/m3则砂浆的设计配比为:水泥:石灰膏:砂:水=271:57:1479:300[评注]该砂浆的设计配比亦可表示为:水泥:石灰膏:砂=1:0.21:5.46,用水量为300kg/m3
例5-4普通抹面砂浆的主要性能要求是什么?不同部位应采用何种抹面砂浆?解抹面砂浆的使用主要是大面积薄层涂抹(喷涂)在墙体表面,起填充、找平、装饰等作用,对砂浆的主要技术性能要求不是砂浆的强度,而是和易性和与基层的粘结力。
普通抹面一般分两层或三层进行施工,底层起粘结作用,中层起找平作用,面层起装饰作用。有的简易抹面只有底层和面层。由于各层抹灰的要求不同,各部位所选用的砂浆也不尽同。砖墙的底层较粗糙,底层找平多用石灰砂浆或石灰炉渣灰砂浆。中层抹灰多用粘结性较强的混合砂浆或石灰砂浆。面层抹灰多用抗收缩、抗裂性较强的混合砂浆、麻刀灰砂浆或纸筋石灰砂浆。
[评注]板条墙或板条顶棚的底层抹灰,为提高抗裂性,多用麻刀石灰砂浆。混凝土墙、梁、柱、顶板等底层抹灰,因表面较光滑,为提高粘结力,多用混合砂浆。在容易碰撞或潮湿的部位,应采用强度较高或抗水性好的水泥砂浆。
例5-5何谓防水砂浆?如何配制防水砂浆?解防水砂浆是指通过调整砂浆配比,采用特定的施工工艺使砂浆硬化后具有良好的防水、抗渗性能的水泥砂浆。在普通水泥砂浆中掺入一定量的防水剂而制得的防水砂浆,是应用最广泛的防水砂浆品种。
配制防水砂浆的配合比:其水泥与砂之比约为1:2.5,水灰比应为0.50~0.60,稠度不应大于80㎜。水泥宜选用32.5级以上的普通硅酸盐水泥,砂子应选用洁净的中砂。防水剂掺量按生产厂推荐的最佳掺量掺入,最后需经试配确定。[评注]常加入的防水剂有硅酸钠类、金属皂类、氯化物金属盐及有机硅类等外加剂,使用防水剂前应进行试验确定合理掺量和配制工艺。
例5-6简述什么是保温砂浆?解保温砂浆是以水泥、石灰膏、石膏等胶凝材料与膨胀珍珠岩砂、膨胀蛭石、火山渣或浮石砂、陶砂等轻质多孔骨料按一定比例配制成的砂浆。具有轻质,保温等特性。常用的保温砂浆有水泥膨胀珍珠岩砂浆、水泥膨胀蛭石砂浆、水泥石灰膨胀蛭石砂浆等。
[评注]水泥膨胀珍珠岩砂浆用42.5级普通水泥配制时,其体积比为水泥:膨胀珍珠岩砂=1:12~15,水灰比为1.5~2.0,导热系数为0.067~0.074W/(m·K)。水泥石灰膨胀蛭石砂浆是以体积比为水泥:石灰膏:膨胀蛭石=1:1:5~8配制而成。其导热系数为0.076~0.105W/(m·K)。
自测题一、是非题(在正确的题后括号打“+”,不正确的打“-”)1、砂浆的和易性包括流动性、粘聚性、保水性三方面的含义。()2、用于多孔吸水基面上的砌筑砂浆,其强度主要决定于水泥标号和水泥用量,而与水灰比的大小无关。()二、填充题1、砂浆的和易性包括( )和( )两方面的含义。2、砂浆流动性指标是( ),其单位是( );砂浆保水性指标是( ),其单位是 ( )。3、测定砂浆强度的试件尺寸是( )cm的立方体。在( )条件下养护( )d,测定其( )。
三、计算题1、配制M5.0水泥石灰混合砂浆,选用下列原材料:325#矿渣水泥,ρ′oc=1200kg/;中砂,级配良好、含水率2%,ρ′os=1500kg/;石灰膏:ρo=1350kg/m。求砂浆的配合比,用重量比和体积比两种方法表示。
8.墙体材料
砌墙砖系指以粘土、工业废料或其他地方材料为主要原料,以不同工艺制造的、用于砌筑承重和非承重墙体的墙砖。分类1、按孔隙分普通砖:没有孔洞或孔洞率(砖面上孔洞总面积占砖面积的百分率)小于15%的砖空心砖:孔洞率等于或大于15%2、按生产工艺分烧结砖:经焙烧而制成的砖非烧结砖:通过非烧结工艺制成的,如碳化砖、蒸养砖等
1.烧结砖(一).烧结普通砖以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料,经焙烧而成的普通砖。烧结粘土砖烧结页岩砖烧结煤矸石砖烧结粉煤灰砖
采土配料调制制坯干燥焙烧成品要进行阴干,否则易出现裂缝最为关键的一步,焙烧的火候不同有三种成品欠火砖正火砖过火砖
②烧结普通砖的主要技术性能指标1、尺寸偏差砖的标准尺寸为240×115×53mm,1m3砖砌体需砖512块。
2、外观质量包括两条面高度差、弯曲、杂质凸出高度、缺棱掉角、裂纹、完整面、颜色等项内容。3、泛霜是由于砖原料中的可溶性盐因水分蒸发而产生。4、石灰爆裂是指烧结砖的原料中夹杂着石灰石,焙烧时被烧成生石灰块,在使用过程中生石灰吸水熟化转变为熟石灰,体积膨胀而引起砖裂缝,严重时使砖砌体强度降低,直至破坏。
表7.1烧结普通砖的质量等级划分(GB/T5101—1998)
5、强度砖的强度等级是根据10块砖的抗压强度平均值及强度标准值,分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个强度等级.6、抗风化性能是指材料在干湿变化、温度变化、冻融变化等物理因素作用下不破坏并保持原有性质的能力。
烧结普通砖的特点优点缺点强度高耐久性好价格便宜破坏生态环境尺寸小、施工效率低比强度低自重大、抗震性能差施工以手工为主,难以机械化烧结普通砖比强度为0.006,钢材是它的9倍,混凝土是它的3倍。③
(二).烧结多孔砖和空心砖自重减轻1/3左右节约原料20%~30%节省燃料10%~20%且烧成率高造价降低20%施工效率提高40%并能改善砖的绝热和隔声性能,在相同的热工性能要求下,用空心砖砌筑的墙体厚度可减薄半砖左右。
1、烧结多孔砖是以粘土、页岩、煤矸石和粉煤灰为主要原料,经焙烧而成的孔洞率≥15%,孔小而多的砖。其孔洞垂直于大面,砌筑时要求孔洞方向垂直于承压面。常用于砌筑六层以下的承重墙。
2、烧结空心砖是以粘土、页岩、煤矸石为主要原料,经焙烧而成的孔洞率≥15%,孔的尺寸大而少的砖。其孔洞垂直于顶面,砌筑时要求孔洞方向与承压面平行,主要用于非承重部位。
含钙材料(石灰、电石渣等)含硅材料(砂子、粉煤灰等)水压制成型常压或高压蒸汽养护灰砂砖粉煤灰砖煤渣砖二、非烧结类墙体材料不经焙烧而制成的砖均为非烧结砖,以和与水拌和,经压制成型、常压或高压蒸汽养护而成。
1.蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖是用磨细生石灰和天然砂,经混合搅拌、陈化(使生石灰充分熟化)、轮碾加压成型、蒸压养护(175~191℃,0.8~1.2MPa的饱和蒸汽)而成。灰砂砖的外形尺寸与烧结普通砖相同,颜色有彩色(Co)和本色(N)两类.根据《蒸压灰砂砖》(GB11945—1999)的规定,灰砂砖按其抗压强度和抗折强度分为MU25、MU20、MU15及MU10四个级别,各等级的强度指标应的规定。
2.粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰和水泥为主要原料,掺入适量的石膏、外加剂、颜料和骨料,经坯料制备、压制成型、高压或常压蒸汽养护而制成的实心砖。按抗压强度和抗折强度划分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个强度等级。按外观质量、尺寸偏差、强度和干燥收缩值分为优等品(A)、一等品(B)、合格品(C)。
3.煤渣砖煤渣砖是以煤渣为主要原料加入适量石灰、石膏等材料,经混合、压制成型、整齐或蒸压养护而制成的实心砖。
砌块是用于砌筑的,形体大于砌墙砖的人造块材。它是一种新型墙体材料,可以充分利用地方资源和工业废渣,并可节省粘土资源和改善环境。第二节墙用砌块
按用途分按空心率分按材质分砌块承重砌块非承重砌块实心砌块空心砌块硅酸盐砌块轻骨料混凝土砌块普通混凝土砌块
蒸压加气混凝土砌块是以钙质原料、硅质原料以及加气剂等,经过一系列工序制成的。一、蒸压加气混凝土砌块
1.主要技术要求抗压强度和强度级别;砌块按抗压强度分为A1.0、A2.0、A2.5、A3.5、A5.0、A7.5、A10.0七个强度级别2.应用蒸压加气混凝土砌块质量轻,表观密度约为粘土砖的1/3,据有保温、隔热、隔声性能好、抗震性强、耐火性好、易于加工、施工方便等特点。是用于低层承重墙高层填充墙或维护墙作为保温隔热材料也可用于复合墙板和屋面结构中。
以粉煤灰、石灰、石膏、骨料为原料,经配料、加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而制成的密实砌块。粉煤灰砌块适用于工业与民用建筑的墙体和基础但不适宜用于长期受高温和长期受潮的承重墙。二、粉煤灰砌块
以普通混凝土拌合物为原料,经成型养护而成的空心块体材料。三、普通混凝土小型空心砌块
由水泥、砂、轻粗骨料、水等经搅拌成型而得。四、轻骨料混凝土小型空心砌块
中型砌块的尺寸将近是小型砌块的2倍五、混凝土中型空心砌块
1.预应力混凝土空心墙板2.GRC轻质多孔隔墙条板3.水泥木屑板第三节墙用板材一、水泥类墙用板材
2、玻璃纤维增强水泥轻质多孔隔墙条板玻璃纤维增强水泥(简称GRC)轻质多孔隔墙条板是以低碱水泥为胶结料,耐碱玻璃纤维或其网格布为增强材料,膨胀珍珠岩为轻骨料(也可用炉渣、粉煤灰等),并配以发泡剂和防水剂等,经配料、搅拌、浇筑、振动成型、脱水、养护而成。该板具有质量轻,强度高,防火性好,防水、防潮性好,抗震性好,干缩变形小,制作简便、安装快捷等特点。
3、水泥木屑板以普通水泥或硅酸盐水泥为胶凝材料木屑为主要填料,木丝或木刨花为加筋材料,加入水和外加剂,经平压成型、养护、调湿处理等制成的建筑板材特点:自重小,强度高,防火、防水、防蛀、保温、隔声等主要用于建筑物天棚板、非承重内外墙、壁橱板、地面板等
二、石膏类墙用板材1.纸面石膏板2.石膏空心条板3.石膏纤维板纸面石膏板石膏空心条板
.钢丝网架水泥夹芯板,以芯材不同分为聚苯乙烯泡沫板、岩棉、矿渣棉、膨胀珍珠岩等,面层都以水泥砂浆抹面。此类板材包含了泰柏系列、3D板系列、舒乐舍板钢板网等。泰柏板
轻型夹心板金属面作夹板,以芯材不同分为聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨酯泡沫塑料、岩棉、矿渣棉、酚醛泡沫塑料、玻璃棉等。轻型(彩钢)夹心板
8.建筑钢材钢材是重要的工程材料.本幸主要讲述建筑工程中常用的两奥钢材,普通碳素结构钢和低合金高强度岵构钢.概迷钢的冶炼、加工及分类方法.重点掌握建筑钢材的力学性能、工艺性能及现行国家标准或规范对钢材的性舱及技术要求。阐迷钢的化学成分,所合合金元素等对钢材的性能、质量的影响。介绍钢蛄构及钢筋混凝土蛄构采用的主要钢材品种及特点,如何正确地选材,合理地用材,以及钢材的好蚀成固与防护方法.
建筑钢材是重要的建筑材料。它主要指用于钢结构中各种型材(如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。由于钢材在工厂生产中有较严格的工艺控制,因此质量通常能够得到保证。建筑钢材具有一系列优良的性能.它有较高的强度,有良好的塑性和韧性,能承受冲击和振动荷载;可以焊接或铆接,易于加工和装配,所以被广泛地应用于建筑工程中。但钢材也存在易锈蚀及耐火性差的缺点
8.1钢材的分类钢材的化学成分生产钢不可避免元素:Si、Mn、P、S、N…专门加入的合金元素:Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素铁:主要元素碳:0.02%~2.06%其他元素
8.1.1分类1.按化学成分分类低碳钢:含碳量<0.25%中碳钢:低碳钢:含碳量0.25%~0.6%高碳钢:含碳量>0.6%(1)碳素钢(碳钢)(2)合成钢——专门加入合金元素按合金元素含量分低合金钢:合金元素总含量<5%中合金钢:合金元素总含量5%~10%高合金钢:合金元素总含量>10%
2.按杂质含量(品质)分类普通钢:含硫量 ≤0.050%,含磷量≤0.045%优质钢:含硫量 ≤0.035%,含磷量≤0.035%高级优质钢:含硫量 ≤0.025%,含磷量≤0.025%,牌号后加“高”或“A”特级优质钢:含硫量 ≤0.015%,含磷量≤0.015%,后加“E”
3.按冶炼时脱氧程度分沸腾钢:脱氧不充分,代号“F”镇静钢:脱氧充分,代号“2”半镇静钢:脱氧程度介于“F”与“2”之间,代号“b”特殊镇静钢:脱氧彻底,代号“TZ”4.按用途分类结构钢:建筑结构、机械制造(低、中碳钢)工具钢:各种工具(高碳钢)特殊钢:不锈钢(具有各种特殊的物理化学性质)
钢材中的常存杂质磷:来自矿石燃料,生成Fe3P,脆性很大。碳:炼钢氧化过程中存于缸中,害处大于一处,故归于有害元素。锰:炼钢时脱氧、硫残留钢中,具有很强的脱氧、硫能力,大大改善钢材加工性能。硅:脱氧剂,较锰强。两面性:硅很低时,强度增加;硅很高时,其他性能降低。氧:与碳、磷相似。
8.2建筑材料的主要技术性能力学性质:强度、弹性、塑性、耐磨性…工艺性质(可加工性):冷弯、可焊性
8.2.1力学性能1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的力学性能。拉伸过程分四个阶段:OA:弹性阶段AB:屈服阶段BC:强化阶段CD:颈缩阶段
拉伸性能指标:主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。(1)屈服强度(屈服点)上屈服强度:试样首次屈服前的最大应力;下屈服强度:不计初始瞬时效应时的最小强度,即屈服点Fs——屈服阶段最小应力(首次回针所对应的力),N;Ao——钢材的截面积,mm2。注意:有些钢材无明显屈服点(合金钢、高碳钢等硬钢),应采用产生残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服点(称条件屈服点),记为σ0.2或者σP0.2。
(2)抗拉强度:钢材所能承受的最大强度。Fb——为最大应力,N。相反,值越小,可靠性越低,安全性越低。因此,强屈比一般不低于1.2,抗震结构一般不低于1.25。可靠性参数值得注意:强屈比的概念值越大可靠性越高,安全性越高,但利用率降低,浪费增大。
(3)伸长率:塑性指标。意义:值越大,塑性增强,可避免结构过早破坏;加工性增强,安全性增强。值有两种:5——表示l0=5d0,d0——钢材直径;10——l0=10d0。lo——试件原始标距长度,mm;l1——试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度,mm。
(4)断面收缩率:塑性指标。AO——试样拉断后颈缩处的截面积,mm2;A1——表示钢材的原始截面积,mm2。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。
钢材的锈蚀与防护8.4.1钢材的锈蚀——钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏,称为钢材的锈蚀。化学锈蚀电化学锈蚀——钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀,多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢,但温度和湿度较高,锈蚀则发展迅速。——钢材本身组成上的原因和杂质的存在,在表面介质的作用下,各成分电极电位的不同,形成微电池,铁元素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液,与溶液中的OH-离子结合生成Fe(OH)2。锈蚀的结果:在钢材表面形成疏松的氧化物,使钢结构断面减小,降低钢材的性能,因而承载力降低。
钢材的防护三个方面:从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。(1)采用耐候钢(耐大气腐蚀钢)(2)金属覆盖——电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。(3)非金属覆盖——在钢材表面用金属材料做为保护膜,如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。(4)混凝土用钢筋的防锈
(2)碳素结构钢的选用碳素结构钢依牌号增大,含碳量增加,其强度增大,但塑性和韧性降低。建筑工程中主要应用Q235号钢,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。具有较高的强度,良好的塑性、韧性,可焊性及可加工等综合性能好,且冶炼方便,成本较低,因此广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。Q195、Q215号钢材强度较低,但塑性、韧性较好,易于冷加工,可制作铆钉、钢筋等。Q225、Q275号钢材强度高,但塑性、韧性、可焊性差,可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构,不能选用A、B质量等级钢及沸腾钢。
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