1F411024水利水电工程建筑材料的应用
一、建筑材料的类型
1.无机材料
（1）无机非金属材料
1)无机胶凝材料
①气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持或继续提高其强度，石灰、石膏与水玻璃等。只能用于地面上干燥环境的建筑物。
②水硬性胶凝材料：不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度，水泥等。既可用于地上也可用于地下或水中的建筑物。
2)天然石料：按形成条件不同分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩（水成岩）、变质岩三大类；按颗粒大小分为土料、砂、石三类；按其开采加工程度的不同分为毛石、块石、粗料石、建筑板材等。
（2）金属材料
1)黑色金属材料：是指以铁元素为主要成分的金属及其合金材料，是钢和生铁的总称。
2)有色金属材料：是指黑色金属材料以外的金属及其合金材料。在水工建筑中常用的有色金属是铜和铜的合金及铝的合金。紫铜片是水工建筑中常用的止水材料。
2.有机材料
包括沥青材料、植物材料和合成高分子材料等三类。
（5）土工合成材料:土工合成材料产品的原料主要有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、
聚酰胺(PA)、高密度聚乙烯(HDPE)、发泡聚苯乙倍(EPS)、聚氯乙烯(PVC)、低密度聚乙烯(LDPE)和线形低密度聚乙烯(LLDPE)等。根据《土工合成材料应用技术规范》GB/T50290-2014规定，土工合成材料包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特殊材料四大类。（18年修改）

二、建筑材料的应用条件
（一）筑坝用土石料
1.土坝（体）壳用土石料：常用于均质土坝的土料是砂质黏土和壤土，要求其应具有一定的抗渗性和强度，其渗透系数不宜大于1×10-4cm／s；黏料含量一般为10%～30%。
2.防渗体用土石料：一般采用黏土、砂壤土、壤土、黏质土等材料。
3.排水设施和砌石护坡用石料：可采用块石，其饱和抗压强度不小于40～50MPa，岩石孔隙率不大于3%。也可采用碎石、卵石，不宜使用风化岩石。

（二）土工合成材料（18年修改）
土工合成材料在水利水电工程中的应用包括:
1.防渗工程。土工合成材料用于防渗工程时，主要材料选取应符合下列要求:
（1）一般情况下宜采用土工膜或复合土工膜；
（2）承受较高拉力时，宜采用加筋复合土工膜;
（3）地形复杂，土工膜焊接质量难以保证，要求隔渗层受损后易于自愈时，可采用土工合成材料膨润土防渗垫;
（4）道路工程可采用现场涂(喷)沥青的薄膜士工织物。
2.反滤、排水工程。工程中需要反滤功能时，可采用无纺土工织物，或兼顾其他需要采用有纺土工织物;工程中需要排水功能时，可采用无纺土工织物(利用其平面排水);需要排水能力较大时，可采用复合排水材料和结构(排水沟、排水管、软式排水管、缠绕式排水管或塑料排水带等)。
3.防护工程。需要利用工程措施实现防冲、防浪、防冻、防震、固砂、险情抢护、防止盐溃化、防泥石流或需用轻质材料使结构减载等时，可选用相应的土工合成材料。
4.加筋土工程。士工合成材料可用作加筋材改善土体强度，提高土工结构物稳定性和地基承载力。用作加筋材的土工合成材料按不同结构需要可分为:土工格栅、土工织物、土工带和土工格室等。

（三）建筑石材
要求有较好的耐水性、抗冻性、耐久性。
1.火成岩：花岗岩，闪长岩，辉长岩，辉绿岩，玄武岩；
2.水成岩：石灰岩，砂岩；
3.变质岩：片麻岩，大理岩，石英岩。
【提示】要掌握每种岩石的具体例子，此内容在二建考试中多次考到，可以选题题形式考查。

（四）水泥
1.通用硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。
2.水泥的适用范围：【重要】
（2）有抗冻要求的混凝土，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、硅酸盐大坝水泥，并掺用引气剂或塑化剂，以提高混凝土的抗冻性。
（3）大体积建筑物内部的混凝土，应优先选用矿渣硅酸盐大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。
3.水泥检验的要求：水泥应有生产厂家的出厂质量证明书以及28d强度证明书；
4.有下列情况之一者，应复试并按复试结果使用：用于承重结构工程的水泥，无出厂证明者；存储超过3个月（快硬水泥超过l个月）；对水泥的厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性不明或对质量有怀疑者；进口水泥。【重要】

【例题1?单选】重力坝坝体内部混凝土采用粉煤灰硅酸盐水泥的主要目的是（）。
A.提高强度
B.减少水化热
C.增加抗冻性
D.提高抗碳化性
【答案】B
【解析】粉煤灰硅酸盐水泥水化放热较少。

【例题2?多选】下列用于水利工程施工的水泥，须按规定经过复试并按复试结果使用的有（）。【2017】
A.进口水泥
B.存储2个月的普通水泥
C.存储2个月的快硬水泥
D.对质量有怀疑的水泥
E.用于承重结构工程且无出厂证明的水泥
【答案】ACDE
【解析】有下列情况之一者，应复试并按复试结果使用:用于承重结构工程的水泥，元出厂证明者；存储超过3个月(快硬水泥超过1个月)；对水泥的厂名、品种、强度等级、出厂日期、抗压强度、安定性不明或对质量有怀疑者；进口水泥。

（五）水泥砂浆【重要】
1.流动性：常用沉入度表示。沉入度大的砂浆，流动性好。
2.保水性：保水性可用泌水率表示，工程上采用较多的是分层度这一指标。砂浆的分层度以1～2cm为宜。（15年考点）

（六）水泥混凝土【重要】
反映水泥混凝土质量的主要技术指标有：和易性、强度及耐久性。（14年考点）
1.和易性
包括流动性、黏聚性、保水性三个方面。坍落度的大小反映了混凝土拌合物的和易性。
2.混凝土的强度：
（1）抗压强度：根据抗压强度的大小将混凝土分为不同的强度等级。
（2）抗拉强度：一般约为相应抗压强度的10%左右。有抗裂要求的结构，需对抗拉强度提出要求。测定方法有劈裂抗拉试验法及轴心抗拉试验法。
3.混凝土的耐久性：包括抗渗性、抗冻性、抗冲磨性、抗侵蚀性、抗碳化性等。
（1）抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透作用的能力。抗渗等级分为：W2、W4、W6、W8、Wl0、Wl2等，即表示混凝土能抵抗0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水压力而不渗水。
（2）抗冻性是指混凝土在饱和状态下，经多次冻融循环作用而不严重降低强度（抗压强度下降不超过25%，质量损失不超过5%）的性能。抗冻等级分为：F50、F100、F150、F200、F250及F300等。
【提示】水泥混凝土的技术指标是重点，掌握每个指标的关键内容，尤其对抗渗性和抗冻性，明确区分字母W、F的含义，会描述W、F后面的数字所代表的含义。

【例题·多选】反映水泥混凝土质量的主要技术指标有（）。
A.安定性
B.和易性
C.压缩性
D.耐久性
E.强度
【答案】BDE
【解析】反映水泥混凝土质量的主要技术指标有：和易性、强度及耐久性。
4.水工建筑物不同部位混凝土的要求
（2）上、下游水位变化区的坝体表层混凝土。主要考虑抗冻、抗裂因素，多采用厚3～5m的抗渗、抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土。
（4）坝体内部混凝土。主要考虑低热、抗裂因素。
5.混凝土的配合比
（1）单位用量表示法：以每立方米混凝土中各项材料的重量来表示；
（2）相对用量表示法：以各项材料间的重量比来表示。
（3）混凝土配合比的设计：实质上就是确定四种材料用量之间的三个对比关系：水胶比、砂率、浆骨比。水灰比表示水与水泥用量之间的对比关系；砂率表示砂与石子用量之间的对比关系；浆骨比是用单位体积混凝土用水量表示，是表示水泥浆与骨料用量之间的对比关系。【重要】
6.骨料
1）混凝土的细骨料
粒径在0.16～5mm之间的骨料。按细度模数F·M分为粗砂（3.7～3.1）、中砂（3.0～2.3）、细砂（2.2～1.6）、特细砂（1.5～0.7）。
2）混凝土的粗骨料
（1）粒径大于5mm的骨料。常用卵石和碎石作粗骨料。水工混凝土所用的粗骨料一般分为特大石（150～80mm或120～80mm）、大石（80～40mm）、中石（40～20mm）、小石（20～5mm）四级。
（2）粗骨料的最大粒径：不应超过钢筋净间距的2/3、构件断面最小边长的1/4、素混凝土板厚的1/2。对少筋或无筋混凝土结构，应选用较大的粗骨料粒径。
（3）施工中，宜将粗骨料按粒径分成下列几种粒径组合：
①当最大粒径为40mm时，分成D20、D40两级；
②当最大粒径为80mm时，分成D20、D40、D80三级；
③当最大粒径为150(120)mm时，分成D20、D40、D80、D150(D120)四级。
7.混凝土的外加剂【重要】
作用：提高混凝土的性能、节约水泥、加快施工进度、降低工程造价。
（1）改善混凝土和易性的外加剂，包括减水剂、引气剂、泵送剂等。
（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括速凝剂、早强剂、缓凝剂。
（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、阻锈剂、养护剂等。
（4）改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、防水剂和泵送剂等。
8.粉煤灰
1.按煤种分为F类和C类，F类是由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰；C类是由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。
2.拌制混凝土和砂浆用粉煤灰分为三个等级：I级、Ⅱ级、Ⅲ级。
3.普通硅酸盐水泥配置的重力坝内部碾压混凝土粉煤灰最大掺量可达65%，内部常态混凝土最大掺量可达50%。

（七）建筑钢材
钢结构用钢材和钢筋混凝土用钢筋及钢丝。
钢筋：热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋及热处理钢筋。
钢丝主要有不同规格的预应力混凝土用钢丝及钢绞线。
1.钢筋的应力一应变曲线【重要】
（a）有物理屈服点钢筋的σ-ε图；（b）无物理屈服点钢筋的σ-ε图
【例题?单选】下图所示钢筋应力一应变曲线中，X表示（）。【2014】
A.屈服强度
B.设计强度
C.极限强度
D.条件屈服强度
【答案】C
2.钢筋的强度和变形指标【重要】
（1）有物理屈服点的钢筋的屈服强度是钢筋强度的设计依据。钢筋的屈强比（屈服强度与极限抗拉强度之比）表示结构可靠性的潜力，抗震结构要求钢筋屈强比不大于0.8。无物理屈服点的钢筋质量检验以极限强度作为主要强度指标。（14年考点）
（2）反映钢筋塑性性能的基本指标是伸长率和冷弯性能。伸长率反映了钢筋拉断前的变形能力。冷弯性能可间接地反映钢筋的塑性性能和内在质量。
（3）屈服强度、极限强度、伸长率和冷弯性能是有物理屈服点钢筋进行质量检验的四项主要指标，而对无物理屈服点的钢筋则只测定后三项。
（4）钢材的力学性能主要有抗拉性能（抗拉屈服强度、抗拉极限强度、伸长率）、硬度和冲击韧性等；工艺性能有焊接性能及冷弯性能。
3.钢筋检验
进入施工现场的钢筋，应具有出厂质量证明书或试验报告单，每捆（盘）钢筋均应挂牌，标牌上应注有厂标、钢号、产品批号、规格、尺寸等项目，在运输和储存时不得损坏和遗失这些标牌。到货钢筋应分批检查每批钢筋的外观质量，查看锈蚀程度及有无裂缝、结疤、麻坑、气泡、砸碰、伤痕等，并应测量钢筋的直径。
应分批进行检验，检验时以60t同一炉（批）号同一规格尺寸的钢筋为一批。随机选取2根经外部质量检查和直径测量合格的钢筋，各截取一个抗拉试件和一个冷弯试件进行检验，不得在同一根钢筋上取两个或两个以上同用途的试件。
钢筋取样时，钢筋端部要先截去500mm再取式样。在拉力检验项目中，包括屈服点、抗拉强度和伸长率三个指标。如有一个指标不符合规定，即认为拉力检验项目不合格。冷弯试件弯曲后，不得有裂纹、剥落或断裂。
对钢号不明的钢筋，需经检验合格后方可使用。检验时抽取的试件不得少于6组。
【提示】钢筋标牌内容在18年二建案例题中考查到，对钢筋检验中的细节内容要注意，近年考试偏重于对现场的考查，考生对此类内容要多加注意。