環(huán)境土建工程第2章

1、第2章 環(huán)境土建工程基礎理論知識 環(huán)境土建工程：房屋建筑結構、各種水池、水塔構筑物，以及溝、渠、壩、擋土結構物等土工構筑物工程。2.1 建筑力學基礎知識2.1.1 結構與構件結構：建筑物中承受荷載而起骨架作用的部分。構件：組成結構的各單獨部分。精選ppt精選ppt（1）桿系結構（2）薄壁結構（3）實體結構構件是桿件，特征：長度遠遠大于橫截面的寬度和高度，結構按幾何特征分為三種類型：構件是薄板或薄殼，特征：厚度遠遠小于它的另外兩個方向的尺寸。三個方向的尺寸基本為同量級的結構。精選ppt2.1.2 剛體、變形固體及其基本假設剛體：受力作用而不變形的物體理想變形固體：按照連續(xù)性、均勻、各向同性假設而

2、理想化了的一般變形固體理想假設：連續(xù)性假設均勻性假設各向同性假設彈性變形、塑性變形精選ppt2.1.3 桿件變形的基本形式桿件軸線直線直桿曲線曲桿折線折桿橫截面相同等截面桿橫截面不同變截面桿精選ppt桿件基本變形形式軸向拉伸或壓縮 剪切 扭轉 彎曲組合變形精選ppt2.1.4 結構計算簡圖自由度、約束及約束反力自由體和非自由體（1）光滑面約束精選ppt（2）光滑圓柱鉸鏈約束精選ppt（3）鉸支座固定鉸支座和滾動鉸支座精選ppt（4）鏈桿約束 兩端用鉸鏈與其他物體相連，不計重力且中間不受重力的桿件。只在兩鉸鏈處受力作用，又稱二力桿。精選ppt（5）固定端約束（固定支座）（6）定向支座精選ppt結

3、構計算簡圖結構計算簡圖： 能夠反映結構主要工作特性的簡化模型，忽略真實結構的次要因素，簡化真實結構，便于計算。保留了真實結構的主要特點，是真實結構的代表，能夠給出滿足精度要求的分析結果。 選擇正確的結構簡圖重要而困難，經過大量實踐，已有了成熟的計算簡圖精選ppt（1）支座簡化示例精選ppt（2）結點簡化示例結點：結構中構件的交點鉸結點、剛結點、組合結點精選ppt精選ppt（3）計算簡圖示例精選ppt（4）平面桿系結構分類梁 由受彎桿件構成，桿件軸線一般為直線。精選ppt拱 一般由曲桿構成，在豎向荷載作用下，支座產生水平反力。鋼架 由梁和柱組成的結構。精選ppt 桁架 由若干直桿用鉸鏈連接組成的

4、結構。靜定結構超靜定結構精選ppt2.1.5 荷載的分類（1）按荷載作用的范圍分為分布荷載和集中荷載分布荷載：分布作用在體積、面積和線段上的荷載（體荷載、面荷載、線荷載）集中荷載：荷載作用的范圍與構建的尺寸相比十分微小，可認為荷載集中作用于一點。（2）按荷載作用時間的久暫分為恒荷載和活荷載恒荷載：永久作用在結構上的荷載。（自重、永久設備）活荷載：暫時作用在結構上的荷載。（風、雪）精選ppt（3）按荷載作用的性質可分為靜荷載和動荷載靜荷載：由零逐漸增加到最后值的荷載。特點：荷載施加過程中，結構上各點產生的加速度不明顯，荷載達到最后值后，結構處于靜止平衡狀態(tài)。動荷載：大小、方向隨時間而改變的荷載。

5、特點：由于荷載的作用，結構上各點產生明顯的加速度，結構的內力和變形都隨時間而發(fā)生變化。精選ppt2.1.6 建筑力學的任務和內容建筑力學的任務：研究結構的幾何組成規(guī)律，以及在荷載作用下結構和構件的強度、剛度和穩(wěn)定性問題。建筑力學的目的：保證結構按設計要求正常工作，并充分發(fā)揮材料的性能，使設計的結構既安全可靠又經濟合理。建筑力學的內容：（1）靜力學基礎及靜定結構的內力計算（2）強度問題 （3）剛度問題（4）超靜定結構的內力計算（5）穩(wěn)定性問題精選ppt 混凝土是由膠凝材料、水和粗、細骨料按適當比例配合、拌制成拌合物，經一定時間硬化而成的人造石材。土木建筑工程對混凝土質量的基本要求是：具有符合設計

6、要求的強度；具有與施工條件相適應的和易性；具有與工程環(huán)境相適應的耐久性。材料組成經濟合理、生產制作節(jié)約能源。2.2.1 混凝土 2.2 物理化學知識精選ppt 加水拌和成塑性漿后，能膠結砂、石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。 土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等品種。1、水泥精選ppt硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成為:凡由硅酸鹽水泥熟料、石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥熟料的主要礦物成分有：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵

7、鋁酸四鈣； （1）硅酸三鈣 硅酸三鈣的化學成分為ai2，其簡寫為3S。它是硅酸鹽水泥熟料中最主要的礦物成分，約占水泥熟料總量的。硅酸三鈣遇水后能夠很快與水產生水化反應，并產生較多的水化熱。它對促進水泥的凝結硬化，特別是對水泥天內的早期強度以及后期強度都起主要作用。精選ppt生產過程精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt（）硅酸二鈣 硅酸二鈣的化學成分為2ai2，其簡寫為C2S，約占水泥熟料總量的1537。硅酸二鈣遇水后反應較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結，對水泥的后期強度起主要作用。（）鋁酸三鈣 鋁酸三鈣的化學成分是CaOAl2O3，其簡寫為C3，約占水泥熟料總量的715。鋁酸三鈣遇水

8、后反應極快，產生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結起主導作用，但其水化產物強度較低，主要對水泥的早期強度有所貢獻。精選ppt（4）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學成分為:CaOAl2O3Fe2O3，其簡寫為4AF，約占水泥熟料總量的1018。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應也很快，水化熱較低，水化產物的強度不高，對水泥石的抗壓強度貢獻不大，主要對抗折強度貢獻較大。精選ppt硅酸鹽水泥的水化反應 硅酸鹽水泥遇水后，水泥中的各種礦物成分會很快發(fā)生水化反應，生成各種水化物。 硅酸三鈣 水 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 硅酸二鈣 水 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 鋁酸三鈣 水水化鋁酸三鈣 鐵鋁酸四鈣 水 水化鋁酸三鈣 水化鐵

9、酸鈣精選ppt2、骨料 骨料構成混凝土的骨架，占全部混凝土的80%85%。骨料按其粒徑大小分為粗骨料5mm60mm）和細骨料（粒徑0.165mm）。卵石和天然砂是常用的粗、細骨料，骨料的強度直接影響混凝土的強度。特別是粗骨料。精選ppt 混凝土混合料在拌和時要加入一定量的水，一是要保證水泥水化過程的進行，這樣才能保證水泥在混凝土中發(fā)揮膠凝作用，二是使混合料具有足夠的流動性 水泥加水拌合后的劇烈水化反應，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產物在溶液中很快達飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互

10、連接形成了骨架結構。此時，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現(xiàn)為水泥的初凝。3、水精選ppt 由于鋁酸三鈣水化極快，會使水泥很快凝結，為使工程使用時有足夠的操作時間，水泥中加入了適量的石膏。水泥加入石膏后，一旦鋁酸三鈣開始水化，石膏會與水化鋁酸三鈣反應生成針狀的鈣礬石。鈣礬石很難溶解于水，可以形成一層保護膜覆蓋在水泥顆粒的表面，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，阻止了水泥顆粒表面水化產物的向外擴散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝時間得以延緩。精選ppt當摻入水泥的石膏消耗殆盡時，水泥顆粒表面的鈣礬石覆蓋層一旦被水泥水化物的積聚物所脹破，鋁酸三鈣等礦物的再次快速水化得以繼續(xù)進行，水泥顆粒間逐漸相互靠近，

11、直至連接形成骨架。水泥漿的塑性逐漸消失，直到終凝。隨著水化產物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細孔不斷被填實，加之水化產物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠體之中，逐漸形成了具有一定強度的水泥石，從而進入了硬化階段。水化產物的進一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強度不斷發(fā)展。精選ppt 隨著水泥水化的不斷進行，水泥漿結構內部孔隙不斷被新生水化物填充和加固的過程，稱為水泥的“凝結”。隨后產生明顯的強度并逐漸變成堅硬的人造石水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。 實際上，水泥的水化過程很慢，較粗水泥顆粒的內部很難完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆粒、游離

12、水及氣孔等組成的不均質體。精選ppt4、孔隙 混凝土是一個多相多孔的體系，所以在混凝土中除了上述組此外，還存在大小不同的孔隙，按孔徑的大小可風味凝膠孔、過渡孔、毛細孔等。侵蝕性介質只有通過孔隙才能進入混凝土內部對其產生侵蝕，此外，混凝土構筑物的許多物理性能如滲透性、抗凍性和力學性能都與混凝土孔隙的數(shù)量、孔徑、孔隙的分布狀態(tài)等密切相關。精選ppt混凝土外加劑是指在拌制混凝土過程中摻入的，用以改善混凝土性能的物質。一般情況摻量不超過水泥質量的5%。 混凝土中摻入外加劑，是行之有效的改善混凝土性能的措施。隨著科學技術的不斷進步，外加劑已越來越多地得到發(fā)展和使用。因此，外加劑已成為混凝土中除由四種基本

13、材料以外的第五種組分。 5、混凝土外加劑精選ppt混凝土外加劑的分類 按化學成分可分成三類： （）無機化合物，多為電解質鹽類。 （）有機化合物，多為表面活性劑。 （）有機無機復合物。 按功能分為四類： （）改善混凝土拌合物流變性能的外加劑。如各種減水劑、泵送劑、保水劑等。 （）調節(jié)混凝土凝結時間，硬化性能的外加劑。如緩凝劑、早強劑、速凝劑等。 （）改善混凝土耐久性能的外加劑。如引氣劑、防水劑和阻銹劑等。 （）改善混凝土其他性能的外加劑。如引氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、防水劑、堿骨料反應抑制劑、隔離劑、養(yǎng)護劑等。精選ppt 6、混凝土和易性 混凝土混合料的諸多性質，如攪拌是否均勻，運輸過程是否

14、是否產生分層析水，澆筑時是否易于填滿模型等，都以和易性表示。精選ppt 混凝土受凍融作用破壞的原因，是混凝土內部的孔隙水在負溫下結冰后體積膨脹造成的靜水壓力，因冷凍水蒸汽壓的差別推動未凍水向凍結區(qū)的遷移造成的滲透壓力，當這兩種壓力所產生的內應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫，多次凍融使裂縫不斷擴展直至破壞。 凍融破壞機理有很多，但迄今為止尚無統(tǒng)一的結論。典型的有冰膨脹壓和滲透壓理論 是指混凝土在凍融交替作用下，其內部結構產生裂縫和損傷，經過多次反復作用后，損傷積累到一定程度所引起的一種結構破壞.凍融破壞過程中，水化產物的成分基本保持不變，可任務混凝土的凍融破壞過程是一個物理變化過程。

15、1、混凝土的凍融破壞2.2.2 混凝土在環(huán)境中的物理化學變化精選ppt（）內部構造、（）混凝空隙率，既混凝土密實度、混凝土孔隙構造及數(shù)量。密實度越小，開口孔隙愈多，水分愈易滲入，靜水壓力越大，抗凍性越差。（）混凝土孔隙充水程度。飽水程度愈高，凍結后產生的凍脹作用就大，抗凍性越差。影響混凝土抗凍性的因素有：精選ppt 混凝土的中性化作用是指空氣中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氫、氯化氫等酸性物質，與水泥石中的氫氧化鈣等堿性物質發(fā)生化學作用，生成碳酸鈣和水。其中二氧化碳引起的中性化稱為碳化。 碳化對混凝土性能有明顯的影響，首先是減弱對鋼筋的保護作用。由于水泥水化過程中生成大量氫氧化鈣，使混凝土孔隙中充

16、滿飽和的氫氧化鈣溶液，其 值可達到12.613。這種強堿性環(huán)境能使混凝土中的鋼筋表面生成一層鈍化薄膜，從而保護鋼筋免于銹蝕。碳化作用降低了混凝土的堿度，當值低于10時，鋼筋表面鈍化膜破壞，導致鋼筋銹蝕。同時碳化伴隨著混凝土的收縮，引起表面開裂和粉化2、混凝土的碳化精選ppt 其次，當碳化深度超過鋼筋的保護層時，鋼筋不但易發(fā)生銹蝕，還會因此引起體積膨脹，使混凝土保護層開裂或剝落，進而又加速混凝土進一步碳化。碳化作用還會引起混凝土的收縮，使混凝土表面碳化層產生拉應力，可能產生微細裂縫，從而降低了混凝土的抗折強度。精選ppt碳化對混凝土既有有利影響，也有不利影響。不利方面：1、混凝土堿度降低，減弱了

17、對鋼筋的保護作用。2、碳化作用會增加混凝土的收縮，引起混凝土表面產生拉應力出現(xiàn)細微裂縫，從而降低混凝土的抗拉強度、抗折強度及抗?jié)B能力。有利方面：碳化作用產生的碳酸鈣填充了水泥石的孔隙，提高了水泥石的密實度，提高了抗壓強度。如混凝土預制樁往往利用碳化作用來提高樁的表面硬度。精選ppt 3、混凝土的腐蝕 混凝土腐蝕的方式：（）溶出性侵蝕 水泥石長期接觸軟水時，會使水泥石中的氫氧化鈣不斷被溶出，當水泥石中游離的氫氧化鈣減少到一定程度時，水泥石中的其它含鈣礦物也可能分解和溶出，從而導致水泥石結構的強度降低，甚至破壞。當水泥石處于軟水環(huán)境時，特別是處于流動的軟水環(huán)境中時，水泥被軟水侵蝕的速度更快。精選p

18、pt （）一般酸的腐蝕 工程結構處于各種酸性介質中時，酸性介質易與水泥石中的氫氧化鈣反應，其反應產物可能溶于水中而流失，或發(fā)生體積膨脹造成結構物的局部被脹裂，破壞了水泥石的結構。其基本化學反應式為精選ppt （）碳酸的腐蝕 雨水及地下水中常溶有較多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先與水泥石中的氫氧化鈣反應，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸鈣，碳酸鈣再與碳酸反應生成可溶性的碳酸氫鈣，并隨水流失，從而破壞了水泥石的結構。其腐蝕反應過程為精選ppt 當環(huán)境中含有硫酸鹽的水滲入到水泥石結構中時，會與水泥石中的氫氧化鈣反應生成石膏，石膏再與水泥石中的水化鋁酸鈣反應生成鈣礬石，產生1.5倍的體積膨脹，這種膨脹必然導致脆性水泥石結構的開裂，甚至崩潰。由于鈣礬石為微觀針狀晶體，人們常稱其為水泥桿菌。（）硫酸鹽的腐蝕精選ppt（5）堿骨料反應 是指水泥中的堿與骨料中的活性二氧化硅反應，生成堿-硅酸鹽凝膠，并吸水膨脹，使體積增大約34倍，產生的膨脹壓力可引起混凝土剝落、開裂、強度下降甚至破壞。 發(fā)生堿骨料反應時，一般不到兩年就會使其結構出現(xiàn)明顯開裂，一旦發(fā)生，比較難控制，會加速其他侵蝕破壞。精選pp