1、建筑新技术概论,第1章 新型建筑材料,1.1 新型水泥1824年英国工程师阿斯普丁（AsPdih）获得第一份水泥专利标志着水泥的发明。水泥的发明为建筑工程的发展提供了物质基 础，使其由陆地工程发展到水中、地下工程一。水泥发明至今已有一 百多年的历史，它始终是用途最广、用量最多的一种胶凝材料。,水泥与水混合后，经过物理化学过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒材料胶结成整体，是一种良好的矿物胶凝材料。水泥可以在空气中硬化，还能更好地在水中硬化，保持并发展强度，所以水泥属于水硬性胶凝材料。,水泥基础知识,按照水泥的主要水硬性物质分： 硅酸盐类水泥（主要水硬 性物质是硅酸钙） 铝酸盐类水泥（
2、主要水硬性物质是铝酸钙） 硫铝酸盐水泥（主要水硬性物质是硫铝酸钙）等。 因为它们的水硬性 物质不同，它们的性质也各异。,按照水泥的用途分为： 通用水泥（用于一般的建筑工程，主 要是硅酸盐类的五种水泥） 专用水泥（是指适应于专门用途的水 泥，有大坝水泥、油井水泥、砌筑水泥等 特种水泥（具有比较突出的某种性能的水泥，如膨胀水泥、低热水泥、彩色水泥、白水泥等）。 在诸多的水泥品种中，硅酸盐类水泥是最基本且用量最多的 一类水泥。,1.1.1 铝酸盐水泥,铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。 铝酸盐水泥常为黄或褐色，也有
3、呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成为铝酸一钙（CaOAl2O3，简写CA）及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙（2CaOSiO2）等。 铝酸盐水泥是一种块硬、高强、耐腐蚀、耐热水泥。,铝酸盐水泥的技术特性：,铝酸盐水泥凝结硬化速度快。1d强度可达最高强度的80%以上，主要用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等。 铝酸盐水泥水化热大，且放热量集中。1d内放出的水化热为总量的70%80%，使混凝土内部温度上升较高，即使在10下施工，铝酸盐水泥也能很快凝结硬化，可用于冬季施工的工程。,铝酸盐水泥的技术特性：,铝酸盐水泥在普通硬化条件下，由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙，且密实度较大，因此具有
4、很强的抗硫酸盐腐蚀作用。 铝酸盐水泥具有较高的耐热性。如采用耐火粗细骨料（如铬铁矿等）可制成使用温度达13001400的耐热混凝土。 但铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势，长期强度约降低40%50%左右，因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的工程中，它只适用于紧急军事工程（筑路、桥）、抢修工程（堵漏等）、临时性工程，以及配制耐热混凝土等。,铝酸盐水泥的应用：,要求早强快硬的工程结构和临时性结构工程 可以用于高温环境的结构工程 可以用于腐蚀环境中 不适合用于长期承重的结构 避免高温季节施工，不能蒸汽养护 不能长期存放，注意防潮防水，不得混放,1.1.2 硫铝酸盐水泥,二
5、十世纪70年代，在中国发明了硫铝酸盐水泥。80年代又首创了铁铝酸盐水泥的工业生产。如果说，我们把硅酸盐水泥系列产品通称为第一系列水泥，把铝酸盐水泥系列产品通称第二系列水泥。那么，我们可以把硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥以及它们派生的其它水泥品种通称为第三系列水泥。 第三系列水泥具有早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等基本特点。第三系列水泥在中国已得到广泛应用。 快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、低碱硫铝酸盐水泥等5个品种。,硫铝酸盐水泥的技术特性： 块硬早强 抗腐蚀（酸和盐类），抗冻性和抗渗性 耐热性差（高温下强度大幅下降）硫铝酸盐水泥的应用
6、 用于早强抗渗和抗硫酸盐侵蚀的混凝土 硫铝酸盐水泥碱度低易使钢筋锈蚀，不能用于普通钢筋混凝土 不适于夏季高温施工环境及高温结构,1.1.3 特殊品种硅酸盐水泥,1白色硅酸盐水泥 简称白水泥。由白色硅酸盐熟料加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。磨制水泥时，允许加入不超过水泥重量5%的石灰石或窑灰作为外加物。水泥粉磨时允许加入不损害水泥性能的助磨剂，加入量不超过水泥重量的1%。,1白色硅酸盐水泥,白水泥白度分为特级、一级、二级、三级；强度等级分为325、425、525、625四个标号。综合白度及强度两指标白水泥产品分为优等品、一等品和合格品。,2彩色硅酸盐水泥,彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥。按生
7、产方法分为： 在白水泥的生料中加少量金属氧化物，直接烧成彩色熟料，然后再加适量石膏磨细而成。为白色水泥熟料、适量石膏和碱性颜料，共同磨细而成。后者所用颜料要求不溶于水且分散性好，耐碱性强，抗大气稳定性好，掺入水泥中不显著降低其强度，且不含可溶盐类。,3道路硅酸盐水泥,道路硅酸盐水泥是专用于水泥混凝土路面工程的专用特种水泥，它是由以硅酸钙为 主要成分和多量的铁铝酸钙的道路水泥熟料，010活性混合材料和适量石膏组成经磨细而制得的水硬性胶凝材料。 用道路硅酸盐水泥配制的路面混凝土具有早强、 高抗折强度、低抗折弹性模量、耐磨、低收缩、抗冻融、抗硫酸盐侵蚀等优良性 能，能满足不同等级道路路面工程的技术要
8、求。 它适用于公路路面、城市及工矿 企业道路路面、机场路面及码头、货场、广场等水泥混凝土面板工程，也可用于 地面砖等面板制品的生产。,4块硬硅酸盐水泥,凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3天抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料，成为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。 快硬水泥可用来配置早强、高标号混凝土，适用于紧急抢修工程、低温施工工程和高标号混凝土预制件等。 快硬水泥凝结时间正常，而且中凝和初凝之间的时间间隔很短，早期强度发展很快，后期强度持续增长。用快硬水泥可以配置高早强混凝土。 该水泥还适用于制作蒸养条件下的混凝土制品，快硬水泥得其他性能，如干缩、与钢筋粘结等与硅酸盐水泥相似。与使用普
9、通水泥相比，可加快施工进度，加快模板周转，提高工程和制品质量，具有较好的技术经济效益和社会效益。因水化放热比较集中，不宜用于大体积混凝土工程。,5膨胀及自应力硅酸盐水泥,膨胀水泥是指硬化过程中体积膨胀的水泥， 按矿物组成不同，中国分为硅酸盐类膨胀水泥、铝酸盐类膨胀水泥、硫铝酸盐类膨胀水泥和氢氧化钙类膨胀水泥。 硅酸盐膨胀水泥、明矾石膨胀水泥、氧化铁膨胀水泥、氧化镁膨胀水泥、 K型膨胀水泥等属于硅酸盐类膨胀水泥。这类水泥一般是在硅酸盐水泥中，掺加各种不同的膨胀组分磨制而成。如以高铝水泥和石膏作为膨胀组分，适量加入硅酸盐水泥中，可制得硅酸盐膨胀水泥。,5膨胀及自应力硅酸盐水泥,一般膨胀值较小的水泥
10、，可配制收缩补偿胶砂和混凝土，适用于加固结构，灌筑机器底座或地脚螺栓，堵塞、修补漏水的裂缝和孔洞，以及地下建筑物的防水层等。 膨胀值较大的水泥，也称自应力水泥，用于配制钢筋混凝土。自应力水泥在硬化初期，由于化学反应，水泥石体积膨胀，使钢筋受到拉应力，反之，钢筋使混凝土受到压应力，这种预压应力能够提高钢筋混凝土构件的承载能力和抗裂性能。 对自应力水泥，要求其砂浆或混凝土在膨胀变形稳定后的自应力值大于2兆帕(一般膨胀水泥为1兆帕以下)。 这类水泥的抗渗性良好，适宜于制作各种直径的、承受不同液压和气压的自应力管，如城市水管、煤气管和其他输油、输气管道。,5膨胀及自应力硅酸盐水泥,膨胀水泥在硬化过程中
11、，水泥中的矿物水化生成的水化物在结晶时会产生很大的膨胀能，人们利用这一原理研制成功了无声破碎剂，已应用于混凝土构筑物的拆除及岩石的开采、切割和破碎等方面，收到了良好的效果。,1.1.4 形形色色的新水泥,1弹性水泥： 与现在防水材料相比，弹性水泥有着显著的优势。弹性水泥在设计上从材料的物理性能与建筑体本身的相互作用两方面着手，是有机高分子乳液与改性水泥等多种助剂组成的防水材料，克服了传统材料脆性大的缺点，具有“即时复原”的弹性和优良的耐水性、抗渗透性，且涂膜具备长期的柔韧性、高弹性，可拉伸变形，具有高档防水卷材的功效，本身抗自然老化，不变异，不脆裂，同时具有施工主便，潮湿基层可固化成膜，对其作
12、用基础面有高度附着性、黏结力强等特点，特别适用于复纵横杂结构，可明显降低施工费用。,2可长草的水泥,外表看只不过就是一块黑色的水泥，但它却与一般水泥不同，因为只要浇上水，十多天后，这种水泥里就会长出茵茵绿草来。由于是水泥的，所以不怕踩不怕压。这种水泥是采用我国山西独有的多孔轻质火山岩浆岩为骨料，配以水泥、添加剂以及各种冷、暖型优良草种，经特殊工艺加工制成的。因为草种已经埋在水泥里，所以只要向水泥块上浇水，草就会长出来。,3变色水泥：德国研究人员在白色水泥中加入二氧化钴，制成一种能随空气含水量多少而变色的水泥。由于它可预报天气、湿度的变化，故又称为“气象水泥”。4废渣水泥：新型的砌筑水泥以粉煤灰
13、、炉渣、粒化高炉矿渣等工业废渣为主要原料，废渣利用率达30，属于新型的墙体材料。利用工业废渣生产特种水泥，既能生产出新型水泥，又能保护环境，前景十分广阔。 5夜光水泥： 法国研究人员研究出一种夜光水泥，多用于在公路上标划车道、人行道线和各种路面标志等，可贮存白天的日光及来往车辆的灯光，夜晚时闪闪发光，构成“夜光公路”，给城市夜色增添光彩，方便夜行车辆,6医用水泥 ：酸钙水泥的研究与发展源自于材料领域与牙医领域，1987年前后由美国牙科医生发明。由于磷酸钙水泥之水化产物的化学组成与人体骨骼成分相同，故应用于人体内部时不会产生毒性与排斥等不良反应。目前，磷酸钙水泥被视为外科手术用的水泥，应用领域以
14、牙医、骨科、整形外科为主。 7稻壳水泥：稻壳煅烧成活性高的黑色炭粉后，与石灰化学反应便可生成黑色稻壳灰水泥。这一新型水泥已在韩国上市。它的生产成本很低，仅为普通水泥的20。稻壳水泥防潮、不结块，使用时再配上抗老化性能良好的罩光剂，能赋予建筑物以柔和典雅的光泽，很适合于水利工程和低层建筑。 8甜水泥 ： 甜水泥是由俄罗斯建筑科学院的研究人员开发出来的，硬度为普通水泥的5倍。它的材料是榨糖的下脚料和蔗糖，掺入水泥原料后经过烧结而成。,9导电水泥：俄罗斯混凝土和钢筋混凝土科学研究所发明了导电水泥。为了使水泥能导电，在水泥中添加了有导电性能的无烟煤或焦炭粉末。由于导电水泥在有电流通过时会发热，这样的发
15、热既安全又不会引起燃烧，因此，可用其建造热交换器、干燥室、不结冰的机场跑道、人行道和楼梯，以及建造带有暖墙的住房。住在用导电水泥修建的房屋里，人们冬天就不怕冷了。导电水泥还可有效地抵抗电磁辐射的干扰，可用于建设机场。 10木制水泥：瑞典研究人员发明了具有木头质地的水泥，是在水泥中加入粒径为300微米的聚合物制成。使用中除有普通水泥的特点外，其制品还能像木材一样锯切、钉割和开螺孔，并具有良好的隔音和防火性能。 11 生态水泥：,1.2 新型混凝土,1.2.1 高性能混凝土定义 1990年5月，在美国国家标准与技术研究院(NIST)与美国混凝土协会(ACI)召开的会议上首先提出高性能混凝土(HPC
16、)这个名词，将HPC定义为具有所要求的性能和均质性的混凝土.我国的昊中伟院士认为，HPC是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在严格的质量管理的条件下制成的，除了水泥、水、集料以外，必须掺加足够数量的细掺料与高效外加剂，HPC重点保证下列性能: 1) 高强度性：由于HPC 的高强(60l00MPa)和超高强(多l00MPa)特性，可使混凝土结构尺寸大大减小，从而减轻结构自重和对地基的荷载，并减少材料用量，增加使用空间，大幅度地降低工程造价. 2) 高工作性：HPC具有良好的流变学性能，高流动性，不泌水，不离析，能在正常施工条件下保证混凝
17、土结构的密实性和均匀性，可以减轻施工劳动强度，节约施工能耗.,2. 高性能混凝土性能,3) 高耐久性：HPC应具备高的抗渗性、抗冻性和抗蚀性，可增加对恶劣环境的抵御能力，延长建筑物的使用寿命，减少维修费用及对环境带来的影响，具有显著的社会和经济效益. 4) 具有某 些特殊功能.如超早强、低脆性、高耐磨性、吸声、自呼吸性等 由于高性能混凝土的优良性能，十几年来在国内外得到了迅速发展，在高层建筑、大跨桥梁、海上建筑、公路等建设中被广泛应用，今后的发展趋势是.高性能混凝土将大量代替传统混凝土被应用在各种工程中，成为21世纪主要的建筑结构材料.,3高性能混凝土的组成材料,（1）胶凝材料：标准稠度用水量
18、要低；水化放热量和放热速率要低；水泥硬化后的强度要高。 （2）矿物掺和料：增加活性；流动性，填充微孔，提高强度、密实性，改善耐久性，防止碱骨料反应，降低水化热。 （3）细骨料：石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分曲线的中粗砂。 （4）粗骨料：表面粗糙，强度中等 （5）外加剂：高性能混凝土用外加剂要满足低水胶比条件下提高混凝土流动性的要求，减水率要大(一般在20%以上)，且坍落度的经时损失要小.这就要选用高效外加剂，主要为高效减水剂、引气减水剂及缓凝剂的复合外加剂.,4 高性能混凝土的性能,（1）力学性能 （2）耐久性 （3）收缩性,1.2.2纤维增强混凝土,为了降低水泥混凝土因裂缝导致
19、的结构破坏，各国学者纷纷开展了增强增韧水泥混凝土的研究，其中利用纤维增强增韧水泥混凝土引起了研究人员的广泛关注。 纤维在水泥混凝土领域的应用最早可以追溯到古埃及时代，草筋粘土砖和纸筋灰是最早的纤维增强复合材料。 美国在1990年和1991年举行了纤维增强混凝土的专题报告会，拉开了纤维增强混凝土研究的序幕；1995年韩国举行了纤维增强水泥混凝土的专题报告会，1996年在中国北京举行了第三届国际水泥混凝土报告会，表明纤维增强混凝土的研究与应用已经国际化。著名的化学公司如杜邦公司、3M公司、日本帝人公司等都开发出了多种水泥增强用纤维品种，并已经在高速公路、桥梁、围栏等建筑物中获得广泛应用。 高强度、
20、高韧性、高耐久性的纤维增强增韧水泥混凝土取得长足发展，代替传统的钢筋混凝土或预应力混凝土已经成为国际趋势。在国外，纤维增强水泥混凝土复合材料已经广泛应用于非承重构件中。,1.2.2纤维增强混凝土,水泥混凝土中常用的纤维分为钢纤维和非钢纤维两类， 按照弹性模量可以分为两大类：高弹性模量纤维和低弹性模量纤维。 低弹性模量纤维（如各种有机纤维、尼龙、聚丙烯、聚乙烯等）只能提高混凝土的韧性、抗冲击性能等与材料的塑性有关的物理性能； 高弹性模量纤维（如钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等）则能够改善混凝土的强度和刚性。,纤维在水泥和混凝土中的作用主要有：, 提高水泥混凝土的强度。当钢纤维的体积率为12%时，抗压强
21、度可提高3.8倍。 提高水泥混凝土的抗冻性。纤维可以吸收水泥固化或冷冻过程中形成的张力，从而延缓水泥固化过程中微裂纹的形成和扩散，提高水泥混凝土的抗冻性。 提高水泥混凝土的抗渗性。均匀乱向分布在混凝土中的大量纤维起了承托作用，降低混凝土表面的析水与集料的离析，使混凝土中直径约100纳米左右的孔隙含量大大降低，极大地提高混凝土抗渗防水能力。,纤维在水泥和混凝土中的作用主要有：, 提高水泥混凝土的抗裂性。纤维与水泥基材料充分混合，在水泥净浆或混凝土砂浆中形成多向分布的网络支撑体系，降低水泥或混凝土在塑性收缩及冷冻时形成的张力。在水泥混凝土收缩时，其收缩能量被纤维所吸收，有效增加了水泥混凝土的韧性，
22、抑制其裂纹的产生和发展。 提高水泥混凝土的耐磨能力。聚丙烯混凝土的耐磨能力优于普通混凝土，当聚丙烯纤维的掺量为0.9kg/cm3，耐磨能力提高27.13。 提高水泥混凝土的抗冲击性。纤维作为增强材料，可以抑制水泥混凝土中微裂纹的产生，提高水泥混凝土的韧性、抗冲击性。,2.钢纤维增强混凝土,（1）组成材料 （2）性能 （4）应用,3.其他纤维增强混凝土,（1）碳纤维增强混凝土 （2）聚合物纤维增强混凝土,1.2.3绿化混凝土,绿化混凝土是指能够适应植物生长、可进行植被作业的混凝土及其制品，具有保护环境、改善生态条件、基本保持原有防护作用三大功能。 绿化混凝土可再造自然水环境，增加护砌材料表面透水
23、透气性，提高湿热交换能力，降低护砌材料表面温度，减少城市热岛效应，维护水生态链，增加河流自我净化能力，减少因开采砂石对山林及河道的破坏，减少水泥用量和二氧化碳排放量,1.2.4装饰混凝土,装饰混凝土（DecorativeConcrete）是一种近年来流行美国、加拿大、澳大利亚、欧洲并在世界主要发达国家迅以推广的绿色环保地面材料。它能在原本普通的新旧混凝土表层，通过色彩、色调、质感、款式、纹理、机理和不规则线条的创意设计，图案与颜色的有机组合，创造出各种天然大理石、花岗岩、砖、瓦、木地板等天然石材铺设效果，具有图形美观自然、色彩真实持久、质地坚固耐用等特点。 装饰混凝土采用的是表面处理技术，它在
24、砼基层面上进行表面着色强化处理，以达到装饰砼的效果。同时，对着色强化处理过的地面进行渗透保护处理，以达到洁净地面与保养地面的要求。因此，装饰混凝土的构造模式为基层（砼）、彩色面层（强化料和脱模料）、保护层（保护剂）这三个基本层面构造，这样的构造是良好性能与经济要求的平衡结果。 装饰混凝土可广泛应用于住宅、社区、商业、市政及文娱康乐等各种场合所需的人行道、公园、广场、游乐场、高尚小区道路、停车场、庭院、地铁站台、游泳池等处的景观创造，具有极高的安全性和耐用性。同时，它施工方便、无需压实机械，彩色也较为鲜艳，并可形成各种图案。更重要的是，它不受地形限制，可任意制作。装饰性、灵活性和表现力，正是装饰
25、混凝土的独特性格体现。,1.2.4装饰混凝土,（1）着色装饰混凝土 （2）清水装饰混凝土 清水混凝土极具装饰效果，所以又称装饰混凝土。它浇筑的是高质量的混凝土，而且在拆除浇筑模板后，不再作任何外部抹灰等工程。它不同于普通混凝土，表面非常光滑，棱角分明，无任何外墙装饰，只是在表面涂一层或两层透明的保护剂，显得十分天然 、庄重 （3）露集料装饰混凝土 将表面水泥浆膜剥离，露出粗细集料。根据水泥、砂或不同粗集料品种，其表层剥离后可显示不同的色彩和质感。,1.4 新型玻璃,1.4 新型玻璃,玻璃：一种较为透明的液体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料
26、。普通玻璃化学氧化物的组成主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物，用来隔风透光。 玻璃简单分类主要分为平板玻璃和特种玻璃。 平板玻璃主要分为三种：即引上法平板玻璃、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。 由于浮法玻璃由于厚度均匀、上下表面平整平行，再加上劳动生产率高及利于管理等方面的因素影响，浮法玻璃正成为玻璃制造方式的主流。,玻璃的种类,1、 钢化玻璃。它是普通平板玻璃经过再加工处理而成一种预应力玻璃。钢化玻璃相对于普通平板玻璃来说，具有两大特征： 1) 前者强度是后者的数倍，抗拉度是后者的3倍以上，抗冲击是后者5 倍以上。 2) 钢化玻璃不容易破碎，即使破碎也会以无锐角的颗粒形式碎裂，对人 体伤害大大降
27、低。 2、 磨砂玻璃。它也是在普通平板玻璃上面再磨砂加工而成。一般厚度多在9厘以下，以5、6厘厚度具多。 3、 喷砂玻璃。性能上基本上与磨砂玻璃相似，不同的改磨砂为喷砂。由于两者视觉上类同，很多业主，甚至装修专业人员都把它们混为一谈。 4、 压花玻璃。是采用压延方法制造的一种平板玻璃。其最大的特点是透光不透明，多使用于洗手间等装修区域。,玻璃的种类,5、 夹丝玻璃。是采用压延方法，将金属丝或金属网嵌于玻璃板内制成的一种具有抗冲击平板玻璃，受撞击时只会形成辐射状裂纹而不致于堕下伤人。故多采用于高层楼宇和震荡性强的厂房。 6、 中空玻璃。多采用胶接法将两块玻璃保持一定间隔，间隔中是干燥的空气，周边
28、再用密封材料密封而成，主要用于有隔音要求的装修工程之中。 7、 夹层玻璃。夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃(也可以是钢化玻璃或其他特殊玻璃)和玻璃之间的有机胶合层构成。当受到破坏时，碎片仍粘附在胶层上，避免了碎片飞溅对人体的伤害。多用于有安全要求的装修项目。 8、 防弹玻璃。实际上就是夹层玻璃的一种，只是构成的玻璃多采用强度较高的钢化玻璃，而且夹层的数量也相对较多。多采用于银行或者豪宅等对安全要求非常高的装修工程之中。 9、 热弯玻璃。由平板玻璃加热软化在模具中成型，再经退火制成的曲面玻璃。在一些高级装修中出现的频率越来越高，需要预定，没有现货。 10、玻璃砖。玻璃砖的制作工艺基本和平板玻璃一样
29、，不同的是成型方法。其中间为干燥的空气。多用于装饰性项目或者有保温要求的透光造型之 中。 11、玻璃纸。也称玻璃膜，具有多种颜色和花色。根据纸膜的性能不同，具有不同的性能。绝大部分起隔热、防红外线、防紫外线、防爆等,1.5新型防水材料,十种有发展前途的新型防水材料全国第七次防水材料技术交流会上，防水行业资深专家、国家建材局苏州非金属矿工业设计研究院防水材料设计研究所所长沈春林对国内2005年有发展前途的10种新型防水材料作出预测。一、水泥基渗透结晶型防水材料(标准号GBl84452001)我国于八十年代开始用该产品，九十年代开始进口国外母料，利用国内辅料进行生产，年生产能力已达1.3万吨，由于
30、该产品对小于0.4mm的裂缝和孔隙有渗透、络合、沉淀、结晶作用，因此可以达到自愈效果。在上海、南京、北京、深圳地铁、大连奥林匹克广场、杭州会展中心、中华世纪坛等工程得到了广泛应用。 二、单组分聚氨酯防水涂料单组分聚氨酯防水涂料可克服双组分施工时需现场调配所带来的诸多不便，使用十分方便，施工成本与原来基本持平。单组分聚氨酯防水涂料具有防水性能优异、环保、无毒无污染、施工使用简单，施工成本低的特点，可以广泛应用于：屋顶(水泥基、砖基、金属基、石基)、厨房、卫生间、地下室、水池、游泳池、水处理池、饲养池、桥梁、公路、涵洞防水、大型粮库、水下过程等防水工程。产品被列入建设部2004年218号公告推荐产
31、品。,三、聚合物水泥防水涂料(JS)(标准号JCT8942001)该涂料是由有机液料(AC、EVA)和添加剂作为A组分，以无机粉料(白水泥、石英粉、其它填料及添加剂组成)作为B组分，在施工现场AB两组分以一定比例搅拌混合而成的双组分防水涂料。该产品2003年产销量为2.7万吨。四、膨润土防水材料1、膨润土防水毯主要用于垃圾填埋场、人工湖(河)、渠道、水池、地下室等工程的防渗漏。膨润土防水毯由三层组成，上下两层分别为土工织物，主要起保护和加固作用，使之具有一定的整体抗剪强度和抗拉强度；中间为钠基膨润土粒层，它由天然的粘土矿无机材料加工而成，具有高膨胀性和高吸水。在防渗工程中，膨润土防水毯可单独使
32、用，也可与压实粘土防渗体或土工膜组合使用。当方案允许用粘土、沥青、混凝土、土工膜、膨润土复合防水垫作密封层时，膨润土复合防水垫具有很强的竞争能力。2、遇水膨胀止水条 (标准号JGT141-2001、GBl8173.3-2002) 遇水膨胀橡胶种类较多，有制品型和腻子型，按膨胀速度分有快膨胀型和缓膨胀型，膨胀倍率从100600不等，型号有821BF、BW-91、BW-96等。2003年产销量超过1000万m。,五、自粘型改性沥青防水卷材(标准号无胎基JC8401999、有胎基JC8982002)该卷材分无胎自粘型和有胎自粘型两个品种，产品具有不透水性、低温柔度、抗不变形性能及自愈性好等特点，并且
33、施工方便、不动火，速度快。因此受到用户的好评，目前该产品应用势头良好，国内外都有迅速增长的势头，美国产品叫必坚定，国内产品贴必灵、贴必定、易贴灵、一贴定等2004年产销量超过1800万m2。六、SBS改性沥青防水卷材(标准号GBl824220000)SBS有线型结构和星型(网型)结构，一般推荐使用星型结构SBS。SBS是优秀的沥青改性剂，用SBS改性后的防水卷材具有优良的耐低温性能和较大的延伸率。SBS的掺量为12左右。七、APP改性沥青防水卷材(标准号GBl82432000) APP改性沥青有着优良的耐高温性能，最高可以达到耐高温1400C涂盖层不流淌。APP的推荐掺量为24左右。由于该产品
34、具有优良的耐高温性所以被广泛应用于我国南方地区和路桥用防水卷材。,八、路桥防水材料防水材料如何适用于城市路桥建设、城市路桥防水工程选用何种符合路桥特性要求的防水材料已经是一个亟待解决的问题。1、路桥防水涂料2、路桥防水剂(M1500水泥水性密封剂)该产品是以SMl500催化剂配制而成的无机水性水泥密封防水剂，具有较强的渗透扩散和偶联作用，能渗入水泥混凝土(砂浆)内部与碱类物质反应，偶联生成不溶于水的凝胶体，堵塞空隙和毛细通道，形成可靠的永久性防水层。 九、聚合物水泥防水砂浆(国家行业标准已上报国家发改委)该产品以丙烯酸乳液为主要基料，加入砂浆后成为聚合物水泥防水砂浆，具有优异的粘结、防渗、防水
35、、防腐、抗氯离子渗透、抗裂、耐磨、耐老化等特点，在水工、水利、建筑、市政等工程中得到广泛应用，特别是用于外墙防渗和卫生间防水效果特别好。十、喷涂聚氨酯硬泡体防水保温材料 (国家行业标准已上报国家发改委)该产品的泡孔结构是由无数个微小闭孔所组成，这些微孔互不相通，因此该材料不吸水、不透水、带表皮的PUR吸水率接近零，产品的导热系数小于0.024Wm.k，材料既保温又防水，是理想的防水保温一体化材料。,1.5.1高聚物改性沥青防水卷材 1.5.2合成高分子防水卷材 1.5.3防水涂料 1.5.4其他防水材料,1.5 新型建筑装饰木材,1.6 新型建筑钢材,1.6.1 冷轧扭钢筋 1.6.2 冷拔螺
36、旋钢筋 1.6.3 压型钢板 1.6.4 热轧H型钢钢材检验问题,第2章 地基特殊问题的处理,2.1 岩溶地基的处理 岩溶(喀斯特)形成原因:喀斯特地形的形成是石灰岩地区地下水或地表水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3)2.碳酸氢钙可溶于水，于是有空洞形成并逐步扩大。这种现象在南欧亚德利亚海岸的喀斯特高原上最为典型，所以常把石灰岩地区的这种地形笼统地称之喀斯特地形。云南石林、贵州荔波和重庆武隆称“中国南方喀斯特”,2.2.1 石芽、石林,定义：地表可溶性岩体受地表水的长期溶蚀作用形成的，地表露出顶端尖、下端粗的锥形岩体称为“石芽”
37、，又称“石笋”，石芽林立的称为“石林”。,石芽石林地基处理方法：P76,2.1.2 溶洞,定义: 可溶性石灰岩+含碳酸的地下水,溶洞地基处理方法：P78,2.1.3 溶沟、溶槽,定义：P79 地基处理方法： P79,2.1.4 土洞,定义 P80 地基处理： P80 反滤层机理：P80,增加内容：地基处理方法,2.2 局部地基的处理,2.3 地基特殊问题的处理,2.3.1 古河道、湖泊换填法其他地基加固措施,2.3.2 橡皮土,概念：当地基为粘性土，含水量大且趋于饱和时，如果直接夯打或反复碾压，就容易形成有颤动弹性感的“橡皮土”。 处理方法： 避免直接夯拍，采用晾槽或掺石灰粉的办法降低含水量后
38、压实。 若施工中已出现橡皮土，则应将橡皮土层挖除，然后在槽底适当加深的情况下铺垫一层承载力高、适应设计要求的垫层地基，如砂土或级配砂石垫层等。 见P87,2.3.3 砂土液化,液化机理 消除地基液化的措施 P88,2.4 特殊土地基的处理,特殊土定义：由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等原因，使一些土类具有特殊的成分、结构和工程性质。通常把这些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多，大部分都具有地区特点，故又有区域性特殊土之称 。,2.4.1 湿陷性黄土,湿陷性黄土的定义：天然黄土（富含碳酸盐类）在一定压力作用下，受水浸湿后，土颗粒之间的碳酸盐类物质遇水溶解，土
39、的抗剪强度显著降低，在自重应力或自重应力和附加应力的作用下，土的结构迅速破坏，发生显著的附加下沉，称为湿陷性黄土。湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种。黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。 湿陷性黄土的分布：主要分布在黄河中游山西、陕西、甘肃大部分地区以及河南西部，其次是宁夏、青海、河北的一部分地区，新疆、山东、辽宁等地局部也有发现。,黄土湿陷性判别：,黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数s值来判定，湿陷系数s为单位厚度的土层，由于浸水在规定压力下产生的湿陷量，它表示了土
40、样所代表黄土层的湿陷程度。 试验方法：s可通过室内浸水压缩试验测定。把保持天然含水量和结构的黄土土样装入侧限压缩仪内，逐级加压，达到规定试验压力，土样压缩稳定后，进行浸水，使含水量接近饱和，土样又迅速下沉，再次达到稳定，得到浸水后土样高度,湿陷性判定：我国湿陷性黄土地区建筑规范（GBJ25-90）按照国内各地经验采用s=0.015作为湿陷性黄土的界限值，s0.015定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。一般认为：s0.07为强湿陷性黄土。,湿陷性黄土地基的处理,（一）灰土或素土垫层将基底以下湿陷性土层全部挖除或挖到预计深度，然后用灰土（三分石灰七分土）或素土（就地挖出的粘性土）分层夯实回填，垫层
41、厚度一般为1.03.0m。它施工简易，效果显著，是一种常用的地基浅层湿陷性处理或部分处理的方法。,（二）重锤夯实及强夯法重锤夯实法能消除浅层的湿陷性，如用15kN40kN的重锤，落高2.54.5m，在最佳含水量情况下，可消除在1.01.5m深度内土层的湿陷性。强夯法根据国内使用纪录，锤重100200kN，自由落下高度1020m锤击两遍，可消除46m范围内土层的湿陷性。两种方法均应事先在现场进行夯击试验，以确定为达到预期处理效果（一定深度内湿陷性的消除情况）所必需的夯点、锤击数、夯沉量等，以指导施工，保证质量。,湿陷性黄土地基的处理,（三）挤密桩用打入桩、冲钻或爆扩等方法在土中成孔，然后用石灰土
42、或将石灰与粉煤灰混合分层夯填桩孔而成（少数也有用素土），用挤密的方法破坏黄土地基的松散、大孔结构，达到消除或减轻地基的湿陷性。此方法适用于消除510m深度内地基土的湿陷性。,湿陷性黄土地基的处理,（四）预浸水处理自重湿陷性黄土地基利用其自重湿陷的特性，可在建筑物修筑前，先将地基充分浸水，使其在自重作用下发生湿陷，然后再修筑。,2.4.2 膨胀土,膨胀土的定义：按照我国膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87）中的定义，膨胀土应是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。 膨胀土的分布范围：据现有的资料，广西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山东等2
43、0多个省、自治区、市均有膨胀土。,膨胀土的危害：使大量的轻型房屋发生开裂、倾斜，公路路基发生破坏，堤岸、路堑产生滑坡；在我国，据不完全统计，在膨胀土地区修建的各类工业与民用建筑物，因地基土胀缩变形而导致损坏或破坏的有1000万m2；我国过去修建的公路一般等级较低，膨胀土引起的工程问题不太突出，所以尚未引起广泛关注。然而，近年来由于高等级公路的兴建，在膨胀土地区新建的高等级公路，也出现了严重的病害，已引起了公路交通部门的重视。,膨胀土的判别,膨胀土规范中规定，凡具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率ef40%的土应判定为膨胀土。主要特征为： 1裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、
44、灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态； 2多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎； 3常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等； 4建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。,膨胀土地基施工应采取的措施,1换土垫层在较强或强膨胀性土层出露较浅的建筑场地，可采用非膨胀性的粘性土、砂石、灰土等置换膨胀土，以减少可膨胀的土层，达到减少地基胀缩变形量的目的。 2合理选择基础埋置深度基础埋置深度应根据膨胀土地区的气候特征，大气风化作用的影响深度，并结合膨胀土的胀缩特性确定。一般情况下，基础应埋置在大气风化作用影响深度以下。当以基础埋深为主要防治措施时，基础埋
45、深还可适当增大。,3石灰灌浆加固在膨胀土中掺入一定量的石灰能有效提高土的强度，增加土中湿度的稳定性，减少膨胀趋势。工程上可采用压力灌浆的办法将石灰浆液灌注入膨胀土的裂隙中起加固作用。,膨胀土地基施工应采取的措施,4合理选用基础类型 （结构措施见P94）设计应合理选择有利于克服膨胀土胀缩变形的基础类型。当大气影响深度较深，膨胀土层厚，选用地基加固或墩式基础施工有困难或不经济时，可选用桩基。这种情况下，桩尖应锚固在非膨胀土层或伸入大气影响急剧层以下的土层中。具体桩基设计应满足膨胀土规范的要求。 5合理选择施工方法 （见P94）在膨胀土地基上进行基础施工时，宜采用分段快速作业法，特别应防止基坑暴晒开
46、裂与基坑浸水膨胀软化。因此，雨季应采取防水措施，最好在旱季施工，基坑随挖随砌基础，同时做好地表排水等。,2.4.3 软土 2.4.4 红粘土,2.4.5 冻土,冻土的定义：温度为0或负温，含有冰且与土颗粒呈胶结状态的土称为冻土。,含有冰晶的土层,土的冻胀原理：,原状土结构,三条件： 土、水、温度,冻土的分类：根据冻土冻结延续时间可分为季节性冻土和多年冻土两大类，土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为冻深线或冻结线；土层冻结延续时间在三年或三年以上称为多年冻土。,冻土的分布：季节性冻土在我国分布很广，东北、华北、西北是季节性冻结层厚0.5m以
47、上的主要分布地区；多年冻土主要分布在黑龙江的大小兴安岭一带、内蒙古纬度较大地区，青藏高原部分地区与甘肃、新疆的高山区，其厚度从不足一米到几十米。,冻害的防治措施：P99,2.4.6 填 土,2.5 基坑支护,我国大量的深基坑工程始于20世纪80年代，由于城市高层建筑的迅速发展，地下停车场、高层建筑埋深、人防等各种需要，高层建筑需要建设一定的地下室。近几年，由于城市地铁工程的迅速发展,地铁车站、局部区间明挖等也涉及大量的基坑工程，在双线交叉的地铁车站，基坑深达20-30m。水利、电力也存在着地下厂房、地下泵房的基坑开挖问题。,无论是高层建筑还是地铁的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围
48、通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，这就涉及到基坑开挖的一个很重要内容，要保护其周边构筑物的安全使用。而一般的基坑支护大多又是临时结构、投资太大也易造成浪费，但支护结构不安全又势必会造成工程事故。因此，如何安全、合理地选择合适的支护结构并根据基坑工程的特点进行科学的设计是基坑工程要解决的主要内容。,地下工程（地铁工程）发展现状,北京第五广场,基坑平面面积1.15万 m2。 基坑深度：主楼24m；裙房23m,深15m,基坑深15m,广州海珠 广场基坑,基坑事故,北京地铁10号线基坑，坍塌10余m,上海中环线基坑，塌40m，深10m,基坑事故,新加坡地铁Nicholl Highway站(
49、2004年),基坑事故,土壁支护：,三种类型：加固型支护、支挡型支护、混合型支护。,1.加固型支护：是对基坑边坡滑动棱体范围及其附近土体进行加固，改善其物理力学性能，使其成为具有一定强度和稳定性的土体结构，从而保证土体结构，并兼有抗渗作用。,按施工方法分： 深层搅拌水泥土桩墙支护； 高压喷射旋喷桩支护。,2.支挡型支护：是利用设置在基坑土壁上的支挡构件承受土壁的侧压力及其他荷载，保持土体结构的稳定。,按施工方法分： 土钉支护（土钉墙）；土层锚杆支护；排桩式支护；板桩支护；钢木支撑。,*若按受力状态分： 横撑式支撑、板桩式支护结构（悬臂式、支撑式）、重力式支护结构（如：地下砼连续墙）。,重力式水泥土墙： 水泥土墙是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩），而构成重力式支护结构。,（1）板桩支护,槽钢钢板桩支护这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长68m ,型号由计算确定。 其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和挡土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。,
