基本材料性能外文翻译资料

 2022-03-22 08:03

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本次我翻译的内容是教材Reinforced Concrete Design by Pillai amp; Menon (1)中的第二章节中的2.1、2.2、2.3,由于本人水平有限,翻译时可能出现不少漏洞或者误翻,敬请老师指正。

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基本材料性能

2.1介绍

为了学习设计钢筋混凝土结构,最好从对基础材料的理解开始,即混凝土(包括其成分)和钢筋。 因此,本章简要介绍了这些基础材料的一些重要特性。

本章的大部分内容都是关于混凝土而不是钢筋的,这是因为混凝土和钢筋不同的地方在于它不是在可控条件下的工厂生产的,所以设计师(以及建筑商)需要更多地了解混凝土的性质。 一般情况下,混凝土一般会在现场制备,但在某些情况下也会使用预制混凝土。

2.1.1混凝土技术

制造出“好”的混凝土绝非易事。 这一点从所有常见的“坏”混凝土中都可以看出。 然而好的和坏的混凝土都是用完全相同的成分制备:水泥,骨料,水(有时还有掺合剂)。使其结果截然不同靠的是混合比例,其中“技术诀窍”和“做得如何”导致了不同的结果。

性能良好的混凝土在硬化状态能达到期望的强度,同时具有良好的抗渗性、耐久性等。 为了达到这个目的,混凝土在浆状物状态下(包括搅拌,处理,放置,夯实和硬化)必须是“令人满意的”。 广义而言,这意味着浆状物必须具有合适的混合比例,并且必须具有足够的凝聚力,以便通过可用的方式进行运输和放置时不会出现分离现象,并且其和易性必须使其可以正常工作,并且夯实后可以实际使用。

通过观察和对混凝土拌合物进行一些简单的测试,一位有能力的混凝土专家将能够对硬化后的混凝土的性质和特性有一个正确的认识。 如果发现混凝土不合格,可以采取适当的补救措施,而不必等到混凝土硬化之后,到那时再去进行修复已经太迟了。

“混凝土技术”本身就是一个完整的研究主题,建议读者参阅有关这一主题的标准教科书[参考文献2.1,2.2,2.3]进行详细研究。 在下面的章节中,讨论了混凝土制备的一些突出特点(包括配料和工艺),然后详细描述了硬化混凝土和钢筋的特性。

2.2水泥

水泥可被描述为具有粘合性和内聚性的材料,它能够将矿物碎片(“聚集体”)结合成紧凑的整体。在这个过程中,它赋予了混凝土足够的强度和耐久性。用于制造混凝土的水泥被称为液压水泥 ,因为它们具有在放热(生热)过程中与水发生化学反应的特性,称为水化作用,从而产生防水产品。水化产物形成粘稠的水泥浆,其涂覆聚集体表面并填充聚集体部分之间的一些空隙空间。由于“游离水”吸附和蒸发逐渐消失,随后“凝固”,水泥浆失去一致性(lsquo;硬化rsquo;),将拌合物转化为固体物质。如果水泥浆的稠度过于“苛刻”或过度“潮湿”,则存在分离的危险,即聚集体倾向于从混合物中分离出来;这会对硬化混凝土的质量产生不利影响并导致“蜂窝”外观。由于随着反应产物逐渐填充糊剂中的空隙空间,新硬化的混凝土强度随时间增加而增大(“硬化”),孔隙度和渗透率也随之减小。

关于水泥在混凝土中的作用存在一个常见的误解。 许多人(包括一些土木工程师)认为,在不考虑成本的情况下,尽可能在混凝土中加入大量的水泥是可取的。 然而这是不正确的,使用过量的水泥会导致混凝土开裂(由于水化产生的热量和水泥浆的塑性收缩),以及硬化混凝土的徐变和干燥收缩的长期影响增加,进一步导致产生大的偏转和开裂。

2.2.1硅酸盐水泥

用于制造混凝土的最常见的水硬性水泥被称为硅酸盐水泥,其可以以各种形式获得。

硅酸盐水泥于1824年在英格兰首次获得专利,因其灰色与石灰石(在多塞特开采)类似,被称为“波特兰石”。 硅酸盐水泥是通过将石灰石(或石灰粉)与三氧化二铝、二氧化硅以及含氧化铁的骨料(例如粘土或页岩)等混合物一起燃烧至约1400℃而形成的紧密混合物(以浆液的形式),在冷却并添加少量石膏后将所得“熟料”研磨成细粉。 水泥含有四种主要化合物,即硅酸三钙(C3S),硅酸二钙(C2S),铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)。 通过改变这些主要化合物的相对比例并且添加适当的添加剂,可以制造具有不同性质和不同类型的硅酸盐水泥。 例如,增加C3S和C3A的比例有助于提高早期强度;相反,C2S比例增加阻碍了强度的早期发展(并且产生更少的水化热),但是提高了极限强度[参考文献2.2]。 调整水泥的颗粒细度也可以控制这些性能。

由石膏或石灰石煅烧产生的水泥是“非水硬性的”,因为它们的水化作用的产物不防水;然而,加入火山灰骨料可以使石膏和石灰水泥“水硬”[参考文献2.2]。

由规范可以得出以下类型的硅酸盐水泥(IS 456:2000):

普通硅酸盐水泥(OPC)——目前有三种不同“等级”(表示抗压强度),即, C33,C43和C53,分别来自规范IS 269:1989,IS 8112:1989和IS 12269:1987。 数字33,43和53分别对应水泥标本养护28天依照标准实验方法测得的抗压强度。 这些在通常的混凝土结构中最常用,一般没有特殊的耐久性要求(例如暴露于“硫酸盐侵蚀”的环境)。

快速硬化硅酸盐水泥(RHPC)——依据规范IS 8041:1990,与OPC相似,不同之处在于它具有更多的C3S和更少的C2S,并且磨得更细。 它被用于需要快速硬化凝结的场合(例如,当模板被提前移除以供再利用时)。

矿渣硅酸盐水泥(PSC)——依据规范IS 455:1989,是通过粉碎硅酸盐水泥熟料和粒状高炉矿渣(生铁生产中的废料)制成的。 它具有相当高的抗硫酸盐性,使其适用于暴露于硫酸盐的环境中(土壤中或地下水中)。

火山灰质硅酸盐水泥(PPC)——基于粉煤灰或煅烧粘土,分别依据规范IS 1489:1991第1和2部分,包括添加含有二氧化硅的矿物添加剂“火山灰”(粉煤灰或煅烧粘土) 火山灰一般比它替代的水泥便宜。 这些水泥水化和获得相对较慢的强度,因此需要在相对较长的时间内硬化。 它们适用于需要低水化热量的情况下(如大量混凝土浇筑)。

疏水性硅酸盐水泥(HPC)——依据规范IS 8043:1991,是通过在0.1-0.4%的油酸锶酸中共研磨硅酸盐水泥获得的。 “疏水性”(防水性)是由于在每个水泥颗粒周围形成了防水膜。 在混凝土搅拌过程中,该膜被破坏,从而可以进行正常的水化作用。 尽管其早期强度较低,但这种水泥适用于需要在不利条件下长期储存水泥袋的情况,因为它的损坏非常小。

——术语lsquo;特征强度#39;在2.6.1节中定义。 目前印度已经有较高等级的OPC,在水泥生产中通过增加石灰比例(增强C3S)和增加细度(高达325 kg / m2)来实现。 水泥等级越高,混凝土混合料的强度增加越快。 然而,从长远来看,不同等级的水泥的强度发展曲线或多或少地趋于一致。

低热硅酸盐水泥(LHPC)——依据规范IS 12600:1989,是一种水化速度较慢、C3S和C3A含量相对较低的硅酸盐水泥。其水化过程很慢(与PPC一样),因此产生的热量也很低。 这在重力坝的大体积混凝土中是理想的;否则,过度的水化热可导致严重的开裂。 但是,由于强度增长速度较慢,所以在使用时应采取适当的预防措施,例如拆除模板等。

抗硫酸盐硅酸盐水泥(SRPC)—— 依据规范IS 12330:1988,是具有非常低的C3A含量和平面细于OPC的普通硅酸盐水泥。 这种水泥是lsquo;耐硫酸盐#39;的,因为混凝土的分解会由于硬化水泥中的C3A与外部的硫酸盐反应而受到抑制。 因此,SRPC非常适合用于位于硫酸盐存在的土壤中的混凝土结构。 然而,最近的研究表明,在存在氯化物的环境中使用SRPC不是有利的。

硅酸盐白水泥(PWC)——依据规范IS 269:1989,是由低铁含量的原材料制成的硅酸盐水泥,其熟料由火焰高温燃烧制成。 磨碎熟料期间需要特别的预防措施以避免污染。 在白色水泥混凝土混合料中添加颜料可以生产出柔和色彩的混凝土。 与OPC相比,白色水泥的价格要高得多,主要用于建筑用途 ——地板和墙面饰面,游泳池表面等。

该规范允许使用硅酸盐水泥与矿物外加剂的组合,只要它们符合所需的性能标准。 “混合水泥”一词现在越来越受欢迎: 它指通过与各种火山灰混合物如粉煤灰(具有适当质量)和磨碎的高炉矿渣混合而得到的水泥。

2.2.2其他水泥

该规范还规定在特殊情况下可以使用以下特殊水泥 ——主要是防止化学侵蚀。 但是,应该谨慎地使用这些水泥,并且要特别小心。

高氧化铝水泥(HAC)或铝质水泥 ——依据规范IS 6452:1989,与硅酸盐水泥的成分完全不同。 用于制造的原材料包括“铝土矿”(这是一种高氧化铝含量的粘土)和石灰石(或石灰粉)。 它具有良好的抵抗硫酸盐和一些稀酸的侵袭,特别推荐在海洋环境中使用; 它也表现出非常高的强度发展速度。

超强酸水泥(SC)——依据规范IS 6909:1990,通过将80-85%粒状高炉矿渣与10-15%烧熟石膏以及约5%硅酸盐水泥熟料的混合物相互研磨而制成。 它对海水有很强的抵抗力,可以承受土壤或地下水中发现的高浓度硫酸盐;它也抵抗泥炭酸和油。

2.2.3水泥测试

在生产优质混凝土时,水泥质量的检测是非常重要的。水泥的质量取决于其是否符合各自水泥规范IS中给出的性能特征。 制造商声称/表明的任何特殊功能或其他性能特征与“法定质量标志”一起或与质量标志所保证的与该水泥相关的特性无关。 消费者应该遵循相应的规范IS中给出的特征,或寻求专家意见(本规范第5.1.3条)。

根据规范IS 269:1976和IS 4031:1988执行测试以评估以下内容:

化学成分——分析确定水泥中存在的各种氧化物(钙,硅,铝,铁,镁和硫)的组成,并确保杂质在规定的限度内;

细度——以比表面积(即每单位质量的表面积)来表示水泥颗粒尺寸的量度;细度的增加提高了水化作用的速度,因此也提高了强度的发展;

标准稠度 ——确定要混合生成“标准糊状物”的含水量;

初始和最终固化时间——标准水泥浆凝固速度的测量(使用lsquo;维卡针#39;):“初始设置时间”表示浆状物变得无法工作的时间(对于OPC通常不少于30-45分钟),而“最终凝固时间”是指达到完全凝固状态的时间(将是 对于OPC,不超过375-600分钟);

稳定性:表明水泥浆一旦凝固后不会经历可观的体积变化(导致混凝土开裂)的质量;以及

强度——以压缩和拉伸试验中硬化水泥砂浆试件破坏时的应力来衡量。

2.3骨料

由于骨料约占混凝土体积的四分之三,因此它对混凝土的结构性能,特别是强度、耐久性和体积稳定性有很大影响。

鉴于改进的研磨技术,现代水泥比其以前的水泥精细得多;因此,这些水泥在早期阶段的强度也变得更加强大。 然而,相应的释放的水化热也较高。

骨料由天然的岩石通过风化和磨损过程形成,或者通过人为压碎较大的母体(岩石)块体形成。 其他类型的骨料可用于普通混凝土构件(编号C1.5.3.1),但尽可能优先考虑天然骨料。 如规范IS 383:1970所述,骨料一般分为细骨料(粒径介于0.075mm和4.75mm之间)和粗骨料(颗粒尺寸大于4.75mm)。

从河床和坑中取出的沙子通常用作细骨料,通常经过清理并使其不含淤泥,粘土和其他杂质;采掘石头(采石场)时产生的灰尘有时被用作沙子的部分替代品。

砾石和碎石通常用作粗骨料。用于钢筋混凝土工程中粗骨料的最大尺寸取决于结构构件的厚度和钢筋周围可用的空间。一般来说,钢筋混凝土结构中所允许的骨料最大尺寸为20毫米。但是,如果构件非常薄,“规范”(规范5.3.3)规定该构件尺寸应为最小厚度的四分之一。在高强度构件中,应该比钢筋最小间距或者最小覆盖率的间距小5 mm。在这种情况下,骨料最大尺寸通常取10毫米。在混凝土流量没有限制的情况下,就像在大多数普通混凝土工程中一样,对最大骨料尺寸没有这种限制。例如在基础下的混凝土中使用骨料时最大尺寸为40 mm的拌合物是很常见的。 “规范”(规范5.3.3)甚至允许在某些情况下使用超过160毫米的“石子”,在某些情况下,大体积混凝土达到混凝土总体积的20%。石子是大块随机形状的石块落入新鲜放置的大体积混凝土中以节约混凝土;这种大体积混凝土有时被称为“巨石混凝土” [参照章节2.8].

还可以提到一种特殊类型的骨料,称为轻骨料,它虽然不用于钢筋混凝土工程,但有时也用于制造“轻质混凝土”砖石砌块,它的单位重量低,隔热性能好,并且耐火性能好。轻骨料可以从天然来源(例如硅藻土,浮石等)或人为获得,其形式为“烧结粉煤灰”或“膨胀粘土”(符合IS 9142:1979)。

2.3.1综合属性和测试

在规范IS 2386(第1-8部分)中描述了许多测试,以评估骨料的质量,包括以下物理和机械性能:

颗粒大小、形状和表面纹理:“尺寸”和“形状”影响强度;“形状”和“质地”影响粘合(在骨料和水泥浆之间)——例如,有棱角的和稍微多孔的骨料有利于良好的粘合;

地质分类:基于母岩的矿物类型;

“名义”(通常用于钢筋混凝土设计实践)是指任何参数的预期值,例如尺寸和材料强度。 实际值可能有所不同,具体取决于可接受的公差。

比重和容重:分别为骨料颗粒和骨料总量;

含水率,吸水率和沙子膨胀率:水泥中存在的水分或水分可能被集料吸收, 因此必须考虑混凝土拌合物的含水量;此外,在

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