環(huán)境土建工程第2章

1、第2章 環(huán)境土建工程基礎(chǔ)理論知識(shí) 環(huán)境土建工程：房屋建筑結(jié)構(gòu)、各種水池、水塔構(gòu)筑物，以及溝、渠、壩、擋土結(jié)構(gòu)物等土工構(gòu)筑物工程。2.1 建筑力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.1.1 結(jié)構(gòu)與構(gòu)件結(jié)構(gòu)：建筑物中承受荷載而起骨架作用的部分。構(gòu)件：組成結(jié)構(gòu)的各單獨(dú)部分。精選ppt精選ppt（1）桿系結(jié)構(gòu)（2）薄壁結(jié)構(gòu)（3）實(shí)體結(jié)構(gòu)構(gòu)件是桿件，特征：長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫截面的寬度和高度，結(jié)構(gòu)按幾何特征分為三種類(lèi)型：構(gòu)件是薄板或薄殼，特征：厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它的另外兩個(gè)方向的尺寸。三個(gè)方向的尺寸基本為同量級(jí)的結(jié)構(gòu)。精選ppt2.1.2 剛體、變形固體及其基本假設(shè)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(shè)而

2、理想化了的一般變形固體理想假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)均勻性假設(shè)各向同性假設(shè)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(zhuǎn) 彎曲組合變形精選ppt2.1.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)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(dòng)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(jì)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(jié)

3、構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖： 能夠反映結(jié)構(gòu)主要工作特性的簡(jiǎn)化模型，忽略真實(shí)結(jié)構(gòu)的次要因素，簡(jiǎn)化真實(shí)結(jié)構(gòu)，便于計(jì)算。保留了真實(shí)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)，是真實(shí)結(jié)構(gòu)的代表，能夠給出滿足精度要求的分析結(jié)果。 選擇正確的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖重要而困難，經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，已有了成熟的計(jì)算簡(jiǎn)圖精選ppt（1）支座簡(jiǎn)化示例精選ppt（2）結(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化示例結(jié)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的交點(diǎn)鉸結(jié)點(diǎn)、剛結(jié)點(diǎn)、組合結(jié)點(diǎn)精選ppt精選ppt（3）計(jì)算簡(jiǎn)圖示例精選ppt（4）平面桿系結(jié)構(gòu)分類(lèi)梁 由受彎桿件構(gòu)成，桿件軸線一般為直線。精選ppt拱 一般由曲桿構(gòu)成，在豎向荷載作用下，支座產(chǎn)生水平反力。鋼架 由梁和柱組成的結(jié)構(gòu)。精選ppt 桁架 由若干直桿用鉸鏈連接組成的

4、結(jié)構(gòu)。靜定結(jié)構(gòu)超靜定結(jié)構(gòu)精選ppt2.1.5 荷載的分類(lèi)（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(gòu)建的尺寸相比十分微小，可認(rèn)為荷載集中作用于一點(diǎn)。（2）按荷載作用時(shí)間的久暫分為恒荷載和活荷載恒荷載：永久作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。（自重、永久設(shè)備）活荷載：暫時(shí)作用在結(jié)構(gòu)上的荷載。（風(fēng)、雪）精選ppt（3）按荷載作用的性質(zhì)可分為靜荷載和動(dòng)荷載靜荷載：由零逐漸增加到最后值的荷載。特點(diǎn)：荷載施加過(guò)程中，結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)產(chǎn)生的加速度不明顯，荷載達(dá)到最后值后，結(jié)構(gòu)處于靜止平衡狀態(tài)。動(dòng)荷載：大小、方向隨時(shí)間而改變的荷載。

5、特點(diǎn)：由于荷載的作用，結(jié)構(gòu)上各點(diǎn)產(chǎn)生明顯的加速度，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形都隨時(shí)間而發(fā)生變化。精選ppt2.1.6 建筑力學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容建筑力學(xué)的任務(wù)：研究結(jié)構(gòu)的幾何組成規(guī)律，以及在荷載作用下結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問(wèn)題。建筑力學(xué)的目的：保證結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求正常工作，并充分發(fā)揮材料的性能，使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理。建筑力學(xué)的內(nèi)容：（1）靜力學(xué)基礎(chǔ)及靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算（2）強(qiáng)度問(wèn)題 （3）剛度問(wèn)題（4）超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算（5）穩(wěn)定性問(wèn)題精選ppt 混凝土是由膠凝材料、水和粗、細(xì)骨料按適當(dāng)比例配合、拌制成拌合物，經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的人造石材。土木建筑工程對(duì)混凝土質(zhì)量的基本要求是：具有符合設(shè)計(jì)

6、要求的強(qiáng)度；具有與施工條件相適應(yīng)的和易性；具有與工程環(huán)境相適應(yīng)的耐久性。材料組成經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)制作節(jié)約能源。2.2.1 混凝土 2.2 物理化學(xué)知識(shí)精選ppt 加水拌和成塑性漿后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)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(zhì)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(xì)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(xué)成分為ai2，其簡(jiǎn)寫(xiě)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(chǎn)生水化反應(yīng)，并產(chǎn)生較多的水化熱。它對(duì)促進(jìn)水泥的凝結(jié)硬化，特別是對(duì)水泥天內(nèi)的早期強(qiáng)度以及后期強(qiáng)度都起主要作用。精選ppt生產(chǎn)過(guò)程精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt（）硅酸二鈣 硅酸二鈣的化學(xué)成分為2ai2，其簡(jiǎn)寫(xiě)為C2S，約占水泥熟料總量的1537。硅酸二鈣遇水后反應(yīng)較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結(jié)，對(duì)水泥的后期強(qiáng)度起主要作用。（）鋁酸三鈣 鋁酸三鈣的化學(xué)成分是CaOAl2O3，其簡(jiǎn)寫(xiě)為C3，約占水泥熟料總量的715。鋁酸三鈣遇水

8、后反應(yīng)極快，產(chǎn)生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對(duì)水泥的凝結(jié)起主導(dǎo)作用，但其水化產(chǎn)物強(qiáng)度較低，主要對(duì)水泥的早期強(qiáng)度有所貢獻(xiàn)。精選ppt（4）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學(xué)成分為:CaOAl2O3Fe2O3，其簡(jiǎn)寫(xiě)為4AF，約占水泥熟料總量的1018。鐵鋁酸四鈣遇水時(shí)水化反應(yīng)也很快，水化熱較低，水化產(chǎn)物的強(qiáng)度不高，對(duì)水泥石的抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要對(duì)抗折強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大。精選ppt硅酸鹽水泥的水化反應(yīng) 硅酸鹽水泥遇水后，水泥中的各種礦物成分會(huì)很快發(fā)生水化反應(yīng)，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(gòu)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(xì)骨料（粒徑0.165mm）。卵石和天然砂是常用的粗、細(xì)骨料，骨料的強(qiáng)度直接影響混凝土的強(qiáng)度。特別是粗骨料。精選ppt 混凝土混合料在拌和時(shí)要加入一定量的水，一是要保證水泥水化過(guò)程的進(jìn)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(dòng)性 水泥加水拌合后的劇烈水化反應(yīng)，一方面使水泥漿中起潤(rùn)滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產(chǎn)物在溶液中很快達(dá)飽和或過(guò)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(lái)越多的顆粒相互

10、連接形成了骨架結(jié)構(gòu)。此時(shí)，水泥漿便開(kāi)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(huì)使水泥很快凝結(jié)，為使工程使用時(shí)有足夠的操作時(shí)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(kāi)始水化，石膏會(huì)與水化鋁酸三鈣反應(yīng)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(hù)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(chǎn)物的向外擴(kuò)散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝時(shí)間得以延緩。精選ppt當(dāng)摻入水泥的石膏消耗殆盡時(shí)，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(jìn)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(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實(shí)，加之水化產(chǎn)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(qiáng)度的水泥石，從而進(jìn)入了硬化階段。水化產(chǎn)物的進(jìn)一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強(qiáng)度不斷發(fā)展。精選ppt 隨著水泥水化的不斷進(jìn)行，水泥漿結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙不斷被新生水化物填充和加固的過(guò)程，稱為水泥的“凝結(jié)”。隨后產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度并逐漸變成堅(jiān)硬的人造石水泥石，這一過(guò)程稱為水泥的“硬化”。 實(shí)際上，水泥的水化過(guò)程很慢，較粗水泥顆粒的內(nèi)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(zhì)體。精選ppt4、孔隙 混凝土是一個(gè)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(fēng)味凝膠孔、過(guò)渡孔、毛細(xì)孔等。侵蝕性介質(zhì)只有通過(guò)孔隙才能進(jìn)入混凝土內(nèi)部對(duì)其產(chǎn)生侵蝕，此外，混凝土構(gòu)筑物的許多物理性能如滲透性、抗凍性和力學(xué)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(guān)。精選ppt混凝土外加劑是指在拌制混凝土過(guò)程中摻入的，用以改善混凝土性能的物質(zhì)。一般情況摻量不超過(guò)水泥質(zhì)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(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，外加劑已越來(lái)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(lèi) 按化學(xué)成分可分成三類(lèi)： （）無(wú)機(jī)化合物，多為電解質(zhì)鹽類(lèi)。 （）有機(jī)化合物，多為表面活性劑。 （）有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合物。 按功能分為四類(lèi)： （）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(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時(shí)間，硬化性能的外加劑。如緩凝劑、早強(qiáng)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(yīng)抑制劑、隔離劑、養(yǎng)護(hù)劑等。精選ppt 6、混凝土和易性 混凝土混合料的諸多性質(zhì)，如攪拌是否均勻，運(yùn)輸過(guò)程是否

14、是否產(chǎn)生分層析水，澆筑時(shí)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(nèi)部的孔隙水在負(fù)溫下結(jié)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(dòng)未凍水向凍結(jié)區(qū)的遷移造成的滲透壓力，當(dāng)這兩種壓力所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，多次凍融使裂縫不斷擴(kuò)展直至破壞。 凍融破壞機(jī)理有很多，但迄今為止尚無(wú)統(tǒng)一的結(jié)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(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫和損傷，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)作用后，損傷積累到一定程度所引起的一種結(jié)構(gòu)破壞.凍融破壞過(guò)程中，水化產(chǎn)物的成分基本保持不變，可任務(wù)混凝土的凍融破壞過(guò)程是一個(gè)物理變化過(guò)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(xué)變化精選ppt（）內(nèi)部構(gòu)造、（）混凝空隙率，既混凝土密實(shí)度、混凝土孔隙構(gòu)造及數(shù)量。密實(shí)度越小，開(kāi)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(jié)后產(chǎn)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(zhì)，與水泥石中的氫氧化鈣等堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)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(duì)混凝土性能有明顯的影響，首先是減弱對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。由于水泥水化過(guò)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(dá)到12.613。這種強(qiáng)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(hù)鋼筋免于銹蝕。碳化作用降低了混凝土的堿度，當(dāng)值低于10時(shí)，鋼筋表面鈍化膜破壞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。同時(shí)碳化伴隨著混凝土的收縮，引起表面開(kāi)裂和粉化2、混凝土的碳化精選ppt 其次，當(dāng)碳化深度超過(guò)鋼筋的保護(hù)層時(shí)，鋼筋不但易發(fā)生銹蝕，還會(huì)因此引起體積膨脹，使混凝土保護(hù)層開(kāi)裂或剝落，進(jìn)而又加速混凝土進(jìn)一步碳化。碳化作用還會(huì)引起混凝土的收縮，使混凝土表面碳化層產(chǎn)生拉應(yīng)力，可能產(chǎn)生微細(xì)裂縫，從而降低了混凝土的抗折強(qiáng)度。精選ppt碳化對(duì)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(duì)鋼筋的保護(hù)作用。2、碳化作用會(huì)增加混凝土的收縮，引起混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力出現(xiàn)細(xì)微裂縫，從而降低混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及抗?jié)B能力。有利方面：碳化作用產(chǎn)生的碳酸鈣填充了水泥石的孔隙，提高了水泥石的密實(shí)度，提高了抗壓強(qiáng)度。如混凝土預(yù)制樁往往利用碳化作用來(lái)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(zhǎng)期接觸軟水時(shí)，會(huì)使水泥石中的氫氧化鈣不斷被溶出，當(dāng)水泥石中游離的氫氧化鈣減少到一定程度時(shí)，水泥石中的其它含鈣礦物也可能分解和溶出，從而導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，甚至破壞。當(dāng)水泥石處于軟水環(huán)境時(shí)，特別是處于流動(dòng)的軟水環(huán)境中時(shí)，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(jié)構(gòu)處于各種酸性介質(zhì)中時(shí)，酸性介質(zhì)易與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物可能溶于水中而流失，或發(fā)生體積膨脹造成結(jié)構(gòu)物的局部被脹裂，破壞了水泥石的結(jié)構(gòu)。其基本化學(xué)反應(yīng)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(yīng)，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸鈣，碳酸鈣再與碳酸反應(yīng)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(jié)構(gòu)。其腐蝕反應(yīng)過(guò)程為精選ppt 當(dāng)環(huán)境中含有硫酸鹽的水滲入到水泥石結(jié)構(gòu)中時(shí)，會(huì)與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)生成石膏，石膏再與水泥石中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石，產(chǎn)生1.5倍的體積膨脹，這種膨脹必然導(dǎo)致脆性水泥石結(jié)構(gòu)的開(kāi)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(yīng) 是指水泥中的堿與骨料中的活性二氧化硅反應(yīng)，生成堿-硅酸鹽凝膠，并吸水膨脹，使體積增大約34倍，產(chǎn)生的膨脹壓力可引起混凝土剝落、開(kāi)裂、強(qiáng)度下降甚至破壞。 發(fā)生堿骨料反應(yīng)時(shí)，一般不到兩年就會(huì)使其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開(kāi)裂，一旦發(fā)生，比較難控制，會(huì)加速其他侵蝕破壞。精選pp