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土木工程材料 期末复习 期末复习-土木方程材料土木工程材料一、基本性质1、 密度：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。-密度；g/cm3； m-材料在干燥状态的质量，g；V-材料的绝对密实体积，cm3。2、 表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。0-表观密度；Kg/m3； m-材料的质量，Kg；V0-材料在自然状态下的外形体积，m3。3、 堆积密度：散粒或粉状（如砂、石子、水泥等），在堆积状态下，单位体积的质量。-材料的堆积密度；Kg/m3； m-材料的质量，Kg；-材料的自然堆积体积，m3。4、密实度：材料体积内被固体物质充实的程度； 5、孔隙率：材料体积内，空隙体积所占的比例；孔隙率增大，材料的密度不变，吸水性增强，抗冻性降低，导热性降低，强度降低。 孔隙率+密实度=16、 填充率：散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度；7、 孔隙率：散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例； 填充率+孔隙率=18、 亲水性：材料与水接触时能被水润湿的性质； 憎水性：材料与水接触时不能被水润湿的性质； 润湿角越小，表明材料易被水润湿； 润湿角90，称为亲水性材料；90，憎水性材料。9、 吸水性：材料在水中通过毛细空隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示：质量吸水率是指材料吸水饱和时，其内部吸收水分的质量占干材料质量的百分率。式中：材料的质量吸水率，； 材料在吸水饱和状态下的质量，g； 材料在干燥状态下的质量，g。体积吸水率：材料吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率。材料吸水率的大小，主要决定于材料孔隙的大小和特征。孔隙率越大，吸水性越强；但因封闭孔隙水分不易渗入，粗大孔隙水分不易保留，故有些材料尽管孔隙率大，但吸水率却越小。只有孔隙连通而微小的材料，其吸水率才较大。各种材料的吸水率很不同。10、 吸湿性：材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示；含水率是指材料内部所含水的质量占干材料质量的百分率。吸湿作用可逆。材料的含水率，；材料在吸湿状态下的重量，g；材料在干燥状态下的重量，g。在一定的温度和湿度条件下，材料中所含水分与周围空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。木材的吸湿性特别明显，他能大量吸收水汽而增加质量，降低强度和改变尺寸。11、 耐水性：材料长期在饱和水作用下，不破坏同时强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性好坏用软化系数表示，材料在饱和水状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度的比值，就是软化系数。材料的软化系数； 材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。材料的软化系数在01之间。经常位于水中或受潮严重的重要结构物的材料，软化系数不宜小于0.85；受潮较轻或次要结构物的材料，软化系数不宜小于0.70。软化系数大于0.85的材料，通常认为是耐水的材料，称为耐水性材料。12、 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降 低强度的性质。用“抗冻等级”表示。抗冻的破坏作用是由材料孔隙率内的水分结冰而引起的；“抗冻等级”表示材料经过的冻融次数，其质量损失、强度下降均不超过规定值。温度越低、降温越快、冻融越频繁，则受冻破坏越严重。13、 抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质；用渗透系数表示； K-渗透系数，cm/h；Q-渗水量，cm3；d-试件厚度，cm；A-渗水面积，cm2；t-渗水时间，h；H-静水压力水头，cm。渗透系数越小，则表示材料的抗渗性越好。对于防潮、防水材料，常用渗透系数表示其抗渗性；对于砂浆、混凝土等材料，常用抗渗等级表示；抗渗等级越高，则表示材料的抗渗性能越好。抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有密切关系，孔隙率很低而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性能。14、 强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。外力逐渐增加，应力相应加大。15、 材料的抗压、抗拉及抗剪强度：材料的强度，MPa； Fmax试件破坏时的最大荷载，N。 试件受力截面面积，mm2。抗压强度是评定脆性材料强度的基本指标，而抗拉强度是评定塑性材料强度的主要指标。16、 材料抗弯强度：一般实验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则： 另外的实验方法是在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载，则：材料的抗弯极限强度，MPa；试件破坏时的最大荷载，N； 试件两支点间的距离，mm；、试件截面的宽度和高度，mm。影响材料的因素：1）、组成、结构和构造有关 2）、孔隙率与孔隙特征 3）、试件的形状、尺寸 4）、加荷速度 5）、试验环境的温度、湿度 6）、受力面状态17、材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，变形随即消失并能完全恢复原来形状的性质，称为材料的弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形或瞬时变形。应力与应变的比值称为材料的弹性模量。 材料的应力，MPa；材料的应变；材料的弹性模量，MPa。E越大材料越不易变形。材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，不能恢复变形，仍然保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为材料的塑性。这种不可恢复的变形称为塑性变形或永久变形。18、材料的脆性与韧性材料受外力作用，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，但破坏时没有明显塑性变形的性质，称为材料的脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，产生较大变形而不致破坏的性质，称为材料的韧性或冲击韧性19、 导热系数与保温绝热的关系材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即-导热系数，W/（mK）；Q-总传热量，J；a-材料厚度，m；A-热传导面积，m2t-热传导时间，h；T2-T1-材料两面温度差，K。材料的导热系数越大，其传导的热量就越多。导热系数：金属材料无机非金属材料有机材料；结晶结构微晶结构玻璃结构材料的孔隙率越大，导热系数越小。材料的导热系数岁温度升高而增大.绝热材料在低温下的使用效果更佳。固体导热最好，液体次之，气体最差。20、 耐久性的概念-抗渗材料在长期使用过程中，能抵抗各种作用而不破坏，并且能保持原有性能的能力，称为材料的耐久性。影响耐久性的因素很多，包括物理作用、化学作用及生物作用等。（1）物理作用物理作用指材料受干湿、冷热、冻融变化等，使材料体积发生收缩与膨胀，或产生内应力而开裂破坏。（2）化学作用化学作用指材料在大气和环境水中的酸碱盐等溶液的侵蚀下，使材料逐渐发生质变而破坏。（3）生物作用生物作用指材料在昆虫或菌类等的侵害下，导致材料发生虫蛀、腐朽而破坏。 （4）机械作用包括使用荷载的持续作用，改变荷载引起材料疲劳、冲击、磨损、磨耗等。建筑材料中的砖、石、混凝土等矿物材料-物理作用而破坏金属材料-化学作用而引起腐蚀；木材、植物等天然材料-生物作用而腐蚀、腐朽沥青及高分子材料，在阳光、空气、水和热的作用下会逐渐老化，使材料变脆，开裂而破坏。2、 胶凝材料与水泥1、胶凝材料按其化学组成可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料；有机胶凝材料以天然的有机高分子化合物为基本成分；无机胶凝材料则以无机化合物为基本成分；2、气硬性（或水硬性）胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，也只能在空气保持或继续发展其强度；耐水性差，只适用于地上或干燥环境3、气硬性材料有石灰、石膏、水玻璃和镁质胶凝材料等。4、水硬性胶凝材料不仅能在空气中而且能更好地在水中凝结硬化，保持并继续发展其强度。耐水性很好，可适用于各种大气环境，潮湿环境或水中工程。5、 水硬性胶凝材料为各种水泥。6、 建筑石膏的成分：型半水硫酸钙-CaSO41/2H207、 建筑石膏的特性：硬化后体积微膨胀性；硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸声性较强、吸湿性较强；耐水性与抗冻性较差，不宜用于潮湿部位；凝结硬化快，初凝6分，终凝30分。防火性好但耐火性差8、 石膏防火性：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。9、 生石灰主要是石灰石或白云石质石灰石等天然岩石，主要成分为碳酸钙（CaCO3），经过煅烧分解成生石灰（CaO）。10、 石灰的消解：反应可逆；水化热大、水化速度快；水化过程体积增大，增大1-2.5倍；熟化时，煅烧良好，氧化钙含量高的石灰熟化较快，放热量和体积增大较多。11、 石灰的硬化：结晶作用生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体；浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。碳化作用Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层。提高耐久性。结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。12、 石灰陈伏：生石灰要在水中放置两周以上，此过程即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完全和水反应，不会因含有过火石灰造成熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。13、 陈伏是为了消除消除或减少过火石灰的危害。过火石灰的危害，与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。14、 石灰的性质：良好的可塑性和保水性；凝结硬化慢，强度低；耐水性差，吸湿性好，可做干燥剂；硬化时体积收缩大。15、 水泥强度等级评定：国家标准规定：采用水泥胶砂强度检验法（ISO法）测定水泥强度。是将水泥、标准砂和水以规定的质量比例（水泥：标准砂：水=1：3：0.5）按规定的方法搅拌均匀并成型为40mmX40mmX160mm的试件，在温度（201）摄氏度的水中，养护到一定的龄期（4d、28d）后，测其抗折强度、抗压强度。16、 水泥熟料矿物组成：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。铁铝酸四钙；17、 水泥熟料矿物特性：硅酸三钙水化速度较快，水化热较大；硅酸二钙水化速度最慢，水化热最小；铝酸三钙水化速度最快，水化热最集中；铁铝四钙抗冲击性能和抗硫酸盐性能好。矿物组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙反应速度快慢最快中28d水化放热量多少最多中早期强度高低低低后期强度高高低低耐腐蚀性中良差好干缩性中小大小备注主要成分保证后期强度快速凝结耐腐蚀18、 水化硅酸钙凝结对水泥石的强度和其他性质起决定性作用。19、 初凝时间：自加水起至水泥浆开始失去塑性所需要的时间。20、 国标规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得小于45min，终凝时间不得大于390min。凝结时间不满足要求的为不合格品。21、 水泥安定性： 概念：水泥在凝结硬化过程中体积变化是否均匀的性能。 引起不良的因素：熟料中含有过多的游离氧化钙、游离氧化镁、石膏惨量过多。 国标规定：1）、用煮沸法检验游离氧化钙引起的水泥安定性 2）、硅酸盐水泥中游离氧化镁的含量不得超过5.0 3）、硅酸盐水泥中的石膏惨量以SO2计，其含量不得超过3.522、 混合材料水泥的特性：分活性混合材料和非活性混合材料活性混合材料：水化热低、抗软水、腐蚀能力强、凝结硬化慢、抗碳化能力差、抗冻性差、耐磨性差、湿热敏感性强，适合蒸气养护。（粒化高炉矿渣：耐热性好；火山灰质混合材料：抗渗性好；粉煤灰：抗裂性好）23、 水泥储运： 不得受潮和混入杂质； 储运三个月的水泥，强度下降10-20; 储运6个月的水泥，强度下降150-30; 储运年的水泥，强度下降25-40; 自水泥出厂之日起，不得超过三个月，超过三个月的水泥使用是应重新检验，以实测强度为准。3、 混凝土1、 按表观密度将混凝土分类 重混凝土（干表密度大于2800kg/m3，一般用于原子功能工程的屏蔽结构）； 普通混凝土（干表密度在2000-2800kg/m3主要用于承重结构）； 轻混凝土（干表密度小于2000kg/m3，可用做承重隔热构件或保温隔热材料）。2、 级配；砂的颗粒级配：l 概念：颗粒大小的搭配情况；l 砂的颗粒级配和粗细程度常用筛分析的方法进行测定；砂的粗细程度可通过计算细度模数确定。（精确至0.01）。 式中：细度模数。、分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600、300、150筛的累计筛余百分率。砂按细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂：3.73.1 中砂：3.02.3 细砂：2.2-1.6 特细砂：1.5-0.7 粉砂：小于0.7l 砂的等级评定：根据砂中有害杂质的含量及砂的坚固性，将砂分为类、类、类。粗骨料的颗粒级配：l 概念：石子大小颗粒相互搭配的数量比例；l 级配好坏对节约水泥和保证混凝土具有良好的和易性有很大的关系。3、天然卵石：呈圆形无棱角；多用河卵石拌制混凝土；人工碎石表面粗糙，多棱角，与水泥石的粘结比卵石好，因此，在相同水泥用量的情况下，卵石混凝土拌合物比碎石混凝土有较好的流动性，但在相同配合比的情况下，卵石混凝土的强度却比碎石混凝土的低。 石子中，常含有针状颗粒和片状颗粒会使骨料空隙增大，增加水泥用量和降低拌合物的流动性，而且硬化后会降低混凝土的强度及耐久性，因此应控制其含量 一般碎石混凝土的水泥用量臂卵石混凝土多。4、 和易性l 概念：指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇灌、捣实)并能质量均匀、成型密实的性质 。l 主要性能： 流动性是指混凝土拌合物在自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地充满模板的性能。 粘聚性是指混凝土拌合物内部各组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致产生分层离析现象的性能。 保水性是指混凝土拌合物具有保持内部水分不流失，不致产生严重泌水现象的性能。l 测定方法：通常以测定流动性（即稠度）为主，而对均匀稳定性（粘聚性和保水性）主要通过观察进行评定。混凝土拌合物的稠度可采用坍落度法和维勃稠度法测定 。5、 干硬性混凝土流动性的表示指标坍落度。坍落度越大流动性越大。不同混凝土浇筑的结构种类其坍落度不同，所有不能说坍落度越大和易性越好。6、 混凝土是一种脆性材料；混凝土不属于结构材料否。7、 砂率l 概念：混凝土中砂的重量占砂、石总重量的百分比。l 砂率与砂石比的关系：8、 混凝土的强度-用符号“C”表示l 试件为150mm的立方体试件，若边长为100mm的立方体试件应乘以强度换算系数0.95；若边长为200的立方体试件应乘以强度换算系数1.05；l 抗压强度是混凝土最重要的性能指标 l 强度等级评定：按照国家标准GBJ8185普通混凝土力学性能试验方法的规定，按标准成型方法制成边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件(温度203，相对湿度90%以上)下养护28d龄期，所测得的抗压强度值 。l 等级划分：C7.5、C10 、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55及C60十二等级。l 影响混凝土强度的因素：组成成分；配合比（影响最大的是水灰比）；骨料；养护条件；养护方法；龄期；试验条件；l 立方体抗压强度标标准值：具有95强度保证率的标准立方体抗压强度，也就是指在混凝土立方体抗压强度测定值的总体分布中，低于该值的百分率不超过5.l 提高混凝土强度的主要措施：选料（采用高强度等级水泥；级配良好的骨料；适当的外加剂；掺入外掺料）；采用机械搅拌与振捣；养护方法（常压蒸气养护，高压蒸气养护）。9、 徐变：混凝土在长期荷载作用下，沿着作用力的方向变形会随着时间不断增长，这种长期荷载作用下的变形叫做徐变。10、 钢筋混凝土中混凝土与钢筋各起的作用11、 混凝土的耐久性：抗渗性；抗冻性；抗化学腐蚀性以及预防碱-骨料反应；12、 外掺料的掺入，可改善混凝土拌合物及硬化后混凝土的性能，同时节约水泥。13、 外加剂用以改善混凝土某些性能的物质，掺量一般不超过水泥质量的百分之五。 减水剂：普通减水剂，减少、提高强度或改善和易性；高效减水剂，配制流态混凝土或早强度高强混泥土。 14、配合比设计l 设计要求：（）满足结构设计的强度等级要求； （）满足混凝土施工所要求的和易性； （）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求； （）符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。l 设计步骤：根据设计强度确定配制强度； 根据原材料及相关公式进行配合比的计算，分别确定水灰比、外加剂的用量、胶凝材料用量、砂率及粗细骨料。 混凝土配合比试配、调整和确定l 设计参数：水灰比、单位用水量和砂率。l 表示方法：一种是以每1立方米混凝土中各项材料的质量表示；另一种是以各项材料间的质量比来表示。4、 建筑钢材1、 分类：A、 按化学成分分：（1）碳素钢 低碳钢：含碳量小于0.25% 。中碳钢：含碳量在0.25% 0.60% 之间。高碳钢：含碳量大于0.60%。优质碳素结构钢：保证钢的化学成分和力学性能。（2）合金钢 低合金钢：合金元素总含量小于5% 。中合金钢：合金元素总含量在5% 10% 之间。高合金钢：合金元素总含量在10% 以上。B、按脱氧程度分类：沸腾钢，脱氧不充分；镇静钢和特殊钢，脱氧充分；半镇静钢介于前两者之间。2、 低碳钢的拉伸实验 弹性阶段：弹性极限（与A点对应的应力）用p表示，弹性模量（此段应力与应变的比值常数）用表示，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。 屈服阶段： B上点是这一阶段的最高点，称为屈服上限（ s上）； B下点相应的应力称为屈服下限（s下），又称屈服点或屈服强度，用s表示。 强化阶段：对应点C点的应力称为抗拉强度用b表示。 颈缩阶段：伸长率是衡量钢材塑性的一个指标，它的数值愈大，表示钢材塑性愈好。伸长率与标距有关。3、 屈强比=验证钢材受力超过屈服点工作的可靠性；屈强比小，结构安全性高；屈强比太小，钢材不能有效地利用。4、 硬钢的特点是抗拉强度，伸长率小，无明显的屈服阶段，不能测定屈服点。5、 弹性模量的作用：反映钢材的刚度。即产生单位弹性应变时所需要应力的大小。6、 含碳量与钢性能的关系：决定钢材性能的主要元素；当钢中含碳量在0.8以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低；含碳量在1.0以上时，随着含碳量的增加，钢材的强度反而下降；随着钢材含碳量的增加，钢材的焊接性能变差，冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀下降。7、 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲的能力；钢材的性能指标，以试件被弯曲的角度和弯心直径对试件厚度的比值来表示。弯曲角越大，冷弯性能越好；8、 冷加工l 概念：是指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等l 冷加工强化概念：钢材在常温下进行冷加工（冷拉、冷拔、冷轧）使其产生塑性变形，而屈服强度得到提高。l 方法：冷轧、冷拔、冷轧等l 冷加工提高屈服 的强度。钢筋的冷拉就是在常温下拉伸钢筋，使钢筋的应力超过屈服点，钢筋产生塑性变形，强度提高l 冷加工与时效的效果：在冷拉同时还被调直和清除了绣皮。可取得明显的经济效益，可使钢筋的屈服强度提高20-50，可节约钢材20-30.9、钢的牌号：用Q表示。普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。碳素结构钢按其化学成分和力学性能（屈服点）划分为Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等5个牌号。按屈服点的大小分为195、215、235、255、275 5个强度等级。按硫、磷杂质含量由多到少分为A、B、C、D 4个质量等级。10热轧钢筋强度等级评定：热轧钢筋按轧制的外形分为热轧光圆钢筋和带肋钢筋。热轧钢筋按屈服点及抗拉强度分为、四个等级，强度等级代号分别为HPB235、HRB335、HRB400、HRB500。HPB235为热轧光圆钢筋；HRB为热轧带肋钢筋，其牌号由HRB和屈服点最小值构成。级钢筋用碳素结构钢轧制，、级钢筋用低合金结构钢轧制。11、硬度与强度的关系:对于金属材料来说，通常情况下，材料强度越高，硬度也会越大；5、 其他知识点1、 砂浆和易性包含流动性和保水性两方面。2、 流动性指砂浆在自重或外力作用下流动的性能，用稠度表示。稠度是以砂浆稠度测定仪的圆锥体沉入砂浆内的深度。流动性受胶结材料的品种和用量、砂的粗细与级配、搅拌时间等。主要取决于用水量。3、 保水性：砂浆拌合物保持水分的能力。用分层度或保水率表示。对于砌筑砂浆，保水性用保水率表示，砌筑水泥砂浆、砌筑水泥混合砂浆、预拌砌筑砂浆的保水率要求分别不小于80、84、884、 影响砂浆强度的因素：砂浆的组成材料、配合比、施工工艺，砌体材料的吸水率也会对砂浆强度产生影响，主要是水泥，次要砂的质量、混合材料的品种以及用量、养护条件。5、 砂浆由胶凝材料、细集料、掺合料、水、外加剂以及根据性能确定的各种组分按适当比例配合、拌制并经硬化而成的材料；混凝土是由胶凝材料、水和粗细骨料按适当配合比拌制成拌合物。6、 抹面砂浆：凡涂抹在建筑物或建筑构件表面的砂浆。分普通抹面砂浆、防水砂浆、装饰砂浆。7、 砌墙砖按孔洞率分实心砖、多孔砖、空心砖。8、 砌块按原料分为黏土砖、页岩砖、灰砂砖、粉煤灰砖、煤渣砖等。9、 砌块按工艺分烧结砖、蒸养砖、面烧砖。10、 万能胶属于环氧树脂胶黏剂。11、 大理石抗风化性能低，大多数大理石主要化学成分是碳酸钙等碱性物质，会受到酸雨及空气中酸性氧化物遇水形成的酸类侵蚀失去光泽，变得粗糙多孔，从而降低装饰性能。12、 釉面砖又称内墙砖，主要用于建筑物内部墙面。13、 沥青：是由一些极为复杂的高分子碳氢化合物及其非金属衍生物所组成的混合气，在常温下呈固体、半固体或黏稠体的形态。14、 石油沥青l 粘滞性：反应的是沥青材料内部阻碍其相对流动和抵抗剪切变形的特性。用标准黏度计测定的标准黏度表示。用表示。D为流孔直径，T流出50cm3沥青所需要的时间，t为式样温度。l 塑性：用延度表示。l 温度敏感性：用软化点指标