土木工程材料复习资料.doc

黑色金属钢、铁、不锈钢等有色金属铅、铜等及其合金 金属材料 天然石材砂、石及石材制品等烧土制品砖、瓦、玻璃等胶凝材料石灰、石膏、水泥、水玻璃等混凝土及硅酸盐制品混凝土、砂浆及硅酸盐制品 无机材料 非金属材料 植物材料木材、竹材等沥青材料石油沥青、煤沥青、沥青制品高分子材料塑料、涂料、胶黏剂、合成橡胶等土木工程材料 有机材料无机非金属材料与有机材料复合玻璃纤维增强塑料、聚合物水泥混凝土、沥青混合料等金属材料与无机非金属材料复合钢纤维增强混凝土等金属材料与有机材料复合轻质金属夹芯板 复合材料国家标准其代号为GB；GB/T推荐性标准；部标准也是全国性的指导技术文件，由主管生产部(或总局)发布，其代号按部名而定，如建材标准代号为JC，建工标准代号为JG;地方标准是地方主管部门发布的地方性指导技术文件;企业标准其代号为QB。其中主要有：国际标准(ISO)、美国材料试验学会标准(ASTM)、日本工业标准(JIS)、德国工业标准(DIN)、英国标准(BS)、法国标准(NF)等。孔洞类型 有害孔，如：孔径较大的孔、 连通缝等； 无害孔，如：孔径很小的孔、 凝胶孔等； 有益孔，如：孔径很小的封闭孔等。材料内部孔隙的构造，可分为连通与封闭两种。密度：是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量视密度:是指材料在自然状态下，单位体积的质量（注：不包括物体表面的开口空隙体积、蜡封）闭口+实体表观密度：材料在包含实体积、开口和密闭孔隙的状态下单位体积的质量称为材料的表观密度。扔水里、闭口+开口+实体堆积密度：是指粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量；开口+闭口+空隙+实体密实度：是指材料的体积内被固体物质充实的程度；孔隙率：是指材料的体积内，孔隙体积所占的比例；密实度+孔隙率=1填充率：是指在某堆积体积中，被散粒材料的颗粒所填充的程度空隙率：是指在某堆积体积中，散粒材料颗粒之间的空隙体积所占的比例；填充率+空隙率=1湿润角 90 ，材料表现为亲水性；湿润角90 时，材料表现为憎水性。吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比:W=(M含-M干)/M干吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。当材料吸水饱和时，其含水率称为吸水率:W=(M湿-M干)/M干材料抵抗水的破坏作用的能力称为材料的耐水性。材料的耐水性可用软化系数来表示：软化系数=材料在吸水饱和状态下的抗压强度/材料在干燥状态下的抗压强度（软化系数的范围在01之间，长期受水浸泡或处于潮湿环境的重要建筑物，应选择0.85以上的材料来建造）抗弯强度计算与受力情况有关，般有集中加荷和三分点加荷，对于矩形截面试件，计算式中f材料抗弯强度，MPa；P破坏时最大荷载，N；L两支点间的间距，mm；b、h为试件横截面的宽与高，mm。材料在外力作用下产生变形，当外力除去后变形随即消失，完全恢复原来形状的性质称为弹性材料在外力作用下，当应力超过一定限值是产生显著变形，且不产生裂缝或发生断裂，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质称为塑性当外力达到一定限度后，材料突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，材料的这种性质称为脆性在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，不发生破坏的性质，称为韧性钢材的化学组成中，硫S、磷P、氧O、氮N是有害元素，硅Si、锰Mn、钛Ti、钒V、铌Ni是有益元素抗拉强度与屈服强度之比，称为强屈比。强屈比愈大，反应钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈高。但强屈比太小，反映钢材性能不能被充分利用。伸长率反映的是材料的塑性指标，伸长率的公式=(l1-l0)/l0*100%钢材被腐蚀的主要原因：化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀；防止钢材腐蚀的措施：混凝土配筋的防腐措施有提高混凝土密实度、确保保护层厚度、限制氯盐外加剂及加入防锈剂等方法，钢结构中的型钢的防腐，主要采用表面涂覆的方法。碳素结构钢可分为5个牌号（即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275）；例如：Q235-BZ，表示这种碳素结构钢的屈服点大于等于235MPa；质量等级为B(D最好)，脱氧程度为镇静钢；低合金高强结构钢可分为5个牌号（Q295、Q345、Q390、Q420、Q460）气硬性胶凝材料是指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度的凝胶材料。水硬性胶凝材料既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。石膏的主要成分是硫酸钙；CaSO4.2H2O建筑石膏的化学成分是半水石膏。（1）凝结硬化快，建筑石膏在加水拌合后，浆体在几分钟内便开始失去可塑性，30min内完全失去可塑性而产生强度，大约一星期左右完全硬化。（2）凝结硬化时体积微膨胀。（3）孔隙率大。（4）具有一定的调湿性。（5）防火性好。（6）耐水性、抗冻性差。熟石灰成分是氢氧化钙；生石灰中含有欠火石灰和过火石灰，欠火石灰降低石灰的利用率过火石灰密度较大，表面常被杂质融化形成的玻璃釉状物包裹，熟化很慢当石灰已经硬化后，其中的过火颗粒才开始熟化，体积膨胀，引起隆起和开裂为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中保存两星期以上的过程，称为”陈伏”，”陈伏”期间，石灰表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥重量5石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P。硅酸三钙含量37%60%，C3S、硅酸二钙含量15%37%,C2S、铝酸三钙含量7%15%,C3A、铁铝酸四钙含量10%18%,C4AF水泥中掺入适量石膏，可调节水泥的凝结硬化速度。瞬凝俗称急凝，是不正常的凝结现象。其特征是：水泥和水后，水泥浆很快凝结成为一种很粗糙、非塑性的混合物，并放出大量的热量。影响水泥凝结硬化的因素：养护时间、温度和湿度、石膏掺量我国现行国家标准规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合材掺加量超过最大限度，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品。1现浇楼板.梁.柱：快硬硅酸盐水泥.2采用蒸汽养护的预制构件：矿渣硅酸盐水泥，可显著加快硬化速度。3紧急抢护的工程或紧急军事工程：快硬硅酸盐水泥，硬化快。铝酸盐水泥：快凝，早强，早高的特性。4大体积混泥土坝.大型设备基础；矿渣硅酸盐水泥5有硫酸盐腐蚀的地下工程： 矿渣硅酸盐水泥、铝酸盐水泥（耐硫酸盐腐蚀强）6高炉基础：矿渣硅酸盐水泥7海港码头工程：矿渣硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥主要适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修的工程，抗冲击及抗震性工程，冬季施工，制作混凝土及预应力混凝土预制构件。铝酸盐水泥可用于工期紧急的工程、抢修工程、冬季施工的工程，以及配置耐热混凝土及耐硫酸盐混凝土。矿渣硅酸盐水泥的特性是： 凝结硬化慢，早期强度低，后期强度高。耐硫酸盐类腐蚀，适合海港工程。在蒸汽养护中硬化速度快。可用于耐热混凝土工程按水泥混凝土表观密度大小可分为: 重混凝土、普通混凝土和轻混凝土水泥强度等级的选择应与混凝土的设计强度等级相适应。 原则上配制高强度等级的混凝土应选用强度等级高的水泥； 配制低强度等级的混凝土， 选用强度等级低的水泥。混凝土是由水泥、粗骨料、细骨料和水所组成细度模数在3.7-3.1为粗砂，在3.0-2.3为中砂，在2.2-1.6为细砂。细度模数的公式： 细度模数=（A2+A3+A4+A5+A6）-5A1/（100-A1）A1、A2这些为累计筛余率，根据A4判断级配区配置混凝土时宜优先选用2区砂，当采用1区砂时应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性，当采用3区砂时宜适当降低砂率，以保证混凝土强度。比表面积法是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积（单位质量的粉末所具有的总表面积）砂率是指混凝土中，细骨料(粒径0.165mm)占粗细骨料总量的百分数。骨料的含水状态有四种：全干状态、气干状态、饱和面干状态、湿润状态骨料；含水率等于或接近于零时称干燥状态；含水率与大气湿度相平衡时称气干状态；骨料表面干燥而内部孔隙含水达饱和时称饱和面干状态；骨料不仅内部孔隙充满水，而且表面还附有一层表面水时称湿润状态。 混凝土拌合用水按水源可分为饮用水、 地表水、 地下水、 海水以及经适当处理或处置后的工业废水。 对混凝土拌合及养护用水的质量要求是： 不得影响混凝土的和易性及凝结； 不得有损于混凝土强度发展； 不得降低混凝土的耐久性、 加快钢筋腐蚀及导致预应力钢筋脆断； 不得污染混凝土表面。用该水制成的砂浆或混凝土28d 抗压强度应不低于蒸馏水或饮用水制成的砂浆或混凝土抗压强度的 90。 海水中含有硫酸盐、 镁盐和氯化物， 对水泥石有侵蚀作用， 对钢筋也会造成锈蚀， 因此不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。木质素磺酸钠（钙）是减水剂、缓凝剂减水剂的掺入方法有先掺法、同掺法、滞水法和后掺法减水剂的作用机理：将水泥絮凝结构中的游离水释放出来早强剂主要有氯盐类、硫酸盐类、有机胺三类，常用的有氯化钙、硫酸钠（元明粉）、三乙醇胺早强剂能加速混凝土早期强度发展早强剂的掺入方法：含有硫酸钠的粉状早强剂使用时，应加入水泥中，不能先与潮湿的砂石混合。含有粉煤灰等不溶物及溶解度较小的早强剂、早强减水剂应以粉剂掺入，并要适当延长搅拌时间。缓凝剂：能延长混凝土凝结时间而不显著降低混凝土后期强度的外加剂。作用机理：有机类缓凝剂多为表面活性剂，掺入混凝土中，能吸附在水泥颗粒表面，形成同种电荷的亲水膜，使水泥颗粒相互排斥，阻碍水泥水化产物凝聚，起到缓凝作用；无机类缓凝剂，往往是在水泥颗粒表面形成一层难溶的薄膜，对水泥颗粒的正常水化起阻碍作用，从而导致缓凝。掺入方法：缓凝剂及缓凝减水剂应配置成适当浓度的溶液加入拌合水中使用。糖蜜减水剂中常有少量难溶和不溶物，静置时会有沉淀现象，使用时应搅拌成悬浮液。当缓凝剂与其他外加剂复合使用时，必须是共溶的才能事先混合，否则应分别掺入。引气剂其作用机理是：由于它的表面活性，能定向吸附在水- 气界面上，而且显著降低水的表面张力，使水溶液易形成众多的新的表面（即水在搅拌下易产生气泡）;同时，引气剂分子定向排列在气泡上，形成单分子吸附膜，使液膜坚固而不易破裂。在溶液中产生气泡后，由于大大扩展了两相的界面，使表面能也随之增加，而对任何一个体系来说都有一个自由能自动趋于最小才稳定的趋势。那么要产生稳定的气泡必须是气液界面的表面能尽可能低。常用的混凝土掺合料有粉煤灰、磨细矿渣粉、烧粘土、天然火山灰材料（如凝灰岩粉、沸石岩粉）、硅粉及磨细煤矸石。和易性是指混凝土拌合物易于施工操作并能获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，它与施工工艺密切相关，通常，包括有流动性、保水性和粘聚性三方面的含义。 流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。 粘聚性是指新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象的性能。 保水性是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。影响和易性的主要因素1.水泥浆的数量和稠度 2.砂率3.水泥品种和骨料的性质 4.外加剂5.时间和温度水灰比的问题：水灰比增大，强度降低，耐久性降低；在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内，如果水泥浆愈多，则拌合物的流动性愈大普通混凝土划分为下列强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级。混凝土强度，随水灰比的增大而降低，呈曲线关系，而混凝土强度和灰水比的关系，则呈直线关系。混凝土立方体抗压强度标准值用fcu,k表示。混凝土立方体抗压强度标准值系指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。普通混凝土划分为下列强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级。轴心抗压强度fcp；混凝土劈裂抗拉强度fts；混凝土抗折强度fcf；水泥28d抗压强度实测值fce；混凝土28d抗压强度fcu；水泥28d抗压强度标准值fce,k；28d龄期混凝土的抗压强度f28；混凝土的配置强度fcu,0或fcu,t；fce=fce,k*rc养护温度高可以增大初期水化速度，混凝土初期强度也高。但是初期养护温度越高，混凝土后期强度的衰退越大。由于急促的初期水化反应会导致水化产物的不均匀分布，水化产物分布低的地方成为水泥石中的薄弱环节，从而降低整体的强度；水化产物分布高的区域包裹在水泥粒子的周围，妨碍水化反应的继续进行，从而减少水化产物的产量。在养护温度较低的情况下，由于水化速度缓慢，具有充分的扩散时间，从而使水化物在水泥石中均匀的分布，有利于后期强度的发展湿度适中，水泥水化能顺利进行，使混凝土强度得到充分发展。如果湿度不够，混凝土会失水干燥而影响水泥水化作用的正常进行，甚至停止水化，降低混凝土的强度。这不仅严重降低混凝土的强度，而且因水化作用未能完成，使混凝土结构疏松，渗水性增大，或形成干缩裂缝，从而影响耐久性混凝土徐变：混凝土在某一不变荷载的长期作用下(即，应力维持不变时), 其应变随时间而增长的现象。混凝土的碳化作用是二氧化碳与水泥中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部扩散的过程。水泥混凝土中水泥的碱与某些碱活性骨料发生化学反应，可引起混凝土膨胀、开裂甚至破坏这种化学反应称为碱骨料反应表观密度法：C+W+S+G=表观密度*1m3；=4，5，6（C20,C35）改善砂浆和易性：石灰膏、粉煤灰、沸石粉砂浆的强度等级分为M20、M15、M10、M7.5、M5、M2.5六个砂浆的和易性包括流动性和保水性。可用砂浆稠度仪来测定其稠度值（沉入度），进而来评价控制其流动性；砂浆的保水性可用分层度来经验和评定砖的标准尺寸为240*115*53砖根据抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15和MU10泛霜是指粘土原料中的可溶性盐类（如硫酸钠等），随着砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象，一般为白色粉末，常在砖表面形成絮团状斑点。泛霜的砖用于建筑中的潮湿部位时，由于大量盐类的溶出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔隙率增大，抗冻性显著下降。石灰爆裂：当原料土中夹杂有石灰石，则烧砖时将被烧 成生石灰留在砖中，或掺入内燃料时带入了 生石灰。 生石灰在砖体内吸水消化时产生体积膨胀， 导致砖发生胀裂破坏的现象称为石灰爆裂。石灰爆裂对砖体影响较大，轻则影响外观，重则将使砖砌体强度降低直至破坏。砖中石灰质颗粒较大，含量越多，则对砌体强度影响越大。石油沥青是指石油原油经蒸馏等工艺提炼出各种轻质油及 润滑油以后的残留物,或将残留物进一步加工得到的产物。将沥青中化学成分及性质极为接近，并且与物理力学性质有一定关系的成分，划分为若干个组，这些组就称为“组分”。石油沥青的组分有油分、树脂、地沥青质石油沥青的粘滞性是反映沥青材料内部阻碍其相对流动的一种特性，以绝对粘度表示。针入度