土木工程材料复习题.doc

密度指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。李氏比重瓶。绝干 （精确到0.01g/cm3 表观密度指材料在自然状态下，单位体积的质量。涂蜡排水。绝干（精确到0.01g/cm3、10kg/m3 堆积密度指粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。 （可为含水状态） （精确到10kg/m3块状：密实度指材料体积内被固体物质填充（或充实）的程度。 孔隙率P指材料的体积内，孔隙体积所占的比例。 散粒状：填充率指散粒状材料在其堆积体积中，被其颗粒填充的程度。 空隙率指在某堆积体积内，散粒材料颗粒之间的空隙体积所占的比例。 材料与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性，具有亲水性能的材料称为亲水性材料。润湿边角小于90亲水性。材料与水接触时，材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性，具有亲水性能的材料称为憎水性材料。材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比称作材料的含水率 计算公式： （耐水性：结构不破坏，强度不显著降低。正比 软化系数：饱和状态抗压强度比干燥状态。）（比强度（无单位）：应力（Mpa）/密度（Kg/m3）反映材料轻质高强）材料的渗透系数越小，抗渗等级越大，说明材料的抗渗性越强。 在外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种性质称为脆性。它抵抗冲击荷载或震动作用的能力很差，其抗压强度比抗拉强度高很多在冲击、震动荷载作用下，材料能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性。采用冲击试验测定 （钢材主要力学性能：抗拉，冷弯，冲击韧性，硬度，耐疲劳性等）屈服比（抗拉强度与屈服强度之比）值越大,可靠性越高,安全性越高,但利用率降低，浪费增大。试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度(或直径)的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。常温下钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，这一过程称为冷加工强化。提高屈服强度，但塑性韧性降低，抗拉强度增加，弹性模量有所下降。将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520d，或加热到100200，并保持一段时间，这个过程称为时效处理。 M 自然时效 人工时效冷加工以后再经时效处理的钢筋，屈服点进一步提高，抗拉强度稍见增长，塑性和韧性继续有所降低。由于时效过程中内应力的消减，故弹性模量可基本恢复。碳素结构钢依牌号越大，含碳量越高，强度越高，但塑性和韧性越低。（无机胶凝材料：1气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度；2水硬性不但能在空气中硬化，还能更好的在水中硬化保持并继续增长其强度。）高强石膏a-型半水石膏；建筑石膏b-型半水石膏b-型半水石膏溶解：半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液；沉淀：半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。硬化：二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网 体积微膨胀熟化反应特点1.放热量大、放热速度快。 2、体积膨胀反应。3、反应可逆过火石灰：体积膨胀引起隆起和开裂。陈伏期石灰浆表面保有一层水与空气隔绝以免碳化陈伏：为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰坑中储存俩星期以上的工艺过程。石灰浆体的硬化是由结晶作用（内部）和碳化作用（表层）来完成的。（硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料，05%混合材料，适量石膏。不掺混合材料：P.I;掺P.II）（石灰质原料CaO，粘土质原料SiO2，Al2O3，Fe2O3，校正原料，矿化剂降低水泥熟料烧成温。 俩磨一烧 ）导致水泥石腐蚀性破坏的原因外因： 环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。内因：水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道； 水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)2，水化铝酸钙等； 腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏。 硅酸盐水泥熟料主要含有：硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF硅酸盐的水化产物：凝胶：水化硅酸钙、水化铁酸一钙； 晶体：氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙C3S + H2O 3CaO.2SiO2.3H2O(C-S-H) + Ca(OH)2(CH) C2S + H2O3CaO.2SiO2.3H2O(C-S-H) + Ca(OH)2(CH) C3A + H2O 3CaO.AI2O3.6H2O(C3AH6) C4AF + H2O 3CaO.AI2O3.6H2O(C3AH6)+CaO.Fe2O3.H2O（CFH） C3AH6 +CaSO4.2H2O + H2O3CaO.AI2O3.3CaSO4.31H2O（AFt）水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。水泥体积安定性不良的原因：（1）水泥熟料中MgO含量过大；（2）水泥熟料中CaO含量过大（3）水泥生产中石膏掺量过大。 体积安定性不良的水泥为废品软水侵蚀机理： 当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，打破原有的溶解平衡，导致水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀更快。破坏形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。 硫酸盐的腐蚀机理：硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加2.22倍，引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，引起破坏。 硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用。强碱腐蚀机理： 氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏。 PS、PP、PF（1）早期强度低、后期强度发展较高（2）对温度敏感，适合湿热养护（3）耐腐蚀性好（4）水化热小 （5）抗冻性较差 （6）抗碳化性较差矿渣硅酸盐水泥PS A：矿渣水泥的抗渗性较差B：干缩较大C：耐热性好火山灰硅酸盐水泥（需水量大）PPA：保水性好B：抗渗性好；C：干缩大（易失水）；D：耐磨性差粉煤灰硅酸盐水泥PFA：抗渗性差；B：干缩小C：耐磨性差高铝水泥（矾土水泥）是以铝矾土和石灰石为原料，按一定比例配合，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸钙为主要矿物成分的水硬性材料，又称铝酸盐水泥。特点：1. 高铝水泥的水化主要是铝酸一钙的水化和水化物的结晶；2. 铝酸一钙的水化物组成与温度有关：3.水化反应集中在早期，而且，反应速度较快，因此，早期强度增长快； 4.水化物都是晶体，而且，稳定性较差，容易发生相互间的转化，因而引起强度降低。 高铝水泥一般不能用于永久性承载结构的原因：CAH10和C2AH8都是亚稳相，随着时间的推移会逐渐转化为稳定的C3AH6，在高温高湿条件下这种转化更为迅速。 晶型转化的结果是会使水泥石内析出大量的游离水，大大增加水泥石的“P”，同时由于C3AH6的强度较低，转化后水泥石的强度会明显下降。混凝土由胶凝材料，水和粗细骨料按适当比例配合拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。 普通混凝土由水泥，砂，石，水。水泥浆：硬化前包裹润滑作用，硬化后胶结填充作用。 骨料（砂，石）：骨架作用颗粒级配及粗细程度的概念：颗粒级配是指粒径大小不同的集料相互搭配的比例情况。砂的粗细程度：是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度 。砂的粗细程度的表证参数：细度模数，越大，砂越粗。砂的颗粒级配的表证参数： 级配区和级配曲线粗骨料所在公称粒级的上限称为粗骨料该粒级的最大粒径。骨料粒级增大，比表面积减小。混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4, 且不得大于钢筋间最小净距的3/4。对于混凝土实心板, 骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/3, 且不得超过40mm。强度配置原则：骨料强度大于混凝土强度和易性是指混凝土拌合物易于施工操作并能获质量均匀，成型密实的性能。 流动性 粘聚性 保水性和易性指标：塌落度越大，流动性越大影响和易性的因素1、水泥浆用量 规律：在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内的水泥浆含量愈高，拌合物的流动性愈大（前提是拌合物未出现流浆现象。） 2、水泥浆的稠度（亦即水灰比） 规律：在水泥用量一定的情况下，水灰比愈小，水泥浆的稠度愈大，拌合物的流动性愈小。1、2归结为单位体积用水量对拌合物的影响。3、砂率指砼中砂的质量占砂、石总质量的百分比。 合理砂率：是指在用水量及水泥用量定时，能使砼拌合物获得最大流动性，且粘聚性及保水性良好的砂率值。4、水泥品种和骨料的性质 5、外加剂6、温度与时间 提高温度会使砼拌合物的坍落度减小，据测定，温度每增高10，坍落度大约减少2040mm 。 随着时间的延长，砼拌合物的坍落度也会逐渐降低,原因是由于拌合物的一些水被骨料吸收、一部分水蒸发损失以及化学反应等改善和易性的措施1、通过试验，采用合理砂率，并尽可能的采用较低的砂率。 2、改善砂石的级配。3、在可能的条件下，尽量选用较粗的砂、石。4、有条件时尽量掺用外加剂。砼拌合物和易性的调整原则：当砼拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加水泥浆的用量；当砼拌合物的坍落度太大时、粘聚性良好时，保持砂率不变，增加砂石用量。砼立方体抗压强度 ：根据标准试验方法，规定以边长为150mm的立方体试件为标准试件，在标准养护条件（温度203、相对湿度90%以上）下，养护到28天，测定的抗压强度。 以fcu来表示。 试件越大，力学性能越低。边长10乘0.95到边长15砼立方体抗压强度标准值：是指按标准试验方法测得的立方体抗压强度总体分布中的一个值，强度低于该值的百分率不超过5（亦即具有95保证率的立方体抗压强度）。fcu.k 3、砼强度等级： 是指按照砼立方体抗压强度标准值划分出的不同的强度范围。C10、C15、C20、C25、C30、C25、C40、C45、C50、C55及C60等十二个等级。影响砼强度的因素（1）、水泥强度等级和水灰比（2）、骨料的种类、质量及数量（3）、养护条件与龄期 A：养护条件-养护温度和湿度规律：在保证水泥正常水化的前提下，养护温度越高，砼的强度发展速度（不是强度）越大。B：龄期-规律：在水泥正常水化前提下，养护龄期越长，砼的强度越高。（4）、施工方法及施工质量（5）、试验条件徐变：A：概念砼在长期荷载作用下，沿作用力方向产生的随时间而增长的变形。B：徐变的特点在荷载不变的情况下，随时间的增加而增长；早期增长快，后期增长速度变慢；不可完全恢复。C：徐变的影响因素：1环境湿度，2水泥和水灰比，3骨料和骨料体积率，4尺寸效应，5应力状态，6温度。碱骨料反应是指混凝土内水泥中的碱性氧化物(此处专指氧化钠和氧化钾)含量较高时，碱会与骨料中所含的活性二氧化硅发生化学反应，并在骨料表面生成一层复杂的碱硅酸凝胶，其反应式如下； Na20 + SiO2 + n H2ONa20Si02nH2O这种凝胶吸水后，会产生很大的体积膨胀（约增大3倍以上），而且膨胀是无限的（即指不断吸水、不断肿胀），从而导致混凝土胀裂，这种现象称为碱骨料反应。混凝土发生碱骨料反应必须同时具备以下三个条件(1)水泥中含碱量（K20+Na2O）0.6(折算成Na2O)；(2)砂、石骨料中夹杂有非晶质的活性二氧化硅矿物，如蛋白石、玉髓、鳞石英和燧石等，它们常存在于流纹岩、安山岩、凝灰岩等天然岩石中。(3)有水存在。以水泥为1，表示出各材料用量比例关系。水泥：砂：石子1.00：2.40：4.00水灰比0.60配合比设计参数的确定原则1水灰比（水与水泥）：砼强度、耐久性2砂率（砂与石子）：在保证混凝土拌合物和易性的前提下，尽量选用较小的砂率，以满足经济性的要求。3单位体积用水量（水泥浆与骨料）：要尽量小一些，以降低水泥浆的用量，满足和易性和经济性的要求。 绝对体积法：假设混凝土拌合物的体积等于各组成材料绝对体积和所含空气体积之和。假定表观密度法：单位体积砼各材料用量之和在数值上等于砼的表观密度。砂浆是由胶凝材料、细集料、掺加料和水，按适当比例配合、拌制并经硬化而成的土木工程材料。砂浆的和易性包括流动性和保水性。砂浆的强度等级分为M2.5、M5、M75、M10、M15、M20等6个等级。砂浆的抗压强度：不吸水底面（取决于水泥强度和水灰比）：吸水底面（取决于水泥强度和水泥用量）：砖标准尺寸为：240mm115mm53mm 1平米512块 MU30MU10 优等品A，一等品B，合格品C 烧结多孔砖，是孔洞率等于或大于15，孔的尺寸小而数量多的烧结砖。主要用于六层以下建筑物的承重墙体。烧结空心砖，是以粘土页岩或煤矸石为主要原料经焙烧而成的顶面有孔洞的砖，孔的尺寸大而数量少，其孔洞率等于或大于35的烧结砖。主要用于砌筑填充墙或非承重墙。孔洞平行于受力面。石油沥青的组成：油分（淡黄色透明液体）赋予沥青以流动性，油分含量越高，沥青的流动性越大。红褐色粘稠半固体树脂赋予沥青以塑性和粘性深褐色固体微粒。地质沥青是决定石油沥青温度稳定性、粘性的重要组分，含量越高，软化点越高，粘性越大，即越硬脆。石油沥青的技术性质：1粘滞性：针入度越小，表明沥青的粘性愈大。2塑性：延度越大，表示沥青的塑性越好。3温度敏感性：软化点越高，沥青的温度敏感性越小。4大气稳定性：蒸发损失愈小、蒸发后针入度比愈大，沥青材料的大气稳定性愈好。5防水性。石油沥青牌号的划分依据：针入度。同时要求软化点、延度满足相应牌号的要求。道路石油沥青（有七个牌号) 牌号越大，粘性越小（针入度越大）；塑性越好（延度越大）；温度敏感性越大（软化点越低）。建筑石油沥青（有七个牌号) 牌号越大，粘性越小（针入度越大）；塑性越好（延度越大）；温度敏感性越大（软化点越低）。塑料基本组成：树脂，填充料，添加剂。热固性树脂特点：（一次成型）：受热时能软化，并有部分熔融，冷却后变成不熔性固体，这种塑料成型后不能再度加热软化。大分子在成型过程中从线型或支链型最终转变为体型。线型结构的合成树脂可反复加热软化，冷却硬化，故称为热塑性树脂。热塑性树脂特点：（反复加热软化，冷却硬化）：可反复加热重新塑制。树脂的化学结构基本不变始终呈线型或支链型。体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，并且分子间产生化学交联而固化，以后再加热不会软化，故称为热固性树脂。塑料的组成