土建职称市政工程—专业知识

市政工程专业知识考点汇总建筑材料石料与集料一、石料1.1石料的岩石学特性1.造岩矿物造岩矿物是具有一定化学成分和结构的天然化合物或单质，简称矿物。大多数岩石由两种以上的矿物组成。表2-1几种代表性造岩矿物矿物名称化学组成外观特征特性石英结晶二氧化硅白色、乳白色或灰色质地非常坚硬长石结晶铝硅酸盐类白、浅灰、红色、青、暗灰质地较石英偏低，易风化成高龄土云母结晶片状含水铝硅酸盐无色透明、黑色易解离成片状，降低岩石的耐久性、强度方解石结晶碳酸钙白色易溶于含二氧化碳的水中，被酸分解2.岩石的分类根据成岩条件将岩石分成三类:岩浆岩深成岩、喷出岩、火山岩沉积岩碎屑岩、粘土岩、化学及生物化学岩变质岩片理状岩、块状岩表2-2三种岩石种类的特性类型成因矿物结构与构造常见代表岩石岩浆岩深成岩结晶体和块状构造、结构致密花岗岩、正长岩喷出岩在压力急剧降低和迅速冷却条件呈隐晶质或玻璃质结构玄武岩、安山岩火山岩岩浆喷到空气中急速冷却玻璃结构且多孔构造火山灰沉积岩母岩风化后的物质经水流搬运、沉积、硬结而成颗粒物质和胶结物质组成，大多呈现层理构造石灰岩、砂岩、石膏变质岩经地壳内部高温、高压等多种过程综合作用，岩石矿物重新结构与变质经历有关如受到高温作用再结晶后的变质岩将质地紧密；相反则变质后形成片状结构大理岩、石英岩、片麻岩根据石料组成中二氧化硅成分含量的多少，将岩石分成不同酸碱性石料。表2-3岩石的酸碱性类型氧化硅含量（%）代表岩石亲水系数酸性石料65石英岩1.06中性石料52-65闪长岩碱性石料52石灰岩0.79二、集料2.1集料的分类定义：集料是由不同粒径矿质颗粒组成，并在混合料中起骨架和填充作用的粒料。分类：（1）按成因及加工方式分：砾石、碎石、天然砂、人工砂、石屑、工业冶金矿渣等；（2）按粒径范围分：粗集料、细集料、矿粉 2.2集料的物理性质1）物理常数表观密度毛体积密度堆积密度表干密度空隙率集料：是矿质颗粒的散状混合物，不仅包括矿物及矿物间的开口孔隙和闭口孔隙，还包括矿质颗粒间的空隙。（1）表观密度（2）毛体积密度（3）堆积密度2.3集料的力学特性粗集料的力学性质主要是压碎值和磨耗率，其次是磨光值、冲击值和磨耗值等。2.5工业冶金矿渣集料的技术特性1）分类黑色金属矿渣有分为:高炉矿渣和钢渣两类。2）物理力学性质矿渣的密度与矿物成分有关，在2.973.32g/cm3。矿渣的堆积密度在1900kg/m3以上，空隙率大多在35%以下，耐冻性（或坚固性）一般均能符合路用要求。矿渣的力学强度一般均较高，其强度与空隙率有关。通常其极限抗压强度在50MPa以上，高者可达150MPa，相当于石灰岩至花岗岩的强度。三、矿质混合料组合设计3.1矿质混合料的级配为达到最大密实度（或最小空隙率）和最大摩擦力的要求，混合料可以采用连续级配和间断级配两类级配。工程实践中，n=0.45时，密实度最大；n=0.30.7时，有较好的密实度，满足工程需要。3.2矿质混合料的配合比设计确定矿质混合料配合比的方法有很多，但一般主要采用数解法和图解法。不管哪种方法，必须具备两个已知条件：（1）各种集料的筛分结果（2）按技术规范（或理论级配)要求的矿质混合料的级配范围。1）数解法（1）试算法：适用于23种集料组成的混合料，是最简单的一种方法。（2）规划求解法：采用Excel表格中的规划求解分析工具，通过设置规划求解中的约束条件，可较为准确地计算出各种集料的用量。2）图解法我国推荐采用的图解法为修正平衡面积法。修正平衡面积法的设计步骤为：（1）绘制级配曲线坐标图；（2）绘制各种集料的级配曲线；（3）确定各种集料的用量比例；（4）校核调整 4.石料与集料的工程应用4.1道路用石料制品（1）高级铺砌用整齐块石：经精凿加工而成。（2）路面铺砌用整齐块石：粗凿成的方块石或条石。（3）铺砌用不整齐块石：又称拳石，要求顶面为一平面，底面与顶面基本平行。（4）锥形块石：又称大块石，用于路面底基层，是由片石进一步加工而得的粗打石料。4.2桥梁建筑用主要石料制品（1）片石：粗打石料，其形状不限制，但薄片者不得使用。（2）块石：有两个较大的平行面（3）方块石：在块石中选择形状比较整齐者稍加修整。（4）粗料石：表面凹凸不大于10mm，砌缝宽度小于20mm。（5）细料石：表面凹凸不大于5mm，砌缝宽度小于15mm。（6）镶面石：一般应选用较好的石料。沥青材料一、石油沥青1.1石油沥青元素和组成沥青分子通式是：CnH2n+aObScNd，通常在石油沥青中碳含量为80%-87%，氢为10%-15%，氧、硫、和氮的含量少于3%。由于石油沥青化学组成结构的复杂性，工程上常将沥青所含烃类化合物中化学性质相近的成分归类分析，从而划分为若干组，即用组分进行分析。1.2沥青的胶体结构1）胶体理论沥青的胶体结构是以沥青质为胶核，胶质被吸附其表面，并逐渐向外扩散形成胶团，胶团再分散于芳香分和饱和分中。2）胶体结构类型（三种）沥青的针入度指数PI沥青胶体结构类型2溶胶22溶凝胶2凝胶1.3石油沥青的技术性质2、沥青的路用性能（1）黏滞性：指沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力，其大小取决于沥青的化学组分及温度。用黏度表示（2）高温稳定性软化点沥青在硬化点至滴落点之间的温度阶段时，是一种粘滞流动状态，在工程中实用中为保证沥青不致由于温度升高而产生流动的状态，因此取硬化点至滴落点之间的温度间隔的87.21%作为软化点。（3）沥青低温性能低温性能包括：低温延性：低温延度试验低温脆性：脆点试验低温劲度（反应抗裂性能的指标）：弯曲梁流变试验低温极限拉伸应变：直接拉伸试验（4）沥青的感温性：沥青黏度随温度变化的感应性。（5）塑性：沥青在外力作用下发生变形而不破坏的能力。（6）沥青的其他性质：抗疲劳性、老化性、安全性、黏附性。1.4道路石油沥青技术要求1）道路石油沥青等级（1）A级：适用各等级的公路、任何场合和层次（2）B级：适用于：高速公路、一级公路沥青下面层及以下的层次，二级及二级以下公路的各个层次；用作改性沥青、乳化沥青、稀释沥青的基质沥青。（3）C级：适用：三级及以下公路的各个层次 2）道路石油沥青的沥青标号根据针入度划分七个标号：AH-160、AH-130、AH-110、AH-90、AH-70、AH-50、AH-30。每个标号针入度区间值为20，以中值命名。随着牌号增加，沥青的稠度减小（针入度增加），塑性增加（延度增大），而温度敏感性增大（软化点降低）。二、改性沥青1、分类树脂类改性沥青：良好的高温稳定性和抗车辙能力；橡胶类改性沥青：较好的低温抗裂性能和较好的黏结性能。热塑性弹性体沥青：良好的温度稳定性、耐老化性、耐疲劳性2、常用改性沥青聚合物(1)树脂：聚乙烯(PE)、乙烯一醋酸乙烯(EVA)。(2)橡胶：丁苯橡胶(SBR)(3)热塑性弹性体：苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)。三、乳化沥青1）定义：是指石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均匀沥青产品，在常温下具有较好的流动性。2）组成：乳化沥青=沥青+乳化剂+稳定剂+水3）特点：（1）可冷态施工；（2）与湿集料拌合，具有足够的黏结力；（3）无毒、无嗅，保护环境，减少污染，施工安全；（4）稳定性差，储存期不能超过半年，储存温度须在零度以上；（5）乳化沥青修筑路面，成型期较长。4）应用（1）喷洒性乳化沥青：主要用于透层、黏层、表面处治或贯入式沥青碎石路面。（2）拌和型乳化沥青：主要用于沥青碎石或沥青混合料路面。四、煤沥青1）定义：煤沥青是用煤干馏炼焦和制煤气的副产品煤焦油炼制而成。2）组成：游离碳、树脂、油分3）技术性质：与石油沥青相比温度稳定性差、气候稳定性差、塑性较差、与矿料的黏附性好、防腐性能好。4）技术指标：黏度、馏分含量与残渣性质。5）应用：透层、三级及以下公路的表面处治和贯入式沥青路面，但不能用于热拌热铺沥青混合料。沥青混合料一、沥青混合料的技术性质1.1沥青混合料的分类1）按胶凝材料的种类石油沥青混合料煤沥青混合料2）按矿质材料的级配类型分：连续级配沥青混合料；间断级配沥青混合料。 4）连续级配沥青混合料按其密度分：密级配沥青混合料；半开级配沥青混合料；开级配沥青混合料。5）按沥青混合料制造工艺分：热拌沥青混合料;冷拌沥青混合料;再生沥青混合料。1.2沥青混合料组成结构1）悬浮-密实结构2）骨架-空隙结构3）骨架-密实结构1.4沥青混合料的路用性能1、高温稳定性2、低温抗裂性：较高的低温强度或较大的低温变形性能3、耐久性：长期荷载作用和自然因素影响下，保持正常使用状态而不出现剥落和松散等损坏的能力。包括抗老化性、水稳定性、抗疲劳性等综合性质。4、抗滑性：用于高等级公路沥青路面的沥青混合料，其表面应具有一定的抗滑性，才能保证汽车高速行驶的安全性。控制抗滑性宜采用增加粗集料，减少沥青用量等措施，此外宜选用含蜡量少的沥青。5、施工和易性：在施工过程中是否容易拌和、摊铺和压实的性能。主要影响因素：材料的组成和施工条件。二、普通热拌沥青混合料组成设计2.2沥青混合料组成材料的技术要求（1）沥青材料 （2）粗集料 （3）细集料 （4）填料（矿粉）2.4密级配热拌沥青混合料配合比设计方法设计方法：马歇尔试验设计法三、间断级配SMA混合料3.1 SMA混合料技术特性抗车辙能力高、优良的抗裂性、良好的耐久性、较好的抗滑性、摊铺和压实性能好、能见度好、降低噪音3.2 SMA混合料技术特性的组成材料及其技术要求（1）沥青：SMA混合料采用的沥青较粘稠，以适应其高沥青含量的低流畅性。一般使用针入度等级在AH-90以下的道路石油沥青。（2）集料：粗集料应是高质量的轧制碎石，该碎石为不吸水的硬质石料，表面粗糙。细集料最好选用机制砂。填料必须采用石灰石等碱性岩石磨细的矿粉。（3）稳定剂纤维：稳定剂在SMA中的作用，一是稳定沥青，二是增加混合料的抗拉强度和抗滑能力。纤维的用量一般为集料质量的0.3%0.6%。3.3 SMA混合料的配合比设计SMA配合比设计分为四个阶段进行：（1）SMA材料选择；（2）确定矿料的级配；（3）确定沥青用量；（4）性能检验。四、常温沥青混合料4.1乳化沥青混合料乳化沥青混合料是采用乳化沥青与矿料混合料在常温状态下拌合的，经铺筑与压实成型后形成沥青路面，根据矿料的级配类型分为乳化沥青碎石混合料与乳化沥青混凝土混合料。4.2沥青稀浆封层混合料乳化沥青稀浆封层混合料是用适当级配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）与乳化沥青、外加剂和水，按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料，将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层。水泥与石灰1.2硅酸盐水泥的技术要求和技术性质1）化学性质：水泥的化学指标主要是控制水泥中有害的化学成分含量。2）物理性质细度（选择性指标）水泥标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度1.3硅酸盐水泥的技术要求我国现行国家标准通用硅酸盐水泥（GB175-2007)规定：水泥的初凝时间、安定性、强度、和化学品质指标中任何一项不满足要求时，均为不合格品。1.4道路硅酸盐水泥以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料，0-10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥。二、掺混合料的硅酸盐水泥2.1水泥混合材料及其特性混合材料按其在水泥中所起的作用，分为活性混合材料和非活性混合材料。常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰。（1）活性混合材料粒化高炉矿渣将高炉炼铁矿渣在高温液态卸出时经冷淬处理，使其成为颗粒状态，质地疏松、多孔。 （2）非活性混合材料非活性混合材料不参与水泥的水化反应，仅起到提高产量、降低成本、调整水泥强度等级、降低水化热和改善新拌混凝土和易性的作用，所以也称为填充性混合材料。磨细的石灰石、石英砂、粘土、慢冷矿渣及各种废渣都属于非活性混合材料。2.2掺混合料水泥品种及其特性 2.3掺混合料硅酸盐水泥的技术指标及其标准三、其他水泥3.1高铝水泥凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约50%的熟料，磨制的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥。3.2快硬水泥快硬硅酸盐水泥：凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。主要成分分为硅酸三钙、铝酸三钙。快硬硫铝酸盐水泥：由适当成分的硫铝酸水泥熟料和少量石灰石（石灰石掺加量应不大于水泥质量的15%)、适量石膏共同磨细制成的具有早期强度高的水硬性胶凝材料，代号为RSAC。3.3膨胀水泥与自应力水泥水泥水化硬化过程中，产生体积膨胀的水泥为膨胀类水泥。在水化硬化过程中，体积膨胀值较大，使混凝土产生自应力，称为自应力类水泥。按组分可分为：硅酸盐型、铝酸盐行和硫铝酸盐型。膨胀性水化产物：钙矾石3.4白色及彩色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥简称白水泥，是由白色硅酸盐水泥熟料加入石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。凡以优质白色石膏在粉磨过程中掺入彩色颜料，外加剂（防水剂、保水剂、增塑剂、促硬剂）共同粉磨而成的一种水硬性彩色胶凝材料，成为彩色硅酸盐水泥，简称彩色水泥。水泥混凝土与砂浆一、水泥混凝土的技术性质水泥混凝土的技术性质主要包括：新拌混凝土混合料的工作性（或和易性）；硬化的混凝土的力学性和耐久性。1.1混凝土拌合物的施工和易性1、和易性：指混凝土拌和物易于施工操作（拌和、运输、浇筑、振捣）且成型后质量均匀密实的性能。包括流动性、黏聚性和保水性三方面。4、影响混凝土混合料工作性的因素主要包括：水泥浆的用量、水胶比、单位用水量、砂率、水泥的品种和集料的性质、外加剂、矿物掺合料、温度与搅拌时间等。5、改善新版混凝土工作性的主要措施（1）调节混凝土的材料组成（2）掺加各种外加剂（3）提高振捣机械的效能1.2硬化混凝土强度特性主要包括强度和变形二个方面1、强度由于混凝土在建筑工程、道路桥梁工程中是结构的主要组成体系，将受到复杂的应力作用。因此要求混凝土材料必须具备各种力学强度，如立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗剪强度、抗弯拉强度等。2、影响混凝土强度的因素1）材料组成对混凝土强度的影响（1）胶凝材料的强度和水胶比（2）集料的特征2）养护条件：温度、湿度3）龄期4）试验条件3、改善混凝土强度的措施1）采用高强度水泥和早强型水泥；2）增加混凝土密实度；3）蒸气养护、蒸压养护；4）掺外加剂（早强剂、减水剂等）1.3硬化混凝土变形特性硬化后水泥混凝土的变形，包括非荷载作用下的化学变形，干湿变形和温度变形，以及荷载作用下的弹-塑性变形和徐变。改善干缩的措施：调节集料的级配、增大粗集料的粒径，减少水泥浆用量，适当选择水泥品种以及采用振动捣实，早期养护等措施。改善温缩的措施：对大体积混凝土而言，需降温。二、普通水泥混凝土的组成设计2.1普通水泥混凝土组成材料的技术要求（1）水泥水泥是混凝土的胶结材料，混凝土的性能很大程度上取决于水泥的质量和数量。（2）细集料混凝土用细集料一般应采用粒径小于4.75mm的级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂。（3）粗集料普通混凝土常用的粗集料是指粒径大于4.75mm的卵石（砾石）和碎石。（4）混凝土用水混凝土拌制和养护用水不得含有影响水泥正常凝结硬化的有害物质。不应有明显的油脂和泡沫，以及明显的颜色和异味。应符合混凝土用水标准（JGJ63-2006）的规定。（5）矿物掺合料作用：改善砼拌合物的施工和易性，降低水化热，调节凝结时间等。种类：粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、钢渣粉、磷渣粉、硅灰及复合掺合料等。2.2普通水泥混凝土的配合比设计沥青混凝土配合比是指在混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。混凝土配合比设计，实质是确定胶凝材料（水泥与掺和料）、水、砂和石子这四种材料用量之间的比例关系。混凝土配合比的表示方法：单位用量表示法：1m3水泥混凝土中各种材料的质量相对用量表示法（水泥为1）按“水泥：细集料：粗集料，水灰比”的顺序表示。1）混凝土配合比设计的需要满足四个基本要求：设计强度、工作性、耐久性、经济性2）混凝土配合比设计的步骤：计算“初步配合比”提出“基准配合比”：测定工作性确定“试验室配合比”：测定强度和耐久性换算“施工配合比”：根据砂石的含水量进行调整3）配合比设计参数水胶比：水与胶凝材料的比砂率：砂占砂和石总量的比用水量：指1m3混凝土拌合物中水的用量胶凝材料用量：每立方米混凝土中水泥和掺和料质量的总和水胶比、砂率、用水量通常称为配合比设计三参数。三、混凝土外加剂和掺合料3.1混凝土外加剂一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。常用的几种外加剂：减水剂、引气剂、调凝剂、早强剂和防冻剂。3.2混凝土掺合料粉煤灰矿物掺合料在混凝土中的作用是改善混凝土的施工和易性、降低混凝土水化热、调节凝结时间等。混凝土用掺合料有粉煤灰、粒化高炉矿渣、钢渣粉、磷渣粉、硅灰及复合掺合料等。粉煤灰按其排放方式分为干排灰和湿排灰。湿排灰含水率大，活性降低较多，质量不如干排灰。按品质不同分为F类和C类。 四、路面水泥混凝土的组成设计4.1路面普通水泥混凝土路面水泥混凝土的配合设计应满足其弯拉强度、工作性、耐久性要求，兼顾经济性。路面混凝土配合比设计的设计指标是28d弯拉强度。主要包括目标配合比设计和施工配合比设计两个阶段。4.2钢纤维混凝土以水泥混凝土为基材与不连续而分散的纤维为增强材料所组成的一种复合材料。掺入的钢纤维可以改善混凝土的脆性，从而提高混凝土的抗拉强度和韧性。具体的力学性能：弯拉强度和抗拉强度较高；抵抗动荷载振动冲击能力很强；具有极高的耐疲劳性能；具有柔韧性；有抗冻胀和抗盐冻脱皮性能；但不耐腐蚀，造价高，热传导系数大，不适用于隔热要求的混凝土路面。4.3碾压混凝土以级配集料和较低的水泥用量与用水量以及掺合料和外加剂等组成的特干硬性水泥混凝土拌和物，使用沥青混凝土或基层摊铺机摊铺、压路机振动碾压密实而形成的一种混凝土。这种混凝土筑成的路面具有强度高、干缩小、密度大、耐久性好等技术性能，同时可以节约水泥用量、提高功效、缩短养护期、提早通车和降低投资的经济效益。五、砂浆5.1砂浆的组成材料组成：胶凝材料、细集料、掺合料和水作用：黏结、衬垫、传递应力分类：砌筑砂浆和抹面砂浆5.2砌筑砂浆1）定义：砌筑砂浆是将砖、石或砌筑等黏结成为整体的砂浆。2）技术性质（1）新拌砂浆的和易性：流动性（稠度）、保水性（保水率）（2）硬化后砂浆的强度强度等级：符号M+28d立方体抗压强度（标准试件70.7mm）（3）黏结力砂浆的粘结力与其强度密切相关，通常砂浆强度越高则黏结力越大。此外，砖石表面状态、清洁程度、湿润情况及施工养护条件也对黏结力有一定影响。（4）耐久性：抗渗、抗冻、抗侵蚀等。提高砂浆的耐久性，主要是提高其密实度。无机结合料混合料一、稳定类混合料的技术性质1.1石灰稳定土的技术性质石灰稳定土有良好的板体性，但其水稳性、抗冻性以及早期强度不如水泥稳定土。石灰土的强度随龄期的增长，并与养护温度密切相关，温度低于5时强度几乎不增长。1.2石灰粉煤灰稳定土的技术性质二灰稳定土有良好的力学特性、板体性、水稳性和一定的抗冻性，其抗冻性能比石灰稳定土高很多。二灰稳定土早期强度较低，随龄期增长，并与养护温度密切相关，温度低于4时强度几乎不增长。1.3水泥稳定土的技术性质水泥稳定土有良好的板体性，其水稳性和抗冻性都比石灰稳定土好。水泥稳定土的初期强度高，其强度随龄期增长。水泥稳定土在暴露条件下容易干缩，低温时会冷缩，而导致裂缝。二、稳定类混合料的组成设计2.1稳定类混合料组成材料的技术要求（1）被稳定材料粗集料：宜采用各种硬质岩石或砾石加工成的碎石，也可直接采用天然砾石。细集料：应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配。（2）无机结合料石灰:掺加石灰可使土粒胶结成整体，密实性提高水泥:与水反应降低土的塑性，增加土的强度和水稳定性粉煤灰:起填充作用，与石灰反应的产物起胶结作用2.2稳定类混合料配合比设计以石灰稳定土为例：混合料设计内容：根据强度标准，选取合适的土，确定最佳石灰剂量和最佳含水量。强度标准：规定温度(北方202，南方25土2)保湿6d(湿度为95%)浸水1d的无侧限抗压强度。建筑钢材一、钢材的抗拉性能抗拉性能是建筑钢材的重要性能，也是表示钢筋和选用钢筋的重要指标。二、钢材的冲击韧性、耐疲劳性和冷弯性能冲击韧性：钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。耐疲劳性：钢材在交变荷载多次反复作用下，可以在远低于抗拉强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。塑性：钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能。常用伸长率和断面收缩率表示。三、建筑钢材在道桥结构中的应用与技术要求由于桥梁结构需要承受车辆荷载的作用，同时需要经受各种大气条件的严酷考验，对于桥梁结构用钢材要求具有良好的综合力学性能、良好的焊接性和良好的抵抗大气因素腐蚀的性能。工程聚合物一、聚合物的基本概念1.2聚合物的合成与特征高分子高分子聚合物是由不同结构层次的分子有规律的排列、堆砌而成。按分子几何结构形态来分，可分为线型、支链型和体型三种。线性聚合物具有良好的弹性、塑形、柔顺性，还有一定的强度，但硬度小；支链型聚合物与线性聚合物相比，具有密度小，抗拉强度低，而溶解性大的特点；体型聚合物具有塑形和弹性低，但硬度与脆性较大，耐热性较好的特点。二、常用的聚合物材料常用聚合物材料有：塑料、橡胶、合成纤维、塑料橡胶共聚物，此外还有胶黏剂、涂料等。三、高分子聚合物在道桥工程的应用在工程中除部分可用于结构物构件或配件材料外，更多的是用作改性材料。3.1土工布土工布在道路工程中的应用于：排水、反滤、分隔和加筋作用。3.2高分子聚合物改性水泥混凝土水泥混凝土具有许多优良技术品质，在路桥工程广泛应用，其缺点是强而脆，抗拉、弯强度低，相对延伸率小。为弥补这一缺陷，通常用高分子聚合物来对水泥混凝土进行改性，使其变成一种强而韧的材料。目前实际工程中用得最多的，比较成熟的有三种。（1）聚合物浸渍混凝土（简称PIC）：是已硬化的混凝土（基材）经干燥后浸入有机单体。（2）聚合物水泥混凝土（简称PCC）：是以聚合物（或单体）和水泥共同起胶结作用的一种混凝土。（3）聚合物胶结混凝土（简称PC）：是完全以聚合物为胶结材的混凝土。工程力学静力学的基本知识1.力的三要素：大小、方向、作用点2.力的单位：国际单位制：牛顿(N)千牛顿(kN)3.公理1力的平行四边形法则作用于物体上同一点的两个力可合成一个合力，此合力也作用于该点，合力的大小和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。 4.公理2二力平衡公理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等|F1|=|F2|方向相反F1=F2作用在同一直线上，作用于同一个物体上。5.公理3加减平衡力系原理在已知力系上加上或减去任意一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。推论1：力的可传性原理作用于刚体上的力可沿其作用线移到同一刚体内的任一点，而不改变该力对刚体的效应。6.公理4作用和反作用定律等值、反向、共线、异体、且同时存在。7.力矩与力偶在力的作用下，物体将发生移动和转动。力的转动效应用力矩来衡量，即力矩是衡量力转动效应的物理量。讨论力的转动效应时，主要关心力矩的大小与转动方向，而这些与力的大小、转动中心（矩心）的位置、动中心到力作用线的垂直距离（力臂）有关。力的转动效应力矩M可由下式计算：M=FPd式中：FP是力的数值大小，d是力臂，逆时针转取正号，常用单位是KNm。集中力引起的力矩直接套用公式进行计算；对于均布线荷载引起的力矩，先计算其合力，再套用公式进行计算。力矩的特性：(1)力作用线过矩心，力矩为零；(2)力沿作用线移动，力矩不变。合力矩定理一个力对一点的力矩等于它的两个分力对同一点之矩的代数和。8.力偶和力偶矩力偶大小相等的二个反向平行力称之为一个力偶。力偶的作用效果是引起物体的转动，和力矩一样，产生转动效应。力偶的转动效应用力偶矩表示，它等于力偶中任何一个力的大小与力偶臂d的乘积，加上适当的正负号，即式中：F是力的大小；d是力偶臂，是力偶中两个力的作用线之间的距离；逆时针为正，顺时针为负。常用单位为KNm。力偶特性一：力偶的转动效应与转动中心的位置无关，所以力偶在作用平面内可任意移动。力偶特性二：力偶的合力为零，所以力偶的效应只能与转动效应平衡，即只能与力偶或力矩平衡，而不能与一个力平衡。9.约束和约束反力(1)柔索：由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束绳索类只能受拉，约束反力作用在接触点，方向沿绳索背离物体。约束力方向与所能限制的物体运动方向相反。 2）光滑支承面约束约束反力作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体。（3）光滑圆柱铰链约束固定铰支座 可动铰支座 固定端支座结构分析与计算 3.轴向拉（压）杆（1）轴力第一步：沿需要求内力的横截面，假想地把杆件截成两部分。为了对拉、压杆的失效计算，首先必须要分析其内力。截面法是求杆件内力的基本方法。下面通过求解图所示拉杆m-m横截面上的内力来具体介绍截面法求内力。第二步：取任意一段作为研究对象，标上内力。由于内力与外力平衡，所以横截面上分布内力的合力FN的作用线也一定与杆的轴线重合。这种内力的合力称为轴力。第三步：平衡方程，求出未知内力，即轴力。由FN-F=0，得FNF轴力正负号的规定：拉力为正，压力为负。（2）轴力图应用截面法可求得杆上所有横截面上的轴力。如果以与杆件轴线平行的横坐标x表示杆的横截面位置，以纵坐标表示相应的轴力值，且轴力的正负值画在横坐标轴的不同侧，那么如此绘制出的轴力与横截面位置关系图，称为轴力图。轴力计算规则：任意一个截面的轴力等于该截面任一侧所有外力沿着杆件轴线方向投影的代数和。力的箭头离开所求内力截面时为正，指向截面时为负，即拉力为正，压力为负。（3）轴向拉（压）杆的内力：轴力（4）截面法求内力步骤1）用截面截断杆件2）取研究对象画出受力图，标注上内力，一般先假设为正。3）利用平衡方程求内力。 （5）拉（压）杆虎克定律轴向拉（压）杆件的变形量与杆件横截面上的轴力N成正比，与杆件的长度L成正比，与横截面面积A、材料的弹性模量E成反比。（6）拉（压）杆的强度计算为了保证拉（压）杆有足够的强度正常工作，必须使杆内的最大工作应力不超过材料的拉伸或压缩许用应力，即:max=N/A利用该强度条件，可以解决三种强度计算问题：强度校核、截面设计和许可载荷的确定。4.受弯构件梁是一类很常见的杆件，在工程中占有重要的地位。 （1）梁的计算简图1)简支梁一端为固定铰支座,另一端为可动铰支座的梁 2)悬臂梁一端为固定端,另一端为自由端的梁3)外伸梁一端或两端向外伸出的简支梁（）梁的內力剪力和弯矩梁截面上的内力必是的一个平行于横截面的内力FQ，称为剪力和一个作用面与横截面垂直的内力偶M，称为弯矩。剪力的正负号规定规定：当截面上的剪力FQ使研究对象有顺时针转向趋势时为正，反之为负。弯矩的正负号规定规定：当截面上的弯矩M使研究对象产生向下凸的变形时（即上部受压下部受拉）为正，反之为负。截面法求梁的内力步骤:用截面截断杆件取研究对象画出受力图，标注上内力，一般先假设为正。利用平衡方程求内力。（）剪力图和弯矩图1）剪力方程和弯矩方程FQ=FQ(x)，M=M(x) 2）剪力图和弯矩图剪力图和弯矩图的基本作法是：首先，由静力平衡方程求得支座反力；第二，列出剪力方程和弯矩方程；第三，取横坐标x表示横截面的位置，纵坐标表示各横截面的剪力或弯矩，由剪力和弯矩方程作出剪力和弯矩图。（）梁的强度计算梁弯曲时正应力在横截面上距离中性轴最远处最大，即横截面上的最大正应力计算为max=M/Wz利用强度条件,通常对梁可以进行正应力强度校核、梁的横截面选择与设计、确定许用载荷三方面的工作。5.压杆的稳定性两端铰支中心受压直杆的欧拉公式： 6、自由度和约束几何组成分析中,把体系中的任何杆件都看成是不变形的平面刚体,简称刚片。自由度是指确定体系位置所需要的坐标(参数)的数目。体系几何不变的必要条件是自由度等于或小于零。 减少体系自由度的装置称为约束。减少个自由度的装置即为一个约束,并以此类推。约束主要有链杆(一根两端铰结于两个刚片的杆件称为链杆,如直杆、曲杆、折杆)、单铰(即连接两个刚片的铰)、复铰约束(连接多于两个刚片的铰）和刚结点四种形式。 工程测量水准测量1.水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。2.水准仪构成主要有望远镜、水准器及基座三部分。3.在进行水准测量时，待测点与已知水准点间距离较远或地势起伏较大时，不可能通过安置一次仪器来测定两点间的高差，必须在两点间设置若干个转点，将测量路线分成若干个测段，依次测出各分段间的高差进而求出两点间的高差，从而计算出待定点的高程.4.水准测量的成果计算：水准路线有以下三种布设形式：附合水准路线、闭合水准路线、支水准路线。附合水准路线和闭合水准路线因为有检核条件，一般采用单程观测；支水准路线没有检核条件，必须进行往、返观测，来检核观测数据的正确性。5.水准测量的等级及主要技术要求：等级视线长度前后视距差每站的前后视距积累差视线高度仪器类型视距三等DS3752.05.0三丝能读数DS1,DS05100四等DS31003.010.0三丝能读数DS1,DS05150等级仪器类型视线长度前后视距差任一测站上前后视距差累积视线高度（下丝读数）一等DSZ05,DS05300.51.50.5二等DS1,DS05501.03.00.36.水准测量误差水准测量的误差来源主要有三个方面，即仪器误差、观测误差和外界条件影响。角度测量1.角度测量原理水平角是空间相交的两条直线在水平面上的投影所构成的夹角。角值范围0360。 竖直角是同一竖直面内目标视线与水平线之间的夹角，角值范围090，视线向上倾斜，为仰角，符号为正。视线向下倾斜，为俯角，符号为负。2.经纬仪的构造和使用常用的经纬仪按其精度可分为DJ2、DJ6两个等级，D和J分别为大地测量和经纬仪。下标表示一测回方向观测中误差分别为2”、6”。DJ6光学经纬仪一般由基座、水平度盘和照准部三部组成。经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数。3.水平角观测时常用的方法有测回法和方向观测法，测回法只适用于观测两个照准目标的单角，分盘左和盘右。方向观测法适用于观测三个或三个以上目标的多角。4.竖直角观测盘左、盘右观测构成一个竖直角测回。5.角度测量的误差分析:仪器误差消除或减弱仪器误差的具体方法：采用盘左、盘右观测取平均值的方法，可以消除视准轴不垂直于水平轴、水平轴不垂直于竖轴和水平度盘偏心差的影响；采用在各测回间变换度盘位置观测，取各测回平均值的方法，可以减弱由于水平度盘刻划不均匀给测角带来的影响；仪器竖轴倾斜引起的水平角测量误差，无法采用一定的观测方法来消除。距离测量与直线定向1.钢尺量距：钢尺量距的工具主要包括钢卷尺、皮尺以及丈量时的辅助工具。钢尺量距的计算公式： 2.视距测量：视距测量的误差来源及消减方法：（1）用视距丝读取尺间隔的误差读取视距尺间隔的误差是视距测量误差的主要来源，读数时注意消除视差，认真读取视距尺间隔。另外，应尽可能缩短视距长度。（2）竖直角测定误差竖直角误差对高差影响较大，可用盘左、盘右观测取竖直角平均值的方法来消除。（3）标尺倾斜误差标尺立不直、前后倾斜的影响隧着尺子倾斜度和地面坡度的增加而增加。因此标尺必须严格铅直（目视水准器）。（4）外界条件的影响应选择合适的观测时间，尽可能避开大面积水域。此外，视距乘常数K的误差、视距尺分划误差等都将影响视距测量的精度3.电磁波测距：通过测定电磁波在待测距离两端点间往返传播的时间，利用电磁波在大气中的传播速度来确定其距离。4.直线定向：在测量工作中，把确定一条直线与标准方向之间所夹的水平角的工作称为直线定向。（1）标准方向（基准方向）的种类真子午线方向，简称真北方向。磁子午线方向，简称磁北方向。坐标纵轴方向，简称轴北方向。（2）直线方向的表示方法方位角由直线定向的基准方向起顺时针转止直线的角度。范围：0360真北真方位角磁北磁方位角坐标北坐标方位角全站仪与全球定位系统1.电子全站仪是一种集经纬仪和测距仪功能于一体的可以同时测量角度（水平角、垂直角）、距离（斜距、平距、高差）、坐标，并能自动记录观测数据的一种智能型仪器。.全站型电子速测仪基本组成包括电子经纬仪、光电（多为红外线）测距仪、数据处理系统。测量误差的基本知识1.测量误差产生原因：观测者、测量仪器、外界环境的影响。测量误差可分为系统误差和偶然误差两大类。2.衡量精度的标准：中误差、相对误差和极限误差（又称为限差或容许误差）。中误差以各个真误差的平方和的平均值的平方根作为评定观测质量的标准。 3、偶然误差的特性有界性：在一定的观测条件下，多次观测值产生的偶然误差不会超过一定的限值；单峰性：绝对值较小的误差比绝对值较大的误差出现的频率大；对称性：绝对值相等的正负误差出现的频率相等；抵偿性：当观测次数无限增大时，偶然误差的算术平均值取近于零。4.观测值的精度评定（1）中误差是指在同样条件下，一组观测值的中误差，它并不代表每个观测值的真误差，而是一组真误差的代表。一组观测值的各个真误差大，该组观测值的中误差就大，其精度就低。（2）相对误差是指中误差与相应观测值的近似值之比，通常以分子为1的形式表示，即:相对误差中误差/相应观测值/m与相对误差相对应的是真误差、中误差和极限误差，统称为绝对误差（3）极限误差（又称为限差或容许误差），它是指在一定观测条件下，偶然误差的绝对值不应超过的限值。因此，在实际工作中通常采用3倍中误差作为极限误差，当要求严格时，也有采用2倍中误差作为极限误差的。5、误差的传播定律：根据观测值的中误差，采用数学公式来表达其函数的中误差，这种表达式称为误差传播定律。（1）倍数函数（2）和差函数（3）一般线性函数小区域控制测量1.控制网（1）控制网分为平面控制网和高程控制网。控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。2.平面控制测量（1）导线测量是建立小区域平面控制网的一种常用方法，它适用于地物分布较复杂的建筑区和视线障碍较多的隐蔽区和带状区。（2）导线布设形式可分为闭合导线、附合导线、支导线三种3.高程控制测量有等外（图根）水准测量、四等水准测量、三角高程测量。（1）四等水准测量的观测顺序“后-后-前-前（黑-红-黑-红）”。（2）三角高程测量是根据地面上两点间的水平距离D和测得的竖直角，来计算两点间的高差。纵横断面测量1.纵断面测量又称路线水准测量或中线高程测量，其任务是测定中线上各里程桩的地面高程，绘制路线纵断面图，供路线纵坡设计使用。纵断面测量一般分两步进行：（1）基平测量（也称高程控制测量）（2）中平测量（也称中桩高程测量）。.横断面测量是测定中线各里程桩两侧垂直于中线方向的地面各点距离和高程，绘制横断面图，供路线工程设计、计算土石方量及施工时放边桩使用。施工测量1.纵断面测量又称路线水准测量或中线高程测量，其任务是测定中线上各里程桩的地面高程，绘制路线纵断面图，供路线纵坡设计使用。纵断面测量一般分两步进行：（1）基平测量（也称高程控制测量）（2）中平测量（也称中桩高程测量）。1.路线控制测量分为路线平面控制测量和路线高程控制测量。2.路线测量（1）路线测量的符号（2）交点转角的定义（3）公路测量标志及其用途（4）路线中线的敷设7.桥墩桩基坐标验算桥墩桩基的平面位置及其排列方向是以墩台中心的平面坐标及其走向方位角为基准，按一定的法向偏距与走向偏角设计的，而墩台中心的平面坐标及其走向方位角可以使用设计给出的墩台中心设计桩号，根据路线平曲线设计数据算出，因此，桥墩桩基坐标与路线平曲线的关系是通过墩台中心设计桩号联系的。8.管道工程测量管道工程测量的主要内容包括管道中线测量、管线纵横断面测量和管道施工测量。管道中线测量的任务是将设计管道中心线的位置在地面测设出来。中线测量的内容有管线转点桩测设、交点桩测设、线路转折角测量、里程桩和加桩的标定。9.隧道超欠挖计算按开挖方式，隧道施工可以分为钻爆法与盾构法，只有钻爆法需要进行超欠挖计算。土力学与基础工程土的工程性质与工程分类一、土的组成及构造1、土是固体颗粒、水和气体三部分组成的。2.粘性土的界限含水量（1）粘性土的状态粘性土的稠度状态因含水量的不同，可表现为固态，塑态与流态三种状态。（2）土的结构单粒结构如砂粒及更大的粗土粒、蜂窝结构如粉粒土絮状结构如粘性土三种。四、粘性土的物理特性（1）界限含水量粘性土从一种状态变到另一种状态的含水量分界点称为界限含水量。流动状态与可塑状态间的分界含水量称为液限WL，可塑状态与半固体状态间的分界含水量称为塑限WP，半固体状态与固体状态间的分界含水量称为缩限Ws。 （2）塑性指数：可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围愈大，土的可塑性愈好。这个范围称为塑性指数Ip。（3）液性指数液性指数是表示天然含水量与界限含水量相对关系的指标，其表达式为：说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当IL0时,P,土处于坚硬状态;当IL1时,L,土处于流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态可塑状态的土的液性指数在0到1之间，液性指数越大，表示土越软，液性指数大于1的土处于流动状态，小于0的土则处于固体状态或半固体状态。粘性土的状态可根据液性指数分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑。液性指数ILIL00IL0.250.25IL0.750.751.00稠度状态坚硬硬塑可塑软塑流塑六、土的压实性压实：是指采用人工或机械以夯、碾、振动等方式，对土施加夯压能量，使土颗粒原有结构破坏，空隙减小，气体排出，重新排列压实致密，从而得到新的结构强度的过程。对于粗粒土，主要是增加了颗粒间的摩擦和咬合；对于细粒土，则有效地增加了土粒间的分子引力。影响土的压实特性的因素有含水率、压实功、土类及级配。七、地基土的工程分类1、岩土工程勘察规范主要把地基土（岩）作为建筑物的地基进行分类，把土分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土六大类2、岩石的分类颗粒间牢固粘结，呈整体或具有节理裂隙的岩体称为岩石，按坚硬程度分：可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类：以30pa为界分为硬质岩石和软质岩石3、土的分类a、粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土。分漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾c、粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土。分砂砾、粗砂、中砂、细砂和粉砂d、粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%，塑性指数IP10的土称为粉土e、塑性指数IP10的土称为黏性土，粘性土根据塑性指数细分黏土、粉质黏土。土中应力计算地基中的应力按其产生原因的不同，可分为：自重应力和附加应力两种自重应力不会再引起地基的变形。附加应力：导致地基变形的主要原因，也是导致地基强度破坏和失稳的重要原因。、单层土的竖向自重应力：cz=z、基底压力：建筑荷载在基础底面上产生的压应力，即基础底面与地基接触面上的压应力。、地基反力：地基支撑基础的反力。（1）基底接触压力的产生（2）建筑物荷重基础地基在地基与基础的接触面上产生的压力（地基作用于基础底面的反力） 二、土中附加应力引起地基变形和破坏的主要原因。特点：1、在任意深度同一水平面上附加应力不等，中心线上附加应力最大，向两侧逐渐减小，但扩散的