土木工程材料公式类

1、第1章 土木工程材料的基本性质密度：绝对密实状态下。实体。试样-干燥至衡重的粉末，李氏瓶排液法。表观密度0：自然状态下。实体+孔隙。试样-块体，直接测，排液法。粉末近似视作密度。堆积密度0：粉或颗粒在自然堆积状态下。分为松散和振实。实体+孔隙+颗粒空隙。试样-颗粒堆，固定体积法。密实度：材料体积内被固体物质填充程度孔隙率：材料内部空隙的体积占其总体积百分率开口孔隙率：开口孔的孔隙率；闭口孔隙率：闭口孔的孔隙率孔分为气孔50200m、毛细孔2.0nm20m、凝胶孔20nm以下填充率：堆积体积中，被散粒状材料填充程度空隙率：堆积体积中，颗粒间空隙体积占总体积百分比亲水性：能被水润湿憎水性：不能被水

2、润湿接触角（润湿边角）：指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角。90° 亲水>90° 憎水吸水性：材料接触水时吸收水分的性质吸水率：材料吸水饱和时所吸水量占材料干燥状态下质量百分比体积吸水率：材料吸水饱和时所吸水量占材料自然状态下体积百分比吸湿性：在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率表示。含水率：材料含水质量占干燥质量的百分率。耐水性：在饱和水的长期作用下维持不破坏其强度也不明显降低的性质。用软化系数表示软化系数：饱水状态下抗压强度与干燥状态下抗压强度的比值。大于0.85为耐水材料抗渗性：抵抗压力水渗透的性质。防水材料用抗渗系数

3、K表示，普通材料用抗渗等级P表示抗冻性：饱水状态抵抗多次冻融循环而不破坏也不降低强度的性质。用相对动弹性模量和质量损失率表示导热性：将热量从温度高的一侧传递到温度低的一侧的能力，用导热系数表示热容量：材料受热吸收或冷却放出热量的性质，用比热容表示强度：在荷载作用下抵抗破坏的能力比强度：单位体积质量计算的材料强度弹性、塑性脆性：外力作用时不产生明显变形就破坏的性质韧性：在冲击、振动荷载下吸收大量能量承受较大变形而不突然破坏的性质。用冲击试验检验。第2章 气硬性胶凝材料¤2.1胶凝材料：经物理、化学作用，能将散粒材料或块状材料胶结成整体的材料气硬性胶凝材料：石膏、石灰、水玻璃、镁氧水泥&

4、#164;2.2 石灰原料：碳酸钙为主要成分的天然岩石，石灰石、白云石、白垩煅烧：石灰石CaCO3煅烧成生石灰CaO，温度在10001100。太低有碳酸钙，欠火石灰；太高有大块熔融物，过火石灰。熟化：生石灰CaO与水生成消石灰Ca(OH)2。陈伏避免碳化，消除欠火石灰和过火石灰。硬化：结晶、碳化特性：1）保水性好2）凝结硬化慢、强度低3）耐水性差4）体积收缩大¤2.3 石膏石膏：主要成分是硫酸钙原料：天然二水石膏CS·2H，天然无水石膏CS和二者混合物熟石膏：半水石膏CS·1/2H6575二水脱水，107170半水，170200可溶性硬石膏，400750不溶性硬石

5、膏，800以上有氧化钙，重新开始溶解型半水石膏（高强石膏）：0.13MPa，124过饱和蒸汽条件下蒸炼脱水；型半水石膏（建筑石膏）：窑炉脱水硬化原理：半水石膏与水变二水石膏特性：1）凝结时间短2）微膨胀性3）孔隙率大4）耐水性差5）抗火性好6）塑性变形大¤2.3 水玻璃水玻璃：可溶硅酸盐生产方法：碳酸钠与二氧化硅煅烧生成硅酸钠硬化：硅酸钠与二氧化碳生成碳酸钠特性：1）耐腐蚀性，尤其耐酸2）耐热3）防水第3章 水泥¤3.1水泥：属于水硬性胶凝材料水化：某材料加水后凝结混合材：改善性能，调节强度等级水泥熟料原料：含钙质CaO,硅质SiO2,调节原料Al2O3,Fe2O3工艺：按

6、比例磨成细粉，烧至部分熔融成品：CaCO3少于*66%主要，CaO,SiO2*质量比不小于2.0，硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，铁铝酸四钙名称硅酸三钙 C3S硅酸二钙C2S铝酸三钙C3A铁铝酸四钙C4AF凝结硬化速度快慢最快快28d水化热多少最多中强度高早低后高低低凝结：开始水化，胶体状产物增多，形成疏松网状结构，水泥浆失去可塑性，但尚未具有一定强度硬化：强度明显发展，成为水泥石石膏（CaSO4·2H2O）作用：延缓水泥凝结，便于施工闪凝、急凝：铝酸三钙与水反应太快，水化铝酸钙形成晶体，过早凝结，质地粗糙，放热巨大。石膏解决闪凝原因：石膏与水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙AFt（

7、钙矾石），单硫型水化硫铝酸钙AFm。钙矾石形成保护膜，但仍会继续水化水化产物：凝胶类：水化硅酸钙CSH，水化铁酸钙CFH晶体类：氢氧化钙CH，水化铝酸钙C3AH6，水化硫铝酸钙C3A·C3H3*比例：完全水化CSH 70%，CH 20%，C3A·C3H3 7%技术性质：1）细度：水泥的粗细程度。粒径小于40m具有高水化活性。比表面积表示。国标大于300m2/kg2）凝结时间：初凝时间：加水到失去可塑性。不小于45min终凝时间：加水到产生强度。大于390min（6.5h）标准稠度水泥净浆凝结时间测定。标准稠度：测度仪上试锥下沉28mm±2mm净浆3）体积安定性：加

8、水硬化后体积变化的均匀性。不良就是变化不均匀原因：游离氧化钙、游离氧化镁或石膏（或三氧化硫）过量。早期水化延迟而膨胀。游离氧化钙为煮沸法：试饼法或雷氏夹法。游离氧化镁（<5.0%）、石膏（SO3<3.5%）直接规定含量4）强度：水泥胶砂法测定。42.5，52.5，62.5三个等级，R代表早强5）水化热：与水泥细度和熟料矿物组成有关。越细越高。混凝土热不良导体，内外温差导致开裂。6）碱含量：指氧化钠与氧化钾总量。碱骨料反应有害，故降低碱含量。7）废品：体积安定性（游离氧化钙、氧化镁、三氧化硫），初凝时间。不得使用。不合格品：细度，终凝时间，不溶物，烧失量，混合料太多，强度太低，不合格

9、品。酌情使用或重新加工。水泥石侵蚀：水泥石在侵蚀介质作用下，逐渐遭受侵蚀，强度降低，甚至破坏1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）：软水溶出氢氧化钙和其他矿物成分。与重碳酸盐有关。先表面碳化再使用。2）硫酸盐腐蚀：硫酸盐跟氢氧化钙生成硫酸钙和钙矾石，胀坏水泥，“水泥杆菌”是钙矾石3）镁盐腐蚀：镁盐跟氢氧化钙生成氯化钙和硫酸钙，氯化钙溶于水，硫酸钙引起硫酸盐破坏4）碳酸腐蚀：碳酸跟氢氧化钙生成碳酸钙，再生产碳酸氢钙，溶于水5）一般酸腐蚀：直接与氢氧化钙中和反应6）碱腐蚀：强碱与水化铝酸钙反应侵蚀原因：1）氢氧化钙、水化铝酸钙等成分溶于水，与水中成分反应2）水泥多孔，容易被渗透侵蚀防治：1）选择品种2）减少用

10、水，提高密实度3）采取表面防护处理¤3.2掺混合材水泥共性：1）密度小2）早强低3）温度敏感，适合蒸汽养护4）水化热小5）耐腐蚀性好6）抗冻、耐磨、抗碳化不如硅酸盐水泥和普通水泥¤3.3复合水泥PC 1、硅酸盐水泥熟料2、20%50%两种混合材3、适量石膏项目硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥P·,P·P·OP·S·A,P·S·BP·PP·F主要成分1、硅酸盐水泥熟料2、05%石灰石或粒化粒炉矿渣（不加；加不超过5%）3、适量石膏3%1、硅酸盐水泥熟料2、5%20%混合材料

11、（一般不超过15%）3、适量石膏1、硅酸盐水泥熟料2、A 20%50%矿渣B 50%70%矿渣，可用不超过水泥质量8%活性混合材、非活性混合材或窑灰代替3、适量石膏1、硅酸盐水泥熟料2、20%50%火山灰3、适量石膏1、硅酸盐水泥熟料2、20%40%粉煤灰3、适量石膏特性1）高强2）早强3）耐磨，耐冻，耐碳化1）水化热大2）耐腐蚀差3）耐热差1）早强2）抗冻1）水化热大2）耐腐蚀差3）耐热差1）早弱后强2）共性3）特别耐软水、海水、硫酸盐4）耐热耐腐蚀最好！5）泌水性6）干缩性大1）早弱后强2）共性3）耐热4）抗渗5）干缩起粉1）早弱后强2）共性3）干缩性小适用1）高强2）预应力3）早强4）抗

12、冻1）一般2）预应力3）地下水中4）抗冻1）一般且耐热2）大体积3）蒸汽养护构件4）耐软水、盐水、硫酸盐腐蚀1）水中地下2）大体积3）抗渗4）蒸汽养护构件1）地上2）水中地下3）大体积4）抗渗5）蒸汽养护构件不适用1）大体积2）腐蚀1）大体积2）腐蚀1）早强2）严寒3）水位变化1）早强2）严寒3）水位变化4）干燥5）耐磨1）早强2）严寒3）水位变化4）干燥5）耐磨一般普通、硅酸盐干燥普通、硅酸盐矿渣、火山灰、粉煤灰高湿度、水中矿渣、火山灰、粉煤灰厚、大体积矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐早强硅酸盐矿渣、火山灰、粉煤灰、复合严寒、水位变化普通矿渣、火山灰、粉煤灰抗渗普通、火山灰、粉煤灰矿渣耐磨普通、硅

13、酸盐火山灰、粉煤灰受侵蚀矿渣、火山灰、粉煤灰普通、硅酸盐¤3.2铝酸盐水泥：铝矾土和石灰石为原料，煅烧后含铝酸钙、氧化铝主要成分：铝酸一钙、二铝酸一钙、少量硅酸二钙适用范围：早强、紧急抢修、冬季施工、耐热禁用范围：高温高湿、大体积、整齐养护、碱性环境、硅酸盐类水泥混用第4章 混凝土¤4.1混凝土分类：按表观密度：重混凝土大于2800kg/m3，普通混凝土19502800kg/m3，轻混凝土小于1950kg/m3按胶凝材料分类、按流动性分类、按用途分类、按生产加工方法分类按强度分类：低强30、中强3060、高强60100、超高强100MPa以上混凝土组成：水泥、粗细骨料*70

14、%左右、水作用：水泥、水连续相，骨料分散相。硬化后骨料具有骨架作用，减小变形，提高强度、耐腐蚀、耐磨混凝土特性：已塑、经济、安全、耐火、多用、耐久抗拉强度低、延展性差、自重大、比强度低、体积不稳定性¤4.2水泥：品种选择：泵送不用火山灰强度等级：水泥强度等级与混凝土设计强度等级想适应。水泥为混凝土的1.52.0倍细骨料：（0.154.75mm）：天然砂和人工砂粗骨料：（>4.75mm）：卵石和碎石最大粒径：骨料公称粒级的上限强度：岩石抗压强度测定法。气干石子装入标准筒然后加载荷压碎，称取质量。再过筛称取筛余量含水状态：干燥、气干（含水与大气平衡）、饱和面干（孔隙含水饱和，表面干

15、燥）、湿润坚固性：抗冻要求。硫酸钠溶液法检验粗细程度：不同粒径的颗粒混合物的平均粗细程度。砂用细度模数表示，越大越粗。石用累计筛余百分率。颗粒级配：砂大小颗粒的搭配情况。砂用级配区表示。石用最大粒径表示。级配相同细度模数一定相同，细度模数相同级配不一定相同太粗和易性不好控制，内摩擦大，不易振捣成型；太细水泥更多，强度变低测定方法：筛分法水外加剂：减水剂：普通、高效、早强、缓凝、引气（不可高温养护）。表面活性剂，亲水基指水，憎水基指空气或固体。木钙，奈系，树脂，聚羧酸（最高效）a.减少水，增大流动性，降低水灰比，改善孔结构、提高密实度，减少水泥用量早强剂、引气剂、缓凝剂、速凝剂、防冻剂、膨胀剂、

16、泵送剂、阻锈剂掺合料：粉煤灰：活性作用硅粉：增稠保水，提高强度，提高密实度沸石粉：改善和易性，提高强度¤4.3和易性：拌合物便于施工能获得均匀、密实混凝土的综合性能。坍落度和维勃稠度测定。包括：流动性：自重或振捣下流动的性能。取决于稠度。粘聚性：抗离析、分层性能。保水性：保持水分不析出的性能。常压泌水率和压力泌水率也能评判保水性。影响因素： 1）水泥浆量和水灰比2）砂率：混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。随着砂率增大，流动性先大后小。增大因为减少摩擦，减小因为用水减少。3）组成材料。组成性质与比例，组成之间化学反应，外部客观因素水灰比：过大：干稠，流动性低；过小：保水性、粘聚性

17、不良，影响强度砂率：过大：比较面积太大，空隙率大，流动性差；太小：空隙率大，保水性、粘聚性不良合理砂率：水和水灰比一定，最大流动性；流动性一定，水泥用量最少；坍落度法：分三层放入圆形锥筒内，每层高1/3桶高，逆时针向外转圈捣插25次。磨平后提起锥筒。坍落度值，越大流动性越好。振捣棒轻轻敲击新拌混凝土锥体，四周下沉则粘聚性好。倒塌崩裂或离析，则粘聚性差。稀浆从底部析出，骨料外露则保水性差。适用范围：骨料最大粒径不大于40mm，坍落度值不小于10mm低塑1040mm，塑性5090mm，流动100150mm，大流动160mm以上维勃稠度法：对于坍落度小于10mm的拌合物使用。坍落度选择：1）构件截面

18、越小，坍落度越大2）钢筋越密，坍落度越大3）振捣强，坍落度可小4）施工工艺直接决定坍落度选择改善和易性：1）降低砂率；2）改善级配；3）采用粗大的砂石；4）坍落度小时，水灰比不变，增加水泥浆或外加剂；坍落度大但粘聚性好时，保持砂率，增加砂石注：粉煤灰不增大流动性；水泥初终凝和混您股初终凝不一样¤4.4混凝土宏观缺陷：基体：微裂纹、孔隙骨料：微裂纹界面区：界面裂纹受压破坏：本质：纵向压力载荷作用下横向拉伸破坏无明显变化A比例极限裂缝增长B临界荷载砂浆裂缝和连续裂缝（裂缝缓慢增长）C极限荷载（迅速开裂）连续裂缝迅速发展强度测定：1）立方体抗压强度fcu标准抗压强度：150mm的标准养护2

19、8d立方体试样的抗压强度影响因素：（1）尺寸效应：越大抗压强度越差环箍效应：压板与被压表面有摩擦力，对试件起横向膨胀约束作用。破坏后成棱锥体（2）加载越快越高；（3）高度越高越低；（4）越粗糙越高；（5）偏心越大越低；强度等级：C7.5，C10C80（每5MPa一级）2）劈裂抗拉强度3）轴心抗压强度4）抗折强度影响因素：1）水泥石强度2）粘结强度3）水灰比4）振捣搅拌效果5）养护条件6）龄期提高强度方法：1）提高水泥强度，降低水灰比2）用好骨料3）掺入外加剂4）掺入掺合料5）采用机械搅拌振捣6）采用高温蒸汽养护7）采用裹石法8）采用磁化水¤4.5变形：总体积或局部体积变化分类：按龄期

20、分：1）早期变形；2）硬化中变形；3）硬化后变形按间距分：1）相向变形；2）背向变形按载荷分：1）非载荷作用变形；2）载荷作用变形按时间分：1）短期在和产生弹塑性变形；2）长期在和产生徐变收缩：1）化学减缩：没有干燥和其他外界因素，水化作用和凝结硬化导致体积缩小2）干缩：空气中混凝土失水，体积收缩。放入水中后膨胀，称为湿胀3）自收缩：初凝后随着水化进行，恒温恒重下体积减缩。原因是微细孔中自由水量降低，产生毛细孔应力*干缩是水分扩散到外部，自收缩是水分被内部消耗4）温度变形：包括（1）冷缩开裂（2）温差变形（分层浇筑解决）（3）极端温度变化（大体积混凝土，加添加剂，温度钢筋）5）碳化收缩：水化物

21、与大气中CO2反应。水中不易碳化。主要导致钢筋锈蚀影响收缩的因素：1）水泥用量和品种：水泥用量越大，干缩越大；掺合料水泥收缩更大2）骨料用量和质量：增加骨料、采用弹性模量高的骨料，减小收缩3）水灰比：水越少收缩越少4）外加剂5）环境条件减少收缩措施：1）水化热低的水泥，少用水泥2）减少水3）选用热膨胀低，弹性模量高的骨料4）外加剂5）预冷却原材料6）分缝分块7）埋设冷却管8）表面绝热9）蒸汽养护荷载变形徐变大的原因：1）水泥用量多2）强度发展慢3）水灰比大4）骨料少5）早龄期就加荷载6）龄期短7）应力水平高8）环境湿度小弹性模量：1）初始切线模量2）切线模量3）割线模量影响因素：1）强度高，模

22、量大2）龄期长，模量大3）水灰比小，越密实，模量大4）骨料多，骨料模量大，模量大5）引气剂降低模量¤4.6耐久性：混凝土在长期使用过程中，抵抗因服役环境外部因素和材料内部原因造成的侵蚀和破坏，而保持其原有性能不变的能力抗渗性：混凝土抵抗压力液体渗透的能力。抗渗等级表示。用抗渗加压法和电通量法。因素：（1）低水灰比（2）矿物掺合料（3）减水剂（4）引气剂（5）养护抗冻性：饱水状态下，混凝土能经受多次冻融循环不破坏，也不降低性能。慢冻法，快冻法，盐冻法。因素：（1）密实度（2）孔洞（3）充水度盐冻：1）渗透压增大，吸水多，结冰压大；2）结晶压力；3）分层结冰应力差因素：（1）引气（2）硅

23、酸盐或普通（3）降低水胶比，不加硅土（4）增加保护层碳化：二氧化碳与水化物反应。强碱性被二氧化碳中和后腐蚀钢筋。因素：CO2，水分氯离子扩散：氯离子破坏钝化膜因素：保护层，水灰比，水泥用量硫酸盐：内外硫酸盐生成钙矾石、石膏、MgSO4综合影响、钙硫硅钙石因素：石灰石，硫酸盐，低温。使用C3A低的水泥，加保护层，用双掺水泥，加外加剂碱骨料反应：水泥中碱性氧化物与骨料中活性SiO2和碳酸盐反应生成凝胶，吸水后膨胀破坏破坏特征：（1）离浇筑时间久（2）顺筋和网状开裂（3）裂缝边缘凹凸不平（4）越湿越厉害（5）有凝胶渗出因素：（1）碱含量（2）活性氧化硅碳酸盐含量（3）骨料直径（4）水分（5）温度防治

24、：（1）避免碱活性骨料（2）限制碱含量（3）干燥（4）掺合料（5）引气剂提高耐久性：（1）减少水和水灰比1）级配粒型好的粗骨料2）减水剂3）低水需掺合料（2）增强界面粘结性1）降低水胶比2）降低水泥浆用量（3）选择合理水泥品种1）避免早强2）避免C3A高（4）降低渗透性1）降低水固比2）细致化孔隙（5）使用引气剂（6）降低胶凝材料用量（7）防治钢筋锈蚀1）控制氯离子2）提高密实度¤4.7强度分布规律：正态分布*混凝土强度评定鉴定方法单独¤4.8配合比设计需要满足：和易性、强度、耐久性最大水灰比，最小水泥用量（满足混凝土施工性能和掺加矿物掺和料后满足混凝土耐久性），矿物掺合料

25、最大掺量（提高耐久度）第6章 钢材¤6.1钢：含碳量小于2.06%的铁碳合金按化学成分分类：1）碳素钢：低碳（<0.25%）中碳（0.250.6%）高碳（>0.6%）2）合金钢：低合金（<5%）中合金（510%）高合金（>10%）按冶炼脱氧分类：1）沸腾钢（F）：有气泡和杂志，质量差，成本低2）镇静钢（Z）：浇筑后平静地冷却凝固，基本无气泡。机械性能好，成分均匀，品质高，成本高3）特殊镇静钢（TZ）：脱氧更充分。特别重要的工程4）半镇静钢（B）：脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间¤6.2抗拉强度：弹性阶段：弹性极限p；屈服阶段：屈服极限s；强化阶段

26、：抗拉强度/极限强度b；颈缩阶段冲击韧性：抵抗冲击荷载的能力。用冲击韧性值衡量。随着温度降低，冲击韧性急剧下降，为低温冷脆效应疲劳强度：在交变荷载反复作用下应力远低于抗拉强度发生破坏。与抗拉强度相关疲劳原因：（1）内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）；（2）成分偏析；（3）过大的内应力，截面沿纵向的突变；（4）表面状态；（5）受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。钢材的塑性随着含碳量增加而变差屈服现象：形变增加，应力不增加屈强比：屈服强度与极限强度是衡量钢材强度的两个重要指标，二者之比称为屈强比。越小越坚固。太小利用率低太大脆性太大。屈强比最好在0.600.75冷弯性能：在常温下承受弯曲变形的能力。用弯曲角度和弯心直径与刚才直径厚度比值衡量。角度越大，比值越小越好焊接性能：电弧焊和接触对焊。检验方法是试件拉伸和原位非破损检验时效敏感性：经过冷加工的钢材在常温下放置，随着时间延长，钢材呈现出强度提高，而塑性和冲击韧性下降的现象称为钢材的时效热加工：是在再结晶温度以上进行的压力加工，常用锻造、热压、扎制等多种方式热加工的作用：使内部气泡焊合，酥松结构致密，晶粒细化热加工效果：提高钢材的强度、塑性和质量冷加工：冷拉、冷拔：提高屈服强度，降低塑性韧性重复拉伸：屈服强度提高，塑性和韧性降低，可焊形变差，硬脆倾向增加¤6.3主要成分