《土木工程材料》主重要知识点

《土木工程材料》重要知识点一、材料基本性质（1）基本概念密度：指材料在绝密状态下，单位体积的质量。体积密度：指材料在自然状态下，单位体积（包括材料内部所有孔隙体积）的质量。表观密度：指材料单位体积（包括实体体积和闭口孔体积）的质量。堆积密度：指散粒材料（如粉状、颗粒状材料等）在堆积状态下，单位体积的质量。孔隙率：指材料空隙体积占材料自然状态下总体积的百分比，用P表示。空隙率：散粒状材料在堆积体积状态下，固体颗粒之间空隙体积占堆积体积的百分比，用P'表示。强度：指材料抵抗力破坏的能力。比强度：材料强度与其体积密度之比。弹性：指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够恢复原来形状的性质。塑性：指在外力作用下材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。韧性：指在冲击或振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。脆性：指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质。硬度：指材料表面抵抗其它物体压入或刻画的能力。耐磨性：指材料表面抵抗机械磨损的能力。亲水性：指材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质。憎水性：指材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质。润湿边角：在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ称为湿润边角。吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。吸水性：指材料与水接触时吸收水分的性质。耐水性：指材料长期在水的作用下不会被破坏，而且强度也不显著降低的性质。抗渗性：指材料抵抗压力水渗透的性质。抗冻性：指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用而不被破坏、强度又不显著降低的性质。热容量：指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。导热性：指材料传导热量的能力。（2）性能及应用孔隙率大小和孔隙特征对材料性能（强度、吸水、保温等）影响答：材料内部的孔隙率越大，材料的体积密度、强度越小，耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐水性及其它耐久性越差。孔隙率相同，材料的开口孔越多，材料的抗渗性、抗冻性越差。亲水性材料、憎水性材料答：水泥制品、玻璃、陶瓷、金属材料、石材等无机材料和大部分木材都是亲水性材料。沥青、油漆、塑料、防水油膏等是憎水性材料。影响材料抗冻性、抗渗性的因素和影响方式答：材料抗渗性的好坏与材料孔隙率和空隙特征有密切关系。材料孔隙率越小、闭口空越多、孔径越小，越难渗水。具有较大孔隙率，且孔连通、孔径较大的材料抗渗性较差。材料的抗冻性与其强度、孔隙率及孔特征、含水率等因素有关。材料强度越高，抗冻性越好。孔对抗冻性的影响与其对抗渗性的影响相似。当材料含水未达到饱和时，冻融破坏作用较小。二、金属材料（1）基本概念碳素钢：含碳量小于1.35%(0.1%-1.2%)，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。合金钢：除铁、碳外，加入了其他的合金元素的钢。普通钢：含碳量介于0.02%至2.04%之间的铁合金的统称优质钢：含磷量小于等于0.035%，含硫量小于等于0.035%的钢。钢材强屈比及其意义：抗拉强度与屈服强度的比值称之为强屈比。强屈比大，结构安全性高。屈服点：在屈服阶段中力不增大，而试件继续伸长时所对应的应力。冷脆性：指随温度的下降金属材料的强度有所增加，而韧性下降的现象。钢材的冷加工强化：指将钢材与常温下进行加工（如冷拉、冷拔或冷轧），使之产生塑性变形，从而提高屈服强度的过程。脆性转变温度：指用冲击试验方法测定出的金属材料随着温度下降而发生塑性明显下降、脆性明显上升的温度。时效：指随时间的延长而表现出强度提高，钢材塑性和冲击韧性下降的现象。钢材牌号含义：HPB235（屈服强度不小于235MPa的热轧光圆钢筋）、HRB335（屈服强度不小于335MPa的热轧带肋钢筋）、20MnSi（2）性能及应用了解化学成分对钢性能的影响：碳：钢的抗拉强度随含碳量的增大而提高，当含碳量超过1%时，钢变脆、抗拉强度下降；碳还可以降低钢材的塑性，增加钢的冷脆性和时效敏感性；当碳的质量分数超过0.3%时，将显著降低钢材的可焊性。硅：当钢中含硅量小于1%时，能显著提高钢的强度，而对塑性及韧性没有显著影响。锰：锰能消除钢的热脆性，改善热加工性；当含锰量为0.8%~1.0%时，可显著提高钢的强度和硬度，几乎不降低钢的塑性和韧性。磷：磷可使钢的冷脆性显著增加，低温下的冲击韧性下降，可焊性降低。硫：硫能使钢的热脆性显著提高，热加工性和可焊性明显降低。含碳量变化对钢材技术性能的影响答：①当含碳量超过1%时，钢变脆、抗拉强度下降；②当碳的质量分数超过0.3%时，将显著降低钢材的可焊性。抗拉性能：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冲击韧性：指钢材抵抗冲击荷载的能力。硬度：指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。耐疲劳性：指钢材在交变荷载作用下不发生断裂的性质。低碳钢拉伸时各阶段应力和变形特点弹性阶段：该阶段应力小于235MPa，卸去拉力后试件能完全恢复原状。屈服阶段：该阶段应力大于235MPa，小于375MPa，在此阶段卸去拉力后变形不能立刻恢复。强化阶段：该阶段应力大于375MPa，且钢材抵抗塑性变形的能力又提高，随着应力加大塑性变形反而不明显。颈缩阶段：当应力达到一定大小后试件薄弱处截面明显缩小，塑性变形迅速增加，拉力下降，直到断裂。钢材的伸长率与试件标距有何关系？答：断裂后标距与原标距的百分比称为伸长率。A与A11.3哪个大，为什么？钢材的冲击韧性影响因素有哪些？答：钢材的化学成分、内部组织状态，以及冶炼、轧制质量，环境温度。钢筋经冷拉后性能变化的规律答：屈服强度提高20%~30%，屈服阶段缩短，伸长率降低，材质变硬。钢材所采用的防锈（腐蚀）的方法答：①合金化，在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素；②金属覆盖，用耐腐蚀性能好的金属覆盖在钢材上面；③非金属覆盖，在钢材表面用非金属材料作为保护膜；④提高混凝土的密实度，防止腐蚀剂渗入腐蚀钢材。三、气硬性胶凝材料（1）基本概念石膏：以硫酸钙为主要成分的无机气硬性胶凝材料。石灰、生石灰、熟石灰、水玻璃：是由碱金属和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。熟化：生石灰与水作用生成氢氧化钙的过程。欠火石灰：指由于生产石灰的原料尺寸过大、煅烧温度偏低或煅烧时间不充足，石灰石中的碳酸钙未完全分解的石灰。过火石灰：指石灰生产时局部煅烧温度过高，在表面有熔融物的石灰。陈伏：指石灰膏在储灰坑中放置14d的过程。胶凝材料：指土木工程材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能将散粒状或块状材料黏结成整体的材料。无机胶凝材料：以无机化合物为基本成分的胶凝材料。有机胶凝材料：以天然的或合成的有机高分子材料为基本成分的胶凝材料。气硬性胶凝材料：指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的无机胶凝材料。水硬性胶凝材料：指既能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化、保持并发展其强度的无机胶凝材料。（2）性能及应用建筑石膏的性质及应用：答：建筑石膏凝结硬化速度快，硬化时体积膨胀，硬化后孔隙率高、强度低，防火性能好，耐水性和抗冻性差。常用于制作粉刷石膏、轻质石膏、墙板、石膏装饰等。建筑石膏防火的原因答：①火灾发生时，二水石膏中的结晶水蒸发，吸收大量热；②石膏中结晶水蒸发后产生的水蒸气形成气幕，阻止火势蔓延；③脱水后的石膏制品隔热性能好，形成隔热层，并且无有害气体产生。建筑石灰的性质及应用答：性质：可塑性好，硬化较慢、强度低，硬化时体积收缩大，耐水性差，生石灰吸湿性强。应用：①在石灰膏中加入大量的水搅拌稀释或将生石灰加大量水熟化成为石灰乳；②将石灰膏或消石灰加砂和水配制成石灰砂浆；③制成石灰土、三合土和无机结合料稳定材料；④制作硅酸盐制品。石灰的熟化与硬化（干燥硬化、碳化硬化、结晶硬化）答：见课本P51-P53。四、水泥（1）基本概念凝结时间：指水泥加水拌和成为塑性的水泥浆，到逐渐变稠失去塑性所需要的时间。初凝：指水泥加水拌和时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间终凝：指水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。体积安定性：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。胶砂强度：水泥胶砂浆硬化试体所能承受外力破坏的能力水化热：水泥在水化过程中放出的热量。水泥混合材料：指加入到水泥中人工的和天然的矿物材料。活性混合材：指磨成细粉后与石灰或与石灰和石膏拌和，加水后在常温下能生成具有水硬性产物的混合材料。非活性混合材：指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料。C3S:3CaO·SiO2C2S:2CaO·SiO2C3A:3CaO·Al2O3C4AF:4CaO·Al2O3·Fe2O3（2）性能及应用水泥按主要水硬性物质不同是如何划分系列的，其中硅酸盐系列的水泥有哪些品种答：水泥种类可划分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟氯酸盐水泥、以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。硅酸盐系列水泥有通用硅酸盐水泥、专用硅酸盐水泥和特性硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的凝结硬化过程答：见课本P62-P63。影响水泥凝结硬化的因素答：①孰料矿物成分；②细度；③水灰比；④温度和湿度；⑤养护时间；⑥石膏。引起水泥安定性不良的原因答：①孰料中游离氧化钙过多；②孰料中游离氧化镁过多；③石膏参量过多。混合材料作用、常用（非）活性混合材料答：混合材料作用：改善水泥性能，调节水泥强度等级。常用（非）活性混合材料：粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料、石灰石和砂岩。为何大体积混凝土工程不宜只把硅酸盐水泥作为全部胶凝材料使用答：因为硅酸盐水泥中含有大量水花放热量大的硅酸三钙和铝酸三钙，因而水化热大，不宜用于大体积混凝土工程。水泥石的腐蚀的内在因素与防止答：内在因素：①水泥石中存在着易腐蚀的组分（氢氧化钙和水化铝酸钙）；②水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易进入其内部。防止：①根据腐蚀环境特点，合理选用水泥品种；②提高水泥石的紧密程度；③加做保护。通用硅酸盐水泥的特性与应用，混凝土工程中常见硅酸盐类水泥的选用问题答：见课本P70-P71。五、混凝土（1）基本概念混凝土：由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水按适当比例配合，经搅拌、浇筑成型后，经一定时间养护硬化而成的具有固定形状和一定强度的人造石材。骨料：指在混凝土中起骨架作用的砂、石。人工砂：经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂：由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒。颗粒级配：颗粒级配表示集料大小颗粒的搭配情况。细度模数：表征细骨料的总体粗细程度。最大粒径：粗集料中公称粒级的上限称为该集料的最大粒径。混凝土外加剂：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。减水剂：指在坍塌度基本相同的条件下，能减少拌和用水量的外加剂。缓凝剂：指能延长混凝土凝结时间的外加剂。早强剂：指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。引气剂：在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡且能保留在硬化混凝土中的外加剂。和易性：（又称工作性）指混凝土拌合物在一定的施工工艺及设备下，易于进行搅拌、运输、浇灌、捣实成型等施工操作，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。流动性：指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，易于产生流动，并能均匀密实地填满模板的性能。黏聚性：指混凝土拌合物组成材料之间具有一定的黏聚力。保水性：指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力。坍落度：（指混凝土的塑化性能和可泵性能）坍落度筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高差。混凝土立方体抗压强度标准值：指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体标准试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。强度等级：指混凝土立方体抗压强度标准值。轴心抗压强度：采用150mm150mm300mm棱柱体标准试件，标准养护到28d后测得的抗压强度。非荷载作用下的变形：由于混凝土本身及环境因素引起的各种物理化学变化而产生的变形。塑性收缩：混凝土拌合物在硬化前处于塑性阶段时，由于固体颗粒下沉，表面产生泌水而引起的混凝土体积缩小。化学收缩：由于水化生成物的固相体积比反应前物质的总体积（包括水的体积）小，而使混凝土产生的收缩。湿胀干缩：指混凝土因周围环境湿度的变化而产生的体积变化。（混凝土在水中硬化时，由于凝胶体中的胶体粒子表面的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大，引起混凝土产生微小的膨胀，即湿胀。混凝土在空气中硬化时，首先失去自由水；继续干燥时毛细管水蒸发，使毛细孔中形成负压产生收缩；再继续干燥则吸附水蒸发，引起凝胶体失水而收缩，即干缩。）温度变形：混凝土的热胀冷缩变形。碳化收缩：混凝土的碳化引起的体积收缩。徐变：指在长期恒定荷载作用下，随着时间的延长，沿着作用力的方向发生的变形。混凝土的耐久性：指在所处环境及使用条件下，混凝土建筑物能满足各项设计功能要求，并能达到无须大修或全面补强加固而安全运行的能力。抗渗性：指混凝土抵抗压力液体渗透作用的性能。抗冻性：指硬化混凝土在水饱和状态下，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的性能。抗侵蚀性：指低抗环境介质对混凝土侵蚀的能力。混凝土碳化：指环境中的CO2与水泥水化产生的Ca(OH)2在一定湿度条件下发生化学反应，生成碳酸钙和水的过程。碱骨料反应：指硬化混凝土中所含的碱与骨料中的活性成分发生反应，其反应产物吸水膨胀，从而导致混凝土产生膨胀而开裂的现象。混凝土配合比：混凝土中各组分用量的比例。水胶比：每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值水灰比：指水与水泥的质量之比。聚合物混凝土：指利用混凝土的制造方法和施工技术与聚合物有效结合而生产的一种性能比普通水泥混凝土优良的有机或无机复合材料。（2）性能及应用1、为什么混凝土中水泥用量不是越多越好答：水泥用量越多，混凝土早期开裂的风险也越大。2、减水剂技术经济效果答：①维持用水量和水灰比不变的条件下，可增大混凝土拌合物的坍落度100~200mm，并不影响混凝土的强度。②在维持拌合物流动性和水泥用量不变的条件下，可显著减少用水量10%~25%，从而降低水灰比，可提高混凝土强度15%~20%。③保持混凝土强度和坍落度不变，可节约水泥10%~15%。④提高混凝土的耐久性。⑤缓凝减水剂的加入还可以获得延缓拌合物的凝结时间和降低水化放热速度等效果。3、影响和易性的主要因素，改善混凝土拌和物和易性的措施答：影响和易性的主要因素有：水泥性质的影响、骨料性质的影响、外加剂和掺合料的影响、单位用水量、水灰比、砂率、环境条件的影响、搅拌工艺的影响、放置时间的影响。改善措施：①选用适宜的水泥和掺合料品种。②尽量选用粒径较大的砂、石，降低骨料的比表面积。③改善砂、石级配，这样既可以增加混凝土流动性，也能改善凝聚性和保水性。④根据骨料级配和粒径情况，适当调整砂率，采用合理砂率。⑤当混凝土拌合物坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量。当拌合物坍落度太小时，可保持砂率不变，适当增加砂、石用量。⑥在混凝土拌合物中加入少量外加剂。⑦改进施工工艺。⑧加快施工速度，减少拌合物坍落度损失。4、影响混凝土强度的因素，提高强度的措施答：影响混凝土强度的主要因素：水泥强度等级和水灰比、外加剂和掺合料、骨料、施工条件、养护温度和湿度、养护龄期和试验方法等。措施：①采用高强度等级水泥或早强型水泥。②掺入合适的矿物掺合料。③采用有害杂质少、级配良好的集料。④降低混凝土的水灰比。⑤采用机械搅拌和振捣工艺。⑥保持合理的养护温度和一定的湿度。5、混凝土配合比设计的过程【通过拌合物用量和实测容重计算每立方混凝土各材料用量、含水时施工配合比的调整、计算砂石含水不扣减现场混凝土的实际配合比的变化、砂石含水不扣减对混凝土强度的影响、体积法/质量法计算砂石用量】参考课本P168~P180六、砂浆（1）基本概念砌筑砂浆：指将砖、石、砌块等块材砌筑成为砌体，起黏结、衬垫和传递应力作用的砂浆。抹面砂浆：指大面积涂抹于建筑物墙、顶棚、柱等表面的砂浆，具有保护和找平基层、满足使用要求和增加美观的作用。砂浆和易性：砂浆在搅拌、运输、摊铺时易于流动而不失水的性质。砂浆流动性：指砂浆在重力或外力的作用下流动的性能。砂浆保水性：指新拌砂浆保持水分的能力。湿拌砂浆：指水泥、细集料、外加剂和水以及根据性能确定的各种组分，按一定比例，在搅拌站经计量、拌制后，采用搅拌运输车运至使用地点，放入专用容器储存，并在规定时间内使用完毕的湿拌拌和物。干混砂浆：指经干燥筛分处理的集料与水泥以及根据性能确定的各种组分，按一定比例在专业生产厂混合而成，在使用地点按规定比例加水或配套液体拌合使用的干混拌合物。为什么石灰膏在水泥石灰混合砂浆中有重要作用？答：？？？预拌砂浆与现场搅拌砂浆相比有何特点？答：（1）质量稳定；（2）性能优异；（3）品种齐全；（4）工效提高；（5）文明施工；（6）绿色环保。用于砂浆的胶凝材料除了水泥，还有什么？有何作用？答：石灰膏、电石膏、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰和天然沸石粉。七、木材（1）基本概念木材的优点：1.良好的力学性能（比强度大，具有轻质高强的特点；弹性韧性好，能承受冲击和振动作用。）2.有较好的使用性能（导热性低，具有较好的保温、隔热能力；在适当的保养条件下，有较好的耐久性；纹理美观、色调温和、风格典雅，极富装饰性；绝缘性好，无毒性。）3.易于加工，可制成各种形状的产品。木材的缺点：构造不均匀，呈各向异性；湿胀干缩大，易翘曲和开裂；天然缺陷多，降低了材质和利用率；耐火性差，易着火燃烧；易腐朽、虫蛀。纤维饱和点：当木材细胞腔和细胞间隙中的自由水完全脱去为零，而吸附水尚处于饱和状态时，木材的含水率即为纤维饱和点。平衡含水率：木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，当水分的蒸发和吸收达到动态平衡时，其含水率相对稳定，此时木材的含水率成为平衡含水率。（2）性能及应用木材的湿胀与干缩规律：当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，自由水蒸发不改变其尺寸；继续干燥，细胞壁中吸附水蒸发，细胞壁基本相收缩，从而引起木材体积收缩。反之，干燥木材吸湿时将发生体积膨胀，直到含水量达到纤维饱和点为止。细胞壁愈厚，则胀缩愈大。木材的强度具有各向异性；影响木材强度的因素：含水率的影响、负荷时间的影响、环境温度的影响和疵病的影响。含水率对木材强度的影响：当木材含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度提高；反之，当含水率升高时，由亲水的细胞壁逐渐软化而使木材强度降低。为什么在使用木材之前，必须使木材的含水率接近使用环境下的平衡含水率？答：因为只有当木材料中的含水率与空气中的接近时，才能保持两者之间的平衡，才能减少出现木材料的吸水膨涨或失水干缩的现象。八、墙体与屋面材料（1）基本概念砌体材料：在砌体中主要起结构承重、分隔维护、保温隔热、隔声降噪等作用的材料。砖：指砌筑用的人造小型块材，外形多为直角六面体，其长度不超过365mm，宽度不超过240mm，高度不超过115mm。（P310）砌块：指用于砌筑的人造块材，外形多为直角六面体。（P321）板材：（P326）烧结普通砖：（P310）蒸压灰砂砖：以磨细的生石灰粉或消石灰粉和砂子为主要原料，经搅拌混合、陈伏、成型、蒸压养护而成的实心砖。（P320）烧结空心砖：以黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰、淤泥、建筑渣土、其他固体废弃物等为主要原料，经焙烧而成。烧结多孔砖：以黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰、淤泥、固体废弃物等为主要原料，经焙烧而成的砖块。粉煤灰砖、煤渣砖：以石灰电石废渣等钙质材料和砂、粉煤灰、炉渣等硅质材料经挤压成型，在常压或高压下蒸压而制成的砖。烧结空心砌块：以黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰、淤泥、建筑渣土、其他固体废弃物等为主要原料，经焙烧而成。蒸压加气混凝土砌块：以粉煤灰或砂（磨细）等硅质材料与石灰、水泥、石膏等按适当的比例，加入少量的发泡剂（铝粉）及外加剂和水，经搅拌、浇筑