土木工程材料基础知识

1、材料的基本性质：1 .密度：材料在干燥绝对密集的状态下每单位体积的质量。 式：=MV，测定方法：磨碎用李氏密度瓶测定2 .表观密度：是指材料在自然状态下每单位体积的质量。 式：0=MV0，测定方法：直接测定几何尺寸，或在表面涂蜡并用排水置换法测定体积(注：所谓表现密度，通常指空气干燥状态下干燥状态下的干燥表现密度)3 .松密度：是粉状或粒状材料，其是自然堆积状态下的每单位体积的质量。 公式：0=MV04 .密度：材料内部材料体积占总体积的比例。 公式： D=VV0100%=0100%5 .孔隙率：指喷丸或粉状材料粒子间的孔隙体积相对于总体积的百分率.公式： p=v0- vv0=1- vv 01

2、00 %=1-0100 %=1- d6 .填充率：粒子或粉状材料中材料的表观密度与堆积密度之比。 公式： D=V0V0100%=00100%7 .空隙率相对于：粒子或粉状材料的堆积体积内的空隙总体积的比例。 公式： p=v0- v0v 0100 %=1- v0v 0100 %=1-00100 %=1- d8 .孔隙率的影响：(1)表观密度的影响：材料孔隙率大，体积相同，表观密度小。 另外，材料的空隙有可能在自然状态下含有水，根据含水量，材料的质量和体积发生变化，表观密度发生变化。 (2)对强度的影响：空隙可以减少材料承受的载荷的有效面积，减少材料的强度，改变空隙中应力的分布。 例如，空隙中的应

3、力集中。 (3)对吸水性的影响：打个大孔，封闭容易进水但难以充满的分散空隙，不能进水。 孔隙率大，孔隙开口、微细、连通多，材料吸水多。 (4)耐渗透性的影响：材料的孔隙率大，孔隙大，连通开口时，材料具有高渗透性，孔隙率小，如果孔隙封闭不连通，材料难以渗透到水中。 (5)防冻性的影响：连通的空隙多，空隙容易被水充满时，防冻性差。 (6)对导热性的影响：材料内微小、封闭、均匀分布的空隙多，导热率小，导热性差，保温隔热性能好。 材料内空隙大，其内空气对流时，热传导率大，热传导性好。 (7)封闭孔的含量越多，材料的保温性能越好，耐久性越好。9 .亲水性和防水性判断：润湿角，90是亲水材料，90是防水材

4、料10 .吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 表示方法：含水率w=含m-m干m干100%11 .吸水性：材料在浸水状态下吸收水分的能力，以吸水率表示质量吸水率：材料吸水饱和时，吸水量在材料的干质量中所占的比例w吸=M吸-M干m干100%。 体积吸水率是指材料吸水饱和时，吸水体积在材料自然体积中所占的比例w吸=V水v干10012 .吸水和吸湿导致材料自重增加，体积增大，冻结防止性和耐久性及保温性降低13、材料的耐久性：材料在使用过程中，能够长期抵抗各种环境要素，不会破坏，并且能够维持原有性质的性能，是综合指标。 提高耐久性的措施：一是提高材料自身的密实度；二是对材料表面进行保护弹性模数：用

5、e表示。 材料弹性变形阶段的应力和对应应变之比。 反映材料对弹性变形的抵抗力。 其值越大，使材料弹性变形一定的应力也越大，即材料刚性越大，即由于一定的应力，弹性变形越小，对变形的抵抗力越强15 .韧性：由于冲击、振动负荷，吸收大的能量产生一定的变形，不破坏的性质。耐水性：材料长时间不被饱和水破坏，强度也不显着降低的性质，表示方法软化系数：材料的吸水饱和状态下的抗压强度和干燥状态下的抗压强度之比KR=fb/fg软化系数大于0.85的材料，是通常被认为是耐水材料的在水中或湿润环境较多的材料的情况下， 软化系数必须大于或等于0.85。用于湿气轻或次要结构的材料的软化系数不能大于或等于0.7517 .

6、抗张性：材料抗压水的性质，表示方法-抗张系数，Ks=QdAtH，抗张等级： P2.P4分别表示抗张0.2MPa、0.4MPa的水压。18 .热容量是指材料在温度变化时吸收及放出热能力的大小，其大小用比热表示19 .热传导性：热传导能力，表示方式热传导率，=QdTAt，材料的热传导率越小，材料的绝热性能越好。 影响热传导性的要素：材料的表现密度越小，其空孔率越大，热传导率越小，热传导性越差。 由于水和冰的热传导率比空气大，材料湿冻时热传导率急剧增大，材料保温隔热方式变差。 所以绝热材料要注意防潮20 .防潮材料受到湿气时，其导热率增大，材料空隙中进入水分(包括水蒸气和液态水)后，除去空隙中残留的

7、空气分子的导热、对流，部分孔壁变成冰，导热率进一步增大。 表观密度小的材料，孔隙率高，热传导率小。 在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸大，热传导率大。 孔隙相互连通比闭合不连通的，热传导率大21、影响材料吸音性能的因素材料的表观密度、材料厚度、材料空隙特征、吸声材料空隙位置、空隙连通开放是有效的气硬性胶凝作用材料：22、胶凝作用材料：建筑材料中，经过一系列物理作用、化学作用，可以将散粒状或块状材料一体化的物质。 瓦斯气体硬性胶凝作用材料：只能在空气中固化，只能在空气中保持或发展强度，常见的是石灰、石膏、水玻璃的水硬性胶凝作用材料：不仅在空气中固化，在水中更好地固化，保持和发展其强度，常见的是水泥建

8、筑石膏的化学式：-caso4； h2o石膏水合固化后的化学成分： caso4； 2h2o24、高强度石膏比建筑石膏水合速度慢，水合热低，需水量小，固化体强度高。 这是因为高强度石膏为型半水石膏，建筑石膏为型半水石膏。 型半水石膏结晶化差，多为细纤维状或板状凝聚体，内比表面积大的型半水石膏结晶完整，常为短柱状，晶粒粗大，凝聚体的内比表面积小。25、建筑石膏的技术特性： (1)建筑石膏的冷凝固化速率快；(2)固化时体积微膨胀；(3)固化后空隙率大，表观密度低，强度低；(4)建筑石膏固化体具有良好的绝热和吸音性能；(5)防火性能好，但耐水性能差26 .石灰的老化是生石灰和水作用生成熟石灰的过程。 特

9、点：石灰老化时释放大量热量，体积增大12.5倍。 石灰一般制成石灰浆再使用。27 .燃烧过量的石灰密度大，表面被粘土杂质熔化时形成的玻璃釉所包裹，消化缓慢，施工中燃烧过量的石灰粒子在通常的石灰硬化后也继续吸湿消化而体积膨胀，引起硬化的拉力赛隆起和破裂的情况较多28 .陈伏：为了消除燃烧过量的石灰对工程的危害，在贮灰池中放入生石灰和水保存15天以上，将燃烧过量的石灰老化成一盏茶的过程称为沉降。 陈伏期间，石灰拉力赛表面要保持水分，隔绝空气，防止碳化。 (碳化是指与空气中的二氧化碳发生反应)29 .石灰的凝结硬化过程： (1)干燥结晶硬化：石灰拉力赛在干燥过程中，游离水分逐渐蒸发或被布摇滾乐吸收，

10、拉力赛中的氢氧化钙元素溶液过饱和结晶析出，具有强度和胶着性(2) 碳化硬化：由于氢氧化钙元素和空气中的二氧化碳在水分存在的条件下化合生成碳酸钙元素结晶，这种空气中的二氧化碳含量少，碳化作用主要发生在石灰拉力赛与空气接触的表面。 在表面生成的CaCO3膜层阻碍CO2的进一步渗透，同时阻碍内部水蒸气的蒸发，氢氧化钙元素的结晶化作用也缓慢进行。 碳化硬化是从时订和里，相当缓慢的速度的过程。 石灰硬化过程具有石灰硬化慢、强度低、耐水性弱的特点30 .为什么石膏适合家居装饰，不适合家居装饰？答：石膏具有以下性质：石膏白生生细腻体积微膨胀，易于加工，具有良好的装饰性；空隙率大，表观密度小，声吸收能力强，导

11、热率小，保温绝热和节能效果高；防火性好，具有温控湿功能；耐水性和抗冻性差水泥：31 .硅酸盐水泥烧成时加入石灰石、粘土、铁矿粉制成某种材料，加入石膏细磨32、水泥水化产物为：水化硅酸钙元素、水化铁元素酸钙元素、水化铝酸钙、氢氧化钙元素、水化硫铝酸钙33 .硅酸盐水泥中的胶体是水合硅酸钙元素和水合铁元素酸钙元素34 .常见的活性混合材料：造粒高炉渣、火山质混合材料、粉煤灰活性混合材料的激发剂为石膏和氢氧化钙元素35 .硅酸盐水泥耐磨性最好，易磨性最好的是粉煤灰硅酸盐水泥36 .六大水泥的符号、性能特点和应用名字硅酸盐水泥pi和pii普通硅酸盐水泥po熔渣硅酸盐水泥电脑系统火山灰白质硅酸盐水泥pp

12、粉煤灰硅酸盐水泥pf复合硅酸盐水泥pc主要特征1 .早期强度高2 .水热高3 .抗冻性好4 .耐热性差5 .耐腐蚀性差6 .干缩小7 .碳化防止性好1 .早期强度高2 .水热高3 .抗冻性好4 .耐热性差5 .耐腐蚀性差6 .干燥收缩小7 .碳化防止性好1 .早期强度低，后期强度高2 .水热低3 .抗冻性差4 .耐腐蚀性好5 .碳化防止性差1 .早期强度稍低2 .其他性能与矿渣水泥相同耐热性好耐热性差1 .干燥收缩性大2 .耐张性差1 .干燥收缩性大2 .抗张性好1 .干燥收缩性小2 .抗裂性好名字硅酸盐水泥pi和pii普通硅酸盐水泥po熔渣硅酸盐水泥电脑系统火山灰白质硅酸盐水泥pp粉煤灰硅酸

13、盐水泥pf复合硅酸盐水泥pc适用范围1、高强混凝土及预应力混凝土工程2 .要求早期强度的工程3 .在严寒地区反复受冻融作用的混凝土工程与硅酸盐水泥大致相同1 .大体积混凝土工程2 .高温工厂和有耐热要求的混凝土工程1 .地下水中大体积混凝土结构2 .有抗张要求的工程1 .地面、地下、水中的大体积混凝土结构2 .有抗裂要求的工程参考其他种类的水泥1 .蒸汽养护的部件2 .耐腐蚀要求高的混凝土工程适用范围外1 .大体积混凝土工程2 .化学及海水侵蚀工程3 .耐热混凝土工程1 .要求早期强度的混凝土工程2 .有冻结要求的混凝土工程1 .干燥环境的混凝土工程2 .要求耐磨性的混凝土工程应用示例：a )

14、混凝土南朝梁、板、柱冬施工：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥b )具有大体积混凝土和抗拉要求：的飞灰水泥c )高强度预应力混凝土南朝梁：硅酸盐水泥和普通水泥d )高强混凝土工程、预应力混凝土工程、严寒地区冻土工程、要求耐磨性的混凝土工程：硅酸盐水泥e )位于干燥环境的混凝土工程普通水泥(矿渣水泥)f )要求耐张性的混凝土工程：火山灰水泥、普通水泥g )火山灰水泥适用于海港和有抗渗要求的工程。h )混凝土地面或道路工程：普通水泥(道路水泥)I )在配制要求有抗张性的混凝土时，不要使用矿渣水泥j )高层建筑基础工程的混凝土最好优先选用火山灰质硅酸盐水泥k )火山灰水泥需水量大，干燥收缩大，抗冻性差，抗张

15、性好l )在有硫酸盐腐蚀的环境中，夏季施工的工程优先选择矿渣水泥水热：水合中释放出的热量。 (水热的利与弊：高水热的水泥在大体积混凝土工程中非常不利。 这是因为水泥的水合放出的热在混凝土中非常缓和，混凝土表面和内部温差过大，引起温差应力，混凝土被拉伸破坏，所以在大体积混凝土工程中应该选择低热水泥。 混凝土冬季施工时，水热有利于水泥凝结、硬化、混凝土防冻矿物名称分子式简称水合作用速度水合发热值强度硅酸三钙元素3CaOSiO2 C3S快点！大太贵了硅酸二钙元素2CaOSiO2 C2S慢小早期低后期高铝酸三钙元素3CaOAl2O3 C3A最快最大矮四钙元素铁元素铝酸4朝鲜二氧化碳二氧化碳快点！中矮3

16、8 .影响水泥凝结、硬化的因素： (2)熟料矿物组成： C3S (硅酸三钙元素)和C3A (铝酸三钙元素)的含量高时水合速度快，早期强度高时；(2)粒子纤度：纤度大时固化速率大，但纤度过大时硬化时收缩变化比较严重石膏配合量：延缓水泥的凝结硬化速度：石膏和C3A反应困难的高硫形水合硫铝酸盐钙元素复盖水泥粒子表面，进一步延缓水合的进行(4)混练用水量：由于水泥粒子之间被水隔开的距离远， 颗粒间连接形成网状结构的时间长，大气湿度低的水泥浆表面失去水分，表面水泥矿物不能正常水合，固化速率慢，而且发生收缩裂纹，因此也不利于强度发展(6)养护龄期：水泥矿物的水合率随时间增大，养护时间越长，水泥石39 .为什么在硅酸盐水泥中加入适量的石膏？a :延缓水泥的凝结时间(抑制了铝酸三钙元素的水合作用速度)。40、硅酸盐水泥熟料中，C3A的水合和冷凝固化速率最快，但水合铝酸钙强度不高的C3S和C4AF的水合速度快，冷凝固化速率也快，C3S的水合生成物强度高，C4AF的水合生成物强度不高的C2S，水合作用速度最慢，冷凝固化速率也慢，强度早期低在硅酸盐水泥熟料中对强度贡献最大的是C3S。 水泥熟料的水合速度最快，28 d水合热最大的是C3A。 硅酸盐水泥熟料矿物C3S、C2S、C3A、C4AF中，干缩性最大的是C3A。