土木工程材料復(fù)習(xí)資料

土木工程材料復(fù)習(xí)資料土木工程材料復(fù)習(xí)資料土木工程材料復(fù)習(xí)資料土木工程材料復(fù)習(xí)資料編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:土木工程材料復(fù)習(xí)資料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)表觀密度：指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。堆積密度：指粉狀或散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。孔隙率：材料內(nèi)部孔隙的體積占其總體積的百分率。開口孔隙率對吸水、透聲、吸聲有利，對材料的強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性和耐久性不利。閉口孔隙可以降低材料的表觀密度和導(dǎo)熱系數(shù)，使材料具有輕質(zhì)絕熱的性能，并可以提高耐久性?？障堵剩翰牧系挠H水性和憎水性：材料與水接觸時，能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性。不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性。用接觸角區(qū)分。當(dāng)時為親水材料，反之為憎水材料。材料的吸水性與吸濕性：材料與水接觸時吸收水分的性質(zhì)為吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。質(zhì)量吸水率：吸水率的大小主要取決于其孔隙特征。材料吸水會導(dǎo)致材料的強(qiáng)度降低，表觀密度和導(dǎo)熱性增大，體積膨脹。含水率是材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率。材料的耐水性：材料在飽和水的長期作用下維持不破壞而且強(qiáng)度也不明顯降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)來表示：材料的抗?jié)B性：材料的抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。材料的抗?jié)B性用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級來表示。滲透系數(shù)越小，抗?jié)B性越好。材料的抗?jié)B性與材料的孔隙率、孔隙特征以及親水、憎水性有密切關(guān)系。材料的抗凍性：材料的抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能抵抗多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)，用抗凍等級來表示。材料的導(dǎo)熱性：導(dǎo)熱性是指材料將熱量從溫度高的一側(cè)傳遞到溫度低的一側(cè)的能力，用導(dǎo)熱系數(shù)來表示。導(dǎo)熱系數(shù)小的材料，導(dǎo)熱性差、絕熱性好。影響導(dǎo)熱系數(shù)大小的因素有物質(zhì)構(gòu)成、微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率與孔隙特征、溫度、濕度與熱流方向等（①孔隙特征；②含水的情況）。材料孔隙率越大，尤其是閉口孔隙率越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小。材料的強(qiáng)度：材料在荷載作用下抵抗破壞的能力成為強(qiáng)度。強(qiáng)度與材料的組成、構(gòu)造等因素有關(guān)?？紫堵试降停瑥?qiáng)度越高。材料的強(qiáng)度還與其含水狀態(tài)及溫度有關(guān)，含有水分的材料比干燥時強(qiáng)度低，溫度高時一般來說強(qiáng)度會降低。采用小試件測得的強(qiáng)度較大試件高，加載速度越快，強(qiáng)度測得越高，表面涂抹潤滑劑，測得強(qiáng)度會變低。材料的結(jié)構(gòu)：分為微觀結(jié)構(gòu)、細(xì)觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)可分為晶體、玻璃體和膠體。晶體具有特定的幾何外形和固定的熔點(diǎn)及化學(xué)穩(wěn)定性。玻璃體的結(jié)構(gòu)特征為質(zhì)點(diǎn)在空間上呈非周期性排列，沒有固定的熔點(diǎn)。膠體分為溶膠、溶凝膠和凝膠。第2章氣硬性凝膠材料凝膠材料的分類：氣硬性凝膠材料只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度。水硬性凝膠材料不僅能在空氣中，而且能在水中硬化且保持和發(fā)展其強(qiáng)度。石灰：作為凝膠材料的石灰即為生石灰，主要成分是氧化鈣（CaO）。氫氧化鈣稱為熟石灰、消石灰。石灰石經(jīng)過煅燒，其主要成分碳酸鈣分解成為氧化鈣，得到塊狀生石灰。若煅燒溫度過低，煅燒時間不足，則碳酸鈣不能完全分解，生成欠火石灰，產(chǎn)漿量較低，質(zhì)量較差，降低了石灰的利用率；若煅燒溫度過高，將生成顏色較深、密度較大的過火石灰，影響工程質(zhì)量。生石灰加水生成氫氧化鈣的過程，稱為石灰的熟化或消解過程。石灰熟化時放出大量的熱，其體積膨脹1~倍。欠火石灰的危害用篩網(wǎng)剔除。為了防止過火石灰體積膨脹引起的隆起和開裂，石灰漿應(yīng)在儲灰坑中存放兩星期以上，叫做陳伏。陳伏期間，石灰漿表面應(yīng)保持一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。石灰的性能：良好的保水性凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低耐水性差體積收縮大建筑石膏：石膏是以硫酸鈣為主要成分的氣硬性凝膠材料。生產(chǎn)石膏的主要原料是天然二水石膏（CaSO4·2H2O）。在建筑工程中使用的石膏是天然二水石膏經(jīng)加工而成的半水石膏，亦稱熟石膏。因加熱條件不同，所獲得的半水石膏有型和型，型半水石膏稱為建筑石膏。型半水石膏稱為高強(qiáng)石膏。高強(qiáng)石膏的比表面積小，所以拌合需水量較小，扣除反應(yīng)用水后剩余的水少，故強(qiáng)度較高。建筑石膏的性能：凝結(jié)時間短微膨脹性孔隙率大，因此質(zhì)輕，隔熱、吸聲性好，但是強(qiáng)度低，吸水率大耐水性差抗火性好塑性變形大建筑石膏適合作裝飾材料的原因：具有微膨脹性，不會產(chǎn)生裂縫，形體飽滿，光滑細(xì)膩，顏色潔白內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)，保溫隔熱性能好，吸聲性能好防火性能好可以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度水玻璃：水玻璃是一種能溶于水的硅酸鹽，由不同比例的堿金屬和二氧化硅所組成，也是一種氣硬性凝膠材料。水玻璃溶液在空氣中吸收二氧化碳，形成無定形硅酸，并逐漸干燥而硬化。硬化過程很慢，故常將其加熱或加入氟硅酸鈉作用促硬劑。水玻璃的性能：黏度大，黏結(jié)力強(qiáng)，強(qiáng)度高。隨濃度、模數(shù)（氧化硅和氧化鈉的分子比稱為水玻璃的模數(shù)）提高而提高。耐酸，但是不耐堿、不耐水。耐熱性好。鎂氧水泥：是氣硬性凝膠材料，主要成分氧化鎂（MgO）。強(qiáng)度來源是518相的針狀晶體的連接、交錯、咬合。鎂氧水泥的性能：有較高強(qiáng)度，但不耐水可作板材、地面材料，僅適用于干燥環(huán)境第3章水泥凡磨細(xì)成粉末狀，與水混合后，經(jīng)過物理、化學(xué)反應(yīng)，能由可塑性漿體變成堅(jiān)硬石狀物，既能在空氣中、又能在水中硬化，保持并增長強(qiáng)度的水硬性膠凝材料。硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、0~5%混合材、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性凝膠材料，稱為硅酸鹽水泥。不摻加混合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，P·I；不摻加超過水泥質(zhì)量5%的混合材料的稱為II型硅酸鹽水泥，P·II。在生產(chǎn)水泥時，需加入水泥質(zhì)量3%左右的石膏，其作用是延緩水泥的凝結(jié)，便于施工。熟料的主要組成有硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）、鋁酸三鈣（C3A）、鐵鋁酸四鈣（C4AF）。各種熟料礦物單獨(dú)水化的特性：名稱C3SC2SC3AC4AF凝結(jié)硬化速度快慢最快次快28d水化放熱多少最多中強(qiáng)度高早低后高低低通過調(diào)整熟料中各礦物組成的比例，水泥的性質(zhì)將有相應(yīng)的變化。硅酸鹽水泥的水化：只有C3S和C2S的水化產(chǎn)物里有CaOH。石膏與水化硫酸鈣反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣，又稱鈣礬石，呈針狀晶體，英文簡稱AFt。硅酸鹽水泥的凝結(jié)、硬化：硬化后的水泥石（hcp）由水泥水化產(chǎn)物、未水化完的水泥顆粒、孔隙與水所組成。水化產(chǎn)物主要有凝膠和晶體兩類物質(zhì)，膠體為主，晶體其次。水化硅酸鈣凝膠難溶于水，且有較高的凝結(jié)能力，其水硬性與膠結(jié)力決定水泥的水硬性和強(qiáng)度，是水泥水化物中的關(guān)鍵成分。水泥石中孔隙通常包含毛細(xì)孔、氣孔和凝膠孔。水泥的水化、凝結(jié)、硬化與熟料的礦物組成、水泥細(xì)讀、拌合水量（水灰比）、溫度、濕度、養(yǎng)護(hù)時間和石膏摻量有關(guān)。體積安定性：水泥的體積安定性是反映水泥加水硬化后體積變化均勻性的物理指標(biāo)。體積安定性不良是指，水泥硬化后，產(chǎn)生不均勻的體積變化，會使構(gòu)件產(chǎn)生膨脹開裂。體積安定性不良的主要原因是熟料中含有過量的游離氧化鈣、游離氧化鎂或石膏。游離氧化鈣引起的安定性不良可用沸煮法檢驗(yàn)，游離氧化鎂用壓蒸法，石膏需要長期在常溫水中才能發(fā)現(xiàn)。摻混合材料的目的：改善水泥的性能、調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度、增加水泥品種、提高產(chǎn)量、節(jié)約水泥熟料、降低成本。普通硅酸鹽水泥：簡稱普通水泥，代號為P·O，由硅酸鹽水泥熟料、6%~15%混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性凝膠材料組成。與硅酸鹽水泥性能相比：硬化稍慢，早期強(qiáng)度稍低，水化熱稍小，抗凍性與耐磨性也稍差。大體積混凝土工程不宜選用這兩種水泥，因?yàn)樗療岣?。三種水泥與硅酸鹽水泥、普通水泥相比的共同特點(diǎn)：凝結(jié)硬化慢，早期強(qiáng)度低（不適用于快硬早強(qiáng)工程）濕熱條件養(yǎng)護(hù)，適于采用蒸汽養(yǎng)護(hù)水化熱低，放熱速度較慢（適用于大體積混凝土）抗軟水、硫酸鹽侵蝕的能力較強(qiáng)抗凍性、抗碳化性、耐磨性較差（不適用于施工階段易受凍或者施工進(jìn)度快的工程）三種水泥各自的特點(diǎn)：礦渣水泥——耐熱性好，抗?jié)B性差，保水性差。火山灰水泥——抗?jié)B性好，保水性好，干燥收縮顯著。粉煤灰水泥——干縮小，抗裂性好，流動性好。鋁酸鹽水泥：以鋁礬土和石灰石為原料，經(jīng)煅燒制得的、以鋁酸鈣為主要成分、氧化鋁含量約占50%的熟料，經(jīng)磨細(xì)制成的水硬性凝膠材料。快硬早強(qiáng)。注意事項(xiàng)：不宜在炎熱條件下施工，不宜蒸汽養(yǎng)護(hù)禁止與硅酸鹽水泥或石灰混用不能用于與堿性溶液相接觸的工程第4章混凝土混凝土是由凝膠材料、骨料按適當(dāng)比例配合，與水拌和制成具有一定可塑性的流體，經(jīng)硬化而成的具有一定強(qiáng)度的人造石。水泥漿的作用：在硬化前起潤滑作用，使混凝土拌和物具有可塑性；在硬化后，水泥漿則起膠結(jié)和填充作用?；炷恋膬?yōu)點(diǎn)：易塑性經(jīng)濟(jì)性安全性耐火性多用性耐久性混凝土的缺點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度低延展性不高自重大、比強(qiáng)度低體積不穩(wěn)定性混凝土性能的三要求：新拌混凝土要具有和易性、工作性強(qiáng)度耐久性細(xì)骨料：骨料的級配，是指骨料中不同粒徑顆粒的搭配分布情況。砂的顆粒級配，即表示砂大小顆粒的搭配情況。砂的粗細(xì)程度，是指不同粒徑的沙粒混合在一起后的總體粗細(xì)程度。粗砂的比表面積小，所需的水泥漿最少。砂的顆粒級配和粗細(xì)程度是用篩分法來測定的。用級配區(qū)表示砂的顆粒級配，用細(xì)度模數(shù)表示砂的粗細(xì)。細(xì)度模數(shù)越大，表示砂越粗。粗骨料：碎石流動性差，和易性差，但是界面粘結(jié)好。卵石流動性好，和易性好，但是界面粘結(jié)差。理想的顆粒形狀是球體或者立方體，不良顆粒外形是針狀、片狀，因?yàn)槭芰σ渍蹟啵构橇献饔孟陆?。外加劑：減水劑可以減少拌和用水量和增強(qiáng)作用。引氣劑可以改善混凝土拌和物的和易性（提高流動性、保水性和粘聚性），提高混凝土的耐久性（提高抗?jié)B性和抗凍性），會降低混凝土的強(qiáng)度，降低混凝土的彈性模量，提高抗裂性?；炷恋暮鸵仔裕盒掳杌炷帘仨毦哂辛己玫氖┕ば阅埽绫３只炷敛话l(fā)生分層、離析、泌水等現(xiàn)象，并獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的混凝土，這種施工性能稱之為和易性。包括流動性、粘聚性和保水性三方面的含義。和易性測定用坍落度法，將新拌混凝土分三層裝入圓錐形筒內(nèi)，每層均勻搗插25次，搗實(shí)后每層高度為筒高的1/3左右，然后把筒提起，坍落高度即為坍落度。坍落度值越大，流動性越好。影響和易性的因素：水泥漿的數(shù)量；水灰比；砂率；水泥品種；骨料品種與級配；混凝土外加劑；礦物摻合料；攪拌方式；時間和溫度。改善和易性的措施：在水灰比不變的情況下，增加水泥漿量；選擇級配良好的砂石骨料；選擇合理的砂率；摻入減水劑；采用強(qiáng)制式攪拌技術(shù)?；炷恋牧W(xué)性能：混凝土受壓破壞的本質(zhì)，是混凝土在受縱向壓力荷載作用下引發(fā)了橫向拉伸變形，當(dāng)橫向拉伸變形達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)變時，混凝土發(fā)生破壞。這是一種在縱向壓力荷載作用下的橫向拉伸破壞。I階段，沒有裂紋擴(kuò)展；II階段，界面裂紋擴(kuò)展；III階段，界面裂紋擴(kuò)展的同時，還發(fā)生砂漿裂紋擴(kuò)展；IV階段，界面裂紋和砂漿裂紋不斷擴(kuò)展，并逐漸互相連通、貫穿，混凝土破壞?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，是指對于某一指定的混凝土，在其混凝土立方體抗壓強(qiáng)度值的總體分布中的某一特定抗壓強(qiáng)度值，即總體分布中強(qiáng)度不低于該特定抗壓強(qiáng)度值的保證率為95%。以fcu,k表示。混凝土強(qiáng)度等級是按混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值劃分的等級。混凝土強(qiáng)度公式：其中取水泥強(qiáng)度實(shí)測值，如沒有則取影響混凝土強(qiáng)度的因素：水泥石的強(qiáng)度、水灰比、骨料級配、攪拌與振搗效果、養(yǎng)護(hù)條件、齡期?；炷翉?qiáng)度偏低的原因：水灰比偏大；骨料強(qiáng)度低或級配不好；水泥膠砂強(qiáng)度偏低；養(yǎng)護(hù)溫度低或濕度不夠；測定強(qiáng)度時未按標(biāo)準(zhǔn)操作（加載速度慢或試件偏心）。提高混凝土強(qiáng)度的措施：采用高強(qiáng)度的水泥；降低水灰比；采用機(jī)械攪拌和振搗；采用級配良好表面干凈的砂石骨料；摻入早強(qiáng)劑；減水劑等外加劑；摻入摻和料；摻入聚合物。影響混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)測試結(jié)果的因素：尺寸效應(yīng)，試件尺寸越小，其內(nèi)部先天缺陷的尺寸相應(yīng)的也越小，強(qiáng)度測得越高。環(huán)箍效應(yīng)，摩擦力會對混凝土內(nèi)部區(qū)域產(chǎn)生約束作用，使縱向受壓的混凝土所發(fā)生的橫向拉伸受到約束，強(qiáng)度會測得更大。加載速度，加載速度越大，混凝土的裂紋擴(kuò)展來不及充分進(jìn)行，測得的強(qiáng)度偏高?；炷恋姆呛奢d變形：化學(xué)減縮，干縮，自收縮，溫度變形，碳化收縮等。溫度變形對大體積混凝土和縱長結(jié)構(gòu)混凝土?xí)a(chǎn)生極其不利的影響。要設(shè)置伸縮縫，設(shè)置溫度鋼筋或摻入膨脹劑、減縮劑，防止混凝土開裂。影響混凝土收縮的主要因素：水泥用量和品種；骨料用量和質(zhì)量；水灰比；外加劑；環(huán)境條件。徐變：混凝土承受持續(xù)一定的荷載時，保持荷載不變，隨時間的延長而增加的變形，稱為徐變。對普通鋼筋混凝土構(gòu)件，能消除混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，減弱混凝土的開裂現(xiàn)象；而對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，徐變會使預(yù)應(yīng)力損失大大增加，這是極其不利的。混凝土的抗?jié)B性：混凝土材料抵抗壓力水滲透的能力成為抗?jié)B性，它是決定混凝土耐久性最基本的因素。影響混凝土抗?jié)B性的根本因素是孔隙率和孔隙特征，混凝土孔隙率越低，連通孔越少，抗?jié)B性越好。所以提高混凝土抗?jié)B性的主要措施是降低水灰比、選擇好的骨料級配、充分振搗和養(yǎng)護(hù)、摻用引氣劑和優(yōu)質(zhì)粉煤灰摻和料等。摻用引氣劑會使微小氣泡切斷許多毛細(xì)孔的通道，但是會降低混凝土強(qiáng)度。混凝土的抗凍性：混凝土在吸水飽和狀態(tài)下經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用，能保持強(qiáng)度和外觀完整性的能力成為抗凍性。凍融破壞的機(jī)理是，混凝土內(nèi)的毛細(xì)孔吸水后結(jié)冰，水結(jié)冰膨脹9%，將膨脹壓力傳給周邊的未結(jié)冰的水，水壓力作用在水泥石壁上，當(dāng)水泥石壁上的拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時產(chǎn)生損傷和裂縫，反復(fù)凍融循環(huán)作用后，損傷積累導(dǎo)致體系結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度下降，質(zhì)量損失?；炷恋拿軐?shí)度、孔隙構(gòu)造和數(shù)量及孔隙的充水程度是決定抗凍性的重要因素。密實(shí)的混凝土和具有封閉孔隙的混凝土抗凍性較高。提高抗凍性的措施有降低混凝土水灰比，降低孔隙率；摻加引氣劑；提高混凝土強(qiáng)度。混凝土的抗碳化性：碳化是空氣中的二氧化碳和水泥石中的水化產(chǎn)物（即水泥內(nèi)部C2S和C3S水化生成的氫氧化鈣）在有水條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣和水?；炷撂蓟挠绊懯菃适т摻?混凝土的界面粘結(jié)；鋼筋體積膨脹導(dǎo)致混凝土開裂。影響碳化的因素有環(huán)境濕度；二氧化碳濃度；水泥品種和摻和料用量；混凝土的密實(shí)度。堿-集料反應(yīng)：混凝土中的堿性氧化物與骨料中的活性SiO2、活性碳酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成堿-硅酸鹽凝膠或堿-碳酸鹽凝膠，沉積在骨料與水泥膠體的界面上，吸水后體積膨脹三倍以上導(dǎo)致混凝土開裂破壞。反應(yīng)的三個必要條件是：混凝土中必須含有相當(dāng)數(shù)量的堿；混凝土骨料中必須有一定數(shù)量能與堿反應(yīng)的活性巖石或礦物；供應(yīng)水分的潮濕環(huán)境。預(yù)防堿-集料反應(yīng)的措施：控制混凝土中的堿含量；不采用具有堿活性的砂石骨料；摻入礦物摻和料抑制堿集料反應(yīng)；混凝土表面進(jìn)行防水處理，阻擋水分供應(yīng)。提高混凝土耐久性的措施：選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量選擇技術(shù)合格的砂石骨料，改善骨料的顆粒級配摻加引氣劑提高抗凍性摻入減水劑降低水灰比摻入礦物摻合料，提高密實(shí)性加強(qiáng)混凝土質(zhì)量的生產(chǎn)控制混凝土質(zhì)量評定：配合比設(shè)計(jì)：再通過方程組可以解出粗細(xì)骨料的用量。最后施工配合比要記得砂石要考慮含有水分的影響進(jìn)行修正。第5章砂漿建筑砂漿由凝膠材料、細(xì)集料、摻和料和水等材料按適當(dāng)?shù)谋壤渲贫?。建筑砂漿與混凝土的唯一區(qū)別就在于不含粗集料。砂漿強(qiáng)度公式分為不吸水基層和吸水基層。吸水基層的強(qiáng)度決定于水泥強(qiáng)度和水灰比。不吸水基層的強(qiáng)度主要決定于水泥強(qiáng)度和水泥用量。第6章鋼材按照脫氧程度分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，一個比一個脫氧充分。屈服強(qiáng)度：一般以下屈服極限對應(yīng)的應(yīng)力做為屈服點(diǎn)，用表示，而對于硬鋼，在外力作用下沒有明顯的屈服臺階，通常以%殘余變形時對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，以表示，稱為條件屈服點(diǎn)。屈強(qiáng)比：屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度的比值稱為屈強(qiáng)比，是反映鋼材安全可靠程度和利用率大小的重要指標(biāo)。屈強(qiáng)比越小，說明材料的安全度越高，不易發(fā)生脆性斷裂和局部超載引起的破壞。屈強(qiáng)比越大，表明鋼材的強(qiáng)度利用率偏低，不夠經(jīng)濟(jì)。沖擊韌性：是指鋼材抵抗沖