注册岩土工程师土木工程材料考试复习资料

1、第十四讲沥青、钢材、石材、木材和粘土一、内容提要：本讲主要是讲解沥青的组成与分类，建筑钢材的分类及钢材的技术性质, 木材的性质、强度及其影响因素，石材的分类及其技术性能，粘土的组成和分类。二、本讲的重点及难点是：建筑钢材的分类，钢材的技术性质，以及建筑钢材的标准及 选用问题。三、内容讲解：1、 沥青：沥青：是一种褐色或黑褐色的有机胶凝材料，是由天然出产或各种有机物经热加工后得 到的产品，它是由多种化学成分极其复杂烃类所组成。在常温下可为液态、半固态或固 态。沥青的分类如下图所示：1.1 石油沥青：石油沥青的组成：由多种极其复杂的碳氢化合物和一些碳氢化合物的非金属衍生物组成的混合物。它的化学组成

2、元素主要是碳和氢，其次是氧、硫、氮（一般含量为<3%，另外还含有很少量金属元素如镍、铁、锰等。化学组分分析：就是利用沥青在不同有机溶剂中选择性溶解或在不同吸附剂上的选择性 吸附，而将沥青分离为几个化学性质有一定联系的组，这些组称为沥青的组分。组分：油分、树脂、地沥青质。石油沥青的胶体结构：溶胶结构、凝胶结构、溶凝胶结构 石油沥青的技术性质：（1）石油沥青的物理特征常数： 相对密度：沥青在规定温度条件下的质量与同体积蒸馏水在规定温度条件下的质量之比 值。热力学参数：包括热胀系数，导热系数和比热。热胀系数：沥青单位长度或单位体积，在温度上升 10C时的长度或体积变化分别称为线 胀系数或体胀系

3、数，统称为热胀系数。导热系数：单位厚度内温差为10C时，在1h通过1m2面积的热量比热：每克沥青升高10C所需的热量。（2）石油沥青的粘结性：是沥青材料软硬、稀稠程度的反映，通常用粘度来表示。分 为绝对粘度和相对粘度。相对粘度的测定方法：对于半固体或固体的石油沥青用针入度来表示其粘度大小，液体 石沥青则用粘滞度来表示。（3）塑性：石油沥青的塑性是指在外力作用下产生变形而不破坏，除去后，仍能保持 变形后的形状的性质。石油沥青的塑性用延度来表示。延度越大，塑性越小。（4）温度敏感性：温度敏感性简称感温性，是决定沥青使用时工作性的重要指标。评 价石油沥青感温性的方法，通常是采用“粘度”随“温度”而变

4、化的行为来表达。工程 上常以软化点指标来表征石油沥青的温度敏感性。（5）石油沥青的耐久性：耐久性是指石油沥青抵抗各种自然因素和交通荷载的能力。 石油沥青的耐久性主要取决于其自身的化学组成和化学结构。石油沥青的应用：在工程建设中常用的石油沥青有道路沥青、建筑石油沥青、防水、防 潮石油沥青和普通石油沥青四种，在选用石油沥材料时，应根据工程性质、当地气候条 件以及所处工程部位来选用不同品种和牌号的沥青。1. 2 煤沥青： 煤沥青定义：烟煤在干馏过程中的挥发物质，经冷凝而成黑色粘性液体称为煤焦油。煤 焦油经分馏加工以后，所得残渣即煤沥青。与石油沥青相比，煤沥青具有以下特点：（1）煤沥青的温度稳定性较低

5、；（2）煤沥青的耐气候性较差；（3）煤沥青与矿质集料粘附性好。 另外，煤沥青的防水性不及石油沥青。2、 建筑用钢材2.1 概述： 钢材特点：与非金属材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性、韧性好，可以焊 接和铆接等优异性能。钢材的主要缺点是易锈蚀、维护费用大，耐火性差，生产能耗大。 钢与铁的区别：钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭和石灰石等经高温熔炼， 从铁矿石中还原生铁而得。钢和铁的主要成分均是铁和碳。含碳量大于2的为生铁，含碳量小于 2的为钢。含碳量对钢材性能的影响：碳是影响钢材性能的主要元素之一，随着含碳量的增加，其 强度和硬度提高，塑性和韧性降低。当含碳量大于 0.3 时，钢的

6、可焊性显著降低；当含 碳量大于 1时，脆性增大，硬度增加，强度下降。此外，含碳量增加，钢的冷脆性和时 效敏感性增大，耐锈蚀性降低。 钢材的化学成分：碳、硅、锰、磷、硫。其中钢中的有害成分为磷和硫。2.2 钢的分类：（一）按化学成分分类（1）碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。此外，还含 有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可以分为： 低碳钢：含碳量小于 0.25 中碳钢：含碳量为0.25 % 0.6 %高碳钢：含碳量大于 0.6 （2）合金钢。合金钢是指在炼钢过程中，有针对性地加入一种或多种能改善钢材性能 的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有硅、锰

7、、钛、钡、铌、铬等。按合金元素总 含量的不同，合金钢可分为：低合金钢：合金元素总含量小于 5%中合金钢：合金元素总含量为 （5 10） %高合金钢：合金元素总含量大于 10%（二）按钢中有害杂质含量分类1普通钢：磷含量不大于 0.045%硫含量不大于 0.050%2优质钢：磷含量不大于 0.035% 硫含量不大于 0.035%3高级优质钢：磷含量不大于 0.025%硫含量不大于 0.025%4特级优质钢：磷含量不大于 0.025% 硫含量不大于 0.015%（三）按用途分类 根据用途的不同，钢可以分为： 1结构钢：主要用于工程结构构件等。 2工具钢：主要用于各种刀具、量具及模具等。3特殊性能钢

8、：主要是具有特殊的物理、化学或机械性能的钢，如不锈钢、耐磨钢、 耐酸钢等。2.3 钢材的技术性质： 钢材的技术性质主要包括：力学性能（抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳和硬度等）和工艺 性能（冷弯和焊接）两个方面。（1）抗拉性能：低碳钢受拉时应力应变曲线如下图所示:弹性阶段（0A段）在0A段内，应变随着应力的增加成比例增大，如果卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点对应的应力为弹性极限，用（T P表示。此阶段的应力与应变成正比，其_ a值为常数，称为弹性模量，用 E表示，_ ，其中T为弹性阶段某点的应力，£为其对应的应变值。屈服阶段（AB段）在AB段内，当荷载增大，试件应力超过 t

9、 p时，应变增加的速率大于应力增长速率，应 力与应变不再成正比例关系，开始产生塑性变形。图中B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B下点称为屈服下限。由于B下点比较稳定易测，故一般以B下点对应的应力 作为屈服点，用T s表示。强化阶段（BC段）当荷载超过屈服点以后，由于钢材内部组织结构发生变化，抵抗变形的能力又重新提高， 故称为强化阶段。对应于最高点 C的应力，称为抗拉强度，用 T b表示。抗拉强度在工 程中不能直接利用，但屈服应力与抗拉强度的比值 （即屈强比T s/ T b ）却能反映钢材的 安全可靠程度和利用率。屈强比较小，表明钢材在受力超过屈服点后，继续工作时的可 靠度越大，结构越安

10、全。但是如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。颈缩阶段（CD段）CD段为颈缩阶段。当钢材强化达到最高点 C点以后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”。由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也随之下降，最后发生断裂。将拉断后的试件于断裂处对接在一起，测得其断裂后的标距Li,标距的6X100%伸长值（Li- L 0）与原始标距（L。）的比值称为伸长率5，即卩伸长率是反映钢材塑性的重要技术指标，伸长率越大，表明钢材的塑性越好。通常钢材拉伸试件取Lo=5do或Lo=10clo,其伸长率分别以5 5或5 io表示，对于同一钢材，5 5大于5 io。（1）冷弯性能：冷弯性能是以

11、试验时的弯曲角度和弯心直径来表示。冷弯是指将钢材弯曲到规定的角度， 检查弯曲处有无裂纹、起层现象以及断裂，如果没有，则认为冷弯性能合格。钢材冷弯 时的弯曲角度越大，弯心直径越小，则表示其冷弯性能越好。（3）焊接性能钢材本身的可焊性，直接影响着焊接质量。在磷、硫含量均小于0.05 %情况下，钢材的可焊性主要决定于其含碳量，含碳量小于 0.25 %的碳素钢具有良好的可焊性，含碳量超 过0.3 %时，钢材的可焊性变差；硫、磷及气体杂质也会导致钢材的可焊性降低；过量合 金元素的加入，同样会影响钢材的可焊性。建筑钢材的主要焊接方法有两种：电弧焊：电弧焊是将金属焊条高温熔化在焊件上，使两部分钢材熔合连成一

12、体。接触对焊：接触对焊是利用电流通过两个焊件的接触面所产生的高温，熔化接触面金属，再对接加压熔合为一体。2.4 钢材的冷加工强化与时效处理 在常温下，对钢材进行冷拉、冷拔或冷轧等机械加工，使之产生一定的塑性变形，强度 明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。 冷加工强化的目的：是提高钢材的强度和节约钢材。钢筋冷拉：是指常温下将钢筋张拉至应力超过屈服应力、但远小于抗拉强度时再卸荷的 加工方法。冷拔：是将©6© 8mm勺光圆钢筋进行强力拉拔，使其通过截面小于钢筋截面积的拔丝 模孔，径向挤压缩小而纵向伸长。冷轧：是将圆钢在轧钢机上轧成断面按一定规律变化的钢筋，

13、可提高其强度以及与混凝 土间的握裹力。钢材经冷加工后，随着时间的延长，钢筋强度进一步提高，这个过程称为时效处理。 时效处理包括自然时效和人工时效。2.5 建筑钢材的标准与选用 建筑工程用钢有钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两类，二者所用的原料钢钢种均多为 碳素钢和低合金钢。（一）建筑钢材的主要钢种（1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号及其表示方法：根据国家标准碳素结构钢 （GB70088） 规定，我国碳素结构钢分为五个牌号，即Q195 Q215 Q235 Q255和Q275各牌号钢又按硫、磷含量的大小分为 A、B、C D 四个质量等级。碳素结构钢的牌号表示方法为：按照顺序由代表屈服点的字母 （Q）、屈

14、服 点数值（N/mr2）、质量等级符号（A、B C、D）、脱氧程度符号（F、b、Z、TZ）等四部分组 成。比如Q235一 A F,它表示；屈服点为235N/m2的平炉或氧气转炉冶炼的A级沸腾 碳素结构钢。(2) 低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢的牌号及其表示方法： 根据国家标准低合金高强度结构钢 (GBl59194) 规定，低合金高强度结构钢共有 五个牌号。低合金高强度结构钢的牌号按顺序是由代表屈服点的字母、屈服点数值和质 量等级符号三个部分组成。例如 Q345A其中Q表示钢材屈服点，345为钢、材屈服点数 值(N/mr2) , A为质量等级代号。( 二) 钢筋混凝土结构用钢(1) 热轧

15、钢筋： 分类：根据其表面特征分为：光圆钢筋和带肋钢筋，带肋钢筋又分为：月牙肋和等高肋 两种。按照机械性能分成四个等级。热轧光圆钢筋为 I级，强度等级代号为R235热轧带肋钢 筋分为HRB335 HRB400 HRB50C三个牌号。(2) 冷拉钢筋：为了提高钢筋的强度及节约钢筋，常对热轧钢筋进行冷拉，冷拉钢筋分 为I、II、山、IV四个级别。(3) 冷拔低碳钢丝：将直径为6.58mm的Q235热轧盘条钢筋经过冷拔加工而制成冷拔 低碳钢丝。分为：甲、乙两级。( 4)预应力混凝土用钢丝及钢绞线：预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条经酸洗、冷拉等工艺制成。钢胶线是用 7根直径为2.57.0mm的高强

16、度钢丝，铰捻后经一定 热处理工艺后，清除内应力而制成。钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力桥 梁等结构的预应力筋。1.6 建筑钢材的防护：锈蚀：建筑钢材在使用中，与周围环境介质接触，由于环境介质的作用，其中的铁与介 质可能发生化学反应，逐步被破坏，导致钢材腐蚀，称为锈蚀。分类：化学锈蚀和电化学锈蚀 防护：钢结构的防锈采用表面刷漆的方法。混凝土配筋的防锈则是根据结构的性质和所处环境条件等，主要是提高混凝土的密实度、 保证足够厚度的混凝土保护层，以及限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度 等，还可掺用阻锈剂。3、木材3.1 概述：（1） 木材的特性：轻质、高强；弹性和韧性好；导热系数小

17、；装饰性好；耐久性好； 材质较软等优点。缺点是：各向异性，胀缩变形大、易腐、易燃等。（2） 木材的性质：主要包括含水率、湿胀干缩、强度等性能。含水率：木材中的水分主要有三种，即自由水、吸附水和结合水。当木材中无自由水， 而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材含水率称为纤维饱和点。纤维饱和点是木材 性质发生变化的转折点。木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改变的。 当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，木材中的含水量最后会达到与周围环境 相平衡，这时木材的含水率称为平衡含水率。湿胀与干缩变形：当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，木材体积 产生膨胀。当木材的含水率在纤

18、维饱和点以上，只有自由水增减变化时，木材的体积不 发生变化。木材的强度：木材常用的强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。木材的强 度有顺纹强度和横纹强度之分。木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多，在工程上均充 分利用木材的顺纹强度。理论上，木材强度以顺纹抗拉强度为最大，其次是抗弯强度和 顺纹抗拉强度。木材强度的主要影响因素：含水量、负荷时间、温度和疵病。（3）木材的等级与防护根据木材的缺陷情况，木材通常分为一、二、三、四等。结构和装饰用木材一般选用等 级较高的木材。按照承重结构的受力要求对木材进行分级，分为 I 、II 、III 三级。一般 I 级材用于受拉 或受弯构件； II 级材用于

19、受弯或受压的构件； III 级材用于受压构件及次要受弯构件。木材的防腐：一是破坏真菌的生存条件，二是应用化学防腐剂。化学防腐剂分为水溶性 防腐剂、油质防腐剂、膏状防腐剂三类。木材的防火：主要有表面涂敷法和溶液浸注法两种。4、石材：建筑工程用石材分为天然石材和人造石材两种，我们重点说一下天然石材。 定义：凡是从天然岩石中开采出来，经加工或未加工的石材，统称为天然石材。 岩石的分类：按形成条件分为：火成岩，沉积岩，变质岩。火成岩又称岩浆岩，又可分为：深成岩，喷出岩，火山岩。建筑中常用的火成岩有：花 岗岩、玄武岩等。沉积岩：建筑工程中常用的沉积岩有石灰岩，砂岩等。 变质岩：建筑中常用的变质岩有大理岩

20、、石英岩等。建筑石材的技术性能：密度、抗压强度、抗冻性、耐水性 建筑石材的选用原则：应考虑其装饰性、耐久性、经济性。装饰性是指用于建筑物饰面 的天然石材，必须考虑其色彩及天然纹理与建筑物周围的环境的协调性，充分体现建筑 物的艺术美。耐久性是指应根据建筑物的特点，选择合适的石材，以保证建筑物的耐久 性。经济性是指在石材具有良好的装饰性及耐久性的前提下，应当遵循经济性原则。5、粘土：5.1 粘土的组成：化学组成：粘土是含水铝硅酸盐的混合体，所以主要成分是二氧化硅，氧化铝和结晶水。 矿物组成：主要由高岭石类、蒙脱石类和单热水白云母组成，并含有云母、铁盐和氧化 铁等有害杂质。5.2 粘土的性质：主要包

21、括可塑性与结合性、收缩、粘土的稀释性能、粘土原料的烧结性 能、耐火度， 可塑性与结合性：粘土的可塑性常用塑限、液限、可塑性指数、可塑性指标和相应含水 率来反应可塑性的大小。塑限是粘土由固态进入塑性状态时的含水量。液限是粘土由流动状态进入塑性状态时的 含水量。可塑性指数则为液限与塑限之差。从粘土与水相互关系来看，塑限表示粘土被 水湿润后，形成水化膜，使粘土粒子能相对滑动而产生可塑性的含水量。液限反映粘土 粒子与水分子亲和力的大小。 可塑性指数表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范 围。 可塑性指标是指在工作水分下， 粘土受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。 在采用这一参数时还应测出与之相应的含

22、水率。可塑性指标表征粘土的成型性能。与可 塑性相似的另一个性质是粘土的结合性。粘土能将非可塑性原料粘合，使之成为可以成 型的泥团，并在干燥后具有一定强度，这种性能称为结合性。粘土的可塑性愈强，其结 合力也愈大。可以根据可塑指数或可塑性指标将粘土按可塑性能分类： 强塑性粘土：指数大于 15 或指标大于 3.6 ；中等塑性粘土：指数为715,指标为2.53.0 ;弱塑性粘土：指数为17,指标小于2.4 ;非塑性粘土：指数小于 1例题：（1 ） 针入度是表示沥青的（ ）A、粘结性B、塑性C温度敏感性D耐久性答案： A（2） 关于低碳钢受拉时应力应变曲线的四个阶段的说法,（）是不正确的A 0A段为弹性

23、阶段，在0A段内，应变随着应力的增加成比例增大。B、AB段为屈服阶段，在AB段内，当荷载增大，应力应变不再成正比例关系。C 在AB段，B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，即平时我们所说的屈服点D BC段为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉强度。答案：C（3）碳素结构钢的牌号表示方法顺序正确的是：（ ）A、 代表屈服点的字母屈服点数值质量等级符号脱氧程度符号B、 代表屈服点的字母质量等级符号屈服点数值脱氧程度符号C、质量等级符号代表屈服点的字母屈服点数值脱氧程度符号D、质量等级符号屈服点数值代表屈服点的字母脱氧程度符号 答案： A（4）理论上，木材的强度中（ ）最大A、顺纹抗拉强度B、

24、顺纹抗压强度C抗弯强度D横纹抗拉强度答案： A（5）承重木结构板材的选用不正确的是（ ）A、I 级材用于受拉或受弯构件B、II级材用于受拉或受弯构件C、II级材用于受弯或受压弯的构件D、III级材用于受压构件及次要受弯构件答案：B（6）下列不属于火成岩的是（ ）A、深成岩B、喷出岩C火山岩D石灰岩答案： D7） 关于木材的性质，下列说法中不正确的是（ ）A、 木材的纤维饱和点是指当木材中无自由水， 而细胞壁内吸附水达到饱和时的含水率。B、 木材的平稳含水率是指木材中的含水量与周围环境湿度相平衡时的含水率。C、当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀D、当木材的含水率

25、在纤维饱和点以上，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀答案：D第十一讲 材料的物质结构的基本性质、材料的性能与应用。一、内容提要： 本讲主要是讲解材料的物理性质、材料的力学性质、石膏胶凝材料、石灰胶凝材料以及 水玻璃等问题。二、本讲的重点： 石膏胶凝材料和石灰胶凝材料的性能与应用。算。本讲的难点是：材料的物理性质、材料的力学性质中一些概念的区分以及一些指标的计三、内容讲解：1、材料科学与物质结构的基础知识1.1 材料的组成： 是指材料的化学成分或矿物成分。 它不仅影响着材料的化学性质，而且也是决定材料物理力学性质的重要因素。各种材料具有本身特有的化学成分和矿物成分，不同组成的材料，各具不同的 化

26、学、物理及力学性质，因此，材料组成是材料性质的基础，对材料的性质起着决定性 作用。1.2 材料的结构 材料结构一般分为宏观结构、细观结构和微观结构三个层次。材料的微观结构是指物质 的原子、分子层次上的结构，决定着材料的强度、硬度、弹塑性等性质。材料的结构是指组成物质的质点是以什么形式联结在一起，物质内部这种微观结构，与材料的物理、力学性质有着密切的关系。固态物质按其内部原子的排列情况可以分为两大类：晶体与非晶体。在晶体中， 原子（或分子 ）在三维空间做有规则的周期性重复排列；非晶体则不然，原子 （ 或分子） 散 乱 分布，或者只有些局部的短程规则排列。这一点是晶体与非晶体的根本区别。一般固态

27、金属与合金都是晶体，而玻璃类物质是非晶体。由于内部原子的排列情况不同，晶体与非晶体的性质也不同。构成晶体的质点 是按一定的规则在空间呈有规律的排列，因此晶体具有一定的几何外形和固定的熔点， 显示各向异性，但实际应用的晶体材料，通常是由许多细小的晶粒杂乱排列而成，故晶 体材料在宏观上显示为各向同性。晶体也存在缺陷，晶体缺陷影响着材料的性质。而非 晶体没有固定的熔点，没有固定的几何外形，各向同性，固态的非晶体实际上是一种过 冷状态的液体，也称为玻璃态。材料的化学成分相同，如果所形成的结构不同，其性能差异也很大。如石英和 硅藻土，其成分虽然都是二氧化硅，但其性能相差很大。2、材料的基本性质：(1)

28、材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，又称质量密®(P)o 可表示为：mP =v式中P一材料密度(kg/m那m材料质量(k©；,v材料体积(trf)。材料的表观密度，是指材料在自然状态下单位体积的质星，亦称体积密度(PO)o 材料表观密度的大小与其含水情况有关。通常材料的表观密度是指气干状态下的表 观密度。材料在烘干状态下的表观密度称为干表观密度。m P 0=vo式中Po一一材料表观密度(kg / m報m材料质量(k©；Vo 一一材料在自然状态下体积(曲)。散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度9“ 可表示为：

29、mo = vo式中P-o一一散粒材料堆积密度(kg/m分m散粒材料质量(kg；敢粒材料在自然堆积状态下体积（r）（2）材料的孔隙与孔隙率通常材料內部总是包括一部分孔隙，材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率， 称为材料的孔隙率（匕）»材料孔隙率的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率大，则密 实度小.P.二上厂 ><1叩= （1込）X100%P对于散粒材料，其堆积体积中，甄粒间空隙体积所占的百分率称为空隙率P。）.wwe edu24ol« cosa 董军讲可用下式表不；P）=心一/ X100%= （1 一旦）X100% 叫P例h某一块状材料的全干质量为100g,自然

30、状态体积为4Octrf,绝对密实状态下体积为羽曲,试计算其密度、表观密度、孔隙率.解：根据前面我们讲过的密度、表观密度、孔隙率的概念，我们可以知道，密度 X -=100/33=3.030 g/cm3,v表观密度Per -=100/40-2.500 g/cm孔隙率 A =?k± =£=0.175%40（3）材料的亲水性与憎水性材料的亲水性：材料在空气中与水接触时，能被水润湿的性质，称材料的亲水性，如砖、 砼、木材等。材料的憎水性：材料在空气中与水接触时，不能被水润湿的性质，称材料的憎水性，如 石蜡、沥青 材料的吸水性与吸湿性材料的吸水性：是指材料在水中吸收水分的性质。材料的吸

31、水性以吸水率表 示。 材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。潮湿材料在干燥空气 中也会放出水分，称为材料的吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示；含水率系指材料内 部所含水的质量占材料干质量的百分率。(5)材料的抗渗性与耐水性材料的抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或不透水性。材料的 抗渗性通常用渗透系数来表示。渗透系数是指一定厚度的材料，在单位压力水头作用下, 在单位时间内透过单位面积的水量。材料的耐水性是指材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材 料的耐水性用软化系数来表示，可用下式表示：K=基式中K材料的软化系数；&#

32、163;材料在饱水状态下的抗压强度(MP命一一材料在干燥状态下的抗压强度(MPa)nK的大小表明材料在浸水饱和后抗压强度降低的程度。(6)材料的抗冻性：材料的抗冻性：材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降 低强度的性质，称为材料的抗冻性。、。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件、在规定的试验条件 下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数来 确定。(七)导热性与比热当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧，通过材料传递到温度低的 一侧， 材料的这种传导热量的能力，称为导热性。材料导热性可用导热系数来表示。导热系数的物理意

33、义是：厚度为 lm 的材料，当温度改变1K时，在Is时间内通过lm2面积的热量。比热是指Ikg重的材料，在温度改变1K时所吸收或放出的热量。例 2 、试判断下列中说法正确的项( )A、材料的吸水性是指材料在浸水状态下吸入水分的能力B、材料的抗渗性是指材料在压力的作用下，材料抵抗水渗透的性能，用渗透 系数来表示。C、材料的吸湿性是指材料吸收空气中水分的能力。D材料的软化系数k越小，其耐水性越好。答案为( D)2.2 、材料的力学性质 材料的力学性质是指材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。(1) 材料的强度与硬度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。根据外力作用的形式不同，材料的

34、强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等。硬度是指材料表面抵抗硬物压人或刻划的能力。材料的硬度愈大，其强度愈 高。(2) 材料的弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。材料的这种可恢复的变形称为弹性变形，弹性变形属可逆变形，其大小与外力成 正比，此时应力与应变的比值称为材料的弹性模量。材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性 质称为材料的塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形，塑性变形为不可逆变形。（3）材料的脆性与韧性材料受外力作用，当外力达到一定数值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明 显的塑性变形，这种性质称为脆

35、性，具有这种性质的材料称脆性材料。材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏的性质称为韧性。3、无机气硬性胶凝材料胶凝材料：是指在一定条件下通过自身的一系列变化而把其它材料胶结成具有强度的整体的材料。建筑上用来将散粒材料（如砂、石子等）或块状材料（如砖、石块等）粘结成为 整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料按其化学成分可分为无机胶凝材料和有机胶凝 材料两大类。无机胶凝材料：以无机矿物为主要成分，当其与水或水溶液拌和所形成的浆体，经过一 系列的物理化学变化后产生胶结力而把其它材料胶结成为具有强度的整体。无机胶凝材 料按其硬化条件的不同又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝

36、材料。水硬性胶凝材料：是指既能在空气中硬化，又能在水中硬化并保持和发展其强度，如硅 酸盐水泥，铝酸盐水泥。气硬性胶凝材料：是指只能在空气中硬化，并能在空气中保持或继续发展其强度的 胶凝材料，如石膏、石灰、水玻璃等。石膏胶凝材料：包括建筑石膏、高强石膏、硬石膏水泥等，用途：可用于粉刷和制备砌筑砂浆， 还可制成各种石膏制品。石灰是以碳酸钙为主要成分的原料（如石灰石、白垩等），经过高温下适当的煅烧，分解和排出二氧化碳后所得到的产品，其主要成分是 氧化钙。3.1、石膏胶凝材料石膏胶凝材料是一种以粉末状半水硫酸钙(CaS04?H20为主的气硬性胶凝材料。如建筑石膏、高强石膏等。生产石膏胶凝材料的原料有天

37、然二水石膏、硬石膏和工业副 产品石膏。建筑中使用最多的石膏胶凝材料是建筑石膏，其次是高强石膏，此外还有硬 石膏水泥等。作为气硬性胶凝材料的石膏，通常是天然二水石膏经过低温煅烧、脱水、磨细而成。二水石膏在受热脱水过程中，根据不同条件，得到各种半水石膏和无水石膏的变体，并具有各自不同的结构和性质。如下图所示:二水石音加压蒸汽120140°c亠200-230叱400°尸a -丰水白苜* 口无水石管III200360°c,400°11干燥空气F -半水七1肓1.B -无水七i旨111110170°c1180°cwwwn edu24olo co

38、m董军兆3E讲尢水石音II+无水石警I半水石曹的凝结与礦化：将半水石曹粉末倒入调和水中搅拝成浆悴时则半水石曹遇水后将 重新水化生咸二水，枚出热量并逐渐凝结硬化.其化学反应可用下式表达：2(CaSO4 - - H3O)+3 H2O=2(CaS04 - 2H2O)±述过稈是半水石晉圖水后溶解、水化并形成二水石嘗的过程。因为CaS04 -2Ha0的溶解度小于CaS04丄HQ的溶解度，所以CaS04 -2H2O 2不断地从过饱和溶液中沉淀析出晶体，又因为CaS04 - 2H：0的析出破坏了原有时CaS04-H20的平衡状态，此时CaS04-HQ进一步溶解，以补充CaS042Ha0析晶2 2而

39、衽相液中诚少的CaS04含邕如此不断地进行着半水石富的溶解和二水石富的结晶.直 至半水石嘗完全水化为止.随着浆体中自由水分因水化和墓发而逐渐减少，浆体变稠失去墾 性，这个过程称凝结.其后CaS04 - 2H30的晶体继续大壘形成，长大，晶体之间相互接触* 连生形成结晶结构网这时，浆体逐渐变硬，强度逐渐増长，直至形戚具有强度的石富制品 这个过程称为硬化过程-例久指出下列材料中哪一个不属于气谨性胶谯材料()A石嘗 B石灰 C水玻璃 D硅酸盐水泥答案郑(D)(1) 建筑石曹：建筑石嘗是二水石嘗在一定温度下加热脱水，芥磨细制成的以F-半水石 管为主要组成的气硬性胶凝材料.加水后拌制的浆体具有良好的可塑

40、性.建筑石嘗 的生产过程王要是对二水石音进行热处理，使其胶水成半水石音，这一反应是吸热 反应。建筑石富的密度通常为25002700kg/m-;分为优等品、一等品、合恪品三个等级口凝 结时1亦 初凝不卜于6mm,终凝不大于30mino用途：(1)室内抹灰，粉刷(2)制成多孔的石膏制品(3)制作模型或雕塑(4)制作装饰涂料的填料以及人造大理石(5)制作各种石膏板。(2) 高强石膏：是二水石膏在加压蒸汽热处理条件下，形成a -半水石膏，再经干燥、磨细制成的气硬性胶凝材料。高强石膏的生产过程同建筑石膏类似，也是对二 水古迹进行胶水处理，但是在蒸汽压力封闭式设备内热处理二水石膏，或者在具有某些盐类的水溶

41、液内加热二水石膏，使其脱水为a -半水石膏，然后通过干燥磨成粉状产品。高强石膏的密度通常为26002800 kg/m3,，初凝时间不早于3min,终凝时间不早于5min,不迟于30min。(3) 硬石膏：即无水石膏。硬石膏胶凝材料是由天然硬石膏或人工加热脱水所制得的无水石膏，掺加活化剂制成的粉状物料，又称硬石膏水泥。高温煅烧石膏民属于这一类。硬石膏在活人剂的作用下，水化硬化能力增强，凝结时间缩短，强度提高。与建筑石膏相比，硬石膏胶凝材料标准稠度用水量较小，凝结时间较长，强度较高，具有较好的而水性，可以在一般潮湿环境中应用，硬石膏材料具有较好的抗酸、抗碱侵蚀的能力，适合用作化学药品仓库的建筑材料

42、。高温煅烧石膏的抗水性较好，而磨性好，可以作为地板材料，故又称为地板石膏例4、指出下列错误的一个（）A、建筑石膏可用于室内抹灰、粉刷，有良好的效果。B、建筑石膏可用于制作各种石膏板C建筑石膏可用于湿度、温度过高的环境中D建筑石膏可用于制作装饰涂料的填料，也可以制造人造大理石。答案为：（C）3.2石灰胶凝材料：石灰，是建筑石灰的简称，是在建筑上使用最早的矿物胶凝材料之一。石灰是具有不同化学成分和物理形态的生石灰、消石灰、水硬性石灰的统称。石灰是一种气硬性胶凝材料，它是以碳酸钙为主要成分的原料如石灰石、白垩等，经过高温煅烧而成，其主要成分是氧化钙，煅烧反应式如下：CaCOj t CaO+C02由于

43、生产石灰的原料中常含有碳酸镁（MgC03），所以石灰中也会含有一定量的氧化镁（MgO）。按照建筑生石灰等有关标准规定，根据氧化镁含量的多少，石灰分为钙质石灰和镁质石灰两类。根据成品加工方法不同，可将石灰分成以下几种：（1）.块状生石灰：由原料煅烧而得的原产品，主要成分为氧化钙。（2） .生石灰粉：由块状生石灰磨细而得的细粉，其细度一般要求为0.125毫米方孔筛 的筛余（718） %,主要成分是氧化钙。（3）.消石灰粉：将生石灰用适量水消化而得的粉末，亦称熟石灰，主要成分为氢氧化钙（Ca（OI-2）。（4）.石灰浆：将生石灰用过量水（约为生石灰体积的34倍）消化而得的粘稠浆体， 亦称石灰膏，主要

44、成分为氢氧化钙和水。如果水量加得更多，所得到的白色悬浊液，称为石灰乳。在15C时溶有0. 3%氢氧化钙的透明液体，称为石灰水。石灰的消化与硬化：(1)石灰的消化：生石灰加水变成粉末的方法称为消化，成品称为消石灰粉。石灰的消化过程用下面热反应化学式表示：CaO+HaO O才 Q 熱量)石灰的消化过程是一个可逆的过程，反应的方向取决于温度和周围介质中蒸汽压。在常温下，反应向右进行。生石灰消化过程需要一定时间，如果生石灰消化不充分，在消石灰粉中残留有 未消化的生石灰，则在使用后，由于未消化的生石灰继续消化，从而导致爆裂或不正常 的膨胀现象。消化时间取决于周围环境的温度和蒸汽压、生石灰的煅烧程度和杂质

45、含量、石 灰块的尺寸以及掺人的外加剂等因素。生石灰消化成消石灰粉或石灰浆可以采用人工的方法，也可采用机械方法。 一般，人工方法的劳动强度大，劳动条件恶劣，而且消化时间长，成品质量不均匀，但 其成本低，所以目前也常使用。(2)石灰硬化：石灰浆体的硬化包括两个同时进行的过程：干燥和碳酸化。石灰浆在干燥环境中，多余的游离水逐渐蒸发，使颗粒聚结在一起，同时生石 灰浆体的内部形成大量的毛细孔隙。另外，当水分蒸发时，液体中氢氧化钙达到一定程 度的过饱和，从而会产生氢氧化钙的析晶过程，加强了石灰浆中原来的氢氧化钙颗粒之 间的结合。石灰浆能吸收空气中的二氧化碳而碳酸化，其反应如下。Ca(0册伽+此OGCtHt

46、tH阀上式表明，Ca(OH)2与C02只有在水分存在下才能发生碳酸化过程，形成碳酸钙(CaCO3)o碳酸钙的固相体积比氢氧化钙的固相体积稍微增大一些，使石灰浆体的结构更加致密，所以碳酸化也是石灰硬化的原因之一石灰浆在凝结硬化过程中收缩极大且发生开裂，因此，石灰浆不能单独使用，而必须掺 人一些骨料最常用的是砂子。石灰砂浆中的砂子好像是砂浆中的骨架，它可减少和防止 开裂。掺砂可节省石灰用量，降低成本。此外砂子可使砂浆形成较多的孔隙，以利于石 灰浆内部水分的排除和吸收二氧化碳。石灰浆在硬化时，不但游离水分要向环境排出、，而且碳酸化反应生成的水分也要蒸发 到周围环境中去，所以只能用于较干燥的环境，不宜

47、用于潮湿环境和水中。(3) 石灰的应用 (i )建筑粉刷 建筑室内墙面和顶棚采用消石灰乳进行粉刷，施工方便，颜色洁白，建筑中应用十分广 泛。(ii) 建筑砂浆 石灰可以单独或者与水泥一起配制成砂浆，用作砖墙和混凝土基层的抹灰或砌筑。(iii) 三合土和灰土 三合土是利用消石灰粉、粘土砂子加水拌和夯实而成。灰土是消石灰粉、粘土加水拌和 夯实而成。(iv) 加固含水的软土地基 生石灰块可以直接用来加固含水的软土地基，俗称石灰桩。(v) 无熟料水泥和硅酸盐制品(vi) 磨制生石灰粉 生石灰粉是将块状生石灰磨细而成，在使用前先经加水消化成石灰浆。生石灰粉的细度 一般要求在 0.125 毫米筛筛余不超过

48、 18。如果生石灰粉加水后立即使用，其凝结硬化 快，而且由于水灰比较低，硬化后密实度、强度和抗水性都较高。例5、指出下列哪一个不是石灰在建筑工程中的应用()A建筑粉刷B、加固含水的软土地基 C磨制生石灰粉D制作模型或雕塑答案为(D)，3.3、水玻璃水玻璃俗称泡化碱，是一种水溶性硅酸盐，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，如硅酸钠 和硅酸钾等。硅酸钠是建筑上常用的水玻璃，其水溶液为无色或淡绿色粘稠液体。水玻璃溶液在空气中吸收二氧化碳形成无定形硅胶，并逐渐干燥而硬化，其化学反应 式为：陶0 nSiOj+ COi+mHiONaiCOs+nSiOo上述反应过程进行很慢，为加速硬化，常在水玻璃中加入促硬剂如氟

49、硅酸钠，促使 硅酸凝胶加速析出，其中氟硅酸钠的适宜掺量一般为水玻璃质量的(1215) %。水玻璃的应用：(1)耐酸混凝土应用水玻璃作胶结料，氟硅酸钠作促硬剂，可以配制耐酸混凝土。(2) 耐热混凝土应用水玻璃作胶结料，掺人促硬剂氟硅酸钠，可以配制耐热混凝土，极限使用温度可以达到1200C。(3) 灌浆材料水玻璃可以作为灌浆材料，用于地基加固。另外，水玻璃可以用来配制速凝剂，用于工程抢修、堵漏等，还可以用来涂刷材料表面，提高密实性和抗风化能力等等。SI第十三讲 混凝土一、内容提要： 本讲主要是讲解混凝土组成材料，混凝土配合比的设计，新拌混凝土的性能，混凝土的 强度等级，混凝土的耐久性与变形性，混凝

50、土的外加剂及混凝土的掺和料。二、本讲的重点是： 混凝土配合比的设计，新拌混凝土的性能，混凝土的强度等级本讲的难点是：混凝土配合比的设计中的试配和调配，新拌混凝土的工作性的测定，硬 化混凝土的变形性等问题。三、内容讲解：1、概述： 定义：从广义上讲，混凝土是指由胶凝材料、骨料和水按适当的比例配合、拌制成的混 合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。目前使用最多的是以水泥为胶凝材料的混凝 土，称为水泥混凝土。混凝土的分类：（ 按其表观密度的大小）普通混凝土：表观密度为 21002500kg/m, 般多在2400kg/m。左右。轻混凝土：表观密度小于 1950kgm3。 可用作结构混凝土、保温用混凝土

51、以及结构兼保 温混凝土。重混凝土：表观密度2600kg/m以上。主要用作核能工程的屏蔽结构材料。 如按照胶凝材料种类分,混凝土又可分为：水泥混凝土、沥青混凝土、聚合物水泥混凝 土、树脂混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、硅酸盐混凝土等。按照生产和施工方法进行分类，混凝土又可以分为商品混凝土（ 又称预拌混凝生 ）、泵送混凝土、喷射混凝土、压力灌浆混凝土 （ 又称预填骨料混凝土 ） 、挤压混凝土、离心混凝 土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、热拌混凝土等。现在也有按照混凝土强度的大小来分，一般抗压强度低于 30MPa勺混凝土称为低强混凝 土，抗压强度高于60MPa包括60MPa的混凝土称为高强混凝土，如

52、果抗压强度大于或等 于100MPa的混凝土，则称为超高强混凝土。按配筋材料来分，混凝土又可以分为素混凝 土（ 又称无筋混凝土 ）、钢筋混凝土、钢丝网混凝土、纤维混凝土、预应力混凝土等。2、普通混凝土组成材料普通混凝土主要是由水泥、水和天然的砂、石骨料所组成的复合材料，通常还掺入一定 量的掺合料和外加剂。混凝土组成材料中，砂、石是骨料，对混凝土起骨架作用，水泥 和水形成水泥浆体，包裹在粗、细骨料的表面并填充骨料之间的空隙。在混凝土凝结、 硬化以前，水泥浆体起着润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工；在混凝土硬 化以后，水泥浆体起着胶粘剂作用，将砂、石骨料粘结成为一个整体，使混凝土产生强 度，

53、成为坚硬的人造材料。2.1 水泥水泥是混凝土中最重要的组分，是混凝土中的胶凝材料，普通混凝土正是通过水 泥将砂、石骨料等固化成为具有一定强度的整体。配制混凝土首先应该根据混凝土工程的性质与特点、工程所处环境及施工条件，结合水 泥的特性，合理地选用水泥品种。其次，水泥强度等级的选择应该与混凝土的设计强度等级相适应，原则上低强度等级混 凝土选用低强度等级的水泥，高强度混凝土应选用强度等级高的水泥，对于普通混凝土 来说，一般是以水泥强度等级为混凝土强度等级的 1.5 倍为宜，高强度等级的混凝土可 取一倍左右。如果采用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，为了满足强度要求，必然导致水泥用量过多，这不仅不

54、经济，而且会引起混凝土收缩和水化热增大，对于大体积混凝土，使得混凝土温升增大，影响到混凝土强度的发展及耐久性能。同时由于混凝土强度高，水泥用量大，则水灰比一般比较小，使得混凝土和易性变差，施工困难，混凝土质量难以保证。反之，如果采用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，也是既不经济又 不合理。从强度考虑，用高强度等级水泥可以配制出低强度等级混凝土，而且水泥用量 比较少。但是如果水泥用量太少，混凝土中浆体量很少，这势必会影响到新拌混凝土和 易性和硬化混凝土耐久性。2.2 骨料混凝土用骨料按其粒径大小分为细骨料和粗骨料两种，粒径小于5mm勺骨料称为细骨料，粒径大于5mm勺骨料称为粗骨料。普通混凝土用

55、骨料通常细骨料是指普通砂， 粗骨料则是指碎石、卵石或碎卵石。（1）细骨料细骨料是指在自然条件作用下形成，粒径小于 5mm勺岩石骨料。按照来源，细骨料可以分为河砂、海砂和山砂。一般混凝土中大都采用河砂。按照细度模数，砂又可以 分为粗砂、中砂和细砂以及特细砂。普通混凝土用细骨料勺质量要求，主要应该控制以下几个指标：（i ）颗粒级配：砂颗粒级配勺优劣、粒度勺粗细既影响混凝土技术性能，也影响混凝土 中水泥用量。颗粒级配是评定砂质量勺一个重要指标。在配制混凝土时，当砂用量一定 时，如果采用粗砂，其总表面积小，因此需要包裹砂颗粒表面勺水泥浆量少；采用细砂 时，则其总表面积增大，在混凝土中需要包裹砂粒表面勺

56、水泥浆量多，因此当混凝土拌 和物勺和易性一定时，用粗砂拌制混凝土所需水泥用量比用细砂节省。但是在拌制混凝 土时，并不是砂子越粗越好，砂子太粗，会导致混凝土泌水、离析等现象，从而影响混 凝土和易性。砂勺粗细程度，以细度模数表示，细度模数通常采用筛分析法进行测定。砂筛分析法是用一套孔径为 5.0mm 2.5mm 1.25mm 0.630mm 0.315mm及 0.160mm的标准筛，称取烘干勺砂样 500 克，由粗到细依次过筛，然后计算各筛上分计筛余百分率 （ 各筛上勺筛余量 占砂样总重量的百分率，以ai表示）以及各筛上的累计筛余百分率（即各筛与比该筛粗的 所有筛的分计筛余百分率之和，以 A表示，V4-64细度模数時筈=砂按细度模数分划种类粗砂中砂细砂特细砂Mx-1.50.7< www上加24o