土木工程材料复习讲诉

1、绪论1. 土木工程材料的技术分类标准：国家标准，行业标准，地方标准，企业标准一 土木工程材料的基本性质1. 材料的组成：化学组成，矿物组成，相组成2. 材料的结构：宏观结构，按空隙特征分为：致密结构，多孔结构，微孔结构 按组织结构特征：堆聚，纤维，层状，基粒 亚微观结构，指的是光学显微镜查看到的纳米级材料组织结构，主要研究材 料内部的晶粒，颗粒的大小和形态，晶界或界面，空隙与微裂缝的大小，形状及分布 微观结构，晶体，非晶体，胶体3. 化学组成的定义：是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量4.密度：绝对密实状态下，单位体积的质量。p=m/v    p为

2、密度， g/cm；  v 为材料在绝对密实状态下的体积cm3绝对密实状态下的体积指的是不包括空隙在内的体积 5.表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。P0=m/V0  P0为表观密度，V0为材料在自然状态下的体积，或称表观体积 cm3 。 材料的表观体积是指不包含内部孔隙的体积。6.体积密度：含内部空隙时单位体积的质量 7.堆积密度 P0'=m/V0'   P0' 为堆积密度， V0'&#

3、160;材料的堆积体积。材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量。堆积体积是容器体积。8.质量吸水率与体积吸水率：指吸水饱和时吸入水分的质量或者体积占材料干燥时的质量百分比9.软化系数=材料在吸水饱和状态下的抗压强度/材料在干燥状态下的抗压强度 范围（0-1）10.材料的抗渗性，材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，抗渗系数K=(Qd)/(AtH)   K为渗透系数cm/h；Q为透水量cm3，d为试件厚度cm，A为透水面积cm2，t为时间h，H为静水压力水头cm；渗透系数越小，抗渗性越好。11.冻融循环定义：在零下15的温度冻结后，再在20的水中融化，这样

4、的过程叫冻融循环12.影响材料抗冻性的因素：1）材料的孔隙率和开口孔隙率。2）空隙的充水度。3）材料本身的强度13.材料的强度的定义及分类：指材料在外力的情况下抵抗破坏的能力，可分为抗压强度，抗拉强度，抗弯强度，抗剪强度等14.弹性材料，塑性材料的定义15.材料硬度的定义及硬度的测量方法：刻划法和压入法16.材料耐久性定义：指材料在使用过程中，抵抗自身及周围环境的破坏侵蚀，并保证原有性能不发生改变和变质的性能。二 石料1. 岩石的主要性质 1）物理性质：表观密度，吸水率，耐久性 2）力学性质：抗压强度（由变长为70mm的立方体试件进行测试，取三个平均值），耐磨耗率（抵抗撞击、剪切和摩擦等综合因

5、素的性能）。 3）耐久性：抗冻，抗风化，耐火性，耐酸性2. 路用岩石的技术要求分类以及等级的划分指标：抗压强度和磨耗率三 无机胶凝材料1. 无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分），按凝结硬化条件分类： 1）气硬性胶凝材料只在空气中硬化（石灰、石膏） 2）水硬性胶凝材料空气、水中皆可硬化（水泥） 2. 欠火石灰与过火石灰：生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的

6、玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。欠火石灰：温度过低/时间不够/石灰石不能充分烧透,存在硬心过火石灰：温度过高/时间过长/颜色深（褐、黑）3. 陈伏定义：为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化4. 建筑石膏的性质：1）凝结硬化快，半小时以内。2）尺寸稳定，装饰性好。3）孔隙率差、体积密度小、保温和吸水性好、具有一定的调湿性。4）防水性好，耐火性差。5）耐水性、抗冻性抗渗性差5. 石灰的熟化特征：1）会放出大量

7、的热2）体积迅速增加12.5倍6. 石灰的技术性质：1）可塑性好，2）硬化慢、强度低，3）硬化时体积收缩大，4）耐水性差，不易贮存7. 石灰土（灰土）和三合土：石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。8. 硅酸盐水泥定义：以硅酸钙为主的硅酸盐水泥孰料，加含量为5%以下的石灰石或粒化高

8、炉矿渣，再加适量的石膏磨成的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥9. 普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：1）早期强度略低2）耐腐蚀性稍好3）水化热略低4）抗冻性和抗渗性好5）抗炭化性略差6）耐磨性略差10. 硅酸盐水泥凝结的四个阶段：初始反应期，潜伏期，凝结期，硬化期11. 水泥强度的发展规律：37天内增长最快，28天内增长较快，28天后继续增长但增长较慢12. 影响水泥硬化的因素：1）水泥熟料的矿物组成及细度，2）水胶比，3）石膏的掺量，4）环境温度和适度及养护时间，5）外加剂的影响13. 硅酸盐水泥的技术指标：1）细度，2）凝结时间，3）体积

9、安定性，4）强度，5）水化热14. 硅酸盐水泥的腐蚀：1）软水腐蚀（溶出性侵蚀），2）盐类腐蚀，3）酸类腐蚀，4）碳酸腐蚀。5）强碱腐蚀15. .硅酸盐水泥的性能特点与应用（）凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程，（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。（2）抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。（3）耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。（4）水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。（5）抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用

10、于空气中二氧化碳浓度高的环境。（6）耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。（7）耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。16.矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥三种水泥的共性：（1）早期强度低、后期强度发展高。这三种水泥不适合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬季施工、现浇工程等。（2）对温度敏感，适合高温养护。（3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等腐蚀作用的环境，如水工、海港、码头等混凝土工程。（4）水化热少。适合用于大体积混凝土。（5）抗冻性差。（6）抗炭化性较差。不适合用于二氧化碳含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间。 四 水泥混

11、凝土和砂浆1. 混凝土的组成：混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。2. 几个概念混凝土拌合物：硬化前的混凝土或称新拌混凝土。水泥浆：水和水泥组成书泥浆。水泥砂浆：水泥浆包裹在砂的表面，并填充在砂的空隙中成为砂浆水泥浆和砂浆在混凝土拌合物中分别起到润滑砂、石的作用，使混凝土具有施工要求的流动性，并使混凝土成型密实。3. 混凝土的基本要求：和易性，1)流动性，2)粘聚性，3)保水性 强度 耐久性 经济性4. 砂的颗粒级配和粗细程度，常用筛分析的方法进行测定。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。5. 细度模数的计算公式为：式中a

12、i-分计筛余百分率，即该号筛的筛余量除以试样总量； i-累计筛余百分率，即该号筛与大于该号各筛分计筛余百分率之和。6.关于细度模数：细度模数（x）愈大，表示砂愈粗，砂的细度模数范围一般为3.70.7，其中x在3.7 3.为粗砂，x在.02.3为中砂，x在2.21.6为细砂，x在1.50.7为特细砂。普通混凝土用砂的细度模数一般.在2.2 3.2之间较为适宜。7. 混凝土的粗骨料：根据我国钢筋混凝土施工规范规定：混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构物最小断面的短边长度的；不得大于钢筋最小净距的 。8. 连续性级配的优点：连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用连续级配的

13、骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。9. 粗骨料的表示方法：粗骨料的强度采用岩石立方体强度或粒状石子的压碎指标来表示。（岩石立方强度试验，是用母岩制成5×5×5 立方体，或直径与高度均为5的圆柱体试样，浸泡水中，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于1.5。10. 压碎性指标压碎指标是将一定重量气干状态下1020的石子装入一定规格的金属圆桶内，在试验机上施加荷载到200，卸荷后称取试样质量（0），再用孔径为2.36的筛子筛除被压碎的细粒，称取试样的筛余量（m1），用下式计算压碎指标：式中a-压碎指标值，%；0-试样质

14、量，g；m1-压碎试验后试样的筛余量，g。压碎指标值越小，骨料的强度越高。11. 外加剂定义：在拌制混凝土过程中掺入，用以改善混凝土性能的物质，掺量不大于水泥质量的5%12. 常用外加剂 1）减水剂 效果：a,在保持用水量不变的条件下，可使混凝土拌合物坍落度增大 b,在保持坍落度不变的条件下，可使混凝土用水量减小，抗压强度提高 c,在抗压强度不变的条件下，可节约水泥 d,由于混凝土的用水量减小，泌水和骨料离析现象得到改善，可提高混凝土的抗渗性能 2）缓凝剂 3）速凝剂 4）引气剂：在混凝土搅拌过程中引入大量均匀分布，稳定而封闭的微小气泡，起到改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性和耐久性的外加

15、剂。 效果：13. 粉煤灰在混凝土中的作用14. 掺和料在混凝土中的作用15. 和易性的概念：和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义16. 影响和易性的因素：）水泥浆的数量，）水泥浆的稠度，3) 砂率，4）骨料品种与品质的影响，5）水泥与外加剂的影响6）矿物掺和料，7）含气量，8）搅拌作用的影响，9）时间和温度17. 改善混凝土和易性的措施18. 混凝土的力学性能：立方体抗压强度（fcu）立方体试件抗压强度标准值（fcu，k）强度等级轴心抗压强度（fcp）劈裂抗拉强度（

16、fts）混凝土的抗折强度19. 影响混凝土强度的主要因素有：1）水泥强度与水灰比，2）骨料的影响，3）养护的温度和湿度，4) 龄期，5）施工质量，6) 试验条件20. 提高混凝土强度的措施：1）选用高强度水泥和低水灰比，2）掺用混凝土外加剂，3）采用机械搅拌和机械振动成型。4）采用湿热处理21.混凝土的变性：1）化学收缩，2）塑性收缩，3）干湿变形，4）温度变形，22. 徐变得含义：混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土的徐变。23. 混凝土的耐久性：混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。24. 混凝土的抗冻性：混凝土

17、的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性能。25. 混凝土的碳化：混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水。碳化又叫中性化。26. 提高混凝土耐久性的主要措施（）合理选择水泥品种（）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量 水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素，它不仅影响混凝土的强度，而且也严重影响其耐久性，故必须严格控制水灰比。（3） 选用质量良好的砂石骨料 质量良好、技术条件合格的砂、石骨料，是保证混凝土耐久性的重要条件。改善粗细骨料级配，在允许的最大粒径范围内尽量选用较大粒径的粗骨料，可减小骨料的空隙率和比

18、表面积，也有助于提高混凝土的耐久性。（）掺入引气剂或减水剂 掺入引气剂或减水剂对提高抗渗、抗冻等有良好的作用，在某些情况下，还能节约水泥。（5）加强混凝土的施工质量控制 混凝土施工中，应当搅拌均匀、浇灌和振捣密实并加强养护，以保证混凝土的施工质量。27. 混凝土的配合比设计初步配合比计算（）确定试配强度（fcu,0）（）计算水灰比 （W/C）根据强度公式计算水灰比：式中fcu,0混凝土试配强度, a； fce水泥28d的实测强度,a； a,b回归系数，与骨料品种、水泥品种有关，其数值可通过试验求得。普通混凝土配合比设计规程（JGJ552000）提供的a 、b 经验值为： 采用碎石：a=0.46

19、b0.07 采用卵石：a=0.48b =0.33（） 选定单位用水量（w0）（）计算水泥用量（c0）根据已确定的 W/C和w0，可求出m3混凝土中水泥用量c0：为保证混凝土的耐久性，由上式得出的水泥用量还应大于表48 (p126表425)规定的最小水泥量。如算得的水泥用量小于表48规定值，应取规定的最小水泥用量值。（） 选择合理的砂率值（s） 合理砂率可通过试验、计算或查表求得。 试验是通过变化砂率检测混合物坍落度，能获得最大流动度的砂率为最佳砂率。 也可根据骨料种类、规格及混凝土的水灰比，参考下表选用。（6）计算粗、细骨料用量 重量法（假定表现密度法）应按下式计算： c0g0s0w0 cp当

20、采用体积法（绝对体积法）时，应按下式计算：28. 配合比的调整与确定通过计算求得的各项材料用量（初步配合比），必须进行试验加以检验并进行必要的调整。（）调整和易性，确定基准配合比 按初步计算配合比称取材料进行试拌。混凝土拌合物搅拌均匀后测坍落度，并检查其粘聚性和保水性能的好坏。如实测坍落度小于或大于设计要求，可保持水灰比不变，增加或减少适量水泥浆；如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率；每次调整后再试拌，直到符合要求为止。当试拌工作完成后，记录好各种材料调整后用量，并测定混凝土拌合物的实际表观密度（c，t）。此满足和易性的配比为基准配合比。（）检验强度和耐久性，确定试验室配合比 基准配合比能

21、否满足强度要求，需进行强度检验。一般采用三个不同的配合比，其中一个为基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，应较基准配合比分别增加及减少0.05，其用水量应该与基准配合比相同，但砂率值可做适当调整并测定表观密度。各种配比制作两组强度试块，如有耐久性要求，应同时制作有关耐久性测试指标的试件，标准养护28d天进行强度测定。（3）配合比的确定 确定混凝土初步配合比根据试验得出的各灰水比及其相对应的混凝土强度关系，用作图或计算法求出与混凝土配制强度（fcu,0）相对应的灰水比值，并按下列原则确定每立方米混凝土的材料用量：用水量（）取基准配合比中的用水量，并根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度，进行调

22、整；水泥用量（）取用水量乘以选定出的灰水比计算而得；粗、细骨料用量（、）取基准配合比中的粗、细骨料用量，并按定出的灰水比进行调整。 至此，得出混凝土初步配合比。 确定混凝土正式配合比在确定出初步配合比后，还应进行混凝土表观密度较正，其方法为：首先算出混凝土初步配合比的表观密度计算值（c，c），即c，c= 十十十再用初步配合比进行试拌混凝土，测得其表观密度实测值（c，t），然后按下式得出校正系数，即当混凝土表观密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的时，则上述得出的初步配合比即可确定为混凝土的正式配合比设计值。若二者之差超过时，则须将初步配合比中每项材料用量均乘以校正系数得值，即为最终定出的

23、混凝土正式配合比设计值，通常也称实验室配合比。例题：某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为 30，施工要求混凝土坍落度为，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差5MPa。所用原材料情况如下： 水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.10/cm，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08； 砂：中砂，级配合格，砂子表观密度os=2.60/cm；解求混凝土计算配合比(1)确定混凝土配制强度（fcu,0）fcu,0= fcu,k + 1.645= 30 + 1.645×5 =38.2 MPa(2)确定水灰比（W/C）fce = c ×fce,k = 1.08

24、 × 42.5=45.9MPa 石：530mm碎石，级配合格，石子表观密度og=2.65/cm3；试求： 混凝土计算配合比； 2若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为 ，石子含水率为1，试计算混凝土施工配合比。由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由表4-8, 干燥环境容许最大水灰比为0.65，故可确定水灰比为0.53。（3）确定用水量（mw0） 对于最大粒径为30的碎石混凝土，当所需坍落度为时,1m3混凝土的用水量可选用185kg。(4) 计算水泥用量（mc0）对于干燥环境的钢筋混凝土，最小水泥用量为260，故可取 mc0 3493。（5）确定砂率（

25、s） 查表47，对于采用最大粒径为40的碎石配制的混凝土，当水灰比为0.53时，其砂率值可选取32%37%，采用插入法选定）现取s= 。（）计算砂、石用量（s0、g0）用体积法计算，将mc0=349；mw0=185代入方程组解此联立方程，则得：s0=641， g0=1192（7）该混凝土计算配合比为： m3混凝土中各材料用量为：水泥： 349，水 ：185，砂：641，碎石：1192。以质量比表示即为： 水泥：砂：石=：1.84 ：3.42，0.53 2确定施工配合比由现场砂子含水率为 ，石子含水率为1，则施工配合比为：水泥 mc施 = mc0=349砂子 s施 = s0×（1+3%

26、）=641×（1+3%）=660石子 g施 = g0×（1+1%）=1192×（1+1%）=1204水 w施= mw0s0×3%g0×1%=185641×3%1192×1%=154六 建筑金属材料1. 钢与铁的区分：碳的含量差异2. 钢材分类：按化学成分分类，碳素钢，合成钢 按合金元素含量分，低合金钢：中合金钢：高合金钢： 按杂质含量，普通钢：优质钢：高级优质钢：特级优质钢： 按冶炼时脱氧程度，沸腾钢：镇静钢：半镇静钢：特殊镇静钢： 按用途分类，结构钢：工具钢：特殊钢：3.建筑钢材的主要技术性能：力学性质：强度、弹性、塑性、耐磨性 工艺性质（可加工性）：冷弯、可焊性 4. 建筑钢材的力学性能： 1）抗拉性能 a.钢材的拉伸性能指标：主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。b.拉伸的四个阶段：弹性阶段，屈服阶段，强化阶段，颈缩阶段 2）冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。 3）耐疲劳性5. 建筑钢材的工艺性能： 冷弯性能：常温下钢材承受弯曲变形的能力。 焊接性能：钢结构中90%以上为焊接结构,焊接性非常重要。6. 冷加工指钢材在常温下进行的加工。 常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。 特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提