土木工程材料总复习课件

第一章材料基本性质第一章材料基本性质1土木工程材料的物理性质

基本性质密度

孔隙率湿含量热学性质声学性质光学性质土木工程材料的物理性质

基本性质2材料的耐久性能及其测试耐水性抗渗性抗冻性耐腐蚀性耐候性抗老化材料的耐久性能及其测试耐水性3影响材料耐久性的因素

材料在使用中会被破坏的原因有两方面：内因，材料自身的内部因素因：材料内部存在不稳定的化学组分，如Ca(OH)2、挥发份、杂质等；材料内部存在一些缺陷，如孔隙、裂缝等。外因，材料服役环境因素：物理作用：光、热、雨水、风等化学作用：酸、碱、盐、水等生物作用：细菌、昆虫等影响材料耐久性的因素材料在使用中会被破坏的原因有两方4工程材料的力学性质力学概念荷载(轴向荷载、剪切荷载)应力与应变应力－应变曲线材料的力学性能及其测量强度与比强度脆性、韧性硬度与耐磨性材料力学性能与组成、结构的关系工程材料的力学性质力学概念5思考用实例叙述材料的孔隙率、开口孔隙与闭口孔隙的测试和计算方法。分析论述材料的孔隙率和孔隙特征对材料强度、抗渗性和吸湿性、传热性的影响。如：新建的房屋保暖性差，到冬季更甚，这是为什么？新房屋墙体的含水率较高。同样的材料，含水率增加，导热系数也增加，因为水的导热系数远大于空气的。当水结冰时，导热系数进一步提高，因为冰的导热系数又大于水。思考6材料组成与性能的关系

土木工程材料的组成不同，其性能可完全不同。例如：生石膏CaSO4·2H2O与熟石膏CaSO4·0.5H2O的差别在所含H2O的数量不同，因而，后者有水化活性，而前者没有；纯铁强度不高且较柔软，而钢较强韧，生铁较硬脆，其主要原因是它们的含C量百分之几的微小差别；聚氯乙烯树脂[-CH2-CHCl-]n与聚乙烯醇[-CH2-CHOH-]n，在组成上,前者的大分子链上含Cl¯离子，而后者含OH¯离子，因而，后者是水溶性的，而前者不是。

……等等。

材料物相化合物或元素物相组成：固相、液相、气相化学组成：化合物、元素矿物组成与化学组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相同不同的矿物相，其化学组成可能相同矿物组成相同，其化学组成一定相同材料组成与性能的关系材料组成微小差别就可引起材料性能根本的改变材料中物相含量的变化就可导致材料质的突变材料组成与性能的关系7材料的结构——材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积方式和分布情况；构成各物相的质点的堆积方式和分布情况；根据分辨率的大小，材料结构分为宏观、细观和微观三个层次；材料的结构取决其组成和制造工艺及其条件(温度、压力等)；相同组成的材料可以有不同的结构；相同结构的材料可以有不同的组成。材料的结构——材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积8复习提纲无机非金属材料、金属材料、高分子材料、复合材料的组成、结构和性能特点，以及它们间的相互关系。材料力学性能的基本概念、试验方法、评价指标和相关标准。材料耐久性的基本概念、试验方法、评价指标和相关标准。孔隙率和孔隙特征对材料性能的影响及其原理。根据工程应用要求，正确选择材料的方法。复习提纲无机非金属材料、金属材料、高分子材料、复合材料的组成9第二章胶凝材料第二章胶凝材料10基本知识：硅酸盐水泥的组成、技术性质、应用及储运知识；水泥浆体在侵蚀性介质下的腐蚀及其防止的措施；水泥石的结构；活性混合材的组成、性质及作用；普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和高铝水泥等其它水泥的组成、性能的特点及应用。基本技能：气硬性胶凝材料的正确应用水泥主要技术性质的测试，各种水泥的正确选用。

基本知识：11基本概念：什么是胶凝材料？定义：

经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。特征：严格意义上胶凝材料应指浆体；能在常温下凝结硬化为固体；有较强的胶结能力；具有一定的使用性能。基本概念：什么是胶凝材料？定义：12气硬性与水硬性胶凝材料的特点气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度；

关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！气硬性与水硬性胶凝材料的特点气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，13石膏性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是-半水石膏CaSO40.5H2O;

生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在120~180C干燥下脱水制备；凝结硬化机理——“溶解—沉淀”理论，即通过半水石膏在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化；性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、耐火、对人体和环境无害。应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。石膏性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是-半14例题用石膏作内墙抹灰时有什么优点？答：洁白细腻：硬化微膨胀，可单独使用，不易开裂；孔隙率高，可调节室内潮度；防火性强。例题用石膏作内墙抹灰时有什么优点？15石灰建筑石灰的特性：

表观密度较小浆体的可塑性好硬化后的强度较低耐水性差浆体硬化中容易开裂过火石灰的危害

与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。

石灰16矿物名称英文名称缩写分子式矿物式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18化学组成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。矿物组成：

硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料的组成矿物名称英文名称缩写分子式矿物式硅酸三钙AliteC3S17需学习与掌握的内容：化学过程——水泥熟料矿物的水化反应石膏的作用物理过程——水泥浆的凝结硬化硬化水泥浆的组成与结构水泥浆凝结硬化的影响因素需学习与掌握的内容：化学过程——水泥熟料矿物的水化反应18石膏的作用避免水泥浆的闪凝和假凝现象。调节水泥的凝结时间。导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。石膏的作用避免水泥浆的闪凝和假凝现象。19（1）水泥矿物组成（2）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素（1）水泥矿物组成水泥凝结硬化的主要影响因素20C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。

细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。

水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化

C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。21硅酸盐水泥应满足哪些技术性质密度与堆积密度细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热不溶物和烧失量碱含量耐腐蚀性软水侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀强碱腐蚀防腐措施硅酸盐水泥应满足哪些技术性质密度与堆积密度耐腐蚀性22影响水泥石的强度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，强度越低水泥组成：熟料矿物、混合材养护条件：温度、湿度、龄期水泥细度：水泥颗粒越细，强度发展越快影响水泥石的强度23活性混合材水泥的共性密度较小2.70～3.10。早期强度较低，后期强度增长率高。对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。水化热较小。耐腐蚀性较好。抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。活性混合材水泥的共性密度较小2.70～3.10。24活性混合材水泥的特性矿渣水泥：

保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好。火山灰水泥：

易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差。粉煤灰水泥：

吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，抗裂性较好。复合水泥：取决于所掺的混合材种类。活性混合材水泥的特性矿渣水泥：25其他水泥道路水泥，C4AF含量高，抗折强度与耐磨性好；白色水泥，铁相含量很低，外观为白色；快硬水泥，C3A和C3S含量高，凝结硬化快，早强；中、低热水泥，C3A和C3S含量较低，水化热较小；抗硫酸盐水泥，C3A和C3S含量较低，抗蚀系数较大；膨胀、自应力水泥，生产体积可膨胀的水化物；高铝水泥，熟料矿物主要为铝酸钙，快硬，耐高温等。其他水泥26高铝水泥的特点与应用

1.耐高温性能好，配制耐高温混凝土或砌筑砂浆；2.耐硫酸盐腐蚀性能较好，适用于有抗硫酸盐侵蚀要求的工程；3.耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程；4.水化热较大，适用于冬季施工，不适用于大体积混凝土；5.快硬早强，宜用于紧急抢修工程。6.高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，应按最低稳定强度设计。

高铝水泥的特点与应用1.耐高温性能好，配制耐高温混凝土或27第三章混凝土第三章混凝土28牢记基本概念——混凝土是由胶凝材料(水泥)胶结各种粗、细颗粒状骨料，形成的一种颗粒堆聚材料。理解混凝土中各组分材料的要求与作用；熟悉混凝土的各种性质及其影响因素；掌握混凝土的配合比设计方法和质量控制措施；了解各种混凝土的应用技术。牢记基本概念——混凝土是由胶凝材料(水泥)胶结各种粗、细颗粒29普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性能，可添加化学外加剂与矿物掺合料；砂石构成混凝土的骨架，传递应力，限制变形；水泥与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土流动性，硬化后将骨料颗粒胶结成整体；混凝土微结构是由骨料相、水泥石相和界面过渡区相构成的复杂结构；结构特点有多物相、多孔性的堆积体复杂而不均匀非固定而多变混凝土的理想结构——均匀、密实的堆积体普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性能，可添加化学外30混凝土中骨料的基本要求

具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量；骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力；含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分；具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。混凝土中骨料的基本要求具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，31表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，影响混凝土的成本。影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动。影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大。影响混凝土的强度骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？表面粗糙和针片状颗粒需32新拌混凝土的性能和易性流动性粘聚性离析与泌水坍落度损失塑性收缩凝结时间水化热与温度新拌混凝土的性能和易性33和易性是一项综合评价混凝土拌合物施工性能的指标，包括流动性、粘聚性、保水性。和易性用坍落度或维勃稠度定量指标，辅以粘聚性和保水性的定性观察，综合评价。和易性影响到浇灌后混凝土的均匀密实性，从而影响硬化后混凝土性能。和易性受下列因素影响：水泥品种、细度与水泥用量；用水量与水灰比骨料(颗粒特征、粒径与级配、砂率等)外加剂搅拌方式与时间和易性是一项综合评价混凝土拌合物施工性能的指标，包括流动性、34合理砂率的选用原则1)粗骨料的Dmax较大，级配较好时，可选用较小砂率；2)砂的细度模数较小时，砂的总表面积较大，可选用较小砂率；3)水灰比较小、水泥浆较稠时，可选用较小砂率；4)流动性要求较大时，需采用较大砂率；5)掺用引气剂或减水剂时，可适当减小砂率；

合理砂率的选用原则1)粗骨料的Dmax较大，级配较好时，可35化学外加剂种类：按照组成有：有机质和无机质外加剂有机质——表面活性物质无机质——电解质盐类化合物按照功能有：改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等；调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等；减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等；提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等；其它：防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。化学外加剂种类：36减水剂的技术经济效果在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增大100~200mm；在保持坍落度不变的情况下，使用水量减少10%~15%，抗压强度增加15%~40%；在保持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥10%~15%；混凝土的渗水性可降低40%~80%；可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂现象。减水剂的技术经济效果在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落37矿物外加剂(掺合料)问题？

混凝土中为什么要使用矿物外加剂或掺合料？代替水泥，所以也称水泥代用材料改善混凝土微结构，尤其是界面过渡区结构改善混凝土性能，尤其是耐久性保护生态环境，节约资源和能源矿物外加剂(掺合料)问题？38荷载作用下的变形单轴受压时的应力－应变行为混凝土的弹性模量混凝土弹性模量与组成关系混凝土弹性模量的主要影响因素；弹性模量与抗压强度的关系；荷载作用下的变形单轴受压时的应力－应变行为392、混凝土在非荷载作用下的变形干燥收缩自收缩温度变形2、混凝土在非荷载作用下的变形干燥收缩40骨料和水泥石是弹性体，而混凝土是弹塑性体或粘弹性体，在受压应力作用，既产生弹性变形，又产生塑性变形；混凝土的弹性模量不是一个常数，工程应用中，一般用割线弹性模量作为设计依据，其大小取决于水泥石和骨料的弹性模量及其相对含量，以及界面状况；在干燥状态下，混凝土内部水的损失，而引起干缩变形，它与混凝土的组成、构件几何尺寸与形状、环境条件等有关；在与外界隔绝的条件下，由于水泥水化会引起混凝土内部自干燥，而产生整体的自干缩变形；在荷载长期作用下，混凝土会发生随时间增加的变形——徐变，干燥会使徐变增大；在约束条件下，混凝土发生的各种变形，可引起开裂。骨料和水泥石是弹性体，而混凝土是弹塑性体或粘弹性体，在受压应41强度是混凝土的重要性能指标，它与混凝土其它性能有着密切的关系；混凝土强度主要是抗压与抗拉强度，二者之间没有直接关系；抗压强度采用单轴抗压试验直接测量，而抗拉强度一般采用劈裂和四点弯曲试验间接测量与评价；混凝土强度的主要影响因素比较复杂，主要有三个方面：组成材料的性能与掺量；成型工艺与养护条件试件与试验参数(影响测试值)获得指定强度的技术途径：原材料的选择配合比设计成形工艺与养护制度强度是混凝土的重要性能指标，它与混凝土其它性能有着密切的关系423、混凝土强度的影响因素

混凝土的强度fc随着龄期和养护不断增长，主要有三方面的影响因素：组成材料的特性与配合比（内在因素）浇灌与养护条件（温湿度、时间）生产工艺与条件此外，强度试验参数影响到测试值。分析和掌握的思路：材料的强度与其组成、结构密切有关组成影响因素：水泥、骨料和水及其特性与掺量；结构影响因素：组成材料及其分布、生产工艺与条件、浇灌与养护制度等。水泥品种龄期养护条件外加剂水化度水灰比凝胶结构与组成孔隙率含水量水泥石强度骨料质量表面特征化学组成骨料用量粒径弹模水泥石－骨料粘结力混凝土强度生产因素混凝土强度的影响因素图解3、混凝土强度的影响因素混凝土的强度fc随着43第六章钢材第六章钢材44

1、钢材的基本知识：铁和钢的概念。钢的分类。钢的冶炼和脱氧及其对钢质量的影响。2、钢材的主要技术性质：力学性质工艺性能。3、钢材的晶体组织与化学成分及其对钢性能的影响：4、钢材的冷加工和热处理：钢材的加工强化和时效处理钢材的热处理。5、建筑钢材的技术标准及选用：碳素结构钢低合金结构钢钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝。6、建筑钢材的防锈：钢的锈蚀、钢材防锈的要点

1、钢材的基本知识：铁和钢的概念。钢的分类。钢的冶炼和脱45钢中的晶体组织与性能铁素体

碳溶于－Fe中的固溶体。－Fe为体心结构，孔隙较小，溶碳量较低，因而具有良好的塑性和韧性，强度与硬度较低。渗碳体

铁和碳的化合物Fe3C，含碳量高达6.69％，故性质硬脆，塑性和韧性几乎为零，硬度高。珠光体

铁素体与渗碳体的混合物，两者相间存在于同一晶体中，含碳量0.77％，其性质介于二者之间。奥氏体

碳溶于－Fe中的固溶体，在7270C以上存在，含碳量0.77％～2.11％，其强度与硬度不高，塑性好，故钢材在高温下热加工。钢中的晶体组织与性能铁素体46钢的含碳量与性能关系亚共析钢：碳含量位于0.02％～0.77％之间晶体组织为铁素体和珠光体共析钢：碳含量在0.77％晶体组织全部为珠光体过工析钢：碳含量在0.77％～2.11％之间晶体组织为珠光体和渗碳体含碳量的增加珠光体逐渐减少，渗碳体逐渐增多强度与硬度逐渐提高，塑性与韧性逐渐降低钢的含碳量与性能关系亚共析钢：47晶体组织含量（％）性能变化0.02％分类项目工业纯铁亚共析钢铁素体珠光体渗碳体过共析钢含碳量0.77％2.11％0％塑性、韧性硬度强度铁碳合金的含碳量、晶体组织与性能的关系晶体组织含量（％）性能变化0.02％分类项目工业纯铁亚共析钢48塑性

钢材在荷载作用下断裂前产生永久变形的能力称为钢材的塑性,用伸长率和断面收缩率来表示。

伸长率（δ）在拉伸试验中,试样拉断后,标距的伸长与原始标距的百分比称为伸长率。=[（L1—L0）/L0]×100%

断面收缩率（ψ）

试样拉断后,缩颈处截面积的最大缩减量与原横断面积的百分比称为断面收缩率。