土建材料知识_土建的基本性质_简直设计培训

土木工程材料知识

　　第一章 土木工程材料的基本性质

　　1.密度：绝对密实状态下，单位体积的质量。p=m/v p为密度，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

　　2.表现密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。P0=m/V0 P0为表现密度，V0为材料在自然状态下的体积，或称表现体积cm3 。 材料的表现体积是指包含内部孔隙的体积。

　　3.堆积密度P0'=m/V0' P0' 为堆积密度，V0' 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。

　　4.材料的亲水性与憎水性：土木工程中的建、构筑物常与水或大气中的水汽相接触。表面接触时，相互作用的结果是不同的。沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角(a)称为润湿边角，润湿角越小，润湿性越好。a为0时完全被水所侵润。a<=900，亲水性材料，a>900憎水性材料

　　5.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)

　　6.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。

　　第二章

　　1、按化学成分钢材分为：碳素钢和合金钢。 钢的基本成分：铁和碳

　　2、碳素钢根据含碳量分为：低碳钢(小于0.25%)、中碳钢(0.25%-0.6%)、高碳钢(大于0.6%);合金钢按合金总含量：低合金钢(小于5%)、中和金钢(5%-10%)、钢合金钢(大于10%)

　　3、钢材中主要元素：碳、硅、锰、钛、钒、铌、磷、硫、氧、氮

　　4、弹性阶段，屈服阶段，强化阶段，颈缩阶段

　　5、钢材冷加工：冷拔，冷拉，冷轧

　　热加工：退火，正火，淬火，回火，离子注入

　　7.碳素钢在常温下形成的基本组织有铁素体、渗透体、珠光体。

　　第三章

　　1.石膏的主要成分：硫酸钙。石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。生石膏：天然二水石膏(CaSO4·2H2O)熟石膏:建筑石膏(CaSO4·1/2H2O)

　　2.石膏的硬化: 建筑石膏与适量的水相混合，最初成为可塑的浆体，但很快就失去塑性并产生强度，并发展成为坚硬的固体。这一过程可分为水化和硬化两部分。

　　3.水玻璃：俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐。

　　4.水玻璃的硬化: 水玻璃在空气中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝胶，并逐渐干燥脱水成为氧化硅而硬化，其表达式为：

　　Na2O·nSiO2+CO2+mH2O=nSiO2·mH2O+Na2CO3

　　由于空气中二氧化碳的浓度较低，为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠(Na2SiF6)作为 促硬剂，加速二氧化硅凝胶的析出。

　　5.硅酸盐水泥(重点)，水泥熟料矿物组成：硅酸三钙(3CaO·SiO2)，硅酸二钙(2CaO·SiO2)，铝酸三钙(3CaO·Al2O3)，铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)。硅酸三钙，硅酸二钙占70%以上，铝酸三钙，铁铝酸四钙占25%左右。

　　6.硅酸盐水泥的凝结时间，怎样规定?

　　凝结时间分为初凝和终凝。初凝为水泥加水拌合起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需要的时间;终凝为水泥加水拌合起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需要的时间。 国家标准规定，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。硅酸盐水泥标准规定，初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h(390min)。

　　7.体积安定性: 安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。引起水泥安定性不良的原因有三个：1) 熟料中游离氧化镁过多2) 石膏掺量过多。3) 熟料中游离氧化钙过多。

　　8.水化热：水泥在水化过程中放出的热称为水泥的水化热。铝酸三钙(3CaO·Al2O3)>硅酸三钙(3CaO·SiO2)>硅酸二钙(2CaO·SiO2)

　　9、常见的水泥：

　　普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料，6%~20%混合材料，适合石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(普通水泥)，代号P.O

　　矿渣硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料(简称矿渣水泥)。

　　火山灰质硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥(火山灰水泥)，代号P.P

　　粉煤灰硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料(粉煤灰水泥)P.F

　　复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料(简称复合水泥)P.C

　　第四章(水泥混凝土)

　　1、细度模数公式(自己写到背面)

　　2、粗骨料强度

　　碎石或卵石的强度可用岩石立方体强度和压碎指标表示。用岩石立方体强度表示粗骨料强度，是将岩石制成的50cm×50cm×50cm立方体(或直径与高均为50cm的圆柱体)试件，在水饱和状态下，其抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，作为碎石或卵石的强度指标。用压碎指标表示粗骨料的强度时，是将一定质量气干状态下10~20mm的石子装入一定规格的圆筒内，在压力机施加荷载至200kN,卸载后称取试样质量(m0),用孔径为2.5mm的筛筛除被压碎的细粒，称取试样筛余量(m1)。压碎指标(δ)=(m0-m1)m0×100% 压碎指标越小，强度越高

　　3、混凝土外加剂：指在拌制混凝土过程中掺入的用以改善新拌混凝土和硬化混凝土性能的材料。按化学成分分类：(1)无机化合物(2)有机化合物(3)有机和无机的复合物按功能分类：(1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂(2)调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂(3)改善混凝土耐久性的外加剂(4)改善混凝土其他性能的外加剂，如膨胀剂、防冻剂、着色剂

　　常用的外加剂：(1)减水剂：在新拌混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少其用水量的外加剂 减水剂的使用效果：①提高混凝土流动性。在混凝土原配比保持不变的情况下，掺加减水剂后可改变其新拌混凝土的稠度(增大坍落度或减小维勃稠度)，从而提高其流动性，且不影响混凝土的强度。

　　②提高混凝土强度。在保持新拌混凝土流动性和水泥用量不变的条件下，掺加减水剂后可减少部分拌合用水量，降低混凝土的实际水灰比，从而提高其强度和耐久性。

　　③节约水泥。在保持新拌混凝土流动性及硬化混凝土强度不变的条件下，可以在减少拌合用水量的同时，相应减少水泥用量(维持水灰比不变)，从而节省水泥并改善某些性能。

　　④改善硬化混凝土的孔隙结构，增大密实度，从而提高其耐久性;有些减水剂还可以延缓新拌混凝土的凝结时间，降低其水化放热速度，满足大体积混凝土的要求。

　　(2)早强剂：能加速混凝土早期强度发展的外加剂 早强剂主要有：氯盐类、硫酸盐类、有机胺三类以及他们的组合的复合早强剂。

　　(3)引气剂：在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布且稳定而封闭小气泡的外加剂。

　　引气剂的作用：①有效改善新拌混凝土的和易性。②显著提高混凝土的抗渗性和抗冻性。③变形能力增大，但强度及耐磨性有所降低。掺入引气剂后，混凝土中大量气泡的存在，可使其弹性模量略有降低，弹性变形能力有所增大。

　　(4)缓凝剂：加入混凝土中后能延长其凝结时间而不显著降低其后期强度的外加剂

　　(5)速凝剂：能促使混凝土迅速凝结硬化的外加剂

　　(6)防冻剂：能使其在负温下正常水化硬化，并在规定时间内硬化到一定程度，且不会产生冻害的外加剂。

　　防冻剂的作用：

　　①防冻剂中的防冻组分具有降低冰点的作用。

　　②防冻剂中的减水组分可减小混凝土的水灰比或拌合用水量。

　　③防冻剂中的某些成分可使低温下孔隙水结冰时形成的冰晶粒度变得细小且分散均匀。

　　④防冻剂中的早强组分具有促进水泥在较低温度下水化速度的作用。

　　⑤防冻剂中的引气组分通过引入大量均匀分布的微小封闭气泡，可以缓解充水孔隙的局部冻胀，降低其冻胀应力。

　　(7)膨胀剂：能使混凝土产生一定体积膨胀外加剂。

　　(8)泵送剂：指在新拌混凝土泵送过程中能显著改善其泵送性能的外加剂。

　　4、和易性：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，也称工作性。它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。

　　流动性——指混凝土拌合物在自重力或机械振动力作用下易于产生流动、易于输送和易于充满混凝土模板地性质。

　　粘聚性——混凝土拌合物在施工过程中保持整体均匀一致的能力(不发生分层、离析，即保证硬化后混凝土内部结构均匀)。

　　保水性——混凝土拌合物在施工过程中保持水分的能力。不发生大的或严重的泌水，保水性对混凝土的强度和耐久性有较大的影响。

　　和易性测定方法及指标：1)坍落度测定：将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥塌落度筒(无底)内，装满刮平后，垂直向上提起，移到一旁，混凝土拌合物由于自重将会产生塌落现象。然后量出向下塌落的尺寸叫做塌落度，作为流动性指标。塌落度越大表示流动性越大。(2)维勃稠度测定：开始在塌落度筒中按规定方法装满拌合物，提起塌落度筒，在拌合物试体顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，到透明圆盘的底面完全为水泥浆布满时，停止秒表，关闭振动台。此时认为混凝土拌合物已密实。所读秒数称为维勃稠度。

　　5、影响和易性的主要因素：(1)水泥浆的数量(2)水泥浆的稠度。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小水泥浆就愈稠，混凝土拌合物的流动性便愈小。

　　当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低，不能保证混凝土的密实性。

　　如果水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良。所以水灰比不能过大或过小。一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。(3)砂率——砂率是指砂用量与砂、石总用量的质量百分比，它表示混凝土中砂、石的组合或配合程度。(4)水泥品种和骨料的性质(5)外加剂和矿物掺合料(6)时间和温度

　　6、影响混凝土强度的因素：(1)水灰(胶)比和水泥强度的等级——决定混凝土强度的主要因素(2)养护的温度和湿度(3)龄期：指混凝土在正常养护条件下所经历的时间。在正常养护条件下，混凝土强度将随着龄期的增长而增长。

　　7、徐变：在长期荷载作用下产生的变形

　　8、提高混凝土耐久性的措施

　　(1)合理选择水泥品种或胶凝材料组成

　　(2)选用较好的砂、石骨料

　　(3)掺用加气剂和矿物掺合料

　　(4)适当控制混凝土的水灰比及水泥用量

　　(5)加强混泥土质量的生产控制

　　9、混凝土配合比设计步骤

　　(1)配制强度的确定

　　fcu，0=fcu，k+1.645σ(fcu，k为设计的混凝土抗压强度)

　　(2)初步确定水灰比

　　W/C=Afce/(fcu，o+ABfce)(fce为水泥实测强度;碎石：A=0.46B=0.07，卵石：A=0.48B=0.33)

　　(3)选取每1m3混凝土的用水量(W0)

　　(4)计算混凝土的单位水泥用量(C0)

　　(5)选取合理的砂率值(Sp)

　　(6)计算粗、细骨料的用量(G0)及(S0)表观密度法(质量法)：

　　W0+C0+G0+S0 =m总　　;

　　第六章 砌筑材料

　　1、蒸养(压)砖属于硅酸盐制品，是以石灰和含硅原料(砂、粉煤灰、炉渣、矿渣、煤矸石等)加水拌和，经成型、蒸养(压)而制成的。目前使用的主要有粉煤灰砖、灰砂砖和炉渣砖。其规格尺寸与烧结普通砖相同。

　　粉煤灰砖：以粉煤灰和石灰为主要原料，参入适量的石膏和炉渣，加水混合制成的坯料，经陈化、分解、加压成型，再经常压或高压蒸养而制成的一种墙体材料。

　　灰砂砖：用石灰石和天然砂，经混合搅拌、陈化、轮辗、加压成型、蒸养而制的的墙体材料。根据尺寸偏差和外观质量分为优等品(A)、一等品(B)和合格品(C)三个质量等级

　　2、加气混凝土切块

　　是用钙质材料(如水泥、石英砂、粒化高炉渣等)和加气剂作为作为原料，经混合搅拌、浇注发泡、胚体静停与切割后，再经蒸压养护而成

　　加气混凝土切块具有表观密度小、保温性能好及可加工等优点，一般在建筑物中主要有作非承重墙体的隔墙。另外，由于加气混凝土内不含由于多独立的封闭气孔不仅切断了部分毛细孔的通道，而且在谁的结冰过程中起着压力缓冲作用，所以具有较高的抗冻性

　　第七章 沥青及沥青混合料

　　1、石油沥青

　　石油沥青是石油原油经蒸馏等提炼出各种轻质油(如汽油、柴油等)及润滑油以后的残留物，或再经加工而得的产品。它是一种有机胶凝材料，在常温下呈固体、半固体或粘稠状液体，颜色为褐色或黑褐色。

　　2、石油沥青的组成和作用

　　油分——作用：是决定沥青流动性的组分。油分多，流动性大，而粘聚性小，温度感应性大(流动性)

　　树脂——作用：是决定沥青塑性的主要组分。树脂含量增加，沥青塑性增大，温度感应性增大(塑性和粘结性)

　　地质沥青——作用：是决定沥青粘性的组分。含量高，沥青粘性增大，温度感应性小，塑性降低，脆性增加(耐热性，粘性，脆性)

　　3、沥青性质的三大指标

　　针入度：对于粘稠石油沥青的相对粘度是用针入度仪测定的针入度来表示。它反映石油沥青抵抗剪切变形的能力。针入度越小，表明稠度越大。

　　延度：石油沥青的塑性用延度(伸长度)表示。延度越大，塑性越好。(塑性：石油沥青在外力作用时产生变形而不破坏，除去外力后，则仍保持变形后形状的性质。)

　　软化点：由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定其中某一状态作为从固态转到黏流态(或某一规定状态)的起点，相应的温度称为沥青的软化点。沥青的软化点是反映沥青的温度敏感性的重要指标。

　　4、沥青混合料的技术性质

　　高温稳定性——指在高温条件下，沥青混合料承受多少次重复荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。通常采用高温强度与稳定性作为主要技术指标(鉴于篇幅问题，读者可细读p200页)

　　低温抗裂性——沥青混合料是黏-弹-塑性材料，其物理性质随温度变化会有很大的变化。当温度较低时，沥青混合料表现为弹性性质，变形能力大大降低。在外部何在产生的应力和温度下降引起的材料的收缩盈利联合作用下，沥青路面可能发生断裂，产生低温裂缝。沥青混合料的低温开裂是由混合料的低温脆化、低温收缩和温度疲劳引起的。混合料的低温脆化一般用不同温度下的弯拉破坏试验来品定，低温收缩可以用低温收缩试验评定，而温度疲劳则可以用低频平疲劳试验开评定。