土木工程材料基础知识.docx

材料的基本性质：1. 密度：是指材料在干燥绝对密实状态下单位体积的质量.<不随环境而变>公式：ρ=MV,测量方法：磨碎用李氏密度瓶测量；2. 表观密度:是指材料在自然状态下单位体积的质量.公式:ρ0=MV0,测量方法：直接测几何尺寸或是在表面涂蜡用排水置换法测量体积；〔注：表观密度通常是指在气干状态下,在烘干状态下是干表观密度〕3. 堆积密度:是指粉状或粒状材料,在自然堆积状态下单位体积的质量.公式：ρ'0=MV'04. 密实度：材料内部材料的体积所占总体积的百分比.公式：D=VV0×100%=ρ0ρ×100%5. 孔隙率：指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率.公式：P=V0-VV0=1-VV0×100%=1-ρ0ρ×100%=1-D6. 填充率：颗粒或粉状材料中材料表观密度占堆积密度的比值.公式：D'=V0V'0×100%=ρ'0ρ0×100%7. 空隙率:颗粒或粉状材料在堆积体积内空隙占总体积的比率.公式：P'=V'0-V0V'0×100%=1-V0V'0×100%=1-ρ'0ρ0×100%=1-D'8. 孔隙率的影响:<1>表观密度的影响：材料孔隙率大,在相同体积下,它的表观密度就小.而且材料的孔隙在自然状态下可能含水,随着含水量的不同,材料的质量和体积均会发生变化,则表观密度会发生变化.<2>对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积,降低了材料的强度,且应力在孔隙处的分布会发生变化,如：孔隙处的应力集中.<3>对吸水性的影响：开口大孔,水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙,水无法进入.当孔隙率大,且孔隙多为开口、细小、连通时,材料吸水多.<4>对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大,并连通开口时,材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小,孔隙封闭不连通,则材料不易被水渗透.<5>对抗冻性的影响：连通的孔隙多,孔隙容易被水充满时,抗冻性差.<6>对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多,则导热系数就小,导热性差,保温隔热性能就好.如果材料内孔隙较大,其内空气会发生对流,则导热系数就大,导热性好.<7>闭空孔含量愈大,则材料的保温性能愈好、耐久性愈好.9. 亲水性和憎水性的判断：润湿角θ,θ≤90是亲水材料,θ>90是憎水材料；10. 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质.表示方法：含水率W含=M含-M干M干×100%11. 吸水性：材料在浸水状态下吸收水分的能力,用吸水率表示①质量吸水率：指材料吸水饱和时,所吸水量占材料干质量的百分比W吸=M吸-M干M干×100%.②体积吸水率指材料吸水饱和时,所吸水的体积占材料自然体积的百分比W吸=V水V干×100%③体积吸水率和质量吸水率的关系：WV=Wm×ρ0×1ρw<ρ0是干燥状态下材料的表观密度,ρw是水的密度>12. 吸水和吸湿导致材料自重增加,体积变大,抗冻性和耐久度与保温性降低；13. 材料的耐久性：是指材料在使用过程中,能长期抵抗各种环境因素而不破坏,且能保持原有性质的性能,它是一个综合指标.提高耐久性措施：一是提高材料本身的密实性；二是在材料表面覆盖保护14. 弹性模量：用E表示.材料在弹性变形阶段内,应力和对应的应变的比值.反映材料抵抗弹性变形能力.其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小,抵抗变形能力越强15. 韧性：在冲击、振动荷载作用下,能吸收较大能量产生一定变形而不致破坏的性质.16. 耐水性：材料长期在饱和水作用下不被破坏,强度也不显著降低的性质,表示方法——软化系数：材料在吸水饱和状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比KR = fb/fg软化系数大于0.85的材料通常可以认为是耐水材料；对于经常位于水中或处于潮湿环境中的材料,软化系数不得低于0.85；对于受潮较轻或次要结构所用的材料,软化系数不宜小于0.7517. 抗渗性：材料抵抗压力水的性质,表示方法—⑴抗渗系数,Ks=QdAtH,⑵抗渗等级：P2.P4分别表示抗0.2MPa,0.4MPa的水压；18. 热容量是指材料在温度变化时吸收和放出热量能力的大小,其大小用比热容来表示；19. 导热性：传导热量的能力,表示方式——导热系数,λ=Qd∆TAt，材料的导热系数越小,材料的绝热性能就越好.影响导热性的因素:材料的表观密度越小,其孔隙率越大,导热系数越小,导热性越差.由于水与冰的导热系数较空气大,当材料受潮或受冻时会使导热系数急剧增大,导致材料保温隔热方式变差.所以隔热材料要注意防潮；20. 防潮材料受潮后,其热导率增大,由于在材料的空隙中有了水分〔包括水蒸汽和液态水〕后,除孔隙中剩余的空气分子的导热、对流外,部分孔壁结成冰,导热率将更大.表观密度小的材料,孔隙率高,热导率小.孔隙率相同条件下,孔隙尺寸大,热导率大.孔隙互相连通比封闭而不联通者,热导率大21. 影响材料吸声性能的因素；材料的表观密度,材料的厚度,材料的孔隙特征,吸声材料的孔隙位置,空隙为连通,开放是效果好；气硬性胶凝材料：22. 胶凝材料：在建筑材料中,经过一系列物理作用,化学作用,能将散粒状或块状材料结成整体的物质.气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化,并只能在空气中保持或发展其强度,常见的有：石灰,石膏,水玻璃；水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化,而且能更好地在水中硬化,保持并发展其强度,常见的有水泥；23. 建筑石膏的化学分子式：β-CaSO4˙½H2O 石膏水化硬化后的化学成分：CaSO4˙2H2O24. 高强石膏与建筑石膏相比水化速度慢,水化热低,需水量小,硬化体的强度高.这是由于高强石膏为α型半水石膏,建筑石膏为β型半水石膏.β型半水石膏结晶较差,常为细小的纤维状或片状聚集体,内比表面积较大；α型半水石膏结晶完整,常是短柱状,晶粒较粗大,聚集体的内比表面积较小.25. 建筑石膏的技术特性：〔1〕建筑石膏的凝结硬化速度快〔2〕硬化时体积微膨胀〔3〕硬化后孔隙率较大,表观密度低,强度低<4>建筑石膏硬化体具有良好的隔热和吸音性能<5>防火性能好,但耐水性能差,抗冻性差<6>良好的装饰性和可加工性,具有一定的调温调湿性26. 石灰的熟化,是生石灰与水作用生成熟石灰的过程.特点：石灰熟化时释放出大量热,体积增大1~2.5倍.石灰使用时一般要变成石灰膏再使用.27. 过火石灰的密度较大,表面常被黏土杂质溶化时所形成的玻璃釉状物包覆,因而消解很慢,在工程中过火石灰颗粒往往会在正常石灰硬化后继续吸湿消解而发生体积膨胀,引起已经硬化的浆体隆起和开裂28. 陈伏：为消除过火石灰对工程的危害,将生石灰和水放在储灰池中存放15天以上,使过火灰充分熟化这个过程叫沉伏.陈伏期间,石灰浆表面应保持一层水,隔绝空气,防止发生碳化.〔碳化是指和空气里的二氧化碳反应〕29. 石灰的凝结硬化过程：〔1〕干燥结晶硬化：石灰浆体在干燥的过程中,因游离水分逐渐蒸发或被砌体吸收,浆体中的氢氧化钙溶液过饱和而结晶析出,产生强度并具有胶结性〔2〕碳化硬化：氢化氧钙与空气中的二氧化碳在有水分存在的条件下化合生成碳酸钙晶体,称为碳化.由于空气中二氧化碳含量少,碳化作用主要发生在石灰浆体与空气接触的表面上.表面上生成的CaCO3膜层将阻碍CO2的进一步渗入,同时也阻碍了内部水蒸气的蒸发,使氢氧化钙结晶作用也进行的缓慢.碳化硬化是一个由表与里,速度相当缓慢的过程.由石灰硬化的过程可以得出石灰硬化慢,强度低,不耐水的特点；30. 为什么石膏适用于室内装饰而不适用于室外装饰？答：由于石膏具有以下性质①石膏洁白细腻体积微膨胀易于加工,具有良好的装饰性②空隙率较大,表观密度小,吸声能力强,导热系数小保温隔热与节能效果好③防火性好,具有调温调湿的功能④耐水性和抗冻性差；所以···水泥：31. 硅酸盐水泥烧制时加入石灰石,粘土,铁矿粉制成孰料,再加入石膏磨细；32. 水泥水化的产物有：水化硅酸钙,水化铁酸钙,水化铝酸钙,氢氧化钙,水化硫铝酸钙；33. 硅酸盐水泥中胶体是水化硅酸钙和水化铁酸钙34. 常见的活性混合材料：粒化高炉矿渣,火山质混合材料,粉煤灰；活性混合材料的激发剂是：石膏和氢氧化钙；35. 硅酸盐水泥耐磨性最好,和易性最好的是粉煤灰硅酸盐水泥；36. 六大水泥的代号、性能特点与应用名称硅酸盐水泥P•Ⅰ和P•Ⅱ普通硅酸盐水泥 P•O矿渣硅酸盐水泥P•S火山灰质硅酸盐水泥 P•P粉煤灰硅酸盐水泥 P•F复合硅酸盐水泥 P•C主要特征1. 早期强度高2. 水化热高3. 抗冻性好4. 耐热性差5. 耐腐蚀性差6. 干缩小7. 抗碳化性好1.早期强度较高2.水化热较高3.抗冻性较好4.耐热性较差5.耐腐蚀性较差6.干缩较小7.抗碳化性较好1. 早期强度低,后期强度高2. 水化热较低3. 抗冻性较差4. 耐腐蚀性好5. 抗碳化性较差1. 早期强度稍低2. 其他性能同矿渣水泥耐热性较好耐热性较差1. 干缩性较大2. 抗渗性差1. 干缩性大2. 抗渗性好1. 干缩性较小2. 抗裂性好名称硅酸盐水泥P•Ⅰ和P•Ⅱ普通硅酸盐水泥 P•O矿渣硅酸盐水泥P•S火山灰质硅酸盐水泥 P•P粉煤灰硅酸盐水泥 P•F复合硅酸盐水泥 P•C适用范围1. 高强混凝土与预应力混凝土工程2. 早期强度要求高的工程3. 严寒地区遭受反复冻融作用的混凝土工程与硅酸盐水泥基本相同1. 大体积混凝土工程2. 高温车间和有耐热要求的混凝土工程1. 地下、水中大体积混凝土结构2. 有抗渗要求的工程1. 地上、地下、水中大体积混凝土结构2. 有抗裂要求的工程参考其他类别水泥1. 蒸汽养护的构件2. 耐腐蚀要求高的混凝土工程不适用范围1. 大体积混凝土工程2. 受化学与海水侵蚀的工程3. 耐热混凝土工程1. 早期强度要求较高的混凝土工程2. 有抗冻要求的混凝土工程1. 干燥环境中的混凝土工程2. 耐磨性要求高的混凝土工程应用实例：a) 现浇混凝土梁、板、柱冬季施工：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；b) 具有大体积混凝土和抗渗要求:粉煤灰水泥；c) 高强度预应力混凝土梁：硅酸盐水泥和普通水泥；d) 高强度混凝土工程,预应力混凝土工程,严寒地区受冻融的混凝土工程,有耐磨性要求的混凝土工程：硅酸盐水泥e) 处于干燥环境中的混凝土工程；普通水泥〔矿渣水泥〕f) 有抗渗要求的混凝土工程：火山灰水泥,普通水泥g) 火山灰水泥适用于海港和有抗渗要求的工程.h) 混凝土地面或道路工程：普通水泥〔道路水泥〕i) 配制有抗渗要求的混凝土时,不宜使用矿渣水泥j) 高层建筑基础工程的混凝土宜优先选用火山灰质硅酸盐水泥k) 火山灰水泥需水量大,干缩大,抗冻性差,抗渗性好.l) 在有硫酸盐腐蚀的环境中,夏季施工的工程应优先选用矿渣水泥37. 水化热：水化过程中放出的热量.〔水化热的利与弊：高水化热的水泥在大体积混凝土工程中是非常不利的.这是由于水泥水化释放的热量在混凝土中释放的非常缓慢,混凝土表面与内部因温差过大而导致温差应力,混凝土受拉而开裂破坏,因此在大体积混凝土工程中,应选低热水泥.在混凝土冬季施工时,水化热却有利于水泥的凝结,硬化和防止混凝土受冻〕矿物名称 分子式 简写式水化反应速度水化放热量强度硅酸三钙 3CaO•SiO2 C3S快大高硅酸二钙2CaO•SiO2 C2S慢小早期低后期高铝酸三钙3CaO•Al2O3 C3A最快最大低铁铝酸四钙。