土木工程材料重点总结

1、建筑材料第一章 绪言1.1土木工程材料的分类1按材料的化学成分分类：无机材料。金属材料。钢、铁、铝等。 非金属材料。石、玻璃、水泥、混凝土等。 金属-非金属复合材料。钢筋混凝土等。有机材料。木材、石油沥青、塑料等。有机-无机复合材料。无机非金属-有机复合材料。金属-有机复合材料。2.按功能分类；结构材料一主要作用承重的材料，如梁、板、柱所用材料。功能材料一主要利用材料的某些特殊功能，如用于防水、保温、 装饰等的材料。1.2 材料的基本状态参数1.2.1 材料的密度、表观密度和堆积密度1.2.1.1 密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量，称为密度P=m/V。P材料的密度，g/cm2 ；m材料在干燥状态下的质量，g；V材料在绝对密实状态下的体积，cm6绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的实体积。常用的土木工程材料中，除了钢、玻璃、沥青等认为不含孔隙外， 绝大多数都含有孔隙。测定含孔材料绝对密实体积的简单方法，是将该材 料磨成细粉，干燥后用排液法测得的粉末体积，即为绝对密实体积。一般 要求细粉的粒径至少小于 0.20mm。1.2.1.2 表观密度材料在自然状态下单位体积

2、的质量称为表观密度P=m/V。ooP 材料的表观密度，kg/m3 ； om材料的质量，kg；V材料在自然状态下的体积，m3。o所谓自然状态下的体积，是指包括材料实体积和内部孔隙的外观几 何形状的体积。测定材料自然状态下的体积，若材料外观形状规则，可直 接度量外形尺寸，按几何公式计算。若外观形状不规则，可用排液法求得， 为了防止液体由孔隙渗入材料内部而影响测值，应在材料表面涂蜡。1.2.1.3 堆积密度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。P /o二m/V，。oP 散粒材料的堆积密度，kg/m3；om散粒材料的质量，kg；V散粒材料的自然堆积体积，m3。o散粒材料堆积状态下的外观体积，既包含了颗粒自然状态下的体积，又包含了颗粒之间的空隙体积。散粒材料的堆积体积，常用其所填充 满的容器的标定容积来表示。1.2.2材料的孔隙和空隙1.2.2.1材料的孔隙孔隙从两个方面对材料产生影响：孔隙的多少孔隙的特征材料中含有孔隙的多少常用孔隙率表征。孔隙率是材料内部孔隙体积V占材料总体积V的百分率。孔隙率POp二（V-V）/V *100%.OO与孔隙率相对应的是密实度，即材料内部固体物质

3、的实体积占材料 总体积的百分率。密实度D=V/V *100% =P /P *100% =1-POo材料的孔隙特征。按孔隙尺寸的大小。分为微孔、细孔和大孔。 按孔隙之间是否相互贯通。分为孤立孔和连通孔。按孔隙与外界之间 是否连通。分为开口孔和封闭孔。1.2.2.2材料的空隙散粒材料颗粒间的空隙体积V占堆积体积的百分率。空隙率p，S=（V，-V ）/ V，*100% = （1-P，/p ） *100%O o o o o与空隙率相对应的是填充率，即颗粒的自然状态体积占堆积体积的 百分率。填充率 D，=V /V，*100% =p，/p *100% =1-p，o o o o1.3材料的力学性质1.3.1强度与比强度材料的抗拉、抗压、抗剪强度，可用下式计算：f二P/A。式中f 抗拉（或抗压或抗剪）强度，MPa；P一材料破坏时的最大荷载，N；A受力面面积，mm?。材料的抗弯强度计算。一种是试件在二支点的中间受一集中荷载作 用，公式为：f=3PL/2bh?。f式中f抗弯强度，MPa；fP试件破坏时的最大荷载，N；L二支点之间的距离，mm；b，h试件截面的宽度和高度，mm。另一种是在试件两支点的三分点处

4、作用两个相等的集中荷载，公式 为：f 二PL/bh?。f影响材料强度的因素，除了材料的组成外，材料的孔隙率增加，强 度将降低；材料的含水率增加，温度升高，一般强度也会降低；另外，试 件尺寸大的比小的强度低，加荷速度较慢或表面不平等因素均会使强度值 偏低。承重的结构材料，除了承受外荷载力，尚需承受自身重力。因此不 同强度材料的比较，可采用比强度指标。比强度是指单位体积质量的材料 强度，它等于材料的强度与其表观密度之比。它是衡量材料是否轻质、高强的指标。1.3.2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，能完全恢复原来形状 的性质，称为弹性。这种可恢复的变形称弹性变形。材料在外力作用下产生变形，若去除外力，材料仍保持变形后的形 状和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性。此种不可恢复的变形称为塑 性变形。1.3.3脆性和韧性材料在外力作用下,无明显塑性变形而突然破坏的性质，称为脆性。 材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变 形而不破坏的性质，称为韧性。14材料与水有关的性质1.4.1材料的亲水性与憎水性图中材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与

5、 材料和水接触面的夹角称为润湿边角。当0W90。时，材料能被水润 湿而表现出亲水性；当e90时，材料不能被水润湿而表现出憎水性。e 二0时，材料完全被水润湿。1.4.3材料的吸湿性和吸水性吸湿性亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质，称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示：含水率W二(m-m)/m *100%。式h s g g中 W材料含水率，%；hm材料吸湿状态下的质量，g； sm材料干燥状态下的质量，go g材料的开口微孔越多，吸湿性越强。吸水性材料在水中吸水的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率表示。 质量吸水率W = (m-m) /m *100%m b g g式中W材料的质量吸水率，%；mm 材料吸水饱和时的质量，g；bm 材料在干燥状态下的质量，gog 体积吸水率W = (m-m)/v*1/p*100%v b g ow式中 P 水在常温下的密度(P =1g/cm3)；wwv干燥材料在自然状态下的体积，cm?。o质量吸水率和体积吸水率两者存在以下关系：W=W*P 式中v m oP 材料干燥状态时的表观密度，g/cm3。o影响吸水性的因素：亲憎水性、孔隙大小、孔隙特征。开口细微连通孔越

6、多，吸水量越大。1.4.4耐水性耐水性是指材料长期在水作用下不破坏，强度也不明显下降的性 质。耐水性用软化系数表示。K=f /fR b g式中 K 材料的软化系数；Rf材料在饱和吸水状态下的抗压强度，MPa;bf材料在干燥状态下的抗压强度，MPa.g一般材料吸水后，强度均会有所降低，强度降低越多，软化系数越 小，说明材料的耐水性越差。工程中将K 0.85的材料，称为耐水材料。R长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，所用原材料必须保证K0.85,R用于受潮较轻或次要结构的材料，其值也不宜小于0.75.1.4.5抗渗性材料的抗渗性，是指其抵抗压力水渗透的性质，材料的抗渗性常用 渗透系数或抗渗等级表示。1.4.6抗冻性 抗冻性是指材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏， 强度也不显著降低的性质。材料的抗冻性常用抗冻等级F表示。1.5材料的热性质 材料的热性质主要包括热容性、导热性和热变形性。1.6材料的耐久性材料的耐久性，是指用于构筑物的材料在环境的各种因素的影响下，能长久地保持其性能的性质。影响因素有物理作用、化学作用、机械 作用、生物作用。第二章 气硬性胶凝材料建筑上用来将砂子、石

7、子、砖、石块、砌块等散粒材料或块状材料 粘结为整体的材料，称为胶凝材料。胶凝材料分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。无机胶凝材料则按硬化条件不同，分为气硬性和水硬性两种。气硬 性胶凝材料是只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度 的胶凝材料，只适用于地上或干燥环境，如石膏、石灰、水玻璃等。水硬 性胶凝材料是不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，并保持和 继续发展其强度的胶凝材料，如各种水泥。2.1 石灰2.1.1 石灰的特性可塑性和保水性好。生石灰(CaO)水化时水化热大，体积增大。 生石灰加水进行水化的过程，称为石灰的熟化或消化。生石灰熟化时放出 大量的热，且体积增大1.02.5倍。生石灰常含有过火石灰，水化极慢，当石灰变硬后才开始熟化， 产生体积膨胀，引起已变硬石灰体的隆起鼓包和开裂。为了消除过火石灰 的危害，需将石灰浆至于消化池中23 周，即所谓陈伏。陈伏期间，石灰 浆表面应保持一层水，隔绝空气，防止Ca(OH)和CO发生碳化反应。22硬化缓慢。石灰水化后的逐渐凝结硬化，主要包括两个同时进行的过程：结晶过程，碳化过程。硬化时体积收缩大。硬化后强度低。耐水性差。2.1

8、.2 石灰的应用制作石灰乳涂料。配制砂浆。石灰浆和消石灰粉可以单独或与水泥一起配制成砂 浆，前者简称石灰砂浆，后者称混合砂浆，用于墙体的砌筑和抹面。为了 克服石灰浆收缩性大的缺点，配制时常要加入纸筋等纤维质材料。拌制石灰土和石灰三合土。消石灰粉与粘土拌合，称为灰土，若 再加入砂(或碎石、炉渣等)即成三合土。灰土和三合土在夯实或压实下， 密实度大大提高，而且在潮湿的环境下，粘土的抗渗能力、抗压强度耐水 性得到改善。三合土和灰土主要用于建筑物基础、路面和地面的垫层。2.2 石膏石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。建筑石膏按强度、细度、凝结时间指标分为优等品、一等品和合格 品三个等级。由于建筑石膏粉易吸潮，会影响其以后使用时的凝结硬化性能和强 度，长期储存也会降低强度，因此建筑石膏粉贮藏运输时必须防潮，储存 时间不得过长，一般不得超过三个月。2.2.1 建筑石膏的特性(1)凝结硬化快。经过初凝、终凝，最终硬化。建筑石膏凝结硬化过 程很快，其终凝时间不超过30min,在室内自然干燥的条件下，一星期左 右完全硬化，所以根据实际需要，往往加入适量缓凝剂。硬化时体积微膨胀。石灰和水泥等胶凝

9、材料硬化时往往产生收 缩，而建筑石膏却略有膨胀（膨胀率为 0.05%0.15%），这能使石膏制品 表面光滑饱满，棱角清晰，干燥时不开裂。硬化后孔隙率较大，表观密度和强度降低。建筑石膏在使用时, 为获得良好的流动性，加入的水量往往比水化所需的水分多，石膏凝结后， 多余水分蒸发，在石膏硬化体内留下大量孔隙（孔隙率高达 50%60%）， 故表观密度小，强度低。隔热、吸声性良好。石膏硬化体孔隙率高，且均为细微的毛细孔, 故导热系数小，具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，尤其是表面微孔 使声音传导或反射的能力也显著下降，从而具有较强的吸声能力。防火性能良好。遇火时石膏硬化后主要成分里的结晶水蒸发并吸 收热量，制品表面形成蒸汽幕，能有效阻止火势蔓延。具有一定的调温调湿性。耐水性和抗冻性差。加工性能好。2.3 水玻璃 水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，以硅酸钠水玻璃最 为常用。水玻璃具有良好的粘结性能。水玻璃的模数越大，胶体组分越多， 越难溶于水，粘结能力越强。在水玻璃溶液中加入少量添加剂，如尿素 可以不改变粘度而提高粘结能力。工程中常用的水玻璃模数为2.62.8，密度为 1.31.4g/cm3。水玻璃中总固体含量增多，则冰点降低，性能变脆。冻结后的水玻 璃溶液，再加热融化，其性质不变。水玻璃具有很强的耐酸性能，

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