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土木工程材料期末复习


土木工程材料期末复习
1.土木工程材料按功能分类,可分为两大类; 结构材料--主要用作承重的材料,如梁、板、柱所用的材料 功能材料--主要利用材料的某些特殊功能,如用于防水、装饰、保温等的材料 2.(1)密度:材料在绝对密实状态下单位体积的质量 所谓绝对密实状态下的体积, 是指不包括材料内部各孔隙的固体物 质的实体积 (2)表观密度:材料在自然状态下单位体积的质量成为表观密度(原称容重) 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 何形状体积 材料的表观密度与含水状况有关。材料含水时,质量要增加,体积也会发生不同 程度的变化。因此,一般测定表观密度时,以干燥状态为准,而对含水状态下测 定的表观密度,须注明含水情况。 (3)堆积密度:散粒材料在自然对机状态下单位体积的质量,称为堆积密度 3.材料的孔隙特征 (1)按孔隙尺寸大小,可把孔隙分为微孔、细孔和大孔三种。 (2)按孔隙之间是否相互贯通,把孔隙分为互相隔开的孤立孔,或相互贯通的 连通孔。 (3)按孔隙与外界之间是否连通,把孔隙分为与外界相连通的开口孔,或不相 连通的封闭孔。 4.(1)亲水性材料:砖,木,混凝土等 (2)憎水性材料:沥青,石蜡等 5.材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率,称为平衡含水率 6.胶凝材料 (1)建筑上用来将砂子、石子、砖、石块、砌块等散粒材料或块状材料粘结为 整体的材料,统称为胶凝材料 (2)胶凝材料按其化学成分可分为有机凝胶材料和无机凝胶材料两大类 (3)有机胶凝材料是以高分子化合物为主要成分的胶凝材料,如沥青、树脂等 (4)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。 A.气硬性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期强度的胶 凝材料,如石膏,石灰,水玻璃等 B.水硬性胶凝材料是不仅能在空气中硬化,而且能更好的在水中硬化,并保持和 继续发展其强度的胶凝材料,如各种水泥 (5)气硬性胶凝材料:只适用于地上或干燥环境 水硬性胶凝材料既适用于地上,也可用于地下或水中环境 7.石灰生产 用于制备石灰的原料油石灰石,白云石,白垩,贝壳等。经煅烧后,即得到块状 的生石灰,反应式如下: 《建筑生石灰》JC/T479--92 规定,按氧化镁含量的多少,建筑石灰分为钙 质和镁质两类。 当生石灰中 MgO 含量小于或等于 5%时, 称为钙质石灰, MgO 当 含量大于 5%时,称为镁质石灰 在煅烧过程中,若温度过低或煅烧时间不足,使得 CaCO3 不能完全分解,

将生成“欠火石灰” 。如果煅烧时间过长或温度过高,将生成颜色较深,块体致 密的“过火石灰” 将煅烧成的块状生石灰经过不同的加工,还可得到石灰的另外三种产品: 生石灰粉:由块状生石灰磨细而成 消石灰粉:降生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末,主要成分为 Ca(OH)2,亦称为熟石灰 石灰膏:将块状生石灰用过量水(约为生石灰体积的 3~4 倍)消化,或将消 石灰粉和水拌合,所得达一定稠度的膏状物,主要成分为 Ca(OH)2 和水。 8.石灰的特性 (1)可塑性和保水性好 高度分散的 Ca(OH)2 胶体表面吸附较厚水膜。 (2)生石灰水化时水化热大,体积增大 为了消除过火石灰的威海,需将石灰浆置于消化池中 2~3 周,即所谓的陈伏 (3)硬化缓慢 石灰水化后的逐渐凝结硬化,主要包含下面两个同时进行的过程: 结晶过程 石灰浆体在干燥过程中,游离水分蒸发,使 Ca(OH)2 从饱和溶 液中逐渐结晶析出 碳化过程 Ca(OH)2 与空气中 CO2 和水反应, 形成不溶于水的碳酸钙晶体, 析出的水分则逐渐被蒸发,其反应式为: Ca(OH)2+CO2+nH2O→CaCO3+(n+1)H2O 由于碳化作用主要发生在与空气接触的表层, 且生成的 CaCO3 膜层较致密, 阻碍了空气中 CO2 的渗入,也阻碍了内部水分向外蒸发,因此硬化缓慢 (4)硬化时体积收缩大 游离水分蒸发所致。 除调成石灰乳做薄层粉刷外,不宜单独使用。 施工时常加入骨料或纤维材料(如麻刀、纸筋) (5)硬化后强度低 生石灰消化理论需水量 32.13%,实际消化用水量很大,多余水分在硬化后蒸发 留下大量孔隙。 1:3 石灰砂浆 28d 抗压强度只有 0.2~0.5MPa。 (6)耐水性差 大部分尚未碳化的 Ca(OH)2 易溶于水所致。 石灰不宜用于潮湿环境 (7).吸湿性强,是传统的干燥剂。 9 石灰的用途 (1)制作石灰乳涂料 (2)配置砂浆 (3)拌制石灰土和石灰三合土 (4)生产硅酸盐制品

各类石灰的用途 品种名称 生石灰 石灰膏 适用范围 配置石灰膏;磨细成生石灰粉 用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆 稀释成石灰乳(石灰水)涂料,用于内墙和平顶刷白 生石灰粉 用于调制石灰砌筑砂浆或抹面砂浆 ( 磨 细 生 石 灰 配置无熟料水泥(石灰矿渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山 粉) 灰水泥等) 制作硅酸盐制品(如灰砂砖等) 制作碳化制品(如碳化石灰空心板) 用于石灰土(灰土)和三合土 消石灰粉 制作硅酸盐制品 用于石灰土(石灰+粘土)和三合土 10.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,因此建筑石膏粉贮运时必须防潮,储存时间不得过长,一般 不得超过三个月。 11.建筑石膏与适量水反应 (1)在这个过程中,浆体中的水分因水化和蒸发而逐渐减少,浆体变稠而失去 流动性,可塑性开始下降,称为石膏的初凝 (2)随水分蒸发和水化的继续进行,微粒间摩擦力和粘结力逐渐增大,浆体完 全失去可塑性,开始产生机构强度,称为终凝 (3)初凝时间不早于 6min, 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,所以施工时根据实际需要,往往加入适量的缓凝剂 12.水泥的分类 (1)按矿物成分分:硅酸盐,铝酸盐,硫铝酸盐 (2)用途性能:通用水泥,专用水泥,特殊水泥 (3)硅酸盐系列水泥:常用水泥和特种水泥 常用水泥: 硅酸盐水泥 P·Ⅰ、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; 13.常用水泥的特性 (1)水化凝结硬化快,强度高,尤其早期强度高 若水泥中无石膏存在时,C3A 会使水泥瞬间产生凝结。为了控制 C3A 的水化和 凝结硬化速度,就必须在水泥中参入适量(3%)石膏 (2)水化热大 (3)耐腐蚀性差 A 软水的腐蚀(溶出性腐蚀) 软水:雨水、雪水、蒸馏水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水 。 水泥石中各水化物能稳定存在的极限石灰浓度:Ca(OH)2:1.3gCaO/L;水

化硅酸三钙: 1.2g CaO/L; 水化铁铝酸四钙: 1.06 gCaO/L; 水化硫铝酸钙: 0.045g CaO/L。 如果水泥石长期处于流水或压力流水作用下, Ca(OH)2 将不断流失而使水 泥石破坏。 硬水中不腐蚀: B.盐类腐蚀 硫酸盐腐蚀
硫酸盐浓度较高:结晶破坏
2 SO4 ? ? Ca(OH )2 ? CaSO4 ? ?2OH ?

钙矾石 水化铝酸 钙

镁盐腐蚀

体积增加 1.5 倍以上,膨胀破坏

Mg 2? ? Ca(OH )2 ? Ca 2? ? Mg(OH )2 ?
硫酸镁对水泥石有镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用 C 酸类腐蚀 碳酸腐蚀

Ca(OH )2 ? CO2 ? H 2O ? CaCO3 ? 2H 2O

"碳化"

CaCO3 ? CO2 ? H 2 O ? Ca(HCO3 ) 2
一般酸腐蚀 因为水泥的水化产物呈碱性。

HCl ? Ca(OH ) 2 ? CaCl2 ? H 2 O

,CaCl2

溶于水。

H 2 SO4 ? Ca(OH ) 2 ? CaSO4 ? 2H 2 O
D 强碱腐蚀

3CaO ? Al2O3 ? 6NaOH ? 3Na2O ? Al2O3 ? 3Ca(OH )2 ?
(4)抗冻性好,干缩小 (5)耐热性差

常用水泥的特性

品 种 主 要 特 性

硅酸盐水泥 凝结硬化快 早期强度高 水化热大 抗冻性好 干缩性小 耐蚀性差 耐热性差

普通水泥 凝结硬化较 快 早期强度较 高 水化热较大 抗冻性较好 干缩性较小 耐蚀性较差 耐热性较差

矿渣水泥 凝结硬化慢 早期强度低, 后期强度增长 较快 水化热较低 抗冻性差 干缩性大 耐蚀性较好 耐热性好 抗碳化能力差 泌水性大

火山灰水泥 粉煤灰水泥 凝结硬化慢 早期强度 低,后期强 度增长较快 水化热较低 抗冻性差 干缩性大 耐蚀性较好 耐热性较好 抗碳化能力 差 抗渗性较 好 凝结硬化慢 早期强度低, 后期强度增 长较快 水化热较低 抗冻性差 干缩性较小, 抗裂性较好 耐蚀性较好 耐热性较好 抗碳化能力 差 和易性较好

复合水泥 与所掺两种或 两种以上混合 材料的种类、 掺 量有关, 其特性 基本上与矿渣 水泥、 火山灰水 泥、 粉煤灰水泥 的特性相似

14.常用水泥的选用

15.强度及强度等级 (1)水泥强度是选用水泥时的主要技术指标。分别测定 3d(早强)和 28d(最 终强度) ,抗压强度和抗折强度。6 个等级(硅酸盐 42.5~62.5R、其他 5 种 32.5~52.5R) (2) 普通水泥比硅酸盐水泥多了 32.5 和 32.5R 两个等级, 同时少了 62.5 和 62.5R 两个等级 16.测定水泥凝结时间时必须采用标准稠度用水量,即水泥拌制成特定的塑性状 态(标准稠度)时所需的用水量 17.对于以上的五项水泥的主要技术质量要求(细度,凝结时间,体积安定性, 强度等级, 碱含量) 国家标准还规定, , 凡氧化镁, 三氧化硫, 安定性 (指 f--CaO) , 初凝时间中有一项不符合标准规定时,均为废品。其他要求任意一项不符合标准 时为不合格品。 18、混凝土用水基本质量要求: 不影响混凝土的凝结和硬化; 无损于混凝土强度发展及耐久性; 不加快钢筋锈蚀; 不引起预应力钢筋脆断;不污染混凝土表面 19 坍落度实验 以坍落度确定流动性,以直观经验评定粘聚性和保水性。 适用范围:骨料最大粒径≤40mm,坍落度值≥10mm 坍落度愈大,流动性愈大。大流动性:≥160mm;流动性:100~150mm;塑性: 50~90mm;低塑性:10~40mm 20.维勃稠度试验 适用干硬性混凝土(坍落度值小于 10mm) 。 混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小,可分为 4 级:超干硬性(≥31s)特干硬 性(30~21s)干硬性(20~11s)半干硬性(10~5s) 21.混凝土立方体抗压强度(P39) 标准方法制作。 试块标准尺寸。150mm×150mm×150mm。非标准尺寸要乘以换算系数。边长 100mm:0.95;边长 200mm:1.05。 标准养护条件:温度 20±2℃。相对湿度 95%。 养护 28d:是从搅拌加水开始计时。 试验方法: 《普通混凝土力学性能试验方法标准》 (GB/T 50081-2002) 采用标准试验方法是为了使试验具有可比性。 22.影响混凝土抗压强度的主要因素 (1)水泥强度等级和水灰比(最主要因素也是决定因素) 水泥强度等级越高,水灰比越小,混凝土强度也高。 鲍罗米公式 碎石:α a=0.46;α b=0.07; C f cu ? ? a f ce ( ? ? b ) 卵石:α a=0.48;α b=0.33。

W

(2)骨料的影响:品质好; 级配好; 颗粒强度; 最大粒径; 表面构造。碎 石、卵石。 (3)龄期的影响 (4)养护湿度及温度的影响 (5)外加剂与掺合料

(6)试验条件 23.影响混凝土碳化的因素 (1)水凝品种(2)水灰比,水灰比越小,碳化程度越慢(3)环境条件 24.混凝土的碱-骨料反应 骨料中活性 SiO2 与水泥中碱性氧化物(Na2O 和 K2O)在有水的条件下发生反 应,形成碱—硅酸凝胶。这种凝胶体吸水是无限膨胀的,可使混凝土胀裂。 碱-骨料反应发生的条件:碱&活性骨料&水,缺一不可。 预防措施:低碱水泥、非活性骨料、干燥。 抑制措施:掺合料、化学外加剂、引气剂、纤维。 重在预防。 25.混凝土的干缩湿胀 处于空气中的混凝土当水分散失时会引起体积收缩,称为干燥收缩,简称干缩。 但受潮后体积优惠膨胀,称为湿胀 干缩主要是水泥石产生的,因此降低水泥用量,减少水灰比时间少干缩的关键 干燥收缩不能完全恢复; 矿渣水泥的收缩大,高等级水泥收缩大,水泥用量多、水灰比高收缩大。 砂石形成骨架,可抵抗收缩。 工程设计中,采用的线收缩为(15~20)×10-5mm/mm。 塑性收缩(塑性裂缝) 26.徐变: 混凝土承受持续荷载时,随时间的延长而增加的变形 徐变的作用:削弱由温度、干缩等引起的约束变形,防止裂缝的产生 徐变的危害:预应力混凝土构件产生应力松弛 影响混凝土徐变大小的主要因素,也是水泥用量和水灰比的大小,即水泥用量越 多,水灰比越大,徐变越大 27.新拌砂浆的和易性可有流动性和保水性两个方面测定 (1)流动性:也叫稠度,用砂浆稠度测定仪测定,以沉入度(mm)表示 (2)砂浆的保水性用砂浆分层度筒测定,以分层度(mm)表示,分层度大的砂 浆保水性差,不利于施工,为使砂浆具有良好的保水性,可掺加石灰膏浆或粘土 膏浆等胶凝材料 砂浆的分层度一般以 10~20mm 为宜 28.砌筑砂浆的强度等级分为 M20,M15,M10,M7.5,M5,M2.5 六个等级 29.砌筑砂浆的配合比设计注意事项 .(1)确定试配强度 f ? f ? 0.645 ?
m, 0 2

(2)计算水泥用量: 1000 f m,0 ? ? ) ( Qc ? ? ? f ce 当计算出的水泥用量不足 200kg/m3 时,应按 200kg/m3 采用 (3)水泥混合砂浆的掺加料(石灰膏、粘土膏、电石膏)用量

QD ? QA ? QC
石灰膏稠度不是 120mm 时,应按下表进行换算

(4)砂用量和用水量的确定 砂用量取干燥状态砂的堆积密度值(kg) 。 砂浆用水量,根据砂浆稠度等要求可选用 240~310kg。 (5)配合比的试配、调整与确定 试拌确定满足和易性要求的基准配合比。 强度试验。采用 3 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 水泥用量按基准配合比分别增加及减少 10%, 测定砂浆强度。 选定符合试配强度 要求并且水泥用量最少的配合比作为砂浆配合比。 砂浆配合比以各种材料用量的比例形式表示。 30.烧结普通砖的外形为直角六面体,标准砖尺寸:240mm×115mm×53mm 烧结普通砖既有一定的强度,又有较好的隔热、隔声性能,冬季室内墙面不会出 现结露现象,而且价格低廉。 31.钢材:均匀致密、强度高、塑性韧性好、能经受冲击和振动荷载、加工性能优 良; 钢材的缺点:易腐蚀,耐火性差 32.钢的分类 (1)按化学成分分: A 碳素钢:低碳钢(含量<0.25%)中碳钢(0.25%~0.6%)高碳钢(含碳量>0.6%) B 合金钢:低合金钢(合金元素总量<5%)中合金钢(5%~10%)高(>10%) (2)按冶炼时脱氧程度分类 镇静钢(Z) :脱氧完全,冷却时基本无气泡; 沸腾钢(F) :脱氧很不完全,冷却时有大量气体; 半镇静钢(b) :脱氧不完全; 特殊镇静钢(TZ) 。 (3)按用途分类 结构钢; 工具钢; 特殊性能钢。如不锈钢、耐热钢; 专用钢:如桥梁专用钢、钢轨专用钢 33.钢材的力学性能 (1)强度 比例弹性阶段(O→p) 非比例弹性阶段(p→e) 弹塑性阶段(e→s) 塑性阶段或屈服阶段(s→s/) 应力强化阶段(s/→b) 颈缩破坏阶段(b→f) 比例极限 σ p、弹性极限σ e、 屈服强度σ s、极限强度σ b

A 当应力打到 s 点后,塑性应变急速增加,产生一个波动的小平台,这种现象称 为屈服;屈服强度(σ s)是确定容许应力的主要依据; B 钢材的疲劳强度: 无穷次(200 万次)交变荷载作用下不至断裂的最大循环应力 (2)塑性 通常用拉伸试验时的伸长率或断面收缩率来表示 (3)韧性(4)硬度 34.钢的化学成分对钢性能的影响 碳。决定钢材性能的最重要元素 有益元素:硅、锰、钛、钒; 有害元素:硫、磷、氮、氢、氧. 35.钢结构用钢材(p79) 规格,受力特点,用于哪儿些部位

36.热轧钢筋等级、性能和用途 强度 钢筋 等级 级别 代号 HB Ⅰ 235 HRB Ⅱ 335 HRB Ⅲ 400 Ⅳ HRB 500 外 形 光 圆 公称 直径 d,mm 8~20 6~25 28~50 6~25 28~50 6~25 28~50 屈服 抗拉 强度 强度 MPa MPa 235 335 400 500 370 490 570 630 伸长 率σ s,% 25 16 14 12 冷弯试验 弯心 角度 直径 180 180 90 90 d 3d 4d 4d 5d 6d 7d

钢种 低碳 钢 低碳 低合 金钢 中碳 低合 金钢

主要 用途 非预 应力 非预 应力 预应 力

月 牙 肋

37.石油沥青的技术性质(P95) 针入度、延度、软化点是评价粘稠石油沥青技术性质最常用的三大指标 (1)粘滞性(粘性) 。反映沥青软硬、稀稠的程度。是划分沥青牌号的主要指标 针入度是目前我国粘稠石油沥青的分级指标 (2)塑性(延性) 受外力作用,变形但不破坏,外力除去,变形保持。 塑性小的沥青,低温下易开裂;塑性大的沥青,不易开裂,且具有自愈性,防水 性也好。

用延度表示。 ∞字形标准试件(中间最小截面面积为 1cm2) ,用延度仪,在规定拉伸速度和规 定温度下拉断时的长度,单位:cm。 (3)温度敏感性 粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能; 用软化点来衡量。固态转变为膏体的温度 沥青软化点越高,沥青的温度稳定性越好。可加入滑石粉、石灰石粉或其它矿物 填料减少沥青的温度敏感性。 (4)大气稳定性 石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能。 老化原因:油份→树脂→地沥青质。 38.石油沥青的牌号主要根据针入度,延度和软化点等指标划分,并以针入度表 示。同一种的石油沥青材料,牌号越高,则粘性越小(即针入度越大) ,塑性越 好(延度越大) 。温度敏感性越大(软化点越低) 39.石油沥青的改性 氧化改性; 矿物填充料改性。如滑石粉、石灰石粉、石棉,提高沥青粘结力和耐热性; 聚合物改性。SBS 橡胶、APP 树脂 40.在屋面防水工程中,沥青胶标号的选择,应根据屋面的适用条件、屋面坡度 及当地历年极端最高气温,按《屋面工程技术规范》GB50207 有关规定选用。 施工时应注意同源原则, 即所选用的沥青应与被黏贴的卷材沥青种类一致。炎热 地区屋面使用的沥青胶, 可选用 10 号或 30 号的建筑石油沥青配制,地下防水工 程使用的沥青胶,可选用 60 号或 100 号沥青。若采用一种沥青不能满足所配制 沥青的软化点,可采用两种或三种沥青进行掺配。 41.沥青混合料的组成结构

悬浮-密实结构

骨架-空隙结构

密实-骨架结构

42.高温稳定性 评价方法:马歇尔试验、车辙试验。


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