土木工程材料期末复习大二上学期Word格式.docx
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ρ0＇--材料的堆积密度，g/cm3或kg/m3；
ρ0--材料的体积密度，g/cm3或kg/m3。
填充率：
散粒或粉状材料颗粒体积占其自然堆积体积的百分率用D’表示
亲水性:
水可以在材料表面展开，即材料表面可以被润湿
亲水性和憎水性：
当θ≤90°
时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种
材料称亲水性材料。
②当θ＞90°
时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。
③当θ=0°
时，表明材料完全被水润湿，称为铺展
吸水性：
材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性。
吸水性的大小用吸水率表示，吸
水率有两种表示方法。
质量吸水率：
材料吸水饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时的质量的百分率
mb--材料在吸水饱和状态下的质量，g或kg；
mg--材料在干燥状态下的质量，g或kg；
体积吸水率：
材料吸水饱和时，吸入水分的体积占干燥材料自然体积的百分率
V’g--干燥材料在自然状态下的体积，cm3或m3；
ρw--水的密度，g/cm3或kg/m3
体积吸水率和质量吸水率的关系：
吸湿性：
材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性质，吸湿性大小用含水率表示，含水率为
材
料所含水的质量占干燥质量的百分数
m1--材料在含水状态下的质量，g或kg；
m0--材料在干燥状态下的质量，g或kg；
耐水性：
材料长期在饱和水作用下而不被破坏，强度也不显著降低的性质，耐水性用软化系数表示
KR--材料的软化系数；
fb--材料在饱和吸水状态下的抗压强度，MPa；
fg--材料在干燥状态下的抗压强度，MPa；
抗渗性：
材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。
用渗透系数和抗渗等级表示。
K--渗透系数，cm/h；
A--透水面积，cm2；
W--透水量，cm3；
t--时间，h；
d--试件厚度，cm；
h--材料两侧水压差，cm。
K的意义：
抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。
抗渗等级，字母P+可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。
冻融破坏：
材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。
随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，称为冻融破坏
抗冻性:
材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的
性能。
抗冻性以试件按规定方法进行冻融循环试验，所能经受的最大冻融循环次数来表示，
或称为抗冻等级。
材料的强度：
在应力作用下抵抗破坏的能力。
比强度：
按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料的强度与其体积密度之比，即
比强度是衡量材轻质高强的一个重要指标
弹性:
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能恢复原来形状的性质
塑性：
材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，扔能保持变形后的形状和尺寸，并
不产生裂缝的性质。
脆性：
材料受力达到一定程度，突然发生破坏，无明显变形。
脆性材料抗压强度高，抗拉抗折强度低
韧性：
材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大的能量而不破坏的性能。
韧性以时间破
坏时单位面积所消耗的功表示。
硬度：
材料表面的坚硬程度，以抵抗其他硬物质刻划，压入其表面的能力。
耐磨性：
材料表面抵抗磨损的能力。
用磨耗率表示。
耐久性：
材料在使用条件下，受各种内在或外来的自然因素及有害介质的作用，能长久地
保持其使用性能的性质。
某多孔材料的密度为2.59g/cm3。
取一块称得其干燥时质量为873g，同时量得体积为480cm3。
浸水饱和后取出擦干表面水分称得质量为972g。
求其质量吸水率、闭口孔隙率及开口孔隙率。
参考答案：
密实体积：
孔隙体积：
开口孔隙体积：
闭口孔隙体积：
开口孔隙率：
闭口孔隙率：
质量为3.4kg，容积为10L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。
若向筒内注入水，待石子吸水饱和后，为注满此筒注入水4.27kg。
将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总质量为18.6kg（含筒重）。
求该石子的吸水率、表观密度、堆积密度和开口孔隙率。
石子的质量为m＝18.4-3.4＝15.0（kg）
石子的堆积体积为Voˊ＝10L，
石子所吸水的量为mw＝18.6-18.4＝0.2（kg），水的体积为0.2L
开口孔隙体积为石子吸收水的量，即Vk＝0.2L
注入筒内的水的体积为Vˊw=4.27L,
该体积等于石子间空隙的体积与石子开口孔隙之和。
Vs+Vk＝4.27L
故，石子的质量吸水率为Wm=mw/m=0.2/15×
100%=1.3%
石子的堆积密度为ρˊ=m/Voˊ=15/10=1500（kg/m3）
石子的表观密度为ρ＝m/Vo=15/（10-4.27）=2618（kg/m3）
石子的开口孔隙率为Pk＝Vk/Vo=0.2/（10-4.27+0.2）×
100%=3.4%
无机胶凝材料
胶凝材料：
经过自身一系列的物理、化学变化，能够由浆体变成固体，并在变化过程中能
把一些散粒材料或块状材料胶结成整体且具有一定强度的材料
胶凝材料分为有机和无机两大类，有机胶凝材料，无机胶凝材料。
无机胶凝材料按硬化条
件分为气硬性胶凝材料、水硬性胶凝材料两类。
气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料的区别：
气硬性胶凝材料：
只能在空气中凝结硬化，保持和继续发展其强度，在潮湿环境或水中不能硬化，干燥状态下，其硬化体才有较好的性能。
水硬性胶凝材料：
既能在空气中硬化，又能在潮湿环境或水中硬化，保持并继续发展其强度，燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能。
石灰：
石灰是以CaCO3为主要成分的岩石（如石灰石），经适当的煅烧，排除CO2后得到的成品，是以氧化钙或氢氧化钙为主要成分的气硬性胶凝材料。
石灰分类：
有块状生石灰（氧化钙）、生石灰粉（氧化钙）、消石灰粉（氢氧化钙）、石灰浆（膏）（氢氧化钙和水）
当石灰中MgO含量小于或等于5％时，称钙质石灰；
当MgO含量大于5％时，称为镁质石灰
石灰制备：
岩石破碎煅烧粉磨（消解）
当温度过低或煅烧时间过短→产生欠烧石灰（青灰色）当温度过高或煅烧时间过长→产生过火石灰（灰黑色）当温度分布不均匀→产生过火和欠火石灰
欠火石灰：
石灰原料的尺寸大或煅烧时窑中温度分布不均匀，石灰中含有未烧透的内核，颜色呈青灰色。
危害：
碳酸钙没有完全分解，降低了生石灰的产量，使用时缺乏粘结力。
过火石灰：
烧制温度过高或者时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色。
煅烧温度过高使粘土杂质融化并包裹石灰，从而延缓石灰熟化，导致已硬化的砂浆产生鼓泡、崩裂现象。
过火石灰有什么危害？
应如何消除？
1）过火石灰颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解较慢，在正火石灰水化硬化后再吸湿水化，散出热量并产生体积膨胀，影响体积稳定性，
2）可采取陈伏的手段或延长石灰陈伏期等方法。
陈伏：
消除过火石灰的危害，使未熟化的石灰充分熟化，石灰浆需在消解坑里存放两星期以上。
陈伏期间石灰浆表面应覆盖一层水，以免石灰浆硬化（碳化和结晶）
石灰熟化：
将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰（氢氧化钙），这个过程称之为石灰的“熟化”，又称“消化”。
熟化过程中的变化：
1.放出大量的热2.体积膨胀1~2.5倍3.煅烧良好的CaO与水接触时，
几秒钟内即反应完毕。
石灰熟化特点：
1、水化热高2、需水量大3、体积膨胀、
石灰浆体在空气中逐渐硬化，包括两个同时进行的过程：
干燥结晶、碳化，后者过程缓慢。
干燥结晶：
石灰浆在干燥过程中，游离水蒸发，导致毛细管紧缩，使氢氧化钙颗粒相互靠拢、搭接，同时氢氧化钙从饱和溶液中结晶析出。
碳化：
氢氧化钙与潮湿空气中的二氧化碳和水反应，生成不溶于水的碳酸钙晶体。
碳化作用实际上是二氧化碳先与水形成碳酸，再与氢氧化钙反应生成碳酸钙，碳化作用不能在没有水分的全干状态下进行。
干燥结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。
碳化过程长时间限于表面，而结晶过程主要在内部发生。
空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就形成外壳，阻止了CO2的渗入，同时又使内部的水分无法析出，影响硬化过程的进行。
石灰硬化过程中为什么容易开裂？
如何避免？
1）石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容易导致干缩开裂。
2）在使用时，应避免单独使用，如可掺加一些砂子。
为什么说石灰是一种气硬性胶凝材料？
石灰浆干燥硬化产生的强度不高，遇水即消失；
结晶硬化形成的结晶结构网的接触点溶解度较高，遇水引起强度下降；
碳化硬化速度很慢，在石灰硬化体中大部分是尚未碳化的氢氧化钙，微溶于水。
因此，石灰耐水性极差，不宜用于潮湿环境或易受水浸泡的部位。
活性CaO和MgO是石灰产生粘性的有效成分，它们的含量是评价石灰质量的主要指标，其含量愈多，活性愈高，质量也愈好。
CO2含量越高，即表示未分解完全的碳酸盐越高，则（CaO+MgO）含量相对降低，导致石灰的胶结性能下降。
所以CO2含量愈多，石灰质量愈差，须加以限制。
产浆量：
单位质量（1kg）的生石灰经消化后，所产石灰浆体的体积（L）。
石灰产浆量愈高，则表示其质量越好。
游离水含量：
指化学结合水以外的含水量。
生石灰消化过程加入的水比理论需水量多很多，多加的水残留于氢氧化钙中，水分蒸发后，留下孔隙会加剧消石灰粉碳化作用，间接影响其使用质量。
石灰的性质：
可塑性好，保水性好。
硬化慢，强度低，体积收缩大，耐水性差，吸湿性强，
不易贮存。
石灰不宜在潮湿的环境下使用，也不宜单独用于重要建筑物基础。
石灰的储存和运输：
1、生石灰的贮存，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。
最好运到工
地后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。
2、由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而
且体积膨胀，所以，贮存和运输生石灰时，要防止受潮，采取防水措施，同时避免与易燃
易爆物品混装。
3、Ca（OH）2对皮肤具有腐蚀性，在石灰消化过程要注意安全。
石膏：
以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。
石膏与石灰、水泥并称三大胶凝材料。
生产石膏胶凝材料的原料主要有：
1）天然二水石膏（生石膏）CaSO4·
2H2O又称生石膏、
软石膏。
它是生产石膏胶凝材料的最主要原料2）天然无水石膏（硬石膏）CaSO4又称硬
石膏，一般作为生产水泥的原料。
3）化工石膏：
磷石膏、脱硫石膏及氟石膏等
生产工艺：
原料（破碎）加热脱水磨细
生产（脱水）的工艺：
非密闭煅烧（干燥环境下）：
密闭压蒸（加压水蒸气下）：
凝结:
浆体中水分逐渐减少，粒子总表面积增加，可塑性减少，浆体逐渐变稠的过程。
硬化：
浆体继续变稠，逐渐凝聚成晶体，晶体逐渐长大，浆体逐渐产生强度，并不断增长，
直到完全干燥，摩擦力和粘结力不再增加，强度不再发展的过程。
浆体的塑性开始下降，这一现象称为石膏的初凝，从加水到初凝的这段时间称为初凝时间浆体完全失去可塑性，并产生强度这种现象为石膏的终凝，从加水至终凝的这段时间成为终凝时间。
半水石膏在空气中吸收空气中的水分子也会水化生成二水石膏晶体,综上，石膏胶凝材料的运输和存储，必须防潮、防水，以免失效
建筑石膏以
为主要成分。
建筑石膏的特性：
凝结硬化速度快，凝结硬化时具有微膨胀性，硬化后孔隙率高，重量轻，强度低，良好的隔热和吸音和“呼吸”功能（调湿调温作用），有良好的装饰性和可加工性，防火性好，耐水性差、抗冻性差。
硬化后石膏孔隙率较大在应用上有哪些优缺点？
答：
优点—保温隔热性、吸声隔声性好；
质轻，可作为墙板、天花板、墙面粉刷材料等。
缺点—强度低、吸水率较大、耐水性差。
不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。
石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？
石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。
加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。
此外，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。
因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。
为何建筑石膏制品适于室内而不适于室外使用？
适用于室内装修：
（1）
建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，其制品的表面较为光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性；
（2）
硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，其保温性、吸声性好；
（3）硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后脱出结晶水，能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性；
（4）建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，可调节室内的温度和湿度。
不适用于室外装修：
在室外使用建筑石膏制品时，必然受到雨水冰冻等作用，而建筑石膏制品的吸水率高，耐水性差，抗渗性差、抗冻性差，因此不适用于室外使用。
为什么说石膏是有发展前途的建材？
石膏的主要优点是原料丰富、生产能耗低、不污染环境等，作为一种绿色建材已大量用于室内的空间分隔和装饰；
建筑石膏硬化时体积略有膨胀，这一性能使得石膏制品表明光滑细腻线条清晰，具有很好的装饰艺术效果；
建筑石膏还具有隔热、保温、不燃、
硅酸盐水泥：
凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，即称为硅酸盐水泥。
制备原料：
石灰质原料，粘土质原料，校正原料。
（石膏，水泥混合材料）
石膏的作用：
调节水的凝结时间，是缓凝剂，适量的石膏可以延缓水的凝结时间，也可以提高水泥的强度。
水泥混合材料：
为改善水泥强性能，调节水泥强度等级，提高水泥产量而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。
水泥混合材料根据来源分为：
天然混合材料，人工混合材料。
根据水化中的作用分为：
活性混合材料，非活性混合材料，窑灰。
活性混合材料：
矿物质材料，经粉磨加工后，本身不硬化或者硬化很慢，但与其他胶凝材料搅成胶泥状态后，不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化，并且有一定的强度。
火山灰性：
材料磨成粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和水能形成具有水硬性的化合物的性能。
活性混合材料的工作特性：
与水调和后，本身不会发生硬化或硬化极为缓慢，强度低，在氧化钙溶液中，就会发出显著的水化，而且在饱和的氢氧化钙溶液中水化更快。
常见的活性混合材料：
粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料，粉煤灰。
活性混合材料的作用：
提高水泥产量，降低生产成本，改善水泥的性质，调整强度等级，降低水化热，减少碱骨料反应，扩大应用范围，充分利用工业废渣保护环境。
通用硅酸盐水泥的生产工艺流程：
两磨一烧
硅酸盐水泥熟料：
氧化钙（C），二氧化硅（S），氧化铝（A），氧化铁（F）。
敬煅烧未被化合的氧化钙称为：
游离氧化钙，在水泥中单独存在的游离氧化钙，其水化反应不能在水泥硬化过程中完成，而是在水泥硬化后才能与水化合成氢氧化钙，并在水化过程中发生体积膨胀，降低混凝土的内应力甚至破坏混凝土的结构。
其含量多少是影响水泥安定性的因素之一，国家标准规定水泥熟料中氧化钙含量不得超过1.5%，否则影响水泥的体积安定性。
熟料的矿物组成：
硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，铁铝酸四钙。
矿物名称
硅酸三钙
硅酸二钙
铝酸三钙
铁铝酸四钙
与水反应速度
快
慢
最快
次快
水化放热量
大
小
最大
中
强度
高
早期低
后期高
低
硅酸盐水泥熟料矿物各具特性。
C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度；
C3S的水化热较大。
C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星期的发挥程度；
且水化反应慢，放热少。
C3A硬化速度最快，但强度低；
C3A的水化反应最快，放热量也最大。
C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；
其水化反应放热量属中等。
硅酸盐水泥熟料水化反应的主要产物为：
水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体
水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移可塑性下降，此过程即为“凝结
随着浆体可塑性的降低，强度逐渐增长，而逐渐形成坚硬的固体，这个过程即为“硬化”
水泥石：
硬化后的水泥浆体由凝胶体，晶体，未水化的水泥颗粒内核，毛细孔及孔隙中的水与空气组成，是固液气三相多孔体系，具有一定的机械强度和孔隙率，外观和性能和天然石材相似。
水泥石结构：
未水化的水泥颗粒，水化产物（凝胶体），孔隙。
正确使用水泥并在生产中采取有效措施调节水泥性能，影响水泥硬化的因素：
1.养护时间：
水泥水化程度增大，强度增大2.温度和湿度：
在适当温度、相对湿度较高条件下，水泥的水化、凝结硬化速度较快。
3.石膏：
避免水泥浆体的“急凝现象”调节水泥的凝结时间4。
细度：
细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。
5.用水量：
水灰比越大，凝结硬化越慢，强度低。
6.矿物组成：
硅酸三钙，铝酸三钙含量多，凝结硬化快。
水泥的生产制备过程中为什么掺加石膏？
C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆急凝；
石膏与C3A的水化物反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，减缓C3A的水化反应速度，延缓了水泥浆的凝结速度
为什么水泥硬化后能产生强度？
在水泥浆体硬化过程中，随着水泥中矿物成分的水化，水化硅酸钙胶体的颗粒不断增多，形成致密的空间网状结构，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。
水泥浆体强度的增长规律是什么？
水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，一般早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时间内增长。
为什么强度发展与环境温、湿度有关？
水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；
适当提高温度可以加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。
为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？
水泥受潮，其表面水化结块，丧失凝胶能力，会导致其在使用过程中强度大幅降低。
水泥的凝结硬化速度越快越好吗？
水化越快，放热速率越快，升温并产生体积膨胀，导致凝结硬化后形成的体积较疏松，在随后的降温期间，受干燥环境作用收缩变形时产生大量的微裂缝，致使强度与耐久性受到严重的影响
水泥适宜在什么养护条件下凝结硬化？
水泥宜在常温状态（20C）与相对湿度较高的条件下凝结硬化。
即水泥水化速度适宜的温度，水化所需水分供应充足的条件。
水泥的物理指标：
细度，凝结时间，体积安定性强度，强度，标准稠度用水量，水化热
指水泥粉体的粗细程度。
测量方法：
筛析法：
以80m方孔筛的筛余量表示，比表面积法：
以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。
国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg，其他水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。
细度不符合要求的水泥为不合格品！
为什么需要规定水泥的细度？
水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；
虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度越高，但是水化放热速度也快，水泥干缩也越大，对水泥石性能越不利；
水泥越细，生产能耗越高，成本增加；
水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。
初凝时间：
水泥加水拌和时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间
终凝时间：
水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。
国家标准规定：
硅酸盐水泥初凝不得早于45min（300min），终凝不得迟于6.5h（900min）
凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；
终凝时间不符合规定的水泥为不合格品，为什么？
水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作以及获得良好的混凝土硬化质量；
初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、强度、耐久性差，不具备实际的工程价值，即废品；
终凝时间太长，强度增长缓慢，影响施工进度，即不合格品。
体积安定性：
水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性
硅酸盐水泥的安定性采用沸煮法检验且必须合格。
体积安定性不良的水泥为废品！
水泥体积安定性不良的原因：
水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。
1.因为水泥熟料中的游离CaO、MgO基本都是过烧的产物，水化速度很慢。
在已硬化的水泥石中继续与水反应，其体积膨胀，造成水泥石开裂或弯曲。
2.石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会继续有产物生成，体积增大1.5倍，引起水泥石开裂。
检测方法：
饼法：
观察水泥净浆试饼在沸煮后的外形变化。
雷氏法：
测量雷氏夹中水泥净浆沸煮后的膨胀值。
雷氏法为标准法，饼法是代用法，有争议时以雷氏法为准
强度：
水泥胶砂试件单位面积上所能承受的破坏荷载的能力
国家标准测定其达到规定龄期3d、28d的抗折强度和抗压强度，为水泥的胶砂强度，用规定龄期的抗压强度，抗折强度值来划分强度等级。
为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？
1、水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；
2、由于水泥强度检验的目的，是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，将这些
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