土木工程材料word版文档格式.docx
《土木工程材料word版文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程材料word版文档格式.docx（74页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3.表观密度
材料在自然状态下单位体积的质量。
用ρ0表示
（2）表观体积：
VA+VB+VC≠0用V0表示。
V0=V+VA+VB+VC
规则几何外形：
a×
b×
cρ0＝m/V0
不规则几何外形：
蜡封排水法：
V0＝V排－（m蜡/ρ蜡）
4.堆积密度
材料在堆积状态下单位体积的质量。
用ρ0’表示
（2）堆积体积：
V空隙≠0用V0’表示。
V0’=V0+V空隙
（3）测试:
（二）材料的密实度与孔隙率
1.密实度
材料体积（自然状态）内固体物质的充实程度。
用D表示。
（2）计算公式：
D＝V/V0＝ρ0/ρ
2.孔隙率
材料内部孔隙体积占材料自然状态下体积的百分率。
用P表示。
P＝V孔/V0=（V0－V）/V0＝1－V/V0＝1－D
（三）材料的填充率与空隙率
1.填充率
散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占堆积体积的百分率。
用D′表示。
D′＝V0/V0′＝ρ0′/ρ0
2.空隙率
散粒材料在堆积状态下固体物质间空隙体积占占堆积体积的百分率。
用P′表示。
（2）计算公式：
P′＝1－D′
材料吸水后，其所有的性能都发生一定程度的改变，但均不利于材料性能的发挥：
1.强度下降；
2.耐久性下降；
3.保温性能下降；
4.吸声隔音性能下降；
5.导热性提高。
1.亲水性
当材料与水接触时，如果水可以在材料表面铺展开，即可以被水润湿。
（2）表示方法：
用润湿角θ表示。
θ≤90°
θ＝0°
完全被润湿
（一）亲水性与憎水性
2.憎水性
材料与水接触时，如果水不能在材料表面铺展开，即可以不被水润湿。
90°
＜θ≤180°
θ＝180°
完全憎水
1.吸湿性
材料在空气中吸收水分的能力。
用含水率表示。
（二）吸湿性与吸水性
2.吸水性
当材料与水接触时，吸收水分的能力。
用吸水率表示。
分为质量吸水率和体积吸水率。
（3）饱水系数：
用Kw表示。
Kw≤0.91抗冻性良好
材料长期在水中吸收水分的能力。
2.表示方法：
用软化系数表示。
（三）耐水性
3.耐水性标准：
K软≥0.85耐水材料
K软≥0.75一般耐水材料
K软＜0.75不耐水材料
材料抵抗压力水而不被渗透的能力。
用抗渗系数表示。
（四）抗渗性
3.混凝土、水泥砂浆抗渗性指标：
抗渗等级,用表示。
GB划分为P2、P4、P6、P8、P10、P12六个等级
P8指混凝土承受0.8MPa水压而不渗漏。
4.抗渗系数和抗渗等级与抗渗性的关系：
K值越大，抗渗能力越差；
P值越大，抗渗能力越好。
材料在吸水饱和状态下，经过多次冻融循环而不破坏，强度也不明显降低的性质。
用抗冻等级Fn表示。
经过多次冻融循环，强度损失≤25％，质量损失≤5％。
如：
混凝土：
F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300、F350
（五）抗冻性
3.作用机理：
水→冰：
体积膨胀9％→对孔壁产生100MPa水压→孔壁裂纹→强度下降，质量损失。
冰→水：
温度内低外高→温差＞25℃→温度应力，当超过孔壁承受的应力→产生裂缝。
材料由于温差而产生热量的传递的性能。
用导热系数表示。
（一）导热性
3.λ≤0.175W/m2．K保温材料
4.影响因素：
（1）孔隙率P及孔隙构造：
P越大，λ越小；
封闭孔越多，λ越小。
（2）受潮结冻有关：
λ空气λ水λ冰
0.0230.5682.33
单位差所吸收或放出的热量。
用q表示。
q越大，保温越好。
（二）热容量
3.理想的保温材料：
λ小；
q越大
1－2材料的力学性质
力学性质：
材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力。
理论强度：
材料在理想状态（无任何缺陷）下所能承受的最大破坏荷载。
（钢材30000MPa）
实际强度：
材料在自然状态下所能承受的最大破坏荷载。
（钢材300MPa）
1.抗压强度：
2.抗拉强度：
3.抗剪强度：
一、材料的强度
4.抗折（弯）强度：
注意：
不能用低强材料代替高强材料；
不能用高强材料代替低强材料；
物尽其用，
避免强度浪费。
5.比强度：
衡量材料轻质高强的唯一指标。
1.弹性变形：
材料在外力作用下发生变形，当外力撤销后，变形能完全恢复。
又称为瞬时变形。
2.塑性变形：
材料在外力作用下发生变形，当外力撤销后，只能恢复一部分变形。
不能恢复的变形又称为永久变形。
3.弹塑性变形：
弹性变形＋塑性变形
二、材料的弹性和塑性
三、材料的硬度
1－3材料的其他性质
一、耐久性
二、材料的装饰性
三、材料的防火性与耐火性
四、材料的放射性
五、室内环境的污染
（一）概念：
材料在长期使用过程中能抵抗其自身因素及周围介质（环境因素）的侵蚀而不破坏，仍能保持其强度和外观完整性。
包括：
抗渗性、抗冻性、老化、风化、腐蚀等
（二）各种介质作用
1.物理作用：
干湿变化、温度变化、冻融变化；
2.化学作用：
酸、碱、盐；
3.生物作用：
昆虫、细菌等；
4.机械作用：
荷载、磨损、冲击、振动等。
（三）提高耐久性的措施
1.合理选择原材料
2.提高材料的密实度
3.加保护层
4.净化环境
（一）色彩
1.暖色调：
红色系列，黄色系列，橙色系列
2.冷色调：
黑色系列，蓝色系列，绿色系列
3.色彩协调：
与建筑物功能、环境、个人爱好等有关。
（二）线型：
与制品的形状、尺寸相关，包括线条的粗细、明暗，图饰等。
（三）质感：
装饰的整体效果。
1.光泽：
镜面、细面、粗面
2.透明性：
透明、半透明、不透明
3.表面组织：
密实与疏松、细致与粗燥、平整与凹凸
（一）防火性
1.定义：
材料在使用状态下抵抗火灾作用的性能。
2.分类：
（二）耐火性：
耐火极限
防火材料
防火等级
非燃材料
A
难燃材料
B1
可燃材料
B2
易燃材料
B3
防火材料不一定是耐火材料，但耐火材料一定是防火材料。
（一）来源：
天然石材、陶瓷、氡气、放射物等
（二）分类：
GB：
外照射指标Ιγ、内照射指标ΙRa
外照射指标
等级
适用范围
Ιγ≤1.3
A类
Ⅰ、Ⅱ类建筑室内外
1.3≤Ιγ≤1.9
B类
Ⅰ类建筑室外、Ⅱ类建筑室内外
1.9≤Ιγ≤2.8
C类
Ⅰ、Ⅱ类建筑室外
＞2.8
超C类
不能用于建筑材料
Ⅰ类建筑：
住宅，老人、儿童、病人、残疾人生活、工作、居住的场所。
（一）甲醛
1.来源：
人造板材（木芯板、多夹板、饰面板、复合地板、泡花板等）、胶粘剂。
2.判定标准：
（1）穿孔法：
（2）气候箱法：
（二）苯：
油漆、胶粘剂等
（三）氨：
尿素类防冻剂。
E1类≤0.12mg/m3
Ⅰ类建筑≤0.08mg/m3
E1≤9mg/100g；
E2≤9～30mg/100g；
第二章气硬性无机胶凝材料
1.胶凝材料：
材料在一定条件下，经过一系列的物理、化学变化，能够将散粒材料或块状材料粘结成一个有强度的整体。
2.分类：
有机胶凝材料和无机胶凝材料
3.无机胶凝材料：
（1）气硬性无机胶凝材料：
能在空气中硬化，并保持和发展其强度，在水中不能硬化，也不具有强度的胶凝材料。
石灰、石膏
（2）水硬性无机胶凝材料：
既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并保持和发展其强度的胶凝材料。
水泥
2－1石灰
一、石灰的生产
二、石灰的水化和硬化
三、石灰的技术性质
2－2石膏
一、石膏的生产
二、石膏的水化和硬化
三、石膏的特点
1.欠火灰：
石灰石块度过大，距离火源远，煅烧时间不够，窑温不够。
2.正火灰
3.过火灰：
石灰石块度过小，距离火源近，煅烧时间过长，窑温过高。
（1）特点：
水化缓慢，一般在正火灰形成硬化结构体后才开始进行，水化产生体积膨胀，从而破坏已形成的结构体。
（2）措施：
提前洗灰，陈伏2周以上。
1.放出大量的热；
2.实际需水量大，为70～100％；
（理论需水量的30％）
3.体积膨胀大。
（一）石灰的水化
（二）石灰的硬化
1.干燥硬化：
f－H2O挥发
2.结晶硬化：
Ca（OH）2的结晶
3.碳化硬化：
慢
硬化时体积收缩大
碳化硬化缓慢的原因
1.空气中CO2浓度低，影响反应速度
2.碳化硬化由表及里，表面形成致密的CaCO3层，阻碍CO2的向里渗透，阻碍了CaCO3的生成。
1.可塑性好
生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1μ）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。
因此用石灰调成的石灰砂浆其突出的优点是具有良好可塑性。
在水泥砂浆中掺入石灰浆，可使可塑性显著提高。
2.硬化慢、强度低
从石灰浆体的硬化过程可以看出，由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。
而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。
3.硬化时体积收缩大
石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。
常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。
4.耐水性差，不易贮存
块状类石灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。
所以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。
最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。
由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。
（一）石膏的水化
（二）石膏的硬化：
结晶硬化
1.凝结硬化快：
2.实际需水量较大，为60～80％；
（理论需水量的18.6％）
3.体积微膨胀
快速石膏≤5min，
中速石膏5～10min，
慢速石膏≥10min
1.孔隙率大，密度小，导热性低；
2.凝结硬化快；
3.吸水吸湿性强；
4.耐水抗冻性差；
5.防火性好
6.着色性强；
7.体积微膨胀。
第三章硅酸盐水泥（cement）
1.发展：
1824年，JosephAspdin，英国人，利用石灰石和粘土烧制而成。
硬化后呈浅黄色，与英国波特兰的小镇一种岩石的性状相近。
命名为波特兰水泥。
2.我国水泥发展1889年唐山细棉土厂
1903年改名“启新洋灰公司”马牌洋灰
1908年19.5万吨/年
1949年314.6万吨/年
1978年4000万吨/年
1990年1.8亿吨/年
1994年4亿吨/年世界第一
2000年5.96亿吨/年15亿吨
2004年9.34亿吨/年32亿吨
2006年12.4亿吨/年
2007年13.8亿吨/年
1亿吨水泥
1亿吨CO2
60万吨SO2
20万吨NOx
80万吨粉尘
1亿吨石灰石
1800万吨粘土
300万吨标媒
3.分类
（1）按性质用途分：
（2）按水泥组分分：
（3）通用水泥：
通用水泥
专用水泥
特种水泥
硅酸盐水泥
铝酸盐水泥
硫铝酸盐水泥
铁铝酸盐水泥
硅酸盐水泥
普通硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
火山灰质硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水
复合硅酸盐水泥
3－1硅酸盐水泥
一、水泥的生产及矿物组成
二、水泥的凝结与硬化
三、水泥的技术性质
四、水泥的腐蚀
五、水泥的保管与应用
（一）水泥的生产
石灰石
粘土
铁矿石
按比例混合磨细
生料
1450℃煅烧
硅酸盐水泥熟料
0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣
适量的石膏
混合磨细
凡由硅酸盐水泥熟料、０～５％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。
不掺混合材的称I型硅酸盐水泥，其代号为P.I；
在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称II型硅酸盐水泥，其代号为Ｐ．II。
3.水泥窑
（1）立窑
缺点：
质量不稳定，立窑水泥又称“小水泥”,不能连续生产。
优点：
占地少，投资小，资金回收快。
（2）旋窑（回转窑）
质量稳定，国家免检；
能连续生产。
占地大，投资大，资金回收慢。
（二）矿物组成及单矿物水化特性
1.矿物组成
2.单矿物水化特性
矿物名称
代号
含量
硅酸三钙
C3S（3CaO·
SiO2）
37～60％
硅酸二钙
C2S（2CaO·
15～37％
铝酸三钙
C3A（3CaO·
Al2O3）
7～15％
铁铝酸四钙
C4AF（4CaO·
Al2O3·
Fe2O3）
10～18％
名称
C3S
C2S
C3A
C4AF
凝结硬化速度
快
最快
28天水化热
多
少
最多
中
强度
早期高后期高
早期低后期高
低
（1）早强水泥：
C3S
（2）低热水泥：
C2S
（3）速凝水泥：
C3A、
（一）定义
1.凝结：
水泥加水后最初成为可塑性浆体，逐渐变稠失去塑性，并开始产生强度的过程。
2.硬化：
凝结后产生明显强度，并变成坚硬的人造石。
（二）水泥水化
C3S+H2O——C-S-H＋3CH
C2S+H2O——C-S-H＋CH
C3A+H2O——C3AH6
C4AF+H2O——C3AH6＋C-F-H
C3AH6+CaSO4——AFt
水化硅酸钙，凝胶体
氢氧化钙，晶体
水化铝酸钙，晶体
水化铁酸钙，凝胶体
钙矾石，晶体
（三）硬化
（四）水泥石的结构
水泥石
实体
孔隙
水化产物：
C-S-H、CH、C3AH6、C-F-H、AFt等
未水化的水泥颗粒
气泡
毛细孔
凝胶孔
（五）影响水泥水化硬化的因素
1．矿物组成：
C3S↑—f↑,C3A↑—硬化速度↑
2．细度：
细度↑——比表面积↑——硬化↑——f↑
3．温、湿度：
（1）温度t（℃）适宜t（℃）：
15～20℃
t↑——反应↑——f早↑、f后↑，但温度过高混凝土失水过快易产生干缩裂缝等缺陷
t≤0℃——硬化停止——冬季不宜施工，否则要保温，或掺混凝土防冻剂
（2）湿度：
适宜湿度：
≥90%（相对空气湿度）
湿度↑——早期水化、硬化好——f早↑——f后影响小，
如果不能及时养护会出现“烧水泥”现象
4．养护龄期：
龄期↑——f↑
5．水灰比W/C：
W/C↑↑——毛细孔↑，水泥浆变稀，颗粒间距↑——相互作用力↓——硬化↓——f↓
W/C↓↓——又不足以水化，故以适宜为佳
理论需水量W/C=0.227，实际为0.45左右
6．石膏掺量：
适量（3～5％）
＜3％，速凝；
＞5％，假凝。
表面看水泥失去塑性而凝结，实际为石膏的凝结。
（一）密度
1．密度
ρ：
3.05～3.2g/cm3
2.堆积密度ρ0’
松散状态下的堆积密度ρ0L’=1000~1500kg/m3
紧密状态下的堆积密度ρ0t’=1600kg/m3
（二）细度
指水泥颗粒平均粗细程度。
是影响水泥性能的重要指标。
2.评定标准：
国际规定：
水泥细度为0.080mm的方孔筛，筛余不得超过10%，即筛余量≯10%。
Why？
细度↑——A比↑——水化↑——f早↑
过细：
硬化收缩↑——易受潮降低活性——能量↑——成本↑
过粗，则不利于水泥活性的发挥。
一般认为：
水泥颗粒<
40μm时，才具有较高的活性。
3.试验方法：
国标中规定水泥的细度用筛析法检验。
（负压筛析仪）
取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，称取水泥m=50g→细度筛→称取筛余物—→计
算筛余量Mi
（三）标准稠度及其用水量
1.定义
（1）标准稠度：
水泥加水后达到规定的水泥净浆时所需稠度。
为什么测标稠？
加水的多少直接影响水泥凝结时间与安定性的测量结果，这样对于加多少水就要有所规定。
（2）标准稠度用水量；
达到标稠所需的加水量。
用P（%）=W/C表示，一般在23～31%之间。
用标准稠度测定仪测定
（1）固定水量法
取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500gW=142.5ml→水泥净浆→标准稠度测定仪→锥体下沉深度S（mm）→代入公式
P=33.4－0.185S（%）（S>
13mm）
例：
S=38mm
P＝33.4－0.185×
38＝26.4
W/C＝P%＝26.4％
标稠用水量＝26.4％×
500=132ml≠142.5ml
（2）调整水量法
取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500gW=？
→水泥净浆→标准稠度测定仪→测定锥体下沉深度S＝28±
2mm—→W
S
＜26，加水重做，W＞W1
26～30，W＝W1
＞30，减水重做，W＜W1
（四）凝结时间
初凝时间：
自加水时起，至水泥浆开始失去可塑性的时间。
终凝时间：
自加水时起，至完全失塑的时间。
2.试验：
仪器凝结时间测定仪。
取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500gW=W标→水泥净浆→凝结时间测定仪
此时试针沉入净浆中距底板4±
1mm
此时试针沉入净浆中的深度≤0.5mm
3.注意：
（1）圆模内壁刷机油处理
（2）每次测定不得让试针落入原针孔内；
（3）每次测定完毕，须将园模放回养护箱内，并将试针擦净，测定过程中，园模不宜受振动。
3.影响因素：
（1）C3A↑，石膏（%）↓——凝结快
（2）细度↑——水化↑——凝结快，颗粒过粗——凝结慢
（3）W/C↓及t（℃）↑——凝结快
（4）掺混合材料（%）↑——凝结慢
（五）体积安定性
指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。
如果在水泥已经硬化后，产生不均匀的体积变化，就会使构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。
2.体积安定性不良的原因：
（1）熟料中，含有过量的f－CaO。
为过烧的过火灰，上面包釉质，其水化↓↓，在水泥硬化后才开始水化——体积膨胀。
（2）熟料中，含有过量的f－MgO。
（3）水泥中，石膏掺量过多（SO3过多），在水泥硬化后，还地继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙（AFt），体积约增大1.5倍—→水泥石开裂。
3.评定方法：
沸煮法
（1）饼法：
取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500gW=W标→水泥净浆→中间厚四周薄；
表面光滑，试饼Ф80×
20mm，标准养护24h→沸煮箱煮沸3小时—→观察试饼是否有裂纹、弯曲.有——不合格无——合格
（2）雷氏夹法：
使用雷氏夹测定仪，它能精确测定体积膨胀值。
取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500gW=W标→净浆→成型2个雷氏夹→标养24h→
测定雷氏夹针尖距离A1、A2→煮沸3小时→测定针距C1、C2→代入公式。
4.注意：
（1）安定性不合格水泥为废品；
（2）两方法出现矛盾时，以雷氏夹法为准；
（3）沸煮法只能检测f－CaO的危害。
f－MgO：
采用蒸压体现出膨胀。
GBf－MgO≤5％
石膏：
采用长期浸水才能体现出膨胀。
GBSO3≤3.5％
（六）水化热
1.水化热：
指水泥和水之间发生化学反应时放出的热量。
放热反应主要发生在早期：
Q1天=50%Q总，Q7天=70%Q总。
2.影响因素水泥水化时热量Q和速度V，主要决定于水泥的矿物组成和细度，且水化热量越大，Q↑，V↑，C3A>
C3S>
C4AF>
3.水化热利弊：
（1）有利于冬季施工，因为能加快水化硬化速度。
（2）不利于大体积砼工程，因为内部热量不易散发，内外温度差→温度应力—→裂缝
50年代初苏联学者伊万诺夫，用活性最佳的水泥制成边长为2米的大水泥块，48h后，其中温度达到100℃，致使
升级会员 