整理《土木工程材料》课程复习全重点解释计算.docx
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整理《土木工程材料》课程复习全重点解释计算
《土木工程材料》课程复习全重点解释计算
1.材料的基本性质
1.材料的密度、表观密度、堆积密度、密实度与孔隙率、填充率与空隙率的概念
2.材料的孔隙率对材料的性质有何影响？
3.材料的吸水性与吸湿性的概念及计算？
质量吸水率？
体积吸水率？
4.什么叫耐水性？
如何表示？
5.什么叫抗冻性？
6.什么叫弹性与塑性？
7.什么叫脆性与韧性？
8. 抗渗性？
如何表示？
V实体积 Vo表观体积 Vo'堆积体积
密度：
是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
（ρ=M/V）
表观密度：
是指材料在自然状态下单位体积的质量。
（ρo=M/Vo）
堆积密度：
是指（粉状或粒状）材料在堆积状态下单位体积的质量。
（ρo'=M/Vo'）
大小关系：
实际密度>表观密度>堆积密度
密实度：
是指材料的固体物质部分体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所充实的程度。
（体积比D=V/Vo*100%）
孔隙率：
指材料中的孔隙体积占材料（自然状态下）总体积的百分率。
（体积比Po=（Vo-V）/Vo*100%=1-D）
填充率：
是指散粒材料在其堆积体积中，被其颗粒填充的程度。
（体积比D'=Vo/Vo'*100%）
空隙率：
指散粒状材料堆积体积（V）中，颗粒间空隙体积所占的百分率。
（体积比Po'=（Vo'-Vo）/Vo'*100%=1-D’）
P+D=1
当材料的孔隙率增大时，材料的密度不变，表观密度、密实度、导热性（导热系数）、强度、抗渗性（抗渗系数）、抗冻性、耐腐蚀性下降，保温性、吸水性（吸水率）、吸湿性（含水率）上升，若孔隙粗大或贯通，则导热系数上升。
吸水性：
指材料在水中吸水的性质。
材料的吸水性用吸水率表示。
质量吸水率：
是指材料吸水饱和时，其内部吸收水分的质量占干材料质量的百分率。
Wm=（Mb-Mg）/Mg*100% b指饱和
体积吸水率：
是指材料吸水饱和时，其内部吸收水分的体积占干材料自然体积的百分率。
Wv=[（Mb-Mg）/ρw]/Vo*100%
Wv=Wm*ρo（干表观密度ρo的单位是g/cm3）
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。
Wh=（Ms-Mg）/Mg*100%
耐水性：
材料的耐水性，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。
（Kr=Fb/Fg）Kr>0.85耐水 <0.8抗冻
抗冻性：
材料在饱水状态下经受多次冻融循环作用而不破坏，同时强度也不严重降低的性质；抗冻性用抗冻等级表示，抗冻等级（记为Fn）是以规定的吸水饱和试件，在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数n即为抗冻等级。
弹性：
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。
塑性：
材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，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。
脆性：
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。
韧性：
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。
抗渗性：
材料的抗渗性，是指其抵抗压力水渗透的性质。
材料抗渗性常用渗透系数或抗渗等级表示。
渗透系数越大，材料的抗渗性越差；抗渗等级越高，抗渗性越好；Ks=Qd/Ath 渗透系数（cm/h）、渗透水量、厚度、渗水面积、渗水时间静水压力水头
硬度:
P47
2.气硬性无机胶材
1.什么叫胶凝材料？
什么叫气硬性胶凝材料？
什么叫水硬性胶凝材料？
2.什么叫过火石灰？
有什么危害？
3.什么叫石灰的熟化？
4.什么叫陈伏？
为什么要陈伏？
陈伏时要注意什么？
5.石灰的硬化、性能及应用
6石膏的生产、性能、应用
胶凝材料：
能将其他材料胶结成整体，并具有一定强度的材料；
胶凝材料分为有机（沥青、树脂）和无机两种；
气硬性胶凝材料：
只能在空气中凝结硬化并保持和发展其强度； （石膏，石灰，水玻璃）
水硬性胶凝材料：
既能在空气中凝结硬化，又可在水中更好地硬化，并保持和发展其强度；（各种水泥）
石灰的主要原料是碳酸钙；氧化钙是生石灰；氢氧化钙是熟石灰（工程用）
欠火石灰：
当煅烧温度过低或煅烧时间不足时，由于CaCO3不能完全分解，即生石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧石灰，这类石灰称为欠火石灰；
过火石灰：
当煅烧温度过高或煅烧时间过长时，部分块状石灰的表层会被煅烧成十分致密的釉状物，这类石灰称为过火石灰；
危害：
熟化慢，被用于建筑后能继续熟化产生体积膨胀，从而引起裂缝和局部脱落现象。
陈伏：
为消除过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放两周以上，使过火石灰充分熟化，这个过程称为“陈伏”；
石灰在空气中的硬化是结晶作用和碳化作用两个过程同时进行的；
石灰的熟化：
生石灰的熟化，是指生石灰与水作用生成氢氧化钙的化学反应，其反应式如下:
CaO+H2O=Ca（OH）2，可熟化为石灰膏、熟石灰粉。
石灰的硬化
干燥、结晶和碳化三个过程同时进行，但极为缓慢。
碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。
原因：
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。
石灰的性能：
可塑性、保水性（Ca（0H）2粒子表面吸附水膜）、吸湿性好（生石灰做干燥剂），凝结硬化慢，强度低，体积收缩大（墙面裂缝），耐水性差（受潮脱落）。
石灰的应用：
配置石灰混合砂浆、石灰乳涂料和抹面；配置石灰土、三合土；生产硅酸盐制品;生产轻质碳酸钙；加固含水的软土地基；静态破碎剂。
石灰的品种：
熟（消石灰粉）、磨细生石灰粉、石灰膏、石灰乳
石膏的生产：
建筑石膏
高强石膏
石膏的性能：
硬化后体积微膨胀性
硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸声性较强、吸湿性较强。
耐水性与抗冻性较差，凝结硬化快。
防火性好但耐高温性差。
隔热，吸声好。
石膏的应用：
室内抹灰及粉刷、石膏板（纸面石膏板、装饰石膏板、吸声用穿孔石膏板）、石膏艺术制品、建筑装饰制品
3、水泥（通用、专用、特性）
1.六大通用水泥的定义、性能、应用
2.硅酸盐水泥熟料组成及单矿物特性
3.水泥水化反应（包括二次反应）及产物
4.主要技术指标（细度、凝结时间、安定性、强度）
5.水泥石腐蚀及防止（通用水泥的耐腐蚀性有什么差异？
为什么？
）
通用水泥是指大量用于土木工程的水泥，按其所掺混合材的种类及数量不同．又有硅酸盐水泥（P.1和P.11）、普通硅酸盐水泥（简称普通水泥P.O）、矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥P.S）、火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥P.P）、粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥P.F）和复合硅酸盐水泥（简称复合水泥P.C）等．统称为六大水泥。
六大通用水泥各自有优缺点:
但混合材水泥有共性，所以通用的地方很多。
1硅酸盐水泥（硅水）
特点：
早强高（硬化快），水化放热大，结构密实，干缩小，抗冻好；但耐硫酸盐腐蚀和软水腐蚀差；
应用：
高强混凝土、预应力混凝土和有早强要求的混凝土工程；受冻融循环的混凝土工程和有耐磨要求的混凝土工程。
2普通硅酸盐水泥（普水）
特点：
与硅水差的不多，只是在成分中有6~15%的混合材，所以成本小，强度和水化热有所减小。
应用：
与硅水基本相同。
3矿渣水泥
特点:
有20～70％的矿渣替代了熟料。
因此早强底，后期强度高；水化放热小，耐热性好，耐腐蚀性好，抗冻性差，干缩大，抗渗差，抗碳化能力差。
应用：
大体积混凝土工程；有耐热要求的混凝土工程；有耐硫酸盐腐蚀的工程，蒸汽养护的预制构件；一般地上、地下河水中的混凝土和钢筋混凝土工程。
4火山灰水泥
特点：
有20～50％的火山灰替代了熟料。
耐热性差，抗渗性好，干缩大，其他性能同矿渣水泥。
应用：
地下、水中的大体积混凝土工程；蒸汽养护构件；有耐腐蚀性和抗渗要求的混凝土工程；一般的混凝土工程。
不适宜用于干燥地区。
5粉煤灰水泥
特点：
有20～50％的粉煤灰替代了熟料。
耐热性差，干缩小，抗裂好。
应用：
地下、水中的大体积混凝土工程；蒸汽养护构件；有耐腐蚀性要求的混凝土工程；一般的混凝土工程。
粉煤灰分三个等级，每个等级配置的混凝土应用是有区别的。
硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥:
高强快硬抗冻耐磨
其他水泥:
大体积混凝土、高湿环境、受侵蚀介质作用的环境
硅酸盐水泥熟料主要由四种矿物组成：
硅酸三钙（37～60%）、硅酸二钙（15～37%）、铝酸三钙（7～15%）、铁铝酸四钙（10～18%）、游离氧化钙/镁（和石膏掺量过多一起作为体积安定性不良的原因）、含碱矿物及玻璃体（碱骨料反应）
硅酸盐水泥：
硅酸盐水泥熟料加石膏和混合材磨细
单矿物特性：
名称
硅酸
三钙
硅酸二钙
铝酸
三钙
铁铝酸
四钙
凝结硬化速度
28d水化放热量
强度
快
多
高
慢
少
早期低，后期高
最快
最多
低
快
中
低
水泥水化反应：
C3S+H——CSH（水化硅酸钙胶体）+CH（氢氧化钙晶体）
C2S+H——CSH+CH
C3A+H——C3AH6（水化铝酸三钙晶体）
C4AF+H——C3AH6+CFH（水化铁酸一钙胶体）
二次水化反应：
细度：
水泥颗粒的粗细程度。
7~200 μm（越细表面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥早期强度越高；硬化收缩越大，易受潮降低活性，成本越高。
水化，硬化，流动性，水化热，耐久性）（硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥——比表面积小于300，否则不合格 筛析法——筛余量）
初凝时间：
是指从水泥加水拌合起到水泥浆开始失去塑形所需的时间；≥45min
终凝时间：
是指从水泥加水拌合时起到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度（但还没有强度）的时间；≦390min硅水 ≦600min普水
初凝时间不宜过短，以便施工有足够的时间来完成混凝土和砂浆的运输，浇捣和砌筑等操作，终凝时间不宜过长，是为了是混泥土和沙浆在浇捣和砌筑完毕后能尽快凝结硬化，以便下一道工序的及早进行；
水泥凝结时间的测定是以标准稠度的水泥净浆（使用标准稠度用水量，为了使其有可比性），在规定的温度和湿度下用凝结时间测定仪来测定（6±1）；
初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。
体积安定性：
水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。
安定性不良:
水泥硬化后产生不均匀的体积变化。
引起水泥体积安定性不良的原因：
由于水泥熟料矿物组成中含有过多游离氧化钙（f-CaO）、游离氧化镁（f-MgO），或者水泥粉磨时石膏掺量过多。
国家标准规定：
水泥中游离氧化镁含量不得超过水泥质量的5%，三氧化硫含量不得超过水泥质量的3.5%。
检测方法:
由游离氧化钙引起的水泥体积安定性不良可采用沸煮法检验。
所谓沸煮法包括试饼法和雷氏夹法（平均膨胀值≦5.0mm）两种。
强度：
P78-79 单位为兆帕
品 种
强度等级
抗 压 强 度
抗 折 强 度
3d
28d
3d
28d
硅酸盐水泥
42.5
≥17.0
≥42.5
≥3.5
≥6.5
42.5R
≥22.0
≥4.0
52.5
≥23.0
≥52.5
≥4.0
≥7.0
52.5R
≥27.0
≥5.0
62.5
≥28.0
≥62.5
≥5.0
≥8.0
62.5R
≥32.0
≥5.5
普通硅酸盐水泥
42.5
≥17.0
≥42.5
≥3.5
≥6.5
42.5R
≥22.0
≥4.0
52.5
≥23.0
≥52.5
≥4.0
≥7.0
52.5R
≥27.0
≥5.0
矿渣硅酸盐水泥
火山灰硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
复合硅酸盐水泥
32.5
≥10.0
≥32.5
≥2.5
≥5.5
32.5R
≥15.0
≥3.5
42.5
≥15.0
≥42.5
≥3.5
≥6.5
42.5R
≥19.0
≥4.0
52.5
≥21.0
≥52.5
≥4.0
≥7.0
52.5R
≥23.0
≥4.5
水泥的腐蚀:
在某些腐蚀性介质的作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部崩溃的现象为水泥石的腐蚀。
腐蚀原因:
1.水泥中含有易与侵蚀物质发生反应的物质（CH,C3AH6）
2.水泥有大量孔隙。
防止措施:
1.根据工程所处环境，选取适当品种的水泥。
2.增加水泥制品的密实度
3.加作保护层
4.混凝土
1.混凝土的基本要求（配合比设计的基本要求）如何满足？
2.混凝土按干表观密度如何分类？
重混凝土？
3.砂的技术要求。
有害杂质有哪些内容？
对混凝土有何影响？
（细度模数计算及级配评定）
4.碱骨料反应及如何防范
5.粗骨料强度的表示方法？
6.FCU及FCU.K及强度等级C的含义，影响混凝土强度的因素（试验条件）。
7.外加剂的定义，减水剂有什么作用效果？
8.和易性的定义、影响因素、如何改善？
9.环箍效应有什么影响？
10. 砂率？
最优砂率？
对混凝土性能有什么影响？
11. 耐久性如何保证？
12. 混凝土有哪几种变形？
徐变？
13. 配合比设计
14. 如何节约水泥
混凝土：
由胶凝材料、骨料、水按适当比例配合、拌制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材
混凝土的特点:
P97
优点：
1.原材料来源丰富，造价低廉
2.混凝土拌合物可塑性好
3.配置灵活、适应性好
4.抗压强度高
5.与钢筋黏结力强，膨胀系数基本相同
6.耐久性好
7.生产能耗低
缺点：
1.自重大，比强度小
2.抗拉强度低
3.导热系数大
4.硬化较慢，生产周期长
混凝土的基本要求（配合比设计的基本要求）:
1.强度（安全性）
2.和易性（工作性）
3.耐久性
4.经济性
混凝土按干表观密度大小可分为三类：
重混凝土（>2600）、普通混凝土（1950-2500）、轻混凝土（<1950）。
重混凝土：
表观密度大于2600kg/m3的混凝土
砂的技术要求：
P103
1.砂的粗细程度及颗粒级配
2.含泥量、石粉及泥块含量
3.有害物质含量
4.碱骨料反应
5.坚固性
6.表观密度、堆积密度、空隙率
7.骨料（砂、石）的含水量
有害杂质的内容及影响：
1.云母影响混凝土的强度及耐久性
2.有机物、硫化物、硫酸盐杂质对水泥有侵蚀作用
3.氯盐会对混凝土中的钢筋有锈蚀作用
砂对混凝土的影响:
使用良好级配的砂，不仅所需水泥浆量减少，经济性好，而且还可以提高混凝土的和易性、密实度和强度。
砂的细度模数：
Mx=[（A2+A3+A4+A5+A6）-5A1]/（100-A1）
砂的级配评定（Mx）:
1.3.7-3.1粗砂
2.3.0-2.3中砂
3.2.2-1.6细砂
4.1.5-0.7特细砂
碱骨料反应：
混凝土及环境中的碱与骨料中的碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。
如何防范：
1.混凝土用砂中不能含有活性二氧化硅等物质
2.混凝土用砂经碱-骨料反应试验后合格
粗骨料强度的表示方法P111：
1.碎石的强度用其母岩岩石的立方体抗压强度和碎石的压碎指标值表示
2.卵石及再生粗骨料的强度用的压碎指标值表示
FCU：
混凝土立方体抗压强度P132
FCU.K：
混凝土立方体抗压强度标准值（标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度）
强度等级C：
根据混凝土立方体抗压强度标准值确定的混凝土强度等级。
强度等级表示中的“C”为混凝土强度符号，“C”后面的数值，即为混凝土立方体抗压强度标准值。
影响混凝土强度的因素（试验条件）P134：
1.水泥强度等级及水灰比
2.骨料的影响
3.养护温度及湿度
4.龄期与混凝土强度的关系
5.施工方法
试验条件对混凝土强度的影响：
1.试件尺寸：
越小强度越高
2.试件形状：
高宽比越大强度越小
3.表面状态：
有无润滑剂
4.加荷速度：
加荷速度快强度高
5.含水状态：
含水率高，强度低
外加剂：
是一种在混凝土搅拌前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料
减水剂（减少用水量）的作用效果P114（水、水泥、水胶比/配合比、流动性）：
1.配合比不变时显著提高流动性
2.流动性和水泥用量不变，减少用水量，降低水胶比，提高强度
3.流动性和强度不变，节约水泥用量，降低成本
4.配置高强高性能混凝土
或
1.若不减少拌合用水量，能明显提高拌合物的流动性
2.当减水而不减少水泥时，则提高混凝的强度
3.当减水且减少水泥用量时，能节约水泥
和易性:
指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀、结构密实的混凝土的一项综合技术性能，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面含义
和易性的影响因素：
1.单位用水量
2.
3.（三）安全预评价程序浆骨比
4.
5.
（2）安全验收评价。
水胶比
6.砂率
7.
8.8.编制安全预评价报告胶凝材料品种及细度
9.
10.按照国家规定实行审批制的建设项目，建设单位应当在报送可行性研究报告前报批环境影响评价文件。
按照国家规定实行核准制的建设项目，建设单位应当在提交项目申请报告前报批环境影响评价文件。
按照国家规定实行备案制的建设项目，建设单位应当在办理备案手续后和开工前报批环境影响评价文件。
骨料的品种及细度
11.外加剂
12.
13.对于不同的评价单元，可根据评价的需要和单元特征选择不同的评价方法。
时间、气候条件
（2）防护支出法
（3）专项规划环境影响报告书的内容。
除包括上述内容外，还应当包括环境影响评价结论。
主要包括规划草案的环境合理性和可行性，预防或者减轻不良环境影响的对策和措施的合理性与有效性，以及规划草案的调整建议。
改善工作性的措施P130：
1.通过试验，采用合理砂率，并尽可能采用较低的砂率。
2.
3.
（2）评价方法的适当性；改善砂、石（特别是石子）的级配。
4.在可能条件下，尽量采取用较粗的砂子。
5.
6.四、安全预评价当混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石。
7.
8.
（1）报送审批综合性规划草案和专项规划中的指导性规划草案时，将环境影响篇章或者说明一并报送。
有条件时尽量掺用外加剂，如减水剂、引气剂。
环箍效应：
测定混凝土立方体抗压强度时，钢制压板对试件横向膨胀的约束作用
影响：
影响混凝土抗压强度测定结果，提高强度。
砂率：
沙子占砂石总质量的百分率
最优砂率：
在用水量和水泥用量不变的情况下，使混凝土拌合物获得最大的的流动性，以及良好的黏聚度和保水性时所需砂的质量占全部集料总质量的百分率。
影响P128：
砂率增加
1.流动性增加
2.粘聚性、保水性下降
3.骨料表面积增加，水泥用量增加
4.超出一定范围时，流动性下降
提高耐久性的措施：
1. 合理选择水泥的品种
2. 适当控制混凝土的水灰比和水泥用量（最主要）
3. 选用品种良好，级配合格的骨料
4. 掺外加剂
5. 保证混凝土的施工质量
混凝土有哪几种变形：
非荷载作用下的变形——化学收缩、干湿变形、自收缩、温度变形
荷载作用下的变形——弹性形变、塑性形变
徐变:
长期荷载作用下的变形。
如何节约水泥:
1.使用较粗的骨料
2.使用良好级配的骨料
3.采用合理沙率
4.合理采用外加剂
5.使用高活性掺合料用粉煤灰矿渣代替部分水泥
配合比设计计算步骤
三个基本参数：
水灰比（w/c）、砂率（βs）、单位用水量
目的：
算出单位体积的混凝土各组成材料的质量比例
基本要求：
强度、和易性、耐久性、经济性
一、确定计算配合比
1. 确定砼配制强度（ fcu,o ）
fcu,o = fcu,k+1.645σ
式中 fcu,o—混凝土配制强度（MPa混凝土立方体抗压强度）；
fcu,k —混凝土立方体抗压强度标准值（MPa设计强度）；
σ—混凝土强度标准差（MPa）。
混凝土σ可按表6.8.1取值。
表6.8.1 混凝土σ取值
混凝土强度等级
C20～C35
>C35
σ（MPa）
4.0
5.0
6.0
2.确定水灰比（W／C）
αa、αb－－－－回归系数，可按表6.8.2采用。
fce－－－－ 水泥28d抗压强度实测值=水泥强度等级*1.13
表6.8.2 回归系数αa和αb选用表
石子品种
αa
αb
碎石
0.53
0.20
卵石
0.49
0.13
为了保证混凝土的耐久性，水灰比还不得大于表6.18中规定的最大水灰比值，如计算所得的水灰比大于规定的最大水灰比值时，应取规定的最大水灰比值。
3. 选定砼单位拌和用水量（mw0）
（1）干硬性和塑性混凝土用水量的确定
根据所用骨料的种类、最大粒径及施工所要求的坍落度值，查表6.8.3、6.8.4选取1m3混凝土的用水量。
表6.8.3 干硬性混凝土的用水量
拌和物稠度
卵石最大粒径（mm）
碎石最大粒径（mm）
项目
指标
10
20
40
16
20
40
维勃稠度（s）
16～20
175
160
145
180
170
155
11～15
180
165
150
185
175
160
5～10
185
170
155
190
180
165
表6.8.4 塑性混凝土
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