注册土木建筑材料复习资料.docx

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第一节材料科学与物质结构基础知识

一、建筑材料的基本性质

1、建筑材料的物理性质

（1）密度：

指材料绝对密实状态下，单位体积的质量，ρ=m/v

m—材料在干燥状态下的质量；V—干燥材料在绝对密实状态下的体积；

绝对密实状态下的体积是指不包括空隙在内的体积。

在测量有孔材料的密实体积时，须将材料磨成细粉，干燥后用李氏瓶测定。

（2）表观密度：

指材料在自然状态下，单位体积的质量。

ρ0=m/v0

m—材料在质量；V0—材料在自然状态下的体积；

（3）堆积密度：

粉状或粒状材料的一个指标，指在堆积状态下，单位体积的质量。

ρ0′=m/v0′0

m—材料的质量；V0—干材料在堆积状态下的体积；

2、材料的孔隙率与空隙率

（1）孔隙率：

材料中孔隙体积占总体积的比例。

P=V孔/V0=（V0－V）/V0=1-ρ0/ρ

（2）空隙率：

散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。

P′=V空/V0′=（V0′－V0）/V0′

空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。

空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。

3、材料的亲水性与憎水性

当水与材料在空气中接触时，在材料、水和空气的交界处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角（润湿边角）愈小，浸润性愈好。

湿润角θ≤90°的材料为亲水性材料；石蜡、沥青为憎水性材料；如果润湿边角θ为零，则表示该材料完全被水所浸润。

4、材料的吸水性与吸湿性

（1）吸水性：

材料在水中能吸收水分的性质。

吸水率：

指材料浸水后在规定时间内吸入水的质量占材料干燥质量或材料体积的百分率。

材料的吸水性与材料的亲水性、憎水性有关，还与材料的孔隙率大小、孔隙特征有关，细微连通颗粒，孔隙率大，吸水率越大；封闭孔隙及粗大开口孔隙，其吸水率较小。

材料吸水后，将使强度和保温性降低。

（2）吸湿性：

材料在潮湿空气中能吸收水分的性质，常用含水率表示。

含水率W=（m湿－m）/m

5、材料的耐水性

材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。

耐水性用软化系数K表示。

K=材料在吸水饱和状态下的抗压强度/材料在干燥状态下的抗压强度，软化系数的大小表示材料浸水饱和后强度降低的程度，范围波动在0～1之间。

当K≥0.85时，则材料具有良好的耐水性，软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，耐水性则越差。

对于经常处于水中或受潮严重的重要结构物的材料，其软化系数不宜小于0.85；受潮较轻或次要结构物的材料，其软化系数不宜小于0.75。

6、材料的抗渗性

渗透系数越大，说明材料渗透的水量越多，抗渗性则越差。

抗渗等级：

规定的试件，在标准试验方法下所能承受的最大水压力，以Sn表示；S6：

表示混凝土能承受0.6MPa的压力水而不渗透。

抗渗性是决定材料耐久性的主要指标，与材料的孔隙率与孔隙特征有关。

7、材料的抗冻性

材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也无显著降低的特性，称为材料的抗冻性。

抗冻等级用Dn表示，n为最大冻融次数。

规定材料在经受若干冻融循环后，质量损失不超过5%时，强度损失不超过25%时，认为抗冻性合格。

8、材料的导热性

材料的导热系数越大，其导热性越好；导热系数越小，则材料的绝热性能越好，导热系数小于0.23的材料为绝热材料。

水的导热系数0.58w/mk；空气的导热系数0.023w/mk；

二、建筑材料的力学性质

1、徐变与应力松弛

徐变：

材料在恒定荷载作用下，其变形会随时间的延长而缓慢增加，此过程称为材料的徐变。

应力松弛：

当材料在持续荷载作用下，总的变形值保持不变，而由于徐变变形的渐增，弹性变形相应渐减，从而使材料内部的应力随时间增长而逐渐降低的过程，称为应力松弛。

2、脆性和韧性

脆性：

当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种性质称为塑性。

脆性材料拉压比很小，因此脆性材料不能承受震动和冲击荷载，只能用于承压构件。

韧性：

在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时还能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性作用。

◆材料抗弯强度与试件的受力情况、截面形状、支承条件有关；

◆材料的抗拉强度与材料比重之比叫做比强度；比强度是衡量材料轻质高强的性能指标；

第二节气硬性无机胶凝材料

一、石灰

1、生石灰的熟化

过火石灰熟化慢，为消除过火石灰的危害，将石灰浆贮存在坑中放置两周以上的时间（陈伏），方可使用。

2、石灰浆在空气中逐渐硬化分为结晶作用和碳化作用，硬化石灰浆体强度一般不高，硬化过程中体积收缩大，通常加入砂子，纸筋等，防止收缩开裂。

3、生石灰：

按氧化镁的含量分为钙质生石灰（MgO≤5%）和镁质生石灰（MgO＞5%），有优等品、一等品和合格品三个等级，分等指标有CaO＋MgO含量，含渣率、CO2含量和产浆量等。

4、消石灰粉：

有优等品、一等品和合格品三个等级，分等指标有CaO＋MgO含量，游离水含量、体积安定性与细度等。

5、石灰的应用

（1）配置石灰砂浆、石灰乳

（2）配制石灰土、三合土

石灰土（石灰＋粘土）和三合土（石灰+粘土+砂石或矿渣、碎砖等填料），分层夯实，可用作砖基础的垫层。

（3）生产灰砂砖、碳化石灰板

二、建筑石膏

建筑石膏的主要原料为天然二水石膏，经煅烧，磨细后得β型半水石膏，即建筑石膏。

1、性质

◆石膏吸湿性强，吸水后再经冻融，会使结构破坏，也使保温性降低；石膏的抗压强度比石灰的高；

◆常用的气硬性无机胶凝材料有石膏、石灰、水玻璃、菱苦土；

◆建筑石膏加水凝固时体积不收缩，不开裂，膨胀很小，约1%。

加水硬化后有很强的吸湿性，耐水性与抗冻性均差；

◆制品具有较好的抗火性能，但不宜长期用于靠近65℃以上的高温部位；

◆凝结硬化快：

初凝时间3～5分钟，终凝时间20～30分钟，室内干燥环境达到完全硬化需一周。

第三节水泥

水泥按其用途和性能可分为通用水泥，专用水泥和特种水泥；按主要水硬性物质名称，分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等，建筑工程常用的是各种硅酸盐水泥。

一、硅酸盐水泥

包括硅酸盐水泥熟料，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。

不掺加混合材料的为P.Ⅰ型。

生产水泥时水泥质量3%左右的石膏，目的是延缓水泥的凝结，便于施工。

1、硅酸盐水泥熟料的矿物组成

熟料的矿物组成主要包括硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙与铁铝酸四钙。

2、硅酸盐水泥的凝结、硬化

水泥的凝结、硬化除了与水泥矿物组成有关外，还与水泥的细度、拌合水量、温度、湿度、养护时间和石膏掺量有关。

瞬凝：

若硅酸盐水泥中未掺石膏或石膏掺量不足，则出现瞬凝；

瞬凝特征：

水泥和水拌合后，水泥浆很快凝结，形成一种很粗糙、非塑性的混合物，并放出大量的热，主要是由于熟料中C3A含量高，水泥中未掺石膏或石膏掺量不足引起的。

缓凝：

掺加石膏，解决瞬凝问题，即缓凝。

3、硅酸盐水泥的技术性质

影响水泥性质的主要指标：

安定性、细度、凝结时间、强度。

（1）细度：

用比表面积表示，应大于300m2/kg

（2）凝结时间：

以标准稠度的水泥净浆，用凝结时间测定仪测定。

（标准稠度的水泥净浆是指：

在标准稠度仪上，试锥下沉深度为28±2mm范围内的净浆，其用水量一般在24%～30%之间）

硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。

（3）体积安定性：

是反映水泥加水硬化后体积变化均匀性的物理指标。

体积安定性不良的水泥，在工程中严禁使用。

体积安定性不良的主要原因是熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁过多，或水泥粉细时掺入石膏过量。

（沸煮法）MgO不超过5%，SO3不超过3.5%。

（4）强度：

表征水泥质量的重要指标。

规定水泥与标准砂和水以1：

3：

0.5的比例混合，按规定的方法制成40mm×40mm×160mm的标准试件，在标准温度（20±2℃）的水中养护，分别测定3d与28d的强度。

R型水泥为早强水泥。

国家规定：

凡MgO、SO3、安定性，初凝时间的任意一项不符合标准规定的水泥均为废品；凡细度、凝结时间、不溶物和烧失量的任一项不符合标准规定的为不合格品。

◆产生水泥腐蚀的基本原因是:

水泥石不密实；含有水化物氢氧化钙和水化铝酸钙；腐蚀与通道的相互作用。

◆采用掺入混合料的矿渣水泥可提高耐腐蚀性

◆普通硅酸盐水泥（p.o）、矿渣水泥、火山灰水泥以及粉煤灰水泥的强度等级有6个：

32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。

◆一般硅酸盐通用水泥的有效期从出厂日期起为三个月。

◆高铝水泥不可以与硅酸盐水泥混用；火山灰水泥的干缩性比普通硅酸盐水泥大；矿渣水泥适用于有抗硫酸盐侵蚀要求的混凝土工程；

◆硅酸盐水泥：

硬化快，早强，水化热大，耐硫酸盐，抗冻性好，耐磨性好，干缩小，耐水性差，耐热性差；

◆普通硅酸盐水泥：

硬化快，早强，水化热大，耐硫酸盐，抗冻性好，耐水性差，耐热性差；

◆矿渣水泥：

早期强度低，后期强度增长快，水化热小，耐硫酸盐耐水性强，抗冻性差，抗碳化能力差，耐热性好，保水性好，干缩大；

◆粉煤灰水泥：

早期强度低，后期强度增长快，水化热小，耐硫酸盐耐水性强，抗冻性差，抗裂性好，保水性好

◆火山灰水泥：

早期强度低，后期强度增长快，水化热小，耐硫酸盐耐水性强，抗冻性差，抗渗性好，需水量大，干缩较大

▲混凝土使用环境

1、干燥环境中的混凝土---普通水泥、矿渣水泥

2、预应力混凝土---硅酸盐水泥、膨胀水泥

3、锅炉房混凝土梁柱---矿渣水泥

4、大体积混凝土-—矿渣水泥、火山灰水泥

5、受流动水侵蚀的工程---矿渣水泥、火山灰水泥

6、北方冷地区受反复冻融循环的混凝土-—硅酸盐水泥

7、冬季施工混凝土---硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥

8、紧急抢修的混凝土---快硬硅酸盐水泥、高铝水泥

9、有抗渗要求的混凝土-—膨胀水泥、火山灰水泥

10、有海水侵蚀的混凝土--矿渣水泥、高铝水泥

11、有耐磨性要求的混凝土—硅酸盐水泥、普通水泥

▲水泥代号

1、p.ⅰ、p.ⅱ为硅酸盐水泥

2、p.o为普通硅酸盐水泥

3、p.s为矿渣水泥

4、p.p为火山灰水泥

5、p.f为粉煤灰水泥

注：

蒸汽养护的混凝土构件，不宜选用普通水泥p.o、

★其它

1、白水泥按白度可分为特级、一、二、三级四个等级

2、彩色水泥中的颜料应为耐碱性颜料，常用颜料有氧化铁、氧化锰等

3、配制具有良好的密实性和抗渗性能的混凝土，应选用硅酸盐膨胀水泥或硅酸盐自应力水泥、明矾石膨胀水泥、铝酸盐自应力水泥；喷射混凝土以采用普通水泥为宜。

第四节混凝土

1、在混凝土中，除水泥外，骨料与水的重量约占总用量的80%以上，混凝土与钢筋的热膨胀系数大致相同；

2、水泥标号的选用应与混凝土强度相适应，一般水泥的实际强度为混凝土的配制强度的1.5-2.5倍；

3、最理想的骨料应具有较小的总表面积和较小的空隙率，国家标准规定，混凝土中粗骨料的最大粒径应小于混凝土结构截面最小尺寸的1/4；

4、混凝土的和易性主要表现在保水性、粘聚性和流动性；混凝土保水性差可采用增大砂率的措施来改善；

◆坍落度是表示塑性混凝土拌合物流动性的指标，干硬性混凝土拌合物的坍落度小于10且须用维勃稠度（s）表示其稠度；

泵送混凝土拌合物的坍落度不低于100（80-180）；在浇筑板、梁和大型及中型截面的柱子时，混凝土拌合物的坍落度宜选用30-50；

◆对混凝土拌合物流动性影响最大的因素是水泥浆数量；

◆混凝土拌合物发生分层、离析，说明其粘聚性差；

5、混凝土的轴心抗压强度约为立方体抗压强度的0.7-0.8；一般取0.67倍，设计强度在除1.4取值；

6、保温要求高的非承重墙体应优先选用加气混凝土；

7、砂的细度模数小，表示砂细，其总表面积大；

8、配制高于或等于c30的混凝土，砂的含泥量应不大于3%；石子含泥量应不大于1%；配制低于c30的混凝土，砂的含泥量应不大于5%；石子含泥量应不大于2%；

9、粗骨料中夹杂活性氧化硅和水泥中的碱性氧化物的化学反应称碱骨料反应生成凝胶吸水肿胀使水泥石胀裂；

10、粗骨料石子的强度可用岩石立方体强度和压碎指标两种方法表示；

11、影响混凝土抗压强度的因素有水泥强度、水灰比、养护条件、骨料种类及龄期；在原料一定的情况下，影响混凝土抗压强度决定性的因素是水灰比；

◆为配制高强混凝土宜选用外加剂—减水剂、木钙

12、当采用特细砂配制混凝土时，应采用较小砂率；增加水泥用量；采用较小的坍落度；不应掺减水剂；

13、采用泵送混凝土施工时，首选的外加剂通常是减水剂，木钙属减水剂；大体积混凝土及在炎热条件下进行混凝土施工时，常使用缓凝剂；

混凝土中掺入减水剂后的效果是保持坍落度不变，降低单位用水量；保持水泥和水用量不变，提高混凝土的强度；

14、混凝土中掺入引气剂主要是为了提高保水性、提高抗渗性、提高抗冻性；

15、混凝土配制强度比设计要求的强度等级的标准高，其提高幅度取决于要求的强度保证率及施工单位管理水平的高低；

16、水灰比是根据混凝土强度及耐久性确定的，限制最大水灰比及最小水泥用量是为了满足耐久性要求；

◆普通防水混凝土是提高砂浆密实性和增强混凝土的有效阻水截面，依靠本身的密实性来达到防水目的，不掺减水剂

第五节建筑钢材

1、钢与生铁的区别在于钢的含碳量值应小于2.0%；低碳钢为含碳小于0.22%的碳素钢；钢材的耐火性差；沸腾钢的冲击韧性和可焊性较镇静钢差。

2、反映钢材工艺性能指标有冷弯性能、焊接性能

3、使钢材产生热脆性的有害元素是硫、氧；使钢材产生冷脆性的有害元素是磷、氮；

4、钢结构设计时，碳素结构钢以屈服强度作为设计计算的依据；钢的牌号越大，含碳量越高，强度越高，但塑性和韧性越低；

5、钢材经冷加工后，屈服点提高，抗拉强度提高，塑性和韧性降低，弹性模量降低；在正火、淬火、回火、退火四种热处理方法中，淬火可使钢材表面硬度大大提高；

6、ⅱ、ⅲ、ⅳ级表面均为带肋的，由低合金钢轧制而成；其分级依据是按屈服极限、抗拉强度、伸长率、冷弯性能；热轧钢筋级号越高，强度越高，但塑性、韧性较差；ⅳ级钢筋是房屋建筑的主要预应力钢筋，使用前可进行冷拉处理以提高屈服点；热轧钢筋必须检测的项目是强度、拉伸、冷弯试验

7、当施工中遇到有钢筋品种或规格与设计要求不符时，可按承载力相等的原则代换；

8、锰是我国低合金结构钢的主加合金元素，可提高钢的强度并消除脆性；低合金高强度结构钢中加入的合金元素总量小于5%；硅也是我国低合金结构钢的主加合金元素；低合金高强度结构钢有较高的强度，较好的塑性、韧性和可焊性，在大跨度、承重动荷载和冲击荷载的结构物中更为适用。