土木工程材料总结

 土木工程材料可分为广义土木工程材料和狭义土木工程材料。广义：是指用于建筑工程中所有材料（1构成建筑物，构筑物的材料，如石灰，水泥2是施工过程中所需要的辅助材料，如脚手架，模板3是各种建筑器材，如消防设备，给水排水设备）。狭义土木工程材料是直接构成土木工程实体的材料。 

 土木工程材料分类：1.按化学成分，无机材料，有机材料和复合材料2.按使用功能，承重结构材料，土木工程与材料的关系：1.材料是保证土木工程质量的基础2.材料对土木工程造价的影响3.材料对土非承重结构材料和功能材料。 木建筑工程技术进步起促进作用

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 密度：是指材料在绝对密度状态下单位体积的质量。m/V（v材料在绝对密实状态下的体积） 表观密度：是指单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）材料的干质量，也称视密度。0m/V0（V0材料在包含闭口孔隙条件下的体积（只含内部闭口孔，不含开口孔））

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 体积密度：是指材料在自然状态下单位体积(含开口，闭口孔隙）m/V 堆积密度：是指散粒状材料单位堆积体积（含开口，闭口）1m/V1 孔隙率：是指材料中的孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率，以p表示，pVV/V，密实度是与孔隙率相对应的概念，指材料体积内被固体物质充实的程度，用D表示D=1—P

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 空隙率指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质空隙体积占堆积体积的百分率pV1V0/V1 吸水性:指材料在吸收水分的性质。（材料吸水饱和时的含水率为吸水率，分质量吸水率和体积吸水率）吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，一含水率表示。吸湿作用一般是可逆的，及材料可吸材料含水后，自重增加，强度降低，保温性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显体积膨胀。 放空气中的水分。

 耐水性指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。kRfb/fg（fb材料在吸水饱和状态下的抗压强度

 fg材料在干燥状态下的抗压强度） AtH（Ks渗透系数，Q渗透量，d试件厚度A渗抗渗性指材料抵抗压力水渗透的性质。KsQd/

透面积，t时间，H水头高度）

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 抗冻性，指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，强度又不显导热性：当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧的能力。材强度指材料抵抗外力破坏的能力。（抗压强度，抗拉强度，抗弯强度，及抗剪强度）。 弹性指材料在外力作用下变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。塑性指在外力作用下脆性指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，具有这种性质的材料为脆性材料。 韧硬度指材料表面抵抗其他物体压入或刻划能力。硬度大的材料强度高，耐磨性较强，但不易加工。 材料的耐久性：材料在周围各种介质作用下，不破坏，也不易失去原来性能的能力。这些破坏作用可著降低的性质。 料的导热性可用导热系数（热导率）来表示。 材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，这种本能恢复的变形称为塑性变形。 性指在冲击或振动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。 分为物理作用，化学作用和生物作用。物理作用：干湿交替，温度变化和冻融循环，这些变化会使材料体

积产生膨胀或收缩，或导致内部裂缝的扩展，长久作用后会使材料产生破坏。化学作用：指材料受到酸碱盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀作用，使材料的组成成分发生质的变化，而引起材料的破坏，如钢材的锈蚀。生物作用：指材料受到虫蛀或菌类的腐蚀作用而产生的破坏，如木材等有机材料，常会受到破坏作用的影响。材料的环境协调性：是指对资源和能源消耗少，对环境污染小和循环再生利用率高。

 材料的结构及其对性质的影响：1.宏观结构（指可用肉眼能观察的的外部和内部的结构）：（1密实结构，这类材料的特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差，如钢材，天然石材，玻璃钢。2多孔结构，这类材料的强度较低，抗渗性和抗冻性较差，绝热性好，如加气混凝土，石膏制品。3.纤维结构，这类具有明显的方向性，一般平行纤维方向的强度较高，导热性较好，如木材，竹。4.层状结构，可以显著提高材料的强度，硬度，绝热或装饰的性质，扩大其使用范围，如胶合板，纸面石膏板。5.散粒结构，砂子，石子，因其致密，强度高，适合做混凝土集料；陶粒，膨胀珍珠岩，因具多孔结构，适合做绝热材料。6.纹理结构，这些天然或人工造成的纹理，使材料具有良好的装饰材料。）2.亚微观结构指用光学显微镜和一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构，是介于宏观和微观之间的结构。

3.微观结构：1晶体2.非晶体

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 材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元间的互相组合搭配情况。其构造越密实，越均匀，强度钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。冲击韧性随温越高，表观密度越大。 度的降低而下降，其规律是：开始下降缓和，当到达一定温度范围时，突然下降很多而脆性，这种性质称为钢材的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。钢材的冲击韧性越大，钢材抵抗冲击荷载的能力越强。 

象。

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 工艺性能：1.冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验是的弯曲角度和弯心直径d为冷加工强化处理：将钢材与常温下进行冷拉，冷拔或冷轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降指示表示。2.焊接性能。 低塑性韧性的过程。冷加工强化方法：1.冷拉，指将钢筋拉至疲劳破坏：受交变荷载反复作用时，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现~曲线的强化阶段内任一点k处，然后缓慢卸去荷载，则当再度加载时，其屈服极限有所提高，而其塑性变形能力将有所降低。2.冷拔，指将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔。3.冷轧，是将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋，可提高其强度及与混凝土的粘接力。

 时效处理：将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15~20d，或加热至100~200C后保持一定时间（2~3h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复的过程。

 热处理：是指将钢材按规定的温度，进行加热，保温，冷却处理，以改变其组织，得到所需要的性能的一种工艺。包括淬火，回火，退火和正火。 1。淬火，将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温使基本组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使晶粒细话，碳的固溶量增加，强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降。2.回火，将比较硬脆，存在内应力的钢，再加热至基本组织改变温度以下（150~650），保温后按一定制度冷却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善。3.退火，将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却，以消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的韧性和塑性得到改善。4.正火，将钢材加热至基本组织改变温度以上，然后在空气中冷却，使晶格细化，钢材的强度提高而塑性有所降低。

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 钢结构用钢：1.热轧型钢2.冷弯薄壁型钢3.棒材，钢管和板材。混凝土结构用钢：热轧钢筋，冷轧扭钢材的腐蚀：1.化学腐蚀2.电化学腐蚀 钢材的防护:1.钢材的防腐：采用耐候钢，金属覆盖，非金属胶凝材料是指具有一定的机械强度并经过一系列物理作用，化学作用，能将散粒状或块状材料粘结成钢筋，冷轧带肋钢筋，预应力混凝土用钢筋，钢绞线。 覆盖，混凝土用钢筋的防锈。2钢材的防火。 整体的材料。凝结材料：有机凝结材料(沥青，各种树脂）和无极凝结材料（石灰，石膏，水玻璃（气硬性）

各种水泥（水硬性）） 气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度。 水硬性胶凝材料既能在空气中，还能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。

 石灰的熟化：指生石灰（氧化钙）与水作用生成氢氧化钙的过程。CaO +H2O==== Ca（oh）2

3+64.910 j 石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1~2.5倍。煅烧良好，氧化钙含量高的

石灰熟化较快，放热量和体积增大也较多。

 石灰的硬化：1.干燥结晶硬化过程，石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，这些滞留于孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰粒子更紧密。2.碳化过程，Ca(OH)2与空气中的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。

 石灰的性质：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1m）的呈胶体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。）2.硬化较慢，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。）3.硬化时体积收缩大（石灰在硬化过程中，由于大量的游离水蒸发，从而引起显著的体积收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂涮外，不宜单独使用。）4.耐水性差（硬化后的石灰受潮后，其中的氢氧化钙和氧化钙会溶解，强度更低，在水中还会溃散。）5.石灰吸湿性强（块状生石灰在放置过程中，会缓慢吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钙，失去胶结能力。)

 建筑石膏的水化硬化：1.建筑石膏的水化CaSO41/2H2O3/2H2OCaSO42H2O

2.建筑石膏的凝结硬化：凝结，石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，粒子总表面积增加，因而浆体可塑性逐渐减小，浆体渐渐变稠的过程。 硬化，晶体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止发展的过程。

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 建筑石膏的性质;1.密度与堆积密度2.凝结硬化快3.凝结硬化时体积略膨胀4.硬化后孔隙率高5.防水性水泥按其性能及用途可分为通用水泥，专用水泥和特性水泥。 通用硅酸盐水泥，是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏或/和混合材料制成的水硬性胶凝材料。按混合能好6.耐水性和抗冻性差 材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤质硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。

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 通用硅酸盐水泥组成材料：1.硅酸盐水泥熟料，主要含CaO，等原料。除了主要熟料外，硅酸盐水泥凝结时间：1，初凝，水泥从加水时起，至浆体开始失去流动性止的这一段时间。2.终凝，水泥从加水水泥三体：1.合格体（细度，强度，体积安定性，终凝时间，化学指标（达标））2.不和格体（细度，中还含有少量游离氧化钙，游离氢氧化钙和碱。2.石膏3.混合材料 时起，至浆体完全失去流动性而开始产生强度时止的这一段时间。 终凝时间，不溶物，烧石灰，强度(不达标）3.废品（MgO，so2。初凝时间，体积安定性(不达标））不合格品的水泥可附加条件使用，而废品不能使用。

 通用硅酸盐水泥石的腐蚀：1.软水的侵蚀，如果有流水及压力水作用，氢氧化钙不断溶解流失，而且由于水泥石中碱度的降低还会引起其他水化物的分解溶蚀，使水泥石进一步破坏，以致全部溃裂。2.硫酸盐的腐蚀，当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，引起膨胀应力，导致水泥石破坏。3.镁盐的腐蚀4.一般酸的腐蚀5.碳酸腐蚀，水泥中的氢氧化钙，通过转变为易溶的碳酸氢钙而溶失，碱度降低，还会导致水泥石中其他水化物的分解，是腐蚀作用进一步加剧。

 腐蚀的预防:1.根据侵蚀环境特点，合理选用水泥及熟料矿物组成。2.提高水泥石的密实度，改善孔结构。3.加做保护层。

 铝酸盐水泥是以一类快硬，高强，耐腐蚀，耐热的水泥，又称高铝水泥。特性：1.24小时极限强度达到80%2.放热量大，一天达70%~80%3.抗硫酸盐能力强4。耐高温（达到800C时可固相反应）5.养护温度不能超过30C，否则固体会分解，体积只有原来一般，强度大大降低)6.不能和氢氧化钙混合，否则闪凝。

 快硬性硫铝酸盐水泥：以适当的生料烧至部分熔融，得到以无水硫铝酸盐和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适当的石膏而磨细的具有早期强度高的特点的水硬性胶凝材料。主要用于配置早强，抗渗，抗硫酸盐侵蚀的混凝土工程。可用于冬季施工，抢修，堵漏等工程。

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 道路硅酸盐水泥，性能要求：耐磨性好，收缩小，抗冻性好，抗冲击性好，有高的抗折强度和良好的中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥的主要特点为水化热低，适用于大坝和大体积混凝土工程。 混凝土是胶凝材料加骨料胶结而成的固体。按胶凝材料分水泥混凝土，石膏混凝土，水玻璃混凝土，普通混凝土:水泥，砂，石和水。砂石在混凝土中起骨架作用，叫骨料（砂子为细骨料，石子粗骨料）耐久性。 沥青混凝土，聚合物混凝土。按体积密度，重混凝土，普通混凝土，轻混凝土。 水泥和水形成水泥浆，水泥浆包裹砂石表面来填充砂石间的空隙，在混凝土硬化过程中，将砂石粒结成一个整体，砂石还可减少水泥浆收缩。混凝土特点：1.原材料丰富2.性能可以调节3.有良好的可塑性4.可用钢筋增加强度5.耐久性好6.保护环境7.自重大，抗拉差，脆。

 碎石，是天然岩石或岩石经机械破碎，筛分制成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石是由自然风化，水流搬运和分选，堆积而成的，粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相应粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒，厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒。

 细度模数是衡量砂粗细程度的指标。细度模数愈大，表示砂愈粗。细度模数

(Mx)=((A1A2A3A4A5A6)5A1)/(100A1)

2.36mm，1.18mm，600um，300um，150um筛的累积筛余。

 A1A2A3A4A5A6,分别为4.75mm，含泥量是指天然砂或卵石，碎石中粒径小于75um的颗粒含量。砂中的原粒径大于1.18mm，经水浸洗，手捏后小于0.60mm的颗粒含量称为砂的泥块含量；卵石，碎石中原粒径大于4.75mm，经水浸洗，手捏后小于2.36mm的颗粒含量称为卵石，碎石的泥块含量。

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 碱骨料反应：水泥中的碱与物料中的活性成分反应，生成碱硅胶，它吸水膨胀导致混凝土开裂。 减水剂：是当前外加剂中品种最多，应用最广的一种混凝土外加剂。按化学成分为木质素系减水剂，多环芳香族磺酸盐系减水剂，水溶性树脂磺酸盐系减水剂。按用途可分为普通减水剂，高效减水剂，早强减水剂，缓凝减水剂，缓凝高效减水剂和引气减水剂。

 水泥浆中加入减水剂的三个方面作用：首先，减水剂在水中电离出离子后，自身带有电荷，在电斥力作用下，是原来水泥的絮凝结构被打开，把被束缚在絮凝结构中的游离水释放出来，使拌合物中的水量相对增加。这就是减水剂分子的分散作用。其次，减水剂分子中的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶剂，在水泥颗粒表面形成一层稳定的容剂化水膜，阻止了水泥颗粒间的直接接触，并在颗粒间起润滑作用，提高拌合物的流动性。此外，水泥颗粒在减水剂作用下充分分散，增大了水泥颗粒的水化面积使水化充分，从而也提高混凝土的强度。

 和易性：是指混凝土拌合物易于施工操作（搅拌，运输，浇灌，捣实）并能获得质量均匀，成型密实的混凝土的性能。包括流水性（指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，冰均匀密实的填满模板的性能。粘聚性（指混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间具有一定的粘聚性，不致产生分层和离析的现象。保水性（指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象（指混凝土拌合物中部分水从水泥浆中分泌出得现象。）

 塌落度试验的方法是：将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落度筒内，装满刮平后，垂直向上将筒提起，移到一旁。混凝土拌合物由于自重会产生塌落现象。然后量出向下塌落的尺寸，该尺寸就是塌落度，作为流动性指标，塌落度越大表示流动性越好。

 影响混凝土工作性能：1.单位用水量，固定用水量法则：在骨料一定的情况下，即便水泥用量变化，只要用水量不变的话，则混凝土流动性几乎不变。2.水泥数量（太多，流动性大；太少，砂石可能不被包裹）3.水泥浆稠度：水灰比4.砂率;Sp,砂子重量占骨料重量的百分比。（合理砂率：当水泥和水一定时，如果采用这一砂率，则可获得最大流动性，同时保水性和粘聚性好）

 按照国家标准规定，将混凝土拌合物制作成边长为150mm的立方体试件，在标准条件（温度

，养护到28d龄期，测得的抗压强度值为混凝土立方体试件抗压强度，2C，相对湿度95%以上）20C

以

 fcu表示。 影响混凝土强度的因素：1.水泥强度和水灰比f28Afce(C/WB)2.骨料：碎石，卵石3.龄期：几天强度4.养护：温度，湿度5.其他，外加剂。

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 加荷速度，在进行混凝土试件抗压试验时，若加荷速度过快，材料裂纹扩展的速度慢于荷载增加速度，长期荷载作用下的变形———徐变：混凝土在长期恒定荷载作用下，沿着作用力方向随时间的延长而会造成测得的强度值偏高。故在进行混凝土立方体抗压强度试验时，应按规定的加荷速度进行。 增加的变形称为徐变。