土建工程基础(全)

土建工程基础BasicofCivilEngineering于韵13970926540环境工程专业第4章地基与基础第3章结构与构件设计第2章建筑物与构筑物的构造第1章工程材料绪论绪论土建工程是一门为人类生活、生产、防护等活动建造各类设施与场所的工程学科，涵盖了建筑物、构筑物的建设。1土建工程绪论2如何学习工程材料构造结构设计地基与基础70考核15出勤15平时成绩比例课程考核手机关机、笔记课堂要求课程结构第1章工程材料§1.3混凝土§1.2水泥§1.1常用工程材料的基本性质§1.5建筑钢材§1.4块体材料§1.6沥青防水材料§1.1常用工程材料的基本性质工程材料的定义和分类一力学性质三耐久性四基本物理性质二工程材料的定义和分类一1定义2分类§1.1常用工程材料的基本性质工程材料用于土木工程建筑中的所有材料广义直接构成工程实体的所有材料狭义砂石、水泥、石灰、混凝土、钢材常见的工程材料？工程材料的定义和分类一§1.1常用工程材料的基本性质工程材料化学成分天然材料人造材料来源分类功能结构材料装饰材料防水材料绝热材料工程材料的定义和分类一§1.1常用工程材料的基本性质工程材料无机材料金属材料黑色金属：铁、建筑钢材有色金属：铜、铝、铝合金无机非金属材料天然材料：石材、砂、碎石胶凝材料：石灰、石膏、水泥烧结制品：砖、瓦、玻璃、陶瓷人造石材：混凝土、砂浆等有机材料植物材料木材、竹材等沥青材料石油沥青、煤沥青等高聚物材料塑料、橡胶、有机涂料、胶粘剂复合材料金属-有机材料轻质金属夹芯板金属-无机非金属材料钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机-无机非金属材料玻璃钢、聚合物混凝土、沥青混凝土土木工程材料按化学成分分类表§1.1常用工程材料的基本性质工程材料基本物理性质二1与质量有关的物理性质2与水有关的物理性质§1.1常用工程材料的基本性质工程材料密度实际密度，材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。Vm绝对密实状态下体积：只有构成材料的固体本身的体积。即固体物质不含孔隙的体积。bVkV2---封闭孔隙3---开口孔隙1---固体本身体积V总体积bkPVVVVVV'§1.1常用工程材料的基本性质工程材料与质量有关性质1§1.1常用工程材料的基本性质工程材料与质量有关性质1表观密度包含闭口孔隙条件下单位体积质量bVVVVm000体积密度自然条件下单位体积的质量kbVVVVVm'''堆积密度散粒状材料自然堆积状态下单位体积的质量''''0000kVVVVm§1.1常用工程材料的基本性质工程材料密实度孔隙率%100'%100'VVD%100)'1(%100''VVVP与质量有关性质1憎水性材料：沥青、石蜡亲水性材料：水泥、砂石、混凝土§1.1常用工程材料的基本性质工程材料与水有关性质2（1）亲水性和憎水性（2）吸水性和吸湿性%1001mmmW吸水性，材料在水中吸收水分的性质，即与水接触吸收水分的性质。吸水率的大小，不仅与材料的亲水性或憎水性相关，而且还与孔隙率和孔隙特征相关。吸湿性，材料在潮湿的空气中吸收水分的性质。§1.1常用工程材料的基本性质工程材料与水有关性质2（3）耐水性干饱软ffK材料在长期饱和水作用下保持原有性质的能力。软化系数的大小，反映材料在浸泡水饱和后强度降低的程度。工程中，将的材料称为耐水材料。85.0软K§1.1常用工程材料的基本性质工程材料与水有关性质2（4）抗渗性材料抵抗压力水渗透的能力。混凝土、砂浆常用抗渗等级来评价材料的抗渗性。P2—最大承受水压力为0.2MPa地下建筑、水工构筑物必须要用抗渗性良好的材料，而防水材料需要更高的抗渗性。nPn--能承受的最大水压力的10倍来表示。§1.1常用工程材料的基本性质工程材料与水有关性质2（5）抗冻性材料在饱和水状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的能力。内部水分结冰，体积变大，产生应力，当其值大于该材料的抗拉强度时，则发生局部开裂，随着次数的增多，材料逐渐被破坏。n--最大冻融循环次数nF§1.1常用工程材料的基本性质工程材料与水有关性质2力学性质三1强度2弹性和塑性§1.1常用工程材料的基本性质工程材料3脆性和韧性4硬度与耐磨性强度，材料在荷载（外力）作用下抵抗破坏的能力强度的大小直接反映材料承受荷载的能力大小。按照荷载作用形式不同，材料的强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯强度之分§1.1常用工程材料的基本性质工程材料强度1（1）计算公式FPf223bhFLf2bhFLf§1.1常用工程材料的基本性质工程材料强度1（2）强度等级根据极限强度大小，划分若干等级砖、石、水泥、砼---抗压强度；建筑钢材---抗拉强度。比强度---材料强度与材料表观密度之比，轻质高强指标，值越大，越轻质高强。§1.1常用工程材料的基本性质工程材料强度1（1）弹性（2）塑性完全弹性或者完全塑性的材料不存在的§1.1常用工程材料的基本性质工程材料弹性和塑性2（1）脆性（2）韧性承受动力荷载作用的部件必须要有一定的韧性。混凝土、岩石、玻璃、砖瓦、陶瓷。钢材、木材§1.1常用工程材料的基本性质工程材料脆性和韧性3硬度：材料表面抵抗外来较硬物压入或刻划的能力。与材料的强度有一定的关系§1.1常用工程材料的基本性质工程材料硬度和耐磨性4耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。一般来说，硬度大，耐磨性较好。物理作用化学作用机械作用生物作用•耐久性：材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力耐久性四§1.1常用工程材料的基本性质工程材料无机胶凝材料（以无机化合物为基本成分）有机胶凝材料（天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分）（沥青、树脂）按凝结硬化条件分类气硬性胶凝材料（石灰、石膏）水硬性胶凝材料（水泥）土木工程中，凡是经过一系列物理化学变化，能将散粒状材料或块状材料粘结成为整体并具有一定机械强度的材料----胶凝材料。§1.2水泥硅酸盐水泥一其他硅酸盐水泥二水泥，粉末状物质，加水拌合成具有良好可塑性的浆体，经一系列物理化学作用后，不仅能在空气中凝结硬化，而且能更好的在潮湿环境及水中硬化，保持和发展其强度。水硬性胶凝材料硅酸盐水泥一§1.2水泥工程材料按照水硬性物质按用途和性质氟铝酸盐水泥硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥膨胀水泥、快硬水泥、白色水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐、普通硅酸盐、矿碴硅酸盐、火山灰硅酸盐、粉煤灰硅酸盐水泥等道路水泥、大坝水泥、砌筑水泥§1.2水泥工程材料硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高炉矿碴、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料----波特兰水泥。I型硅酸盐水泥IP不掺加石灰石或粒化高炉矿碴的II型硅酸盐水泥IIP掺合料低于5%§1.2水泥工程材料硅酸盐水泥一§1.2水泥工程材料水泥的组成与硬化1水泥的技术性质2水泥石的腐蚀与防止3两磨一烧流程图水泥的组成与硬化1§1.2水泥工程材料水泥的组成与硬化1§1.2水泥工程材料（1）水泥的组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成主要矿物组成硅酸三钙分子式分子简式3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF2CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙名称硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性矿物组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙C3SC2SC3AC4AF含量/%37～60最多15～37次之7～15少10～18少水化速度较快慢快中水化热中低高中强度高早期低后期高低中(抗折强度)耐化学侵蚀中良差优干缩性中小大小§1.2水泥工程材料（1）水泥的组成快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。大坝水泥：简称中热水泥低热矿渣水泥：加入矿渣适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程水化放热较低，C2S含量高，C3A含量低§1.2水泥工程材料223)(OHCHSCOHSCa①②③6323AHCOHACt22463AFOHCaSOAHC④水化铁酸钙水化铝酸钙OHAFC24缓凝机理SC2同上Amt当石膏耗尽时，转化为水化--熟料与水发生的水解或者水化作用水泥的组成与硬化1§1.2水泥工程材料（2）水泥的凝结硬化加水量--越细越快；--一定温度一定湿度条件下，强度随时间增长；--温度越高水化越快强度越高，冬季施工要保温；湿度越高强度越高，故2-3周要洒水养护；--水灰比正比于孔隙率，降低水灰比，可以提高强度。矿物组成水泥细度温度和相对湿度养护时间影响水泥凝结硬化的原因§1.2水泥工程材料（2）水泥的凝结硬化水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料（1）细度（2）凝结时间（3）体积安定性（4）强度与强度等级0.08mm方孔筛筛余量:%——负压筛法（适用于其它水泥）比表面积：m2/kg，cm2/g——勃氏法（适用于硅酸盐水泥）水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料（1）细度a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间,称为凝结时间。初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚失去可塑性所需的时间——初凝时间(≮45min)。终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间——终凝时间(≯6.5h)。b.两种状态水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料（2）凝结时间水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料如果水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良。导致水泥安定性不良的主要原因是：由于熟料中含有的游离氧化钙、游离氧化镁过多；掺入石膏过多；水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料（3）体积安定性水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性裂纹使水泥制品或混凝土开裂、造成结构破坏。因此体积安定性不良的水泥，应判为废品，不得在工程中使用。水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料（3）体积安定性强度等级:以水泥28d抗压强度为强度范围的下限确定分类：普通型、早强型硅酸盐水泥分六个强度等级：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm×40mm×160mm棱柱体试件,标准养护3d、28d，分别测定抗折强度、抗压强度。水泥的技术性质2§1.2水泥工程材料（4）强度与强度等级1）软水侵蚀溶出Ca(OH)2降低碱度2）硫酸盐腐蚀OHCaSOOHCaSO242242)(3）镁盐腐蚀4）一般酸的腐蚀中和反应5）碳酸腐蚀2222)()(CaOHMgOHCaMg2322323222)(2)(HCOCaOHCOCaCOOHCaCOOHCOOHCa6）强碱腐蚀23223)(36OHCaOAlONaNaOHAC水泥石的腐蚀与防止3§1.2水泥工程材料（1）腐蚀作用①根据腐蚀环境特点合理选用水泥品种②提高水泥石的密实度③敷设耐蚀保护层水泥石的腐蚀与防止3§1.2水泥工程材料（2）腐蚀的防止小结：硅酸盐水泥的应用及特性①早期强度高，标号较高，用于梁柱等结构工程、预制构件、预应力砼。②水化热高，适合冬季施工，不能用于大体积砼工程，耐冻性好，适用于抗冻工程。③氢氧化钙含量较高，耐腐蚀性差，不能用于有腐蚀介质存在的工程。④水化产物在高温下分解，耐热性差，不能用于耐热砼工程。掺混合材料的其他硅酸盐水泥二§1.2水泥工程材料水泥混合材料1其他硅酸盐水泥2在生产水泥时，为了改善水泥性能，调节强度等级，提高产量，降低生产成本，扩大其应用范围，而加到水泥中去人工的或天然的矿物材料。水泥混合材料1§1.2水泥工程材料（1）活性混合材料（2）非活性混合材料本身不发生水化硬化，磨细后与石灰或石灰和石膏拌合，加水后即能在水中又能在空气中硬化的材料。粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰天然的、人工的炼钢厂冶炼生铁时的副