土木工程材料总复习

中南大学土木建筑学院第一章材料基本性质中南大学土木建筑学院土木工程材料的物理性质1.基本性质密度孔隙率湿含量2.热学性质3.声学性质4.光学性质中南大学土木建筑学院材料的耐久性能及其测试1.耐水性2.抗渗性3.抗冻性4.耐腐蚀性5.耐候性6.抗老化中南大学土木建筑学院影响材料耐久性的因素材料在使用中会被破坏的原因有两方面：1.内因，材料自身的内部因素因：材料内部存在不稳定的化学组分，如Ca(OH)2、挥发份、杂质等；材料内部存在一些缺陷，如孔隙、裂缝等。2.外因，材料服役环境因素：物理作用：光、热、雨水、风等化学作用：酸、碱、盐、水等生物作用：细菌、昆虫等中南大学土木建筑学院工程材料的力学性质1.力学概念荷载(轴向荷载、剪切荷载)应力与应变2.应力－应变曲线3.材料的力学性能及其测量强度与比强度脆性、韧性硬度与耐磨性4.材料力学性能与组成、结构的关系中南大学土木建筑学院思考用实例叙述材料的孔隙率、开口孔隙与闭口孔隙的测试和计算方法。分析论述材料的孔隙率和孔隙特征对材料强度、抗渗性和吸湿性、传热性的影响。如：新建的房屋保暖性差，到冬季更甚，这是为什么？新房屋墙体的含水率较高。同样的材料，含水率增加，导热系数也增加，因为水的导热系数远大于空气的。当水结冰时，导热系数进一步提高，因为冰的导热系数又大于水。中南大学土木建筑学院材料组成与性能的关系土木工程材料的组成不同，其性能可完全不同。例如：1.生石膏CaSO4·2H2O与熟石膏CaSO4·0.5H2O的差别在所含H2O的数量不同，因而，后者有水化活性，而前者没有；2.纯铁强度不高且较柔软，而钢较强韧，生铁较硬脆，其主要原因是它们的含C量百分之几的微小差别；3.聚氯乙烯树脂[-CH2-CHCl-]n与聚乙烯醇[-CH2-CHOH-]n，在组成上,前者的大分子链上含Cl¯离子，而后者含OH¯离子，因而，后者是水溶性的，而前者不是。……等等。1.材料物相化合物或元素物相组成：固相、液相、气相化学组成：化合物、元素2.矿物组成与化学组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相同不同的矿物相，其化学组成可能相同矿物组成相同，其化学组成一定相同3.材料组成与性能的关系材料组成微小差别就可引起材料性能根本的改变材料中物相含量的变化就可导致材料质的突变中南大学土木建筑学院1.材料的结构——材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积方式和分布情况；构成各物相的质点的堆积方式和分布情况；2.根据分辨率的大小，材料结构分为宏观、细观和微观三个层次；3.材料的结构取决其组成和制造工艺及其条件(温度、压力等)；4.相同组成的材料可以有不同的结构；5.相同结构的材料可以有不同的组成。中南大学土木建筑学院复习提纲1.无机非金属材料、金属材料、高分子材料、复合材料的组成、结构和性能特点，以及它们间的相互关系。2.材料力学性能的基本概念、试验方法、评价指标和相关标准。3.材料耐久性的基本概念、试验方法、评价指标和相关标准。4.孔隙率和孔隙特征对材料性能的影响及其原理。5.根据工程应用要求，正确选择材料的方法。中南大学土木建筑学院第二章胶凝材料中南大学土木建筑学院1.基本知识：硅酸盐水泥的组成、技术性质、应用及储运知识；水泥浆体在侵蚀性介质下的腐蚀及其防止的措施；水泥石的结构；活性混合材的组成、性质及作用；普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和高铝水泥等其它水泥的组成、性能的特点及应用。2.基本技能：气硬性胶凝材料的正确应用水泥主要技术性质的测试，各种水泥的正确选用。中南大学土木建筑学院基本概念：什么是胶凝材料？1.定义：经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。1.特征：严格意义上胶凝材料应指浆体；能在常温下凝结硬化为固体；有较强的胶结能力；具有一定的使用性能。中南大学土木建筑学院气硬性与水硬性胶凝材料的特点1.气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度；关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！1.水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！中南大学土木建筑学院石膏1.性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是-半水石膏CaSO40.5H2O;2.生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在120~180C干燥下脱水制备；3.凝结硬化机理——“溶解—沉淀”理论，即通过半水石膏在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化；4.性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、耐火、对人体和环境无害。5.应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。中南大学土木建筑学院例题1.用石膏作内墙抹灰时有什么优点？答：洁白细腻：硬化微膨胀，可单独使用，不易开裂；孔隙率高，可调节室内潮度；防火性强。中南大学土木建筑学院石灰1.建筑石灰的特性：表观密度较小浆体的可塑性好硬化后的强度较低耐水性差浆体硬化中容易开裂1.过火石灰的危害与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。中南大学土木建筑学院矿物名称英文名称缩写分子式矿物式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~181.化学组成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。2.矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料的组成中南大学土木建筑学院需学习与掌握的内容：1.化学过程——水泥熟料矿物的水化反应2.石膏的作用3.物理过程——水泥浆的凝结硬化4.硬化水泥浆的组成与结构5.水泥浆凝结硬化的影响因素中南大学土木建筑学院石膏的作用1.避免水泥浆的闪凝和假凝现象。2.调节水泥的凝结时间。3.导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。中南大学土木建筑学院（1）水泥矿物组成（2）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素中南大学土木建筑学院1.C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。2.掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。3.有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。4.细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。5.水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。6.提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化中南大学土木建筑学院硅酸盐水泥应满足哪些技术性质1.密度与堆积密度2.细度3.标准稠度用水量4.凝结时间5.体积安定性6.强度7.水化热8.不溶物和烧失量9.碱含量1.耐腐蚀性软水侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀强碱腐蚀防腐措施中南大学土木建筑学院影响水泥石的强度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，强度越低水泥组成：熟料矿物、混合材养护条件：温度、湿度、龄期水泥细度：水泥颗粒越细，强度发展越快中南大学土木建筑学院活性混合材水泥的共性1.密度较小2.70～3.10。2.早期强度较低，后期强度增长率高。3.对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。4.水化热较小。5.耐腐蚀性较好。6.抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。中南大学土木建筑学院活性混合材水泥的特性1.矿渣水泥：保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好。1.火山灰水泥：易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差。1.粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，抗裂性较好。1.复合水泥：取决于所掺的混合材种类。中南大学土木建筑学院其他水泥道路水泥，C4AF含量高，抗折强度与耐磨性好；白色水泥，铁相含量很低，外观为白色；快硬水泥，C3A和C3S含量高，凝结硬化快，早强；中、低热水泥，C3A和C3S含量较低，水化热较小；抗硫酸盐水泥，C3A和C3S含量较低，抗蚀系数较大；膨胀、自应力水泥，生产体积可膨胀的水化物；高铝水泥，熟料矿物主要为铝酸钙，快硬，耐高温等。中南大学土木建筑学院高铝水泥的特点与应用1.耐高温性能好，配制耐高温混凝土或砌筑砂浆；2.耐硫酸盐腐蚀性能较好，适用于有抗硫酸盐侵蚀要求的工程；3.耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程；4.水化热较大，适用于冬季施工，不适用于大体积混凝土；5.快硬早强，宜用于紧急抢修工程。6.高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，应按最低稳定强度设计。中南大学土木建筑学院第三章混凝土中南大学土木建筑学院1.牢记基本概念——混凝土是由胶凝材料(水泥)胶结各种粗、细颗粒状骨料，形成的一种颗粒堆聚材料。2.理解混凝土中各组分材料的要求与作用；3.熟悉混凝土的各种性质及其影响因素；4.掌握混凝土的配合比设计方法和质量控制措施；5.了解各种混凝土的应用技术。中南大学土木建筑学院1.普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性能，可添加化学外加剂与矿物掺合料；砂石构成混凝土的骨架，传递应力，限制变形；水泥与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土流动性，硬化后将骨料颗粒胶结成整体；2.混凝土微结构是由骨料相、水泥石相和界面过渡区相构成的复杂结构；3.结构特点有多物相、多孔性的堆积体复杂而不均匀非固定而多变4.混凝土的理想结构——均匀、密实的堆积体中南大学土木建筑学院混凝土中骨料的基本要求1.具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量；2.骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力；3.含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分；4.具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。中南大学土木建筑学院表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？1.表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆，影响混凝土的成本。2.影响新拌混凝土的和易性，表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动。3.影响混凝土中界面区的结合力，粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大。4.影响混凝土的强度骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料中南大学土木建筑学院新拌混凝土的性能1.和易性流动性粘聚性离析与泌水坍落度损失2.塑性收缩3.凝结时间4.水化热与温度中南大学土木建筑学院1.和易性是一项综合评价混凝土拌合物施工性能的指标，包括流动性、粘聚性、保水性。2.和易性用坍落度或维勃稠度定量指标，辅以粘聚性和保水性的定性观察，综合评价。3.和易性影响到浇灌后混凝土的均匀密实性，从而影响硬化后混凝土性能。4.和易性受下列因素影响：水泥品种、细度与水泥用量；用水量与水灰比骨料(颗粒特征、粒径与级配、砂率等)外加剂搅拌方式与时间中南大学土木建筑学院合理砂率的选用原则1)粗骨料的Dmax较大，级配较好时，可选用较小砂率；2)砂的细度模数较小时，砂的总表面积较大，可选用较小砂率；3)水灰比较小、水泥浆较稠时，可选用较小砂率；4)流动性要求较大时，需采用较大砂率；5)掺用引气剂或减水剂时，可适当减小砂率；中南大学土木建筑学院化学外加剂种类：1.按照组成有：有机质和无机质外加剂有机质——表面活性物质无机质——电解质盐类化合物2.按照功能有：改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等；调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等；减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等；提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等；其它：防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。中南大学土木建筑学院减水