土木工程材料

土木工程材料复习材料的物理性质：密度:材料在绝对密实状态下单位体积的质量,p=m/v表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量，Po=m/Vo堆积密度：散粒状或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量，Po’=m/Vo’孔隙率：材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率，用p表示：P=（Vo-V）/Vo×100%=(1-Po/P)×100%材料的强度，吸水性，抗渗性，抗冻性，导热性，吸声性等都与孔隙有关。材料被水湿润的程度分为亲水性与憎水性。一般润湿角＜90°的材料为亲水性材料，如：砖，石料，混凝土，木材等润湿角＞90°的材料为憎水性材料，如：沥青，石蜡，塑料等。☆有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。耐水性：材料长期在饱和水作用下而不破坏，强度也不显著降低的性质。用软化系数表示：Kr=Fb/Fg（r,b,g为下标）Kr：软化系数Fb：饱和状态下的抗压强度Fg：干燥状态下的抗压强度软化系数＞0.80为耐水材料，经常位于水中的材料软化系数≥0.85，受潮较轻或次要材料≥0.75耐水性取决于组成成分在水中的溶解度和材料内部开口孔隙率的大小。抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质。抗渗等级P越大，材料抗渗性越好。抗冻性：材料在吸水状态下经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不显著降低强度的性质。用符号“F”和最大冻融循环次数表示，如F15，F50，F100等。弹性：是指材料在外力作用下产生变形，外力取消后，材料形变消失并能完全恢复原来形状的性质。塑性：是指材料在外力作用下产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状尺寸，且不产生裂纹的性质。耐久性：材料在使用过程中抵抗各种自然因素及其他有害物质长期作用，能长久保持其原有性质的能力。钢的分类：沸腾钢（F），镇静钢（Z），特殊钢（TZ）钢材的抗拉性能由拉伸实验测定的屈服点，抗拉强度和延伸率三项重要技术指标组成。钢材的时效处理：将经过冷加工的钢材，在常温下存放15~20d，或加热至100~200℃并保持2h左右，其屈服强度，抗拉强度及硬度进一步提高，延伸率和冲击韧性逐渐降低，弹性模量得以恢复的现象称为时效处理，前者为自然时效，后者为人工时效。钢的化学成分对钢性能的影响：碳：是决定钢材性能的最重要元素。当钢中碳含量＜0.8%，钢材的强度和硬度随碳含量的增加而提高；当碳含量＞1,0%，强度随碳含量增加而下降。随碳含量增加，钢材的焊接性能变差，冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。一般工程所用碳素钢均为低碳钢，含碳量＜0.25%，工程所用低合金钢，含碳量＜0.52%。硅：作为脱氧剂残留在钢中，是有益元素。硅含量＜1.0%，能提高强度和硬度及耐蚀性，对塑性和韧性无明显影响。硅含量＞1.0%，塑性和韧性显著降低，冷脆性和时效敏感性增大，降低可焊性。硫：钢中很有害的元素。硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，使钢中的可焊性，冲击韧性，耐疲劳性，抗腐蚀性均降低。为消除硫的危害，可在钢中加入适量的锰。氧：钢中的有害元素。含氧量增加，钢材的强度提高，塑性，韧性降低，可焊性变差。氧的存在会造成钢材的热脆性。碳素结构钢的牌号：按脱氧程度不同可分为特殊镇静钢（TZ），镇静钢（Z），沸腾钢（F）。碳素结构钢的牌号由代表屈服点的“屈”字汉语拼音首字母“Q”，屈服点数值，质量等级和脱氧程度四部分组成。例如Q235-A·F表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。热轧钢筋的应用：HRB335，HRB400带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，广泛用大，中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500带肋钢筋强度高，塑性和焊接性差，适宜作预应力钢筋。腐蚀的类型：化学腐蚀：常温和高温时钢材发生的氧化作用。反应速度随温度，湿度的提高而加快。电化学腐蚀：建筑钢材在存放和使用中会发生的锈蚀主要属于这一类。钢材防护措施：合金法，金属覆盖，非金属覆盖☆根据《砌体结构设计规范》规定，砌筑用石材的抗压强度是以边长为70mm的立方体抗压强度值表示。石材的抗压强度主要取决于其矿物组成，结构及其孔隙构造。注：岩石的硬度用莫氏硬度或肖氏硬度表示。无机胶凝材料按其硬化时的条件不同又分为气硬性和水硬性两类。气硬性凝胶材料：只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度。例如：石灰，石膏，氯氧镁水泥和水玻璃等水硬性凝胶材料：不仅能在空气中硬化，而且能在水中更好的硬化，并保持和继续发展其强度。如水泥。建筑石膏：在常压下加热温度达到107~170℃时，二水石膏脱水变成β型半水石膏。石灰在煅烧过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不匀等原因，使得石灰中含有未烧透的内核，这种石灰称为欠火石灰。欠火石灰不能熟化，降低了石灰的利用率。若煅烧温度过高或时间过长，会使石灰表面出现一层釉状物，这种石灰称为过火石灰。陈伏硅酸盐水泥熟料矿物的组成：硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，铁铝酸四钙☆必考：1.硅酸三钙的水化：3CaO·SiO+nH2O=xCaO·SiO·yH2O+（3-x）Ca（OH）22.硅酸二钙的水化：2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO·yH2O+（2-x）Ca（OH）2（水化速度慢，早期强度低，后期强度较高。）硅酸盐水泥体积安定性：水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。安定性不良会使构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。混合材料掺量高的通用硅酸盐水泥与硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥的共性：1.早期强度低，后期高。2.对温度敏感，适合高温养护。3.耐腐蚀性好。4.水化热小。5.抗冻性差。6.抗碳化性差。普通混凝土：水泥，砂，石和水组成。和易性：混凝土拌合物易于施工操作并能获得质量均匀，成型密实的性能。包括流动性，粘聚性，保水性。影响和易性的因素：水泥浆数量，水泥浆稀稠，含砂率，原材料种类和品质等。水泥浆的稠度是由水灰比决定的。在水泥用量不变的情况下，水灰比愈小，水泥浆愈稠，拌合物的流动性愈小，粘聚性较好。提高混凝土强度的措施：1.选用高强度水泥和低水灰比2.掺用混凝土外加剂和掺合料3.采用机械搅拌和机械振动成型4.采用湿热处理混凝土的温度变形：温度变形对大体积混凝土及大面积混凝土工程极为不利。大体积混凝土内部的温度较外部高。对大体积混凝土工程，必须尽量设法减少混凝土发热量，如采用低热水泥，减少水泥用量，采用人工降温等措施。混凝土的耐久性能主要包括抗渗，抗冻，抗腐蚀，碳化，碱集料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。普通混凝土配合比设计：混凝土配合比是指混凝土中各组成材料数量之间的比例关系。常用的表示方法有两种：1.以每1立方米混凝土中各项材料的质量表示，如水泥300kg，水180kg，砂720kg，石子1200kg，其每1立方米混凝土总质量为2400kg。2.以各项材料相互间的质量比来表示（以水泥质量为1），将上例换算成质量比为：水泥：砂：石=1:2.4:4，水灰比=0.60。水灰比计算公式：P164砂浆：建筑砂浆主要用作砌筑，抹灰，灌缝和粘贴饰面。不同用途分为：砌筑砂浆，抹灰砂浆，特种砂浆所用凝胶材料不同分为：水泥砂浆，石灰砂浆，石膏砂浆，混合砂浆，聚合物砂浆粘土砖：红砖，青砖。红砖：砖坯在氧化气氛中焙烧，粘土中铁的化合物被氧化成红色的三价铁青砖：砖坯开始在氧化气氛中焙烧，当达到烧结温度1000℃左右后，再在还原气氛中继续焙烧，红色的三价铁被还原成青灰色的二价铁。青砖的耐久性好于红砖烧结空心砖可划分为MU5，MU3，MU2等三个不同的强度等级和800，,900,1100等三个密度级别。陶瓷的分类：陶制制品，瓷质制品，炻制制品高分子材料：以高分子化合物为基材的一代类材料的总称。高分子种类：树脂，橡胶，共聚物树脂按其能否二次加工又分为热塑性树脂（线性结构高分子材料）和热固性树脂（体型结构高分子材料）。涂料的组成：成膜基料，分散介质，颜料和填料。各组成成分的作用木材中所含的水分根据其存在状态分为三类:1.自由水2.吸附水3.化合水木材的纤维饱和点：当木材细胞壁中的吸附水达到饱和，而细胞腔和细胞间隙中尚无自由水时的木材含水率平衡含水率：木材吸收或蒸发水分与四周空气的相对湿度和温度相适应时的含水率。沥青：P257石油沥青的主要组分：油分，树脂质，地沥青质石油沥青的技术性质：1.粘滞性：沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移时抵抗变形的性能。粘滞性是反映材料内部阻碍其相对流动的一种特性。当温度升高，粘滞性降低。一般用针入度来表示石油沥青的粘滞性，数值越小，粘度越大。2.塑性：塑性指石油沥青在受外力作用时产生变形而不被破坏，除去外力后，仍保持变形后形状的性质。用延度表示。☆考选择题：同一品种石油沥青材料中，牌号越小，沥青越硬；牌号越大，沥青越软。同时，随着牌号增大，沥青的粘度减小（针入度增大），塑性增大（延度增大），温度敏感性增大（软化点降低）。沥青混合料的结构：1.悬浮密实结构：这种结构的沥青混合料，具有较高的粘聚力，但是其内摩擦角较低，温度稳定性较差。2.骨架空隙结构：这种结构的沥青混合料具有较高的内摩擦角，但粘聚力较低，温度稳定性较差，抗变形能力也较差。3.骨架密实结构：这种结构的沥青混合料，密实度，强度和稳定性都比较好。防水卷材必须具备的性能：良好的耐水性和高温稳定性；能在一定荷载，应力或在一定变形条件下不断裂，具有良好的机械强度，延伸性和抗断裂性能；在低温下保持良好的柔韧性；优良的抗大气稳定性。目前防水卷材有沥青防水卷材，高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材三大系列。OA为弹性阶段AB为屈服阶段：设计中一般以下屈服强度作为强度取值依据。BC为强化阶段：强化阶段的最高点C点所对应的应力Rm是材料能承受的最大应力。屈服比小，钢材至破坏时的储备潜力大。若屈服比过小，钢材利用率低，不经济。CD为颈缩阶段：量出拉断后标距部分的长度Lu，结合原始标距长Lo，则：A=（Lu-Lo）/Lo×100%延伸率是衡量钢材塑性形变能力的大小，评定钢材质量的重要指标。例：某混凝土拌合物经试拌调整满足和易性要求后，各组成材料用量为水泥3.15kg，水1.89kg，砂6.24kg，卵石12.48kg，实测混凝土拌合物表观密度为2450kg/m³。试计算1m³混凝土的各种材料用量。解：试拌后物料质量:3.15+1.89+6.24+12.48=23.76kg所以水泥c=2450*3.15/23.76=325kg水w=2450*1.89/23.76=195kg砂子s=2450*6.24/23.76=643kg石子g=2450*12.48/23.76=1289kg☆考计算题