土木工程材料 讲义

第一章土木工程材料讲义单位：陇东学院土木工程系班级：09专升本、07土木本教师：李平土木工程材料概述计划学时：1学时一、建筑材料的定义和分类1.定义：建筑材料是指各类建筑工程中应用的各种材料及其制品。它是一切工程建设的物质基础。2.分类：按使用性能：建筑材料可分为1)结构承重材料；2）墙体维护材料；3）建筑功能材料按成分划分：无机材料（金属材料、非金属材料）有机材料（植物材料、沥青材料、高分子材料）复合材料（非金属+非金属、非金属+有机材料、非金属+金属材料、金属材料+有机材料）二、建筑材料在建筑工程中的地位1、建筑材料是各项基本建设的重要物质基础。。2、建材品种、质量及规格，直接影响工程的坚固、耐久、适用、美观和经济性，并在一定程度上影响工程结构形式与施工方法。3、建筑工程许多技术问题的突破，往往依赖于建材问题的解决。4、新材料的出现，又将促进结构设计及施工技术的革新。三、建筑材料的发展趋势1、在原材料上，利用再生资源、工农业废渣、废料，保护土地资源。2、在工艺上，引进新技术，改造淘汰旧设备，降低原材料与能耗，减少环境污染，维护社会可持续发展。3、在性能上，力求产品轻质、高强、耐久、美观，并高性能化和多功能化。4、在形式上，发展预制装配技术，提高构件尺寸和单元化水平。5、在研究方向上，研究和开发化学建材和复合材料，促进新型建材的发展。第一章建筑材料的基本性质教学重点和难点：1.材料的各项基本力学性质、物理性质、热工性质、耐久性等材料性质的意义。2.各材料性质之间的相互关系及其在工程实际中的运用。计划学时：3学时§1-1材料的物理性质一、密度与表观密度密度Vm；表观密度00VmV—材料在绝对密实状态下的体积，是指不包括孔隙体积在内的固体所占有的实体积。0V—材料在自然状态下的体积，或称表观体积，是指包括内部孔隙的体积。测得含孔材料的V时，一般用磨细的方法来求得。表观密度0，一般是指材料在气干状态下的0，在烘干状态下的0，称为干表观密度。二、密实度与孔隙率密实度是指材料体积内被固体物质所填充的程度；孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。D和P从两个不同侧面来反映材料的密实程度，两者关系为1DP。D和P通常用百分数表示。3、堆积密度、填充率和空隙率堆积密度是指粉状、粒状和纤维材料在堆积状态下（包括了颗粒内部的孔隙和颗粒之间的空隙），单位体积所具有的质量：00Vm0的大小，不仅取决于材料的0，而且还与材料的疏密度有关，还受材料含水程度的影响。填充率D是指散粒材料在堆积体积中，被颗粒填充的程度。空隙率是颗粒之间的空隙所占堆积体积的比例。即0000VVD；000001VVVPP和D从两个侧面反映材料颗粒互相填充的疏密程度。§1-2材料的力学性质一、变形性质弹性变形：外力除去后可完全消失的变形。塑性变形：外力除去后不能消失的变形。脆性材料：材料在破坏前有明显的塑性变形者。塑性材料：材料在破坏前无明显的塑性变形者。弹性模量：徐变与松弛：在长期不变外力作用下，变形逐渐增大的现象叫徐变；在长期荷载作用下，如总变形不变，而引起应力逐渐降低的现象，成为应力松弛。二、材料的强度理论强度：按材料结构质点引力计算的强度，一般都很高。实际强度：按材料在荷载下实际具有的强度。一般远远低于理论强度，原因是材料内部都存在很多缺陷。通常意义上的强度是指材料的实际强度，常用强度有：压、拉、弯、剪强度。三、其他性质脆性：外力下，直到断裂前都不出现明显塑性变形性质。韧性：在冲击、振动荷载下，材料能承受很大变形而不致破坏的性质。疲劳极限：交替荷载作用下，应力也随时间作交替变化，这种应力超过某一限度而长期反复会造成材料的破坏，这个限度叫做疲劳极限。硬度：受外界物质的摩擦作用而减小质量和体积的现象。磨损：同时受摩擦和冲击两种作用，而减小质量和体积的现§1-3材料与水有关的性质1、亲水性与憎水性材料很快将水吸入内部或使水在材料表面散开来，这种与水的亲和性称为亲水性。材料不吸水或使水呈珠状存在于材料表面，这种不易被润湿的性质成为憎水性。2、吸水性与吸湿性材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性，用吸水率表示；质量吸水率表达式体积吸水率表达式材料在空气中,能自发地吸收空气中的水分的性质称为吸湿性,用含水率表示材料在气干状态下的含水率,称为平衡含水率,在饱和面干状态状下的含水率即为吸水率。3、耐水性是指材料长期处于水的作用下不破坏，其强度也不严重降低的性质，用软化系数表示：一般认为，85.0RK的材料是耐水性的，要求长期受水浸泡或潮湿环境中的重要建筑物85.0RK，次要建筑物70.0RK。4、抗渗性与抗冻性抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，表示方法有二：一是渗透系数k；二是抗渗标号。抗渗性主要与材料的孔隙率和孔隙特征有关。抗冻性是指材料在水饱和状态下，抵抗多次冻融循环而不破坏，同时强度也不严重降低的性质。表示方法也有二：一是抗冻标号3005025......DDD、。二是冻融15次失重率是否满足要求。测试抗冻标号有慢冻、快冻两种方法。材料受冻条件：温度、湿度、孔隙。材料孔隙越大，水饱和程度越高，降温愈快，温度愈低，愈容易冻坏。三、材料的热工性能材料传导热量的性能称为导热性。其大小用导热系数表示：比热表示1g材料温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。比热与材料质量之积称为材料的热容量。它表示整个材料温度升高1K所吸收或降低1K所放出的热量。热容量大的材料便于调节室温，缓和室内温度波动。四、材料的耐久性是指材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素而不破坏，且能保持原有性质的性能,它是一个综合指标。提高耐久性措施：一是提高材料本身的密实性；二是在材料表面覆盖。五、材料的其他性质1、装饰性能选用装饰材料要考虑颜色、光泽、透明度、表面组织、形状尺寸、成本造价以及多功能性。2、防火性能按燃烧性能可将材料分为燃烧材料、难燃材料和非燃烧材料。3、放射性材料中放射性元素放出的射线，会对人的健康产生影响，这种性能称为材料的放射性。第二章气硬性胶凝材料教学重点和难点：1.如何防止过火石灰、欠火石灰的生成。2.石灰的硬化机理、性质、使用要点计划学时：2学时基本概念：胶凝材料是指经过自身的物理化学作用后，能够由浆体变成固体的物质。使用的目的主要是胶结散粒材料和块体材料。气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化。水硬性胶凝材料：不仅在空气中，而且在水中也能硬化。§2-1石灰（1）生产：注意欠火石灰与过火石灰形成及危害。（2）熟化：注意“陈伏”作用。根据“有效钙+镁”含量，生石灰及消石灰粉分为钙质和镁质两种石灰，每种石灰又分为一、二、三3个等级。（3）硬化OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(注意：硬化是由碳化和结晶析水两个过程完成的。而且两个过程都是在空气中进行的。（4）应用石灰膏配制砌筑和抹面砂浆，石灰乳作粉刷材料，石灰粉配制三合土做基础垫层。§2-2建筑石膏（1）生产OHOHCaSOOHCaSOC224170~10724211212注意：加热温度不易高于C170。（2）硬化OHCaSOOHOHCaSO2422422321建筑石膏按强度、细度、凝结时间分为优等、一等、合格三个等级。（3）应用石膏应用于室内装饰、抹灰、粉刷，还常用来制造石膏板和石膏制品。石膏板是很好的一种装饰、绝热、吸声材料。2、水玻璃（1）水玻璃，又名泡化碱，主要成分22nSiONa。（2）影响水玻璃粘性和强度的主要因素一是硅酸盐模数n，二是密度。n愈大，粘性愈大；密度愈大，粘性愈好。（3）水玻璃应用：1、加固土壤，提高地基承载能力；2、涂刷材料表面，提高建筑物抗风化能力；3、配制防水剂，用于赌漏；4、配制水玻璃矿渣砂浆，修补砖墙裂缝；5、配制专门用途的砂浆和砼。第三章水泥教学重点和难点：1.常用水泥的特性（主要是体积安定性），性能的影响因素。2.常用水泥的的选用及其技术要求。3.硅酸盐水泥强度发展的规律和主要影响因素。4.活性混合材料和非活性混合材料的概念及其在水泥中的作用如何。5.高铝水泥、膨胀水泥的主要应用。计划学时：2学时§3-1常用水泥1、基本概念水泥呈粉末状，是一种水硬性胶凝材料，可以制造各种砼结构与构件，用来做灌浆材料，以加固地基与基础。2、硅酸盐水泥（1）定义代号P。P又分两种，不掺混合材的称P.I，掺%5混合材称P。(2)原料与生产(3)矿物成分及作用矿物成分SC3SC2AC3AFC4水化速度快慢最快快28d水化热多少最多中强度高早低、后高低低(4)凝结硬化过程：结晶胶化饱和溶解水泥石结构：未水化的水泥颗粒+水泥凝胶+毛细孔（含水）影响因素：矿物成分、细度、用水量、养护温度、湿度、时间。(5)主要技术性质①密度：3/20.355.3cmg松堆密度：33/1600,/11001000mkgmkg紧密堆积。②细度③标准稠度及用水量：④凝结时间：完全失去塑性止终凝时间：开时加水起开始失去塑性止初凝时间：开始加水起。GB规定：hP5.6min45，终凝水泥初凝〉。⑤体积安定性：GB规定检验必须合格。⑥水化热：对大体积砼有要求。⑦强度与强度等级：强度是选用水泥的重要技术指标。(6)水泥石的侵蚀与防止原因：外因，水中的侵蚀性介质；内因，水泥石中的水化铝酸钙和氢氧化钙。类型：溶出型，硫酸盐、镁盐、碳酸盐、酸性，强碱防止：提高水泥密实度、选择合适的水泥品种§3-2其他水泥1、掺混合材料的硅酸盐水泥定义：凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，称为混合材水泥。意义：节约水泥熟料，提高产量，降低成本，调节标号，改善性能；还可利用工业废料，节约粘土和岩石资源。混合材料品种：①非活性材料：填充作用；②活性材料：填充和补强作用常用活性混合材有矿渣、火山灰、粉煤灰。（1）普通硅酸盐水泥代号OP，生产特点：在硅酸盐水泥熟料中加入%15%6的混合材。技术要求：终凝时间小于108010%hm，筛余小于。（2）矿渣水泥代号SP，混合料掺量%7020。（3）火山灰水泥代号DP，混合料掺量%5020。（4）粉煤灰水泥代号FP，混合料掺量%4020。技术要求：终凝小于108010%hm，筛余小于。插入一个“复合水泥”。2、特性水泥和专用水泥（1）特性水泥①快硬水泥、双快水泥：适用于抢修、军工、堵漏及冬季施工。②抗硫酸盐水泥适用于有硫盐侵蚀的工程。③白色及彩色水泥适用于装饰及装修工程。④膨胀水泥和自应力水泥膨胀水泥用于补偿收缩砼、防渗层、构件接缝、加固、修补等。自应力水泥用于制造钢筋砼压力管及配件。⑤低热水泥适用于大体积砼工程。⑥高铝水泥适用于抢修工程、冬季施工、耐腐蚀工程、耐热砼。特别要注意：高铝水泥不能高温养护。不能与硅酸盐类水泥混用。（2）专用水泥①大坝水泥中热水泥：用于大坝溢流面。低热矿渣水泥：用于大体积砼内部。②道路水泥用于机场跑道、道路路面等工程。③砌筑水泥适用于工民建砌筑砂浆。3、水泥的应用（1）水泥品种选择考虑：（1）环境条件。（2）工程特点。（3）砼部位。（2）水泥强度等级选择原则：高标号水泥用于配制高强砼，低标号水泥用于配制低标号砼或砌筑砂浆。一般：标号（砼）标号（水泥）ff5.25.1时，砼工作性较好，也比较经济。（3）水泥的验收包括标志验收、数量验收、外观质量验收。（4）水泥的运输与保管①注意防潮。②不同品种、标号和出厂日期的水泥应分别储运，并应考虑先存先用。（5）受潮鉴别和处理①无结块，烧失量小于5%,按原标号使用。②有结粒，手捏可碎，烧矢量%6%4，强度损失%20%15，约降低一个标号。③有结块且较硬，烧矢量%8%6，表明水泥已严重受潮，强度损失约%50，筛除硬块，用于抹面砂浆。④结块坚硬，烧矢量大于%8，表明水泥已失效。（6）水泥质量的仲裁处理GB规定：凡3,SOMgO、初凝时间、安定性中任一项不合格时，水泥为废品；凡细度、终凝时间、不溶物和烧矢量中有一项或混合材掺量过量、强度低于规定