土木工程材料知识点

第一节 绪论什么是土木工程材料土木工程包括：建筑、道路、桥梁、沿途、地下、港口、水利、市政工程——用来建设的材料即为土木工程材料复合材料：碳纤维复合材料、聚合物复合材料、高分子复合材料 绿色建材：含义：采用清洁的生产技术、少用天然资源、多用工业或城市固体废弃物（和农植物秸秆）（生产过程）建材本身：无毒、无污染、无放射性建材功能：有利于环保、有利于人体健康 土木工程材料分类：发展趋势：高性能化、复合化和多功能化、良好的环境协调性、无污染可再生 发展方向：优先发展水泥与混凝土材料、提高配套 土木工程材料质量的控制方法： ,初步确定来源以及质量情况 对工程材料进行抽样检验检测半成品和成品的技术性能，从而评定材料在实际工程中的实际技术性能。

采取相应的措施避免对工程质量造成的不良影响、土木工程对材料的基本要求：安全、适用、美观、耐久与经济 第一章 土木工程材料的基本性质 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表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量（包含内部空隙）表观密度：vm =ρ堆积密度：粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量密度是材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。

所谓绝对密实状态下的体积，是指不含有任何孔隙的体积。

表观密度表示材料单位细观外形体积（包括内部封闭孔隙）的质量。

容积密度表示材料单位宏观外形体积（包括内部封闭孔隙和开口孔隙）的质量。

堆积密度是指散粒材料或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。

材料的堆积体积指在自然、松散状态下，按一定方法装入容器的容积，包括颗粒体积和颗粒之间空隙的体积。

堆积密度：v''m0=ρ材料的孔隙率：块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。

00000100)1(1000P ⨯-=⨯-=ρρVV V 开口孔隙率：是指材料中能被水饱和（即被水所充满）的孔隙体积占材料在自然状态的体积的百分率.闭口孔隙率：是总孔隙率与开口孔隙率之差材料的密实度:材料体积内被固体物质充实的程度。

000100100⨯=⨯=ρρVV D材料的空隙率：散粒材料在其堆集体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。

%100)1(%1000'0'0''⨯-=⨯-=ρρVV V P亲水性与憎水性：材料与水接触时,有些材料能被水湿润,而有些材料则不能被水湿润,对两种现象来说,前者为亲水性,后者为憎水性。

C材料的含水状态：干燥状态：材料的孔隙中不含水或含水极微。

气干状态：材料的孔隙中含水与大气湿度相平衡。

饱和面干状态：材料表面干燥，而空隙中充满水达到饱和。

湿润状态：材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜。

吸水性：材料能吸收水分的能力。

吸水的大小以吸水率来表示。

质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比m100⨯-=mm mW ggbm b ——材料吸水饱和状态下的的质量 M g ——材料在干燥状态下的质量体积吸水率：材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率。

000bv 1001v⨯⨯-=ρwg m m WV 0——料在自然状态下的体积 W v ——材料的体积吸水率ρw——水的密度吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质材料的吸湿性用含水率表示——材料内部所含水的质量占材料干质量的百分率h100⨯-=mm mWggsw h --------材料的含水率m s -------材料在吸湿状态下的质量 m g -------材料在干燥状态下的质量耐水性：材料的耐水性指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。

AC衡量耐水性的指标:材料的软化系数软化系数ff K gb R =K R ——材料的软化系数f b ——材料在吸水饱和状态下的抗压强度 (MPa) fg ——材料在干燥状态下的抗压强度 (MPa)抗渗性：材料在压力水用下抵抗水渗透的性能渗透系数：AtHQdK =sKs ——渗透系数（越小材料的抗渗性越强）(cm/h) Q ——渗水量 (cm 3) A ——渗水面积 (cm 2)H ——材料两侧的水压差 (cm) d ——试件厚度 (cm) t ——渗水时间 (h)抗渗等级：标准方法进行透水试验，材料标准试件在透水前所能承受的最大压力来表示抗渗等级。

抗冻性：材料在保饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。

冻融破坏：在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏抗冻等级：以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数。

导热性：材料两面存在温差，热量传递的性质。

导热系数：TtA Q ∆=aλ λ——导热系数 W/(m.K)Q ——传导热量 J a ——材料厚度 m A ——热传导面积 m 2 t ——热传导时间 h t ∆——材料两面温差 K 导热性影响因素：热容性：材料在受热吸收热量，冷却时放出热量的性质。

比热（热容量系数）：单位质量材料温度升高1K 所吸收或放出的热量。

比热：tm Q C ∆=CC ——材料的比热 J/（g.K ） Q ——材料吸收或放出的热量 J m ——材料的质量 gt ∆——材料受热或冷却前后的温差 K热的变形性：温度升高或降低时材料的体积变化。

线膨胀系数：TL L∆∆=α l ∆——线膨胀或收缩量 (mm/cm)T ∆——材料升（降）温前后的温度差 (K) α——材料在常温下的平均线膨胀系数 (1/K)L ——材料原长 (mm/cm)材料的强度：材料在应力作用下抵抗破坏的能力。

测定方法:破坏试验法分类(根据外力作用方式)：抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度。

材料强度：Af Pmax=f ——材料强度（MPa ）P max ——材料破坏时的最大荷载 A ——试件受力面积抗弯强度：bhP fLw22max 3=比强度：材料强度与其表观密度之比.（反映材料轻质高强的指标，越大材料越轻质高强） 影响强度因素：材料的组成孔隙率↑，强度↓ 含水率↑，强度↓ 温度↑，强度↓试件尺寸 大 强度↓ 加荷速度 快 强度↑材料的弹性与塑性弹性变形：外力作用下变形。

外力取消后恢复原来形状 塑形变形: 无法恢复（永久变形）脆性：材料达到一定程度，突然发生破坏，并无明显的变形，这种性质即为脆性。

脆性材料：天然石材、陶瓷、玻璃、砂浆等。

特点：材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即破坏断裂的性质。

韧性：表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。

（韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。

）硬度：材料表面的坚硬程度。

硬度检测方法：刻划法、压入法、回弹法。

耐磨性：材料表面抵抗磨损能力。

耐久性：材料在使用条件下，受内在以及外来因素（自然因素、有害介质），能保持其使用性质的能力。

（自然因素：物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。

）材料的组成：化学组成、矿物组成、相组成（气相、液相、固相）材料的结构：宏观结构、细观结构（亚微观结构）、微观结构10-3m 10-3—10-6m 电子显微镜材料的构造：第二章无机气硬性胶凝材料胶凝材料：从浆体变成具有一定强度的石状整体的材料。

无机胶凝材料：石膏、石灰、水泥有机胶凝材料：沥青、各种树枝等石膏：原材料：生石膏 CaSO4.2H2化工石膏：磷石膏硬石膏:石膏的品种：型半水石膏（高强石膏）性质：硬化后的强度通常比建筑石膏要高2-7倍。

作用：抹灰工程、装饰制品、石膏板；掺入防水剂；可用于湿度较高的环境中。

石膏的特性：建筑石膏标记顺序:产品名称、抗折强度、标准号2.5GB9766：抗折强度2.5MPa的建筑石膏。

建筑石膏的技术性质：1.凝结硬化快。

（初凝时间不小于6min，终凝时间不大于30min。

）2.装饰性好，可加工性能好。

3.建筑石膏硬化后孔隙率大，强度较低。

4.建筑石膏硬化体隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。

5.防火性能好，具有一定的调湿调温性。

6.建筑石膏硬化时体积略有膨胀。

D建筑石膏的应用：1.配置石膏抹面灰浆及粉刷石膏。

2.建筑石膏制品。

石灰的品种：石灰的原材料：含碳酸的石灰石、白云石等。

石灰的生产：品种：过火石灰、欠火石灰石灰的分类:按MgO的含量分类：钙质石灰、镁质石灰。

按石灰的存在形成：块状生石灰——煅烧直接获得生石灰粉——块状生石灰磨细消石灰粉——生石灰消解石灰膏（乳）——生石灰+过量水建筑石灰的技术指标：细度、CaO+MgO含量、CO2含量、体检安定性等。

分为优等品、一等品、合格品。

石灰的特性：石灰的熟化：石灰的凝结硬化：（1）结晶过程：由于水分蒸发，使Ca(OH)2从饱和溶液中结晶析出。

（2）碳化过程：膜层较密，阻碍了空由于碳化作用主要发生在与空气接触的表层，且生成CaCO3气中CO的渗入，也阻碍了内部水分向外蒸发，因此硬化缓慢。

2石灰凝结硬化的特点：速度慢、体积收缩大。

石灰的特性：可塑性好、硬化缓慢、硬化后强度低、硬化时体积收缩大、耐水性差。

石灰的应用:石灰膏、石灰乳、石灰砂浆、石灰土、灰砂砖。

石灰在土木工程中的应用：1.石灰砂浆和石灰乳2.配置灰土和三合土3.制作硅酸盐制品4.制作碳化石灰板5.配置无熟料水泥水玻璃：硅酸钠或硅酸钾水溶液。

其化学通式为R2O. nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为SiO2和R2O的摩尔比值，称为水玻璃的模数。

水玻璃的生产：水玻璃的性质：（1）水玻璃具有良好的粘结能力，硬化后具有较高强度。

而且硬化时析出的硅酸盐凝胶有堵塞毛细孔隙而提高材料密实度和防渗透的作用。

（2）水玻璃不燃烧，在高温下凝胶干燥更加强烈，强度并不降低，甚至有所提高。

（3）硬化后的水玻璃，因其主要成分是硅胶，所以能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用，从而使其具有良好的耐酸性，但不耐碱。

水玻璃的应用：（1）用作灌浆材料加固地基（2）涂刷建筑材料表面提高密实性和抗风能力。

（3）配制耐酸混凝土和耐酸砂浆。

（4）配制耐热混凝土好人耐热砂浆。

（5）配制速凝防水剂。

第三章水泥硅酸盐系列水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰质硅酸盐水泥等。

水泥生产过程（通用硅酸盐水泥）（两磨一烧）通用硅酸盐水泥分类和代号：硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称I 型硅酸盐水泥代号P●I；硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称II型硅酸盐水泥，代号P●II。

普通硅酸盐水泥P●0矿渣硅酸盐水泥P●S山灰质硅酸盐水泥P●P粉煤灰硅酸盐水泥P●F复合硅酸盐水泥P●C通用硅酸盐水泥的特性:硅酸盐水泥:水化凝结硬化快，早期强度高与后期强度均高。

抗冻性好,干缩小。

水化过程中的水化热大。

耐腐蚀性和耐热性差。

普通硅酸盐水泥:早起硬化速度较慢。

抗冻性和耐磨新能较差。

矿渣硅酸盐水泥:凝结硬化慢,早期强度高低;后期强度发展较快,能赶上甚至超过硅酸盐水泥水热化低(适用大面积混凝土工程),耐热性好(用于耐热混凝土工程)。