土木工程材料笔记

土木工程材料（笔记）csl 2011.3耐水性——软化系数：系数↑，耐水性↑ 抗渗性——渗透系数，抗渗等级压拉弯剪 1MPa 1N mm 2§ 1-2 力学性质 比强度 : f 0 轻质高强的指标弹塑脆韧性§ 1-3 耐久性：耐水，抗渗，抗冻，耐候，其他第二章．无机胶凝材料 :气硬 ,水硬§ 2-1 气硬性原料与生产 : CaSO 4 0.5H 2O 高强：晶体粗大结实，比表面积小CaS04 0.5H 2O 建筑： （与上相反 ） 水化硬化：水化→ CaSO 4.0.5H 2O（晶体 ）一、石膏 凝结硬化 凝结：初、终凝 硬化：快，加缓凝剂，微膨胀 指标：强度，细度，凝结时间 特性：强度低，孔隙率大，隔音保温，防火好 生产 欠火石灰（不能消解）过火石灰，消解缓慢——陈伏二、石灰熟（消）化→ Ca （OH ）2 放热，体积↑硬化 干燥结晶，析出 Ca （OH ）2 碳化硬化→ CaCO 3慢，表为 CaCO 3，内为 Ca（OH ）2 特性：可塑性，保水性好，强度低，易开裂，耐水性差，吸湿性强 生产 --湿法，干法三、水玻璃 模数： SiO 2 与 Na 2O 的分子比 n 硬化→无定形硅酸，缓慢，加促硬剂 （Na 2SiF 6 氟硅酸钠 ） 特性：粘结力强，强度高，耐热高，不耐碱、水、渗四、比较 强度：水玻璃 ＞石膏 ＞石灰硬化速度：石膏 ＞石灰 ＞水玻璃第一章 . 土木工程材料的基本性质微观 （晶体、玻璃体、胶体 ）。

结构：宏观，细观， § 1-1 物理性质 一、基本性质：密度表观密度 0 堆积密度孔隙率 P 空隙率 P相关公式： P(1 0 )m 饱 - m干 Pk二、与水有关性质H 2亲、憎水性——润湿角 吸水性——重量吸水率 吸湿率——含水率P (1 0 )W m ， 体积吸水率 W v相关公式 : W mmH 2Om 干m 饱 -m 干WVV H 2Om 饱 -m 干 1m 干V 干H 2O VP kWm 00饱 0干强度↓， 、孔隙对性能的影响：孔隙↑， 吸水率↑，透气透水性↑导热系数↓，热容↓， 与抗冻无关§ 2-2 水硬性通用水泥：硅酸盐普通矿渣火山灰粉煤灰 复合(代号) PI PIIPO PSA PSBPPPF PC （混合材料 ） 0 55-2020-50 50-70 20-40 20-4020-50 (%)§ 2-3 硅酸盐水泥熟料：C aO SiO 2 Al 2O Fe 2O 3以硅酸钙为主组成 混合材料 石膏：缓凝剂，不足时会瞬凝 、生产 生产 原料：石灰质、粘土质、校正过程：两磨一烧 磨原料→煅烧→磨成品熟料组成：C 3SC 2SC 3AC 4AF（硬化速度 ） 快 慢 最快 快 （ 水化热 ） 多 少 最多 中 （强度）早强晚强低低二、水化、凝结、硬化C3S/C 2S + H 2O → C-S-H + CH （ 晶体 ）熟料 C 3A + H 2O → C-A-HC4AF + H 2O → C-A-H + C-F-Hⅰ ） 水化 石膏 （ 缓凝机理 ） CaSO 4 2H 2O + C-A-H → Aft → AFm凝胶： C-S-H C-F-H主要产物晶体： CH C-A-H Aft （ 高硫型水化硫铝酸钙，钙凡石 ） ⅱ ） 凝结、硬化→水泥石：水化物，未水化颗粒，孔隙，水 ⅲ ）影响硬化因素：熟料组成及细度，水灰比，石膏掺量，温湿度，龄期三、技术性质筛析法ⅰ）细度 ↑,水化反应 ↑硬化 ↑强度比表面积：单位质量的总表面积 （m 2/kg ）初凝≥ 45min, 终凝≤ 6.5h标准稠度用水量 P （%） —试锥下沉 28 2mm 时的稠度ⅲ）体积安定性： f-CaO f-MgO 过量石膏——试饼法 42.5（R ） ⅳ）强度等级 C:S:H=1:3:0.5, 试件 40 40 160mm,20 1oC 三级两型 52.5（R ） ⅴ） 氯离子侵蚀62.5（R ）四、防腐、特点、应用 ①高强快硬 , 抗冻耐磨 ②不耐热、蚀，水化热大 § 2-4 掺混合材料的硅酸盐水泥、混合材料——降成本，改善性能吗，调节强度等级成分：活性 SiO 2 Al 2O 3 结构：玻璃体 非活性：石英砂，石灰石粉SiO 2 + Ca(OH) 2 + H 20 → C-S-HAl 2O 3 + Ca(OH) 2 + H 2O → C-A-HCaSO 4 2H 2O + C-A-H → Aft一次水化 :熟料→ CH二次水化 : 混合材料→发生火山灰反应三、通用水泥特性、应用、储存运输ⅱ）凝结时间）分类ⅱ） 火山灰反应、二次反应、大掺量混合材料水化能使石灰称为水硬性材料矿渣、火山灰质、粉煤灰§2-5 其他品种水泥：高铝水泥 （ 铅酸盐 ） 、快硬水泥、膨胀自应力水泥、道路水泥。

第三章 . 水泥混凝土及砂浆特点优：造价低，耐久高，可塑性好§ 3-1 砼缺：自重大，比强度小，导热系数大，硬化慢要求 ①强度等级 ②和易性 ③耐久性 ④经济§ 3-2 砼各组分材料 一、水泥：高对高，低对低二、水：拌合、养护有害物：云母、轻物质、有机物、硫、氯盐、泥（ 块）细度模数 f (A 2 A3A6) 5A 1100 A 1颗粒级配 （ 按 0.6mm 孔 累筛余分三区 ）优选二区 坚固性、碱活性 （ ① 含碱＞0.6% ② 含活性 SiO 2 ③ 存在 H 2O ） 有害物：有机物、硫颗粒形状佳: 球、正方体差：针片状 强度：碎 ＞卵分类：碎、卵流动性：卵 ＞碎最大粒径 : 颗粒级配——节约水泥用量 坚固性、碱活性 减水剂保持塌落度不变，减少用水量，提高强度表面活性剂；先掺，同掺，滞水，后掺 引气剂：改善和易性，提高抗渗、抗冻、抗裂 早强剂 （冬季施工，抢修工程 ） ；缓凝剂 粉煤效灰应 :活性、形态、微骨料效应作用 : 和易↑可泵↑可塑↑耐腐↑抗渗、 冻↑ , 水化热↓早强↓ 硅灰：作用——粘聚性↑保水性↑强度↑耐久性↑ 矿渣粉、煤矸石 作用：节约水泥，改善性能，调节强度等级§ 3-3 砼性能流动性——塌落度 （ 精确至 5mm ） 粘聚、保水性 （ 无指标，观察 ） 用水量：水泥浆数量和稠度——恒定用水量法则 砂率——合理砂率、和易性 影响因素 组分材料：水泥骨料、外加剂时间（ 塌落度损失 ）、温度 降砂率，采用粗砂、石改善措施塌落度小时 , W 不变增加 C 、W ；大时 , 砂率不变增加 S 、GC粘聚保水性不良——砂率↑、强度 : 定义 -- 150mm 立方体，抗压强度 f cu等级： C30——表示立方体抗压强度标准值为30MPa三、细骨料分为细、中、粗砂，优选中粗砂四、粗骨料 强度：母岩作 50mm 立方体，压碎指标nm0 m1 , n , 强度 m 0五、外加剂六、掺合料§ 3-5 砼配合比设计一、表示法：绝对用量法，相对用量法： C:W:S:G二、要求：强度、和易、耐久、经济 初步 C :W:S:G 实验室 C 0:W 0 :S 0:G 0 施工 C :W :S :G C C 0S =S 0(1+ a%) a %——砂含水率 其中G =G 0(1+b%)b% ——石含水率W =W 0-S 0 a %-G 0b%轴心抗压强度 f cp (0.7 ~ 0.8) f cu , 抗压强度 f tp , 抗弯拉强度 f cf水泥强度等级因素 水灰比：C起决定性因素 f 28 f cu Af ce(WB )龄期 ( f nf 28l l g g 2n 8), 骨料，温湿度，掺料，外加剂提高措施化学收缩——微裂缝 干湿变形：湿胀无害，干缩开裂 (主因 )温度变形：冷缩危害大——设置温度缝 短期荷载——弹塑性；长期——徐变 非荷载变形三、变形性能抗渗性：等级 P4——抗 0.4MPa 水压不渗水。

≥P6 为抗渗砼四、耐久性抗冻性：等级 F150——反复冻融循环最多 150 次。

≥F150 为抗冻砼 抗侵蚀、碳化、碱骨料反应 措施：控制 (W C)max 及水泥用量 C min五、砼性能、参数 三参数： 水灰比 砂率 用水量四性能：和易性 强度 变形 耐久性§ 3-4 砼的质量控制 一、正态分布Vf cu cu三、强度保证率 四、配制强度 : f配 设1.645 ( 或 f cu.tcu.k1.645 )三、内容cu.k概率度 tcu P(t):二、指标 :§ 3-6 建筑砂浆：无粗骨料的混凝土，砂率为100%一、组成：水泥、砂、掺料、外加剂、拌合水 和易性 流动性——稠度 （沉入度 / 量）和易性保水性——分层度 强度 试件： 70.7mm 立方体 6 块，测拉压均值M5: 表示砂浆立方体抗压强度平均值为 5MPa 粘结力、变形性二、砌筑砂浆 不吸水基层： f 28 f m.0 0.29f ce （ C0.4） 强度公式W Qc 吸水基层： f 28 f m.0Af ce cB1000f m.0 f 28 0.645 （ f 配 f 设 0.645 ） 配合设计 1m 3砂浆水泥用量 Q c 1000（ f m.0 B ） Af ce三、抹面砂浆：底层—粘结 （保水） 中间—找平 （平整） 面层—装饰 （抗裂 ）第四章 . 墙体材料 （砌筑材料 ）§ 4-1 砌墙砖一、青，红砖：青砖较结实、高强、耐碱、耐久、成本高 欠，过火砖——废品二、烧结普通砖 （ 空洞率 <15%）： 240 115 53mm 33ⅰ） 1m 3需要砖 512 块，需砂浆 0.251 m 3尺寸偏差、外观质量0.21: 平均值、 标准值 ,0.21: 平均值、 最小值泛霜 , 石灰爆裂ⅲ） 质量等级——尺寸偏差、外观质量、泛霜、石灰爆裂 ⅳ） 应用：承重墙体，拱，柱，基础三、烧烧结多孔砖 （ 孔洞率≥ 15%）——竖孔砖：例 MU30 应用：六层以下承重墙，非承重墙 四、烧结空心砖 （ 孔洞率≤ 35%）——水平孔砖：例 MU2.0 应用：非承重墙，填充墙五、非烧结砖：蒸压灰砂砖、粉煤灰转 § 4-2 砌块岩浆岩 （ 火成岩 ） ：花岗、玄武 分类 沉积岩 （ 水成岩 ） ：石灰岩、砂岩 变质岩：大理石、石英岩 §4-3 天然石材 技术要求 70mm 立方块 3 块：例 MU100 品种：毛石，料石 （ 细，半细，粗，毛 ） ，石板材 （厚度 20mm ）其中 天然大理石：抗压高，硬度不高——室内装饰 天然花岗岩：全晶质岩石——室内外地面，柱石等第五章 . 建筑钢材ⅱ）技术性质强度 （取 10 块）: f , 标准差 s2(f i f )29变异系数§ 5-1 土木工程的用钢及制品 § 5-2 钢的冶炼与分类含 C 量>2.06%→ （生） 铁Fe-C 合金含 C 量 <2.06%→钢、常用钢种碳素结低构合钢金—高—强例度结构钢 低合金高强度结构钢热轧钢筋——分级依据 s 、 b 、 、 冷弯、钢筋混凝土用钢材 例： HRB400 冷轧带肋钢筋——例： CRB800 注： H （热轧 ） P （ 光圆 ） R （ 带肋 ） B （ 钢筋） C （ 第六章 . 沥青材料及防水材料 柔性——防水卷材、涂料、密封膏 按特性 刚性——防水砂浆、混凝土钢结构用钢筋混凝土结构用 围护结构和装修工程用、钢、铁主要是按化学成分碳素钢 合金钢 、分类沸腾钢“ F ”镇静钢“ Z ” 按脱氧程度 半镇静钢“ b ”注: 工程中主要使用前三种特殊镇静钢“ TZ ”§ 5-3 技术性能 一、力学性能屈服强度 s软钢——下屈服强度硬钢——产生 0.2%l 0 的应力：σ 0.2 ⅰ）抗拉性能抗拉强度σb屈强比： s b 屈强比↓，可靠性 ↑，材料利用率↓ⅱ） 塑性——伸长率δⅲ） 冲击韧性 a k 温度降到一定程度时钢材呈脆性——冷脆性 ⅳ） 硬度、耐疲劳性 二、工艺性能 （图略 ）ⅰ） 冷弯性能——弯曲角度 （ ） 弯心直径 （d ）合格标志：无裂纹，断裂及起层现象ⅱ） 焊接性能—— S 含量高，出现热脆性 ⅲ） 冷加工处理冷加工强化—— s 明显↑， b 不变 ， 塑、韧性、 E 明显↓ 时效处理 自然时效：常温存放 15-20d , 人工时效：通电加热至 时效处理 作用： s ↑， b ↑， 塑、韧性↓， E 恢复§ 5-4 钢的组织与化学成分100-200 O C、钢的晶体组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体 二、化学成分 优化性能 劣化性能 § 5-5 建筑用钢材的品种与选用 Si ，Mn ，Ti, V, NbS （ 热脆性 ）, P （ 冷脆性 ）, O, NQ195-AF ：屈服点为 195MPa 的 A 级沸腾钢冷轧）§ 6-1 分类瓦——烧结瓦、油毡瓦、混凝土平瓦按化学成分：沥青防水材料，高聚物改性沥青，高分子防水材料§ 6-2 沥青材料一、定义——有机胶凝材料，常温下呈黑色固态，半固态或液态二、石油沥青油分（液）——流动性树脂（半固）——塑性、粘结性ⅰ）各组分特性地沥青质（固）——耐热性、粘性、脆性石蜡（有害成分）——降低塑性、粘结性、对温度敏感ⅱ）胶体结构——以地沥青质为核心，吸附树脂细分形成胶体溶胶，凝胶，溶凝胶ⅲ）技术性能:粘（滞）性——针入度（0.1mm）→分级指标:针入度↑ ,牌号↑ , 粘性↓ 塑性——延（伸）度（cm）温敏性——软化点（O C）→环球法: 软化点↑ , 温敏性↓ , 温稳性↑ , 耐热↑ 大气稳定性——蒸发损失率、针入度比ⅳ）石油沥青的选用:屋面沥青:软化点高于屋面最高温20-25 O C（沥青屋面高于气温25-30 O C）南方地区：路面沥青选用热稳定性好，针入度小的北方地区：选用针入度大的ⅴ）掺配——同属石油沥青或同属煤沥青才可掺配掺配公式：Q1T2 T100%, Q2=1-Q1 （Q1、Q2分别为较软、较硬沥青用量）三、煤沥青（煤焦油、柏油）: 温敏性差，塑性差，有毒臭味，防腐好，粘附力好§ 6-3 防水材料一、防水卷材沥青基→高聚ⅰ）发展趋势多层→单层热熔法→冷粘法ⅱ）沥青防水卷材（油毡）——有胎ⅲ）高聚物改性沥青防水卷材SBS（弹性体）——用于寒冷及变形频繁地区ⅲ 高聚物改性沥A 青PP防（水卷材塑性体）——用于炎热、太阳强辐射地区ⅳ）合成高分子防水卷材：聚氯乙烯（PVC）, 三元乙丙（EPOM）ⅴ）卷材胶黏剂: 沥青胶，冷底子油二、防水涂料沥青基防水涂料——乳化沥青高聚物改性沥青防水涂料三、建筑密封膏第七章 . 木材§7-1 优点：轻质高强（比强度高），良好弹塑性缺点：吸湿性高，尺寸变化大§ 7-2 木材分类与构造一、针叶树特点：树叶细长，纹理顺直，材质均匀、质软——软木一、针叶树应用：强度高，承重，模板阔叶树特点：叶宽大，质硬——硬木应用：胀缩，翘曲大，室内装饰，家具二、构造宏观：树皮、木质部、髓心微观：细胞壁、细胞腔§ 7-3 主要性能自由水：细胞腔内和细胞间隙的水一、木材的水分吸附水：细胞壁内的水ⅰ）木材干燥时，自由水很快蒸发，但不影响木材尺寸，自由水蒸发完全后，吸附水才开始蒸发ⅱ）纤维饱和点：吸附水饱和且无自由水的含水率，是力学性能的转折点平衡含水率：与空气湿度平衡的含水率吸附水含量变化引起木材变形变形形变量：弦向＞径向＞顺纹ⅲ）湿胀干缩顺拉＞抗弯＞顺压＞横剪吸附水↓，强度↑二、木材强度§ 7-4 木材的防护与防火：完全干燥和完全浸入水中的木材不易腐朽原条——未加工的木材§ 7-5 木材综合利用率原木——按尺寸切取的材料锯材——锯解成一定尺寸的木料宽度为厚度3 倍以上为板材，不足3 倍为枋材2011 年于福州。