土木工程材料「考试提纲+重点内容整理」

2. 孔隙率；空隙率；公式！
孔隙率：材料中的孔隙体积与总体积的百分比称为孔隙率P
P0
V0 V 100% 1 0 100% V0
V 0 V 0 100% 1 0 100% V 0 0
空隙率: 散粒材料堆积体积中, 颗粒间空隙体积所占总体积的百分率
5. 水玻璃的化学式；水玻璃模数；水玻璃模数对性能的影响； 水玻 璃的促硬剂（氟硅酸钠）与原理；硬化水玻璃的性质： 耐酸、耐 高温。
水玻璃：碱金属硅酸盐的水溶液， R2O· nSiO2 + H2O 其中R=Na＋、K＋ 水玻璃的模数n: 氧化硅SiO2与碱金属氧化物R2O的摩尔比。
模数对水玻璃性能的影响：模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好，水 中的溶解能力下降。 水玻璃的促硬剂 ：氟硅酸钠（ Na2SiF 6 ），其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中 硅酸凝胶的析出和SiO2的形成。 水玻璃的特性： 良好的胶结能力；耐热性好、不燃烧；较好的耐酸性能；耐 水性和耐碱性差
欠火石灰：煅烧温度过低或时间不足，CaCO3不能完全分解，亦即生石灰中 含有石灰石CaCO3。 过火石灰：煅烧温度过高或时间过长，部分块状石灰的表层会被煅烧成十分 致密的釉状物。
过火石灰与水反应熟化的速度较慢，往往要在石灰固化后才开始水化熟化， 从而产生局部体积膨胀，影响工程质量。由于过火石灰在生产中是很难避免 的，所以石灰膏在使用前必须经过“陈伏“。
比强度：反映材料单位体积质量的强度，其值等于材料强度与其表观密度之 比。； 强度试验影响因素： 试件尺寸：相同材料、形状，小尺寸大于大尺寸 高宽比：相同材料、受压面积，立方体大于棱柱体 表面粗糙度：试件受力表面不平整或表面润滑时，所测强度值偏低 加荷速度：加荷速度快时，变形速度落后于荷载增长速度，测得的强度值偏 高；反之，材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。 温度湿度：温度升高，材料内部质点的振动加强，质点间距离增大，质点间作用 力减弱，材料的强度降低； 大多数材料被水浸湿后或吸水饱和状态下的强度低于干燥状态下 的强度。这是由于水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜， 增大材料内部质点间距离，材料体积膨胀，削弱微粒间的结合 力。
2. 建筑石膏的凝结硬化（溶解沉淀理论） ；
凝结硬化过程中的水化反应： CaSO4· 0.5H2O ＋1.5H2O CaSO4· 2H2O＋Q 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应 凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论” 溶解：半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水 中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液 沉淀：半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉 淀 硬化：二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网 建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点为：速度快、体积微膨胀。 半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体 所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！
5. 亲水性；憎水性；润湿角；
根据水与材料表面的润湿角（接触角）θ 的大小，有：
亲水性： 0≤θ≤ 90° 时，材料表面可被水所湿润；材料表面被水湿润，水可被材料 所吸附，材料的这种性能称为亲水性，这种材料称为亲水性材料。 憎水性： 90° ＜θ≤ 180° 时，材料表面不可被水湿润，材料称为憎水性材料，这种 性能称为材料的憎水性。 亲水性与憎水性材料的特征： 水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。 对工程防水有利。 水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。
6. 硅酸盐水泥生产的原料与主要生产环节（两磨一烧）
原料：硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3；钙质：石灰石、白垩等，(CaO)， 占2/3；调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2 制造工艺：原料经粉磨混合后得到水泥生料生料经窑内煅烧得到水泥熟料 水泥熟料＋石膏(或再＋混合材)一起经粉磨混合后得到水泥（两磨一烧）
7. 弹性；塑性；韧性；脆性；硬度；磨耗（耐磨性）
弹性：材料能恢复荷载作用下的变形的性能； 塑性：不可恢复荷载作用下的变形的性能； 韧性：材料破坏前，能产生较大变形或吸收较大能量； 脆性：材料破坏前，不产生明显变形而突发破坏； 硬度：材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力； 耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。
第一章 基本性质
1. 密度；表观密度；堆积密度
密度ρ：绝对密实状态下 m/V （V：固（+内部闭口孔隙）；试样： 细粉；排液法） 表观密度ρ0：自然状态下，m’/V0 （V0：固+孔；试样：块体；规则-直接测，不规则-蜡封排液法） 堆积密度ρ0：自然堆积状态下，m’/V0’ （V0’：固+孔+空；试样：颗粒；固定体积法） 问题： 1.对于某一种材料来说，其密度、表观密度和堆积密度之间的相互关系怎样？ 密度＞表观密度＞堆积密度 为什么？ 自然状态下的体积＝绝对密实体积＋孔隙体积； 堆积体积＝密实体积＋孔隙体积＋空隙体积。
3. 含水率；吸水率；平衡含水率；
含水率 材料所含水的质量与干燥状态下质量之比
w
m m1 100% m
吸水率 材料吸水饱和面干时的含水率

率。
m m2 100% m
平衡含水率：材料在一定湿度的环境下吸湿，与环境中湿度达到平衡时的含水
4. 孔隙率的影响：强度、抗渗性、抗冻性、导热系数（绝热性 能） 、 表观密度
6. 强度；强度等级；比强度； 强度试验影响因素：试件尺寸、 高宽比、表面粗糙度、加荷速 度、温度湿度（结合混凝土试 验理解） 。
强度：材料抵抗荷载作用下的变形，保持原有形状 (不发生形变)或抵抗破坏 的性能量度。 材料破坏时，应力达到极限值，这个极限值就是材料的强度，也成为 极限强度。 根据荷载种类与作用方向，强度有： 抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度 强度等级：土木工程材料常根据其极限强度值的大小，人为划分的若干“强 度等级”
3) 该碎石的密实度、空隙率和填充率？ 解答 1）∵ V’o=10L, m’2=13.5kg; ρ0’ =（m’/V0’）= 13.5/10 = 1.35 ∵ m’=1000g, 吸水后质量=1036g. 设水的密度＝1。 则， Vo = 791－(1411－1036) = 416mL ∴ ρ0 =（m’/V0）= 1000/416 = 2.404 ∵ V=18.8mL, m=50g; ∴ ρ=(m/V)= 50/18.8=2.66 2) P = [1－ρ0/ρ] × 100% =(1－2.404/2.66)=9.624% 其中： P开= 36/416=8.653% P闭= 9.624－8.65=0.974% 3) D=1－P=90.376% P’=[1－ρ0’/ρ0] × 100% =(1－1.35/2.404)=43.8% D’=1－P’=1－43.8%=56.2%
8. 耐久性概念及包含的内容
耐磨性：材料在环境的多因素作用下，能经久不变质、不破坏，长久地保持其 性能的性质。 包含范围：抗冻性、抗水性、抗渗性、抗碳化性、抗风化性、大气稳定性、耐 腐蚀性、抗候性、抗老性
第二章
无机胶凝材料
1. 气硬性（水硬性）胶凝材料概念；
气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，并保持和发展强度的材料； （关键: 干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！） 水硬性胶凝材料：不仅能在空气中，而且能更好地在水中凝结硬化并保持和 发展强度的材料。 （关键: 干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！）
石灰的凝结硬化：主要包括结晶和碳化两个过程。 结晶作用：石灰浆中多余水分蒸发或被砌体吸收，是Ca(OH)2以晶体形态析 出，石灰浆体逐渐失去塑性，并凝结硬化产生强度的过程。 （生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体浆体中游离水的不断损失，导致 Ca(OH)2结晶晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。） 碳化作用：空气中的CO2遇水生成弱碳酸，再与Ca(OH)2发生化学反应生成 CaCO3晶体的过程。生成的CaCO3自身强度较高，且填充孔隙使石灰固化 体更加致密，强度进一步提高。 （Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层提高耐久 性）
石灰凝结硬化的特点：速度慢；体积收缩大。 石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？ 答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容易导致 开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。
4. 石灰、石膏特性的比较
石灰的特性： 表观密度小；保水性与可塑性好；凝结硬化慢、强度低；耐水性差；干燥收 缩大，容易开裂。 石膏的特性： 凝结硬化快；强度较高；体积微膨胀；色白可加彩色；保温性能好；耐水性 差；防火性好；孔隙率较大。 1. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？ 答：半水石膏需加水60～80％，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半 水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量；即，有40~60％多的水不能 参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。 2、孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点Which？ 答：优点—保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、 墙面粉刷砂浆等。 缺点—强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用 于潮湿环境等。
7. 硅酸盐水泥的定义：熟料矿物（4 种）+石膏
硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：
矿物名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
Baidu Nhomakorabea
英文名称 Alite Belite Aluminate Ferrite
缩写 CS
3
分子式 Ca SiO
3 5
矿物式 3CaO· SiO 2CaO· SiO
2
CS
2
Ca SiO
P0
例题 某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥，用一个10升的金属 桶，称得一桶碎石的净质量是13.50Kg；再从桶中取出1000g的碎石，让其吸 水饱和后用布擦干，称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水注满这 广口瓶，连盖称重为1411g，水温为25C，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水 连同盖的质量为791g；另外从洗净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、 过筛成细粉，称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。试问: 1) 该碎石的密度、表观密度和堆积密度？ 2) 该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？
2
4
2
CA
3
Ca Al O
3 2
6
3CaO· Al O
2
3
C AF
4
Ca (Al,Fe) O
2 2
5
4CaO· Al O · Fe O
2 3 2
3
8. 4 种矿物水化产物、水化特性；石膏的作用（无：闪凝；合 适； 多：水化硫铝酸钙腐蚀）
硅酸钙（ C3S 、 C2S ）水化 ：生成水化硅酸钙 C3S2H3 （简写 C-S-H ）凝胶和 Ca(OH)2晶体（羟钙石），并放出热； 特征： 1.生成的C-S-H几乎不溶于水，而以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶； 生成的Ca(OH)2很快达到饱和，呈六方板状晶体析出。 2.C3S的水化反应速度快，放热量大；C2S水化反应速度慢，放热量小。 3. C3S早期与后期强度均高； C2S由于水化反应速度慢，早期强度低，但后 期强度增进率大，一年后可赶上甚至超过C3S的强度。 铝酸三钙（C3A）水化：生成水化铝酸钙晶体C3AH6 特性 ：反应速度极快，放热量最大，其部分水化产物水化铝酸三钙晶体与 Ca(OH)2 进一步反应生成水化铝酸钙晶体，两者的强度均很低。 铝酸钙C3A的
3. 生石灰；熟石灰；石灰膏；欠火石灰与过火石灰；陈伏；石 灰的 凝结硬化（结晶作用，碳化作用）
生石灰：石灰的生产，实际上就是将石灰石在高温下煅烧，使碳酸钙分解为 CaO和CO2，CO2以气体逸出。生产所得的CaO成为生石灰，是一种白色或
灰色的块状物质。 生石灰的特性：遇水快速产生水化反应，体积膨胀，并放出大量热。煅烧良 好的生石灰能在几秒钟内与水反应完毕，体积膨胀两倍左右。 熟石灰：生石灰CaO加水反应（熟化）生成的Ca(OH)2，称为熟石灰。 石灰膏：当熟化时加入大量的水，则生成浆状石灰膏。 熟化过程中加入过量的水，一方面考虑熟化时放热引起水分蒸发损失，另一 方面确保CaO充分熟化。 石灰膏面层必须蓄水保养，以阻断和空气直接接触，防止干硬固化和碳化固 结。