土木工程材料知识点

土木工程材料复习整理

1. 土木工程材料的定义

用于建筑物和构筑物的所有材料的总称。 2. 土木工程材料的分类

（一）按化学组成分类：无机材料、有机材料、复合材料

（二）按材料在建筑物中的功能分类：承重材料、非承重材料、保温和隔热材料、吸声和隔声材料、防水材料、装饰材料等

（三）按使用部位分类：结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料等 3. 各级标准各自的部门代号列举

GB ——国家标准 GBJ ——建筑行业国家标准 JC ——建材标准 JG ——建工标准 JGJ ——建工建材标准 DB ——地方标准 QB ——企业标准 ISO ——国际标准

4. 材料的组成是指材料的化学成分、矿物成分和相组成。

5. 材料的结构

宏观结构：指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m 级以上。细观结构：指用光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸在10-3-10-6m 级。微观结构：微观结构是指原子和分子层次上的结构。其尺寸在10-6-10-10m 级。微观结构可以分为晶体、非晶体和胶体三种。

6.材料的密度、表观密度、堆积密度、密实度与孔隙率、填充率与空隙率的概念及计算密度：材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。（质量密度）密实体积：不含有孔隙和空隙的体积(V)。 g/cm3

表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。（体积密度）

表观体积：含有孔隙但不含空隙的体积(V0)。（用排水法测得的扣除了材料内部开口孔隙的体积称为近视表观体积，也称视体积。㎏/m3或g/cm3 堆积密度：材料在堆积状态下，单位体积的质量。（容装密度）堆积体积：含有孔隙和空隙的体积（V0’）。㎏/m3

0ρ

密实度：密实度是指材料体积内，被固体物质所充实的程度。

孔隙率：孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。

填充率：填充率是指散粒材料在其堆积体积中，被其颗粒填充的程度。

空隙率：空隙率是指散粒材料在其堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率。

7.材料的孔隙率对材料的性质有何影响

影响吸水性影响吸湿性影响材料抗渗性影响材料抗冻性影响材料导热系数

8.润湿边角与亲水性、憎水性的关系 P3 9.材料的吸水性与吸湿性的概念及计算

吸水性：是指材料在水中吸收水分的性质，其大小用吸水率表示。质量吸水率: 体积吸水率:

吸湿性：材料在空气中，吸收空气中水分的性质，称为吸湿性。其大小用含水率表示。 10.影响吸水性的因素

材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；材料的孔隙率；

孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等。 11.影响吸湿性的因素

材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；

材料的孔隙率；

孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等；

周围空气的温度和湿度。 12.什么叫耐水性如何表示

①材料长期在水作用下不破坏，强度也不显着降低的性质，称为耐水性。 ②用软化系数表示，即

软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。 13.什么叫抗渗性如何表示

①材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。 ②用抗渗系数K 表示，k 越大，材料的抗渗性越差。用抗渗等级Pn 表示，抗渗等级越高，抗渗性越好。

%1001?-=m m m W m

0ρ

?=V m W W 100%

m -?=

干

干含含m m W 干饱

软f f K =

14.影响材料抗渗性的因素有哪些孔隙率、孔隙特征 15.什么叫抗冻性用什么表示

①材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显着降低的性质。

②用抗冻等级Fn 表示，表示经过n 次冻融循环次数后。 16.如何表示材料的导热性（保温性）什么是导热系数

的热量。

17.影响材料导热系数的因素有：

材料的组成与结构；孔隙率及孔隙特征；含水情况 18.热容性是什么

材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质。 Q=m C(t1-t2)

19.比热容的物理意义是什么

1 kg 材料在温度改变1K 时吸收或放出的热量。

20.材料的抗压、抗拉、抗剪强度。

21.材料的抗弯强度 22.材料的比强度是什么

衡量材料轻质高强的一个指标，材料的强度与其表观密度之比，即： 23.什么叫弹性与塑性

弹性：材料在外力作用下产生变形，外力撤掉后变形能完全恢复的性质，称为弹性。塑性：材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并且

不产生裂缝的性质称为塑性。

24.什么叫脆性与韧性

脆性：在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。

脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。韧性：在冲击、震动荷载的作用下，能吸收较大能量而不破坏的性质称为韧性。如钢

()12Qd

A T T t

λ=

-?1

(T -T )A Q d t

??=A f F =

2F 3bh l f =

弯0

f ρ=

比强度εσ=

材、木材、纤维等。

桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等处所用的材料须有较好的韧性。

25.什么叫硬度和耐磨性

硬度：指材料表面的坚硬程度，是抵抗其他物体刻划、压入其表面的能力。

测定方法：刻划法、回弹法、压入法。

耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。用磨损率表示。

26.提高耐久性的措施

减轻介质对材料的破坏作用

提高材料密实度

对材料进行憎水或防腐处理

在材料表面设置保护层

27.什么叫胶凝材料什么叫气硬性胶凝材料什么叫水硬性胶凝材料

胶凝材料：指经过自身的物理化学作用后，能够由浆体变成固体，并在变化过程中把一些散粒材料或块状材料胶结成具有一定强度的整体。

气硬性胶凝材料：是指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度的胶凝材料。

水硬性胶凝材料：是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化并保持和继续发展其强度的胶凝材料。

28.什么叫过火石灰有什么危害

过火石灰：因煅烧温度过高使粘土杂质融化并包裹石灰。

危害：不仅影响产浆量，还会导致工程事故。这是由于它表面包裹有一层玻璃质釉状物，从而延缓石灰的熟化，导致已硬化的砂浆产生鼓泡、崩裂等现象。

29.欠火石灰以及正火石灰

欠火石灰：（温度过低时）碳酸钙没有完全分解，降低了生石灰的产量

正火石灰：（900°C左右时）

30.什么叫石灰的熟化

指生石灰与水发生水化反应，生成Ca（OH）2的过程。

31.生石灰水化反应的特点

反应可逆；

水化热大，水化速率快；

水化过程中体积增大。

32.什么叫陈伏为什么要陈伏陈伏时要注意什么

①熟化后的石灰浆在消化池中储存2~3周以上，此过程成为“陈伏”。 ②为了消除过火石灰的危害；

③陈伏期间，石灰浆表面应保持一层一定厚度的水，以隔绝空气，防止碳化。

33. 石灰的硬化、性能及应用 ①干燥、结晶和碳化三个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，

结晶过程主要在内部发生。（原因：空气中CO2含量稀薄，使碳化反应进展缓慢，同时表面的石灰浆一旦硬化就

形成外壳，阻止了CO2的渗入，同时又使内部的水分无法析出，影响硬化过程的进行。） ②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 ③应用：配制石灰砂浆、石灰乳配制石灰土、三合土生产碳化石灰板加固含水的软土地基静态破碎剂 34.石膏的生产、性能、应用 ①生产：

建筑石膏：（β型半水石膏）高强石膏：（α型半水石膏） ②特性：

硬化后体积微膨胀性

硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸声性较强、吸湿性较强。耐水性与抗冻性较差凝结硬化快

防火性好但耐高温性差 ③应用：纸面石膏板装饰石膏板

H O H CaSO O H CaSO 224170~107242

1212+????→???

?0125 0.13MPa

4242211

2122C CaSO H O CaSO H O H O

???????→?+，

吸声用穿孔石膏板

石膏艺术制品

35.六大通用水泥的定义、性能、应用（考点：eg.什么叫做火山灰水泥）

硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)、矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)、火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)、粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥)和复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)等．统称为六大水泥。

36.各种水泥的代号

硅酸盐水泥：P·I，P·II

普通硅酸盐水泥：P·O

矿渣硅酸盐水泥：P·S·A，P·S·B

火山灰质硅酸盐水泥：P·P

粉煤灰硅酸盐水泥：P·F

复合硅酸盐水泥：P·C

37.硅酸盐水泥熟料组成及单矿物特性

主要组成成分：硅酸三钙(C3S) 少量：游离氧化钙

硅酸二钙(C2S) 游离氧化镁

铝酸三钙(C3A) 含碱矿物以及玻璃体等

铁铝酸四钙(C4AF)

单矿物特性：

产物：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体

39.水泥的氧化物和化合物简写（P73）

40.主要技术指标（细度、凝结时间、安定性、强度）

细度：指水泥颗粒的粗细程度。

水泥越细：优点：总表面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。

缺点：硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。

GB规定：硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。

同时规定凡细度不符合规定者为不合格品。

凝结时间：水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。

自加水起至水泥浆开始失去塑性，流动性减小所需时间，称为初凝时间；

自加水起至水泥浆开始完全失去塑性、开始有一定结构强度所需的时间称为终凝时间。

结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。

结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。

GB规定：初凝时间不得早于45min 终凝时间不得迟于390min

安定性：指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。

不良：水泥硬化后体积发生不均匀膨胀，导致水泥石开裂、翘曲等现象。

良好：否则，为良好。

引起安定性不良的原因有哪些：熟料中含有过多的游离CaO，MgO；石膏掺量过多

GB规定：用沸煮法检验必须合格；熟料中MgO含量≯5%；熟料中SO3含量≯%；

强度：

41.何为水化热水化热的利与弊

①水泥与水发生水化反应所放出的热量称为水化热。

②高水化热的水泥在大体积混凝土工程中是非常不利的，在大体积混凝土中应选择低热水泥。

在混凝土冬期施工时，水化热有利于水泥的凝结、硬化和防止混凝土受冻。

42.水泥石腐蚀及防止

腐蚀：水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀。主要原因有：

淡水腐蚀

硫酸盐腐蚀

溶解性化学腐蚀防止：根据工程所处环境，选用适当品种的水泥；增加水泥制品的密实度，减少侵蚀介质的渗透；加做保护层。 43.三种水泥的共同性质

凝结硬化慢，早期强度低，后期强度发展较快

抗软水、抗腐蚀能力强水化热低、放热速度慢抗碳化能力差抗冻性差、耐磨性差湿热敏感性强，适合蒸汽养护 44.三种水泥各自的特性

矿渣水泥耐热性强、干缩性较大、保水性差火山灰水泥保水性好、抗渗性好、硬化干缩性显着粉煤灰水泥干缩性小、抗裂性好 45.混凝土的定义

由胶凝材料、骨料、水按适当比例配合拌制而成的混合物，经一定的时间硬化而成的人造石材。 46.混凝土的分类

（一）按干表观密度分

（1）重混凝土。表观密度大于2500kg/m3的混凝土。常由重晶石和铁矿石配制而成。（2）普通混凝土。表观密度为1950～2500kg/m3的水泥混凝土。主要以砂、石子和水泥配制而成，是土木工程中最常用的混凝土品种。

（3）轻混凝土。表观密度小于1950kg/m3的混凝土。包括轻骨料混凝土、多孔混凝土和大孔混凝土等。（二）按胶凝材料分（三）按用途分

（四）按生产工艺和施工方法分

47.混凝土的基本要求（配合比设计的基本要求）如何满足（1）满足施工要求的和易性。

???????

??大体积混凝土耐酸混凝土耐热混凝土防水混凝土结构混凝土

???????辗压混凝土离心混凝土

压力混凝土喷射混凝土泵送混凝土

（2）满足设计的强度等级，并具有95%的保证率。

（3）满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求。

（4）经济合理，最大限度节约水泥，降低混凝土成本。

48.砂的技术要求（细度模数计算及级配评定）

粗砂：Mx=~ （I区）；中砂：Mx=~（II区）；细砂：Mx=~ （III区）。

49.碱骨料反应及如何防范

碱—骨料反应是指混凝土内水泥中所含的碱（K2O和Na2O），与骨料中的活性SiO2发生化学反应，在骨料表面形成碱－硅凝胶，吸水后将产生3倍以上的体积膨胀，从而导致混凝土膨胀开裂而破坏。

防范：对水泥中碱含量大于%；骨料中含有活性SiO2且在潮湿环境或水中使用的混凝土工程，必须加以重视。大型水工结构、桥梁结构、高等级公路、飞机场跑道一般均要求对骨料进行碱活性试验或对水泥的碱含量加以限制。

50.粗骨料强度的表示方法、粗骨料最大粒如何选择

碎石的强度可用其母岩岩石的抗压强度和碎石的压碎指标值表示。

卵石的强度用压碎指标值表示。

粗骨料最大粒的选择

混凝土所用粗骨料的公称粒级上限称为最大粒径。

在条件许可的情况下，应尽量选得较大粒径的骨料。骨料最大粒径受到多种条件的限制：

①最大粒径不得大于构件最小截面尺寸的1/4，同时不得大于钢筋净距的3/4。

②对于混凝土实心板，最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得大于40mm。

③对于泵送混凝土，当泵送高度在50m以下时，最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1:3；卵石不宜大于1:。

及FCU。K及强度等级C的含义，影响混凝土强度的因素（试验条件）

fcu (混凝土立方体抗压强度标准值）：立方体试件的标准尺寸为150mm×150mm×150mm；标准养护条件为温度20±2℃，相对湿度95%以上；标准龄期为28天。在上述条件下测得的抗压强度值，以fcu表示。

fcu,k (混凝土立方体抗压强度标准值系）:按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件在28天龄期，用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值，用fcu,k 表示。

强度等级C：普通混凝土划分为十二个强度等级：、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55和C60。

影响混凝土强度的主要因素：

（1）水泥强度和水胶比

混凝土的强度主要来自水泥石以及与骨料之间的粘结强度。

混凝土的强度与水泥强度成正比关系。

在水泥强度和其他条件相同的情况下，水胶比越小，混凝土强度越高，水胶比越大，混凝土强度越低。但水胶比太小，混凝土过于干稠，使得不能保证振捣均匀密实，强度反而降低。试验证明，在相同的情况下，混凝土的强度（fcu）与水胶比呈有规律的曲线关系，而与胶水比则成线性关系。

（2）骨料的品质：有害物质含量、颗粒形状和表面粗糙度、针片状含量等。

（3）施工条件：施工条件主要指搅拌和振动成型。

（4）养护温度及湿度的影响

砼强度的发展过程也就是水泥水化的过程，而温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。

因此砼成型后必须在一定时间内保持适当的温度和湿度，以使水泥充分水化，,即混凝土的养护。

（5）龄期：在正常养护的条件下，混凝土的强度将随龄期的增长而不断发展。

普通砼，在标准养护条件下，砼强度的发展，大致与其龄期的常用对数成正比关系。

试验条件对混凝土强度的影响

①试件尺寸相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。

②试件的形状当试件受压面积(a×a)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。

③表面状态：试件表面有、无润滑剂，其对应的破坏形式不一，所测强度值大小不同。

④加荷速度：加荷速度较快时，材料变形的增长落后于荷载的增加，所测强度值偏高。

52.外加剂的定义、减水剂作用下有什么技术经济效果

外加剂是指能有效改善混凝土某项或多项性能的一类材料。

减水剂作用下的技术经济效果

①在保持和易性不变，也不减少胶凝材料用量时，可减少拌和水量5%-25%或更多。从而达到降低W/B,提高强度的目的.

②在保持原配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大

100-200mm) 。

③若保持强度及和易性不变，可节省胶凝材料10%-20%。

④提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。

53.和易性的定义、影响因素、如何改善

和易性：新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀、结构密实的混凝土的一项综合技术性能。通常用流动性、粘聚性和保水性三项内容表示。

影响和易性的主要因素

①单位用水量。

单位用水量是混凝土流动性的决定因素。

大量的实验研究证明在原材料品质一定的条件下，单位用水量一旦选定，单位水泥用量增减50～100kg/m3，混凝土的流动性基本保持不变，这一规律称为固定用水量定则。

②浆骨比

浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性；在混凝土凝结硬化以后，主要赋予粘结强度。

浆骨比不宜太大，否则易产生流浆现象，使粘聚性下降。浆骨比也不宜太小，否则因骨料间缺少粘结体，拌合物易发生崩塌现象。

③水胶比

水胶比即水用量与胶凝材料用量之比。合理的水胶比是混凝土拌合物流动性、保水性和

粘聚性的良好保证。 ④砂率

砂率是指砂子占砂石总重量的百分率。

砂率对和易性的影响非常显着。砂率的确定可通过试验确定合理砂率。在大型混凝土工程中经常采用。对普通混凝土工程可根据经验或根据JGJ 55表选用。

⑤胶凝材料品种及细度。 ⑥骨料的品种和粗细程度。 ⑦外加剂。 ⑧时间、气候条件。

混凝土和易性的调整和改善措施

①当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水胶比不变，增加水泥浆用量。

②当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。实际上相当于减少水泥浆数量。

③改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大。

④掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施。 ⑤尽可能选用合理砂率。当粘聚性不足时可适当增大砂率。 54.环箍效应有什么影响

环箍效应：钢制压板的横向膨胀较混凝土小，因而在压板于混凝土试件受压面形成摩擦力，对试件的横向膨胀起着约束作用，这种约束作用成为“环箍效应”。

环箍效应的影响：环箍效应对混凝土抗压强度有提高作用，离压板越远，环箍效应越小。在距离试件受压面约α（α为试件边长）范围外这种效应消失。 55.砂率最优砂率对混凝土性能有什么影响砂子占砂石总量的百分率称为砂率。

最优砂率：在用水量和水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持黏聚性及保水性能良好时的砂率值。

100?+=G

S S S p

砂率对混凝土性能的影响：砂率对和易性的影响非常显着。

①对流动性的影响。在一定范围内，随砂率增大，混凝土流动性增大。砂率超过一定范围，流动性随砂率增加而下降。

②对黏聚性和保水性的影响。砂率减小，混凝土的黏聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象。砂率增大，黏聚性和保水性增加。但砂率过大，当水泥浆不足以包裹骨料表面时，黏聚性反而下降。

56.耐久性如何保证

通常用混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、抗腐蚀性能和碱骨料反应综合评价混凝土的耐久性。

提高混凝土耐久性的措施

①合理选择水泥品种

②适当控制混凝土的水灰比及水泥用量

③选用质量良好的砂石骨料

④掺入引气剂或减水剂

⑤加强混凝土的施工质量控制

57.混凝土有哪几种变形

混凝土在凝结硬化过程和凝结硬化以后，均将产生一定量的体积变形。主要包括化学收缩、干湿变形、自收缩、温度变形及荷载作用下的变形。

(一)非荷载作用下的变形：

化学收缩

混凝土的干缩湿胀

温度变形

(二)荷载作用下的变形：

短期荷载作用下的变形

长期荷载作用下的变形—徐变

58.配合比设计（详见PPT149~168）

混凝土配合比是指1m3混凝土中各组成材料的用量，或各组成材料之重量比。

一、混凝土配合比设计基本要求

1．满足施工要求的和易性。

2．满足设计的强度等级，并具有95%的保证率。

3．满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求。

4．经济合理，最大限度节约水泥，降低混凝土成本。

二、混凝土配合比设计中的三个基本参数

为了达到混凝土配合设计的四项基本要求，关键是要控制好水胶比（W/B）、单位用水量（W0）和砂率（Sp）三个基本参数。

1．水胶比：在满足混凝土设计强度和耐久性的基础上，选用较大水胶比，以节约胶凝材料，降低混凝土成本。

2．单位用水量：在满足施工和易性的基础上，尽量选用较小的单位用水量，以节约胶凝材料。因为当W/B一定时，用水量越大，所需胶凝材料用量也越大。

3．砂率：砂子的用量填满石子的空隙略有富余。砂率对混凝土和易性、强度和耐久性影响很大，也直接影响胶凝材料用量，故应尽可能选用最优砂率，并根据砂子细度模数、坍落度等加以调整，有条件时宜通过试验确定。

三、混凝土配合比设计方法和原理

混凝土配合比设计的基本方法有两种：一是体积法（又称绝对体积法）；二是质量法（又称假定表观密度法）。

1.体积法基本原理。体积法的基本原理为混凝土的总体积等于砂子、石子、水、水泥体积及混凝土中所含的少量空气体积之总和。

2. 质量法基本原理。混凝土的总质量等于各组成材料质量之和。

四、混凝土配合比设计步骤

混凝土配合比设计步骤为：首先根据原始技术资料计算“初步计算配合比”；然后经试配调整获得满足和易性要求的“基准配合比”；再经强度和耐久性检验定出满足设计要求、施工要求和经济合理的“试验室配合比”；最后根据施工现场砂、石料的含水率换算成“施工配合比”。

59.如何节约水泥

（1）选用合适的水泥品种和强度等级

（2）级配相同的情况下，尽量使用粒径大的骨料

（3）选用合理砂率

（4）确定合适的水胶比

（5）合理掺用外加剂

（6）掺加粉煤灰、矿渣等来取代部分水泥

60.混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求(P103)