土木工程材料考试复习资料

土木工程材料考点整理

材料基本性质

材料按化学成分分为：无机材料、有机材料和复合材料；

土木工程材料的发展趋势：（1）轻质高强（2）高耐久性( 3 )构件及制品尺寸大型化、构件化、预制化和单元化（4）复合化（5）环保型材料（6 )智能材料

我国常用的标准可分为：国家标准（GB）、行业标准(JC)、地方标准(DB)和企业标准(QB)；密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量，以表示；

表观密度：材料单位表观体积（实体及闭口体积）的质量；

体积密度：材料在自然状态下单位体积（实体，开口及闭口体积）的质量；堆积密度：散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量；

密实度：指材料的体积内被固体物质所充实的程度；

孔隙率：指材料内部孔隙的体积占材料自然状态下总体积的百分率；

填充率：指散粒材料在堆积状态下，其颗粒的填充程度称为填充率。

空隙率：指散粒材料在堆积状态下，颗粒之间的空隙体积所占的比例。

亲水性：材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质；

憎水性：材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质；

（夹角小于等于90度，为亲水性材料；夹角大于90度，为憎水性材料；）吸湿性：材料在空气中吸收水蒸气的能力；

吸水性：材料在浸水状态下吸入水分的能力；

耐水性：材料长期在饱水作用下保持其原有性质的能力，其强度也不显着降低的性质称为耐水性；

（工程中将>0.80的材料，称为耐水性材料）

抗渗性：材料在压力水作用下，抵抗渗透的性质；

系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质；

渗透系数越大，材料的抗渗性越差；抗渗等级越高，抗渗性越好；

抗冻性：材料在饱水状态下经受多次冻融循环作用而不破坏，同时强度也不严重降低的性质；

冻融循环：通常采用-15℃的温度冻结后，再在20℃的水中融化，这样的过程为一次冻融循环；

冻融破坏：材料吸水后，在负温度下，水在毛细管内结冰，体积膨胀约9％，冰的动脉压力造成材料的内应力，使材料遭到局部破坏，随着冰冻融化的循环作用，对材料的破坏加剧，这种破坏即为冻融破坏；

导热性：热量在材料中传导的性质；

(材料的导热系数越小，表示其绝热性能越好；材料的孔隙率大其导热系数小，隔热绝热性好)

热容量：指材料在加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质；

比热容：反映材料的吸热或放热能力的物理量；

(进行建筑设计时应选用导热系数小而热容量较大的材料(良好的绝热材料），以使建筑保持室内温度稳定性)

耐燃性：材料在高温与火的作用下不破坏，强度也不严重下降的性能；

耐火性：材料在长期高温作用下，保持不熔性并能工作的性能；

理论强度：根据理论分析得到材料所能承受的最大应力;

强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力；

(材料的真实破坏强度远低于理论强度)

强度等级：土木工程材料常按其强度划分成若干个等级，称为强度等级；

比强度：单位体积质量的材料强度，等于材料的强度与其表观密度之比，是衡量材料是否轻质，高强的指标；

弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状和尺寸的性质；这种可恢复的变形叫弹性形变；

塑性：材料在外力作用下发生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状尺寸，且不产生裂缝的性质；这种不可恢复的形变叫塑性形变；

脆性：材料在破坏时未出现明显的塑性变形，而表现为突发性破坏的性质；韧性：材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质；

耐久性：材料在各种因素作用下抵抗破坏和保持原有性能的能力；

硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力；测定硬度的方法通常采用刻划法和压入法；耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力；

胶凝材料：能将散粒材料、块状材料、或纤维材料黏结成整体的材料；

胶凝材料分为有机和无机两种；

气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化并保持和发展其强度；

水硬性胶凝材料：既能在空气中凝结硬化，又可在水中更好地硬化，并保持和发展其强度；石膏，石灰，水玻璃是气硬性胶凝材料；

石膏

生产石膏胶凝材料的原料有天然二水石膏、天然硬石膏和工业副产品石膏；天然二水石膏简称石膏，主要硫酸钙；

天然硬石膏又称无水石膏，主要是由无水硫酸钙组成；

建筑石膏的性质：装饰性好、加工性能好；凝结硬化快；凝结硬化时体积微膨胀；孔隙率高、表观密度小、强度低；具有较好的功能性；良好的防火性；隔热、吸声性良好；吸湿性强、耐水性和抗冻性差。

建筑石膏的用途：粉刷石膏；石膏砂浆；墙体材料；

初凝：将从加水拌合开始一直到浆体开始失去可塑性的过程；对应的这段时间成为初凝时间；

终凝：将从加水拌合开始一直到浆体完全失去可塑性并开始产生强度的过程；对应的这段时间成为初凝时间；

凝结硬化：建筑石膏与适量的水拌和后，最初成为可塑的浆体，但很快失去可塑性并产生强度，然后逐渐发展成坚硬的固体，这种现象成为凝结硬化。

石灰

石灰的主要原料是碳酸钙；氧化钙是生石灰

欠火石灰：当煅烧温度过低或煅烧时间不足时，由于CaCO3不能完全分解，即生石灰中含有未分解的碳酸钙内核，外部为正常煅烧石灰，这类石灰称为欠火石灰；

过火石灰：当煅烧温度过高或煅烧时间过长时，部分块状石灰的表层会被煅烧成十分致密的釉状物，这类石灰称为过火石灰；

石灰膏在使用前要进行陈伏处理，以消除过火石灰；

陈伏：为消除过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放两周以上，使过火石灰充分熟化，这个过程称为“陈伏”；

石灰在空气中的硬化是结晶作用和碳化作用两个过程同时进行的；

水泥

水泥是水硬性胶凝材料；

通用硅酸盐水泥有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等；

硅酸盐水泥的成分：熟料、石膏、(混合材料)；

主要生产工艺过程为“两磨”（磨细生料、磨细水泥）和“一烧”（生料煅烧成熟料）在实际工程中，水灰比多为0.4~0.7；

水泥的养护：保持水泥浆温度和湿度的措施；

硅酸盐水泥的主要技术指标：

（一）硅酸盐水泥的细度用筛分析的方法或比表面积的方法表示；

（二）凝结时间对工程的意义：初凝时间不宜过短，以便施工有足够的时间来完成混凝土和砂浆的运输，浇捣和砌筑等操作，终凝时间不宜过长，是为了是混泥土和沙浆在浇捣和砌筑完毕后能尽快凝结硬化，以便下一道工序的及早进行；

初凝时间：是指从水泥加水拌合起到水泥浆开始失去塑形所需的时间；

终凝时间：是指从水泥加水拌合时起到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度（但还没有强度）的时间；

水泥凝结时间的测定是以标准稠度的水泥净浆（使用标准稠度用水量，为了使其有可比性），在规定的温度和湿度下用凝结时间测定仪来测定；

（三）引起水泥xx不良的原因：

游离氧化镁过多，水泥中的氧化镁在水泥凝结硬化后，会与水反应生成氢氧化钙，反应速度缓慢，且体积膨胀，会在水泥硬化几个月后导致水泥石开裂；（2）渗入的石膏过量，会造成膨胀破坏；（3）游离氧化钙过多，水泥中含有游离氧化钙，其中部分过烧的氧化钙在水泥凝结硬化后会缓慢与水生成氢氧化钙，该反应体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化；

用沸煮法检验水泥的体积xx；

（四）强度

袋装水泥的堆放高度一般不应超过十袋；一般超过三个月的水泥，强度降低10%~20%，六个月后降低15%~30%，一年后降低25%~40%。

混凝土

混凝土的原料：胶凝材料（水泥），骨料（粗、细骨料），水和其他材料（外加剂、矿物掺合料）；

普通水泥混凝土由水泥，粗骨料，细骨料和水组成；

砂、石起骨架作用，并起限制硬化水泥收缩的作用；水泥和水形成水泥浆，包裹骨料表面，填充骨料空隙，在混凝土拌合物中还起润滑作用，赋予混凝土流动性，便于施工，混凝土硬化后起胶结作用；

《建筑用砂》规定：天然砂采用硫酸钠溶液法进行试验；人工砂采用压碎指标法进行试验；粗骨料的强度可用岩石的抗压强度和压碎指标值表示；

混凝土拌合用水按水源分为饮用水，地下水，地表水，海水及经过处理达标的工业废水；海水可用于拌素混凝土，不宜用于钢筋混凝土；

减水剂：能显着减少拌合用水量的外加剂；

引气剂：能在混凝土搅拌过程中引入大量均匀分布，稳定而封闭的微小气泡；能改善混凝土的和易性和耐久性；

早强剂：能促进混凝土凝结硬化，加速混凝土早期强度发展并对后期强度无明显影响；混凝土的和易性：流动性、黏聚性、保水性；

新拌混凝土流动性以坍落度值作为流动性指标，值越大越好；干硬混凝土流动性以维勃稠度值作为流动性指标，值越小越好；

混凝土立方体抗压强度标准值以150mm的立方体试件为标准，28天的值强度低于该值的百分率不超过5%；

提高混凝土的强度：

（1）采用高强度等级水泥或快硬性早强型水泥；

采用低水灰比的干硬性混凝土，提高混凝土的密实度；

采用质量好，级配良好的骨料和合理的砂率；

采用机械搅拌和机械振动成型

采用热处理养护措施（加强养护）

掺入化学外加剂

掺入矿物外加剂；

混凝土的变形：

化学收缩：由于水泥水化后固体产物的总体积小于水化反应前反应物的总体积而产生的混凝土收缩；

干湿变形：混凝土具有在硬化过程中及暴露在环境中吸水膨胀和失水收缩的特性；碳化收缩变形:空气中有一定浓度的二氧化碳，在相对湿度合适的条件下，二氧化碳能和混凝土表面由于水泥水化生成Ca（OH）2很快地发生反应，称为碳化。碳化伴随有体积的收缩，称为碳化收缩；

徐变：硬化后的混凝土在恒定荷载的长期作用下，沿着作用力方向随时间而增加的变形；（不能完全恢复的变形现象）

混凝土不论是受压、受弯或受拉均有徐变现象；

混凝土的耐久性：

是指混凝土在使用条件下抵抗周围环境中各种因素长期作用而不破坏的能力；提高混凝土的抗渗性的主要措施：合理选择水泥、降低水灰比、选择好的骨料级配、充分振捣和养护、掺用引气剂和优质粉煤灰... ...

（影响其的根本原因是孔隙率和空隙特征）

提高混凝土的抗冻性的主要措施：掺入引气剂、减水剂、防冻剂；

（密实度、空隙构造和数量以及空隙的充水程度是决定其抗冻性好坏的重要因素）碱—骨料破坏：指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应；

（破坏条件：a.混凝土中有一定量的碱b.混凝土中必须有相当数量的活性骨料c.使用环境有足够的潮湿度）

碳化：影响因素：a.二氧化碳的浓度b.环境湿度c.水泥品种与掺合料用量d.混凝土的密实度

混凝土的抗侵蚀性：受胶凝材料的组成、混凝土的密实度、空隙特征与强度水胶比、砂率、单位用水量是混凝土配合比的三个重要参数；

水胶比由强度和耐久性决定；

建筑砂浆：

砂浆是由胶凝材料、细骨料和水按一定比例制成的；

砂浆可分为砌筑砂浆、抹面砂浆、绝热砂浆、防水砂浆；

砂浆的和易性包括流动性和保水性；

砂浆的流动性用稠度来表示，保水性用分层度表示；

硬化后砂浆的技术指标：抗压强度和强度等级、黏结性、变形性、抗冻性；砂浆以抗压强度作为其强度指标；

一般砂浆抗压强度越高，其与基材的黏结强度越高；此外，砂浆的黏结强度与基层材料的表面状态、湿润状况以及施工养护条件有很大的关系；

砌筑砂浆在承受荷载或在温度变化时，会产生变形。砂过细，胶凝材料过多，掺合料过多，会引起收缩变形；

石油沥青

沥青是一种有机胶凝材料，属于憎水性材料；沥青按在自然界中获取的方式分为地沥清和焦油沥青；地沥青按产源分为天然沥青和石油沥青；

石油沥青是由多种碳氢化合物及非金属衍生物组成的混合物，是石油中相对分子质量最大、组成及结构最为复杂的部分；

三组分分析法将石油分为油分、树脂和沥青质；

沥青材料在温度升高时，体积将发生膨胀，体膨胀系数越大，则冬季沥青路面越容易泛油，冬季容易出现开裂；

石油沥青的技术性质：

1，密度；

2，沥青的黏滞性：对使用粘稠的石油沥青用针入度，对液体石油沥青则用黏滞度（标准黏度）表示；（针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力；针入度值越小，表示沥青的黏度越大，粘滞性越强）

3，塑性：指石油沥青在外力作用是产生变形而不破坏，除去外力后仍保持变形后的形状的性质；石油沥青的塑性用延度表示；延度越大，塑性越好；

4，温度敏感性：指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能；

沥青的软化点是反应沥青温度敏感性的重要指标，脆点是另一指标；

沥青的软化点越高，脆点越低，温度敏感性越小；

5，大气稳定性：用抗老化性能来说明；

6，施工xx：闪点，燃点

“三大指标”针入度，软化点，xx

石油沥青的牌号越大，则沥青的大气稳定性越好；

在沥青中掺入填料的主要目的是提高沥青的黏结性、耐热性和大气稳定性；建筑金属材料

低碳钢从受拉至拉断经历四个过程：弹性、屈服、强化、颈缩；

建筑结构钢合理的屈强比为0.60~0.75；

规范规定：采用残余应变为0.2%时的应力为屈服点；

钢材的力学性能：弹性、塑性、强度和耐磨性；

冲击韧性：指钢材抵抗冲击荷载的能力；

冷脆性：钢材的冲击韧性将随温度降低而下降，其规律是开始下降缓慢，当达到某一温度范围时，突然大幅度下降而呈现脆性；

疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，常常在远低于抗拉强度的情况下而突然破坏；疲劳强度是表明钢材耐疲劳性的指标；

硬度：钢材表面局部体积内抵抗变形或破裂的能力；测定钢材硬度的方法有布氏法、洛氏法；

钢材的工艺性能：冷弯性能、可焊性能

冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力；钢材的冷弯性能和伸长率是塑性变形能力的反应；

钢材的冷加工：将钢材在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧等，使其产生塑性变形，一方面可以提高屈服强度，另一方面可以加工出其他规格的钢材，这个过程为钢材的冷加工；钢材经冷加工后，屈服强度明显提高，但塑性、韧性降低；

热处理：将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得需要性能的一种工艺。