土木工程材料總結(jié)

?土木工程材料可分為廣義土木工程材料和狹義土木工程材料。廣義：是指用于建筑工程中所有材料（1構(gòu)成建筑物，構(gòu)筑物的材料，如石灰，水泥2是施工過(guò)程中所需要的輔助材料，如腳手架，模板3是各種建筑器材，如消防設(shè)備，給水排水設(shè)備九狹義土木工程材料是直接構(gòu)成土木工程實(shí)體的材料。土木工程材料分類(lèi)：1.按化學(xué)成分，無(wú)機(jī)材料，有機(jī)材料和復(fù)合材料2.按使用功能，承重結(jié)構(gòu)材料，非承重結(jié)構(gòu)材料和功能材料。土木工程與材料的關(guān)系：1.材料是保證土木工程質(zhì)量的基礎(chǔ)2.材料對(duì)土木工程造價(jià)的影響3.材料對(duì)土木建筑工程技術(shù)進(jìn)步起促進(jìn)作用密度：是指材料在絕對(duì)密度狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。P=m/V（v材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積）表觀密度：是指單位體積（含材料實(shí)體及閉口孔隙體積）材料的干質(zhì)量，也稱視密度。P0=m/V0（V0材料在包含閉口孔隙條件下的體積（只含內(nèi)部閉口孔，不含開(kāi)口孔））體積密度：是指材料在自然狀態(tài)下單位體積（含開(kāi)口，閉口孔隙）P‘=m/V'堆積密度：是指散粒狀材料單位堆積體積（含開(kāi)口，閉口）Pjm/V1孔隙率：是指材料中的孔隙體積占材料自然狀態(tài)下總體積的百分率，以p表示，P=V'—V/V'，密實(shí)度是與孔隙率相對(duì)應(yīng)的概念，指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，用D表示D=1—P空隙率指散粒狀材料在堆積體積狀態(tài)下顆粒固體物質(zhì)空隙體積占堆積體積的百分率P‘=V]—V0/V]吸水性:指材料在吸收水分的性質(zhì)。（材料吸水飽和時(shí)的含水率為吸水率，分質(zhì)量吸水率和體積吸水率）材料含水后，自重增加，強(qiáng)度降低，保溫性能下降，抗凍性能變差，有時(shí)還會(huì)發(fā)生明顯體積膨脹。吸濕性：指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)，一含水率表示。吸濕作用一般是可逆的，及材料可吸放空氣中的水分。耐水性指材料長(zhǎng)期在水的作用下不破壞，而且強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。kR=flfg（fb材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度f(wàn)g材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度）抗?jié)B性指材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。K=Qd/AtH（Ks滲透系數(shù)，q滲透量，d試件厚度A滲s透面積，t時(shí)間，H水頭高度）抗凍性，指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用（凍融循環(huán)）而不破壞，強(qiáng)度又不顯著降低的性質(zhì)。導(dǎo)熱性：當(dāng)材料兩側(cè)存在溫度差時(shí)，熱量將由溫度高的一側(cè)通過(guò)材料傳遞到溫度低的一側(cè)的能力。材料的導(dǎo)熱性可用導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）來(lái)表示。強(qiáng)度指材料抵抗外力破壞的能力。（抗壓強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度，及抗剪強(qiáng)度）。彈性指材料在外力作用下變形，當(dāng)外力取消后，能夠完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)。塑性指在外力作用下材料產(chǎn)生變形，外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸，這種本能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。脆性指材料在外力作用下，無(wú)明顯塑性變形而突然破壞的性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的材料為脆性材料。韌性指在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，材料能吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)。硬度指材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃能力。硬度大的材料強(qiáng)度高，耐磨性較強(qiáng)，但不易加工。材料的耐久性：材料在周?chē)鞣N介質(zhì)作用下，不破壞，也不易失去原來(lái)性能的能力。這些破壞作用可分為物理作用，化學(xué)作用和生物作用。物理作用：干濕交替，溫度變化和凍融循環(huán)，這些變化會(huì)使材料體積產(chǎn)生膨脹或收縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展，長(zhǎng)久作用后會(huì)使材料產(chǎn)生破壞?；瘜W(xué)作用：指材料受到酸堿鹽等物質(zhì)的水溶液或有害氣體的侵蝕作用，使材料的組成成分發(fā)生質(zhì)的變化，而引起材料的破壞，如鋼材的銹蝕。生物作用：指材料受到蟲(chóng)蛀或菌類(lèi)的腐蝕作用而產(chǎn)生的破壞，如木材等有機(jī)材料，常會(huì)受到破壞作用的影響。材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性：是指對(duì)資源和能源消耗少，對(duì)環(huán)境污染小和循環(huán)再生利用率高。材料的結(jié)構(gòu)及其對(duì)性質(zhì)的影響：1.宏觀結(jié)構(gòu)（指可用肉眼能觀察的的外部和內(nèi)部的結(jié)構(gòu)）：（1密實(shí)結(jié)構(gòu)，這類(lèi)材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度較高，吸水性小，抗?jié)B和抗凍性較好，耐磨性較好，絕熱性差，如鋼材，天然石材，玻璃鋼。2多孔結(jié)構(gòu)，這類(lèi)材料的強(qiáng)度較低，抗?jié)B性和抗凍性較差，絕熱性好，如加氣混凝土，石膏制品。3.纖維結(jié)構(gòu)，這類(lèi)具有明顯的方向性，一般平行纖維方向的強(qiáng)度較高，導(dǎo)熱性較好，如木材，竹。4.層狀結(jié)構(gòu)，可以顯著提高材料的強(qiáng)度，硬度，絕熱或裝飾的性質(zhì)，擴(kuò)大其使用范圍，如膠合板，紙面石膏板。5.散粒結(jié)構(gòu)，砂子，石子，因其致密，強(qiáng)度高，適合做混凝土集料；陶粒，膨脹珍珠巖，因具多孔結(jié)構(gòu)，適合做絕熱材料。6.紋理結(jié)構(gòu)，這些天然或人工造成的紋理，使材料具有良好的裝飾材料。）2.亞微觀結(jié)構(gòu)指用光學(xué)顯微鏡和一般掃描透射電子顯微鏡所能觀察到的結(jié)構(gòu)，是介于宏觀和微觀之間的結(jié)構(gòu)。3.微觀結(jié)構(gòu)：1晶體2.非晶體材料的構(gòu)造是指具有特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的互相組合搭配情況。其構(gòu)造越密實(shí)，越均勻，強(qiáng)度越高，表觀密度越大。鋼材的沖擊韌性是處在簡(jiǎn)支梁狀態(tài)的金屬試樣在沖擊負(fù)荷作用下折斷時(shí)的沖擊吸收功。沖擊韌性隨溫度的降低而下降，其規(guī)律是：開(kāi)始下降緩和，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定溫度范圍時(shí)，突然下降很多而脆性，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性，這時(shí)的溫度稱為脆性臨界溫度。鋼材的沖擊韌性越大，鋼材抵抗沖擊荷載的能力越強(qiáng)。疲勞破壞：受交變荷載反復(fù)作用時(shí)，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象。工藝性能：1.冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，以試驗(yàn)是的彎曲角度a和彎心直徑d為指示表示。2.焊接性能。冷加工強(qiáng)化處理：將鋼材與常溫下進(jìn)行冷拉，冷拔或冷軋使其產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，降低塑性韌性的過(guò)程。冷加工強(qiáng)化方法：1.冷拉，指將鋼筋拉至^~￡曲線的強(qiáng)化階段內(nèi)任一點(diǎn)k處，然后緩慢卸去荷載，則當(dāng)再度加載時(shí)，其屈服極限有所提高，而其塑性變形能力將有所降低。2.冷拔，指將光圓鋼筋通過(guò)硬質(zhì)合金拔絲?？讖?qiáng)行拉拔。3.冷軋，是將圓鋼在冷軋機(jī)上軋成斷面形狀規(guī)則的鋼筋，可提高其強(qiáng)度及與混凝土的粘接力。時(shí)效處理：將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放15?20d，或加熱至100~200°C后保持一定時(shí)間（2?3h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗拉強(qiáng)度也提高，同時(shí)塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)的過(guò)程。熱處理：是指將鋼材按規(guī)定的溫度，進(jìn)行加熱，保溫，冷卻處理，以改變其組織，得到所需要的性能的一種工藝。包括淬火，回火，退火和正火。1。淬火，將鋼材加熱至基本組織改變溫度以上，保溫使基本組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，然后投入水或礦物油中急冷，使晶粒細(xì)話，碳的固溶量增加，強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性明顯下降。2.回火，將比較硬脆，存在內(nèi)應(yīng)力的鋼，再加熱至基本組織改變溫度以下（150?650），保溫后按一定制度冷卻至室溫的熱處理方法稱回火?；鼗鸷蟮匿摬模瑑?nèi)應(yīng)力消除，硬度降低，塑性和韌性得到改善。3.退火，將鋼材加熱至基本組織轉(zhuǎn)變溫度以下（低溫退火）或以上（完全退火），適當(dāng)保溫后緩慢冷卻，以消除內(nèi)應(yīng)力，減少缺陷和晶格畸變，使鋼的韌性和塑性得到改善。4.正火，將鋼材加熱至基本組織改變溫度以上，然后在空氣中冷卻，使晶格細(xì)化，鋼材的強(qiáng)度提高而塑性有所降低。鋼結(jié)構(gòu)用鋼：1.熱軋型鋼2.冷彎薄壁型鋼3.棒材，鋼管和板材?；炷两Y(jié)構(gòu)用鋼：熱軋鋼筋，冷軋扭鋼筋，冷軋帶肋鋼筋，預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼筋，鋼絞線。鋼材的腐蝕：1.化學(xué)腐蝕2.電化學(xué)腐蝕鋼材的防護(hù):1.鋼材的防腐：采用耐候鋼，金屬覆蓋，非金屬覆蓋，混凝土用鋼筋的防銹。2鋼材的防火。膠凝材料是指具有一定的機(jī)械強(qiáng)度并經(jīng)過(guò)一系列物理作用，化學(xué)作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)成整體的材料。凝結(jié)材料：有機(jī)凝結(jié)材料（瀝青，各種樹(shù)脂）和無(wú)極凝結(jié)材料（石灰，石膏，水玻璃（氣硬性）各種水泥（水硬性））氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度。水硬性膠凝材料既能在空氣中，還能更好地在水中硬化，保持并繼續(xù)發(fā)展其強(qiáng)度。石灰的熟化：指生石灰（氧化鈣）與水作用生成氫氧化鈣的過(guò)程。CaO+H2O====Ca（oh）2+64.9*1°3j石灰的熟化過(guò)程會(huì)放出大量的熱，熟化時(shí)體積增大1?2.5倍。煅燒良好，氧化鈣含量高的石灰熟化較快，放熱量和體積增大也較多。石灰的硬化：1.干燥結(jié)晶硬化過(guò)程，石灰漿體在干燥過(guò)程中，游離水分蒸發(fā)，形成網(wǎng)狀孔隙，這些滯留于孔隙中的自由水由于表面張力的作用而產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，使石灰粒子更緊密。2.碳化過(guò)程，Ca（OH）2與空氣中的CO2和水反應(yīng)，形成不溶于水的碳酸鈣晶體，析出的水分則逐漸被蒸發(fā)。石灰的性質(zhì)：1.可塑性好（生石灰熟化為石灰漿時(shí)，能自動(dòng)形成顆粒極細(xì)（直徑約為1^m）的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚的水膜。）2.硬化較慢，強(qiáng)度低（從石灰漿體的硬化過(guò)程可以看出，由于空氣中二氧化碳稀薄，碳化甚為緩慢。）3.硬化時(shí)體積收縮大（石灰在硬化過(guò)程中，由于大量的游離水蒸發(fā)，從而引起顯著的體積收縮，所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂涮外，不宜單獨(dú)使用。）4.耐水性差（硬化后的石灰受潮后，其中的氫氧化鈣和氧化鈣會(huì)溶解，強(qiáng)度更低，在水中還會(huì)潰散。）5.石灰吸濕性強(qiáng)（塊狀生石灰在放置過(guò)程中，會(huì)緩慢吸收空氣中的水分而自動(dòng)熟化成消石灰粉，再與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。）?建筑石膏的水化硬化：1.建筑石膏的水化CaSO4e1/2HO+3/2H2OTCaSO4*2H2O2.建筑石膏的凝結(jié)硬化：凝結(jié)，石膏漿體中的自由水分因水化和蒸發(fā)而逐漸減少，粒子總表面積增加，因而漿體可塑性逐漸減小，漿體漸漸變稠的過(guò)程。硬化，晶體之間的摩擦力和粘結(jié)力不再增加，強(qiáng)度才停止發(fā)展的過(guò)程。建筑石膏的性質(zhì)；1.密度與堆積密度2.凝結(jié)硬化快3.凝結(jié)硬化時(shí)體積略膨脹4.硬化后孔隙率高5.防水性能好6.耐水性和抗凍性差水泥按其性能及用途可分為通用水泥，專(zhuān)用水泥和特性水泥。通用硅酸鹽水泥，是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏或/和混合材料制成的水硬性膠凝材料。按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥，火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，粉煤質(zhì)硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。通用硅酸鹽水泥組成材料：1.硅酸鹽水泥熟料，主要含CaO，等原料。除了主要熟料外，硅酸鹽水泥中還含有少量游離氧化鈣，游離氫氧化鈣和堿。2.石膏3.混合材料凝結(jié)時(shí)間：1，初凝，水泥從加水時(shí)起，至漿體開(kāi)始失去流動(dòng)性止的這一段時(shí)間。2.終凝，水泥從加水時(shí)起，至漿體完全失去流動(dòng)性而開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度時(shí)止的這一段時(shí)間。水泥三體：1.合格體（細(xì)度，強(qiáng)度，體積安定性，終凝時(shí)間，化學(xué)指標(biāo)（達(dá)標(biāo)））2.不和格體（細(xì)度，終凝時(shí)間，不溶物，燒石灰，強(qiáng)度（不達(dá)標(biāo)）3.廢品（MgO，^^2。初凝時(shí)間，體積安定性（不達(dá)標(biāo)））不合格品的水泥可附加條件使用，而廢品不能使用。通用硅酸鹽水泥石的腐蝕：1.軟水的侵蝕，如果有流水及壓力水作用，氫氧化鈣不斷溶解流失，而且由于水泥石中堿度的降低還會(huì)引起其他水化物的分解溶蝕，使水泥石進(jìn)一步破壞，以致全部潰裂。2.硫酸鹽的腐蝕，當(dāng)水中硫酸鹽濃度較高時(shí)，硫酸鈣還會(huì)在孔隙中直接結(jié)晶成二水石膏，體積膨脹，引起膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致水泥石破壞。3.鎂鹽的腐蝕4.一般酸的腐蝕5.碳酸腐蝕，水泥中的氫氧化鈣，通過(guò)轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿奶妓釟溻}而溶失，堿度降低，還會(huì)導(dǎo)致水泥石中其他水化物的分解，是腐蝕作用進(jìn)一步加劇。腐蝕的預(yù)防:1.根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥及熟料礦物組成。2.提高水泥石的密實(shí)度，改善孔結(jié)構(gòu)。3.加做保護(hù)層。鋁酸鹽水泥是以一類(lèi)快硬，高強(qiáng)，耐腐蝕，耐熱的水泥，又稱高鋁水泥。特性：1.24小時(shí)極限強(qiáng)度達(dá)到80%2,放熱量大，一天達(dá)70%?80%3.抗硫酸鹽能力強(qiáng)4。耐高溫（達(dá)到800°C時(shí)可固相反應(yīng)）5.養(yǎng)護(hù)溫度不能超過(guò)30°C，否則固體會(huì)分解，體積只有原來(lái)一般，強(qiáng)度大大降低）6.不能和氫氧化鈣混合，否則閃凝。快硬性硫鋁酸鹽水泥：以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?，得到以無(wú)水硫鋁酸鹽和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，加入適當(dāng)?shù)氖喽ゼ?xì)的具有早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)的水硬性膠凝材料。主要用于配置早強(qiáng)，抗?jié)B，抗硫酸鹽侵蝕的混凝土工程。可用于冬季施工，搶修，堵漏等工程。道路硅酸鹽水泥，性能要求：耐磨性好，收縮小，抗凍性好，抗沖擊性好，有高的抗折強(qiáng)度和良好的耐久性。中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥的主要特點(diǎn)為水化熱低，適用于大壩和大體積混凝土工程?；炷潦悄z凝材料加骨料膠結(jié)而成的固體。按膠凝材料分水泥混凝土，石膏混凝土，水玻璃混凝土，瀝青混凝土，聚合物混凝土。按體積密度，重混凝土，普通混凝土，輕混凝土。普通混凝土:水泥，砂，石和水。砂石在混凝土中起骨架作用，叫骨料（砂子為細(xì)骨料，石子粗骨料）水泥和水形成水泥漿，水泥漿包裹砂石表面來(lái)填充砂石間的空隙，在混凝土硬化過(guò)程中，將砂石粒結(jié)成一個(gè)整體，砂石還可減少水泥漿收縮?；炷撂攸c(diǎn)：1.原材料豐富2.性能可以調(diào)節(jié)3.有良好的可塑性4.可用鋼筋增加強(qiáng)度5.耐久性好6.保護(hù)環(huán)境7.自重大，抗拉差，脆。碎石，是天然巖石或巖石經(jīng)機(jī)械破碎，篩分制成的，粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。卵石是由自然風(fēng)化，水流搬運(yùn)和分選，堆積而成的，粒徑大于4.75mm的巖石顆粒。卵石和碎石顆粒的長(zhǎng)度大于該顆粒所屬相應(yīng)粒級(jí)的平均粒徑2.4倍者為針狀顆粒，厚度小于平均粒徑0.4倍者為片狀顆粒。細(xì)度模數(shù)是衡量砂粗細(xì)程度的指標(biāo)。細(xì)度模數(shù)愈大，表示砂愈粗。細(xì)度模數(shù)（M）=（（A+A+A+A+A+A）—5A）/（100-A）AAAAAA分別為475mm（X） 1 2 3 4 5 6 1 1 123456,刀力」為.，2.36mm，1.18mm，600um，300um，150um篩的累積篩余。含泥量是指天然砂或卵石，碎石中粒徑小于75um的顆粒含量。砂中的原粒徑大于1.18mm，經(jīng)水浸洗，手捏后小于0.60mm的顆粒含量稱為砂的泥塊含量；卵石，碎石中原粒徑大于4.75mm，經(jīng)水浸洗，手捏后小于2.36mm的顆粒含量稱為卵石，碎石的泥塊含量。堿骨料反應(yīng)：水泥中的堿與物料中的活性成分反應(yīng)，生成堿硅膠，它吸水膨脹導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。減水劑：是當(dāng)前外加劑中品種最多，應(yīng)用最廣的一種混凝土外加劑。按化學(xué)成分為木質(zhì)素系減水劑，多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑，水溶性樹(shù)脂磺酸鹽系減水劑。按用途可分為普通減水劑，高效減水劑，早強(qiáng)減水劑，緩凝減水劑，緩凝高效減水劑和引氣減水劑。水泥漿中加入減水劑的三個(gè)方面作用：首先，減水劑在水中電離出離子后，自身帶有電荷，在電斥力作用下，是原來(lái)水泥的絮凝結(jié)構(gòu)被打開(kāi)，把被束縛在絮凝結(jié)構(gòu)中的游離水釋放出來(lái)，使拌合物中的水量相對(duì)增加。這就是減水劑分子的分散作用。其次，減水劑分子中的憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，親水基團(tuán)指向水溶劑，在水泥顆粒表面形成一層穩(wěn)定的容劑化水膜，阻止了水泥顆粒間的直接接觸，并在顆粒間起潤(rùn)滑作用，提高拌合物的流動(dòng)性。此外，水泥顆粒在減水劑作用下充分分散，增大了水泥顆粒的水化面積使水化充分，從而也提高混凝土的強(qiáng)度。和易性：是指混凝土拌合物易于施工操作（攪拌，運(yùn)輸，澆灌，搗實(shí)）并能獲得質(zhì)量均勻，成型密實(shí)的混凝土的性能。包括流水性（指混凝土拌合物在本身自重或施工機(jī)械振搗的作用下，能產(chǎn)生流動(dòng)，冰均勻密實(shí)的填滿模板的性能。粘聚性（指混凝土拌合物在施工過(guò)程中，其組成材料之間