1、土木工程材料笔记按化学组成分类： 无机材料有机材料 复合材料第二章 建筑材料的基本性质第一节 材料的物理性质一、 与质量有关的性质： （一）、1、密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 =m/V近似没有孔隙、空隙材料：玻璃、钢材密度的不变性 2、表观密度：材料在自然状态下单位体积的质量。 0=m/V0一般为干燥状态 3、堆积密度：材料在堆积状态下单位体积的质量。适用材料：粉末状、散粒状、纤维状材料。0=m/V0 （二）、1、密实度：材料体积内被固体物质所充实的程度。D=V/V0X100% 2、孔隙率：材料体积内孔隙体积所占的比例。P=（V0V）/V0X100%P+D=1影响材料的各种性能，
2、孔隙有多种结构二、与水有关的性质（一）、亲水性与憎水性 用润湿角表示：大于等于90度憎水性 亲憎水性与材料本身成分、结构有关，不同亲和力有不同用途。（二）吸水性与吸湿性： 二者区别：置于水中，吸水性 置于空气中，吸附水，吸湿 1、吸水性：浸水后在规定时间内吸入水的质量占材料干燥质量或材料体积的百分数。 质量吸水率：Wm=（m1m2）/m X100% 体积吸水率：Wv=（m1m）/V0X100%Wv/Wm=/H2OWv=WmX0Wm 100% 用Wm表示Wm 100% 用Wv表示跟孔隙有关：微细而连通的孔隙，吸水率较大 封闭的孔隙，吸水率较小 较粗大孔隙，水分易渗入，但不易保留，仅起湿润孔壁作用
3、，吸水率较小跟润湿角有关，即亲、憎水性跟P有关，即孔隙的多少 2、吸湿性：吸收空气中水份的能力。 含水率：W含=（mhmd）/mdX100% 解释气干状态及平衡含水率 与润湿角有关 与总表面积有关 与温、湿度有关 对材料性能影响：如木材吸湿，膨胀变形，强度降低3、耐水性：长期在饱和水作用下，不产生破坏，强度也不显著降低。K软=f饱/f干K=01K 080 耐水材料 举例4、抗冻性：吸水饱和状态下，材料能经受多次冻结、融化作用而不破坏，强度无显著降低的性质。（15度20度循环）对于冬季室外设计温度低于15度的重要工程，对抗冻性有要求。冻融破坏原因：孔隙水结冰膨胀； 材料内外温差，应力差用Fn表示
4、与孔隙率有关；孔隙大小有关；孔隙特征有关5抗渗性：定义，K表示第二节 材料的力学性质一、材料的强度：材料抵抗外力作用下而引起破坏的能力。（图示）1、 结构材料，抗压强度可表示强度。（钢材根据抗拉强度）2、 建筑材料标号表示极限强度3、 不同材料比较可用比强度表示 f/0比强度是衡量材料轻质高强的指标影响因素：材质；孔隙大小、多少；试验条件；二、弹性和塑性弹性：外力作用下变形，卸去外力恢复原状。塑性：外力作用下变形，卸去外力不能恢复原状。三、脆性和韧性脆性：材料在外力作用下直至破坏前并无明显的塑性变形，而发生突然破坏的性质。 如：砖、石、陶瓷、玻璃 力学表征：抗压强度远远大于抗拉强度，主要作为承
5、压件韧性：材料在冲击、震动荷载作用下，吸收较大的能量，同时也能产生较大的变形而不致破坏的性质。 如：钢、木 力学表征：抗压强度约等于抗拉强度，可独立使用。四、硬度和耐磨性硬度：材料抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。 矿物分十级，用刻划法 建筑材料一般用压入法 有时可用硬度间接推算材料强度 耐磨性：材料抵抗磨损的能力。 与硬度、强度及内部结构有关。第四节 材料的耐久性材料在长期使用过程中能保持原有性能而不变质、破坏的性质。影响因素：1、物理作用：干湿交替、温度变化、冻融循环 2、化学作用：酸、碱、盐及有害气体的侵蚀作用 3、生物作用：菌类及虫蛀 4、大气作用：老化 5、机械作用：耐磨、疲劳等第三
6、章 气硬性胶凝材料概述：胶凝材料：在一定条件下，通过一系列变化而能把其他材料胶结成具有强度的整体材料。特点：具有粘结力，能将散粒材料粘结成整体，并具有强度分为：有机：如沥青、树脂、橡胶无机：气硬性，只能在空气中硬化，如石灰、石膏 水硬性，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，如水泥第一节 石灰一、原料、制取1、 原料：石灰岩、白垩、大理石、白云石（原料来源广，生产工艺简单，成本低廉）均含CaCo3，还含有少量MgCo3，SiO2，Al2O32、CaCo3=CaO+CO2 178Kg/mol 伴生： MgCo3=MgO+Co2 也可在制乙炔中得到消石灰 CaC2+H2O=C2H2+Ca（OH）2 二
7、、石灰的分类：1、按MgO含量分 1）钙质石灰 MgO小于等于5% 2）镁质石灰 MgO大于5%2、按成品的加工方法分： 1）块灰 生石灰 2）消石灰粉 3）石灰膏 三、石灰的熟化与硬化：1、石灰的水化反应： CaO+H2O=Ca（OH）2+64。9KJ/mol 特点：水化反应快，放热量大，体积膨胀12。5倍 2、石灰的硬化： 1）干燥硬化、结晶硬化 石灰浆在干燥过程中，失去水产生毛细管压力，使Ca（OH）2颗粒间紧密接触，产生一定的搭接；水份蒸发使原先溶解于水的Ca（OH）2析出胶体，并逐步变为晶体。 特点：易溶解，再遇水时会使强度降低，因此不是水硬性 2）碳化硬化 Ca（OH）2+CO2+
8、n H2O=CaCO3+（n+1）H2O 生成CaCO3晶体互相共生，或在石灰砂浆中与砂粒共生，形成紧密交织的结晶网，强度提高。 但由于CO2浓度低，碳化不彻底。 特点：硬化慢，强度低，不耐水。 四、欠、过火石灰的危害性。 1、正常石灰： 多孔，孔隙率大，晶粒细小，体积密度小，与水作用速度快。 2、欠火石灰： 成因：煅烧时间不足；煅烧温度过低；料块尺寸过大 现象：CaCO3未完全分解，有内核，色偏暗、重、不均匀。 危害：仅降低石灰利用率，产浆量，产品等级降低。 解决方法：筛除 3、过火石灰： 成因：煅烧时间太长；煅烧温度过高；原料中粘土量较多，煅烧后形成铝硅酸盐（釉质）表面包覆。 现象：结构致
9、密，孔隙率较小，体积密度大，且晶粒粗大，甚至烧结，表面光泽。 危害：与水反应极慢，有10天数年，易在已熟化的石灰内开始熟化，膨胀，引起开裂、隆起、起泡 解决方法：陈伏、筛除、磨细 五、石灰的性质：1、 可塑性好2、 生石灰吸湿性好、保水性好3、 凝结硬化慢、强度低4、 体积收缩大应加砂、麻刀、纸筋等，不宜单独使用5、 耐水性差不宜用于潮湿环境六、石灰的储运：1、 防潮防水（CaO），防碳化（Ca（OH）2、 严禁与易燃易爆品混装混运3、 存放期小于等于一个月，随用随化第二节 石膏 一、原材料： 天然二水石膏CaSO4。2H2O，天然无水石膏CaSO4 二、生产： 破碎加热磨细 CaSO4。2H
10、2OCaSO4。1/2H2O+3/2H2O 107170度 为建筑石膏、模型石膏 125度，0。13Mpa 为高强石膏 三、半水石膏的凝结与硬化： 凝结：失去可塑性的过程，自由水份减少 硬化：产生强度的过程，浆体变硬，强度逐渐增长 2CaSO4。1/2H2O+3H2O2CaSO4。2H2O+J 溶解水化沉淀析晶 特点：多孔，凝结快 凝结、硬化是一个连续交错不断进行的 四、性质1、 表观密度小、强度低2、 凝结硬化快3、 孔隙率大、导热率小4、 凝固时体积微膨胀5、 吸湿性强、耐水性差6、 防火性好五、应用：1、 抹灰、粉刷2、 制作石膏板第四章 水泥本章目的：掌握水泥的技术性质、质量要求及如何
11、选用水泥，了解专用水泥及特性水泥的组成和性质特点及应用范围。水硬性材料已有一百多年历史，波特兰水泥（世界上通称） 硅酸盐水泥（我国）第一节 硅酸盐水泥一、生产简述：（两磨一烧）1、石灰石（CaO）按比例 煅烧 存放20天 混合磨细 粘土 （Al、Si）生料熟料加石膏水泥成品 铁矿粉（Fe） 混合磨细 1450度 冷却到室温 关键是配料、煅烧 加石膏是为了调节凝结时间，应适量 如在加石膏的同时加混合材料，则为其它品种水泥2、生成物： C3S 3760% C2S 1537% C3A 715% C4AF 1018% 所以称之为硅酸盐水泥 其中可能存在的有害成分：1、 少量游离CaO2、 游离MgO3
12、、 过量石膏4、 粘土中原有K、Na，燃烧后仍有R2O碱份二、矿物成份及特征看书中表格，比较出其特点三、凝结与硬化1、水化作用 C3S+H2OCSH+Ca（OH）2 C2S+H2OCSH+Ca（OH）2 C3A+H2OCAH C4AF+H2OCFH+CAHCAH+CaSO4+H2OCASH （1。52。0）膨胀，石膏过多有害总结产物：CSH、CFH凝胶 CASH、CAH、Ca（OH）2是晶体 强度主要来源于凝胶2、凝结硬化的过程： 目前尚无定论3、影响凝结硬化的主要因素：1）石膏对水泥凝结硬化有缓凝作用2）环境温、湿度的影响。四、水泥的主要技术性质： 1、细度：水泥颗粒的粗细程度。 愈细水化愈
13、快，早强较高，硬化收缩较大，成本较高，易受潮 硅酸盐水泥：透气式比表面积仪测定：比表面积应大于300m2/Kg 其它水泥：筛析法：0。080mm方孔筛筛余量应小于等于10% 否则为不合格品 2、标准稠度用水量为测定其它性质提供一个统一标准用标准稠度仪测定，500g水泥、142。5ml水，在搅拌后测定稠度，S=28=2mm否则要调整 3、凝结时间：初凝：从加水开始到失去流动性所用时间 应不早于45分钟，否则为废品终凝：从加水到完全失去可塑性并产生强度所用时间。 硅酸盐水泥：应迟于390分钟 其它水泥：应不迟于10小时，否则为不合格品影响因素：1）熟料中铝酸三钙含量高，石膏掺量不足，则快硬2）水泥
14、细度愈细，水化愈快，凝结愈快3）水灰比愈小，凝结时温度愈高，凝结愈快4）混合材料掺量大，凝结慢 4、体积安定性：硬化后体积变化的稳定性。不良原因：含过量CaO、MgO 遇水反应膨胀 过量石膏 遇铝酸三钙反应膨胀测定方法：沸煮饼法或雷氏法 只测CaO； MgO用压蒸法不得超过5。0% 石膏水中长期观察不得超过3。5% 5、强度：水泥力学性能的一种量度，是评定水泥标号的依据。测定方法：C（450+ 2g） S（1350+5g） W（225+1ml） 准备加水、加水泥开动、低速30S再低速30S加砂停90S刮干净叶片再拌快60S制成试块20+2度水中养护28天测其抗压、抗折强度影响因素：熟料的矿物组
15、成，细度评定方法 6、水化热：水泥与水之间化学反应放出热量。效果：水化热大，对冬季施工有利 对大体积工程有害影响因素：矿物组成、细度、掺加料、外加剂五、水泥石的腐蚀与防护： 1、腐蚀的三大类型： 1）溶出性腐蚀： 水泥中Ca（OH）2溶于水，一般为流动水或压力水 2）溶解性腐蚀： 水泥中的物质于酸、碱、盐等物质反应生成易溶于水的物质并被水带走 3）膨胀性腐蚀： 硫酸盐与Ca（OH）2反应生成硫酸钙，硫酸钙又于水化铝酸钙反应生成膨胀性的高硫型水化硫铝酸钙 4）双重腐蚀： 镁盐腐蚀，既是溶解性腐蚀又是膨胀性腐蚀 2、腐蚀的内因：1） 水泥石本身不密实，有很多通道；2） 水泥石中存在易被腐蚀成分；3
16、） 腐蚀与通道相互作用加剧腐蚀进行。 六、水泥的储存：1） 防潮防水；2） 存放方式：不同厂、品种、标号、批号分别存运，堆高不超过10袋，每立方米堆放一吨；3） 存放期限不超过三个月第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥优点：改善原水泥性能，增加性能，提高产量，节约熟料，降低成本，扩大水泥使用范围。一、混合材料：1、非活性混合材料： 是指在水泥中主要起填充作用而不损害水泥性能的矿物质材料。（不起化学反应或反应很小。常见品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣掺入目的：调整水泥标号，增加水泥掺量，降低水化热。（填充性混合材料）2、活性混合材料 是指具有火山灰性、潜在水硬性的矿物质材料。（掺入起化学反映）
17、1） 粒化高炉矿渣 是炼钢高炉的熔融矿渣经水淬冷形成的疏松颗粒含活性SiO2、Al2O3、CaO2） 火山灰质混合材料 是含活性SiO2、Al2O3的矿物质材料，在常温下与石灰、水作用，能生成水硬性的化合物质称火山灰性，具有火山灰性的矿物质材料成分不一定，所以不一定都耐腐蚀。3） 粉煤灰 是燃煤发电厂电收尘器收集的细灰 含活性SiO2、Al2O3 二、常见几种掺混合材料的硅酸盐水泥1、普通硅酸盐水泥 P。O 熟料+6%15%混合材料+适量石膏2、矿渣硅酸盐水泥 P。S 熟料+20%70%粒化高炉矿渣+适量石膏 3、火山灰硅酸盐水泥 P。P 熟料+20%50%火山灰质混合材料+适量石膏 4、粉煤
18、灰硅酸盐水泥 P。F 熟料+20%40%粉煤灰+适量石膏 5、复合水泥 熟料加上两中或两种以上规定的混合材料、适量石膏三、比较六大水泥的异同点1、 组成2、 性能3、 使用范围 四、水泥等级的划分按水泥强度或标号；以及凝结时间来划分第五章混凝土及砂浆6.1 概述：一、 定义：指由胶凝材料、骨料、水及其它材料，按适当比例配制并硬化而成的具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材。二、 分类1、按胶结材料不同分：无机水泥类石膏类镁质水泥类硫磺类有机聚合物 聚合物浸渍 沥青2、按表观密度分类： 1）重混凝土：密度大于2500 重骨料或钡水泥、锶水泥，防辐射 2）普通混凝土：密度在19502500之间，承
19、重结构 3）轻混凝土：密度小于1950，绝热、隔热材料或轻质结构材料3、按用途分4、按强度等级分：5、按生产和施工方法分 三、特点1、 原材料丰富，成本低2、 具有石材一般的强度和耐久性，但又优于石材3、 性能可调4、 较好的可塑性5、 整体性强，抗震性高6、 维修费用低7、 自重大8、 抗拉强度低，脆性材料9、 传热快10、 需养护时间，生产周期长11、 强度波动因素多四、对砼的基本要求：1、 工作性2、 强度3、 耐久性4、 经济性6.2 砼的组成材料基本组成材料:水泥,水,砂,石其中砂石起骨架作用,称之为骨料,占大多数水泥起胶凝,填充,润滑,包裹作用一,细骨料:砂 指粒径在150um4.
20、75mm之间的岩石颗粒1,粗细.颗粒级配1) 粗细:不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度.颗粒级配:粒级大小不同砂粒相互组配的情况.要求:表面积较小;空隙小/省水泥2) 用筛分析法测定:称500克干砂,筛分后,测筛余量,计算分计筛余,累计筛余由累计筛余计算细度模数MxMx=(A2+A3+A4+A5+A6-5A1)/(100-A1)例:筛孔尺寸4.75（mm）2.36（mm）1. 18（mm）600(um)300(um)150(um)150(um)筛余量（kg）52513024060400 分计筛余:1% 5% 26% 48% 12% 8% 累计筛余:1% 6% 32% 80% 92% 100
21、% A1 A2 A3 A4 A5 A6 Mx=(6+32+80+92+100-5x1)/(100-1)=3.1按规范 Mx=3.13.7 粗砂 2.33.0 中砂1. 62.2 细砂1. 71.5 特细砂所以判定为粗砂再根据书中图表判定颗粒级配为1区2,砂的主要物理性质;1)有关密度: 近似密度:2.602.70g/cm3 松堆积密度:1.351.65g/cm32)砂的含水状态 a,完全干燥 b,气干状态 c,饱和面干,工程中常用状态 d,含水湿润3)有害物质: a,含泥量及泥块含量 降低强度,耐久性 b,云母 降低强度耐久性 c,轻物质 强度下降 d,硫化物和硫酸盐 钢筋锈蚀,强度耐久性降低
22、 e,有机质 腐蚀水泥 f,氯盐 腐蚀钢筋 二,粗骨料,石子 指粒径在4.75mm以上的岩石颗粒1,颗粒级配及最大粒径:1)原理与砂大致相同,筛分法 2.6590mm2)分为连续粒级和单粒级 其中连续粒级配制砼一般工作性良好,不易发生离析,是常用骨料单粒级可以避免连续粒级中的较大粒级在堆放及装卸过程中的离析现象,可通过不同组合,配制不同级配石子,间断粒级砼易于离析,工作性差 可对照表格得出级配情况.3)应在条件允许下,选用较大的最大粒径 参照施工条件:粗骨料最大粒径不得超过结构截面最小尺寸得当1/4,不得大于钢筋间最小净距的3/4,不超过板厚的1/22,有害物质:a,含泥量及泥块含量 降低强度
23、,耐久性 b,云母 降低强度耐久性 c,轻物质 强度下降 d,硫化物和硫酸盐 钢筋锈蚀,强度耐久性降低 e,有机质 腐蚀水泥 f,氯盐 腐蚀钢筋 g,针片状颗粒含量3,强度与坚固性 1)强度 a,立方体抗压强度 b,压碎指标值 2)坚固性,即抗风化能力三,水泥 最重要的材料 1)作用:胶结,润滑,填充,包裹 2)量多,则流浆,且成本提高;量少,则无法成型 3)水泥品种:根据环境,工程不同 水泥标号:为砼强度的1.52倍;高强砼可取0.91.5倍四,水 一般用可饮用水 6.3 混凝土混合料的和易性一,概念: 指砼在搅拌.运输.浇灌等过程中易于操作,能保持均匀而不发生离析的性能. 包括: 1)流动
24、性:指混合料在本身自重或施工机械振捣作用下克服内摩阻力而产生流动,从而能均匀地填满模壳内各部位的一种性能.(反映稠度,常用坍落度评定) 2)粘聚性:指砼拌合物在施工过程中具有一定粘聚力,使骨料在水泥浆中均匀分布,而不致产生分层和离析现象的性能. (反映拌合物的均匀性) 3)保水性:指砼拌合物在施工过程中具有一定保持水分的能力.(反映拌合物的稳定性)二,和易性的测定: 1,流动性的测定:(坍落度法) (简述试验过程及注意事项) 结果分为:塑性砼:大于10cm 低塑性砼:28cm 干硬性砼:约等于0 流态砼:大于20cm 坍落度法适用于坍落度大于1cm的砼,小于该值时可用比如维勃稠度法.2,保水性
25、.粘聚性(根据经验来判断)三,影响和易性的因素:1,水泥浆的用量: 浆多,流动性大,但易于流浆,粘聚性差,且对强度.耐久性产生一定影响; 浆少,干涩, 易崩塌,粘聚性差2,用水量: 量多,水泥浆稀而少 量少,水泥浆稠而多3,水灰比: W/C 较小,水泥浆较稠,砼拌合物流动性也较小,当W/C小至值以下,会造成混凝土施工困难. W/C过大,水泥浆变稀,产生严重离析及泌水现象. 常用W/C=0.400.754,砂率:指砼内砂的质量占砂.石总质量的百分数. 砂率过大,骨料的空隙率和总表面积增加,在一定数量水泥浆条件下,砼拌合物会显得干稠,流动性减小. 砂率过小,砂浆数量不足,不能保证骨料周围形成足够的
26、砂层也会降低砼拌合物的流动性,同时还严重影响粘聚性和保水性.故应选择最佳砂率5,其它因素 1)水泥品种 2)骨料物理性质3) 外加剂4) 时间.温度6.4 砼的强度一,砼强度的来源: 1.水泥石强度 2.水泥与骨料之间的粘结力 3.骨料本身强度二,砼破坏的形式 1.水泥石破坏 2.界面破坏 3.骨料破坏.三.砼的抗压强度与强度等级: 1.150cmX150cmX150cm 标准立方体试件: 标准条件:温度20+-3C,相对湿度90%以上 28天后测得砼立方体抗压强度fcu 2.求砼立方体抗压强度标准值fcu,k 强度保证率为95% 3.划分为C7.5C80共16个等级四.砼的轴心抗压强度:fc
27、p约等于(0.700.80)fcu五.抗拉强度: 只有抗压强度的1/101/20六.砼与钢筋的粘结强度: 强度来源:砼与钢筋之间的磨擦力; 钢筋与水泥石之间的粘结力; 变形钢筋的表面机械啮合力七.影响砼强度的主要因素: 1.水灰比与水泥标号:(决定性因素) 1)标号越高,强度越大 2)标号一定时,砼强度主要取决于水灰比大小 fcu=a . fce (C/W-b) fce-水泥的实际强度 富余系数为1.13 碎石a=0.46 b=0.07 卵石a=0.48 b=0.33 2.骨料的影响: 1)杂质过多,品质低劣会降低砼强度 2)碎石与卵石的不同; 碎石更宜配制高强砼 3.养护条件:温度.湿度影响
28、 1)温度上升,强度发展加快反之温度在4C以下砼强度增长率急剧下降 2)湿度大,强度发展快 湿度小,干燥,强度停止发展 4.龄期: 与水泥相似 fn/f28=lgn/lg28 5.试验条件; 尺寸越大,测定值越小 原因:环箍效应 尺寸大,出现缺陷几率大 大试件难以充分养护 大试件骨料集中在中央,砂浆相对难以到达外侧. 换算八.提高强度因素2. 采用高标号水泥;3. 采用W/C小,用水量少的干硬性水泥4. 采用湿热处理,蒸气养护或蒸压养护5. 采用机械搅拌.振捣6. 摻入早强剂或减水剂7. 可复合使用 6.5 混凝土的变形性能 一,非荷载作用下的变形: 1.化学收缩:不可恢复收缩,无破坏,但可能
29、有小裂缝. 2.干湿变形:1)湿胀小,无害;2)干缩危害较大,耐久性破坏.3.温度变形: 1)对大体积工程有害 2)原因:内外温差,内外拉应力 3)解决方法:设伸缩缝,设温度钢筋 二,荷载作用下的变形:徐变:1)有利:消除钢筋混凝土内应力集中,是应力重新分布,是应力集中缓解;消除大体积工程中温度变形产生应力;2)不利:使钢筋预加应力受损. 6.6 混凝土耐久性 耐久性与强度同等重要 一,抗渗性:1.指砼抵抗压力水渗透作用的能力. (关系到砼的阻水能力,直接影响抗冻性和抗腐蚀性的强弱.)2.原因: 1)水泥浆体内部的毛细孔孔隙形成的连通的渗水通道; 2)是水泥浆中多余水分蒸发而留下的孔,泌水作用伴生的毛细孔道; 3)骨料与水泥浆体界面处存在的裂缝以及骨
