土木工程材料(笔记)csl2011.3第一章. 土木工程材料的基本性质结构：宏观，细观，微观(晶体、玻璃体、胶体)。

§1-1物理性质一、基本性质：密度ρ 表观密度0ρ 堆积密度0ρ' 孔隙率P 空隙率P ' 相关公式：)1(0ρρ-=P V1-02⋅=H k m m P ρ干饱)1(00ρρ'-='P 亲、憎水性——润湿角吸水性——重量吸水率W m ， 体积吸水率W v 二、与水有关性质 吸湿率——含水率耐水性——软化系数：系数↑，耐水性↑ 抗渗性——渗透系数，抗渗等级 相关公式: 干干饱干m m -m 2==m m W O H m k 1m -m 22P VV V W O H O H V =⋅==ρ干饱干0ρ⋅=m V W W 干饱00ρρ-=V W三、孔隙对性能的影响：孔隙↑，强度↓，导热系数↓，热容↓，与抗冻无关吸水率↑，透气透水性↑ 压拉弯剪 211mm N MPa = §1-2力学性质 比强度: 0ρf 轻质高强的指标 弹塑脆韧性§1-3耐久性：耐水，抗渗，抗冻，耐候，其他第二章．无机胶凝材料:气硬,水硬§2-1气硬性原料与生产: O H CaSO 245.0⋅α 高强：晶体粗大结实，比表面积小 O H CaS 245.00⋅β 建筑：(与上相反)水化硬化：水化→CaSO 4. 0.5H 2O(晶体)一、石膏 凝结硬化 凝结：初、终凝硬化：快，加缓凝剂，微膨胀指标：强度，细度，凝结时间特性：强度低，孔隙率大，隔音保温，防火好生产 欠火石灰（不能消解）过火石灰，消解缓慢——陈伏二、石灰 熟(消)化→Ca(OH)2 放热，体积↑ 硬化 干燥结晶，析出Ca(OH)2碳化硬化→CaCO 3 慢，表为CaCO 3，内为Ca(OH)2特性：可塑性，保水性好，强度低，易开裂，耐水性差，吸湿性强生产-- 湿法，干法三、水玻璃 模数：SiO 2与Na 2O 的分子比n硬化→无定形硅酸，缓慢，加促硬剂(Na 2SiF 6 氟硅酸钠) 特性：粘结力强，强度高，耐热高，不耐碱、水、渗四、比较 强度：水玻璃>石膏>石灰硬化速度：石膏>石灰>水玻璃{{{{{§2-2水硬性通用水泥：硅酸盐 普通 矿渣 火山灰 粉煤灰 复合 (代号) PI PII PO PSA PSB PP PF PC(混合材料) 0 5 5-20 20-50 50-70 20-40 20-40 20-50 (%) §2-3硅酸盐水泥熟料：CaO SiO 2 Al 2O Fe 2O 3 以硅酸钙为主组成 混合材料石膏：缓凝剂，不足时会瞬凝一、生产 原料：石灰质、粘土质、校正过程：两磨一烧 磨原料→煅烧→磨成品熟料组成： C 3S C 2S C 3A C 4AF (硬化速度) 快 慢 最快 快 (水化热) 多 少 最多 中 (强度) 早强 晚强 低 低二、水化、凝结、硬化C 3S/C 2S + H 2O → C-S-H + CH(晶体) 熟料 C 3A + H 2O → C-A-HC 4AF + H 2O → C-A-H + C-F-Hⅰ)水化 石膏(缓凝机理) CaSO 4⋅2H 2O + C-A-H → Aft → AFm 凝胶：C-S-H C-F-H晶体：CH C-A-H Aft(高硫型水化硫铝酸钙，钙凡石)ⅱ)凝结、硬化→水泥石：水化物，未水化颗粒，孔隙，水ⅲ)影响硬化因素：熟料组成及细度，水灰比，石膏掺量，温湿度，龄期 三、技术性质筛析法 比表面积：单位质量的总表面积(m 2/kg) 初凝≥45min,终凝≤6.5h 标准稠度用水量P(%) —试锥下沉28±2mm 时的稠度 ⅲ)体积安定性：f-CaO f-MgO 过量石膏——试饼法 42.5(R)ⅳ)强度等级C:S:H=1:3:0.5,试件40⨯40⨯160mm,20±1oC 三级两型 52.5(R) ⅴ)氯离子侵蚀 62.5(R)四、防腐、特点、应用 ①高强快硬,抗冻耐磨 ②不耐热、蚀，水化热大 §2-4掺混合材料的硅酸盐水泥一、混合材料——降成本，改善性能吗，调节强度等级成分：活性SiO 2 Al 2O 3结构：玻璃体 非活性：石英砂，石灰石粉SiO 2 + Ca(OH)2 + H 20 → C-S-H ⅱ)火山灰反应、二次反应 Al 2O 3 + Ca(OH)2 + H 2O → C-A-HCaSO 4⋅2H 2O + C-A-H → Aft一次水化:熟料→CH二次水化:混合材料→发生火山灰反应 三、通用水泥特性、应用、储存运输{{{ⅰ)分类{{{{{{{生产{主要产物ⅰ)细度↑,水化反应↑硬化↑强度{ⅱ)凝结时间二、大掺量混合材料水化{矿渣、火山灰质、粉煤灰§2-5其他品种水泥：高铝水泥(铅酸盐)、快硬水泥、膨胀自应力水泥、道路水泥。

第三章. 水泥混凝土及砂浆优：造价低，耐久高，可塑性好§3-1砼 缺：自重大，比强度小，导热系数大，硬化慢要求 ①强度等级 ②和易性 ③耐久性 ④经济 §3-2砼各组分材料一、水泥：高对高，低对低 二、水：拌合、养护有害物：云母、轻物质、有机物、硫、氯盐、泥(块)细度模数116321005)(A A A A A f --+++=μ, 分为细、中、粗砂，优选中粗砂颗粒级配(按0.6mm 孔 累筛余分三区)优选二区坚固性、碱活性( ①含碱>0.6% ②含活性SiO 2 ③存在H 2O )有害物：有机物、硫佳:球、正方体差：针片状强度：碎>卵四、粗骨料 流动性：卵>碎最大粒径: 颗粒级配——节约水泥用量强度：母岩作50mm 立方体，压碎指标010m m m n -=δ, ↓n δ,强度 坚固性、碱活性保持塌落度不变，减少用水量，提高强度 表面活性剂；先掺，同掺，滞水，后掺引气剂：改善和易性，提高抗渗、抗冻、抗裂 早强剂(冬季施工，抢修工程)；缓凝剂 效应:活性、形态、微骨料效应作用:和易↑可泵↑可塑↑耐腐↑抗渗、冻↑,水化热↓早强↓ 六、掺合料 硅灰：作用——粘聚性↑保水性↑强度↑耐久性↑ 矿渣粉、煤矸石作用：节约水泥，改善性能，调节强度等级§3-3砼性能流动性——塌落度(精确至5mm)粘聚、保水性(无指标，观察)用水量：水泥浆数量和稠度——恒定用水量法则砂率——合理砂率一、和易性 组分材料：水泥骨料、外加剂 时间(塌落度损失)、温度降砂率，采用粗砂、石改善措施 塌落度小时,CW 不变增加C 、W ；大时,砂率不变增加S 、G粘聚保水性不良——砂率↑二、强度: 定义-- 150mm 立方体，抗压强度cu f等级：C30——表示立方体抗压强度标准值为30MPa{{{{影响因素{{{{{{{{五、外加剂{三、细骨料分类：碎、卵颗粒形状粉煤灰 减水剂特点轴心抗压强度cu cp f f )8.0~7.0(= , 抗压强度tp f , 抗弯拉强度cf f水泥强度等级 因素 水灰比：)(28B WCAf f f ce cu-==龄期(28lg lg 28nf f n ⋅=),骨料，温湿度，掺料，外加剂 提高措施化学收缩——微裂缝非荷载变形 干湿变形：湿胀无害，干缩开裂(主因) 三、变形性能 温度变形：冷缩危害大——设置温度缝短期荷载——弹塑性；长期——徐变抗渗性：等级P4——抗0.4MPa 水压不渗水。

≥P6为抗渗砼抗冻性：等级F150——反复冻融循环最多150次。

≥F150为抗冻砼抗侵蚀、碳化、碱骨料反应措施：控制max )(C W 及水泥用量min C五、砼性能、参数 三参数： 水灰比 砂率 用水量 四性能：和易性 强度 变形 耐久性§3-4砼的质量控制 一、正态分布二、指标: cu f ，12).(--∑=n cufi cu fσ 变异系数:cuV f C σ=三、强度保证率P(t): 概率度 σkcu cu f f t .-=四、配制强度: σ645.1+=设配f f (或σ645.1..+=k cu t cu f f )§3-5砼配合比设计一、表示法：绝对用量法，相对用量法：C:W:S:G二、要求：强度、和易、耐久、经济初步G S W C ::: 实验室0000:::G S W C 施工G S W C ''''::: 0C C =' S '=S 0(1+a %) a %——砂含水率 G '=G 0(1+b%) b%——石含水率W '=W 0-S 0a %-G 0b%概率 好 拐点 差强度 平均强度起决定性因素{{{{{四、耐久性{其中 三、内容}§3-6建筑砂浆：无粗骨料的混凝土，砂率为100% 一、组成：水泥、砂、掺料、外加剂、拌合水流动性——稠度(沉入度/量)保水性——分层度强度 试件：70.7mm 立方体6块，测拉压均值 M5:表示砂浆立方体抗压强度平均值为5MPa 粘结力、变形性二、砌筑砂浆 不吸水基层：)4.0(29.00.28-==WCce m f f f吸水基层：B Af f f c ce m Q +⋅==10000.28σ645.0280.+=f f m (σ645.0+=设配f f ) 1m 3砂浆水泥用量ce m c Af B f Q )(10000.-= 三、抹面砂浆：底层—粘结(保水) 中间—找平(平整) 面层—装饰(抗裂)第四章. 墙体材料(砌筑材料)§4-1砌墙砖一、青，红砖：青砖较结实、高强、耐碱、耐久、成本高欠，过火砖——废品二、烧结普通砖(空洞率<15%)：240⨯115⨯53mm ⅰ)31m 需要砖512块，需砂浆0.2513m尺寸偏差、外观质量强度(取10块):f ,标准差9)(2f f s i -∑=, 变异系数fs=δ21.0≤δ:平均值、标准值,21.0>δ:平均值、最小值泛霜,石灰爆裂ⅲ)质量等级——尺寸偏差、外观质量、泛霜、石灰爆裂 ⅳ)应用：承重墙体，拱，柱，基础三、烧烧结多孔砖(孔洞率≥15%)——竖孔砖：例MU30 应用：六层以下承重墙，非承重墙 四、烧结空心砖(孔洞率≤35%)——水平孔砖：例MU2.0 应用：非承重墙，填充墙五、非烧结砖：蒸压灰砂砖、粉煤灰转 §4-2砌块岩浆岩(火成岩)：花岗、玄武 分类 沉积岩(水成岩)：石灰岩、砂岩 变质岩：大理石、石英岩§4-3天然石材 技术要求 70mm 立方块3块：例MU100品种：毛石，料石(细，半细，粗，毛)，石板材(厚度20mm) 其中 天然大理石：抗压高，硬度不高——室内装饰 天然花岗岩：全晶质岩石——室内外地面，柱石等第五章. 建筑钢材{{{{和易性{配合设计强度公式 {{ⅱ)技术性质 {{钢结构用§5-1土木工程的用钢及制品 钢筋混凝土结构用围护结构和装修工程用 §5-2钢的冶炼与分类含C 量>2.06%→(生)铁含C 量<2.06%→钢 碳素钢合金钢 二、分类 沸腾钢“F ”镇静钢“Z ” 注:工程中主要使用前三种半镇静钢“b ” 特殊镇静钢“TZ ”§5-3技术性能 一、力学性能软钢——下屈服强度硬钢——产生0.2%0l 的应力：σ0.2 抗拉强度σb屈强比：b s σ 屈强比↓，可靠性↑，材料利用率↓ⅱ)塑性——伸长率δⅲ)冲击韧性k a 温度降到一定程度时钢材呈脆性——冷脆性ⅳ)硬度、耐疲劳性二、工艺性能(图略)ⅰ)冷弯性能——弯曲角度(α) 弯心直径(d) 合格标志：无裂纹，断裂及起层现象ⅱ)焊接性能——S 含量高，出现热脆性 ⅲ)冷加工处理冷加工强化——s σ明显↑，b σ不变 ， 塑、韧性、E 明显↓自然时效：常温存放15-20d , 人工时效：通电加热至100-200OC作用：s σ↑，b σ↑， 塑、韧性↓， E 恢复§5-4钢的组织与化学成分一、钢的晶体组织：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体 优化性能 Si ，Mn ，Ti, V, Nb劣化性能 S(热脆性), P(冷脆性), O, N §5-5建筑用钢材的品种与选用碳素结构钢——例Q195-AF ：屈服点为195MPa 的A 级沸腾钢低合金高强度结构钢热轧钢筋——分级依据s σ、b σ 、δ、 冷弯例：HRB400 冷轧带肋钢筋——例：CRB800注：H(热轧) P(光圆) R(带肋) B(钢筋) C(冷轧)sσ{{{{{按脱氧程度 按化学成分{}{{{{{屈服强度 时效处理二、化学成分一、常用钢种二、钢筋混凝土用钢材一、钢、铁主要是Fe-C 合金ⅰ)抗拉性能第六章. 沥青材料及防水材料柔性——防水卷材、涂料、密封膏 按特性 刚性——防水砂浆、混凝土§6-1分类 瓦——烧结瓦、油毡瓦、混凝土平瓦按化学成分：沥青防水材料，高聚物改性沥青，高分子防水材料 §6-2沥青材料一、定义——有机胶凝材料，常温下呈黑色固态，半固态或液态 二、石油沥青油分(液)——流动性树脂(半固)——塑性、粘结性地沥青质(固)——耐热性、粘性、脆性石蜡(有害成分)——降低塑性、粘结性、对温度敏感ⅱ)胶体结构——以地沥青质为核心，吸附树脂细分形成胶体 溶胶，凝胶，溶凝胶 ⅲ)技术性能:粘(滞)性——针入度(0.1mm)→分级指标:针入度↑,牌号↑,粘性↓ 塑性——延(伸)度(cm)温敏性——软化点(OC) →环球法:软化点↑, 温敏性↓,温稳性↑,耐热↑ 大气稳定性——蒸发损失率、针入度比 ⅳ)石油沥青的选用:屋面沥青:软化点高于屋面最高温20-25O C(沥青屋面高于气温25-30OC) 南方地区：路面沥青选用热稳定性好，针入度小的 北方地区：选用针入度大的ⅴ)掺配——同属石油沥青或同属煤沥青才可掺配掺配公式：1001221⨯--=T T TT Q % ,Q 2=1-Q 1 (Q 1、Q 2分别为较软、较硬沥青用量) 三、煤沥青(煤焦油、柏油): 温敏性差，塑性差，有毒臭味，防腐好，粘附力好§6-3防水材料 一、防水卷材沥青基→高聚 ⅰ)发展趋势 多层→单层 热熔法→冷粘法ⅱ)沥青防水卷材(油毡)——有胎SBS(弹性体)——用于寒冷及变形频繁地区 APP(塑性体)——用于炎热、太阳强辐射地区 ⅳ)合成高分子防水卷材：聚氯乙烯(PVC),三元乙丙(EPOM) ⅴ)卷材胶黏剂: 沥青胶，冷底子油沥青基防水涂料——乳化沥青高聚物改性沥青防水涂料 三、建筑密封膏第七章. 木材§7-1优点：轻质高强(比强度高)，良好弹塑性 缺点：吸湿性高，尺寸变化大{{{ⅰ)各组分特性{{ⅲ) 高聚物改性沥青防水卷材{二、防水涂料§7-2木材分类与构造特点：树叶细长，纹理顺直，材质均匀、质软——软木应用：强度高，承重，模板特点：叶宽大，质硬——硬木 应用：胀缩，翘曲大，室内装饰，家具宏观：树皮、木质部、髓心 微观：细胞壁、细胞腔§7-3主要性能自由水：细胞腔内和细胞间隙的水吸附水：细胞壁内的水ⅰ)木材干燥时，自由水很快蒸发，但不影响木材尺寸，自由水蒸发完全后，吸附水才开始蒸发ⅱ)纤维饱和点：吸附水饱和且无自由水的含水率，是力学性能的转折点 平衡含水率：与空气湿度平衡的含水率 吸附水含量变化引起木材变形 变形形变量：弦向>径向>顺纹顺拉>抗弯>顺压>横剪吸附水↓，强度↑§7-4木材的防护与防火：完全干燥和完全浸入水中的木材不易腐朽 原条——未加工的木材 §7-5木材综合利用率 原木——按尺寸切取的材料锯材——锯解成一定尺寸的木料宽度为厚度3倍以上为板材，不足3倍为枋材2011年于福州{{阔叶树{{二、构造 {一、木材的水分{ ⅲ)湿胀干缩{二、木材强度一、针叶树。