土木工程材料工程实例分析与创新[工程实例分析1—1]加气混凝土砌块吸水分析现象：某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为表观密度为700kg／m3的加气混凝±砌块。

在抹灰前采用同样的方式往墙上浇水，发现原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块虽表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。

原因分析：加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。

因此，吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。

[工程实例分析1—2] 测试强度与加荷速度现象：人们在测试混凝土等材料的强度时可观察到，同一试件，加荷速度过快，所测值偏高。

原因分析：材料的强度除与其组成结构有关外，还与其测试条件有关，包括加荷速度、温度、试件大小和形状等。

当加荷速度过快时，荷载的增长速度大于材料裂缝扩展速度，测出的数值就会偏高。

为此，在材料的强度测试中，一般都规定其加荷速度范围。

[工程实例分析1—3] 水池壁崩塌现象：某市自来水公司一号水池建于山上，1980年1月交付使用，1989年6月20日池壁突然崩塌，造成39人死亡，6人受伤的特大事故。

该水池使用的是冷却水，输入池内的水温达41℃。

该水池为预应力装配式钢筋混凝土圆形结构，池壁由132块预制钢筋混凝土板拼装，接口处部分有泥土。

板块间接缝处用细石混凝土二次浇筑，外绕钢丝，再喷射砂浆保温层，池内壁未设计防渗层，只要求在接缝处向两侧各延伸5cm的范围内刷两道素水泥浆。

原因分析如下：(1)池内水温高，增加了对池壁的腐蚀作用，导致池壁结构过早破损。

(2)预制板接缝面未打毛，清洗不彻底，故部分留有泥土；且接缝混凝土振捣不实，部分有蜂窝麻面，其抗渗能力大大降低，使水分浸入池壁，并对钢丝产生电化学反应。

事实上所有钢丝已严重锈蚀，有效截面减少，抗拉强度下降，以致断裂，使池壁倒塌。

(3)设计方面亦存在考虑不周，且对钢丝严重锈蚀未能及时发现等问题。

[工程实例分析1—4] 材料微观结构对性能的影响现象：某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要求，但施工单位将硅粉误解为磨细石英粉，生产中加入的磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效果不好，水泥浆体成分不均，请分析原因。

原因分析：硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净浆施工性能。

磨细石英粉的化学组成也为Si02，微观结构为晶体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有副作用。

硅粉和磨细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结构不同，导致材料的性能差异明显。

[创新漫谈1-1] 高强度和高韧性的结合--钢筋混凝土的诞生钢筋混凝土将钢筋的高韧性和混凝土的高强度结合在一起，性能优异，是目前应用最为广泛的土木工程材料。

它是如何诞生的呢?这里面有一个有趣的故事。

水泥刚发明时，人们用水泥、砂子和水配制成砂浆，凝固后成为人造石块，这种石块抗压强度很高，但抗拉强度只有抗压强度的十分之一，应用范围有限。

法国有一个叫蒙尼亚的园艺师，他在工作牛需要经常搬动花盆，稍不留神就会打破泥瓦花盆。

1867年的一天，蒙尼亚突发奇想，他在花盆外箍上几道铁丝作保护，然后在铁丝外抹上一层水泥砂浆，这样即可掩盖铁丝，又可防止铁丝生锈。

蒙尼亚制造的花盆结实耐用，不易破碎，外观也不错，很受人们的欢迎，他为此申报了专利，自己也由一个园艺师变为花盆制造商。

到了19世纪末，俄国建筑师别列柳布斯基研究高层建筑时，迫切需要重量小、强度高的新结构材料。

他对蒙尼亚的发明作了仔细的考察，发现要应用于建筑领域，有两个问题必须解决，其一是水泥和砂子都太细小，无法承受大的压力；其二是钢丝太细，容易被拉长断裂，受力不能太大。

针对这两个问题，别列柳布斯基采取了两个措施，一是在水泥浆料中加入相当数量的石块；二是用钢筋代替铁丝。

他随即进行了试验，结果令人相当满意，钢筋混凝土正式诞生了。

1904年俄国用钢筋混凝土结构代替岩石结构建造了一个高数10m的灯塔，具有自重轻、建造成本低、抗气候变化能力强的优点，引起了世界建筑界的广泛赞誉，从此以后世界建筑史进入了钢筋混凝土的新纪元。

此后，人们将混凝土充填于钢管中，制成了钢管混凝土。

当受到强力作用时，钢管内的混凝土会随钢管一起变形，而不会崩裂。

用钢管混凝土制建筑物构件，具有用钢量少、不需要模板、施工方便等优点。

[创新漫谈1-2]因地制宜用材的万里长城万里长城以磅礴的气势飞越崇山峻岭，是我国古代劳动人民的杰作，也是建筑史上的丰碑。

万里长城选用材料因地制宜，堪称典范。

长城在居庸关、八达岭一段，采用砖石结构。

墙身用条石砌筑，中间填充碎石黄土，顶部再用三、四层砖铺砌，以石灰作砖缝材料，坚固耐用。

平原黄土地区缺乏石料，则用泥土磊筑长城，将泥土夯打结实，并以锥刺夯打土检查是否合格。

在西北玉门关一带，既无石料又无黄土，以当地芦苇或柳条与砂石间隔铺筑，共铺20层。

万里长城因地制宜使用建筑材料，展现了我国劳动人民的勤劳、智慧和创造力。

2.气硬性胶凝材料[工程实例分析2-1]石灰砂浆层拱起开裂现象：某住宅使用石灰厂处理的下脚石灰作粉刷。

数月后粉刷层多处向外拱起，还看见一些裂缝，请分析原因。

分析讨论：石灰厂处理的下脚石灰往往含有过烧的CaO或较高的MgO,其水化速度慢于正常的石灰这些过烧的氧化钙或氧化镁在已经水化硬化的石灰砂浆中缓慢水化,体积膨胀.就会导致砂浆层拱起和开裂。

[工程实例分析2-2]石灰的选用现象：某工地急需配制石灰砂浆。

当时有消石灰粉、生石灰粉及生石灰材料可供选用。

因生石灰价格相对较便宜，便选用，并马上加水配制石灰膏，再配制石灰砂浆。

使用数日后，石灰砂浆出现众多凸出的膨胀性裂缝，请分析原因。

分析讨论：该石灰的陈伏时间不够。

数日后部分过火石灰在已硬化的石灰砂浆中熟化，体积膨胀，以致产生膨胀性裂纹。

因工期紧，若无现成合格的石灰膏，可选用生石灰粉。

生石灰粉在磨细过程中，把过火石灰磨成细粉，易于克服过火石灰在熟化时造成的体积安定性不良的危害。

工程实例分析2-3] 石膏饰条粘贴失效现象：石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴，石膏饰条前后半小时完工。

几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。

分析讨论：其原因有两个方面，可有针对性地解决。

1.建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时左右凝结，后来粘贴石膏饰条的石膏浆已初凝，粘结性能差。

可掺入缓凝剂，延长凝结时间；或者分多次配制石膏浆，即配即用。

2.在光滑的天花板上直接贴石膏条，粘贴难以牢固，宜对表面予以打刮，以利粘贴。

或者在粘结的石膏浆中掺入部分粘结性强的粘结剂。

[工程实例分析2-4] 水玻璃与铝合金窗表面的斑迹现象：某些建筑物的室内墙面装修过程中我们可以观察到，使用以水玻璃为成膜物质的腻子作为底层涂料，施工过程往往散落到铝合金窗上，造成了铝合金窗外表形成有损美观的斑迹。

试分析原因。

分析讨论：一方面铝合金制品不耐酸碱，而另一方面水玻璃呈强碱性。

当含碱涂料与铝合金接触时，引起铝合金窗表面发生腐蚀反应：Al203+2NaOH=2NaAl02十H20 2Al+2H20+2NaOH=2NaAl02十3H2 从而使铝合金表面锈蚀而形成斑迹。

水泥与混凝土[工程实例分析3-1] 挡墙开裂与水泥的选用现象：某大体积的混凝土工程，浇筑两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。

该工程使用某立窑水泥厂生产的42.5Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：C3S C2S C3A C4AF 61％ 14％ 14％ 11％分析讨论：由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。

[工程实例分析3-2] 水泥凝结时间前后变化现象：某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌合后初凝时间仅40min，本属于废品。

但放置一个月后，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。

分析讨论：该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。

加水拌合后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其他熟料矿物的水化速度。

从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚结晶网结构，所以短时间凝结。

水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。

故此时加入拌合水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。

但其他水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。

[工程实例分析3-3] 膨胀水泥与膨胀剂的应用概况：硅酸盐水泥水化收缩，会产生裂缝。

为此，引入膨胀组分如明矾石、石灰等以补偿收缩，或产生自应力。

因大批量生产的膨胀水泥调节不同需求的膨胀量较困难，为适应不同工程的需求，又发展为膨胀剂，如我国较著名的U型膨胀剂(UEA)。

我国驻孟加拉国大使馆1991年2月正式开工，1992年6月竣工，被评为使馆建设“优质样板”工程。

孟加拉国是世界暴风雨灾害中心区，年降雨量2000～3000mm，雨期长达6个月，使馆区地势低洼，暴雨后地面积水深达500mm。

在该使馆工程，楼板、公寓、地下室、室外游泳池、观赏池的混凝土中采用UEA膨胀剂防水混凝土。

掺UEA的混凝土用内掺法，UEA的用量为水泥用量的12％，经长时间使用未发现混凝土收缩裂缝，效果好。

膨胀剂的应用除需正确选用品种、配比外，还需合理养护等一系列技术措施。

[创新漫谈3-1]新型无机胶凝材料——土聚水泥土聚水泥(GeolpolymaricCement)是近年发展起来的新型无机胶凝材料。

它以含高岭石的粘土为原料，经较低温度煅烧，转变为无定形结构的变高岭石，而具有较高的火山灰活性。

经碱性激活剂及促进剂的作用，硅铝氧化物经历了一个由解聚到再聚合的过程，形成类似地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构。

一般条件下，土聚水泥聚合反应后生成无定形的硅铝酸盐化合物；在较高温度下，可生成类沸石型的微晶体结构，如方沸石等，形成独特的笼形结构。

土聚水泥主要力学性能指标优于玻璃和水泥，可与陶瓷、钢等金属材料相媲美，且具较强的耐磨性能和良好的耐久性。

其耐火耐热性能优于传统水泥，隔热效果好。

且与集料界面结合紧密，不会出现硅酸盐土聚水泥与水泥与集料之间的高含Ca(OH)2等粗大结晶的过渡区，体积稳定性好，化学收缩小，水化热低，生成能耗低。

特别是土聚水泥能有效固定几乎所有有毒离子，有利于处理和利用各种工业废弃物。

[工程实例分析3-4] 使用受潮水泥概况：广西百色某车间盖单层砖房屋，采用预制空心板及12m跨现浇钢筋混凝土大梁，1983年10月开工，使用进场已3个多月并存放于潮湿地方的水泥。