土木工程材料第二版复习提纲.docx
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土木工程材料第二版复习提纲
土木工程材料复习提纲
一、绪论
1、
2、材料的密度:
材料在绝对密实状态下单位体积的质量,称为密度。
公式:
ρ=
ρ—材料的密度,g/cm3
m—材料在干燥状态下的质量,g
v—材料在绝对密实状态下的体积,cm3
3、表观密度:
材料在自然状态下单位体积的质量,称为表观密度。
公式:
ρ0=
ρ0—材料的表观密度,g/cm3
m—材料的质量,g
v0—材料在自然状态下的体积,cm3
4、堆积密度:
散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量,称为堆积密度
公式:
ρ
=
ρ
—散粒材料的堆积密度,g/cm3
m—散粒材料的质量,g
v
—散粒材料的自然堆积体积,cm3
5、大小关系:
实际密度>表观密度>堆积密度
6、孔隙率:
材料部孔隙体积(vp)占材料总体积(v0)的百分率。
孔隙可从两个方面对材料产生影响:
一是孔隙的多少,二是孔隙的特征。
公式:
p=
=(1-
)
7、密实度:
材料部固体物质的实体积占材料总体积的百分率。
公式:
8、空隙率:
散粒材料颗粒间的空隙体积(vs)占堆积体积的百分率。
散粒材料材料颗粒间的空隙多少常用空隙率表示:
公式:
9、填充率:
颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。
公式:
10、孔隙的特征:
(1)、按孔隙尺寸大小,可把孔隙分为微孔、细孔和大孔三种。
(2)、按孔隙之间是否相互贯通,把孔隙分为互相隔开的孤立孔,或互相贯通的连通孔。
(3)、按孔隙与外界之间是否连通,把孔隙分为与外界相通的开口孔,或不相通的封闭孔。
11、图P3
12、材料的强度是指在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。
影响材料强度的因素:
A、种类
B、孔隙率,孔隙人、特征
C、含水率
D、温度
E、试件尺寸(环箍效应,缺陷几率大)
F.加荷速度
G、表面情况
13、比强度是指单位体积质量的材料强度,它等于材料的强度与其表观密度之比。
它是衡量材料是否轻质、高强的指标。
14、弹性:
材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,能完全恢复原来形状的性质,称为弹性。
15、塑性:
材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,材料仍保持变形后的形状和尺寸,且不产生裂缝的性质,称为塑性。
16、虎克定律:
材料在弹性围,其应力与应变之间的关系符合虎克定律。
公式:
—应力,MPa
—应变
E—弹性模量,MPa
17、脆性:
材料在外力作用下,无明显塑性变形而突然破坏的性质,称为脆性。
脆性材料抗压强度高,但抗拉强度和抗弯强度低,抗冲击能力和抗振能力较差。
18、韧性或冲击韧性:
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,称为韧性或冲击韧性。
建筑钢材(软刚)、木材等属于韧性材料,用作路面、桥梁、吊车梁一级有抗震要求的结构都要考虑到材料的韧性。
19、P6图中在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线,此切线与材料和水接触面的夹角
,称为润湿边角。
一般认为
≤
时,材料能被水润湿而表现出亲水性,这种材料称为亲水性材料;当
>
时,材料不能被水润湿而表现出憎水性,这种材料称为憎水性材料。
当
=0时,表示该材料完全被水润湿。
20、吸湿性:
亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质,称为吸湿性。
含水率:
材料的吸湿性用含水率表示。
公式:
Wh—材料含水率,%
ms—材料吸湿状态下的质量,g
mg—材料干燥状态下的质量,g
材料的含水率随环境的温度和湿度变化发生相应的变化,在环境湿度增大、温度降低时,材料含水率变大;反之变小。
材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率,称为平衡含水率。
材料的开口微孔越多,吸湿性越强。
21、吸水性:
指材料在水中吸水的性质。
材料的吸水性用吸水率表示。
材料的开口孔越多,吸水量越大。
虽然水分很易进入开口的大孔,但无法存留,只能润湿孔壁,所以吸水率不大;而开口细微连通孔越多,吸水量越大。
22、耐水性:
材料的耐水性,是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。
耐水性用软化系数表示:
公式:
KR—材料的软化系数
fb—材料在饱和吸水状态下的抗压强度,MPa
fr—材料在干燥状态下的抗压强度,MPa
一般材料吸水后,强度均会有所降低,强度降低越多,软化系数越小,说明该材料耐水性较差。
材料的KR在0~1之间,工程中将KR>0.85的材料,称为耐水材料。
长期处于水中或潮湿环境中的重要结构,所用材料必须保证KR>0.85,用于受潮较轻或次要结构的材料,其值也不宜小于0.75。
23、抗渗性:
材料的抗渗性,是指其抵抗压力水渗透的性质。
材料抗渗性常用渗透系数或抗渗等级表示。
材料的抗渗系数越小或抗渗等级越高,表明材料的抗渗性越好。
材料的抗渗性与孔隙率及孔隙特征有关。
开口的连通大孔越多,抗渗性越差;闭口孔隙率大的材料,抗渗性仍可良好。
地下建筑、压力管道等设计时都必须考虑材料的抗渗性。
24、抗冻性:
抗冻等级(记为F)是以规定的吸水饱和试件,在标准试验条件下,经一定次数的冻融循环后,强度降低不超过规定数值,也无明显损坏和剥落,则此冻融循环次数即为抗冻等级。
材料受冻破坏的原因:
是材料孔隙所含水结冰时体积膨胀(约增大9%),对孔壁造成的压力使孔壁破裂所致。
一般而言,在相同冻融条件下,材料含水率越大,材料强度越低及材料中含有开口的毛细孔越多,受到冻融循环的损伤就越大。
在寒冷地区和环境中的结构设计和材料选用,必须考虑到材料的抗冻性能。
25、材料的热性质主要包括热容性,、导热性和热变形性。
热容性:
同种材料的热容性差别,常用热容量比较;不同材料的热容性,可用比热作比较。
导热性:
材料的导热性与孔隙特征有关,增加孤立的不连通孔隙能降低材料的导热能力。
热变形性:
材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化。
土木工程总体上要求材料的热变形不要太大,在有隔热保温要求的工程设计时,应尽量选用热容量(或比热)大,导热系数小的材料。
26、耐久性:
材料的耐久性是指用于构筑物的材料在环境的各种因素影响下,能长久地保持其性能的性质。
27、耐久性的意义:
以利节约材料、减少维修费用、延长构筑物的使用寿命。
28:
提高耐久性的措施:
A、提高密度,改变孔隙特征
B、适当改变成分,进行憎水处理、防腐处理
C、增设保护层保护材料免受损害(如抹灰刷涂料)
D、设法减轻大气或周围介质对材料的破坏作用
二、气硬性胶凝材料
1、建筑上用来将砂子、石子、砖、石块、砌块、等散粒材料或块状材料粘结为整体的材料,统称为胶凝材料。
胶凝材料按其化学成分可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。
有机胶凝材料是以高分子化合物为主要成分的胶凝材料,如沥青、树脂等。
无机胶凝材料则按硬化条件不同,分为气硬性和水硬性两种。
气硬性胶凝材料是只能在空气中硬化,也只能在空气中保持或继续发展期强度的胶凝材料,如石膏、石灰、水玻璃等。
水硬性胶凝材料是不仅能在空气中硬化,而且能更好地在水中硬化,并保持和继续发展其强度的胶凝材料,如各种水泥。
2、气硬性胶凝材料只适用于地上或干燥环境,水硬性胶凝材料即适用于地上,也适用于地下或水中环境。
3、石灰在煅烧过程中,若温度过低或煅烧时间不足,使得CaCO3不能完全分解,将生成“欠火石灰”。
如果煅烧时间过长或温度过高,将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。
4、石灰的特征:
A、可塑性和保水性好
B、生石灰水化时水化热大,体积增大
C、硬化缓慢
D、硬化时体积收缩大
E、硬化后强度低
F、耐水性差
5、石灰的应用:
A、制作石灰乳涂料
B、配制砂浆
C、拌制石灰土和石灰三合土
D、生产硅酸盐制品
E、加固软土地基(如石灰桩—生石灰块灌入软土(高含水量,高孔隙比土)中,形成石灰桩)
F、配制静态破碎机
6、生产石膏胶凝材料的原料主要是天然二水石膏、天然无水石膏、也可采用化工石膏。
天然二水石膏(CaSO4·2H2O)又称软石膏或生石膏,是生产建筑石膏和高强石膏的主要原料。
7、将天然二水石膏或化工石膏经加热煅烧、脱水、磨细即得石膏胶凝材料。
由于加热温度和方式的不同,可以得到具有不同性质的石膏产品。
先简述如下:
当常压下加热温度达到107~170℃时,二水石膏脱水变为β型(β—CaSO4·
H2O)半水石膏(即建筑石膏,又称为熟石膏),反应式为:
若在压蒸条件下(0.13MPa,125℃)加热可产生α型(α—CaSO4·
H2O)半水石膏(即高强石膏)。
8、凝结时间:
初凝时间不早于6min,终凝时间不迟于30min
9、由于建筑石膏粉易吸潮,会影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度,长期储存也会降低强度,因此建筑石膏粉贮运时必须防潮、储存时间不得过长,一般不超过三个月。
10、建筑石膏的特性:
(注意细节)
A、凝结硬化快
B、硬化时体积微膨胀
C、硬化后孔隙率较大,表观密度和强度较低
D、隔热、吸声性良好
E、防火性能良好
F、具有一定的调温调湿性
G、耐水性和抗冻性差
H、加工性能好
11、建筑石膏的应用:
A、制备粉刷石膏B、建筑石膏制品
12、水玻璃:
俗称泡花碱,是一种能溶于水的硅酸盐,由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅组成,化学通式为R2O·nSiO2。
其中,n是二氧化硅与碱金属氧化物之间的摩尔比,为水玻璃的模数。
13、水化过程进行得非常缓慢,所以常常加入促硬剂氟硅酸钠(NA2SiF6),以加速硅酸凝胶析出。
14、水玻璃的特性:
A、水玻璃具有良好的粘结性能
B、水玻璃中总固体含量增多,则冰点降低,性能变脆
C、水玻璃具有很强的耐酸性能,能抵抗多数无机酸和有机酸的作用
D、水玻璃耐热温度可达1200℃,在高温下不燃烧,不分解,强度不降低,甚至有所增加
E、水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶能堵塞材料的毛细孔隙,起到阻止水分渗透的作用
15、水玻璃的应用:
A、在天然石材、粘土砖、混凝土和硅酸盐制品表面,涂刷一层水玻璃,能提高制品的密实性、抗水性和抗风化能力。
但石膏制品表面不能涂刷水玻璃,因两者会反应生成体积膨胀的硫酸钠,使制品膨胀。
B、以水玻璃为胶结料,加入氟硅酸钠促硬剂和一定级配的耐酸粉料和耐酸粗、细骨料配制成的耐酸浆体、耐酸砂浆和耐酸混凝土,用于化学、冶金、金属等防腐蚀工程。
C、用水玻璃加促硬剂,与粘土熟料、烙铁矿等磨细填料或粗、细骨料可配制成耐热砂浆和耐热混凝土,用于高炉基础、热工设备基础及维护结构等耐热工程。
D、将液态水玻璃和氯化钙溶液交替注入土壤中,两者反应析出硅酸胶体,能起胶结和填充孔隙的作用,并可阻止水分的渗透,提高土壤密度和强度。
E、水玻璃中加入2至5种矾,可配制成各种快凝防水剂。
以掺入到水泥浆、砂浆或混凝土中,可堵漏、填缝及做局部抢修。
三、水泥
1、水泥是一种水硬性胶凝材料。
2、水泥的品种很多,按化学成分可分为硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等多种系列水泥。
硅酸盐系列水泥按其性能和用途,可做如下分类:
3、我国常用水泥的主要品种有硅酸盐水泥(分Ⅰ型、Ⅱ型,代号为P·Ⅰ、P·Ⅱ),普通硅酸盐水泥(简称普通水泥,代号P·O),矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥,代号P·S),火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥,代号P·P),粉煤灰硅酸盐水泥(简称粉煤灰水泥,代号P·F)和复合硅酸盐水泥(简称复合水泥,代号P·C)等。
4、硅酸盐水泥熟料主要由四种矿物组成,其名称如下:
硅酸三钙(3CaO·SiO2,简写为C3S)
硅酸二钙(2CaO·SiO2,简写为C2S)
铝酸三钙(3CaO·Al2O3,简写为C3A)
铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3,简写为C4AF)
5、用于水泥中的混合材料分为活性混合材料和非活性混合材料。
活性混合材料是指那
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