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1、土木工程材料绪论基本内容1. 基本性能2. 水泥3. 混凝土4. 钢材5. 沥青6. 、理论实践第一章 材料的物理性质密度类:定义:材料在-状态下,单位体积质量。1.密度:材料在绝对密实状态下,单位体积质量。测定:磨细,排水法测定。材料属于绝对密实状态:颗粒内无孔、外无孔。自然堆积状态:颗粒群体材料:单一颗粒内有孔、表面有孔、颗粒之间存在空隙。自然状态:单一材料内有孔、表面有孔规则物体:计算求之不规则物体:排水法求之不涂蜡:表观密度涂蜡:体积密度(本书中的表观密度)。即:1.密度:材料内无孔、表面无孔2.表观密度: 定义:材料在近似密实状态下,单位体积质量。材料内有孔、表面无孔3.体积密度0(
2、容积密度、容重):材料内有孔、表面有孔2.1量尺寸求算体积 2.2排水法:需涂蜡4.堆积密度(松散容重):材料内有孔、表面有孔;颗粒之间有空隙。用途:密度(比重):科研、配料计算;表观密度:近似计算使用体积密度(容重):荷载计算;堆积密度:筒仓等体积计算。体积密度与含水率有关。一般指干燥状态。2.孔隙与孔隙率孔隙率公式:(总体积-固体体积)/总体积P=(1-0/)No1公式密实度D=1-P一堆石子、砂堆积密度:空隙率公式:P=(1-0/)研究材料孔隙率:保温材料;吸声材料;高强混凝土,材料耐久性、3.材料与水有关的性质 表面物理化学讨论的重点之一。3.1亲水性:混凝土要求质量优化,亲水性应好。
3、润湿角90:亲水性润湿角:液气固三相交界处,液体表面切线与固体表面夹角。表面物理化学主要概念之一科密水:无机材料多为亲水性玻璃、混凝土、砖瓦、钢铁、憎水性:润湿角90石蜡、沥青、有机硅、硬脂酸(盐)。保温材料:保温砂浆为了提高抗渗性,配方中加入硬脂酸(盐)。新型防化服;防水材料3.2吸水性:材料在水中吸收水分的能力。用吸水率表示。2个指标:质量吸水率:g/g体积吸水率g/cm31.体积吸水率=开口孔隙率。2.体积吸水率100%质量吸水率可大于,等于。小于100%。材料总孔隙率=开口孔隙率+闭口孔隙率。3.3吸湿性:材料在空气中吸收水分的能力。用含水率表示。与环境湿度有关,变量。平衡含水率!3.
4、4水饱和度KB=W0/P3.5耐水性原土建筑:黄土;石膏制品:不可用于潮湿环境。耐水性差3.6抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质。用2个指标表示:1渗透系数:适于结构疏松材料:土、砂、砖;流沙现象:剪力盒2)抗渗等级P:适于结构密实材料:混凝土;砂浆P6P10;C30、3.7抗冻性:饱水试件承受多次冻-融循环而不破坏的性质。-2020;8h饱、循、正常用抗冻等级F-表示。F100F100抗冻性一般。通常F300 P15:1. 材料受冻破坏原因 :材料中水结冰,体积膨胀导致破坏。2. 抗冻性影响因素:闭口小孔,孔隙率高,材料抗冻性好。水饱和度大于0.8的材料抗冻性差。四、与热有关的性质1.导热性:
5、材料传递热量的能力。(保温/绝热性)用导热系数表示。材料导热系数影响因素:化、孔、水。化:化学组成;孔:孔隙率、孔隙形状:闭口小孔,孔隙率高,材料保温性好。小。水:含水率高,材料保温性差。大。2.热阻:3.热容c:反映温度的稳定性:用比热表示。水的比热最大。砂石比热小。理想建筑材料,应当是:导热系数应小、热容c大;例题:理想建筑材料,应当是:A.大、c大;B.小、c小C.小、c大D.大、c小五、与声有关性质吸声性:孔隙;隔声性:质量第二节 材料的力学性质 力学性质包括:强度;变形1.强度:材料抵抗荷载破坏的能力。强度分类:抗拉强度;抗压强度;抗剪强度;弯曲抗压强度(抗弯强度)=抗折强度钢:抗拉
6、强度;混凝土:抗压强度;岩石:抗剪强度;混凝土:弯曲抗压强度(抗弯强度)水泥胶砂:抗折强度强度f:f拉f压:韧性材料:木材f拉=f压:钢材,韧性材料f拉f压:玻璃、混凝土:脆性材料。(二)影响材料强度试验的因素:1. 试件尺寸大,测得的强度低;(可能的缺陷尺寸大)2. 试件高宽比大,测得的强度低;轴心抗压强度fc立方体抗压强度fcu3. 试件加载面光滑,测得的强度低;(界面约束小)4. 加荷速度快,测得的强度高;5. 含水率高、温度高,测得的强度低。温度高:木材、钢、沥青强度低强度vs强度等级:比强度=强度/体积密度比强度大,表示材料轻质高强。建筑材料中比强度大者:木材、玻璃钢(玻璃纤维增强树
7、脂)钛合金、硼、碳纤维增强树脂、芳纶增强树脂-凯芙拉碳纤维增强加固比强度大:钛合金:玻璃钢:玻璃(碳、硼)纤维增强树脂;工程上评价结构安全性:加载变形曲线描述二、变形1.弹性:材料在荷载作用下产生变形,两者呈线性关系;除去荷载,变形完全消失。(胡克定律)2.塑性:材料在荷载作用下产生变形,两者无线性关系;除去荷载,变形不能完全消失。3.脆性:材料在破坏(尤其指冲击性的荷载)前无显著塑性变形的现象。玻璃:在荷载作用下产生变形至破坏,两者为线性关系。4.韧性:材料抵抗(冲击)荷载破坏的能力。第三节 耐久性1.在规定使用期限内(时间),2.在所处工作环境条件下,3.材料/结构正常发挥使用功能的性质。
8、第四节 材料组成与结构1.材料组成:化学组成;矿物组成。2.材料结构:宏观、细观:显微镜;微观:电镜、XRD第二章 气硬性无机胶凝材料胶凝材料:“胶水”能将固体材料粘结形成整体的材料。无机胶凝材料:气硬性(4);水硬性:水泥(1)有机胶凝材料:树脂。!气硬性胶凝材料:只能在空气中硬化并在空气中保持强度的胶凝材料。水硬性胶凝材料:既可以在空气中硬化、也可以在水中硬化并保持强度的胶凝材料。第一节 石膏传统、时尚一、 生产天然二水石膏焙烧(炒石膏)、磨细即可。雪花石膏Ca(SO)42H2OCa(SO)40.5H2O温度170:- Ca(SO)40.5H2O(-半水石膏;建筑石膏)温度124、1.3a
9、tm蒸汽下:- Ca(SO)40.5H2O(-半水石膏;高强石膏)1525Mpa左右;温度800:生成Ca(SO)4无水石膏、硬石膏。二、水化反应Ca(SO)40.5H2O+H2OCa(SO)42H2O重新生成二水石膏特点:凝结速度快:530min硬化原因: Ca(SO)40.5H2O溶解度大,生成的 Ca(SO)42H2O溶解度小,结晶析出导致反应快速、完成。名词解释:石膏、水泥、混凝土初凝(时间):浆体从加水拌合开始,至浆体初步失去流动性所经历的时间;终凝(时间):浆体从加水拌合开始,至浆体完全失去流动性所经历的时间。三、石膏特点(/石灰)1.凝结硬化速度快(/慢);2.硬化后体积略膨胀,
10、不开裂(/收缩大);3.防火性好(/保水性好);4.耐水性差(/相同)。5.孔隙率高:吸湿性好;吸声性可化学石膏、脱硫石膏用于建筑,符合可持续发展战略。第二节 石灰传统、价廉一、 生产石灰石CaCO3CaCO3 CaO+CO2温度:9001100CaO:生石灰过火石灰:焙烧温度过高所制得的石灰;欠火石灰:焙烧温度过低所制得的石灰。二、 石灰的消化(熟化)CaO+H2OCa(OH)2+QCa(OH)2:熟石灰、石灰膏(乳)、石灰浆体。1.体积膨胀过程2.放热反应3. Ca(OH)2保水性好!熟化反应(消化反应)过火石灰与水反应速度极慢,使用时在空气中吸收水分,逐渐水化反应生成Ca(OH)2。体积
11、膨胀导致石灰表面爆裂。名词:石灰爆裂反应一般硬化1年以上出现。为防止过火石灰危害,采用陈伏工艺解决陈伏:为防止过火石灰危害,石灰使用前在水中浸泡一段时间使之充分水化。此工艺称为;此段时间称为陈伏期。重点!三、 石灰的硬化分为两步:1. 干燥硬化:Ca(OH)2结晶析出;2. 碳化硬化Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3表面结硬石灰硬化速度极慢,一般23月完成。四、 石灰特点1. 凝结硬化速度慢;2. 硬化后体积收缩大、开裂严重;3. 保水性好;(水泥砂浆加入石灰即利用此特性)4. 耐水性差。用途:砌墙砂浆、三合土、加气混凝土砌块;必须加入:砂(石灰砂浆);纸筋(纸筋灰);麻纤维第三节 水玻
12、璃硅酸钠:Na2OnSiO2钠水玻璃硅酸钾、硅酸锂(质优、少用)n:水玻璃模数,重要!n大,水玻璃溶液粘度大,粘结力强,耐酸性、耐热性好、强度高;不易溶解,施工略困难。 水玻璃密度(浓度)大,粘结力强,耐酸性、耐热性好、强度高;施工略困难。 水玻璃在空气中生成SiO2SiO2紧密聚集,形成无机网络。具有强度、耐酸、耐高温;不耐碱。水玻璃硬化缓慢,加入氟硅酸钠可以加速硬化。促硬剂。水玻璃特点:耐酸: 耐酸混凝土(有施工规范)耐高温: 1000。耐高温混凝土。砌筑窑炉。亦可作为无机涂料。墙面,价廉,性能一般。耐水性差。地坪:液体硬化剂: 硅酸锂为主。不耐碱;硅酸锂耐水性好。第四节 菱苦土MgCO3
13、 MgO+CO2烧成温度:600比较:CaCO3MgO与水反应更慢,采用MgCl2 溶液拌合,凝结快。亦称为氯氧镁水泥。菱苦土特点:强度高;但是耐水性差,受潮后,体积扭曲、变形。使用受限。可使用憎水剂、聚合物乳液改性。改性产品使用时宜进行实验。很少用。第三章 水泥最基本建筑材料之一。水泥三大系列:硅酸盐水泥(为主,数以亿吨级);硫铝酸盐水泥;高铝水泥(铝酸盐水泥、矾土水泥)。铁酸盐水泥 硅酸盐水泥分类:6种硅酸盐水泥:P、P;普通硅酸盐水泥:PO;矿渣硅酸盐水泥:PS;火山灰硅酸盐水泥:PP;粉煤灰硅酸盐水泥:PF;复合硅酸盐水泥:PC;水门汀 硅酸盐水泥=波特兰水泥Portland ceme
14、ntSlag 矿渣Fly ash粉煤灰第一节 硅酸盐水泥1. 水泥原料、生产与定义:生产:2磨1烧;回转窑;立窑(淘汰) 粘土、石灰石、铁矿粉三者按比例混合、球磨(生料)焙烧(1450)熟料、加入石膏球磨(得到纯硅酸盐水泥)硅酸盐水泥定义:以硅酸盐水泥熟料、适量石膏及05%的混合材共同磨细所制得的产品。其他水泥定义:以硅酸盐水泥熟料、适量石膏及特定品种与掺量的混合材共同磨细所制得的产品。熟料+石膏+X%磨细X水泥X:混合材名称特定品种与掺量:普通硅酸盐水泥:620%混合材矿渣水泥:水淬高炉矿渣:2070%火山灰水泥:火山灰2050%;粉煤灰水泥:粉煤灰2040%;复合水泥:2050%混合材2.水泥熟料的矿物组成与水化特性(必考 )水泥化学矿物简写:C:CaO; S:SiO2;H:H2O;A:Al2O3;F:Fe2O3;S:SO3;C