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1、 土木工程材料可分为广义土木工程材料和狭义土木工程材料。广义：是指用于建筑工程中所有材料（1 构成建筑物，构筑物的材料，如石灰，水泥2是施工过程中所需要的辅助材料，如脚手架，模板3是各种 建筑器材，如消防设备，给水排水设备）。狭义土木工程材料是直接构成土木工程实体的材料。 土木工程材料分类：1.按化学成分，无机材料，有机材料和复合材料2按使用功能，承重结构材料， 非承重结构材料和功能材料。 土木工程与材料的关系：1.材料是保证土木工程质量的基础2材料对土木工程造价的影响3材料对土 木建筑工程技术进步起促进作用 密度：是指材料在绝对密度状态下单位体积的质量。P = m/ V （v材料在绝对密实状
2、态下的体积） 表观密度：是指单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）材料的干质量，也称视密度。P 0二m/ V0（V0材料在包含闭口孔隙条件下的体积（只含内部闭口孔，不含开口孔） 体积密度：是指材料在自然状态下单位体积（含开口，闭口孔隙）P二m / V 堆积密度：是指散粒状材料单位堆积体积（含开口，闭口）P厂m/V1 孔隙率：是指材料中的孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率，以p表示，P二V V / V，密实度是与孔隙率相对应的概念，指材料体积内被固体物质充实的程度，用D表示D=1P 空隙率指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质空隙体积占堆积体积的百分率P=VV0/V1 吸水性:指材料在吸收水
3、分的性质。（材料吸水饱和时的含水率为吸水率，分质量吸水率和体积吸水率） 材料含水后，自重增加，强度降低，保温性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显体积膨胀。 吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，一含水率表示。吸湿作用一般是可逆的，及材料可吸 放空气中的水分。 耐水性指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。kp=f /f （ fb材料在R b gb吸水饱和状态下的抗压强度/g材料在干燥状态下的抗压强度）g 抗渗性指材料抵抗压力水渗透的性质。K = Qd/AtH（恥渗透系数，q渗透量，d试件厚度A渗s透面积，t时间，H水头高度） 抗冻性，指材料在吸水饱和状态下，能经受多次
4、冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，强度又不显 著降低的性质。 导热性：当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧的能力。材 料的导热性可用导热系数（热导率）来表示。 强度指材料抵抗外力破坏的能力。（抗压强度，抗拉强度，抗弯强度，及抗剪强度）。 弹性指材料在外力作用下变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。塑性指在外力作用下 材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，这种本能恢复的变形称为塑性变形。 脆性指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，具有这种性质的材料为脆性材料。韧 性指在冲击或振动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，同时也能产
5、生一定的变形而不破坏的性质。 硬度指材料表面抵抗其他物体压入或刻划能力。硬度大的材料强度高，耐磨性较强，但不易加工。 材料的耐久性：材料在周围各种介质作用下，不破坏，也不易失去原来性能的能力。这些破坏作用可 分为物理作用，化学作用和生物作用。物理作用：干湿交替，温度变化和冻融循环，这些变化会使材料体 积产生膨胀或收缩，或导致内部裂缝的扩展，长久作用后会使材料产生破坏。化学作用：指材料受到酸碱 盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀作用，使材料的组成成分发生质的变化，而引起材料的破坏，如钢材 的锈蚀。生物作用：指材料受到虫蛀或菌类的腐蚀作用而产生的破坏，如木材等有机材料，常会受到破坏 作用的影响。材料
6、的环境协调性：是指对资源和能源消耗少，对环境污染小和循环再生利用率高。 材料的结构及其对性质的影响：1.宏观结构（指可用肉眼能观察的的外部和内部的结构）：（1密实结 构，这类材料的特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差，如钢材， 天然石材，玻璃钢。2多孔结构，这类材料的强度较低，抗渗性和抗冻性较差，绝热性好，如加气混凝土， 石膏制品。3纤维结构，这类具有明显的方向性，一般平行纤维方向的强度较高，导热性较好，如木材， 竹。4层状结构，可以显著提高材料的强度，硬度，绝热或装饰的性质，扩大其使用范围，如胶合板，纸 面石膏板。5散粒结构，砂子，石子，因其致密，强度高，适
7、合做混凝土集料；陶粒，膨胀珍珠岩，因具 多孔结构，适合做绝热材料。6纹理结构，这些天然或人工造成的纹理，使材料具有良好的装饰材料。）2. 亚微观结构指用光学显微镜和一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构，是介于宏观和微观之间的结构。 3微观结构：1晶体2非晶体 材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元间的互相组合搭配情况。其构造越密实，越均匀，强度 越高，表观密度越大。 钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。冲击韧性随温 度的降低而下降，其规律是：开始下降缓和，当到达一定温度范围时，突然下降很多而脆性，这种性质称 为钢材的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度
8、。钢材的冲击韧性越大，钢材抵抗冲击荷载的能力越强。 疲劳破坏：受交变荷载反复作用时，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现 象。 工艺性能：1冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验是的弯曲角度a和弯心直径d为 指示表示。2.焊接性能。 冷加工强化处理：将钢材与常温下进行冷拉，冷拔或冷轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降 低塑性韧性的过程。冷加工强化方法：1.冷拉，指将钢筋拉至&曲线的强化阶段内任一点k处，然后 缓慢卸去荷载，则当再度加载时，其屈服极限有所提高，而其塑性变形能力将有所降低。2冷拔，指将光 圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔。3冷轧，是将圆钢在冷轧机
9、上轧成断面形状规则的钢筋，可提高 其强度及与混凝土的粘接力。 时效处理：将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放1520d，或加热至100200C后保持一定时间（23h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢 复的过程。 热处理：是指将钢材按规定的温度，进行加热，保温，冷却处理，以改变其组织，得到所需要的性能 的一种工艺。包括淬火，回火，退火和正火。1。淬火，将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温使基 本组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使晶粒细话，碳的固溶量增加，强度和硬度增加，塑 性和韧性明显下降。2回火，将比较硬脆，存在内应力的钢，再加
10、热至基本组织改变温度以下（150650）, 保温后按一定制度冷却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力消除，硬度降低，塑性和韧性 得到改善。3退火，将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或以上（完全退火），适当保温后缓 慢冷却，以消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的韧性和塑性得到改善。4正火，将钢材加热至基本 组织改变温度以上，然后在空气中冷却，使晶格细化，钢材的强度提高而塑性有所降低。 钢结构用钢：1.热轧型钢2冷弯薄壁型钢3棒材，钢管和板材。混凝土结构用钢：热轧钢筋，冷轧扭 钢筋，冷轧带肋钢筋，预应力混凝土用钢筋，钢绞线。 钢材的腐蚀：1.化学腐蚀2电化学腐蚀钢材的防护:1
11、.钢材的防腐：采用耐候钢，金属覆盖，非金属 覆盖，混凝土用钢筋的防锈。2钢材的防火。 胶凝材料是指具有一定的机械强度并经过一系列物理作用，化学作用，能将散粒状或块状材料粘结成 整体的材料。凝结材料：有机凝结材料（沥青，各种树脂）和无极凝结材料（石灰，石膏，水玻璃（气硬性） 各种水泥（水硬性）气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度。水硬性胶 凝材料既能在空气中，还能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。 石灰的熟化：指生石灰（氧化钙）与水作用生成氢氧化钙的过程。CaO + H O= Ca （oh） 22+64.9x 10 3 j石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增
12、大12.5倍。煅烧良好，氧化钙含量高的石灰熟化较快，放热量和体积增大也较多。 石灰的硬化：1.干燥结晶硬化过程，石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，这些滞 留于孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰粒子更紧密。2碳化过程，Ca（OH）2 与空气中的CO2和水反应，形成不溶于水的碳酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发。 石灰的性质：1.可塑性好（生石灰熟化为石灰浆时，能自动形成颗粒极细（直径约为1卩m ）的呈胶 体分散状态的氢氧化钙，表面吸附一层厚的水膜。）2硬化较慢，强度低（从石灰浆体的硬化过程可以看出， 由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。）3硬化时体积收缩大（
13、石灰在硬化过程中，由于大量的游离水 蒸发，从而引起显著的体积收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂涮外，不宜单独使用。）4耐水性差（硬化后 的石灰受潮后，其中的氢氧化钙和氧化钙会溶解，强度更低，在水中还会溃散。）5石灰吸湿性强（块状生 石灰在放置过程中，会缓慢吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中的二氧化碳作用生成碳 酸钙，失去胶结能力。）建筑石膏的水化硬化：1.建筑石膏的水化CaSO .1/2H 0 + 3/2H 0 t CaSO2H 0422422建筑石膏的凝结硬化：凝结，石膏浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，粒子总表面积增加，因 而浆体可塑性逐渐减小，浆体渐渐变稠的过程。硬化，晶
14、体之间的摩擦力和粘结力不再增加，强度才停止 发展的过程。 建筑石膏的性质；1.密度与堆积密度2凝结硬化快3凝结硬化时体积略膨胀4硬化后孔隙率高5防水性 能好6耐水性和抗冻性差 水泥按其性能及用途可分为通用水泥，专用水泥和特性水泥。 通用硅酸盐水泥，是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏或/和混合材料制成的水硬性胶凝材料。按混合 材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤质硅 酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。 通用硅酸盐水泥组成材料：1.硅酸盐水泥熟料，主要含CaO，等原料。除了主要熟料外，硅酸盐水泥 中还含有少量游离氧化钙，游离氢氧化钙和碱。2石膏3混合材料 凝
15、结时间：1,初凝，水泥从加水时起，至浆体开始失去流动性止的这一段时间。2终凝，水泥从加水 时起，至浆体完全失去流动性而开始产生强度时止的这一段时间。 水泥三体：1.合格体（细度，强度，体积安定性，终凝时间，化学指标（达标）2不和格体（细度，终凝时间，不溶物，烧石灰，强度（不达标）3废品（MgO, so2。初凝时间，体积安定性（不达标）不合 格品的水泥可附加条件使用，而废品不能使用。 通用硅酸盐水泥石的腐蚀：1.软水的侵蚀，如果有流水及压力水作用，氢氧化钙不断溶解流失，而且 由于水泥石中碱度的降低还会引起其他水化物的分解溶蚀，使水泥石进一步破坏，以致全部溃裂。2硫酸 盐的腐蚀，当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，引起膨胀应 力，导致水泥石破坏。3镁盐的腐蚀4一般酸的腐蚀5碳酸腐蚀，水泥中的氢氧化钙，通过转变为易溶的 碳酸氢钙而溶失，碱度降低，还会导致水泥石中其他水化物的分解，是腐蚀作用进一步加剧。 腐蚀的预防：1.根据侵蚀环境特点，合理选用水泥及熟料矿物组成。2提高水泥石的密实度，改善孔结 构。3加做保护层。 铝酸盐水泥是以一类快硬，高强，耐腐蚀，耐热的水泥，又称高铝水泥。特性：1.24小时极限强度达 到80%2放热量大，一天达70%80%3抗硫酸盐能力强4。耐高温（达到800 C时可
