土建工程基础(理论)

土建工程基础（理论知识）第一章工程材料1.1工程材料的定义和分类（了解即可）1．工程材料：指土建工程中所使用的各种材料与制品（半成品、成品）的总称。2．分类：按材料的化学成分分类：（见上表）按使用功能分类：1、功能材料：主要是担负某些建筑功能的非承重材料。2、结构材料：只要是指构成建筑物受力构件和结构所用的材料。3、墙体材料：指建筑物内、外及分隔墙体所用的材料。分类实例无机材料金属材料黑色金属钢、铁及其合金、合金钢、不锈钢等有色金属铜、铝及其合金等非金属材料天然石材砂、石及其石材制品烧土制品黏土砖、瓦、陶瓷制品等胶凝材料及其制品石灰、石膏及其制品、水泥及混凝土制品等玻璃普通平板玻璃、特种玻璃等无机纤维材料玻璃纤维、矿物棉等有机材料植物材料木材、竹材、植物纤维及制品等沥青材料煤沥青、石油沥青及其制品等合成高分子材料塑料、涂料等复合材料有机与无机非金属材料复合聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等金属与无机非金属材料复合钢筋混凝土、钢纤维混凝土等金属与有机材料复合PVC钢板、有机涂层铝合金板等1.2常用工程材料的基本性质1．与质量有关的物理性质：①实际密度（简称密度）：指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。ρ=m/V(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)②表观密度：指材料在包含其内部闭口孔隙条件下，单位体积所具有的质量。ρ'=m/v'（m：材料在干燥状态下的质量kg，v'材料在自然密实状态下不含开口孔隙的体积m³）③体积密度：指材料在自然状态下（含开口和闭口孔隙），单位体积所具有的质量。ρ0=m/V0（m：材料的质量kg，V0：材料在自然密实状态下，包括材料内部孔隙在内的体积m³，也称表观体积。）④堆积密度：指散粒材料（粉状、粒状或纤维材料）在自然堆积状态下，单位体积（包含了颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙）所具有的质量。ρ0'=m/V0'(m：材料的质量kg，V0'：材料堆积体积m³。)⑤密实度：指材料体积内部被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例，以D表示。D=V/Vo*100%=ρ0/ρ*100%(密实度反映了材料的致密程度，含有孔隙的固体材料的密实度均小于1)孔隙率：指材料体积内，孔隙体积（Vp）占材料总体积（V0）的百分率，用P表示。P=（V0-V）/V0*100%=（1-V/V0）*100%=(1-ρ0/ρ)*100%孔隙率和密实度的关系：P+D=1⑥填充率：指材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度，以D'表示：D'=V0/Vo'*100%=ρo'/ρo*100%空隙率：指散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间空隙体积（Vs）占堆积体积（V0'）的百分率，以P'表示：P'=（V0'-V0）/V0'*100%=(1-V0/V0')*100%=(1-ρ0'/ρ0)*100%空隙率和填充率的关系：P'+D'=12.与水有关的物理性质：1)亲水性和憎水性：材料与水接触后被水湿润并吸入内部的性质称亲水性，如石材、砖、混凝土等都属于亲水性材料。材料与水接触后能将水排斥在外的性质称憎水性，如石蜡、沥青、塑料、油漆等都属于憎水性材料。2)吸水性：材料在水中吸收水分的性质称为吸水性，其大小用吸水率表示：材料吸水饱和后的水质量占材料干燥质量的百分率称为质量吸水率Wm，材料吸收饱和后的水体积占材料干燥时自然体积的百分率称为体积吸水率Wv。3)吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性，其大小用含水率Wh表示：材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率，称为材料的含水率。4)耐水性：材料在长期饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性，用软化系数K表示。5)抗渗性：材料抵抗有压介质渗透的性质称为抗渗性，对一些防水、防渗材料常用渗透系数Kp表示抗渗性好坏。6)抗冻性：材料在水饱和状态下经多次冻融作用而不破坏，同时强度也不严重降低的性质称为抗冻性，混凝土常用抗冻等级F表示。3.工程材料的力学性质：指材料在外力作用下，抵抗破坏和变形能力的性质。1)材料的强度和比强度：材料在外力作用在抵抗破坏的能力称为强度，以单位面积上所受的力来表示，其通式可写为：f=P/A（f：材料的强度MPa，P：破坏荷载N，A：受荷面积m㎡）材料在建筑物上所受的外力主要有拉力、压力、弯曲及剪力等，因此材料相应的极限抵抗能力称为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。对不同材料强度进行比较，可采用比强度。比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料强度与其体积密度之比。4.工程材料的耐久性（了解即可）材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗周围各种介质的侵蚀，能长期保持材料原有性质的能力。耐久性是材料的一种综合性质的评述，如抗冻性、抗风化性、耐化学腐蚀性等均属于耐久性的范围。此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。5.水泥的组成与硬化：以石灰质原料和黏土质原料为主，有时加入少量的铁矿粉等，按一定比例配合，磨细成生料粉或生料浆，经均化后煅烧至部分熔融，形成黑色颗粒状的水泥熟料，再与适量石膏共同磨细，即得水泥。（两磨一烧）（石灰质、黏土质、铁矿粉）硬化：水泥加水拌合形成塑性的流动浆体后，同时产生水化反应形成水化物并放出一定热量逐步“初凝”、“终凝”而变成具有一定强度的坚硬的水泥石，这一过程称为“硬化”。6.水泥的只要技术性质：①细度：指水泥颗粒粗细程度，它是影响水泥需水量、强度和安定性能的重要指标。②凝结时间：指水泥从加水开始到失去流动性，即从可塑形态发展到开始形成固体状态所需的时间，分为初凝和终凝。初凝时间是水泥加水拌合至水泥浆开始失去可塑性所需要的时间，终凝时间是水泥加水拌合至水泥浆固结产生强度所需的时间。③体积安定性：指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。④强度和强度等级：是评定其力学性能的重要指标，其值取决于水泥熟料物质的组成和细度，还有其他如水灰比等因素也是确定水泥强度等级的依据。7.常用水泥的成分、特征及适用范围：名称硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥成分1.水泥熟料及少量石膏（Ⅰ型）2.水泥熟料5%以下混合材料、适量石膏（Ⅱ型）在硅酸盐水泥中掺入活性混合材料5%-20%或非活性混合材料8%一下1.在硅酸盐水泥中掺入20%-50%的粒化高炉矿渣（P·S·A）2.在硅酸盐水泥中掺入50%-70%的粒化高炉矿渣（P·S·B）在硅酸盐水泥中掺入20%-40%火山灰混合材料在硅酸盐水泥中掺入20%-40%粉煤灰在硅酸盐水泥中掺入20%-50%两种或两种以上规定混合材料主要特征1.早期强度高2.水化热高3.耐冻性好4.耐热性好5.耐腐蚀性差6.干缩较小1.早期强度高2.水化热高3.耐冻性较好4.耐热性较差5.耐腐蚀性较差6.干缩性较小1.早期强度低，后期强度增长较快2.水化热较低3.耐热性较好4.耐腐蚀性较好5.抗冻性较差6.干缩性较大7.抗渗性差8.抗碳化能力差1.早期强度低，后期强度增长较快2.水化热较低3.耐热性较差4.耐腐蚀性较好5.抗冻性较差6.干缩性大7.抗渗性较好8.抗碳化能力差1.早期强度低，后期强度增长较快2.水化热较低3.耐热性较差4.耐腐蚀性较差5.抗冻性较差6.干缩性较小7.抗裂性好8.抗碳化能力较差1.早期强度较高2.其他性能同矿渣水泥适用范围1.地上、地下及水中混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，包括受循环冻融的结构及早期强度要求较高的工程等。2.配置建筑砂浆与硅酸盐水泥基本相同1.大体积混凝土工程2.高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构3.蒸汽养护的构件4.一般地上、地下和水中的混凝土及钢筋混凝土结构5.耐腐蚀要1.地下、水中大体积混凝土结构2.有抗渗要求的工程3.蒸汽养护的构件4.有抗硫酸盐侵蚀要求的工程5.一般混1.地上、地下、水中和大体积混凝土工程2.蒸汽养护工程3.有抗裂性要求较高的构件4.抗硫酸盐侵蚀要求的工程5.一般混凝土工程可参照矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥，但其性能受所用混合材料性能影响，使用时应针对工程的性质加以选用求高的工程6.配置建筑砂浆凝土及钢筋混凝土工程6.配置建筑砂浆6.配置建筑砂浆不适用工程1.大体积混凝土工程2.受化学及海水侵蚀的工程3.耐热要求高的工程4.有流动水及压力水作用的工程同硅酸盐水泥1.早期强度要求较高的混凝土工程2.有抗冻性要求的混凝土工程1.早期强度要求较高的混凝土工程2.有抗冻性要求的混凝土工程3.干燥环境的混凝土工程4.有耐磨性要求较高的工程1.早期强度要求较高的混凝土工程2.有抗冻性要求的混凝土工程3.有抗碳化要求的工程8.混凝土组成：普通混凝土的基本组成材料是水泥、水、砂和石子，另外还常掺入适量的掺合物和外加剂。9.混凝土的只要技术性质：（1.）混凝土拌合物的和易性：指正常的施工条件下，混凝土拌合物便于各工序施工操作，并获质量均匀、成型密实的混凝土的性能。包括三方面性质：a.流动性：指混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能产生流动并均匀密实地充满模板的性能。流动性的大小，反映拌合物的稀稠程度。b.黏聚性：指混凝土拌合物内部组分间具有一定的黏聚力，在运输和浇筑过程中不致离析分层现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能。c.保水性：指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致发生严重的泌水现象。（2.）硬化混凝土的强度：根据混凝土立方体抗压强度标准值将混凝土划分为不同的强度等级。重点C35.（C15、C20…………C80等十四个级别）提高混凝土强度的措施：①采用高强度等级水泥或早强型水泥②采用低水灰比的干硬性混凝土③采用湿热处理——蒸汽养护和蒸压养护混凝土④掺加混凝土外加剂（早强剂、减水剂）、掺合剂（如硅粉、优质粉煤灰、超细磨矿渣等）⑤采用机械搅拌和振捣（3.）混凝土的耐久性：混凝土抵抗介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力为混凝土的耐久性。10.钢材的化学成分及其影响：钢的化学成分是以铁为主要元素并含少量碳、硅、锰、磷、硫等诸多元素的金属材料。①碳：是形成钢材强度的主要成分。含碳量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑形、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。按含碳量区分，小于0.25%的为低碳钢，大于0.25%而小于0.6%的为中碳钢，大于0.6%的为高碳钢。②锰：是有益元素，它能显著提高钢材的强度但不过降低塑形和冲击韧性。锰有脱氧作用，是弱脱氧剂。锰还能消除硫对钢的热脆影响。③硅：是有益元素，是强脱氧剂。硅能使钢材的粒度变细，控制适量时可提高强度而不显著影响塑性、韧性、冷弯性能及可焊性。④钛、钒、铌：作为锰以外的合金元素，都能使钢材晶粒细化。适量加入既可提高钢材的强度，又保持良好的塑性和韧性。⑤硫：有害元素，系炼钢原料中带入，其会大大降低钢的强度和延伸率。⑥磷：既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素钢中的杂质，在低温下使钢变脆，高温时能使钢减少塑性，其含量应限制在0.045%以内。但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。⑦氧、氮：是有害元素，氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷类似。11.热轧钢筋：HRB335属于优质碳素结构钢，主要用于建筑钢筋用钢。H——热轧（Hotrolled）R——带肋（RibbedB——钢筋（Bars）HRB后面的335，表示其材料的屈服强度σs为335MPa的螺纹钢。12.冷加工钢筋：为了节约钢材，常用冷拉或冷拔的冷加工方法来提高热轧钢筋的强度。13.钢材的锈蚀和防止:钢材的锈蚀是指钢材的表面与周围介质发生化学作用或电化学作用而遭到侵蚀而破坏的过程。防止方法：1)保护层法：在钢筋表面施加金属保护层或非金属保护层，使钢与周围介质隔离，防治钢筋锈蚀。2)制成合金钢：在钢材中加入铬、钛、铜等少量合金，制成不锈钢，可以提高耐锈蚀能力。3)电化学保护法：一般采用牺牲阳极法。14.沥青的组成、技术性质：通常石油沥青分为油分、树脂质和沥青质三组分：油分：在石油沥青中含量为40%-60%，它使石油沥青具有流动性。树脂质：在石油沥青中含量为15%-30%，它使石油沥青具有塑性与