《土木工程材料》

《土木工程材料》重要知识点一、材料基本性质（1）基本概念1.密度：状态下单位体积（包括材料实体及开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重；3.表观密度：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；4.堆积密度：散粒状材料单位体积（含物质颗粒固体及其闭口孔隙、开口孔隙体积以及颗粒间孔隙体积）物质颗粒的质量；5.孔隙率：材料中的孔隙体积占自然状态下总体积的百分率6.空隙率：散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率；7.强度：指材料抵抗外力破坏的能力（材料在外力作用下不被破坏时能承受的最大应力）8.比强度：指材料强度与表观密度之比，材料比强度越大，越轻质高强；9.弹性：指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质；10.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，这种不能恢复的变形称为塑性变形；11.韧性：指在冲击或震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质；12.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；13.硬度：指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力；14.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力；15.亲水性：当湿润角≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的相互吸引力，这种性质称为材料的亲水性；16.憎水性：当湿润角＞90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的吸引力，这种性质称为材料的憎水性；17.润湿边角：当水与材料接触时，在材料、水和空气三相交点处，沿水表面的切线与水和固体接触面所成的夹角称为湿润边角；18.吸水性：指材料在水中吸收水分的性质；亲水性材料憎水性材料19.吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示；20.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；21.抗渗性：指材料抵抗压力水渗透的性质；22.抗冻性：指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏、强度又不显著降低的性质；23.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，材料的这种传导热量的能力称为导热性；24.热容量：材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。（2）性能及应用1.孔隙率大小和孔隙特征对材料性能影响孔隙率的大小反映了材料的致密程度，主要对材料的导热性、力学性能、透气性、耐水性、吸湿性、抗渗性以及抗冻性等有影响，一般来说孔隙率越大的材料力学性能越差；孔隙特征分开口和闭口，在孔隙率相同的情况下，材料的开口孔越多，材料的抗渗性、抗冻性越差，一般情况下，孔越细小、分布越均匀对材料越有利。2.亲水性材料、憎水性材料具有亲水性的材料称为亲水性材料，例如：水泥制品、玻璃、陶瓷、金属材料、石材等无机材料和部分木材等；具有憎水性的材料称为憎水性材料，例如：沥青、油漆、塑料、防水油膏等。二、金属材料（1）基本概念1.碳素钢：含碳量为0.02%~2.06%的铁碳合金称为碳素钢，也称碳钢。根据含碳量可分为：低碳钢：含碳小于0.05%；中碳钢：含碳0.25%~0.6%；高碳钢：含碳大于0.6%。2.合金钢：碳素钢中加入一定量的合金元素则称为合金钢，合金钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氮（N）之外，还加入一定量的硅（Si）、锰（Mn）、钛（Ti）、钒（V）、镍（N）、铌（Nb）等一种或几种元素进行合金化。按合金元素总含量可分为：低合金钢：合金元素总含量小于5%；中合金钢：合金元素总含量为5%~10%；高合金钢：合金元素总含量大于10%。建筑上所用的钢材主要是碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。3.普通钢：含硫量≤0.050%；含磷量≤0.045%。4.优质钢：含硫量≤0.035%；含磷量≤0.035%。5.钢材强屈比及其意义、屈服点钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越大。（一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。而如果机器零件的屈强比高，可节约材料，减轻重量）。上屈服点是指试样发生屈服而应力首次下降前的最大应力；下屈服点是指不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。采用下屈服点作为钢材的屈服强度。6.钢材的冷加工强化;将钢材于常温下进行冷拉、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，这个过程称为冷加工强化处理。7.脆性转变温度温度降低时金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温度区域，也称韧脆转变温度。脆性转变温度越低，说明钢材的抗冷脆性能越高。（以失去支持能力为标准，无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有0.25h，而裸露钢梁的耐火极限为0.15h。温度在200℃以内，可以认为钢材的性能基本不变；超过300℃以后，弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降，应变急剧增大；达到600℃时已经失去承载能力。）8.时效处理：在常温下存放15~20d，或加热至100~200℃后保持一定时间（2~3h），其屈服强度进一步提高，且抗压强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复；前者称为自然时效，适合于低强度钢筋，后者称为人工时效，适合于高强钢筋。（2）性能及应用1.化学成分对钢性能的影响：碳、硅、锰、磷、硫化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）＜0.8%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）＞1%↑↓↓↓↓冷脆性↑锰（Mn）↑↑↑↑脱氧、脱硫剂磷（P）↑↑↓↓↓偏析、冷脆↑↑硫（S）↑↓↓2.建筑钢材的机械性能：抗拉性能：抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。四个过程：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。（具体自己看书，晓填说低碳钢拉伸时的应力-应变图一定会考^_^）冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。（伸长率是钢材在均匀变形下的塑性，而冷弯性能是钢材处于不利变形条件下的塑性，可揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力和夹杂物等缺陷。）冲击韧性：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，钢材的冲击韧性越大，钢材抵抗冲击荷载的能力越强。硬度：混凝土表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。耐疲劳性：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，称为疲劳破坏。疲劳破坏是在低应力条件下突然发生的，危害较大。一般来说，钢材的抗拉强度越高，其疲劳极限也较高。3.钢材的伸长率与试件标距有何关系？A80与A200哪个大，为什么？由于钢材拉伸时产生的塑性变形主要集中在试件的颈缩处，故原试件标距L0与试件直径d0之比越大，颈缩处的伸长量在总长值中所占比例越小，计算所得的伸长率也就越小。A80，原始标距小，断后伸长率大。4.钢材的冲击韧性影响因素有哪些？钢材的冲击韧性与钢材的化学成分、组织状态，以及冶炼、加工都有关系。5.钢筋经冷拉后性能变化的规律屈服极限将有所提高，而其塑型变形能力将有所降低。6.钢材所采用的防锈（腐蚀）的方法①在钢中加入少量的铜、铬、镍等合金元素，可制成耐腐蚀性较强的耐候钢（不锈钢）；②对于钢结构用型钢的防锈，主要采用在钢材表面涂覆耐腐蚀性能更好的金属（镀锌、镀锡、镀铜和镀铬等）和刷漆的方法，来提高钢材的耐腐蚀能力。③对于混凝土用钢筋的防锈，主要是提高混凝土的密实度，保证钢筋外侧的混凝土保护层的厚度，限制氯盐外加剂的掺加量。④此外，采用环氧树脂层涂钢筋或镀锌钢筋也是有效的防锈措施。三、气硬性胶凝材料（1）基本概念1.石膏：石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的无机气硬性胶凝材料。2.石灰：就是石灰咯:-)3.生石灰：将以碳酸钙为主的天然岩石在高温下煅烧，碳酸钙分解为生石灰，生石灰主要成分为氧化钙。4.熟石灰：将生石灰用适量水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca(OH)2。熟化；指生石灰（氧化钙）与水作用生成氢氧化钙（熟石灰，又称消石灰）的过程。5.过火石灰：在煅烧岩石的过程中，若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”6.欠火石灰：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，生成“欠火石灰”7.陈伏：指石灰乳（或石灰膏）在储灰坑中放置14d以上的过程。8.胶凝材料：具有一定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。9.有机胶凝材料：以天然的或合成的有机高分子化合物为基本成分的胶凝材料，常用的有沥青、各种合成树脂等。10.无机胶凝材料：以无机化合物为基本成分的胶凝材料，分为气硬性的和水硬性的两类。11.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。12.水硬性胶凝材料：既能在空气中，还能更好的在水中硬化、保持并发展其强度。（2）性能及应用1.建筑石膏的性质及应用性质：密度与堆积密度，属轻质材料；凝结硬化快；凝结硬化时体积略膨胀；硬化后孔隙率高；防火性能好；耐水性和抗冻性差。应用：制备石膏砂浆和粉刷石膏；石膏板及装饰件。2.建筑石灰的性质及应用性质：可塑性好；硬化较慢、强度低；硬化时体积收缩大；耐水性差；石灰吸湿性强。应用：石灰乳，用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度；配制砂浆，用于抹面和砌筑；石灰土和三合土。3.石灰的熟化与硬化（干燥硬化、碳化硬化、结晶硬化）（1）石灰的熟化过程会放出大量的热，熟化时体积增大1~2.5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比较多；（2）石灰浆体由塑性状态逐步转换为具有一定强度的固体的过程，称之为石灰的硬化。石灰在空气中凝结硬化过程，是由下面两个同时进行的过程来完成的：①结晶作用：石灰浆体因水分蒸发或被吸收而干燥，在浆体内的孔隙网中，产生毛细管压力，同时由于游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶，使石灰颗粒更加紧密而获得强度。②碳化作用：由于干燥失水。引起浆体中氢氧化钙溶液过饱和，结晶出氢氧化钙晶体。在大气环境中，氢氧化钙在潮湿状态下会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并释放出水分，即发生碳化。碳化所生成的碳酸钙晶体相互交叉连生或与氢氧化钙共生，形成紧密交织的结晶网，使硬化石灰浆体的强度进一步提高。（碳化特点：由于空气中的二氧化碳含量很低，表面形成的碳酸钙层结构较致密，会阻碍二氧化碳的进一步渗入，因此，碳化过程是十分缓慢的）。四、水泥（1）基本概念1.凝结时间：水泥加水拌和后，成为塑性的水泥浆，其中的水泥颗粒表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，水泥浆逐渐变稠失去塑性但还不具有强度所需的时间。2.初凝时间：水泥加水拌和时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间。3.终凝时间：水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。4.体积安定性：水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。5.水泥胶砂强度：水泥胶砂是以水泥、标准砂和谁水按特定配合比所拌制的水泥砂浆；水泥胶砂强度时表示水泥力学性能的一种量度，是按水泥强度检验标准规定配制成水泥胶砂试件，经一定龄期的标准养护后测得的强度。6.水泥混合材料：在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。包括非活性混合材料、活性混合材料和窑灰。7.活性混合材：活性混合材指具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料。水泥混合材料磨成细粉后，与石灰（或石灰和石膏）加水拌在一起，在常温下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中硬化的，称为活性混合材料（如8.非活性混合材：非活性混合材料又被称为惰性混合材料或填充性混合材料，是指不与水泥成分起化学作用或起很小作用的混合材料，主要起到惰性填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料。（作用：掺入惰性混合材料的目的主要是为了提高水泥的产量，调整水泥的标号，减少水化热。）（2）性能及应用1.硅酸盐水泥有哪些常见品种硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。2.硅酸盐水泥的凝结硬化过程水泥的水化凝结硬化是个非常