最新土木工程材料复习提纲

土木工程材料复习提纲土木工程材料复习提纲第一章基本性质1. 密度；表观密度；堆积密度密度ρ：1）材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。

2）排除任何孔隙后，材料的绝对密实体积。

3)测量: 试样—粉末；体积测量—排液法。

表观密度ρ0：1）材料在自然状态下，单位体积的质量。

2）自然状态下体积V0＝绝对密实体积V＋孔隙(开口与闭口)体积。

3）测量：试样—块体；体积测量—直接测、蜡封排液法。

堆积密度ρ’0：1）材料在散粒堆积状态下，单位体积的质量。

2）堆积体积V0’＝自然状态体积＋堆积空隙体积。

3）测量：试样—颗粒；质量测量—固定体积法。

2. 孔隙率；空隙率；公式！孔隙率：1）孔隙率越大，材料的表观密度越小反之亦然。

2）定义：材料中的孔隙体积与总体积的百分比称为孔隙率P。

3）计算公式空隙率：1）空隙率越大，材料的堆积密度越小，反之亦然。

2）定义: 散粒材料堆积体积中, 颗粒间空隙体积所占总体积的百分率P‘。

3）计算公式例题：某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥，用一个10升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是13.50Kg；再从桶中取出1000g的碎石，让其吸水饱和后用布擦干，称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水注满这广口瓶，连盖称重为1411g，水温为25°C，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g；另外从洗净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。

试问:1）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？2）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？3）该碎石的密实度、空隙率和填充率？解答：1）∵V’o=10L, m’2=13.5kg; ρ0’ =（m’/V0’）= 13.5/10 = 1.35∵m’=1000g, 吸水后质量=1036g. 设水的密度＝1。

则， Vo = 791－(1411－1036) = 416mL∴ρ0 =（m’/V0）= 1000/416 = 2.404∵ V=18.8mL, m=50g; ∴ρ=(m/V)= 50/18.8=2.662) P = [1－ρ0/ρ] ×100% =(1－2.404/2.66)=9.624%其中： P开= 36/416=8.653%P闭= 9.624－8.65=0.974%3) D=1－P=90.376%P’=[1－ρ0’/ρ0] ×100% =(1－1.35/2.404)=43.8%D’=1－P’=1－43.8%=56.2%3. 含水率；吸水率；平衡含水率；含水率：1）材料所含水的质量与干燥状态下质量之比。

2）吸水率：1）材料吸水饱和面干时的含水率。

2）平衡含水率：材料在一定湿度的环境下吸湿，与环境中湿度达到平衡时的含水率。

4. 孔隙率的影响：强度、导热系数（绝热性能）孔隙率的影响：1）材料内部的孔隙严重降低强度和刚度：| 裂缝成为应力集中点，降低材料裂缝起裂应力；| 孔隙增大质点间距离，减小质点间相互作用力；| 孔壁实际上是气固界面—表面，减少材料破坏所需的能量。

强度：料的强度取决于材料内部质点间的相互作用力和表面能，作用力与表面能越大，强度越高。

导热系数：反映热量从温度高的一面传到温度低的一面的能力。

（后面章节有详细内容）5. 亲水性；憎水性；润湿角；亲水性：1）0≤θ≤ 90°时，材料表面被水湿润，水可被材料所吸附。

2）水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。

憎水性：1）90°＜θ≤ 180°时，材料表面不可被水湿润。

2）水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。

对工程防水有利。

有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。

湿润角：水与材料表面的接触角θ。

6. 强度；强度等级；比强度；强度试验影响因素：试件尺寸、高宽比、表面粗糙度、加荷速度、温度湿度（结合混凝土试验理解）。

强度: 材料抵抗外力，不变形或破坏的能力。

有抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度。

强度等级：屈服强度，极限拉伸强度，断裂强度比强度: 材料强度与材料的表观密度之比7. 弹性；塑性；韧性；脆性；硬度；磨耗（耐磨性）弹性：当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料能够完全恢复原来变形的性质。

根据其应力—应变曲线，有:线弹性（E为常量）和非线弹性（E不为常量）。

塑性：当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料仍保持变形后形状和尺寸、并不发生裂缝的性质。

应力—应变曲线是非线性的，且不连续，每一点的应力与应变之比都不相同。

韧性：材料在外力作用下，不发生明显的变形而突然破坏的一种性能。

对于韧性材料，极限强度高于破坏（断裂）强度。

脆性：材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受较大的变形而不至于破坏的性能。

对于脆性材料，极限强度与破坏强度是一致的。

硬度：材料表面抵抗被刻划、擦伤和磨损的能力。

材料的硬度与强度间有很好的相关性磨耗（耐磨性）：材料表面抵抗磨损的能力8. 耐久性概念及包含的内容（抗渗性、抗冻性）耐久性: 材料在长期使用过程中，抵抗其自身及外界环境因素的破坏，保持其原有性能且不变质、不破坏的能力。

工程服役寿命：因材料性能的劣化，使得工程在使用环境下服役到功能的最低要求时所经历的时间。

被破坏的原因有两方面：| 内因，材料自身的内部因素因：v 材料内部存在不稳定的化学组分，如Ca(OH)2、挥发份、杂质等；v 材料内部存在一些缺陷，如孔隙、裂缝等。

| 外因，材料服役环境因素：v 物理作用：光、热、雨水、风等v 化学作用：酸、碱、盐、水等v 生物作用：细菌、昆虫等以下是耐久性能及其测试：耐水性：材料抵抗水的破坏作用的能力。

1）软化系数R ，并按下式计算R = f 饱 / f干式中： f 饱—材料在吸水饱和状态下的抗压强度；f 干—材料在干燥状态下的抗压强度。

软化系数R值越小，材料的耐水性越差。

2）水对材料的破坏作用：溶解—溶蚀作用；溶胀作用；削弱质点相互作用力；引起金属的锈蚀作用抗渗性：材料抵抗水或溶液渗入或渗透的能力。

1）渗透系数K：K=(Q/F·t) ·(d/H)式中：Q—透水量(cm3)；H—静水压头(cm)； t—时间(h) ；d—试件厚度； F —透水面积2）抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关。

大孔且连通孔将使材料的抗渗系数降低。

3）材料抗渗性影响材料的其它耐久性性能：耐水性，耐化学腐蚀性，抗冻性。

抗冻性：材料饱水下，抵抗冻融循环破坏作用的能力。

1）抗冻等级—材料丧失性能前能承受的最多冻融循环次数，次数愈多，等级越高。

冻融循环试验。

2）冻融破坏的原因：水结冰时，体积膨胀9％；当材料内部孔隙饱水情况下，发生多次冻融循环，在水结冰时产生的拉力作用下，产生裂缝、扩展、延伸，和连通，导致材料破坏。

3）抗冻性的影响因素：材料内部的孔隙率与孔隙特征；孔隙内的饱水程度；材料强度与韧性；环境温度变化。

耐化学腐蚀性：材料抵抗这些化学介质侵蚀，保持其性能不变的能力1）抗蚀系数：材料的耐化学腐蚀性用一定时间后性能衰减率，用浸泡试验测试；2）化学腐蚀作用：地下水、土壤、海水、工业与民用废水、空气等环境介质中所含有害化合物渗入材料内部引起材料组成和结构的破坏作用—劣化；3）耐化学腐蚀性有：耐酸性、耐碱性、耐盐性、抗碳化性等等；4）材料的耐腐蚀性与抗渗性密切相关。

耐候性或抗老化性：材料抵抗这些因素的作用，而能长期保持其性能的能力。

1）气候老化作用：空气中的光、热、雨水、臭氧等作用于材料，也会导致材料组成与结构的变化：如分解、大分子链降解、风化等。

2）抗老化性有：抗热老化、抗紫外光、抗光老化、耐臭氧性等等。

问题：1.对于某一种材料来说，其密度、表观密度和堆积密度之间的相互关系怎样？密度＞表观密度＞堆积密度2.为什么？自然状态下的体积＝绝对密实体积＋孔隙体积；堆积体积＝绝对密实体积＋孔隙体积＋空隙体积。

3.为什么房屋一楼潮湿？如何解决？地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。

解决问题的原理与办法:阻塞毛细通道，技术措施对材料中的毛细管壁进行憎水处理第二章无机胶凝材料1. 气硬性（水硬性）胶凝材料概念；气硬性凝胶材料：只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度；关键: 干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！石膏、石灰等。

水硬性凝胶材料：不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度各种水泥等。

2. 建筑石膏的凝结硬化（溶解沉淀理论）；溶解沉淀理论：即通过半水石膏在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化。

1)凝结硬化过程中的水化反应：CaSO4· 0.5H2O ＋1.5H2O ® CaSO4·2H2O＋Q即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应2)凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论”：①溶解：半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液。

②沉淀：半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。

③硬化：二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网。

3）半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体。

所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！4）石膏凝结硬化的影响因素：①石膏的组成：凝结硬化速度的排序：可溶性无水石膏＞半水石膏＞难溶性无水石膏＞不溶性无水石膏②用水量：用水量越大，石膏晶体颗粒越大；凝结硬化所需时间增加③外加剂：一些无机盐(如硫酸钾)可以促进凝结硬化，而一些有机酸(如柠檬酸)可以延缓凝结硬化。

④细度：细度越细，凝结硬化越快。

3. 生石灰；熟石灰；石灰膏；欠火石灰与过火石灰；陈伏；石灰的凝结硬化（结晶作用，碳化作用）生石灰：CaO；熟石灰：Ca(OH)2；石灰膏：Ca(OH)2、H2O欠火石灰：生石灰煅烧温度较低，时间较短。

过火石灰：生石灰煅烧温度较高，时间较长。

过火石灰的危害：与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。

陈伏：减轻或消除过火石灰的危害石灰的凝结硬化：v 结晶作用Ø 生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体；Ø 浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；Ø 晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。

v 碳化作用Ø Ca(OH)2与空气中的CO2气体反应，在表面形成CaCO3膜层。

Ø 提高耐久性。

4. 石灰、石膏特性的比较建筑石灰的特性：表观密度较小；浆体的可塑性好；硬化后的强度较低；耐水性差；浆体硬化中容易开裂石膏硬化体及制品的特性：Ø 表观密度较小：0.8～1.0g/m3Ø 孔隙率较大Ø 强度较低Ø 耐水性和抗冻性较差Ø 防火性较好Ø 隔热性和吸声性良好Ø 装饰性5. 水玻璃的化学式；水玻璃模数；水玻璃模数对性能的影响；水玻璃的促硬剂（氟硅酸钠）与原理；硬化水玻璃的性质：耐酸、耐高温。