《土木工程材料》主重要知识点

《土木工程材料》重要知识点一、材料基本性质（1）基本概念密度：指材料在绝密状态下，单位体积的质量。

体积密度：指材料在自然状态下，单位体积（包括材料内部所有孔隙体积）的质量。

表观密度：指材料单位体积（包括实体体积和闭口孔体积）的质量。

堆积密度：指散粒材料（如粉状、颗粒状材料等）在堆积状态下，单位体积的质量。

孔隙率：指材料空隙体积占材料自然状态下总体积的百分比，用P表示。

空隙率：散粒状材料在堆积体积状态下，固体颗粒之间空隙体积占堆积体积的百分比，用P'表示。

强度：指材料抵抗力破坏的能力。

比强度：材料强度与其体积密度之比。

弹性：指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够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，并且不产生裂缝的性质。

韧性：指在冲击或振动荷载作用下，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。

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。

硬度：指材料表面抵抗其它物体压入或刻画的能力。

耐磨性：指材料表面抵抗机械磨损的能力。

亲水性：指材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质。

憎水性：指材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质。

润湿边角：在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ称为湿润边角。

吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。

吸水性：指材料与水接触时吸收水分的性质。

耐水性：指材料长期在水的作用下不会被破坏，而且强度也不显著降低的性质。

抗渗性：指材料抵抗压力水渗透的性质。

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而不被破坏、强度又不显著降低的性质。

热容量：指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。

导热性：指材料传导热量的能力。

（2）性能及应用孔隙率大小和孔隙特征对材料性能（强度、吸水、保温等）影响答：材料内部的孔隙率越大，材料的体积密度、强度越小，耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐水性及其它耐久性越差。

孔隙率相同，材料的开口孔越多，材料的抗渗性、抗冻性越差。

亲水性材料、憎水性材料答：水泥制品、玻璃、陶瓷、金属材料、石材等无机材料和大部分木材都是亲水性材料。

沥青、油漆、塑料、防水油膏等是憎水性材料。

影响材料抗冻性、抗渗性的因素和影响方式答：材料抗渗性的好坏与材料孔隙率和空隙特征有密切关系。

材料孔隙率越小、闭口空越多、孔径越小，越难渗水。

具有较大孔隙率，且孔连通、孔径较大的材料抗渗性较差。

材料的抗冻性与其强度、孔隙率及孔特征、含水率等因素有关。

材料强度越高，抗冻性越好。

孔对抗冻性的影响与其对抗渗性的影响相似。

当材料含水未达到饱和时，冻融破坏作用较小。

二、金属材料（1）基本概念碳素钢：含碳量小于1.35%(0.1%-1.2%)，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。

合金钢：除铁、碳外，加入了其他的合金元素的钢。

普通钢：含碳量介于0.02%至2.04%之间的铁合金的统称优质钢：含磷量小于等于0.035%，含硫量小于等于0.035%的钢。

钢材强屈比及其意义：抗拉强度与屈服强度的比值称之为强屈比。

强屈比大，结构安全性高。

屈服点：在屈服阶段中力不增大，而试件继续伸长时所对应的应力。

冷脆性：指随温度的下降金属材料的强度有所增加，而韧性下降的现象。

钢材的冷加工强化：指将钢材与常温下进行加工（如冷拉、冷拔或冷轧），使之产生塑性变形，从而提高屈服强度的过程。

脆性转变温度：指用冲击试验方法测定出的金属材料随着温度下降而发生塑性明显下降、脆性明显上升的温度。

时效：指随时间的延长而表现出强度提高，钢材塑性和冲击韧性下降的现象。

钢材牌号含义：HPB235（屈服强度不小于235MPa的热轧光圆钢筋）、HRB335（屈服强度不小于335MPa的热轧带肋钢筋）、20MnSi（2）性能及应用了解化学成分对钢性能的影响：碳：钢的抗拉强度随含碳量的增大而提高，当含碳量超过1%时，钢变脆、抗拉强度下降；碳还可以降低钢材的塑性，增加钢的冷脆性和时效敏感性；当碳的质量分数超过0.3%时，将显著降低钢材的可焊性。

硅：当钢中含硅量小于1%时，能显著提高钢的强度，而对塑性及韧性没有显著影响。

锰：锰能消除钢的热脆性，改善热加工性；当含锰量为0.8%~1.0%时，可显著提高钢的强度和硬度，几乎不降低钢的塑性和韧性。

磷：磷可使钢的冷脆性显著增加，低温下的冲击韧性下降，可焊性降低。

硫：硫能使钢的热脆性显著提高，热加工性和可焊性明显降低。

含碳量变化对钢材技术性能的影响答：①当含碳量超过1%时，钢变脆、抗拉强度下降；②当碳的质量分数超过0.3%时，将显著降低钢材的可焊性。

抗拉性能：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。

冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。

冲击韧性：指钢材抵抗冲击荷载的能力。

硬度：指钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。

耐疲劳性：指钢材在交变荷载作用下不发生断裂的性质。

低碳钢拉伸时各阶段应力和变形特点弹性阶段：该阶段应力小于235MPa，卸去拉力后试件能完全恢复原状。

屈服阶段：该阶段应力大于235MPa，小于375MPa，在此阶段卸去拉力后变形不能立刻恢复。

强化阶段：该阶段应力大于375MPa，且钢材抵抗塑性变形的能力又提高，随着应力加大塑性变形反而不明显。

颈缩阶段：当应力达到一定大小后试件薄弱处截面明显缩小，塑性变形迅速增加，拉力下降，直到断裂。

钢材的伸长率与试件标距有何关系？答：断裂后标距与原标距的百分比称为伸长率。

A与A11.3哪个大，为什么？钢材的冲击韧性影响因素有哪些？答：钢材的化学成分、内部组织状态，以及冶炼、轧制质量，环境温度。

钢筋经冷拉后性能变化的规律答：屈服强度提高20%~30%，屈服阶段缩短，伸长率降低，材质变硬。

钢材所采用的防锈（腐蚀）的方法答：①合金化，在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素；②金属覆盖，用耐腐蚀性能好的金属覆盖在钢材上面；③非金属覆盖，在钢材表面用非金属材料作为保护膜；④提高混凝土的密实度，防止腐蚀剂渗入腐蚀钢材。

三、气硬性胶凝材料（1）基本概念石膏：以硫酸钙为主要成分的无机气硬性胶凝材料。

石灰、生石灰、熟石灰、水玻璃：是由碱金属和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。

熟化：生石灰与水作用生成氢氧化钙的过程。

欠火石灰：指由于生产石灰的原料尺寸过大、煅烧温度偏低或煅烧时间不充足，石灰石中的碳酸钙未完全分解的石灰。

过火石灰：指石灰生产时局部煅烧温度过高，在表面有熔融物的石灰。

陈伏：指石灰膏在储灰坑中放置14d的过程。

胶凝材料：指土木工程材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能将散粒状或块状材料黏结成整体的材料。

无机胶凝材料：以无机化合物为基本成分的胶凝材料。

有机胶凝材料：以天然的或合成的有机高分子材料为基本成分的胶凝材料。

气硬性胶凝材料：指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的无机胶凝材料。

水硬性胶凝材料：指既能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化、保持并发展其强度的无机胶凝材料。

（2）性能及应用建筑石膏的性质及应用：答：建筑石膏凝结硬化速度快，硬化时体积膨胀，硬化后孔隙率高、强度低，防火性能好，耐水性和抗冻性差。

常用于制作粉刷石膏、轻质石膏、墙板、石膏装饰等。

建筑石膏防火的原因答：①火灾发生时，二水石膏中的结晶水蒸发，吸收大量热；②石膏中结晶水蒸发后产生的水蒸气形成气幕，阻止火势蔓延；③脱水后的石膏制品隔热性能好，形成隔热层，并且无有害气体产生。

建筑石灰的性质及应用答：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，生石灰吸湿性强。

应用：①在石灰膏中加入大量的水搅拌稀释或将生石灰加大量水熟化成为石灰乳；②将石灰膏或消石灰加砂和水配制成石灰砂浆；③制成石灰土、三合土和无机结合料稳定材料；④制作硅酸盐制品。

石灰的熟化与硬化（干燥硬化、碳化硬化、结晶硬化）答：见课本P51-P53。

四、水泥（1）基本概念凝结时间：指水泥加水拌和成为塑性的水泥浆，到逐渐变稠失去塑性所需要的时间。

初凝：指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终凝：指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。

体积安定性：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。

胶砂强度：水泥胶砂浆硬化试体所能承受外力破坏的能力水化热：水泥在水化过程中放出的热量。

水泥混合材料：指加入到水泥中人工的和天然的矿物材料。

活性混合材：指磨成细粉后与石灰或与石灰和石膏拌和，加水后在常温下能生成具有水硬性产物的混合材料。

非活性混合材：指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料。

C3S : 3CaO·SiO2C2S : 2CaO·SiO2C3A : 3CaO·Al2O3C4AF : 4CaO·Al2O3·Fe2O3（2）性能及应用水泥按主要水硬性物质不同是如何划分系列的，其中硅酸盐系列的水泥有哪些品种答：水泥种类可划分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟氯酸盐水泥、以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。

硅酸盐系列水泥有通用硅酸盐水泥、专用硅酸盐水泥和特性硅酸盐水泥。

硅酸盐水泥的凝结硬化过程答：见课本P62-P63。

影响水泥凝结硬化的因素答：①孰料矿物成分；②细度；③水灰比；④温度和湿度；⑤养护时间；⑥石膏。

引起水泥安定性不良的原因答：①孰料中游离氧化钙过多；②孰料中游离氧化镁过多；③石膏参量过多。

混合材料作用、常用（非）活性混合材料答：混合材料作用：改善水泥性能，调节水泥强度等级。

常用（非）活性混合材料：粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料、石灰石和砂岩。

为何大体积混凝土工程不宜只把硅酸盐水泥作为全部胶凝材料使用答：因为硅酸盐水泥中含有大量水花放热量大的硅酸三钙和铝酸三钙，因而水化热大，不宜用于大体积混凝土工程。

水泥石的腐蚀的内在因素与防止答：内在因素：①水泥石中存在着易腐蚀的组分（氢氧化钙和水化铝酸钙）；②水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易进入其内部。

防止：①根据腐蚀环境特点，合理选用水泥品种；②提高水泥石的紧密程度；③加做保护。

通用硅酸盐水泥的特性与应用，混凝土工程中常见硅酸盐类水泥的选用问题答：见课本P70-P71。

五、混凝土（1）基本概念混凝土：由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水按适当比例配合，经搅拌、浇筑成型后，经一定时间养护硬化而成的具有固定形状和一定强度的人造石材。

骨料：指在混凝土中起骨架作用的砂、石。

人工砂：经除土处理的机制砂、混合砂的统称。

机制砂：由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒。