【正文】 Ⅱ《土木工程材料》輔導(dǎo)材料緒 論一、重點(diǎn)知識介紹土木工程材料是指在土木工程建設(shè)中所使用的各種材料及其制品的總稱，它是土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。167。167。167。167。，變形性質(zhì)和耐久性質(zhì)及其影響因素。3氣硬性膠凝材料、石灰、水玻璃等氣硬性膠凝材料的硬化機(jī)理、性質(zhì)及使用要點(diǎn)。、測定和計(jì)算方法。每一章節(jié)中要求“（重點(diǎn)）掌握”部分為重點(diǎn)，占考試內(nèi)容的主要部分。12木材……………………………………………………...................167。4水泥…………………………………………………………………... 167。本書由浙江工業(yè)大學(xué)葉青和浙江樹人大學(xué)盛黎擔(dān)任主編，浙江工業(yè)大學(xué)孔德玉和浙江樹人大學(xué)金小群擔(dān)任副主編。典型復(fù)習(xí)題部分由計(jì)算題、填空題、是非題和簡答題等組成。內(nèi)容豐富，簡明扼要。各章編寫人員如下：盛黎編寫輔導(dǎo)材料中的氣硬性膠凝材料、墻體材料、瀝青材料和防水材料、聚合物材料、絕熱材料和吸聲隔聲材料、土木工程材料試驗(yàn)等內(nèi)容，孔德玉編寫輔導(dǎo)材料中的混凝土和砂漿等內(nèi)容，金小群編寫輔導(dǎo)材料中的建筑鋼材和木材等內(nèi)容，其余部分主要由葉青編寫。5水泥混凝土 …………………………………………………........... 167。13絕熱材料和吸聲材料…………………………………................... 167?！耙话阏莆铡辈糠忠曰靖拍顬橹?。、石灰、水玻璃的主要用途。7聚合物材料（建筑塑料、涂料與膠粘劑）。10建筑鋼材、加工與分類。12木材(自學(xué))；、力學(xué)性能，了解防腐、防火措施。15土木工程材料試驗(yàn)（下列試驗(yàn)必做）、安定性檢驗(yàn)、水泥膠砂強(qiáng)度。按材料的使用性能，可分為①承重結(jié)構(gòu)材料，②非承重結(jié)構(gòu)材料，③功能材料。對于生產(chǎn)企業(yè)，必須按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，控制其質(zhì)量。(－)/=%=8%＜10%，(－)/=%=10%≤10%。是指包括了材料內(nèi)部閉口孔隙體積的固體物質(zhì)本身的體積。密度ρ*=m*/V*= m/V=ρ；表觀密度（如，砂的表觀密度）ρ*=m*/V*= m/（V+VB）= m/V排=ρ’；體積密度（如，磚的體積（或表觀）密度）ρ*=m*/V*= m*/V0= m*/（V+VB+VK）=ρ0；松堆密度ρ*=m*/V*= m*/V筒= m*/（V+VB+VK+VV）=ρ0’。（5）材料與水有關(guān)的性質(zhì)①親水性和憎水性當(dāng)材料與水之間的分子親合力大于水本身分子間的內(nèi)聚力時(shí)，材料表現(xiàn)為親水性。當(dāng)材料吸濕達(dá)到飽和狀態(tài)或極限時(shí)的含水率即為吸水率。材料吸水后會導(dǎo)致其自重增大、導(dǎo)熱性增大、強(qiáng)度與耐久性下降。K值愈大，表示滲透通過材料的水量愈多，即抗?jié)B性愈差。 ⑦材料與熱有關(guān)的性質(zhì) 導(dǎo)熱性：材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性，用導(dǎo)熱系數(shù)表示。根據(jù)耐火度可分為耐火材料、難熔材料和易熔材料。量綱/單位，力（F）化為牛頓N代入，長度（b、h、L、“A”）單位以mm代入，則強(qiáng)度單位為MPa或N/mm2。典型的彈性材料，如橡皮筋和低碳鋼（在屈服前）等。對于要求承受沖擊荷載和有抗震要求的結(jié)構(gòu)，如吊車梁和橋梁等所用的材料，均應(yīng)具有較高的韌性。在土木工程中，對于用作踏步、臺階、地面、路面等部位的材料，應(yīng)具有較高的耐磨性。耐久性快速試驗(yàn)的項(xiàng)目主要有：凍融循環(huán)、人工加速碳化、干濕循環(huán)、紫外線＋干濕循環(huán)、鹽溶液浸漬＋干濕循環(huán)、化學(xué)介質(zhì)浸漬等。凡由兩相或兩相以上物質(zhì)組成的材料稱為復(fù)合材料。對天然巖石可分為礦物、晶體顆粒、非晶體組織；對鋼材可分為鐵素體、滲碳體、珠光體；對木材可分為木纖維、導(dǎo)管、髓線、樹脂道；對混凝土可分為水泥硬化漿體、骨料及其界面。二、例題例題11：用同種材料制成的磚，由于其孔隙狀況不同，試分析其性能變化規(guī)律。解：ρ0=m/V0=2500/（）= P開=W體=（m1－m）/（V0ρ水）= W質(zhì)ρ0/ρ水=% P=1－ρ0/ρ=1－， P閉=P－P開=－=%。例題17：某石材在氣干、絕干(105℃烘干)、水飽和條件下測得的抗壓強(qiáng)度分別為780、65MPa，求該石材的軟化系數(shù)，并判斷該石材可否用于水下工程。例題110：材料的孔隙和體積形式有哪幾種？材料各密度與孔隙之間有什么關(guān)系？答：材料的孔隙形式：①按孔隙尺寸大小，分為微孔、細(xì)孔和大孔三種；②按孔隙之間是否相互連通，分為孤立孔和連通孔；③按孔隙與外界是否連通，分為與外界連通的開口孔和與外界不連通的閉口孔。土木工程中將K軟＞，稱為耐水材料。由于各種材料的強(qiáng)度差別甚大，在土木工程材料中按其強(qiáng)度值的大小所劃分的若干個(gè)等級，即為強(qiáng)度等級。試求其表觀密度、表干密度、毛體積密度和質(zhì)量吸水率。③云母 片狀含水鋁硅酸鹽晶體。天然巖石按形成的原因不同可分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖等三大類。一般由巖漿巖變質(zhì)而成的稱正變質(zhì)巖，由沉積巖變質(zhì)而成的稱副變質(zhì)巖。③硬度，它取決于石材的構(gòu)造與造巖礦物的硬度。（1）天然石材的加工類型①毛石，是在采石場爆破后直接得到的形狀不規(guī)則的石塊。（2）常用石材在土木工程中的應(yīng)用①花崗巖，是巖漿巖中分布最廣的一種巖石?？箟簭?qiáng)度為50～140MPa。體積密度為2000～2800kg/m3，抗壓強(qiáng)度為20～160MPa，吸水率為1%～10%。砂巖常用于基礎(chǔ)、墻體、人行道和踏步等，還可用作混凝土骨料。一般應(yīng)從以下幾方面選用。根據(jù)沉積巖的生成條件，可分為機(jī)械沉積巖、化學(xué)沉積巖、有機(jī)沉積巖。②常用的沉積巖有：機(jī)械沉積巖有砂巖和頁巖等，化學(xué)沉積巖有石膏、白云石等，有機(jī)沉積巖有石灰?guī)r和硅藻土等。吸水率一般不超過1%，耐久性較好，一般使用年限為40～100年。因此，飽水率大于等于吸水率。根據(jù)加工方法不同，可分為塊狀生石灰、磨細(xì)生石灰、消石灰粉和石灰膏。②石灰的凝結(jié)硬化 石灰在空氣總的硬化包括兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程：結(jié)晶過程：水進(jìn)一步被吸收或蒸發(fā)，Ca(OH)2從過飽和溶液中析出晶體。 )，即高強(qiáng)石膏。②建筑石膏的應(yīng)用 建筑石膏可用于制備石膏砂漿和粉刷石膏作內(nèi)墻裝飾，可用來制作石膏板和裝飾構(gòu)件等。（3）水玻璃的應(yīng)用作灌漿材料用以加固地基，涂刷或浸漬材料，配制水玻璃礦渣砂漿，用于堵漏，配制耐酸或耐熱砂漿或混凝土，配制快凝防水劑，摻入水泥漿、砂漿或混凝土中，用于堵漏、搶修。而水硬性膠凝材料的耐水性很好，即軟化系數(shù)較大。例題33：石灰硬化過程中會產(chǎn)生哪幾種形式的開裂？試分析其原因。 2H2O），該成分可微溶于水；石膏制品是由無數(shù)細(xì)小的晶體所構(gòu)成，晶粒間的搭接處更容易受到溶解破壞，使建筑石膏制品的強(qiáng)度大大降低。例題37：菱苦土可用水拌和使用嗎？在工程中有何用途？ 答：菱苦土用水拌合時(shí)，漿體的凝結(jié)硬化速度很慢，且硬化后的強(qiáng)度也很低，所以不宜用水拌合使用。①硅酸鹽水泥熟料熟料中主要含有如下四種礦物：硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣，此外還含有游離氧化鈣和游離氧化鎂等。因此，為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化速度必須摻加石膏，鋁酸三鈣與石膏形成的水化產(chǎn)物，對水泥早期強(qiáng)度有一定的作用。主要采用天然石膏（主要為二水石膏）或工業(yè)副產(chǎn)石膏。④氧化鎂，控制氧化鎂含量的目的在于控制由方鎂石引起的安定性不良問題。②水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為使水泥凝結(jié)時(shí)間和安定性的測定結(jié)果具有可比性，在測定時(shí)必須采用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿。II≥300 m2/kg≥45 min≤390 min沸煮法合格各強(qiáng)度等級水泥的各齡期強(qiáng)度不得低于各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。F復(fù)合水泥P⑤強(qiáng)度和強(qiáng)度等級水泥的強(qiáng)度主要取決于水泥熟料礦物組成及其相對含量、混合材料品種及其相對含量以及水泥的細(xì)度，另外還與用水量、試驗(yàn)方法、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等有關(guān)。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)將水泥分為普通型和早強(qiáng)型（或稱R型）兩個(gè)型號。其中的任何一項(xiàng)技術(shù)要求不符合時(shí)為不合格品。水泥的凝結(jié)和硬化是一個(gè)連續(xù)的、復(fù)雜的物理化學(xué)過程。 鋁酸三鈣的水化迅速，放熱量很大，生成水化鋁酸三鈣，在3d內(nèi)已完成水化。由于混合材料摻量少，普通水泥的水化與硅酸鹽水泥的水化接近。通用硅酸鹽水泥與水拌合后，首先是水泥中熟料的水化，放出大量的Ca(OH)2；然后是活性混合材料中的SiO2和Al2O3受到上述Ca(OH)2和水泥中石膏的激發(fā)而進(jìn)行的水化反應(yīng)（一般稱為二次水化反應(yīng)），即消耗大量的Ca(OH)2，生成更多的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣。③水泥細(xì)度，因?yàn)樗怯深w粒表面開始逐漸深入到內(nèi)部的。水是水泥水化的必要條件。（8）硅酸鹽水泥硬化漿體的腐蝕與防止硅酸鹽水泥漿體硬化以后，其強(qiáng)度在幾年甚至幾十年中仍有提高，并且有較好的耐久性。例題42：通用硅酸鹽水泥的三大組分材料是什么？通用水泥的主要水化產(chǎn)物是什么？答：三大組分材料是水泥熟料、石膏和混合材料。水化產(chǎn)物是水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣。水化產(chǎn)物是水化鐵酸鈣凝膠，水化鋁酸鈣和水化硫鐵鋁酸鈣晶體（有石膏存在時(shí)）。加入過量時(shí)會產(chǎn)生體積安定性問題。例題47：什么是水泥的體積安定性？引起安定性不良的主要原因是什么？如何檢驗(yàn)安定性？答：水泥漿體在硬化過程中體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性。隨著水化的進(jìn)行，水泥漿體進(jìn)入凝結(jié)階段，由可塑態(tài)逐漸失去塑性，進(jìn)而硬化產(chǎn)生強(qiáng)度。、?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)將水泥分為普通型和早強(qiáng)型（或稱R型）兩個(gè)型號。（詳見教材）影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素：①水泥的組成，②熟料礦物組成，③水泥細(xì)度，④水泥漿的水灰比，⑤養(yǎng)護(hù)條件，⑥儲存條件，⑦外加劑，等?，F(xiàn)行國標(biāo)規(guī)定用沸煮法檢驗(yàn)由游離CaO引起的水泥體積安定性。由于鋁酸三鈣是四種礦物組分中遇水反應(yīng)速度最快、水化熱最高的組分，其水化產(chǎn)物水化鋁酸鈣的強(qiáng)度低，故為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化速度必須摻加石膏，而且鋁酸三鈣與石膏形成的水化產(chǎn)物（水化硫鋁酸鈣晶體），對水泥早期強(qiáng)度有一定的作用?；钚曰旌喜牧现饕辛；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料，主要含有非晶態(tài)或玻璃態(tài)的活性SiO2和活性A12O3，能與水泥漿中的氫氧化鈣和石膏發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。耐化學(xué)侵蝕性差，干縮大。在完全水化的硅酸鹽水泥石中，水化硅酸鈣約占60％～70%，氫氧化鈣約占20%～25％。硅酸鹽水泥石受腐蝕的種類、受腐蝕的原因和防止腐蝕的措施，簡述如下：腐蝕種類軟水腐蝕（溶出性侵蝕），鹽類（硫酸鹽、鎂鹽、鹽類循環(huán)結(jié)晶等）腐蝕，酸類（碳酸腐蝕、一般酸類腐蝕）腐蝕，強(qiáng)堿腐蝕和綜合腐蝕。硅酸鹽水泥強(qiáng)度在3d～14d內(nèi)增長較快，28d后增長變慢，長期強(qiáng)度還有增長。但水泥顆粒過細(xì)，磨細(xì)能耗增加，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，硬化時(shí)干縮較大。首先是水泥中熟料的水化，然后是活性混合材料受到Ca(OH)2和石膏激發(fā)后的水化。（4）活性混合材料在通用硅酸鹽水泥中的水化常用的活性混合材料有火山灰質(zhì)混合材料、粒化高爐礦渣和粉煤灰等，主要含有非晶態(tài)或玻璃態(tài)的活性SiO2和活性A12O3。 鐵鋁酸四鈣與水反應(yīng)，生成水化鋁酸三鈣晶體和水化鐵酸鈣凝膠。（2）硅酸鹽水泥熟料的水化硅酸三鈣的水化速度快，放熱量大，在28d齡期已水化約80%～90%。它們的主要特性見教材。水泥水化的放熱過程可以持續(xù)很長時(shí)間，但大部分熱量是在早期放出。將水泥、水和中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂按1: : ，以規(guī)定的方法攪拌制成標(biāo)準(zhǔn)試件（尺寸為40mm40mm160mm），在標(biāo)準(zhǔn)條件下在（20177。體積安定性不合格的水泥為不合格品，不得在任何工程中使用。O礦渣水泥P通用硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般為24%～30%。⑥堿含量，控制堿含量的目的在于預(yù)防混凝土中堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。活性混合材料主要有符合標(biāo)準(zhǔn)要求的?；郀t礦渣及其礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料。遇水反應(yīng)較快，水化熱較高。硅酸三鈣遇水，反應(yīng)速度較快，水化熱高，它的水化產(chǎn)物對水泥早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均起主要作用。用氯化鎂調(diào)制好菱苦土加入發(fā)泡劑等材料，還可制成多孔輕質(zhì)的絕熱材料。例題35：用于內(nèi)墻抹灰時(shí)，建筑石膏和石灰比較，具有哪些優(yōu)點(diǎn)？為什么？答：建筑石膏在凝結(jié)硬化后具有下述優(yōu)良性質(zhì)：①凝結(jié)硬化快；②硬化時(shí)體積微膨脹，硬化石膏的形狀尺寸準(zhǔn)確、表面光滑細(xì)致；③硬化后其內(nèi)部孔隙率較大、容積密度較低，故其保溫性、吸聲性好；④具有較好的防火性；⑤具有較高的熱容量和一定的吸濕性，可均衡室內(nèi)溫濕度的變化。可以通過增加砂用量、摻入纖維材料、濕潤墻體基層、降低一次抹灰的厚度等措施加以改善。例題32：什么是過火石灰和欠火石灰？它們對石灰的使用有什么影響？如何消除？答：在煅燒過程中，若時(shí)間過長或溫度過高，將生成顏色較深、塊體致密的“過火石灰”；在煅燒過程中，若溫度過低或煅燒時(shí)間不足，使得CaCO3不能完全分解，將生成“欠火石灰”。故通常用MgClMgSOFeCl3或FeSO4等鹽類的水溶液拌和，以改善其性能。nSiO2，常見的有硅酸鈉水玻璃Na2O（2）建筑石膏的水化和硬化 ①建筑石膏的水化 建筑石膏加水拌合后，與水相互作用，還原成二水石膏，這個(gè)過程稱為水化。②石灰的技術(shù)要求 建筑生石灰和建筑生石灰粉：根據(jù)CaO和MgO總含量及殘?jiān)?、CO2含量和產(chǎn)漿量分為優(yōu)等品、一等品和合格品三個(gè)等級。欠火石灰：在煅燒過程中，若溫度過低或煅燒時(shí)間不足，使得CaCO3不能完全分解，將生成“欠火石灰”。開口孔的體積可由測量材料吸入水的體積或質(zhì)量來確定，即在常溫常壓下將干燥試樣放入水中浸泡4d后測定吸入水的體積或質(zhì)量。但其抗風(fēng)化性能差，因其主要化學(xué)成分是碳酸鹽類，易被酸侵蝕。石灰?guī)r來源廣，硬度低，易劈裂，便于開采，具有一定的強(qiáng)度和耐久性。即地殼中原有的各類巖石，在地層的壓力或溫度作用下，在固體狀態(tài)下發(fā)生再結(jié)晶作用，使其礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造乃至化學(xué)成分發(fā)生部分或全部改變而形成的新巖石。二、例題例題21：按巖石的生成條件，巖石可分為哪幾類？舉例說明。⑤石英巖，主要是由硅質(zhì)砂巖變質(zhì)而成的，石英含量大于85%。其塊石可作為建筑物的基礎(chǔ)、墻身、階石及路面等，其碎石是常用的混凝土骨料。吸水率一般不超過1%，耐久性較好，一般使用年限為40～100年。具有孔隙率較小、吸水率較低、抗壓強(qiáng)度較高、材質(zhì)堅(jiān)硬、耐磨性優(yōu)異等特點(diǎn)，對酸具有高度的抗腐性，對堿類侵蝕也有較強(qiáng)的抗腐性，耐久