土木工程材料复习资料
第1章 土木工程材料的基本性质
表观密度：
指材料在自然状态下单位体积的质量。
?m0=V
0堆积密度：
指粉状或散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量。
??=m0V? 0孔隙率：
材料内部孔隙的体积占其总体积的百分率。
P?1??0?
开口孔隙率对吸水、透声、吸声有利，对材料的强度、抗渗性、抗冻性和耐久性不利。闭口孔隙可以降低材料的表观密度和导热系数，使材料具有轻质绝热的性能，并可以提高耐久性。 空隙率：
P??1??0?? 0材料的亲水性和憎水性：
材料与水接触时，能被水润湿的性质称为亲水性。不能被水润湿的性质称为憎水性。
用接触角?区分。当??90?时为亲水材料，反之为憎水材料。
材料的吸水性与吸湿性：
材料与水接触时吸收水分的性质为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。
质量吸水率：Wm?mm?1m
吸水率的大小主要取决于其孔隙特征。材料吸水会导致材料的强度降低，表观密度和导热性增大，体积膨胀。
含水率是材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率。
材料的耐水性：
材料在饱和水的长期作用下维持不破坏而且强度也不明显降低的性质称为耐水性。 材料的耐水性用软化系数来表示：Kf1R?f 0材料的抗渗性：
材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性用渗透系数或抗渗等级来表示。 渗透系数越小，抗渗性越好。
材料的抗渗性与材料的孔隙率、孔隙特征以及亲水、憎水性有密切关系。 材料的抗冻性：
材料的抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能抵抗多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质，用抗冻等级来表示。 材料的导热性：
导热性是指材料将热量从温度高的一侧传递到温度低的一侧的能力，用导热系数来表示。 导热系数小的材料，导热性差、绝热性好。 影响导热系数大小的因素有物质构成、微观结构、孔隙率与孔隙特征、温度、湿度与热流方向等（①孔隙特征；②含水的情况）。材料孔隙率越大，尤其是闭口孔隙率越大，导热系数越小。 材料的强度：
材料在荷载作用下抵抗破坏的能力成为强度。 强度与材料的组成、构造等因素有关。孔隙率越低，强度越高。
材料的强度还与其含水状态及温度有关，含有水分的材料比干燥时强度低，温度高时一般来说强度会降低。
采用小试件测得的强度较大试件高，加载速度越快，强度测得越高，表面涂抹润滑剂，测得强度会变低。 材料的结构：
分为微观结构、细观结构和宏观结构。 微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体。
晶体具有特定的几何外形和固定的熔点及化学稳定性。
玻璃体的结构特征为质点在空间上呈非周期性排列，没有固定的熔点。 胶体分为溶胶、溶凝胶和凝胶。
第2章 气硬性凝胶材料
凝胶材料的分类：
气硬性凝胶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。水硬性凝胶材料不仅能在空气中，而且能在水中硬化且保持和发展其强度。 石灰：
作为凝胶材料的石灰即为生石灰，主要成分是氧化钙（CaO）。
氢氧化钙称为熟石灰、消石灰。
石灰石经过煅烧，其主要成分碳酸钙分解成为氧化钙，得到块状生石灰。若煅烧温度过低，煅烧时间不足，则碳酸钙不能完全分解，生成欠火石灰，产浆量较低，质量较差，降低了石灰的利用率；若煅烧温度过高，将生成颜色较深、密度较大的过火石灰，影响工程质量。
生石灰加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀1~2.5倍。
欠火石灰的危害用筛网剔除。为了防止过火石灰体积膨胀引起的隆起和开裂，石灰浆应在储灰坑中存放两星期以上，叫做陈伏。陈伏期间，石灰浆表面应保持一层水分，与空气隔绝，以免碳化。 石灰的性能： ① 良好的保水性 ② 凝结硬化慢、强度低 ③ 耐水性差 ④ 体积收缩大 建筑石膏：
石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性凝胶材料。 生产石膏的主要原料是天然二水石膏（CaSO4 · 2H2O）。
在建筑工程中使用的石膏是天然二水石膏经加工而成的半水石膏，亦称熟石膏。
因加热条件不同，所获得的半水石膏有?型和?型，?型半水石膏称为建筑石膏。?型半水石膏称为高强石膏。高强石膏的比表面积小，所以拌合需水量较小，扣除反应用水后剩余的水少，故强度较高。
建筑石膏的性能： ① 凝结时间短 ② 微膨胀性
③ 孔隙率大，因此质轻，隔热、吸声性好，但是
强度低，吸水率大 ④ 耐水性差 ⑤ 抗火性好 ⑥ 塑性变形大
建筑石膏适合作装饰材料的原因：
① 具有微膨胀性，不会产生裂缝，形体饱满，光
滑细腻，颜色洁白
② 内部多孔结构，保温隔热性能好，吸声性能好 ③ 防火性能好 ④ 可以调节室内温度 水玻璃：
水玻璃是一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成，也是一种气硬性凝胶材料。
水玻璃溶液在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸，并逐渐干燥而硬化。硬化过程很慢，故常将其加热或加入氟硅酸钠作用促硬剂。 水玻璃的性能：
① 黏度大，黏结力强，强度高。随浓度、模数
（氧化硅和氧化钠的分子比n称为水玻璃的模数）提高而提高。
② 耐酸，但是不耐碱、不耐水。 ③ 耐热性好。 镁氧水泥：
是气硬性凝胶材料，主要成分氧化镁（MgO）。 强度来源是518相的针状晶体的连接、交错、咬合。
镁氧水泥的性能： ① 有较高强度，但不耐水
② 可作板材、地面材料，仅适用于干燥环境
第3章 水泥
凡磨细成粉末状，与水混合后，经过物理、化学反应，能由可塑性浆体变成坚硬石状物，既能在空气中、又能在水中硬化，保持并增长强度的水硬性胶凝材料。 硅酸盐水泥：
由硅酸盐水泥熟料、0~5%混合材、适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料，称为硅酸盐水泥。 不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，P·I；不掺加超过水泥质量5%的混合材料的称为II型硅酸盐水泥，P·II。
在生产水泥时，需加入水泥质量3%左右的石膏，其作用是延缓水泥的凝结，便于施工。 熟料的主要组成有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）。 各种熟料矿物单独水化的特性： 名称 C3S C2S C3A C4AF 凝结硬化速度 快 慢 最快 次快 28d水化放热 多 少 最多 中 强度 高 早低后高 低 低 通过调整熟料中各矿物组成的比例，水泥的性质将有相应的变化。 硅酸盐水泥的水化：
只有C3S和C2S的水化产物里有CaOH。石膏与水化硫酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石，呈针状晶体，英文简称AFt。 硅酸盐水泥的凝结、硬化：
硬化后的水泥石（hcp）由水泥水化产物、未水化完的水泥颗粒、孔隙与水所组成。
水化产物主要有凝胶和晶体两类物质，胶体为主，晶体其次。水化硅酸钙凝胶难溶于水，且有较高的凝结能力，其水硬性与胶结力决定水泥的水硬性和强度，是水泥水化物中的关键成分。
水泥石中孔隙通常包含毛细孔、气孔和凝胶孔。
水泥的水化、凝结、硬化与熟料的矿物组成、水泥细读、拌合水量（水灰比）、温度、湿度、养护时间和石膏掺量有关。 体积安定性：
水泥的体积安定性是反映水泥加水硬化后体积变化均匀性的物理指标。
体积安定性不良是指，水泥硬化后，产生不均匀的体积变化，会使构件产生膨胀开裂。
体积安定性不良的主要原因是熟料中含有过量的游离氧化钙、游离氧化镁或石膏。
游离氧化钙引起的安定性不良可用沸煮法检验，游离氧化镁用压蒸法，石膏需要长期在常温水中才能发现。
掺混合材料的目的：
改善水泥的性能、调节水泥的强度、增加水泥品种、提高产量、节约水泥熟料、降低成本。 普通硅酸盐水泥：
简称普通水泥，代号为P·O，由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性凝胶材料组成。
与硅酸盐水泥性能相比：硬化稍慢，早期强度稍低，水化热稍小，抗冻性与耐磨性也稍差。 大体积混凝土工程不宜选用这两种水泥，因为水化热高。
三种水泥与硅酸盐水泥、普通水泥相比的共同特点：
① 凝结硬化慢，早期强度低（不适用于快硬早强
工程）
② 湿热条件养护，适于采用蒸汽养护
③ 水化热低，放热速度较慢（适用于大体积混凝
土）
④ 抗软水、硫酸盐侵蚀的能力较强
⑤ 抗冻性、抗碳化性、耐磨性较差（不适用于施
工阶段易受冻或者施工进度快的工程） 三种水泥各自的特点：
矿渣水泥——耐热性好，抗渗性差，保水性差。 火山灰水泥——抗渗性好，保水性好，干燥收缩显著。
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