土木工程材料概念

1、 土木工程材料的分类： （1）、按组成物的化学成分分为：无机材料、有机材料、复合材料。

常用无机材料包括砂石、砖瓦、玻璃、石灰石膏、水泥，塑料等。 常用有机材料有木材、涂料、沥青、橡胶、等。

常用复合材料有钢钎维混凝土、钢筋混凝土、沥青混凝土等。 (2)、按功能分为：承重结构材料、非承重材料、功能材料。 常用承重材料：钢材、混凝土、砖、砌体 常用非承重材料：填充墙、内隔墙、围护材料

常用功能材料：防水材料、防火材料、装饰材料、绝热材料、吸声隔声材料 2、 土木工程材料的标准：

(1)、世界范围统一使用的是ISO国计标准。

(2)、我国常用标准有三类：1国家标准（包括强制性标准GB、推荐性标准GB/T）2行业标准3地方标准DB和企业标准QB。

强制性标准表示人和技术活产品不得低于其规定的要求：推荐性标准表示可以执行其它标准要求：地方标准或企业标准制定的技术要求高于国家标准。

第一章土木工厂材料基本性质 1、材料的物理性质：

（1）1.密度——材料绝密状态下单位体积的质量

2.表观密度——单位体积（含实体及闭口孔隙体积）材料的干质量

3.体积密度——自然状态下单位体积（包括实体、开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗

称容量。

4.堆积密度——散粒状材料单位体积（含颗粒固体、开口、闭口孔隙及颗粒空隙体积）

物质颗粒的质量

规则形状的材料用量具测得体积，不规则的可用排液法或封蜡排液法测得体积。 （2）1.孔隙率与密实度

孔隙率——孔隙体积占自然状态下总体积的百分率。孔隙率反应材料密实度。 公式P8

2.空隙率与填充率

空隙率——散状粒材料在堆积状态下颗粒空袭占堆积体积的百分率 （3）1.亲水性、憎水性

润湿角>90度材料材料分子内聚力小于吸引力，表现位亲水性。常用亲水材料有：水

泥制品、玻璃、陶瓷、金属、石材。

润湿角<90度材料分子内聚力大于吸引力，表现为憎水性。常用憎水材料：沥青、油漆、塑料、防水油膏。

2.吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性

第二章 建筑金属材料 1、刚才的分类：

（1）钢材按化学成分分成碳素钢与合金钢

碳素钢——含碳量为0.02％～2.06％的铁碳合钢，又称碳钢。可分为低碳钢（含碳小于0.25％）、中碳钢（含碳0.25%～0.6％）、高碳钢（含碳大于0.6％）

合金钢——碳素钢中加入一定和金元素的钢材。可分为低合金钢（合金元素小于5％）、

中合金钢（合金元素5％～10％）、高合金钢（合金元素大于10％） （2）钢材按质量分为：普通钢（含硫量<=0.050%，含磷量<=0.045％））、优质钢（含硫量

<=0.035%，含磷量<=0.035%）、高级优质钢A(含硫量<=0.025%,含磷量<=0.025％)、特级优质钢E(含硫量<=0.0.015%,含磷量<=0.015％) (3)钢材按脱氧程度分为：

沸腾钢（脱氧不充分，大量一氧化碳气体外溢造成沸腾。缺点致密程度差、冲击韧性

和可焊接性差，优点消耗少量脱氧剂、成本低），代号F 镇静钢（组织致密、汽泡少、偏析程度低）、代号Z 半镇静钢（性能介于沸腾钢与镇静钢之间）、代号、b 特殊镇静钢（比镇静钢脱氧更充分）、代号TZ 2建筑钢材的主要性能：

（1） 抗拉性能。注意图2-1，P27

低碳钢拉伸到断裂经历四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段/颈缩阶段。 土木工程中钢材弹性模量为（2.0～2.1）*MPa

（2） 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情况下突然放声脆性断裂破坏的现象称为疲劳破坏

（3） 工艺性能：冷弯性能（d/a越小表示冷弯性越好）、焊接性能 3、 注意表2-1、2-2 P34，直到各种元素如何改变钢材哪些性能。 4、 冷加工强化与加工

（1） 冷加工强化的机理：金属的塑性变形是通过位错运动来实现的。位错是指原子

行列间相互滑移形成的线状缺陷。

（2） 冷加工强化方法：冷拉、冷拔、冷轧 （3） 时效处理：

自然时效——常温下存放15～20天，适合于低强度钢筋 人工时效——加热到100～200度后保持一定时间（2～3h），适合于高强度钢筋 (4）热处理：淬火、回火、退火、正火 5、常用金属的性质 （1）炭素结构钢

1.牌号及其表示方法：

牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法按顺序组成。例如：Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。

随着牌号的增大，含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高钢材的质量越好，如Q235C级优于Q235A和Q235B级 2.了解炭素结构钢技术性能与应用

（2）优质炭素结构钢：普通含锰量、高含锰量

1.优质炭素结构钢表示方法：以平均含碳量（以0.01％为单位）含锰量脱氧程度代号组合而成。如“10F”表示平均含碳量为1.10％的沸腾钢，“45Mn”表示平均含碳量为0.45％较高含锰量镇静钢。

（3）低合金钢分为：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号，每个牌号根据硫、磷

等元素含量分成A、B、C、D、E五个等级。表示方法：“Q”+屈服强度值+质量等级，如Q345B表示屈服强度不低于345MPa质量等级为B级的低合碳结构钢。 6、了解钢结构用钢 7、钢材的腐蚀与防护

2

（1）化学腐蚀——钢材与介质放生化学反应生成疏松氧化物造成的腐蚀，干燥环境中缓慢，温度高和湿度大时反应速度加快。

（2）.电化学反应——原电池反应，阳极区——金属电子失电子，阴极区——得到电子 (3)防护

钢材防腐：采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖、混凝土钢筋防锈 钢材的防火

第三章 无机胶凝材料

1、气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料

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强度，如石膏、石灰、水玻璃等

水硬性胶凝材料——既能在空气中还能在水中硬化、保持和发展强度，如各种水泥。 2、胶凝材料的分类：

有机胶凝材料：沥青、各种树脂

无机胶凝材料：气硬性（石膏、石灰、水玻璃）、水硬性（各种水泥） 3、石灰

（1）石灰硬化与熟化

石灰熟化——生石灰（氧化钙）与水反应生成氢氧化钙（又称熟石灰、肖石灰），体积增大1～2.5倍，放热。

石灰的硬化：干燥结晶硬化过程、碳化过程

(2) 石灰性质与技术要求

性质：可塑性好、硬化缓慢强度低、硬化时体积收缩大、耐水性差、吸湿性强。 了解技术要求P57

（3）石灰的应用：石灰乳、配置砂浆、石灰土和三合土、制作硅酸盐制品 4、了解石膏P59

5、水玻璃（俗称泡花碱）——碱金属与二氧化硅组合而成的硅酸盐。

常用的有硅酸纳水玻璃、硅酸钾水玻璃。生产方法有湿法和干法。水玻璃的硬化P。 水玻璃的性质：粘结能力强、不燃烧耐高温、耐酸性强、不耐水、不耐碱。

水玻璃的应用：涂刷材料表面、配置防水剂、用于土壤加固、其他——配置耐酸耐热混凝土等。 6、硅酸盐水泥

（1）分类：通用水泥、专用水泥、特性水泥

（2）生产与基本组成：不掺混合材料的称为I型代号P·I，掺缛量不超过水泥质量5％的

石灰石或粒化炉渣混合材料的称为II型，代号P·II。注意表3-5P67 （3）水化硬化：

1水泥熟料的水化：

硅酸三钙水化——生成物C-S-H凝胶（水化硅酸钙）、氢氧化钙 铝酸二钙水化——生成物水化硅酸钙

铝酸三钙的水化——生成物水化铝酸钙C3A，C3A最终产物与石膏掺入量有关初生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石AFt）后生成单硫型水化硫铝酸钙AFm 铁相固溶体的水化 注意表3-6 P68

2.水泥硬化过程P68，影响硬化的因素：熟料矿物成分、水泥的细度、用水量、养

3

护时间、石膏掺量、湿度、温度 （4）硅酸盐水泥的技术要求：

1不溶物：I型硅酸盐水泥不溶物不超过0.75％，II型不超过1.50％ 2烧失量：I型硅酸盐水泥烧失量不超过3.0％，，II型不超过3.5％ 3氧化镁：氧化镁含量不超过5.0％ 4三氧化硫：不超过3.5％ 5细度：

6凝结时间：初凝时间不早于45min，终凝时间不迟于6.5h

7安定性——水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。引起安定性不良的因素：熟

料中游离氧化镁过多、石膏掺量过多、熟料中游离氧化钙过多。 8强度：

9碱：水泥含碱不得大于0.60％

凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性任一项不符合标准规定时为废品，凡细度、

终凝时间任一项不符合标准或混合材料掺入量超过最大限量和低于商品强度等指标时为不合格品。 （5）腐蚀与防止：

腐蚀： 1软水腐蚀2硫酸盐腐蚀3镁盐腐蚀4一般酸腐蚀5碳酸腐蚀6强碱腐蚀

防止：1根据侵蚀环境合理选择水泥及熟料矿物组成2提高水泥的密实度，改善结构3

加做保护层

7、其他通用水泥

（1）活性混合材料：1粒化高炉矿渣2粉煤灰3混山灰质混合材料 (2)不同硅酸盐水泥的特点：表3-10 P77 （3） 1铝酸盐水泥主要成分铝酸一钙CA和二铝酸一钙CA2及少量其他铝酸盐。适用于紧

急工程、国防、道路、特殊抢修工程。施工不与石灰和硅酸盐水泥混合

2快硬硫铝酸盐水泥主要成分无水硫铝酸钙和硅酸二钙。适用于冬季施工、抢修、堵漏

等

3道路硅酸盐水泥要求：耐磨、收缩小、抗冻性好、抗冲击性好抗折强度好、耐久性

第四章 混凝土与砂浆

1、按体积分类：重混凝土（密度2600）、轻混凝土（<1950）、普通混凝土（1950～2600） 2、普通混凝土组成材料： (1)集料

集料分类：粗集料、细集料

集料技术性能对混凝土的影响：1颗粒级配及粗细程度2颗粒形态和表面特征3强度

（抗压强度——边长为50mm的立方体试件在饱和水状态下测定的抗压强度值）4坚固性 ……

（2）混凝土外加剂：

分类：1改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如引气剂泵送剂

2调解混凝土凝结时间硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂合速凝剂 3改善混凝土耐久性的外加剂，如引气剂、防水剂、阻锈剂

4改善混凝土其他性能的外加剂，如加气剂、膨胀剂、防冻剂、

减水剂的机理及作用：表面活动性作用蚀引起减水剂增强作用的主要原因。

常用的减水剂：木质素系减水剂、多环芳香族磺酸盐系减水剂、

4

水溶性树脂系减水剂、

缓凝剂

引气剂特性：改善混凝土拌合物的和易性、提高混凝土的抗渗性、降低混凝土强度、

降低混凝土弹性模量、不能用于预应力和蒸汽养护混凝土。

（4） 混凝土掺合料：先掺法、后掺法、同掺法 3、混凝土拌合物的性能：

（1）1和易性——混凝土拌合物易于施工并能够获得质量均匀，成型密实的混凝土的

性能，包括流动性、粘聚性、保水性

2和易性的测定方法：坍落度与坍落度扩展法、维勃稠度法

3影响和易性的因素：水泥品种、集料的性质、水泥浆数量、砂率（砂的质量占

砂石总质量的百分比）、外加剂、时间和温度

4和易性调整和改善P109

5新拌混凝土的凝结时间6～10h 4、 硬化后混凝土的性能

（1） 混凝土抗压强度——将混凝土拌合物制作成150mm立方体试件，在标准条件

下，养护到28天测得的抗压强度值。 影响混凝土强度的因素：

1原材料因素：水泥强度、水灰比（水泥强度相同时，水灰比越小混凝土强度越高）、集料种类质量和数量

2生产工艺因素：施工条件、养护条件

3试验因素：试件形状尺寸、表面状态、含水程度、加荷速度、试验机的刚度

（2） 混凝土的变形性能：

1化学收缩——水泥水化生成的固体体积比未水化水泥和水总体积小，使混凝土产生收缩

2干湿变形。影响干缩的原因：水泥品种及细度、用水量与水泥用量、集料的种类与数量、养护条件

3温度变形——热胀冷缩引起的混凝土的变形 4短期荷载作用下的变形

5长期何在作用下的变形——徐变

5、 混凝土的耐久性：

1抗渗性——混凝土抵抗压力水渗透的能力。影响因素有：水灰比、集料最大

粒径、养护方法、水泥品种、外加剂、掺合料、龄期

2抗冻性 3抗侵蚀性 4混凝土碳化 5碱集料反应

6提高耐久性的措施：合理选用水泥品种、采用较小的水灰比保证水泥用量、

选择质量良好级配合理的集料和合理的砂率、掺用适量引气剂和减水剂、加强混凝土生产控制

6、 混凝土级配比设计P125 7、 其他混凝土

高性能混凝土（寿命长、较高体积稳定性、良好施工性能、一定强度和密实度） 其他的几类P138

8、 砂浆

（1） 砂浆的分类：按用途分 砌筑砂浆、抹面砂浆

按用材分 水泥砂浆、 石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆

（2） 砂浆组成材料：胶结材料、砂、掺加料（改善砂浆和易性，对砂浆强度无直接

5

贡献，包括石灰膏、粘土膏、电石膏、粉煤灰、水、外加剂）

（3） 砂浆主要技术性质及测试：

1流动性——用稠度表示

2保水性——砂浆保持水分的能力——用分层度表示

（4） 抹面砂浆——涂抹在基底材料的表面，兼有保护基层和增加美观作用的砂浆。

特点：抹面层不承受荷载、有足够的粘结度、抹面层多为薄层、多用于干燥环境且大面积暴露在空气中

第五章 砌体材料 1、种类：砖、板材

2、砌块——用于砌筑的人造块材。

（1）分类：按空心率分为空心砌块和实心砌块，按所用原料分水泥混凝土砌块、加气混

凝土砌块、粉煤灰砌块、石膏砌块、烧结砌块

（2）常用砌块：蒸压加气混凝土砌块、普通混凝土小型空心砌块

第六章 沥青和沥青混合料

1、沥青的分类：1地沥青：天然沥青、石油沥青

2交游沥青：煤沥青、页岩沥青

2、沥青的基本组成：三组分分析法——油分、树脂、沥青质

四组分分析法（我国在用）——沥青质、保和分、芳香分、胶质 3、石油沥青的主要性质及其测试方法：

（1）粘滞性——定义：内部阻碍相对流动的性质——评价指标：针入度

（2）塑性——定义：受外力作用产生不可恢复变形的性质——评价指标：延度

（3）温度敏感性——定义：粘滞性、塑性随温度升降而变化的性质——评价指标：软

化点、针入度指数

（4）大气稳定性——定义：在大气综合因素长期作用下抵制老化的性能——评价指标：

蒸发损失和蒸发后针入度 （5）其他性质

4、石油沥青的技术要求：按针入度分40号、30号、10号。详细 P177 5、改性沥青与乳化沥青

（1）改性沥青类型：橡胶改性沥青、树脂改性沥青、橡胶和树脂改性沥青、矿物填充

了改性沥青

（2）乳化沥青的优点：冷态施工节约能源、便利施工节约沥青、保护环境保护健康 6、沥青混合料的性质及其测试方法

（1）高温稳定性——影响因素：沥青用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料的尺寸等。

——用马歇尔试验的稳定度和流值评定

（2）低温抗裂性 （3）耐久性——定义：受个中外界因素长期作用而不破坏的性能——用马歇尔试验的空

隙率、沥青饱和度、残留稳定度评定

第七章 合成高分子 1、分类：

(1)线型聚合物——可软化甚至熔化

（2）体型聚合物——加热不软化、不流动

6

（3）支链型聚合物

2、合成高分子材料的性能特点：

（1）优点：1优良的加工性能 2质轻 3导热系数小 4化学稳定性较好 5电绝缘性

好 6功能可设计性强 7出色的装饰性能

（2）缺点：1易老化 2可燃性及毒性 3耐热性差 3、建筑塑料

（1）建筑塑料的基本组成：1合成树脂

2添加剂：填料、增塑剂、其他添加剂

（2）建筑塑料分类及主要性能：

分类：热塑性塑料、热固性塑料 性能 表7-1 P208

（4） 塑料型材及管材：

1塑料型材：塑料地板、塑料门窗、塑料墙纸、玻璃钢建筑制品 2塑料管材：硬质聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、其他塑料管材

第八章木材

1、木材的性能：

（1）木材含水率及吸湿性 （2）木材的湿胀干缩与变形

（3）木材的强度：顺纹强度比逆纹大，顺纹抗拉、抗压和抗弯 详细 P219

2、木材制品：条木地板、拼花木地板、强化木地板、胶合板等 3、木材的腐朽与防腐：

（1）木材防虫 （2）木材防火

第九章 建筑功能材料

1、功能：防水、防火、绝热、采光、防腐等 2、防水材料分类：柔性材料、刚性材料 3、绝热材料的性能：

（1）影响绝热系数的因素：材料组成、微观结构、孔隙率、孔隙特征、含水率

详细 P234

（2）常用无机绝热材料：多孔轻质类无机绝热材料 、纤维状无机绝热材料（矿物棉、

玻璃纤维） 泡沫状无机绝热材料（泡沫玻璃、多孔混凝土）

常用有机绝热材料：泡沫塑料、硬质泡沫橡胶 4、吸声材料的性能要求——吸声系数越高吸声效果越好

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