土木工程材料公式類

土木工程材料公式類土木工程材料公式類第1章土木工程材料的基本性質(zhì)密度ρ：絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下。實(shí)體。試樣-干燥至衡重的粉末，李氏瓶排液法。表觀密度ρ0：自然狀態(tài)下。實(shí)體+孔隙。試樣-塊體，直接測(cè)，排液法。粉末近似視作密度。堆積密度ρ0’：粉或顆粒在自然堆積狀態(tài)下。分為松散和振實(shí)。實(shí)體+孔隙+顆?？障丁Ｔ嚇?顆粒堆，固定體積法。密實(shí)度：材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)填充程度孔隙率：材料內(nèi)部空隙的體積占其總體積百分率開口孔隙率：開口孔的孔隙率；閉口孔隙率：閉口孔的孔隙率50~200μm2.0nm~20μm20nm填充率：堆積體積中，被散粒狀材料填充程度空隙率：堆積體積中，顆粒間空隙體積占總體積百分比親水性：能被水潤濕憎水性：不能被水潤濕接觸角（潤濕邊角）：指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液交界線之間的夾角。θ≤90°親水θ>90°憎水吸水性：材料接觸水時(shí)吸收水分的性質(zhì)吸水率：材料吸水飽和時(shí)所吸水量占材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量百分比體積吸水率：材料吸水飽和時(shí)所吸水量占材料自然狀態(tài)下體積百分比吸濕性：在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。用含水率表示。含水率：材料含水質(zhì)量占干燥質(zhì)量的百分率。耐水性：在飽和水的長期作用下維持不破壞其強(qiáng)度也不明顯降低的性質(zhì)。用軟化系數(shù)表示軟化系數(shù)：飽水狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度與干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度的比值。大于0.85為耐水材料抗?jié)B性：抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。防水材料用抗?jié)B系數(shù)K表示，普通材料用抗?jié)B等級(jí)P表示抗凍性：飽水狀態(tài)抵抗多次凍融循環(huán)而不破壞也不降低強(qiáng)度的性質(zhì)。用相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失率表示導(dǎo)熱性：將熱量從溫度高的一側(cè)傳遞到溫度低的一側(cè)的能力，用導(dǎo)熱系數(shù)表示熱容量：材料受熱吸收或冷卻放出熱量的性質(zhì)，用比熱容表示強(qiáng)度：在荷載作用下抵抗破壞的能力比強(qiáng)度：單位體積質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度脆性：外力作用時(shí)不產(chǎn)生明顯變形就破壞的性質(zhì)韌性：在沖擊、振動(dòng)荷載下吸收大量能量承受較大變形而不突然破壞的性質(zhì)。用沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)。第2章氣硬性膠凝材料膠凝材料：經(jīng)物理、化學(xué)作用，能將散粒材料或塊狀材料膠結(jié)成整體的材料氣硬性膠凝材料：石膏、石灰、水玻璃、鎂氧水泥原料：碳酸鈣為主要成分的天然巖石，石灰石、白云石、白堊煅燒：石灰石CaCO3煅燒成生石灰CaO，溫度在1000~1100℃。太低有碳酸鈣，欠火石灰；太高有大塊熔融物，過火石灰。熟化：生石灰CaO與水生成消石灰Ca(OH)2。陳伏避免碳化，消除欠火石灰和過火石灰。硬化：結(jié)晶、碳化凝結(jié)硬化慢、強(qiáng)度低4）體積收縮大¤2.3石膏石膏：主要成分是硫酸鈣原料：天然二水石膏CS·2H，天然無水石膏CS和二者混合物熟石膏：半水石膏CS·1/2H65~75℃二水脫水，107~170℃半水，170~200℃可溶性硬石膏，400~750℃不溶性硬石膏，800℃以上有氧化鈣，重新開始溶解α（高強(qiáng)石膏）：0.13MPa，124℃過飽和蒸汽條件下蒸煉脫水；β水石膏（建筑石膏）：窯爐脫水硬化原理：半水石膏與水變二水石膏特性：1）凝結(jié)時(shí)間短2）微膨脹性3）孔隙率大4）耐水性差5）抗火性好6）塑性變形大¤2.3水玻璃水玻璃：可溶硅酸鹽生產(chǎn)方法：碳酸鈉與二氧化硅煅燒生成硅酸鈉硬化：硅酸鈉與二氧化碳生成碳酸鈉特性：2）3）防水水泥：屬于水硬性膠凝材料水化：某材料加水后凝結(jié)混合材：改善性能，調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級(jí)水泥熟料原料：含鈣質(zhì)CaO,硅質(zhì)SiO2,調(diào)節(jié)原料工藝：按比例磨成細(xì)粉，燒至部分熔融成品：CaCO3少于*66%主要，CaO,SiO2*質(zhì)量比不小于2.0，硅酸三鈣，硅酸二鈣，鋁酸三鈣，鐵鋁酸四鈣凝結(jié)：開始水化，膠體狀產(chǎn)物增多，形成疏松網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿失去可塑性，但尚未具有一定強(qiáng)度硬化：強(qiáng)度明顯發(fā)展，成為水泥石石膏（CaSO4·2H2O）作用：延緩水泥凝結(jié)，便于施工閃凝、急凝：鋁酸三鈣與水反應(yīng)太快，水化鋁酸鈣形成晶體，過早凝結(jié)，質(zhì)地粗糙，放熱巨大。石膏解決閃凝原因：石膏與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成高硫型水化硫鋁酸鈣AFt（鈣礬石），單硫型水化硫鋁酸鈣AFm。鈣礬石形成保護(hù)膜，但仍會(huì)繼續(xù)水化水化產(chǎn)物：凝膠類：水化硅酸鈣CSH，水化鐵酸鈣CFH晶體類：氫氧化鈣CH，水化鋁酸鈣C3AH6，水化硫鋁酸鈣C3A·C3H3*比例：完全水化CSH70%，CH20%，C3A·C3H31）40μm大于300m2/kg凝結(jié)時(shí)間：初凝時(shí)間：加水到失去可塑性。不小于390min（6.5h）標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)稠度：測(cè)度儀上試錐下沉28mm±2mm凈漿3）體積安定性：加水硬化后體積變化的均勻性。不良就是變化不均勻原因：游離氧化鈣、游離氧化鎂或石膏（或三氧化硫）過量。早期水化延遲而膨脹。游離氧化鈣為煮沸法：試餅法或雷氏夾法。游離氧化鎂（42.5，52.5，62.5R水化熱：與水泥細(xì)度和熟料礦物組成有關(guān)。越細(xì)越高。混凝土熱不良導(dǎo)體，內(nèi)外溫差導(dǎo)致開裂。6）7）廢品：體積安定性（游離氧化鈣、氧化鎂、三氧化硫），初凝時(shí)間。不得使用。不合格品：細(xì)度，終凝時(shí)間，不溶物，燒失量，混合料太多，強(qiáng)度太低，不合格品。酌情使用或重新加工。水泥石侵蝕：水泥石在侵蝕介質(zhì)作用下，逐漸遭受侵蝕，強(qiáng)度降低，甚至破壞1）軟水侵蝕（溶出性侵蝕）：先表面碳化再使用。2）硫酸鹽腐蝕：硫酸鹽跟氫氧化鈣生成硫酸鈣和鈣礬石，脹壞水泥，“水泥桿菌”是鈣礬石酸鹽破壞碳酸腐蝕：碳酸跟氫氧化鈣生成碳酸鈣，再生產(chǎn)碳酸氫鈣，溶于水堿腐蝕：強(qiáng)堿與水化鋁酸鈣反應(yīng)氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等成分溶于水，與水中成分反應(yīng)1）選擇品種2）減少用水，提高密實(shí)度3）摻混合材水泥共性：1）密度小2）早強(qiáng)低3）溫度敏感，適合蒸汽養(yǎng)護(hù)4）水化熱小5）耐腐蝕性好6）抗凍、耐磨、抗碳化不如硅酸鹽水泥和普通水泥鋁酸鹽水泥：鋁礬土和石灰石為原料，煅燒后含鋁酸鈣、氧化鋁主要成分：鋁酸一鈣、二鋁酸一鈣、少量硅酸二鈣適用范圍：早強(qiáng)、緊急搶修、冬季施工、耐熱禁用范圍：高溫高濕、大體積、整齊養(yǎng)護(hù)、堿性環(huán)境、硅酸鹽類水泥混用2800kg/m31950~2800kg/m31950kg/m3按膠凝材料分類、按流動(dòng)性分類、按用途分類、按生產(chǎn)加工方法分類3030~6060~100100MPa*70%左右、水作用：水泥、水連續(xù)相，骨料分散相。硬化后骨料具有骨架作用，減小變形，提高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐磨混凝土特性：已塑、經(jīng)濟(jì)、安全、耐火、多用、耐久抗拉強(qiáng)度低、延展性差、自重大、比強(qiáng)度低、體積不穩(wěn)定性品種選擇：泵送不用火ft灰強(qiáng)度等級(jí)：水泥強(qiáng)度等級(jí)與混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)想適應(yīng)。水泥為混凝土的1.5~2.0倍細(xì)骨料：（φ0.15~4.75mm）：天然砂和人工砂粗骨料：（φ>4.75mm）：卵石和碎石最大粒徑：骨料公稱粒級(jí)的上限強(qiáng)度：巖石抗壓強(qiáng)度測(cè)定法。氣干石子裝入標(biāo)準(zhǔn)筒然后加載荷壓碎，稱取質(zhì)量。再過篩稱取篩余量含水狀態(tài)：干燥、氣干（含水與大氣平衡）、飽和面干水減水劑：普通、高效、早強(qiáng)、緩凝、引氣（不可高溫養(yǎng)護(hù)）。表面活性劑，親水基指水，憎水基指空氣或固體。木鈣，奈系，樹脂，聚羧酸（最高效）a.減少水，增大流動(dòng)性，降低水灰比，改善孔結(jié)構(gòu)、提（孔隙含水飽和，表面干燥）、濕潤堅(jiān)固性：抗凍要求。硫酸鈉溶液法檢驗(yàn)粗細(xì)程度：不同粒徑的顆?；旌衔锏钠骄旨?xì)程度。砂用細(xì)度模數(shù)表示，越大越粗。石用累計(jì)篩余百分率。顆粒級(jí)配：砂大小顆粒的搭配情況。砂用級(jí)配區(qū)表示。石用最大粒徑表示。級(jí)配相同細(xì)度模數(shù)一定相同，細(xì)度模數(shù)相同級(jí)配不一定相同太粗和易性不好控制，內(nèi)摩擦大，不易振搗成型；太細(xì)水泥更多，強(qiáng)度變低測(cè)定方法：篩分法高密實(shí)度，減少水泥用量早強(qiáng)劑、引氣劑、緩凝劑、速凝劑、防凍劑、膨脹劑、泵送劑、阻銹劑粉煤灰：活性作用硅粉：增稠保水，提高強(qiáng)度，提高密實(shí)度沸石粉：改善和易性，提高強(qiáng)度和易性：拌合物便于施工能獲得均勻、密實(shí)混凝土的綜合性能。坍落度和維勃稠度測(cè)定。包括：流動(dòng)性：自重或振搗下流動(dòng)的性能。取決于稠度。粘聚性：抗離析、分層性能。保水性：保持水分不析出的性能。常壓泌水率和壓力泌水率也能評(píng)判保水性。影響因素：1）水泥漿量和水灰比2）砂率：混凝土中砂的質(zhì)量占砂、石總質(zhì)量的百分率。隨著砂率增大，流動(dòng)性先大后小。增大因?yàn)闇p少摩擦，減小因?yàn)橛盟疁p少。3）組成材料。組成性質(zhì)與比例，組成之間化學(xué)反應(yīng)，外部客觀因素水灰比：過大：干稠，流動(dòng)性低；過?。罕Ｋ浴⒄尘坌圆涣?，影響強(qiáng)度砂率：過大：比較面積太大，空隙率大，流動(dòng)性差；太?。嚎障堵蚀?，保水性、粘聚性不良合理砂率：水和水灰比一定，最大流動(dòng)性；流動(dòng)性一定，水泥用量最少；坍落度法：分三層放入圓形錐筒內(nèi)，每層高1/325振搗棒輕輕敲擊新拌混凝土錐體，四周下沉則粘聚性好。倒塌崩裂或離析，則粘聚性差。稀漿從底部析出，骨料外露則保水性差。適用范圍：骨料最大粒徑不大于40mm，坍落度值不小于10mm10~40mm50~90mm，100~150mm160mm10mm1）構(gòu)件截面越小，坍落度越大2）鋼筋越密，坍落度越大3）振搗強(qiáng)，坍落度可小4）施工工藝直接決定坍落度選擇改善和易性：1）降低砂率；2）改善級(jí)配；3）采用粗大的砂石；4）坍落度小時(shí)，水灰比不變，增加水泥漿或外加劑；坍落度大但粘聚性好時(shí)，保持砂率，增加砂石注：粉煤灰不增大流動(dòng)性；水泥初終凝和混您股初終凝不一樣混凝土宏觀缺陷：基體：微裂紋、孔隙骨料：微裂紋界面區(qū)：界面裂紋→A裂縫增長→B→（裂縫緩慢增長）→C→（迅速開裂）→Ⅳ連續(xù)裂縫迅速發(fā)展立方體抗壓強(qiáng)度fcu標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度：150mm的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d立方體試樣的抗壓強(qiáng)度影響因素：（1）尺寸效應(yīng)：越大抗壓強(qiáng)度越差環(huán)箍效應(yīng)：壓板與被壓表面有摩擦力，對(duì)試件起橫向膨脹約束作用。破壞后成棱錐體（2）加載越快越高；（3）高度越高越低；（4）越粗糙越高；（5）偏心越大越低；強(qiáng)度等級(jí)：C7.5，C10~C80（每5MPa一級(jí)）劈裂抗拉強(qiáng)度3）軸心抗壓強(qiáng)度4）抗折強(qiáng)度影響因素：1）2）粘結(jié)強(qiáng)度3）4）5）6）齡期提高強(qiáng)度方法：1）提高水泥強(qiáng)度，降低水灰比2）用好骨料3）摻入外加劑4）摻入摻合料5）采用機(jī)械攪拌振搗6）采用高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)7）采用裹石法8）采用磁化水變形：總體積或局部體積變化按齡期分：1）早期變形；2）硬化中變形；3）硬化后變形按間距分：1）相向變形；2）背向變形按載荷分：1）非載荷作用變形；2）載荷作用變形按時(shí)間分：1）短期在和產(chǎn)生彈塑性變形；2）長期在和產(chǎn)生徐變化學(xué)減縮：沒有干燥和其他外界因素，水化作用和凝結(jié)硬化導(dǎo)致體積縮小干縮：空氣中混凝土失水，體積收縮。放入水中后膨脹，稱為濕脹自收縮：初凝后隨著水化進(jìn)行，恒溫恒重下體積減縮。原因是微細(xì)孔中自由水量降低，產(chǎn)生毛細(xì)孔應(yīng)力*干縮是水分?jǐn)U散到外部，自收縮是水分被內(nèi)部消耗4）包括（1）冷縮開裂（2）溫差變形（分層澆筑解決）（3）極端溫度變化（大體積混凝土，加添加劑，溫度鋼筋）5）碳化收縮：水化物與大氣中CO2影響收縮的因素：1）水泥用量和品種：水泥用量越大，干縮越大；摻合料水泥收縮更大骨料用量和質(zhì)量：增加骨料、采用彈性模量高的骨料，減小收縮水灰比：水越少收縮越少外加劑5）減少收縮措施：1）水化熱低的水泥，少用水泥2）減少水3）選用熱膨脹低，彈性模量高的骨料4）外加劑5）預(yù)冷卻原材料6）分縫分塊7）埋設(shè)冷卻管8）表面絕熱9）蒸汽養(yǎng)護(hù)徐變大的原因：1）水泥用量多2）強(qiáng)度發(fā)展慢3）水灰比大4）骨料少5）早齡期就加荷載6）齡期短7）應(yīng)力水平高8）環(huán)境濕度小彈性模量2）3）1）2）齡期長，模量大3）水灰比小，越密實(shí)，模量大4）骨料多，骨料模量大，模量大5）引氣劑降低模量耐久性：混凝土在長期使用過程中，抵抗因服役環(huán)境外部因素和材料內(nèi)部原因造成的侵蝕和破壞，而保持其原有性能不變的能力抗?jié)B性：混凝土抵抗壓力液體滲透的能力?？?jié)B等級(jí)表示。用抗?jié)B加壓法和電通量法。因素：（1）低水灰比（2）礦物摻合料（3）減水劑（4）引氣劑（5）養(yǎng)護(hù)抗凍性：飽水狀態(tài)下，混凝土能經(jīng)受多次凍融循環(huán)不破壞，也不降低性能。慢凍法，快凍法，鹽凍法。因素：（1）密實(shí)度（2）孔洞（3）充水度鹽凍：1）滲透壓增大，吸水多，結(jié)冰壓大；2）結(jié)晶壓力；3）分層結(jié)冰應(yīng)力差因素：（1）引氣（2）硅酸鹽或普通（3）降低水膠比，不加硅土（4）增加保護(hù)層碳化：二氧化碳與水化物反應(yīng)。強(qiáng)堿性被二氧化碳中和后腐蝕鋼筋。因素：CO2，水分氯離子擴(kuò)散：氯離子破壞鈍化膜因素：保護(hù)層，水灰比，水泥用量硫酸鹽：內(nèi)外硫酸鹽生成鈣礬石、石膏、MgSO4綜合影響、鈣硫硅鈣石因素：石灰石，硫酸鹽，低溫。使用C3A低的水泥，加保護(hù)層，用雙摻水泥，加外加劑堿骨料反應(yīng)：水泥中堿性氧化物與骨料中活性SiO2離澆筑時(shí)間久順筋和網(wǎng)狀開裂裂縫邊緣凹凸不平（4）越濕越厲害有凝膠滲出因素：（1）堿含量活性氧化硅碳酸鹽含量骨料直徑（4）水分溫度防治：（1）避免堿活性骨料限制堿含量干燥摻合料引氣劑1）2）3）低水需摻合料1）2）降低水泥漿用量1）2）避免C3A高（4）1）2）（5）使用引氣劑降低膠凝材料用量1）2）強(qiáng)度分布規(guī)律：正態(tài)分布*混凝土強(qiáng)度評(píng)定鑒定方法單獨(dú)配合比設(shè)計(jì)需要滿足：和易性、強(qiáng)度、耐久性最大水灰比，最小水泥用量（滿足混凝土施工性能和摻加礦物摻和料后滿足混凝土耐久性），礦物摻合料最大摻量（提高耐久度）2.06%的鐵碳合金按化學(xué)成分分類：1）碳素鋼：低碳合金鋼：低合金（10%）按冶煉脫氧分類：1）沸騰鋼）：有氣泡和雜志，質(zhì)量差，成本低2）鎮(zhèn)靜鋼（Z）：澆筑后平靜地冷卻凝固，基本無氣泡。機(jī)械性能好，成分均勻，品質(zhì)高，成本高3）特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）：脫氧更充分。特別重要的工程4）半鎮(zhèn)靜鋼（B）：脫氧程度與性能介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間抗拉強(qiáng)度：彈性階段：彈性極限σp；屈服階段：屈服極限σs；強(qiáng)化階段：抗拉強(qiáng)度/極限強(qiáng)度σb；頸縮階段沖擊韌性：抵抗沖擊荷載的能力。用沖擊韌性值衡量。隨著溫度降低，沖擊韌性急劇下降，為低溫冷脆效應(yīng)疲勞強(qiáng)度：在交變荷載反復(fù)作用下應(yīng)力遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度發(fā)生破壞。與抗拉強(qiáng)度相關(guān)疲勞原因：（1）內(nèi)部缺陷（晶界、微孔、夾雜物等）；（2）成分偏析；（3）過大的內(nèi)應(yīng)力，截面沿縱向的突變；（4）表面狀態(tài)；鋼材的塑性隨著含碳量增加而變差屈服現(xiàn)象：形變?cè)黾樱瑧?yīng)力不增加屈強(qiáng)比：屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度是衡量鋼材強(qiáng)度的兩個(gè)重要指標(biāo)，二者之比稱為屈強(qiáng)比。越小越堅(jiān)固。太小利用率低太大脆性太大。屈強(qiáng)比最好在0.60~0.75冷彎性能：在常溫下承受彎曲變形的能力。用彎曲角度和彎心直徑與剛才直徑厚度比值衡量。角度越大，比值焊接性能：電弧焊和接觸對(duì)焊。檢驗(yàn)方法是試件拉伸和原位非破損檢驗(yàn)時(shí)效敏感性：經(jīng)過冷加工的鋼材在常溫下放置，隨著時(shí)間延長，鋼材呈現(xiàn)出強(qiáng)度提高，而塑性和沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為鋼材的時(shí)效熱加工：是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的壓力加工，常用鍛造、熱壓、扎制等多種方式熱加工的作用：使內(nèi)部氣泡焊合，酥松結(jié)構(gòu)致密，晶粒細(xì)化熱加工效果：提高鋼材的強(qiáng)度、塑性和質(zhì)量冷拉、冷拔：提高屈服強(qiáng)度，降低塑性韌性重復(fù)拉伸：屈服強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低，可焊形變差，硬脆傾向增加主要成分：碳（越多強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性、耐腐蝕性、可焊性下降），有益成分：硅（增加強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性，太多反而降低，增加冷脆性和時(shí)