第一章土木工程材料分类按化学成分和材料在工程中的作用。化学成分：无机材料、有机材料和复合材料。工程中的作用：结构承重材料、墙体维护材料和建筑功能材料。结构承重材料有较好的强度和耐久性。墙体围护材料在建筑中起围护、分隔与承重作用，有较好的绝热性能和隔音吸声效果。建筑功能材料是指担负某些建筑功能的非承重材料。建筑的安全性与可靠度主要取决于结构承重材料，而建筑物的使用功能与建筑质量水平决定于建筑功能材料。土木工程材料通常站工程总造价的比例高达60%以上。材料测试技术：（1）取样：取样原则为随机取样 （2）仪器的选择：称量要有一定的精准度，对实验机量程也有选择要求。（3）实验 （4）结果计算与评定 实验条件：（1）温度：25摄氏度（2）适度，试件的湿度越大，测得的强度越低 （3）试件的尺寸与受荷面平整度：同一材料，小试件强度比大试件强度高 （4）加荷速度 加荷速度越快，试件的强度越高。技术标准主要是对产品与工程建设的质量、规格及其检验方法等所作的技术规定。技术标准通常分为基础标准、产品标准和方法标准。工程材料技术标准分为国家标准（GB）、行业标准（SL、JTJ、JGJ）、地方标准（DB）和企业标准（QB）。标准的表示方法：系由标准名称、部门代号、编号和批准年份等组成。第二章材料的组成包括材料的化学组成、矿物组成和相组成。相组成：具有相同的物理化学性质的均匀部分成为相。自然界中的物质分为气相、液相、固相三种形态。凡是由两相以上的物质组成的材料称为复合材料。所谓界面，从广义来讲是指多相材料中相与相之间的分界面。在实际材料中，界面是一个薄弱区，它的成分及结构与相是不一样的，他们之间是不均匀的，可以将其看作是“界面相”。材料的结构可分为宏观、细观和微观结构。宏观结构：按组织结构特征分为（1）致密结构 一般强度较高，吸水性较小，抗渗性、抗冻性较好，绝热性较差。（2）多孔结构：按组织构造特征分为：（1）堆聚结构（2）纤维结构（3）层状结构（4）散粒结构。材料密度：在绝对密实下：ρ=M/V, V——在绝对密实状态下的体积。除金属、玻璃等少数接近于绝对密实的材料外，绝大多数材料均有孔隙。材料磨的越细，测得的体积越接近绝对密实状态下的体积。某些较致密的不规则的散粒材料的颗粒内部有封闭孔隙，测ρ时，常直接用排液法测定。表观密度：在自然状态下， Vo——在自然状态下的体积。表观体积。：
V0是指包括材料内部空隙在内的体积。堆积
密度：是指散粒材料在堆积状态下 Vo’——材料的堆积体积。密实度：密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。 孔隙率：孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占材料总体积的百分率 填充率：是指散粒材料在某些堆积体积内，被其颗粒填充的程度 空隙率：指散粒材料在某些堆积体积内，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率 沿水滴表面的切线（γL）与水和固体接触面（γSL）所成的夹角θ称为润湿角，θ越小，表示材料能被水润湿的程度越高。润湿角θ<=90%时，称为亲水性材料，θ>90%时，称为憎水性材料。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率有质量吸水率和体积吸水率。质量吸水率是指材料吸水饱和时，其吸收水分的质量占材料干燥状态下质量的百分率 m1——吸水饱和后的质量，m——干燥至恒重的质量。体积吸水率是指材料吸水饱和时，其吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。 吸水性的影响因素：亲水或憎水；孔隙率；孔隙特征。吸湿性：材料在潮湿的空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示 m含——材料含水时的质量。当材料中的水分与空气湿度达到平衡是的含水率，称为平衡含水率。材料吸水达到饱和状态时的含水率即为吸水率。耐水性：材料在饱和水作用下不被破坏，并保持其原有性质的能力。耐水性用软化系数表示。软化系数的取值范围在0~1之间，其值越大，表明材料吸水饱和后的强度降低减少，其耐水性越好，通常认为软化系数大于0.85的材料是耐水性材料。抗渗性：抵抗压力水（或其他液体）渗透的性质称为抗渗性。抗渗系数越小，表示其抗渗性越好。用符号“P”和材料可承受的水压值（以0.1MPa）为单位来表示。如混凝土抗渗等级为P6,P8表示其分别能承受0.6Mpa，0.8Mpa的水压而不渗水。抗渗性的好坏，与材料的孔隙率与孔隙特征由密切关系。抗冻性以符号“F”和试件可承受的冻融循环次数表示，如混凝土的抗冻等级为F25，F50等，抗冻等级越高，材料抗冻性能越好。抗冻性主要与其孔隙率、孔隙特征、吸水性及抵抗胀裂的强度有关。对于室外温度低于-15摄氏度的地区，其主要工程材料必须进行抗冻性试验。材料传导热量的能力称为导热性。材料导热能力的大小可用导热系数λ表示。λ越小，导热性越低，其保温隔热性能越好。导热系数与材料的组成、孔隙率及孔隙特征由密切关系。材料受热时吸收热量或者冷却时放出热量的能力称为热容量。材料的温度变形性是指材料在温度升高或降低时其体积的变化。材料抵抗燃烧的性质称为耐燃性。可分为非燃烧材料、难燃材料、可燃材料和易燃材料。耐久性指使用过程中抵抗各种内外因素的作用而不破坏，长久保持其原有状态。这些破坏作用一般有物理作用、化学作用、生物作用。物理作用包括环境的温度、湿度的变化及冻融循环等对材料的作用。化学作用：包括酸、碱、盐类的水溶液或其他有害物质对材料的侵蚀作用。生物作用：包括菌类、昆虫等对材料的侵害作用。第三章胶凝材料：凡是在一定条件下，经过自身的一系列物理、化学作用，能将散粒或者块状材料黏结成整体的材料。胶凝材料按化学性质分为无机胶凝材料和有机胶凝材料。无机胶凝材料根据凝结硬化条件不同，分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，保持并发展其强度的无机胶凝材料。石膏胶凝材料是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。常用的有：建筑石膏，高强石膏和污水石膏水泥等。自然中存在的石膏原料有天然二水石膏（软石膏）矿石和天然无水石膏（硬石膏）矿石。后者只
2H2O开始脱水，能用于生产无水石膏水泥。水泥的制备：（1）将天然二水石膏在飞密闭的密炉中加热，当温度65~70摄氏度时，CaSO4·至107~170摄氏度时声称半水石膏CaSO4·（2）将天然二水H2O，CaSO4·H2O为主要成分的产品即为β型半水石膏，也就是建筑石膏。石膏置于具有0.13Mpa，124摄氏度过饱蒸汽条件下蒸炼，或置于某些盐溶液中煮沸，则脱水生成α型半水石膏。（3）当加热温度为170~200
摄氏度时石膏脱水成为可溶性硬石膏，与水调和后仍能很快凝结硬化。（4）当温度高于400摄氏度，石膏完全失去水分，称为不溶性硬石膏没事去凝结硬化能力，成为死烧石膏。若掺入适量激发剂可制成无水石膏水泥。（5）加热温度高于800摄氏度时，部分石膏粉接触的CaO起催化作用，该产品成为高温煅烧石膏，也称为地板石膏。建筑石膏的技术性质：（1）凝结硬化快，凝固时体积略有膨胀（2）制品孔隙率大，质量轻，保温性好，吸声性强（3）吸湿性强，耐水性差（4）防火性好，不宜长期在65摄氏度以上温度下使用。 建筑材料的用途：（1）用于室内抹灰及粉刷（2）制作石膏制品。石灰石时生产石灰的主要原料，主要成分是CaCO3，分为正火石灰，欠火石灰，过火石灰，生石灰的熟化：将生石灰加水，使之消解为消石灰——Ca(OH)2，此过程称为石灰的“消化”，“熟化”，“消解”，体积膨胀1-2.5倍。石灰的硬化：两个过程①结晶作用②碳化作用。 石灰的品种①块灰：由石灰石直接煅烧所得块状石灰，主要成分CaO ②消石灰粉：由生石灰加适量水消化所得的粉末，主要成分Ca(OH)2③石灰膏：由生石灰加3~4倍水消化而成的膏状可塑性浆体，Ca(OH)2·H2O④石灰乳：由生石灰加大量水消化或石灰膏加水稀释而成的乳状液体,Ca(OH)2·H2O⑤磨细生石灰，将块状生石灰破碎，磨细而成的细粉CaO。将块状生石灰破碎，磨细而成的细粉，CaO。石灰的特征：1.消石灰具有良好的可塑性，2.生石灰吸湿性强，保水性好3.凝结硬化慢，强度低4.硬化时体积收缩大5.耐水性差。应用：1.配置石灰砂浆和石灰乳2.配置灰土和三合土3.制作硅酸盐制品4.制作碳化石灰板5.制作熟料水泥。水硬性胶凝材料：即能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化保持并发展其强度的胶凝材料。水泥分为三大类：1通用水泥：如硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤灰水泥，复合水泥2专用水泥3特种水泥。硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0-5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。分为两类：不掺假混合材料的成为I型硅酸盐水泥，代号P.I;掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的成为II型硅酸盐水泥，代号P.II。硅酸盐水泥的生产：原料主要有石灰质原料和黏土质原料，可加相应的校正原料。硅酸盐水泥熟料的矿物组成：硅酸三钙37-60%,硅酸二钙15-37%，铝酸三钙7-15%，铁铝酸四钙10-18%。硅酸盐水泥水化后生成的水化产物：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶及氢氧化钙和水化硫铝酸钙晶体等。水泥充分水化后水化硅酸钙约占70%，氢氧化钙约占20%。硅酸盐水泥的技术性质：1细度：颗粒越细与水反应的表面积越大，水化反应快且完全，早期和后期的强度都较高，但在空气中硬化时收缩性较大，易受潮降低活性。2凝结时间：水泥从开始加水拌合到失去流动性所需要的时间分为初凝和终凝。初凝时间不早于45分钟，终凝时间不得迟于6.5小时。3烧失量水泥在一定温度和时间内，烧失的量占原质量的百分数。烧失量越大水泥质量越差。I型硅酸盐水泥烧失量不得大于3.0%，II型3.5%。4 体积安定性 引起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、游离氧化镁或掺入的石膏过多。国标规定，水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5%，水泥中三氧化硫含量不得超过3.5%。 5强度等级 根据测量结果将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5/52.5R、62.5/62.5R六个强度等级，其中代号R表示早强型水泥。6水化热 是指水泥在水化过程中放出的热量。水化放出的热量和放热速度取决于水泥的矿物组成和细度。7碱含量当骨料中含有活性二氧化硅、水泥的含量又较高时，则水泥会与骨料发生碱—骨料反应，在骨料表面生成复杂的碱—硅酸凝胶，凝胶吸水
体积膨胀导致混凝土开裂破坏。水泥石的 腐蚀与防止：硅酸盐水泥硬化后的 水泥石，具有较好的耐久性。但在某些腐蚀介质的作用下水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以至全部溃裂，此现象称为水泥石的腐蚀。腐蚀的主要类型：1软水侵蚀（溶出性侵蚀）2盐类侵蚀3酸类侵蚀4强碱侵蚀 水泥石腐蚀的防止：1根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种2提高水泥石的密实度3加盖保护层 硅酸盐水泥的特性 1强度发展快等级高2水化热大3耐腐蚀性差4抗冻性好5不耐高温 掺混合材料的硅酸盐水泥：在硅酸盐水泥熟料中掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细而制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材料的硅酸盐水泥。在生产水泥时为改善水泥性能调节水泥强度等级而掺入水泥中的天然或人工的矿物材料，称为水泥混合材料。通常分为活性和非活性混合材料两大类。 活性混合材料：1粒化高炉矿渣2火山灰质混合材料3粉煤灰 非活性混合材料是指不具有潜在的水硬性，与水泥矿物组成也不起化学作用的混合材料。仅起到减少水化热、降低强度等级和提高水泥产量的作用，常用的有磨细石灰石粉、磨细石英砂和磨细块状高炉渣等。普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、6-15%的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，代号P.O。按国标分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级，初凝时间不得早于45分钟，终凝之间不得迟于10小时，细度在80um方孔筛上的筛余不得超过10%，安定性用沸煮法检验必须合格，MgO<5%,SO3<3.5% . 矿渣硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性 胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥建成矿渣水泥，代号P.S，国标分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。细度 凝结时间 煮沸安定性与普通硅酸盐水泥相同，MgO<6%,SO3<4%. 第四章混凝土原料：胶凝材料（胶结料）、集料（或称软骨料）、水及其他材料。常用：水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土、聚合物混凝土、普通混凝土的优点：1.混凝土组成材料来源广泛。2.新拌混凝土有良好的可塑性。3.可按需要配置各种不同性质的混凝土。4.具有较高的抗压强度与钢筋具有良好的共同工作性5.具有良好的耐久性，可抵抗大多环境的破坏作用。6.具有较好的耐火性。 缺点：1.抗拉强度低2.延展性不高3.自重大，比强度低。4.体积不稳定性，硬化慢。须满足5相要求：耐久性、强度、工作性、经济性、生态性要求。普通混凝土分类：按表观密度：1.重混凝土2.普通混凝土3.轻混凝土；按强度：低强混凝土（fcu?30MPa），中强混凝土（30~60），高强混凝土（>=60），超高强混凝土(>=100)普通混凝土的组成材料：水泥、水、细集料（砂）、粗集料（石子）。砂、石起骨架作用、稳定性作用，水泥水填充空隙在混凝土硬化前起润滑作用。细集料：粒径在150μm-4.75mm之间的岩石颗粒。粗集料：粒径大于4.75mm的颗粒。细集料主要是天然砂、人工砂。天然砂：河砂、湖砂、海砂、山砂。人工砂：机制砂和混合砂。用砂质量要求：1.含泥量、石粉含量2.有害物质的含量3.碱活性集料4.砂的粗细程度和颗粒级配。标准筛由粗到细以此筛，粗——> 细：分类筛余（%）用a1、a2、a3??表示，累计筛御用A1=a1，A2=a1+a2，A3=a1+a2+a3??表示。表砂粗细程度的细度模数（Mx）：Mx=(A2?A3????A6)?5A1，当Mx=3.7~3.1时为粗砂，Mx=3.0~2.3为中砂，Mx=2.2~1.6为细沙，Mx=1.5~0.7
100?A1为特细砂。粗集料：碎石和卵石。1.含泥量和泥块含量2.有害物质含量3.碱活性4.强度 要求其岩石立方体抗压强度>=混凝土抗压强度的1.5倍。5.坚固性6.颗粒形状及表面特征：颗粒形状以三维长度相等为好，三维长度相差较大的为针状或片状颗粒。7.最大粒径和颗粒级配：连续级配和间断级配（连续为宜）8.集料的含水状态：干燥、气干、饱和面干。湿润状态。通常以集料饱和面干状态时含水率表其含水能力、饱和面干吸水率越小，表颗粒越密实，质量越好。混凝土用水分为：拌制混凝土用水和混凝土养护用水。要求：1.不得妨碍混凝土的凝结和硬化2.不得影响混凝土的强度发展和耐久性3.不得含有加快钢筋混凝土中钢筋锈蚀的成分4.不得含有污染混凝土表面的成分。对水质有怀疑：应利用待检验水和蒸馏水分别进行水泥凝结时间、混凝土强度对比试验。混凝土外加剂在混凝土生产或施工过程中，掺入不超过水泥质量5%，并能明显改善混凝土性质的物质。按功能划分：1.改善新拌混凝土流变能力的外加剂2.调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂3.调节混凝土含气量4.改善混凝土物理力学性能5.为混凝土提供特殊性能。 减水剂：1.提高混凝土流动性2.提高混凝土强度（降低水灰比）3.节约水泥（保持流动性及硬化混凝土强度不变）。减水剂的掺入方法：1.先掺法：将减水剂与水泥先混合后再与集料和睡一起搅拌2.同掺法：先将减水剂溶解于水溶液中，再以此溶液拌制混凝土3.后掺法：混凝土初次拌合时不掺加减水剂，待其运至浇筑现场后，再加入减水剂并进行二次搅拌以使其均匀分散于新拌混凝土中4.沸水法：在混凝土已经搅拌一段时间后再掺入减水剂。矿物掺合料：粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉、燃烧煤矸石。粉煤灰分为：高钙粉煤灰和低钙粉煤灰。由褐煤燃烧形成的粉煤灰，其CaO含量较高，呈褐黄色，为高钙粉煤灰，具有一定的水硬性。由烟煤和无烟煤燃烧形成的粉煤灰，其CaO含量很低，呈灰色或深灰色，称为低钙粉煤灰，一般具有火山灰活性。粉煤灰掺入混凝土中的方法：1.等量取代法：指以等质量粉煤灰取代混凝土中的水泥2.超量取代法：指掺入的粉煤灰量超过取代的水泥量3.外加法：指在保持混凝土中水泥用量不变的情况下，外掺一定数量的粉煤灰。粉煤灰在混凝土中的作用：1.活性行为和胶凝作用2.填充行为和密致作用3.需水行为和减水作用4.降低混凝土早期温升，抑制开裂5.二次水化和较低的水泥熟料有效提高混凝土化学侵蚀能力。6.当产加量足够大时，明显抑制混凝土碱骨料反应的发生。7.降低Cl-的渗透能力，提高混凝土护筋性。掺合料在混凝土中的作用：1.掺合料可以代替部分水泥，成本低廉，经济效益显著。2.增大混凝土后期强度3.改善新拌混凝土的工作性4.降低混凝土升温5.提高混凝土的耐久性6.抑制碱——骨料反映7.不同矿物细掺料复合使用的“超叠效应”。混凝土和易性主要包括：流动性、黏聚性和保水性，三者之间相互关联又矛盾。和易性的检测：1.坍落度法：坍落度值越大，表其流动性越好2.维勃稠度法。影响新拌混凝土和易性因素：1.水泥浆数量与稠度。内部阻力包括：a.集料间的摩阻力 b.水泥浆的粘滞阻力。水泥浆的粘滞阻力大小取决于水泥浆本身的稀稠程度。