土木工程材料基础讲解(编辑修改稿)

土木工程材料基础讲解(编辑修改稿)内容摘要：

验确定，也可在上表的基础上，按坍落度每增大 20mm，砂率增大 1%的幅度进行调整。 （ iii）坍落度小于 10mm的混凝土，其砂率应经试验确定。 第二步：混凝土配合比的计算 （ 1）计算混凝土配制强度 fcu,0。 fcu,0= fcu,k+ （ 2）确定水灰比， 当混凝土强度等级小于 C60时，混凝土水灰比宜按下式计算 （ 3） 选取每立方米混凝土用水量，并计算出每立方米混凝土的水泥用量，如果计算所得水泥用量小于规范所规定的最小水泥用量时，应取规定的最小水泥用量。 （ 4） 选取砂率 （ 5） 计算粗、细骨料用量 （ i） 当采用重量法时，应按下列公式计算： mc0— 每立方米混凝土水泥用量（ kg） mg0— 每立方米混凝土粗骨料用量（ kg） ms0— 每立方米混凝土细骨料用量（ kg） mw0— 每立方米混凝土水用量（ kg） β s— 砂率（ %） mcp— 每立方米混凝土拌和物假定重量（ kg），其值可取 2350~2450kg （ ii）当采用体积法时，应按下列公式 计算： ρ c— 水泥密度（ kg/m3）可取 2900~3100 kg/m3； ρ g— 粗骨料表观密度（ kg/m3）； ρ s— 细骨料表观密度（ kg/m3）； ρ w— 水的密度（ kg/m3）可取 1000kg/m3； α — 混凝土含气量百分数，在不使用引气型外加剂时， α 可取1 （ 6） 写出混凝土配合比：按上述方法得到的配合比称为计算配合比。 第三步：混凝土配合比的试配、调整与确定 （ 1） 试配与调整：进行混凝土配合比试配时应用工程实际使用的原材料，混凝土的搅拌方法，宜与生产时使用的方法相同。 根据计算的混凝土配合比进行试配时，首先应进行试拌，检查拌合物性能，当拌合物的坍落度或维勃稠度不能满足要求，或粘聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。 然后提出供混凝土强度试验 用的基准配合比。 混凝土强度试验时至少应采用三个不同的配合比。 当选用三个不同配合比时，其中一个应是基准配合比，另外两个配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少 ，用水量应与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少 1%。 进行混凝土强度试验时，每种配合比至少应制作一组（三块）试件，标准养护到 28 时试压。 （ 2）混凝土配合比的确定： （ i）配合比的确定：根据试验得出的混凝土强度与其相对应的灰水比 (C／ w)关系，用作图法或计算法求出与混凝土配制强度 (fcu,0)相对应的灰水比，并应按下列原则确定每立方米混凝土的 材料用量： 用水量 (mw)应在基准配合比用水量的基础上，根据制作强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定； 水泥用量 (mc )应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；粗、细骨料用量 (以 mg 和 ms 表示 )应在基准配合比的粗骨料和细骨料用量的基础 上 按选定的灰水比进行调整后确定。 (ii)配合比的校正 经试配确定配合比后，尚应按下列步骤进行校正： 应根据配合比调整后的材料用量按下式计算混凝土的表观密度计算值 ρ c,c ρ c,c =m c+mg+ms+mw 对值不超过计算值的 2%时，按上述方法确定的配合比即为确定的设计配合比。 当二者之差超过 2%时，应将配合比中每项材料用量均乘以校正系数 δ ，即为确定的设计配合比。 新拌混凝土的性能 工作性的定义： 新拌混凝土的工作性包括流动性、充填性、粘聚性、保水性、可泵性等，是混凝土拌合物运输、浇捣、抹面等主要操作工序能够顺利地进行的保证，故 又称和易性。 流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。 流动性的大小，反映拌合物的稠度，它直接影响施工的难易和混凝土的质量。 粘聚性则是指混凝土拌合物内部组分之间具有一定的粘聚力，在运输和浇注过程中不会发生分层离析现象，能使混凝土保持整体均匀性。 保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工中不致产生严 重的泌水现象。 保水性好的新拌混凝土，在混凝土振实后，一部分水容易从内部析出 至表面，在渗流之处留下许多毛细管孔道，成为混凝土内部的透水通道。 影响工作性的因素 （ 1）用水量 用水量的大小是影响新拌混凝土工作性的决定性因素。 （ 2）水泥 混凝土拌合物在自重或外界振动力的作用下要产生流动，必须克服其内部的阻力。 拌合物内部阻力主要来自两个方面，一是骨料间的摩阻力，二是水泥浆的粘聚力。 (3) 骨料 骨料对新拌混凝土工作性的影响较大。 在混凝土骨料用量一定的情况下，采用卵石和河砂拌制的混凝土拌合物，其流动性比用碎石和山砂拌制的好。 这是因为前者骨料表面光滑，摩阻力小，而后者骨料摩阻力相对较大；骨料级配的好坏也影响着混凝土拌合物的工作性。 砂率对混凝土拌合物的工作性也有显著影响。 （ 3） 拌和物存放时间和环境温度的影响 混凝土拌合物随着时间的延长会变得越来越干稠，这是由于拌合物中的水分一部分被蒸发，另一部分则是水泥水化所消耗，因此拌合物逐渐失去可塑性而凝结硬化。 混凝土工作性还受温度的影响。 随着环境温度的升高，混凝土的工作性降低很快，因为这时的水分蒸发及水泥的化学反应将进行得更快。 工作性的表征 混凝土拌合物工作性的内容比较复杂，通常是采用一定的实验方法测定混凝土拌合物的流动性，再辅以直观经验，综合评定其粘聚性和保水 性。 按《混凝土质量控制标准》 (GB50164— 92)规定，混凝土拌合物的流动性以坍落度或维勃稠度作为指标。 坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物，维勃稠度适用于干硬性混凝土。 硬化混凝土的强度 混凝土强度包括立方体抗压强度、轴心抗压强度：抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等，其中以立方体抗压强度值为最大。 混凝土立方体抗压强度与强度等级 根据国家标准规定，我国采用标准立方体抗压强度作为混凝土强度特征值。 制作边长为150mm 的立方体标准试件，在标准养护条件（温度 20177。 3 0C,相对湿度大于 90%）下，养护至 28 天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度。 混凝土强度等级采用符号 “C” 与立方体抗压强度标准值 (以 N／ mm2计 )表示。 混凝土立方体抗压强度标准值是指用标准方法制作并养护的边长为 150mm 的立方体试件，在 28 天龄期，用标准试验方法测得的具有 95％保证率的抗压强度。 普通混凝土按立方体强度标准值 “ 划分为 、 C C1 C C2 C C3 C C4 C50、 C5 C60共 12个强度等级。 混凝土轴心抗压强度：混凝土轴心抗压强度又称棱 柱体抗压强度。 是以150mm150mm300mm 的棱柱体作为标准试件。 标准棱柱体试件的制作、养护条件与标准立方体试件相同，混凝土的轴心抗压强度值远小于其立方体抗压强度值。 ：混凝土的抗拉强度只有抗压强度的 1/10~1/20，而且随着混凝土强度等级的提高而降低。 采用劈裂法测定劈裂抗拉强度，采用边长为 150mm的立方体作为标准试件，通过计算求得混凝土的劈裂抗拉强度 混凝土抗折强度： 混凝土小梁在弯曲压力下，单位面积上所能承受的最大荷载称为混凝土抗折强度。 一般情况下，混凝土抗折强度约 为其立方体抗压强度的 1/5~1/10，为劈裂抗拉强度的 ~倍。 抗折强度试验采用 150mm150mm600mm( 或 550mm)的小梁作为标准试件。 影响混凝土的因素： 分为四类：混凝土的组成材料，制备方法，养护过程及试验条件。 硬化混凝土的变形性能： 混凝土的变形主要有三种，一是弹性变形，二是收缩，三是徐变。 （ 1）弹性变形：混凝土是一种多相复合材料，是弹塑性体，而不是真实的弹性材料。 混凝土在静力受压时，其应力 (σ) 与应变（ ε ）之间的关系是非线性关系，如下图所示，这是由于混凝土 的变形不可逆所致。 （ 2）收缩：混凝土收缩主要有以下五种：化学收缩，温度收缩，干燥收缩，自收缩和碳化收缩。 另外，在混凝土硬化前，由于塑性阶段混凝土表面失水而产生的收缩，称为塑性收缩。 （ 3）徐变：混凝土在长期荷载作用下会发生徐变现象。 混凝土徐变是指混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间而增加的变形。 混凝土的耐久性：混凝土耐久性是指混凝土在长期外界因素作用下，抵抗外部和内部不利影响的能力。 耐久性包括：混凝土的抗渗性，混凝土的抗冻性，混凝土的抗侵蚀性，以及混凝土的碳化和碱集料反应。 外加剂和混凝土掺合料 混凝土外加剂 定义：混凝土外加剂是指在混凝土拌制过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质，其掺量不大于水泥质量的 5%（特殊情况除外）。 外加剂作用：改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土力学性能和耐久性，节约水泥用量，降低成本，调节混凝土的凝结、硬化速度，改善混凝土的细观结构等。 混凝土 掺合料 在配制混凝土时加入一定量的掺合料，可以改善新拌混凝土的工作性，降低混凝土内部的温度升高，提高后期强度，并可以优化混凝土的内部结构，提高抗腐蚀能 掺合料的分类： （ 1）胶凝性掺合料如水硬性石灰等 （ 2）火山灰性掺合料如粉煤灰等 （ 3）同时具有胶凝性和火山灰性的掺合料如高钙灰等 （ 4）其他，比如石英砂等，本身具有一定化学反应性的材料。 以上就是这一讲的全部内容，下面举几个例子。 例 混凝土按表观密度可分为（） A、 普通混凝土 B、轻混凝土 C、重混凝土 D、商品混凝土 答案： ABC 例 对于 混凝土中水泥强度等级的选择，正确的是（） A、 水泥强度等级的选择应该与混凝土的设计强度等级相适应 B、 原则上低强度等级混凝土选用低强度等级的水泥 C、 高强度混凝土应选用强度等级高的水泥 D、 高强度混凝土亦可选用强度等级低的水泥 答案： ABC 例 下列不属于普通混凝土用细骨料的质量要求应控制的指标是（） A、 颗粒级配 B、含泥量 C、泥块含量 D、强度和坚固性 答案： D普通混凝土用细骨料的质量要求主要应控制的指标有：颗粒级配、含泥量、泥块含量、碱活性、有害物质含量。 而 D 强度和坚固性属于粗骨料的 质量要求应控制的指标。 例 关于混凝土配合比的计算过程正确的是（） A、计算混凝土配制强度 — 确定水灰比 — 选取每立方米混凝土用水量 — 选取砂率 — 计算粗细骨料用量 — 写出混凝土配合比 B、确定水灰比 — 计算混凝土配制强度 — 选取每立方米混凝土用水量 — 选取砂率 — 计算粗细骨料用量 — 写出混凝土配合比 C、计算混凝土配制强度 — 选取每立方米混凝土用水量 — 确定水灰比 — 选取砂率 — 计算粗细骨料用量 — 写出混凝土配合比 D、确定水灰比 — 选取每立方米混凝土用水量 — 计算混凝土配制强度 — 选取砂率 — 计算粗细骨料用量 — 写出混凝土配合比 答案： A 例 混凝土的立方体抗压强度试件尺寸为（） A、 150mm150mm300mm B、 150mm150mm150mm C、 150mm150mm600mm D、 150mm150mm550mm 答案： B 第十四讲沥青、钢材、石材、木材和粘土 一、内容提要：本讲主要是讲解沥青的组成与分类，建筑钢材的分类及钢材的技术性质，木材的性质、强度及其影响因素，石材的分类及其技术性能，粘土的组成和分类。 二、本讲的重点及难点是：建筑钢材的分类，钢材的技术性质，以 及建筑钢材的标准及选用问题。 三、 内容讲解： 沥青： 沥青：是一种褐色或黑褐色的有机胶凝材料，是由天然出产或各种有机物经热加工后得到的产品，它是由多种化学成分极其复杂烃类所组成。 在常温下可为液态、半固态或固态。 沥青的分类如下图所示： 1. 1 石油沥青： 石油沥青的组成：由多种极 其复杂的碳氢化合物和一些碳氢化合物的非金属衍生物组成的混合物。 它的化学组成元素主要是碳和氢，其次是氧、硫、氮（一般含量为 3%），另外还含有很少量金属元素如镍、铁、锰等。 化学组分分析：就是利用沥青在不同有机溶剂中选择性溶解或在不同吸附剂上的选择性吸附，而将沥青分离为几个化学性质有一定联系的组，这些组称为沥青的组分。 组分：油分、树脂、地沥青质。 石油沥青的胶体结构：溶胶结构、凝胶结构、溶 — 凝胶结构 石油沥青的技术性质： （ 1） 石油沥青的物理特征常数： 相对密度：沥青在规定温度条件下的质量与同体积蒸馏水在 规定温度条件下的质量之比值。 热力学参数：包括热胀系数，导热系数和比热。 热胀系数：沥青单位长度或单位体积，在温度上升 10C 时的长度或体积变化分别称为线胀系数或体胀系数，统称为热胀系数。 导热系数：单位厚度内温差为 10C时，在 1h 通过 1m2面积的热量 比热：每克沥青升高 10C 所需的热量。