土木工程材料知识点

土木工程材料

（一）

1、建筑材料的技术标准根据技术标准的发布单位与适用范围，可分为__________、 __________、 __________、 __________四级。 2、决定材料的性质的最基本因素是 。

3、材料的性能决定于材料的 、 、 。 4、材料的结构可以分为 、 、 。

5、无机材料的组成分为__________ 、 __________和__________组成。 6、土木工程对材料的基本要求是 、 、 、 、 。

无机材料

化学成分 有机材料

复合材料

承重材料和非承重材料 在建筑物中 保温隔热材料 的功能 吸声隔声材料

7、土木工程材料的分类 防水材料 装饰材料

结构材料 墙体材料 使用部位 屋面材料 地面材料 饰面材料 其他用途材料

8、国家标准：如GB 175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，其中“GB”为国家标准的代号，“175”为标准编号，“1999”为标准颁布年代号。

9、行业标准：如JC/T 479-92建筑生石灰，其中“JC”为建材行业的标准代号，“T”表示推荐标准；“479”为此类技术标准的二类类目顺序号；“92”为标准颁发年代号。 10、企业标准：代号为“QB/”，其后分别注明企业代号、标准顺序号、制定年代号。 如：QB/T 6019-2004 制浆造纸专业设备安装工程 施工质量验收规范 11、材料的吸水率：材料吸水饱和后的含水率称为吸水率。

12、材料中所含水的质量与干燥状态下的质量之比称为材料的含水率。

13、材料的吸水率与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔

m含?m壁，所以吸水率仍然较小。 W含?*100、材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力称为吸湿性，用平衡含水率表示，即 m

1

材料吸湿平衡时的质量

w

p15、材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即

fw ---材料在吸水饱和状态下的抗压强度,MPa f ---材料在干燥状态的抗压强度，MPa 。

16、用于水中、潮湿环境中的重要结构材料，必须选用软化系数不低于（≥）0.85的材料； 用于受潮湿较轻或次要结构的材料，则不宜小于0.70～0.85。

通常软化系数大于等于0.85的材料称为耐水材料

17、抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质，或称不透水性。 18、材料的抗渗性通常用两种指标表示：渗透系数和抗渗等级。

Qdt内，透过材料试件的水量Q，与试件的渗水面积19、渗透系数的物理意义是：在一定时间K?AtH)d成反比，用公式表示为 A及水头差成正比，与渗透距离(试件的厚度

20、抗渗等级是指材料在标准试验方法下进行透水试验，以规定的试件在透水前所能承受的最大水压力来确定。

21、材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。连通的孔隙水易渗入，故这种孔隙愈多，材料的抗渗性愈差。闭口孔水不能渗入，因此闭口孔隙率大的材料，其抗渗性仍然良好。开口大孔水最易渗入，故其抗渗性最差。材料的抗渗性还与材料的憎水性和亲水性有关，憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料。

22、材料的抗冻性:材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。

23、材料的抗冻性用抗冻标号表示。

用符号“Dn”表示，其中n即为最大冻融循环次数。如D25、D50等。常用的两个参数是：质量损失率(不超过5%)，强度损失率(不超过25％)。

24、材料受冻融破坏主要原因：其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9％，若材料孔隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂。随着冻融次数的增多，材料破坏加重。所以材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充满水，即远末达饱和，具有足够的自由空间，则即使受冻也不致产生很大冻胀应力。

25、冻融破坏时的破坏顺序：由表及里。 26、影响强度的主要因素：

1.材料的组成、结构与构造：材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不一样。

2.孔隙率与孔隙特征：材料的孔隙率愈大，则强度愈小。

3.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件的强度值要高于棱柱体试件的强度值，相同材料采用小试件测得的强度较大试件高

4.加荷速度：当加荷速度快时，由于变形速度落后于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之，因材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。

5.试验环境的温度、湿度：温度高、湿度大时，试件会有体积膨胀，材料内部质点距离

fK?f2

加大，质点间的作用力减弱，测得的强度值偏低。

6.受力面状态：受力面的平整度，润滑情况等。试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。

27、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称弹性变形。

塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性，这种不可恢复的变形称为塑性变形。

脆性：材料受外力作用，变形很小，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。

韧性：材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。

耐久性:材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，统称之为，它是一种复杂的、综合的性质,包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。 28：破坏作用可分为：物理作用、化学作用和生物作用。 （二）钢材

1、生铁是由铁矿石、焦炭(燃料)和石灰石(熔剂)等在高炉中经高温熔炼，从铁矿石中还原出铁而得。

2、钢是由生铁冶炼而成。

3、钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。 低碳钢：含碳量< 0.25％

碳素钢 中碳钢：含碳量为0.25％～0.60％ 高碳钢：含碳量> 0.60 化学成分

低合金钢：合金元素总含量< 5.0％

合金钢 中合金钢：合金元素总含量为5.0％～10％ 高合金钢：合金元素总含量> 10％ 普通钢：含硫量≤0.050％；含磷量≤0.045％。 钢 优质钢：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。 品质 高级优质钢：含硫量≤0.025％，高级优质钢的钢号后加“高”字或“A”； 含磷量≤0.025％。

特级优质钢：含硫量≤0.015％，特级优质钢后加“E”；含磷量≤0.025％。 沸腾钢脱氧不完全，有大量一氧化碳气体外逸，引起钢液剧烈沸腾 脱氧程度 半镇静钢

镇静钢脱氧较完全，钢质均匀密实，品质好 3、晶格：原子按等径球体最紧密堆积规律排列所形成的空间格子 4、钢材晶体结构中的主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。 5、金属强化的微观机理：改变微观晶体缺陷的数量和分布状态 细晶强化 增加单位体积中晶界面积 固溶强化 加入其他物质形成固溶体 弥散强化 散入第二相质点

变形强化 受力变形使缺陷密度增大 6、强化的本质：增加晶界面积 7、碳

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含碳量增加，钢材的强度随之提高。当含碳量超过0.3%时，钢的可焊性、塑性显著降低， 而冷脆性和时效敏感性增加。

8、按Fe-C结合方式，钢的基本组织有铁素体、渗碳体、珠光体。

①铁素体:钢材中的铁素体系碳在α-Fe中的固溶体，由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02％），由此决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。

②渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。

③珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8％)，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高

9、硅对钢材性能的影响： 提高钢材的强度

对塑性和韧性影响不明显

低合金钢的主加合金元素 10、锰对钢材性能的影响： 消减硫和氧所引起的热脆性 改善钢材的热加工性质 提高钢材的强度

低合金钢的主加合金元素 塑性、韧性影响不大 11、硫对钢材性能的影响： 降低各种力学性能

显著降低可焊性，产生热脆性。

原因是由于硫化铁的熔点低，高温作用下会大大削弱晶粒间的结合力，使钢在热加工中产生裂纹。

12、磷对钢材性能的影响： 强度提高

塑性和韧性显著下降 冷脆性显著增大

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显著降低可焊性

13、强屈比：抗拉强度和屈服强度事物比，即σb/σs

14、硬钢的屈服点：产生残余变形达到原始标距长度0.2%时所对应的应力，用σ0.2 表示。

15、疲劳强度

受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。

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16、疲劳裂纹起源于键槽左边底部的拐角处，无裂纹构件疲劳的宏观断口可分为三个区：

①疲劳源区——A区，为白亮圆斑所包围的眼状小块；

②扩展区——B区，白色、平滑断口，具有贝壳花样的许多弧线，呈放射状； ③终断区——C区，与一般快速断裂一样。 17、冷加工强化：

原理：使晶格缺陷增多，晶格畸变

效果：产生塑性变形，屈服强度提高，塑性韧性降低 18、冷拉与未冷拉钢材的性能区别图示：

冷弯：钢材在常温下承受弯曲变形的能力

揭示钢材是否存在内部组织的不均匀、内应力、夹杂物、未熔合和微裂纹等缺陷

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反映了钢材的冶金质量和焊接质量

19、时效：随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降。

时效敏感性：因时效而导致性能改变的程度。

自然时效：在常温下存放15～20 d，适合用于低强度钢筋

20、时效处理方法

人工时效：加热至100～200 ℃后保持一定时间（2～3 h） 适合于高强钢筋

21、热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保温和冷却处理，以改变其组织，得到 所需要的性能的一种工艺。

22、热处理包括淬火、回火、退火和正火。 23、

淬火：将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温，然后投入水或矿物油 中急冷。

晶粒细化，碳的固溶量增加，强度和硬度增加，塑性和韧性明显下 降。

回火：将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织改变温度以下 钢材热处理 （150～650 ℃），保温后按一定制度冷却至室温。 内应力消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善。

退火：将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或以上（完全退

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火），适当保温后缓慢冷却。

消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的塑性和韧性得到改善。 正火：将钢件加热至基本组织改变温度以上，然后在空气中冷却。 晶格细化，钢的强度提高而塑性有所降低。

24、焊接：焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。

可焊性：材料在规定的施焊条件下，焊接成设计要求所规定的构件并满足预定服役要求的能力。

25、碳元素对可焊性的影响：钢中含碳量增加，淬硬倾向就增大，塑性则下降，容易产生焊接裂纹。所以含碳量越高，可焊性越差。所以，常把钢中含碳量的多少作为判别钢材焊接性的主要标志。随着含碳量增加，大大增加焊接的裂纹倾向，所以，含碳量大于0.25％的钢材不应用于制造锅炉、压力容器的承压元件。 26、钢材在高温下强度急剧下降的原因？ 1）、应力松弛 2）、晶界滑动导致的裂纹扩展

27、 化学腐蚀：指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生锈蚀，该锈蚀多是氧 化作用，使钢筋表面形成疏松的氧化物。

钢材的腐蚀 应力腐蚀

电化学腐蚀：是指钢材与电介质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的 锈蚀。 28、

屈服点数值 质量等级符号 屈服点的 首字母

Q235--BZ

脱氧方法

29、碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。

低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号 三部分按顺序组成。如Q420C

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30、钢材的伸长率δ10表示：标距为10倍钢筋直径时的伸长率。

三、胶凝材料

1、胶凝材料的定义：凡能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。

~170C?CaSO4?2H2O?107????CaSO4?11H2O?1H2O22 有机胶凝材料：沥青、树脂

2、胶凝材料 气硬性：石膏、石灰 无机胶凝材料 水硬性：水泥 3、石膏的生产： ?1HO?3HO???CaSOCaSO442222

?2H2O

4、纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄色，红色，黑色等颜色。 5、石膏的形成方式：

天然二水石膏或化工石膏在非封闭的条件下、常压下加热至107—170℃时，经脱水转变而成β型半水石膏，也称建筑石膏。

在压蒸条件下(0.13MPa)、124℃加热，则生成α型半水石膏，即高强石膏。高强石膏硬化后的强度通常比建筑石膏要高2－7倍。

6、建筑石膏与适量水拌和后，发生的反应： 7、建筑石膏的特点： 1）、凝结硬化快 2）、装饰性好，可加工性能好 3）、建筑石膏硬化后孔隙率大、强度较低。 4）、建筑石膏硬化体隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。 5）、防火性能良好, 具有 一定的调湿调温性。 6）、建筑石膏硬化时体积略有膨胀。 8、建筑石膏的成分是什么？其凝结硬化机理是什么？

石膏胶凝材料是以半水硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。建筑石膏与水拌合后，半水石膏与水反应生成二水石膏，由于二水石膏在水中的溶解度为半水石膏的1/5左右，半水石膏的饱和溶液对二水石膏就成了过饱和溶液。所以二水石膏以胶体微粒自溶液中析出，从而破坏了半水石膏的溶解平衡，使半水石膏双继续溶解和水化。如此循环进行，直到半水石膏全部耗尽。在此过程中，浆体中的自由水分因水化和蒸发而逐渐减少，二水石膏胶体微粒数量不断增加，浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小，表现为石膏的“凝结”，其后，浆

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体继续变稠，胶体微粒逐渐凝聚成为晶体，晶体长大、共生和相互交错，使浆体产生强度，并不断增长，这就是硬化。

四、石灰

1、石灰是以碳酸钙为主要成分的石灰石(粘土杂质含量小于8％)、白云石、贝壳等为原料。

2、石灰的生产：将原料在低于烧结温度下燃烧所得的产物，其主要成分是氧化

C?(理论)，1000～1100C（实际）?CaCO3?900?????CaO?CO2钙(CaO)，燃烧反应式如下： ????? 3、钙质石灰：氧化镁≤5% 镁质石灰：氧化镁≥5% 4、石灰的熟化：

生石灰与水发生水化反应，生成Ca(OH)2的过程，称为熟化。熟化反应：CaO＋H2O → Ca(OH)2＋64.9×103J。放出大量热，体积膨胀。 5、欠火石灰与过火石灰的危害：

欠火石灰呈青灰色，不能与水反应，产浆量低。

过烧石灰的内部结构致密，CaO晶粒粗大，与水反应的速率极慢。当石灰浆中 含有这类过烧石灰(呈黄褐色)时，它将在石灰浆硬化以后才发生水化作用，于 是会因产生膨胀而引起崩裂或隆起等现象。 6、如何避免过火石灰的危害？

为了使得生石灰中的过火石灰充分熟化，消除过火石灰的危害，通常将生石灰在储灰坑中静置两个星期以上，称为“陈伏”。 7、石灰的硬化：

石灰加水后在空气中由浆体变成石灰硬化体的过程称为石灰的硬化。 CaO→CaCO3 结晶过程：

水分蒸发，使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析出。 碳化过程，Ca(OH)2和空气中的CO2和水反应，形成不溶于水的碳酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发。

Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O 放出大量水分，体积收缩。 8、石灰的硬化速度及顺序： 速度慢，由表及里。 9、石灰的技术性质：

可塑性好、硬化缓慢、硬化强度低、硬化时体积收缩大、耐水性差。

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