土木工程材料笔记2讲解.docx

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土木工程材料笔记2讲解

第二章建筑钢材

概论

（一）钢的特性

1、优点：

1）品质均匀致密,抗拉和抗压强度都很高

2）具有良好的塑性和韧性,能经受冲击和振动荷载.

3）具有很好的加工性能

2、缺点：

4）易锈蚀

5）维修费用大

6）能耗大,成本高

（二）、钢的冶炼加工与分类

1、冶炼：

就是将生铁在炼钢炉中，经高温氧化作用，减少生铁中碳及硫、磷等有害杂质含量，以提高钢的技术性质和质量。

2、根据炼钢设备不同分为：

1）转炉炼钢法

2）平炉炼钢法

3）电弧炉炼钢法

3、钢的加工：

1）铸锭

2）脱氧：

沸腾钢、镇静钢、半镇静钢

3）压力加工：

热加工、冷加工.

4、钢的分类：

1）按化学成分分：

碳素钢

合金钢

2）按质量分：

普通碳素钢

优质碳素钢

高合金钢

3）按用途分：

结构钢

工具钢

特殊钢

2．1金属的微观结构及钢材的化学组成

一、金属的微观结构概述

1、金属的晶体结构

金属键结合，无方向性和饱和性，是金属材料具强度和延展性的根本原因。

三种类型：

FCC、BCC、HCP

2、金属晶体结构中的缺陷

1）点缺陷

2）线缺陷

3）面缺陷

3、金属强化的微观机理

1）细晶强化

2）固熔强化

3）弥散强化

4）变形强化

二、钢材的化学组成

1、碳：

（是决定性因素）

1）含碳量<0.8%,随含碳量增加,钢的抗拉强度.硬度也增加.

2）含碳量>1%,随含碳量增加,除硬度增加外,强度.塑性.韧性下降,冷脆性增强,抵抗大气腐蚀性能下降.

2、硅:

（有益元素）

1）含量一般在1%以内,可提高强度,对塑性和韧性没有明显影响.

2）含量超过1%时,冷脆性增加,可焊性变差.

3、锰：

1）含量为0.8%~1%时,可显著提高强度和硬度;

2）含量大于1%时,塑性及韧性有所下降,可焊性变差;

4、磷：

（有害元素）

产生冷脆性

5、硫：

（有害元素）

产生热脆性

6、氧、氮（有害元素）

降低钢材的塑性和韧性,以及冷弯性能和可焊性能.

7、铝、钛、钒、铌：

改善钢的组织,细化晶粒,显著提高强度和改善韧性.

2．2钢材的技术性质

1.抗拉强度:

1）弹性阶段:

OA阶段,荷载较小,应力与应变成正比,当卸去外力,试件能恢复到原状.σp表示弹性极限

2）屈服阶段:

AB阶段,应力与应变不成正比例,应力在很小范围内波动,应变仍继续上升,产生明显塑性变形.

σs

屈强比小,安全性大;过小,则不够经济.屈强比应为0.60~0.75

3）强化阶段:

BC阶段,内部组织重新建立了新的平衡,又恢复了抵抗外力的能力,变形继续发展.

σb

4）颈缩阶段:

CD阶段,某一薄弱环节断面开始显著缩小,应变迅速增大,应力随之下降,断裂.

断裂伸长率:

δ=（L1-Lo）/LoX100%

δ=15%~30%低碳钢

δ>2%~5%塑性材料如铜.铁

伸长率与标距有关

δ5>δ10

2.冲击韧性:

1）抵抗冲击荷栽而不破坏的能力.

2）<金属夏比冲击试验方法>求αk

αk值低,脆性材料,破坏时无明显变形,断口平齐;

αk值高,韧性材料,断口呈灰色纤维状

3）与钢材中磷.硫含量,组织,环境温度,解释冷脆性.

3.疲劳强度:

1）钢材承受交变荷载的作用下,可以在远低于屈服强度时突然破坏.

2）用疲劳强度表示,指试件在交变荷载作用下,不发生疲劳破坏的最大应力.

钢材承受1X107次交变荷载时不发生破坏所能承受最大应力为疲劳强度

3）原因:

a.应力较高点或缺陷点-------细微裂缝------裂缝,尖缝应力集中-----发展破坏

b.内部组织状态,成分偏析,夹杂物多少,其它各种缺陷

c.截面的变化,表面光洁度及内应力大小.

4.硬度:

1）金属材料抵抗硬物压入表面的能力,即对局部塑性变形;

2）是热处理工件质量检查的一项重要指标.

3）压入法测HB

5.冷弯性能:

1.定义:

钢材在常温下承受弯曲变形的能力.

2.指标以试件弯曲角度α及弯心直径d与钢材厚度a比值d/a

3.试验:

弯曲处外表面无裂纹.裂缝或裂断现象;

α值越大,d/a越小,冷弯性能要求越高

4.冷弯性能反映在静荷载下塑性指标,局部不均匀变形,更不利条件下的塑性变形,更严格检验.

6.冷加工性能及其时效处理;

1）冷加工:

在常温下对钢材进行加工,如冷拉.冷拔.冷扭.

使强度.硬度提高,冷作强化.

a.冷拉:

在常温下拉伸,使其产生塑性变形,增加钢材长度（4%~10%）节省钢材.

采用控制冷拉率或控制应力或双控.

b.冷拔:

在常温下将钢材通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔,由于模孔直径略小于钢筋直径,使钢筋不仅受拉,同时还受周围挤压,强度大大提高.

2）时效处理:

钢材经冷加工后,在常温下搁置15~20天或加热至100~200度保持2小时左右,钢的屈服强度.抗拉强度及硬度进一步提高,塑.韧性降低.

节约钢材,但对于受动力荷载作用或经常处于中温条件下钢结构,应使用时效敏感性小的材料.

7、钢材的热处理：

目的、为了减少冷加工中所产生的各种缺陷

工艺：

退火、正火、淬火、回火及离子注入等

8、焊接：

方法；电弧焊——钢结构、电渣压力焊——钢筋

检验方法：

取样试件试验和原位非破损检测

2．3钢材的防火及防腐蚀

一、钢材的防火：

危害：

温度升高，持久强度将显著下降。

措施：

预防包覆，如：

防火板、涂刷防火涂料

二、钢材腐蚀:

a.化学腐蚀

b.电化学腐蚀

c.应力腐蚀

2.锈蚀的防止:

a.保护层法;

b.合金法;

8.4建筑钢材的标准与选用

1.碳素结构钢:

a牌号表示;

b.技术要求;

c.各类牌号钢材的性能和用途;

2.低合金高强度结构钢:

a.牌号表示;

b.标准和选用;

3.钢结构用钢材:

b.热轧型钢;

c.冷弯薄壁型钢;

d.钢板.压型钢板;

4.钢筋混凝土用钢材:

b.热轧钢筋;

c.预应力混凝土用热处理钢筋;

d.冷轧带肋钢筋;

e.预应力混凝土用钢丝和钢绞线;

5.钢材的选用原则;

a.荷载性质;

b.使用温度;

c.连接方式;

d.钢材厚度;

e.结构重要性;

第六章沥青和沥青混合料

6.1沥青材料

定义:

是由多种有机化合物构成的复杂混合物.

分类:

沥青{地沥青{天然沥青

石油沥青

焦油沥青{煤沥青

页岩沥青

6．1．1.石油沥青:

1.分类:

建筑石油沥青

道路石油沥青

普通石油沥青

2.组成:

1）油分:

赋予沥青流动性

2）树脂:

使沥青具有良好的塑性和粘结性

3）地沥青质:

提高沥青粘性,耐热性.硬度;但若含量过多,塑性会降低

3.技术性质:

1）粘滞性（粘性）

反映材料内部阻碍其相对流动的特性,与温度组分有关,地沥青质含量较高,油分含量较少,粘性大;温度上升,粘性下降.

液态:

粘滞度表示;

固态.半固态:

针入度表示;

划分牌号的指标

2）塑性:

指石油沥青在受外力作用时产生变形而不破坏,除去外力,仍保持变形后形状的性质.

用延度过表示

3）温度敏感性:

指粘滞性,塑性随温度升降而变化的性能.

用软化点表示

4）大气稳定性（耐久性）

即抗老化能力.

5）溶解度、闪点、燃点

4.分类标准和选用:

牌号按针入度划分;

牌号增加,针入度.延度逐渐增大,软化点逐渐降低.

1）一般屋面用沥青材料的软化点应比本地区屋面最高温度高20C左右;

建筑石油沥青针入度较小,软化点较高,但延度较小.

2）道路石油沥青

于地区气候条件、施工季节气温、路面类型、施工方法有关。

6．1．2.煤沥青:

防腐性能好,有强烈的刺激性气味.

6．1．3.改性沥青:

可分为橡胶改性沥青;树脂沥青;橡胶树脂并用改性沥青;再生胶改性沥青和矿物填充剂改性沥青.

6．2沥青混合料的组成与性质

1、由矿料与沥青拌和而成的混合料。

分为：

沥青混凝土混合料、沥青碎（砾）石混合料

6．2．1沥青混合料的组成结构

1、悬浮密实结构：

采用连续密级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料

密实度、强度较高，但稳定性较差

2、骨架空隙结构

采用连续升级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料

稳定性好，耐久性差

3、骨架密实型

采用间断型级配矿质混合料与沥青组成的沥青混合料

密实度、强度、稳定性都较好

6．2．2沥青混合料的技术性质

1、高温稳定型

马歇尔试验法

2、低温抗裂性

3、耐久性

4、抗滑性

5、施工和易性

第七章砌筑材料

7.1砌墙砖

一、分类；

1.按原料分:

粘土砖.页岩砖.煤矸石砖.粉煤灰砖.灰砂砖.炉渣砖

2.按孔洞率分:

实心砖（孔洞率<15%）,多孔砖（孔洞率>=15%）

3.按制作工艺分:

烧结砖;非烧结砖

二.烧结砖:

通过焙烧而得的砖

1.制造:

取土--------调制--------制坯--------干燥---------焙烧---------成品

欠火与过火砖成因,特征及影响

青砖:

还原气氛,低价铁;红砖:

氧化气氛,高价铁

2.技术性质

1）尺寸规格:

240X115X53mm

4块砖长,8块砖宽,16块砖厚恰好为1m

每立方米砖砌体需砖512块

2）质量等级;

根据外观质量.泛霜.石灰爆裂三项指标.

a）外观质量:

包括两条面高度差.弯曲程度.杂质突出高度.缺棱掉角.裂纹长度.完整面.

b）泛霜:

粘土中可溶性盐类,随砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象.

c）石灰爆裂:

石灰石烧结后形成CaO,在砖体内吸水消化膨胀,砖体胀裂.

3）强度等级:

分MU30MU25MU20MU15MU10MU7.5

解释其测定方法

4）吸水率:

8%~16%

5）抗风化性能:

注意风化区的划分

3.普通实心砖的优缺点及应用:

4.空心砖

1）孔洞率>=15%

2）优点:

节约粘土;减自重;隔热性能好;节约燃料;烧成率高.

3）技术性质:

质量等级划分:

按耐久性.外观质量.强度等级分

其它与普通砖类似.

5.其它烧结砖:

简介.

三.非烧结砖

1.优点:

节省粘土,减少环境污染.

2.不得用于长期受热（200C以上）;受急冷急热和有酸性介质侵蚀;有流水冲刷的建筑部位.

7.2砌块

一.定义:

用于砌筑的.形体大于砌墙砖的人造块材.

二.分类:

按尺寸分:

大型砌块（高>980mm）

中型砌块（高在380~980mm）

小型砌块（高>115mm<380mm）

三.原料:

可用地方资源,工业废渣

四.特点:

生产工艺简单,原料来源广;

适应性强,制作使用方便;

改善墙体功能;

五.几种常见的砌块

7．3砌筑用石材

一、岩石分类：

1、火成岩：

深成岩：

如花岗岩

噴出岩：

如玄武岩

火山岩：

火山灰

2、沉积岩：

机械沉积岩：

如页岩、砂岩

化学沉积岩：

如石膏、白云岩

生物沉积岩：

如石灰岩

3、变质岩：

正变质岩：

由火成岩变质而成，变质后构造、性能一般较原火成岩差

如由花岗岩变质而成的片麻岩

副变质岩：

由沉积岩变质而成，变质后的结构、性能一般较原沉积岩好

如大理石、石英岩

二、建筑石材的技术性质

1、物理性质：

表观密度；孔隙率；吸水性；耐水性等简要介绍

2、石材力学性质：

A、力学性质：

立方体抗压强度

用MU表示

B、其它

三、石材工艺性质：

1、加工性；

2、磨光性；

3、抗钻性；

四、石材的应用

1）毛石

2）料石

3）石板

4）广场地坪、路面、庭院小径用石材

第九章建筑功能材料

本章要求:

了解建筑功能材料的性质及选用原则.

9．1防水材料

9．1．1防水卷材

1、防水卷材应具备的几种性能：

1）耐水性

2）温度稳定性

3）机械强度、延伸性、抗断裂性

4）柔韧性

5）大气稳定性

2、常见几种防水卷材

1）.沥青防水卷材:

{石油沥青纸胎油毡

石油沥青玻璃布油毡

石油沥青玻璃纤维胎油毡

铝箔面油毡

2）.改性沥青防水卷材:

{SBS卷材

APP卷材

3）.合成高分子防水卷材:

{EPDM防水卷材

PVC防水卷才

氯化聚乙烯-橡胶共混防水卷材

9.2.2防水涂料

1、防水涂料应具备的几种性能

1）固体含量

2）耐热度

3）柔性

4）不透水性

5）延伸性

2、常见几种防水涂料

1）.沥青类防水涂料:

A）冷底子油:

常作为底层来用

B）沥青胶:

也叫玛珶脂

C）水乳型沥青防水涂料:

2）.高聚物改性沥青防水涂料:

A）氯丁橡胶沥青防水材料

B）水乳型再生橡胶防水涂料

C）聚氨脂防水涂料

9．1．3密封材料

1、嵌入建筑接缝的定型和不定型材料

2、应具有的性质：

1）高水密性

2）气密性

3）良好的粘结性

4）良好的耐高温性

5）良好的耐老化性

6）一定的弹塑性和拉伸—压缩循环性能

3、不同的使用部位有不同的要求

4、常见的几种密封材料

1）沥青嵌缝油膏

2）聚氯乙稀接缝膏和塑料油膏

3）丙烯酸类密封膏

4）聚胺酯密封膏

5）硅酮密封膏

1.2灌浆材料

1、定义：

在压力作用下注入构筑物的缝隙孔洞中，具有增加承载能力、防止渗漏及提高结构的整体性能效果的材料。

2、应具有的性能：

1）可灌性

2）胶凝时间可调性

3）良好的粘结性、强度、抗渗性、耐久性

3、分类：

水泥浆

固体浆材{粘土浆

水泥粘土浆

灌浆材料{化学浆材{甲基丙烯酸甲酯（甲凝）

丙烯酰胺（丙凝）

环氧树脂

木质素

9．3绝热材料

一.作用原理和基本要求:

1.表观密度小,导热性低

ρo<500Kg/m3λ<0.17W/（m.K）

2.影响因素:

2）孔隙率高,热导率小

3）受潮,热导率大

4）热流方向

二.常用种类:

1.无机绝热材料:

1）纤维材料:

玻璃棉及其制品

矿棉及其制品

2）松散粒状材料:

膨胀蛭石及其制品

膨胀珍珠岩

3）无机多孔材料:

泡沫混凝土

加气混凝土

微孔硅酸钙

泡沫玻璃

2.有机绝热材料

1）泡沫塑料

2）软木板

3）木丝板

4）甘蔗板

5）蜂窝板

3.玻璃绝热材料:

1）中空玻璃

2）热反射玻璃

3）吸热玻璃

4）窗用绝热玻璃

9．4吸声.隔声材料

12.2.1吸声材料:

1.要求:

规定取125HZ250HZ500HZ1000HZ2000HZ4000HZ等六个频率的平均吸声系数应大于0.2

2.使用原则;

1）材料的气孔是开放的,互相连通;

2）尽可能选用吸声系数较高的材料,以求得到较好的技术经济效果;

3）安装时应考虑尽量减少材料受碰撞的机会和因吸湿引起的胀缩影响;

4）注意吸声材料和隔音材料的区别.

3.常用的吸声材料（书中表格）

12.3.3隔声材料:

1.隔空气声:

材料密度越大,隔声效果越好

2.隔固体声:

结构中加如具有一定弹性的材料

第十章装饰材料

本章要求:

熟悉常用的几种装饰材料性质.应用.

10.1建筑装饰材料的基本功能与选择

一.功能:

2.外墙;保护.装饰

3.内墙:

保护.装饰.功能

4.地面:

保护.装饰.功能

二.效果:

2.质感

3.颜色

4.光泽

5.透明性

三.选用原则:

1.外观,美感,协调,实用

2.功能性

3.经济性

10.2建筑陶瓷（简介）

1.内.外墙砖.地砖之间的区别;

2.如何选择及鉴别其质量;

3.陶瓷锦砖与玻璃锦砖的区别

4.卫生陶瓷简介

10.3建筑装饰用板材:

2.板材分类

3.各板材适用环境

4.各自优.缺点

10.4卷材类装饰材料及装饰涂料

1.卷材类装饰材料简介

介绍地毯.窗帘,墙纸等

2.涂料类简介

10.5建筑玻璃

1.特点:

1）脆性

2）热稳定性差

3）耐酸性强

4）不耐碱（也叫风化）

2.普通平板玻璃

1）制作工艺:

浮法.引上法

2）以标准箱计

3）技术性质（简介）

3.其它平板玻璃:

4.安全玻璃

1）安全玻璃的两种原理

2）常见的安全玻璃

4.绝热玻璃（12章已讲过）

10.6建筑涂料

10.6.1涂料的作用.分类及组成

二.作用:

保护提高耐久性

三.分类:

外墙涂料

内墙涂料

地面涂料

防水涂料

三.基本类型:

2.溶剂型:

薄.硬,耐水性好;但价高,易燃,挥发物质对人体有害;

3.水溶型:

无毒无味,工艺简单,涂膜光洁.平滑,耐燃性及透气性好,价廉;但耐水性较差,潮湿发霉.

4.乳胶漆:

施工方便,耐候性.透气性好,但需在10C以上气温施工,以免影响质量.

四.涂料组成:

2.成膜物质（胶结剂）

3.次要成膜物质（颜料）-------赋予色彩.遮盖力

4.辅助材料（溶剂）--------调节涂料稠度

10.6.2常用的几种涂料（以下内容学生自习,再回答问题）

1.各类涂料常用几种涂料是什么?

2.各有什么特点?

3.适用环境和不适用环境?

6.3.1沥青混合料组成材料的技术要求

1、沥青材料

寒冷地区：

宜选稠度较小，延度较大的沥青

较热地区：

宜选稠度较大，软化点高的沥青

上层：

稠

下层、联接层：

稀

2、粗集料：

洁净、干燥、无杂质。

无风化

一般选高强、碱性岩石轧制碎石

3、细集料：

4、矿粉：

岩石磨制

6.3.2沥青混合料配合比设计

1、两个要求的比例

矿质混合料的配合比、最佳沥青用量

2、设计步骤：

A、矿质混合料的配合比

1）确定沥青混合料类型：

结构层次

高速公路、城市快速路、一级公路、城市主干路

其它等级公路

一般城市道路及其它道路工程

三层式沥青混凝土路面

两层式沥青混凝土路面

沥青混凝土路面

沥青碎石路面

沥青混凝土路面

沥青碎石路面

上层面

AC-13

AC-16

AC-20

AC-13

AC-16

AC-13

AC-16

AC-13

AC-5

AC-10

AC-13

AM-5

AM-10

中层面

AC-20

AC-25

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

下层面

AC-25

AC-30

AC-20

AC-25AC-30

AC-20AC-25AC-30AM-25AM-30

AM-25AM-30

AC-20AM-25AM-25AM-30

AC-25AM-30AM-40

2）确定矿质混合料的级配范围：

查表P198

3）试算法求配比

由矿质混合料的级配范围――――先算出累计筛余级配范围中值―――推算出分计筛余级配范围中值――试算

找出筛余最多的那个矿料，先计算，依次算出（X=分计中值/具体矿料分计筛余）

B、最佳沥青用量：

1）制备试样（沥青用量在表P198）

2）测定物理指标

视密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、流值、马歇尔模数

3）绘制沥青用量与物理－力学指标关系图

附表格：

项目

沥青混合料类型

高速公路、城市快速路、一级公路、城市主干路

其它等级公路及城市道路

人行道路

击实次数

沥青混凝土

沥青碎石、抗滑表层

两面各75

>50

两面各50

两面各50

两面各50

两面各50

技术标准

稳定度MS（KN）

I型沥青混凝土

II型沥青混凝土

>7.5

>5.0

>5.0

>4.0

>3.0

-

流值FL（0.1mm）

I型沥青混凝土

II型沥青混凝土

20-40

20-40

20-45

20-45

20-50

-

空隙率VV（%）

I型沥青混凝土

II型沥青混凝土

III型沥青混凝土

3-6

4-10

1-0

3-6

4-10

1-0

2-5

-

-

沥青饱和度VAF（%）

I型沥青混凝土

II型沥青混凝土

70-85

60-75

70-85

60-75

75-90

-

残留稳定度MS0（%）

I型沥青混凝土

II型沥青混凝土

>75

>70

>75

>70

>.75

-

4）a1为密度最大值的沥青用量a2为稳定度最大值的沥青用量a3为空隙率范围中值的沥青用量

OAC1=（a1+a2+a3）/3

5）确定各关系曲线上沥青用量，画出共同部分OAC2=（OACmin+OACmax）/2

6）确定OAC值

注：

对于热区及高速公路、一级公路、主干路，在OAC2与OACmin范围内决定，不宜小于OAC2的0.5％

寒区道路、一般道路，在OAC2与OACmax,不宜大于OAC2的0.3％

7）水稳定检验抗车辙能力检验综合决定OAC值