土木工程材料第二版复习提纲

土木工程材料复习提纲

一、 绪论

1、 材料的密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量，称为密度。

公式：ρ=v

m ρ—材料的密度，g/cm 3 m —材料在干燥状态下的质量，g v —材料在绝对密实状态下的体积，cm 3

3、表观密度：材料在自然状态下单位体积的质量，称为表观密度。

公式：ρ0=0

v m ρ0—材料的表观密度，g/cm 3 m —材料的质量，g v 0—材料在自然状态下的体积，cm 3

4、堆积密度：散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量，称为堆积密度

公式：ρ'

0='0v m ρ'0—散粒材料的堆积密度，g/cm 3

m —散粒材料的质量，g v '

0—散粒材料的自然堆积体积，cm 3

5、大小关系：实际密度>表观密度>堆积密度

6、孔隙率：材料内部孔隙体积（v p ）占材料总体积（v 0）的百分率。孔隙可从两个方面对材料产生

影响：一是孔隙的多少，二是孔隙的特征。

公式：p=%1000

0?-v v v =(1-ρρ0)%100? 7、密实度：材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率。 公式：p v v D -=?=?=1%100%10000ρ

ρ

8、空隙率：散粒材料颗粒间的空隙体积（v s ）占堆积体积的百分率。散粒材料材料颗粒间的空隙多

少常用空隙率表示：

公式：%100)1(%1000'000'0'

?-=?-=ρρv v v p 9、填充率：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。

公式：'0'0'0

0'1%100%100p v v D -=?=?=ρρ 10 孔隙与水：材料开口孔越多，吸水量越大。虽然水分很易进入开口的大孔，但无法存留，只能湿

润孔壁，所以吸水率不大，而开口细微连通孔越多，吸水量越大

13、比强度是指单位体积质量的材料强度，它等于材料的强度与其表观密度之比。它是衡量材料是

否轻质、高强的指标。

17、脆性：材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，称为脆性。脆性材料抗压强度

高，但抗拉强度和抗弯强度低，抗冲击能力和抗振能力较差。

18、韧性或冲击韧性：材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破

坏的性质，称为韧性或冲击韧性。建筑钢材（软刚）、木材等属于韧性材料，用作路面、

桥梁、吊车梁一级有抗震要求的结构都要考虑到材料的韧性。

19、亲水憎水 图中在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触

面的夹角θ，称为润湿边角。一般认为θ≤ 90时，材料能被水润湿而表现出亲水性，

这种材料称为亲水性材料；当θ> 90时，材料不能被水润湿而表现出憎水性，这种材料

称为憎水性材料。当θ=0时，表示该材料完全被水润湿。

20、吸湿性：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质，称为吸湿性。

含水率：材料的吸湿性用含水率表示。

公式：%100?-=g g

s h m m m W W h —材料含水率，% m s —材料吸湿状态下的质量，g

m g —材料干燥状态下的质量，g

材料的含水率随环境的温度和湿度变化发生相应的变化，在环境湿度增大、温度降低时，材料

含水率变大；反之变小。材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率，

称为平衡含水率。材料的开口微孔越多，吸湿性越强。

21、吸水性：指材料在水中吸水的性质。材料的吸水性用吸水率表示。

材料的开口孔越多，吸水量越大。虽然水分很易进入开口的大孔，但无法存留，只能润湿孔壁，

所以吸水率不大；而开口细微连通孔越多，吸水量越大。

22、耐水性：材料的耐水性，是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。耐水性

用软化系数表示：

公式：g

b R f f K = K R —材料的软化系数 f b —材料在饱和吸水状态下的抗压强度，

MPa f r —材料在干燥状态下的抗压强度，MPa

一般材料吸水后，强度均会有所降低，强度降低越多，软化系数越小，说明该材料耐水性

较差。

材料的K R 在0~1之间，工程中将K R ＞0.85的材料，称为耐水材料。长期处于水中或潮湿环

境中的重要结构，所用材料必须保证K R ＞0.85，用于受潮较轻或次要结构的材料，其值也不宜

小于0.75。

23、抗渗性：材料的抗渗性，是指其抵抗压力水渗透的性质。材料抗渗性常用渗透系数或抗渗等级

表示。

材料的抗渗系数越小或抗渗等级越高，表明材料的抗渗性越好。材料的抗渗性与孔隙

率及孔隙特征有关。开口的连通大孔越多，抗渗性越差；闭口孔隙率大的材料，抗渗

性仍可良好。

地下建筑、压力管道等设计时都必须考虑材料的抗渗性。

24、抗冻性：抗冻等级（记为F ）是以规定的吸水饱和试件，在标准试验条件下，经一定次数的冻

融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为

抗冻等级。

材料受冻破坏的原因：是材料孔隙内所含水结冰时体积膨胀（约增大9%），对孔壁造成的压力

使孔壁破裂所致。一般而言，在相同冻融条件下，材料含水率越大，材

料强度越低及材料中含有开口的毛细孔越多，受到冻融循环的损伤就越

大。在寒冷地区和环境中的结构设计和材料选用，必须考虑到材料的冻

性能。

25、材料的热性质主要包括热容性，、导热性和热变形性。

热容性：同种材料的热容性差别，常用热容量比较；不同材料的热容性，可用比热作比较。

导热性：材料的导热性与孔隙特征有关，增加孤立的不连通孔隙能降低材料的导热能力。

热变形性：材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化。

土木工程总体上要求材料的热变形不要太大，在有隔热保温要求的工程设计时，应尽量选用热容量（或比热）大，导热系数小的材料。

26、耐久性：材料的耐久性是指用于构筑物的材料在环境的各种因素影响下，能长久地保持其性能

的性质。

27、耐久性的意义：以利节约材料、减少维修费用、延长构筑物的使用寿命。

28：提高耐久性的措施：A、提高密度，改变孔隙特征B、适当改变成分，进行憎水处理、防腐处理

C、增设保护层保护材料免受损害（如抹灰刷涂料）

D、设法减轻大气或周围介质对

材料的破坏作用

二、气硬性胶凝材料

2、气硬性胶凝材料只适用于地上或干燥环境，水硬性胶凝材料即适用于地上，也适用于地下或水中

环境。

3、石灰在煅烧过程中，若温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将生成“欠火石灰”。

如果煅烧时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”。

4、石灰的特征：A、可塑性和保水性好B、生石灰水化时水化热大，体积增大C、硬化缓慢

D、硬化时体积收缩大

E、硬化后强度低

F、耐水性差

5、石灰的应用：A、制作石灰乳涂料B、配制砂浆 C、拌制石灰土和石灰三合土D、生产硅酸盐制品

8、凝结时间：初凝时间不早于6min，终凝时间不迟于30min

9、由于建筑石膏粉易吸潮，会影响其以后使用时的凝结硬化性能和强度，长期储存也会降低强度，

因此建筑石膏粉贮运时必须防潮、储存时间不得过长，一般不超过三个月。

10、建筑石膏的特性：（注意细节）

A、凝结硬化快

B、硬化时体积微膨胀

C、硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低

D、隔热、吸声性良好

E、防火性能良好

F、具有一定的调温调湿性

G、耐水性和抗冻性差

H、加工性能好

11、建筑石膏的应用：A、制备粉刷石膏B、建筑石膏制品

三、水泥

2、水泥的品种很多，按化学成分可分为硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等多种系列水泥。硅酸盐系列水

泥按其性能和用途，可做如下分类：硅酸盐系列水泥（1、常用水泥：硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥2、特种水泥）

2、我国常用水泥的主要品种有硅酸盐水泥（分Ⅰ型、Ⅱ型，代号为P·Ⅰ、P·Ⅱ），普通硅酸盐水

泥（简称普通水泥，代号P·O），矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥，代号P·S），火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥，代号P·P），粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥，代号P·F）和复合硅酸盐水泥（简称复合水泥，代号P·C）等。

3、常用水泥的特性：

A、硅酸盐水泥：

a 水化凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高b、水化热大。c、耐腐蚀性差。d、抗冻性好，干缩小（适用于早期强度高的工程和冬季施工，严寒地区）e、耐热性差。

4、影响常用水泥性能的因素

A、水泥组成成分的影响B水泥细度的影响C养护条件（温度、湿度）的影响

D龄期的影响E拌合用水量的影响F贮存条件的影响

5、常用水泥的技术指标

A、细度

B、凝结时间：

C、体积安定性：水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。

引起水泥体积安定性不良的原因：由于水泥熟料矿物组成中含有过多游离氧

化钙（f-CaO）、游离氧化镁（f-MgO），或者水泥粉磨时石膏掺量过多。

国家标准规定：由游离氧化钙引起的水泥体积安定性不良可采用沸煮法检验。

所谓沸煮法包括试饼法和雷氏法两种。（整段都看，考填空问答题）

D、强度及强度等级：采用软练胶砂法测定水泥强度。

国家标准规定：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；其它五种水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、

52.5R六个强度等级

E、碱含量：是指水泥中Na2O和K2O的含量。

F、国家标准规定：凡氧化镁、三氧化硫、安定性（指f-CaO）、初凝时间中任一项不符合标准

规定时，均为废品。其它要求任一项不符合标准规定时为不合格品。

6水泥防腐措施：a根据腐蚀环境合理选择 b提高密度 c加保护层

四、混凝土

1、混凝土是由胶结材料将天然的（或人工的）骨料粒子或碎片聚集在一起，形成坚硬的整体，并具

有强度和其它性能的复合材料。

可以从不同的角度进行分类：

A、按所用胶结材料可分为：水泥混凝土、沥青混凝土、硅酸盐混凝土、聚合物胶结混凝土、聚

合物浸渍混凝土、聚合物水泥混凝土、水玻璃混凝土、石膏混凝土、

硫磺混凝土等多种。

B、按表观密度大小可分为三类：重混凝土、普通混凝土、轻混凝土。

2、混凝土的组成材料主要是水泥、水、细骨料和粗骨料，有时还长包括适量的掺合料和外加剂。

3、水泥品种的选择：配制混凝土时，应根据工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水

泥的特性作出合理的选择。六大常用水泥的选用原则见书3.1.4节。

5、水泥强度等级的选择：水泥强度等级的选择，应与混凝土的设计强度等级相适应。若用低强度等

级的水泥配制高强度混凝土，不仅会使水泥用量过多，还会对混凝土产生不利影响。因此，根据经验一般以选择的水泥强度等级标准值混凝土强度等级标准值的1.5-2.0倍为宜。

9、级配和粗细程度：骨料的粗细程度是指不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。

砂、石的级配和粗细程度：砂的级配和粗细程度是用筛分析方法测定的。

砂的粗细程度用细度模数表示，细度模数（M x）计算公式：

A

A A

A

A

A

A

M

x-

-+

+

+

+

=

100

5 )

(

1

6

5

4

3

2

细度模数越大，表示砂越粗。普通混凝土用砂的细度模数范围一般为3.7～1.6，其中M X在3.7～

3.1为粗砂，M X在3.0～2.3为中砂，M X在2.2～1.6为细砂，配制混凝土时宜优先选用中砂。M X

在1.5～0.7的砂为特细沙，配制混凝土时要作特殊考虑。所以配制混凝土时必须同时考虑砂的颗粒级配和细度模数。

11、骨料的形状和表面特征（石子要越接近颗粒状，表面粗糙），针、片状颗粒不仅受力时易折断，

而且会增加骨料间的空隙。

12、混凝土用水：混凝土用水的基本要求是：不影响混凝土的凝结和硬化；无损于混凝土强度发展

及耐久性；不加快钢筋锈蚀；不引起预应力钢筋脆断；不污染混凝土表面。

凡能饮用的水和清洁的天然水，都可用于混凝土拌制和养护。海水不得拌制钢筋混

凝土、预应力混凝土及有饰面要求的混凝土。工业废水须经适当处理后才能实用。（Cl-

对钢筋有侵蚀）

13、混凝土外加剂按其主要功能，一般分为四类：

A 、改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，如减水剂、引起剂、泵送剂等。

B 、调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂，如缓凝剂、早强剂等。

C 、改善混凝土耐久性的外加剂，如防水剂、阻锈剂、抗冻剂等。

D 、提供特殊性能的外加剂，如加气剂、膨胀剂、着色剂等。

14、减水剂的作用：减水剂是指在混凝土拌合物塌落度基本相同的条件下，能减少拌合用水量的外

加剂。如果在水泥浆中加入减水剂，则减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒

表面，是水泥颗粒表面带有相同的电荷，在电性斥力作用下，是水泥颗粒分开，

从而将絮凝结构内的游离水释放出来。另外，减水剂还能在水泥颗粒表面形成

一层溶剂水膜，在水泥颗粒间起到很好的润滑作用。减水剂的吸附－分散和润

湿－润滑作用是混凝土拌合物在不增加用水量的情况下，增加了流动性。

混凝土中掺入减水剂后，若不减少拌合用水量，能明显提高拌合物的流动性；当减水而不减少水泥时，则提高混凝土强度；若减水时，同时适当减少水泥，则能节约水泥用量。

15 常用外加剂：减水剂 引气剂 早强剂 缓凝剂

16、早强剂：是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。

17、缓凝剂：是指能延缓混凝土凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂。

20、和易性的概念：混凝土硬化前的拌合物将经过施工工艺中拌合、运输、浇注、振捣等过程。混

凝土拌合物的和易性是一项综合技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面含义。流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性是指混凝土拌合物在施工工程中，其组成材料之间有一定的粘聚力，不致发生分层和离析的现象。保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。

21、和易性的测定方法：通常是测定混凝土拌合物的流动性，辅以其它方法或经验，并结合直观观

察来评定混凝土拌合物的和易性。新拌混凝土流动性用坍落度和维勃稠度来表示。

22、影响和易性的主要因素：A 、水泥浆的数量和水灰比的影响 B 、砂率的影响 C 、组成材料

性质的影响 D 、温度和时间的影响。

23、改善和易性的措施：

A 、通过试验，采用合理砂率，并尽可能采用较低的砂率。

B 、改善砂、石（特别是石子）的级

配。C 、在可能条件下，尽量采取用较粗的砂子。

D 、当混凝土拌合物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石。

E 、有条件时尽量掺用外加剂，如减水剂、引气剂。

24、混凝土立方体抗压强度（常简称为混凝土抗压强度）是指按标准方法制作的边长为150mm 的立

方体试件，在标准养护条件下（温度20℃±30℃，相对湿度90%以上或置于水中），养护至28d 龄期，以标准方法测试、计算得到的抗压强度值，称为混凝土立方体的抗压强度。（注意条件）

25、我国把普通混凝土按立方体抗压强度标准值划分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、

C45、C50、C55和C60等12等级。用标准实验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。强度等级表示中的“C ”为混凝土强度符号，“C ”后面的数值，即为混凝土立方体抗压强度标准值。

在结构设计中，考虑到受压构件常是棱柱体（或圆柱体）而不是立方体，所以采用棱柱体试件

能比立方体试件更好地反映混凝土的实际受压情况。轴心抗压强度（f cp ）比同截面面积的立方体抗压强度（f cc ）要小，当标准立方体抗压强度在10～50MPa 范围内时，两者之间的换算关系近似为：cc cu f f )8.0~7.0( 。

26、影响混凝土抗压强度的主要因素：

A 、水泥强度等级和水灰比的影响：

B 、骨料的影响

C 、龄期与强度的关系

D 、养护湿度及温度的影响

26 混凝土变形形式：化学减缩 温度变形 混凝土的干缩湿胀 荷载作用下的变形

27、用于构筑物的混凝土，不仅要具有能安全承受荷载的强度，还应具有耐久性，即要求混凝土在

长期使用环境条件的作用下，能抵抗内、外不利影响，而保持其使用性能。

28、提高耐久性的措施：A 、合理选择水泥的品种B 、适当控制混凝土的水灰比和水泥用量

C 、选用品种良好，级配合格的骨料

D 、掺外加剂

E 、保证混凝土的施工质量

31、长期荷载作用下的变形——徐变：混凝土承受持续荷载时，随时间的延长而增加的变形，称为

徐变。

32、徐变的影响：混凝土的徐变对混凝土的急钢筋混凝土结构物的应力和应变状态有很大影响。徐

变可能超过弹性变形，甚至达到弹性形变的2~4倍。这某些条件下，徐变有力于消弱有温度、干缩等引起的约束变形，从而防止裂缝的产生。但在预应力结构中，徐变将产生应力松弛，引起预应力损失，造成不利影响。

33、混凝土配置强度：σ645.1,,+=k cu t cu f f

混凝土设计强度等级低于C20时，σ=4.0MPa ；

混凝土设计强度等级为C20~C35时，σ=5.0MPa ；

混凝土设计强度等级高于C35时，σ=6.0MPa ；

35、高强混凝土的特点：

A 、高强混凝土的抗压强度高，可大幅度提高钢筋混凝土拱壳、柱等受压构件的承载能力。

B 、在相同的受力条件下能减小构件体积，降低钢筋用量。

C 、高强混凝土致密坚硬，其抗渗性、抗冻性、耐蚀性、抗冲击性等诸方面性能均优于普通混凝土。

D 、高强混凝土的不足之处是脆性比普通混凝土高。

E 、虽然高强混凝土的抗拉、抗剪强度随抗压强度的提高而有所增长，但拉压比和剪压比却随之降低。

36、配置高强混凝土的途径主要是：

A 、改善原材料性能。

B 、优化配合比。

C 、加强生产质量管理，严格控制每个生产环节。

七、建筑钢材

1、建筑钢材：是建筑工程中使用的各种钢材，包括钢结构用的型钢、钢板和钢筋混凝土用的钢筋、

钢丝等，以及钢门窗和各种建筑五金等。

2、建筑钢材的优缺点：钢材具有强度高，塑性和韧性好，能承受冲击和振动荷载，且易于加工和装

配，广泛应用于工业、民用和市政建筑中。目前在中、大型建筑结构中，只

有钢结构和钢筋混凝土结构能相互竞争，所以钢材已成为最重要的建筑结构

材料。钢材的缺点是易锈蚀和耐火性差。

4、钢的分类：

按冶炼时脱氧程度分类：A 、镇静钢。B 、沸腾钢。 C 、半镇静钢。

5沸腾钢的用途：沸腾钢不适用于制造冲击载荷，在低温条件下工作的焊接结构及其他重要结构。可用于一般的建筑结构

6、屈服强度：当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除产生弹性变形外，还产生部分塑性变

形。当应力达到s 点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象

称为屈服。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服

点，或屈服强度。

屈服比：屈服点与抗拉强度之比。

7、疲劳强度：受交变荷载反复作用，钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏

的现象，称为疲劳强度。

8、伸长率：计算公式：%1000

01?-=L L L δ L 0—试件原始标距长度，mm L 1—断裂试件拼合后标距

的长度，mm

规定L 0=5d 0或L 0=10d 0，对应的伸长率记为δ5和δ10。对同一钢材δ5大于δ10。

15、钢的化学成分对钢性能的影响： A 、碳B 、有益元素 C 、有害杂质

16、冷加工：指钢材在再结晶温度下（一般为常温）进行的机械加工，如冷拉、冷軋、冷拔、冷扭

和冷冲等加工。

17、抗拉强度四阶段：线性，屈服，硬化，颈缩

20、热处理：A 、退火B 、正火。C 、淬火D 、回火。

21、碳素结构钢的牌号：质量等级：按冲击韧性划分如下： A 级——不要求冲击韧性； B 级——要

求+20℃冲击韧性；C 级——要求0℃的冲击韧性；D 级——要求-20℃的冲

击韧性。

22、Q235钢的用途：强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也

好，是钢结构常用的牌号。Q235钢大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房

屋和桥梁等。

24、低合金高强度结构钢的牌号：屈服点等级：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。

25、低合金高强度结构钢的技术性能与应用：Q345钢的综合性能较好，是钢结构的常用牌号，Q390

也是推荐使用的牌号。

26、钢的选用：结构钢材采用氧气转炉钢或平炉钢，最少应具有屈服点、抗拉强度、伸长率三项机

械能和硫、磷含量两项化学成分的合格保证；对焊接结构还应有含碳量的合格保证。

对于较大型构件、直接承受动力荷载的结构，钢材应具有冷弯实验的合格保证。对

于大、重型结构和直接承受动力荷载的结构，根结冬季工作温度情况钢材应具有常

温或低温冲击韧性的合格保证。不同建筑结构对材质的要求是：

A 、重要结构构件（如梁、柱、屋架等）高于一般构件（如墙架、平台等）

B 、受拉、

受弯构件高于受压构件C 、焊接结构高于栓接或铆接结构D 、低温工作环境的结构高于

常温工作环节的结构E 、直接承受动力荷载的结构高于间接承受动力荷载或承受静力

荷载的结构 F 、重级工作制构件（如重型吊车梁）高于中、轻级工作制构件。

对于高层建筑钢结构的钢材，宜采用B 、C 、D 等级的Q235碳素结构钢和B 、C 、D 、

E 等级的Q345低合金高强度结构钢。抗震结构钢材的强屈比不应小于1.2，应有明

显的屈服台阶，伸长率应大于20%，且有良好的可焊性。Q235沸腾钢不宜用于下列

承重结构：重级工作制焊接结构，冬季工作温度≤-20℃的轻、中级工作制焊接结构

和重级工作制的非焊接结构，冬季工作温度≤-30℃的其他承重结构。