土木工程材料速成
这篇文章出现的原因请见标题和第5大点。
1 混凝土
1.1 混凝土组分
胶凝材料
水泥
通过调整水泥的强度等级保证混凝土的强度等级。
水
不影响混凝土的凝结硬化，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。
作用：水泥和水形成水泥浆包裹在骨料表面并填充骨料间间隙。 它们在混凝土硬化前起润滑作用，便于施工； 硬化后起胶结作用，将砂子骨料胶结成一个整体，使混凝土产生强度。
骨料
粗骨料（石子）
分类
- 卵石（表面光滑，有机杂质含量较多，与水泥石胶结力较差）
- 碎石（表面粗糙，棱角多，较洁净，与水泥石粘结较牢固）
作用
- 石子主要提供混凝土的力学强度和抗压能力。
细骨料（砂子）
分类
- 天然砂
- 人工砂
作用
- 节约水泥，提高混凝土的密实度和强度（减少砂总表面积）
- 砂主要填充水泥和石子之间的空隙，增加混凝土的密实性。
- 提高砂率可增强混凝土的保水性。
添加剂
- 外加剂
- 分类（也是作用）：
- 改善混凝土拌合物流变性能者
- 调节混凝土凝结时间和硬化性能者
- 改善混凝土耐久性者
- 改善混凝土其他性能者
- 常用
- 减水剂
- 作为表面活性剂，可在同水量下显著提高混凝土拌合物的流动性；同流动性情况下减少加水量
- 引气剂
- 表面活性剂，搅拌混凝土过程中引入微小气泡。
- 改善混凝土拌合物的和易性；
- 提高混凝土抗渗性、抗冻性；
- 降低混凝土强度。
- general作用：
- 改性：显著改善混凝土拌合物的和易性，明显提高混凝土的物理力学性能和耐久性
- 掺合料
- 常用
- 粉煤灰（用量最大、范围最广）
- 粉煤灰效应：
- 活性效应：粉煤灰成分可作为胶凝材料一部分起增强作用；
- 形态效应：玻璃微珠起“滚珠轴承”作用，提高混凝土流动性，减水作用；
- 微骨料效应：粉煤灰填充水泥浆孔隙和毛细孔，改善混凝土孔结构、增大混凝土密实度。
- 改善混凝土拌合物和易性、可泵性、可塑性，降低混凝土水化热、提高混凝土弹性模量、提高混凝土耐久性。早期降低混凝土强度，后期混凝土强度升高。
- 硅灰
- 无定形粉尘，效果类似粉煤灰且更佳；提高混凝土早期强度
- 磨细矿渣粉
- 沸石粉
- 作用
- 改善混凝土性能
- 调节混凝土强度等级
- 节约水泥用量
总结来说，水泥起着胶结作用，骨料提供强度，添加剂改善性能，而水调节反应和决定混凝土的流动性。但是这并非绝对的，一个组分也可以起到多种作用。
（详见《轻舟队第一次阅读任务》）
1.2 混凝土的配合参数
- 水灰比W/C
- 单位用水量$W_0$
- 砂率$S_p$
2 各物质命名规则及含义
2.1 钢材牌号
此处仅列出较常见的几种钢材牌号命名。
2.1.1 普通碳素钢
普通碳素钢随牌号提高，钢材含碳量增高，强度增高，塑性（伸长率）韧性降低。
2.1.2 碳素结构钢
Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号
- Q表示屈服点
- 数字是屈服强度（MPa）
- 质量等级符号含ABCD
- 脱氧方法含F沸腾钢、b半镇静钢、Z镇静钢、TZ特殊镇静钢
2.1.2 优质碳素结构钢
数字（+Mn）（+脱氧方法符号）
- 数字表示平均碳含量
- 如45表示平均碳含量为0.45%
2.1.3 碳素工具钢
T+数字（+Mn）（+A）
锰含量较高者，在钢号最后标出“Mn”
高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母“A”，以示区别。
2.1.4 易切削钢
Y+数字（+Mn）
2.1.5 合金结构钢
数字+合金（多种）（+A）
钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。
例如20MnVB钢中，钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。
2.2 沥青编号
2.2.1 沥青标号
根据针入度、软化点、延度划分。
牌号减小，针入度减小（黏性增大），延度减小（塑性减小），软化点提高（温敏性减小）。
2.2.2 沥青胶标号
沥青胶是沥青与石粉、石棉等填充料配制而成的膏状物，具有黏结和防水性能，可分为热熔型、溶剂型和乳液型三种。
其标号根据耐热性划分：耐热性越高，沥青胶标号越大。
3 各性能指标及其含义
3.1 混凝土
3.1.1 混凝土的强度
3.1.1.1 混凝土强度等级
如C20中的20表示抗压强度标准值为20MPa。
3.1.1.2 混凝土强度影响因素
- 水灰比
- 一般而言，水灰比越小，混凝土强度越高
- 若水灰比太大，当混凝土硬化后，大量多余的水分就残留在混凝土中形成水泡或蒸发后形成孔隙，从而降低了水泥石的密实性，实质是降低了混凝土抵抗荷载的有效断面积，而且空隙处往往产生应力集中，强度大大降低；
- 若水灰比太小，拌合物过于干硬，在一定捣实条件下，无法使混凝土流动密实，成型后的混凝土中将出现蜂窝、孔洞等严重缺陷，导致混凝土强度下降。在这种情况下，水灰比越小，强度反而越低。
3.1.2 混凝土的和易性
流动性、粘聚性、保水性
- 水灰比$W/C$增大，混凝土拌合物的流动性提高；但水灰比过大，拌合物的粘聚性和保水性变差
- 单位用水量$W_0$增加，混凝土拌合物的流动性提高；但用水量过多，拌合物的粘聚性和保水性变差。
- 砂率$S_p$过大或过小，拌合物的和易性变差。
提高混凝土拌合物保水性的方法：增加砂率
3.1.3 混凝土性质及对应指标
性质
指标
流动性
坍落度
干硬性混凝土的流动性
维勃稠度
3.2 砂浆
3.2.1 砂浆强度
主要影响因素是水泥强度和水灰比。
3.2.2 砂浆性质及对应指标
性质
指标
保水性（加入粉煤灰）
分层度
流动性
沉入度
砂浆试件的标准尺寸：70.7mm的立方体
3.3 沥青
3.3.1 沥青的组分
在大气因素作用下，石油沥青各组分会逐渐递变，其递变的顺序是：
油分→树脂→地沥青质
3.3.2 性质评价
- 高温稳定性：
- 马歇尔试验测得的马歇尔稳定度MS大，车辙试验测得的动稳定度DS大，说明沥青混合料的高温稳定性越好。
- 耐久性：
- 孔隙率越低、沥青饱和度（沥青填隙率）越高，残留稳定度越大，耐久性越好。
3.4 水泥
3.4.1 水泥品种选择
水泥种类
强
弱
用途
普通水泥
冬季施工、高强混凝土
硅酸盐水泥
耐热性（氢氧化钙）
冬季施工、高强混凝土
矿渣水泥
耐热性
抗渗性
蒸汽养护、大体积混凝土工程
火山灰水泥
抗渗性
耐磨性
蒸汽养护、大体积混凝土工程
粉煤灰水泥
抗渗性、耐磨性
蒸汽养护、大体积混凝土工程
复合水泥
蒸汽养护、大体积混凝土工程
3.4.2 水泥性质及对应指标
性质
指标
流动性
坍落度
3.5 钢材
3.5.1 元素影响（略）
3.5.2 性质及选择
对于变形要求严格的构件，选弹性模量大的（$E=\sigma/\epsilon$）
对于安全性需求高的，选屈强比小的（$\sigma_s/\sigma_b$）
3.6 木材
木材的强度受含水量影响较大。当木材还税率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度提高；反之，当含水率提高时，由于亲水的细胞壁逐渐软化而使木材强度降低。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，仅是细胞腔内自由水的变化，木材的强度不变。
- 平衡含⽔率：当⽊材长时间处于⼀定温度和湿度的环境中时，其含⽔率会趋于稳定，此时的含⽔率就是平衡含⽔率
- 纤维饱和点：当⽊材中⽆⾃由⽔，⽽细胞壁内的吸附⽔达到饱和时的含⽔率
3.7 一般材料
性质
指标
耐水性
软化系数
抗渗性
渗透系数
吸湿性
含水率
亲水性、憎水性
润湿边角
吸水性
吸水率
4 混凝土设计（计算）
见《土木工程材料》期末试卷a及答案。
5 城建星材杯2024真题节选
2024.6.1，美好的儿童节，同时也是城建星材杯的举办日。
突击了一上午的土木工程材料（如上），博主我就去参加13：30的比赛去了。
低年级组的题应该是比高年级组简单不少，我是最后一个出考场的，也只用了不到一个小时。
我做到卷子的题型是20道单选（一题2分）+30道判断（一道1分）+3道简答（10+8+12）。很！可！惜！由于这是知识竞赛，所以没有我认真速成的计算题。
记性不太好，能回忆起几道题算几道吧。
5.1 简答题
混凝土强度的影响因素有哪些？如何提高混凝土强度？
混凝土吸水性由哪些因素决定？水会影响混凝土的哪些性质？影响如何？
近年来建材节能需求大，出现了许多建筑保温隔热材料。试举一例，从材料组成、性质、工程应用三方面简要分析。
第3题我乱写了一个掺入可再生多孔陶瓷材料RCA的混凝土（目移），不管它对不对啦
5.2 判断题
- 石材是各向同性材料
- 我打了勾，上网查了也不太明白，“石材”这个范围有点广。
5.3 单选题
硅酸盐水泥，由于环境中的硫酸根出现开裂是因为生成了（C）居然蒙对了(lll￢ω￢)，钙钒石是膨胀性产物
- A. $CaSO_4$
- B. $MgSO_4$
- C. 钙钒石
- D. 方镁石
下面属于憎水性材料的是（D）对了
- A. 花岗岩
- B. 烧结多孔砖
- C. 混凝土
- D. 沥青
下面哪组材料属于气硬性无机胶凝材料（C）选错成B了
- A. 水泥、石灰、建筑石膏
- B. 石灰、建筑石膏
- C. 水玻璃、石灰、建筑石膏
- D. 水泥、建筑石膏
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