重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质.ppt

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1、1,建 筑 材 料主讲：陈桂斌,2,课 程 说 明,一、课程特点 1、内容多，需要记忆的内容（概念、性质、应用等）多；2、各章之间联系不大；3、实践性很强，理论计算少。二、学习方法 1、抓住中心内容：材料的性质和合理使用；2、在书上作笔记，在理解的基础上记忆，适当采用记忆方法；3、课后多做习题，巩固所学内容；4、试验自己动手，认真观察，正确分析试验结果。,3,三、教学内容 第14章；第79章。四、参考文献 严家伋编著道路建筑材料人民交通出版社 王福川主编土木工程材料中国建材工业出版社 JTG E30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 JTG E42-2005公路工程集料试验规程 JTJ

2、 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程,4,五、课程成绩计算 平时成绩20（考勤、作业成绩各占10）总成绩 考试成绩80 注：如果整个授课过程中有四次点名都没到的话，课程成绩以零分计！,5,绪 论,一、定义 用于土木工程结构物的所有材料的总称。二、分类 1、按材料来源分：天然材料；人造材料。2、按使用功能分：结构材料（主要承受荷载）；功能材料（强调某一种功能）。3、按组成材料的物质和化学成分：,6,7,三、土木工程材料的作用和发展 1作用：（1）是土木工程的物质基础；（2）材料的品种往往决定结构物的性能；（3）与土木工程技术相互制约，相互促进。,8,9,10,11,3发展趋势：（1

3、）结构材料轻质高强化；（2）材料的功能性越来越受重视；（3）加强材料的耐久性研究和设计；（4）绿色化。四、土木工程材料的选择和使用 选择：应根据工程的特点和使用环境，遵照有关的技术标准进行。,12,13,14,第1章 土木工程材料的基本性质,15,材料的组成,1.1 材料的组成、结构及构造,16,一、化学组成,化学组成：构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。材料的化学组成是决定其化学性质（耐蚀性、可燃性）、物理性质（耐水性、耐热性）和力学性质的重要因素。不同的化学成分构成了不同的材料，因而也表现出不同的性质。如木材易于燃烧和腐朽，钢材强度高但易于锈蚀，石灰耐水性差等。,17,二、矿物组成,矿

4、物组成：构成材料的矿物种类和数量。化学组成相同的材料，矿物组成不同，也可以表现出不同的性质。如天然石料，由于其矿物组成不同，所以构成了不同的岩石品种。各种水泥也因具有不同的熟料矿物组成而表现出不同的性能。,18,材料的结构和构造,一、宏观结构二、亚微观结构三、微观结构四、构造,19,一、宏观结构,指用肉眼或放大镜可分辨出的结构状况，其尺寸范围在10-3m级以上。,材料的宏观结构和特征,20,二、亚微观结构,又称介观结构，是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺寸范围在10-6m10-3m。充分显示出天然岩石的矿物组成、金属材料的晶粒大小与金相组织、水泥混凝土的孔隙与裂缝等。亚微观结构层次上的差异

5、显著影响材料的性能。,21,三、微观结构,是指原子或分子层次的结构，其尺寸范围在10-10m10-6m。材料按微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体。,22,晶体结构结合键及其特性,23,无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在共价键又存在离子键。硅酸盐材料在土木工程材料中占有重要地位，它广泛应用在水泥、陶瓷、砖瓦、玻璃等材料中，硅酸盐晶体的基本结构单元是SiO4四面体，硅在四个氧形成的四面体的正中。硅酸盐的结构比较复杂，是由基本单元SiO4与其它金属离子结合而成。,24,硅氧四面体示意图,25,（二）玻璃体,定义：熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的内部质点无序排列的固

6、体或固态液体。特点：（1）没有固定的熔点和几何外形。（2）各向同性。（3）化学稳定性差，如粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰等。,26,（三）胶体,定义：以结构粒径为10-9m10-7m的固体颗粒（胶粒）作为分散相，分散在连续介质中形成分散体系的物质。胶体类型：溶胶结构；凝胶结构；溶凝胶结构。胶体特点：（1）强度较低。（2）变形较大。,27,四、构 造,定义：具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。与结构的区别：构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。如材料的孔隙，岩石的层理，木材的纹理，疵病等。,28,一、预约时间及地点：1、时间：第13周，周一至周五上班时间 2、地点：交通运输工程

7、学院实验检测中心（土木楼317）联系人：蔡老师 联系电话：82309403 二、预约方法 1、以班长为联系人到实验中心一次性把必选实验项目预约完；2、每班人数应为2080人；3、班长记录上课时间后通知全班同学，并按上课时间准时上课；4、上实验课的学生以签名为准，预约后不来上课者，不再另行安排，后果自负，而该项目实验成绩以零分计算。,建材实验课预约通知,29,1.2 材料的物理性质,30,（一）密度,1、定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。按下式计算式：式中 密度，g/cm3。m 干燥材料的质量,g。v 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。材料的密度与4纯水密度之比称为相对密度。,31,自

8、然状态下体积示意图,32,2、测定：为测定有孔材料的绝对密实体积，常把材料磨细，干燥后用李氏瓶测定其体积，材料磨得越细，测得的数值越接近材料的真实体积。,33,（二）表观密度,1、定义：材料在包含闭口孔隙条件下单位体积的质量。按下式计算：式中：表观密度，/m3。m材料的质量，。材料在包含闭口孔隙条件下的体积，m3。2、测定：采用排液法或水中称重法。对于某些密实材料（如天然砂、石等），表观密度与密度十分接近，因此，也称为视密度，又称近似密度。,34,材料的表观密度一般指材料在干燥状态下单位表观体积的质量，称为干表观密度。按材料含水状态的不同，如绝干、气干、饱和面干、含水等，分别称为干表观密度、气

9、干表观密度、饱和面干表观密度、湿表观密度等。,35,（三）毛体积密度（容重）,1、定义：材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：式中：毛体积密度，/m3。m 材料的质量，。材料在自然状态下体积，m3。材料在自然状态下的体积是指包括内部孔隙（开口孔隙和闭口孔隙）在内的体积。,36,2、测定：规则形状材料：游标卡尺法 不规则形状材料：排液法或水中称重法 按含水状态的不同，分别称为干毛体积密度、气干毛体积密度、饱和面干毛体积密度、湿毛体积密度等。,37,表观密度：毛体积密度：ma石料的烘干质量；mf石料的饱和面干质量；mw石料的水中质量；试验温度T时水的密度。,水中称重法（网篮法）,38,表观密

10、度：毛体积密度：m0石料的烘干质量；m1水、瓶及玻璃片的总质量；m2 石料、水、瓶及玻璃片的总质量；m3石料的饱和面干质量；试验温度T时水的密度。,容量瓶法（排液法）,39,（四）堆积密度,1、定义：指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：式中 堆积密度，/m3。m 材料的质量，。材料堆积体积，m3。材料的堆积体积包括固体体积、孔隙体积和空隙体积。因此，堆积密度与材料堆积的紧密程度有关。根据材料堆积的紧密程度，堆积密度有松堆密度（自然堆积状态）和紧堆密度（振实或捣实的紧密堆积状态）。,40,2、测定：容量筒法 3、注意：散粒材料的颗粒内部或多或少存在孔隙，颗粒与颗粒间又存在

11、空隙，所以对散粒材料而言，有密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度四个物理量。四种密度的区别：m为材料的烘干质量，而体积各不相同，分别为实体体积、表观体积、毛体积、堆积体积。,41,二、密实度和孔隙率（针对单块材料）,（一）密实度 定义：材料体积（自然状态）内固体物质的充实程度。密实度D按下式计算：密实度D反映材料的密实程度，D越大，材料越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。,42,（二）孔隙率,孔隙率的大小反应了材料的致密程度。材料的许多性能，如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与孔隙率有关。此外，还与材料内部孔隙的结构有关。,定义：材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率。孔隙率P按下

12、式计算：,43,三、填充率和空隙率（针对散粒材料）,44,（二）空隙率,定义：散粒材料在堆积状态下颗粒间空隙体积占堆积体积的百分率。材料的空隙率 按下式计算：空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间互相填充的致密程度。,45,问 题,1、什么是材料的填充率？填充率和哪个概念是相对的？为什么？2、某石料烘干试样500克，水中称重300克，饱和面干重550克，若水的密度为1g/cm，求该石料的表观密度和毛体积密度。,46,1.3 材料与水有关的性质,一、亲水性与憎水性二、吸水性与吸湿性三、耐水性四、抗渗性五、抗冻性,47,一、亲水性与憎水性,1、定义：当材料与水接触时，如果水可以在材料表面铺展开，即

13、材料表面可以被水所润湿，则称材料具有亲水性；这种材料称为亲水性材料。大多数建筑材料属于亲水性材料，如混凝土、钢材、砖石等。若水不能在材料的表面铺展开，即材料表面不能被水所润湿，则称材料具有憎水性。此种材料称为憎水性材料。大部分有机材料属于憎水性材料，如沥青、石蜡、塑料等。,48,2、表示方法 材料的亲水（或憎水）程度可用润湿角表示。在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角称为湿润角。润湿角900时，材料表现为亲水性；润湿角900时，材料表现为憎水性。润湿角越小，亲水性越强，憎水性越弱。,49,50,3、工程应用 亲水性材料能通过毛细管作用，将水吸入材料内部。

14、憎水性材料一般能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水作用。憎水性材料具有较好的防水性、防潮性，常用作防水材料，也可用于对亲水性材料进行表面处理，以降低吸水率，提高抗渗性。,51,1、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。常用吸水率表示，有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。,二、材料的吸水性与吸湿性,质量吸水率：材料吸入收水分的质量与材料在干燥状态下的质量之比，按下式计算：式中：W材料的质量吸水率，%。m 材料在干燥状态下的质量，g。m1材料在浸水饱和状态下的质量，g。,52,体积吸水率：材料吸收水分的体积与材料在自然状态下的体积之比。,影响因素：材料的亲水性和憎水性、孔隙率的大小及孔隙特征。

15、一般孔隙率越大，其吸水性越强。封闭孔隙水分不易进入；粗大开口孔隙，不易吸满水分；具有微细开口孔隙的材料，其吸水能力特别强。,53,2、吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。常用含水率表示。,54,材料吸水或吸湿后，可削弱材料内部质点间的结合力或吸引力，引起强度下降，同时使材料的容重和导热性增加，并使材料的保温性、吸声性下降，受到的冻害、腐蚀加剧。由此可见，含水使材料的绝大多数性质下降或变差。,注意区分：吸水率：饱水状态（吸水饱和）恒值 含水率：自然状态 变值,55,三、耐水性,定义：材料长期在饱和水的作用下既不发生破坏，强度也不显著降低的性质。材料的耐水性用软化系数KR来表示，定义式如下：,

16、式中 KR材料的软化系数。fb材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。fg材料在绝干状态下的抗压强度，MPa。,56,土木工程材料的软化系数在01之间波动，钢的软化系数为1，粘土为0。用于长期处于水中或潮湿环境的重要结构的材料，软化系数KR应大于0.85（耐水材料）；用于受潮较轻或次要结构物的材料，软化系数KR应大于0.75。,57,四、抗渗性,定义：材料抵抗压力水渗透的性质。抗渗性可用渗透系数表示，计算式如下：式中：K渗透系数，cm/h d试件厚度，cm；Q渗水量，cm3；A渗水面积，cm2 t渗水时间，h；H水头（水压力），cm。渗透系数K越小，材料的抗渗性越好。,58,材料的抗渗性还可用

17、抗渗等级来表示，以规定的试件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（MPa）来确定，用“Pn”表示，如P2、P4、P6、P8等，分别表示可抵抗0.2、0.4、0.6、0.8MPa的水压力而不渗透。影响因素：材料内部的孔隙率、孔隙特征以及材料的亲水性和憎水性。,59,五、抗冻性,定义：材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻等级：材料在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，所能经受的最大冻融循环次数，用“Fn”表示，如F25、F50、F100、F150等分别表示在经受25、50、100、150次的冻融循环后，材料仍可满足使用要求

18、。,影响因素：材料内部的孔隙率、孔隙特征和材料的吸水率及降温速度等。,60,1.6 材料的力学性质,一、强度二、弹性与塑性三、脆性与韧性四、疲劳极限五、硬度、磨损及磨耗,61,一、强 度,1、定义：材料抵抗外力破坏的能力。,62,63,3、影响因素：材料的组成和结构；试件的尺寸和形状；试验装置情况；试件的表面平整度；加荷速度；温度和湿度。,64,4、强度等级：为便于生产和使用，土木工程材料常按其强度的大小划分等级。普通水泥按抗压强度和抗折强度分为32.5、42.5、52.5、62.5共4个强度等级；普通混凝土按抗压强度分为C15、C20、C25、C30C80共14个强度等级。,5、比强度：单位

19、体积质量的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比。它是反映材料轻质高强的指标，其 值越大，材料越轻质高强。,65,二、弹性与塑性,1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，能够完全恢复原来形状的性能。这种能完全恢复的变形称为弹性变形。2、塑性：材料在外力作用下产生显著变形，但不断裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性质。这种不可恢复的残余变形称为塑性变形。在土木工程材料中，几乎没有完全的弹性材料或塑性材料。,66,67,三、脆性与韧性,1、脆性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突然破坏的性质。脆性材料的特点是塑性变形很小，且抗压强度与抗拉强度的比值较大（550倍），无机

20、非金属材料多属于脆性材料。,2、韧性：材料在外力的作用下，能够吸收较大的能量，同时产生一定的变形而不致破坏的性能。而材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大能量，产生一定的变形而不致破坏的性质称为冲击韧性。在土木工程中，材料的韧性一般以冲击韧性评价。,68,69,四、疲劳极限,1、定义：材料在受到拉伸、压缩、弯曲、扭转以及这些外力的反复作用，当应力超过某一限度时会导致材料的破坏，这个限度叫疲劳极限，又称疲劳强度。当应力小于疲劳极限时，材料在荷载无穷多次重复作用下也不会发生破坏。2、影响因素：材料的性质、应力种类、疲劳应力比值、应力集中情况以及温度等。对于混凝土，通常规定应力循环次数为10610

21、8次，此时混凝土的压缩疲劳极限为抗压强度的5060。,70,五、硬度、磨损及磨耗,1、硬度：材料抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力。刻划法：用于矿物材料的测定，以滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉和金刚石10种矿物作为标准划分硬度等级，这种硬度称为莫氏硬度。回弹法：用于测定混凝土表面硬度，并可间接推算混凝土的强度，也用于测定陶瓷、砖、砂浆、塑料、橡胶等的表面硬度和间接推算其强度。,71,压入法：用于测定金属材料、塑料、橡胶等的硬度。以一定的压力将一定规格的钢球或金刚石制成的尖端压入试样表面，根据压痕的面积或深度来测定其硬度值。常用的方法有布氏法、洛氏法和维氏法，相应的硬度

22、值称为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。,72,2、磨损：材料受到磨擦作用而减小质量和体积的现象。3、磨耗：材料受到摩擦、剪切和撞击的综合作用而减小质量和体积的现象。道路工程中的路面、过水路面以及涵管墩台等，经常受到车轮摩擦、水流及其挟带泥沙的冲击作用而遭受损失和破坏，这些均需要考虑材料抵抗磨损及磨耗的性能。材料的结构致密、硬度较大、韧性较高时，其抵抗磨损及磨耗的能力较强。,73,思 考 题,1、普通混凝土标准试件经28d标准养护后测得抗压强度为27MPa，同时又测得同批混凝土吸水饱和后的抗压强度为24MPa，干燥状态测得抗压强度为30MPa，该混凝土的软化系数

23、为（）。A：0.9 B：0.1 C：0.2 D：0.8 2、含水率表示材料的什么性质？含水率为5%的湿砂280kg，将其干燥后的重量是（）kg。A：260 B：266 C：266.67 D：270,74,1.7 材料的耐久性,定义：材料在自然界各种因素的作用下，抵抗破坏、保持原有性质的能力。自然界各种破坏因素包括：物理作用、化学作用和生物作用。材料的耐久性是一项综合性质，包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗老化性、耐磨性等。,75,一、物理作用。包括干湿变化、热胀冷缩、冻融循环、机械摩擦等作用，可使材料的结构发生变化。如内部产生微裂纹或孔隙率增加等。二、化学作用。包括酸、碱、盐水溶液以及有害气体的侵蚀作用，以及光、氧、热和水蒸汽作用等，会使材料逐渐变质而失去或破坏其原有性质。如水泥石的腐蚀、钢筋的锈蚀等。三、生物作用。包括菌类、昆虫等的蛀蚀作用。如木材在不良使用条件下会受到虫蛀、腐朽变质而破坏。,76,作业附加题,经测定，重量为3.4kg，容积为10升的容量筒装满绝干石子后的总重量为18.4kg。若向筒内注入水，待石子吸饱水后，为注满此筒共注入水4.3kg。将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总重量为19.0kg（含筒重）。已知水的密度为1000 kg/m3，求该石子的表观密度、毛体积密度、堆积密度、吸水率。,77,附加题答案：解：,谢谢观看,不懂得 qq联系,