土木工程材料0绪论第一章

1、绪论一. 土木工程材料的定义及分类1.定义土木工程材料是土木工程中所使用的各种材料及其制品的总称。2.分类（1） 根据材料来源分：天然材料和人造材料（2） 根据使用部位分：承重、屋面、墙体和地面材料等（3） 根据其功能分：结构材料和功能材料（4） 根据组成物质的种类及化学成分分：分 类实 例无机材料金属材料黑色金属铁、钢等有色金属铝、铜、锌及其合金等非金属材料天然石材砂、石及石材制品等烧土制品黏土砖、瓦、陶瓷制品等胶凝材料及制品石灰、石膏及制品、水泥及水泥混凝土制品、硅酸盐制普通平板、安全、绝热等无机材料、矿物棉、岩棉等有机材料植物材料木材、竹材、植物及制品等沥青材料煤沥青、石油沥青及其制品等

2、高材料、涂料、树脂、胶黏剂、橡胶等复合材料有机材料与无机非金属材料复合沥青混凝土、聚合物混凝土、增强等金属与无机非金属材料复合钢筋混凝土、钢混凝土、cY板等金属与有机材料复合铝塑管、有机涂层铝合金板、塑钢等二土木工程材料在建设工程中的地位和作用(1) 土木工程的物质基础(2)土木工程质量的保证(3)影响土木工程的造价材料费用占工程总造价的5070%。要降低工程造价必须优化选择和正确使用材料，提高材料的利用率。(4)促进土木工程技术的进步和发展材料决定结构形式和施工方式。新的材料的出现，往往会促进结构设计及施工技术的革新和发展，使一些无法实现的构想变成现实。三土木工程材料的发展概况发展经历：从无

3、到有，从天然材料到人工材料，从手工 业生产到工业化生产。¾未来材料的发展趋势：首先，建立节约型的生产体系，做到节能、节土、节水和节约矿产等。其次，建立有效的环境保护与管理体系，大力发，充分利用再展无污染、环境友好型的绿色材料生及工农业废料；再次，积极采用高科技成果推进材料工业的现代化大力发展功能型材料，提供材料是目前发展的趋势。更好的绿色化和智能化四土木工程材料的检验与技术标准1.标准化的意义为了保证材料的质量，保证现代化生产和科学管理，或者是作为设计应用和研究时的依据。土木工程材料的技术标准包括要求、检验方法、验收规则、标志、等方面内容。规格、分类、技术和储存注意事项2.土木工程材

4、料标准的类别¾我国现行的土木工程材料标准的类别(1)标准强制性标准(代号GB)和推荐性标准(代号GBT)(2)行业(或部)标准(3)地方标准DB(4)企业标准QB行业名称建材建工水利冶金电力标准代号JCJGSLYBDL¾其他准国际标准ISO美国材料试验德国DIN标准工业标准JIS 法国标准NF英国标准BS3.标准的表示方法标准ASTM标准的一般表示方法是由标准名称、标准代号、标准编号和颁布年份等组成。通用硅酸盐水泥 GB175-2007五本课程的内容、学习目的和基本要求1.学习目的获得有关土木工程材料科学的基础理论和基本技能，为后续课程提供材料的基础知识；为将要从事土木工程

5、建设工作的技术确使用材料奠定基础。2.主要内容合理选择和正除介绍了材料的一些基本性质外，主要讲述了工程中常用的气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、体材料和屋面材料、土木工程用钢材、木材、高料、沥青材料。砂浆、墙材3.基本要求（1）掌握常用材料的组成、基本性能及技术要求，理解材料组成及结构对材料性质的影响，能够根据工程实际条件合理地选择和使用各种材料；（2）注意外界条件对材料性能的影响；（3）在学习中要避免死记硬背，要注意理解，运用对比方法来学习；既要学习材料的共性，更要掌握材料的特性。（4）了解各种材料的原料、生产等方面的知识；（5）掌握常用材料贮藏和时的注意事项。第一章 土木工程材料的基本性质材料

6、所处的环境和部位不同，所起的作用也各不相同，为此要求材料必须具备不同的性质。土木工程材料的基本性质是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。土木工程材料的基本性质一般包括物理性质、力学性质、化学性质和耐久性等。第一节 材料的物理性质一.与质量状态有关的物理性质1密度()是材料在绝对密实状态下，体积的质量。r = m不含有任何孔隙的体积V式中密度(g/cm3)或(kg/m3)；m材料在干燥状态下的质量(g)或(kg)；V材料在绝对密实状态下的体积(cm3)或(m3)。测量时，须在干燥状态下；含孔材料磨成细粉，烘干后，用李氏瓶测定其体积。钢材、用上式计算获得。等少

7、数材料可直接采2表观密度()表观密度(又称视密度、近似密度)是指材料在自然状态下，不含开口孔时体积的质量。mV ¢mr ¢ =V+Vb式中表观密度(gcm3)或(kgm3)；V材料在自然状态下不含开口孔隙时的体积(cm3)或(m3)；Vb材料内部闭口孔 隙的体积(cm3)或(m3)。测定材料的表观密度时，材料必须绝对干燥。3容积密度(0， (gcm3)或(kgm3)又称体积密度(俗称容重)是指材料在自然状态下，宏观外形体积的质量mmr =0V V+ VV0bk式中V0材料在自然状态下的宏观外形体积，Vk材料内部开口均为(cm3)或(m3)。孔隙的体积，粉状材料在绝干状态下的

8、容积密度与密度值近似相等。测量容积密度时，材料质量可以是在任意含水状态下，但应注明其含水情况，未特别标明时，常指气干状态下的容积密 度。在材料对比试验时，则在绝干状态下进行。对于形状不规则的材料，可采用蜡封排水法测定其体积。4堆积密度 (r0¢ )是指散粒材料或粉状材料，在自然堆积状态下质量体积的mmmr ¢ =V=0V ¢+VV+VVV00vbkv式中 r0¢ 堆积密度 (gcm3)或(kgm3)；V0¢ 堆积体积(cm3)或 (m3)；Vv材料内部开口孔隙的体积(cm3)或(m3)。材料的堆积体积指在自然、松散状态下，按一定方法装入一定容器

9、的容积，包括颗粒体积和颗粒之间空隙的体积。 若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。几种密度有什么异同点？有一石材干试样的质量为300g，把它浸入水中，吸水饱和排出水的体积120cm3，将其取出擦干表面，再次放入水中排出水体积130 cm3，若体积无膨胀，求此石材的表观密度、容积密度。二.与构造状态有关的物理性质1. 孔隙率与密实度1.1 孔隙率（P）孔隙率是指材料内部孔隙体积占其总体积的百分率，即r0 öV0 - VæP =´100% = ç1 -è÷ ´100%ørV0材料内部孔隙构造上的特征，如大小、形状、分布

10、、连通等统称为孔隙特征。开口孔隙：材料内部孔隙不仅彼此互相贯通并且与外界相通。开口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸声性，并降低 材料的抗冻性、抗渗性和耐水性。闭口孔隙：材料内部孔隙彼此不连通且与外界隔绝。微小而均匀的闭口孔隙能提高材料的保温隔热性能和耐久性，但 降低材料的表观密度。材料的孔隙率分为开口孔隙率Pk和闭口孔隙率Pb，即P = Pk + Pb1.2 密实度D密实度即材料体积内被固体物质充实的程度。D = V ´100% = r0 ´100% = 1 - PrV02. 空隙率和填充率2.1 空隙率P空隙率是指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占其自 然堆积体积的百分

11、率。V0¢ - V0ær0¢ öP¢ =´100% = ç1 - r÷ ´100%V ¢èø002.2 填充率D填充率即散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。D¢ = V0 ´100% = r0¢ ´100% = 1 - P¢V0¢r0三.材料与水有关的性质1.亲水性与憎水性（1）定义材料与水接触时，水可以在材料表面铺展开，能被水润 湿的性质称为亲水性。材料与水接触时，水不可以在材料表面铺展开，不能被水润湿的性质称为憎

12、水性。亲水性材料：钢材、混凝土、木材等憎水性材料：石蜡、聚氯乙烯管材、沥青基防水材料（2）润湿角液滴在固体表面上全展开时，在气液固三相汇合点，固液界面的水平线SL与气液界面的切线GL之间的夹角，称为润湿角 。(a)亲水性材料(b)憎水性材料当润湿角 90°时，这种材料称为亲水性材料；当润湿角 > 90°时，这种材料称为憎水性材料。2吸水性与吸湿性材料在水中吸收水分的能力2.1 吸水性(1)质量吸水率Wm指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率。- m ´100%= m饱Wmm(2)体积吸水率WV指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体积的百分

13、率。= m饱 - m ×1´100%WVrV0Ww为水的密度。常温下取w=l(gcm3)质量吸水率与体积吸水率的关系为：WV= Wm × r0rW¾材料的吸水率与孔隙率和孔隙构造的关系： 材料具有微细而连通的孔隙，则吸水率较大； 材料具有封闭孔隙或较粗大开口的孔隙，则吸水率较小；2.1 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性，常以含水率W含表示：- m ´100%= m含W含m含水率随环境温度和空气湿度的变化而改变例1. 从室外取来质量为2700g的一块烧结普通砖，外观为240mm×115mm×53mm，烘干时质量为

14、2600 g，浸水饱和后质量为2850g，密度为2.7g/cm3，求该烧结砖的含水率、质量吸水率、体积吸水率、开口孔隙率、表观密度和容积密度。-mm解：含水率27002600=´100%=100 ´= 3含W%.8%含m2600-mm28502600质量吸水率=´100%=100 ´= 9饱W%.6%mm2600-mm128502600体积吸水率=×´10024%=17=.饱WV13%r´11.5´V5.0W-= V水 mmVk1´100P=×V=%W17=.饱开口孔隙率1%krVVV000W例

15、2：某材料密度为2.60 g/cm3，干燥容积密度为1.60 g/cm3， 现将一重954g的该材料浸入水中，吸水饱和后取出称重为1086g，试求该材料的孔隙率、质量吸水率、开口孔隙率。解：孔隙率r0rV0 - Væöæ1.600 öP =´100% = ç1 -è÷ ´100% = ç1 -÷ ´100% = 38.5%V02.60 øèø- m ´100% = 1086 - 954 ´100% = 13.8%= m饱质量吸

16、水率Wmm954m954宏观外形体积V= 596cm3or1.600m= 1086 - 954 = 132cm3V=r水1水´100% = V水 ´100% = 132 ´100% = 22.1%= Vk开口孔隙率PkVV59600四.材料与热有关的性质1.导热性材料传导热量的性质称为导热性，常用导热系数 (W (m·K)表示材料的导热能力的大小。通常将0.23 W(m·K)的材料称为绝热材料。2.热阻R材料层厚度与导热系数的比值， 它表明热量通过材料层时所受到的阻力。为m2·KW，¾影响导热系数或热阻的主要因素有：（1）材

17、料的组成金属材料、无机材料、晶体材料的导热系数分别大于非金属材料、有机材料和非晶体材料（2）孔隙率和孔隙结构孔隙率越大，细微而封闭孔越多，导热系数就越小（3）含水状况含水率增大，其导热系数就变大（4）温度除金属材料外，一般的，温度越高，材料的导热系数越大。3.热容量材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量，它等于比热c与材料质量m的乘积。比热是指质量材料在温度升高或降低1K时所吸收的或放出的热量，即Q(T1-c =m)2 T式中c为材料的比热(J(g·K)；Q为材料吸收或放出的热量(J)； m为材料的质量(g)；（T1-T2）为材料受热或冷却前后的温差(K)。设计时应选用

18、导热系数较小而热容量较大的材料。¾五.材料与声有关的性质1.吸声性材料能吸收声音的性质吸声系数越大，材料吸声效果越好，0.20的材料称为吸声材料。具有细微而连通的孔隙且孔隙率较大的材料，其吸声效果较好；若具有粗大的或封闭的孔隙，则吸声效果较差。2.隔声性材料隔绝声音的性质密实、沉重的材料隔空气声的效果好采用不连续结构，以弹性、软质材料作夹层隔固体声最有效第二节 材料的基本力学性质一强度和比强度1. 强度1.1 强度的定义和分类材料的强度通常以材料在外力作用下失去承载能力时的极限应力值来表示，亦称极限强度。根据外力的作用方式，材料强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度。强度类别受

19、力示意图强度计算式附注抗拉强度f = PmaxAf材料的抗拉、抗压或抗剪强度(MPa)；Pmax材料破坏时的最大荷载(N)；A材料受力面积(mm2)；fb材料的抗弯强度(MPa)；L试件两支点间距(mm)；b、h分别为试件截面的宽度和高度(mm)抗压强度抗剪强度抗弯强度f= 3Pmax Lb2bh2f= Pmax Lbbh21.2 影响材料强度的因素（1）材料的组成组成不同的材料，强度差别很大，因为不同材料的内部质点的排列方式、质点间距及结合强度有很大不同。表l一2MPa）常用结构材料的强度（材料名称抗压强度（MPa）抗拉强度（MPa）抗弯强度（MPa）花岗岩120250581014普通粘土砖

20、7.5301.84.0普通混凝土7.5601.04.0松木(顺纹)30508012060100钢材235600235600（2）材料的结构：孔隙率、孔隙结构、内部质点结合方式、晶粒等。（3）材料的含水状态，含有水分的材料，其强度较干燥时的低。（4）外部因素，如温度、测试条件和方法等。1.3强度等级在工程使用上，结构材料常根据强度值的大小划分为若干强度等级，具体划分方法视材料而异。2. 比强度衡量材料轻质高强的重要指标是按体积的质量计算的材料强度，其值等于材料强度与其容积密度之比，即用f/0表示。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，变形能完全消失的性质称为弹性。材料的这

21、种可恢复的变形称为弹性变形。某些材料的弹性变形大小与外力成正比，其比例系数在一定范围内为常数，称为材料的弹性模量E。E = se式中为材料所承受的应力（MPa），为材料的应变。弹性模量值越大，材料抵抗变形的能力越强，刚度也越好。2. 塑性材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，材料仍保留一部分残余变形，且不产生裂缝的性质称为塑性。这部分残余变形称为塑性变形。有的材料在受力不大时，仅产生弹性变形，当外力超过一定数值后，便出现塑性变形，如钢材。有的材料在受力一开始，弹性变形和塑性变形便同时发生，外力除去后，弹性变形完全消失，而塑性变形则残留下来，这类材料称为弹塑性材料，如混凝土材料三脆性与韧性1.脆性外力作用于材料并达到一定限度后，材料无明显塑性变形而发生突然破坏的性质脆性材料的特点：抗压强度远大于其抗拉强度；承受冲荷载的能力很差。击或2.韧性在冲击或荷载作用下，材料能吸收较大能量，同时产生较大变形，而不发生突然破坏的性质韧性材料的特点：变形大，特别是塑性变形大；抗拉强度接近或高于抗压强度。第三节 材料的耐久性材料在长期使用过程中，抵抗各种环境因素的作用而不破坏的性质，称为耐久性。（1）机械作用。包括载荷的持续作用或交变作用引起材料的