土木工程材料介绍学习教案

1、土木工程材料土木工程材料(cilio)介绍介绍第一页，共47页。金属材料：黑色金属(hisjngsh)材料钢、铁有色金属材料铝、铜、 合金非金属材料： 天然石材大理石、花岗石烧土制品砖、瓦、陶瓷、 玻璃 胶凝材料石灰、石膏、水泥、水玻璃混凝土及硅酸盐制品 砂浆、混凝土第1页/共47页第二页，共47页。有机材料：植物材料木材、竹子沥青材料石油沥青、煤沥青、沥青制品 高分子材料塑料、涂料、粘合剂、油漆复合(fh)材料： 金属材料与无机非金属材料复合(fh) 钢筋混凝土、钢纤维混凝土金属材料与有机材料复合(fh) 轻质金属夹芯板 无机非金属材料与有机材料复合(fh) 沥青混合料、玻璃纤维增强塑料第2

2、页/共47页第三页，共47页。结构材料：砖、石材、砌块、钢材、混凝土防水材料：沥青、塑料、橡胶、金属、聚乙烯胶泥(jion)饰面材料：墙面砖、石材、彩钢板、彩色混凝土吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、膨胀珍珠岩绝热材料: 塑料、橡胶、泡沫混凝土卫生工程材料：金属管道、塑料、陶瓷第3页/共47页第四页，共47页。原始时代天然材料：木材、岩石(ynsh)、竹、粘土石器、铁器时代金字塔（2000-3000 BC)：石材、石灰、石膏万里长城 （200 BC):条石、大砖、石灰砂浆布达拉宫 ：石材、石灰砂浆罗马园剧场 （70-80 AC):石材、石灰砂浆第4页/共47页第五页，共47页。金字塔（2000

3、-3000 BC)：石材、石灰(shhu)、石膏第5页/共47页第六页，共47页。万里长城(wn l chng chng) （200 BC):条石、大砖、石灰砂浆第6页/共47页第七页，共47页。布达拉宫(b d l n) ：石材、石灰砂浆第7页/共47页第八页，共47页。罗马园剧场 （70-80 AC):石材、石灰(shhu)砂浆第8页/共47页第九页，共47页。18世纪中叶钢材、水泥(shun) (J.Aspdin,1824）19世纪钢筋混凝土（1890-1892）； 中国，189819世纪钢材20世纪预应力混凝土、高分子材料21世纪轻质、高强、节能、高性能绿色建材第9页/共47页第十页，

4、共47页。1、建筑材料是发展建筑业的物质基础材料费用一般占建筑工程总造价的50-70%； “十五”期间我国全社会固定资产投资总规模为2224万亿元。固定资产投资的6070将用于建筑设施建设或工程安装，从而转化为建筑业的产值建筑业产值中的3040又要转化为对建材业的需求，尤其是对水泥产品的需求2002年，我国共生产水泥约70000万吨，比2001年大幅增长了12. 7%，占世界(shji)产量的三分之一左右，超过亚洲产量的50%强2008年，我国钢材产量超过5亿吨，超过其他八大钢铁大国的总和第10页/共47页第十一页，共47页。2、建筑材料是土木工程安全(nqun)的基本保证3、建筑材料对结构设

5、计和施工有决定性影响第11页/共47页第十二页，共47页。化学组成无机非金属建筑材料：以各种氧化物含量来表示金属材料：以元素含量来表示 化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理(wl)性质和力学性质矿物组成 材料中具有特定晶体结构、特定物理(wl)力学性能的组织结构称为矿物。 矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。相组成 材料中结构相近、性质相同的均匀部分称为相（气、液、固）第12页/共47页第十三页，共47页。宏观结构是指用肉眼和放大镜能够(nnggu)分辨的粗大组织按孔隙特征分：1）致密结构，例如钢铁、有色金属2）多孔结构，加气混凝土、泡沫塑料3）微孔结构，如石膏制品、粘土砖瓦等

6、按组织构造特征分：1）堆聚结构，如水泥混凝土，沥青混合料2）纤维结构，如木材纤维、矿物棉纤维3）层状结构，如胶合板、夹芯板4）散粒结构，如混凝土骨料、添充料第13页/共47页第十四页，共47页。细观结构是指用光学显微镜可以观察的结构，介于宏观与微观之间的结构形式(xngsh)1）金属材料晶粒的粗细及其金相组织2）木材的木纤维3）混凝土中的孔隙及界面第14页/共47页第十五页，共47页。微观结构是指材料在原子、分子层次(cngc)的结构，可用电子显微镜或X射线来进行分析研究。材料的微观结构，基本上可分为晶体与非晶体（玻璃体和胶体）晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间

7、周期性排列。非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，在空间上呈非周期性排列。第15页/共47页第十六页，共47页。第16页/共47页第十七页，共47页。第17页/共47页第十八页，共47页。第18页/共47页第十九页，共47页。第19页/共47页第二十页，共47页。第20页/共47页第二十一页，共47页。第21页/共47页第二十二页，共47页。第22页/共47页第二十三页，共47页。第23页/共47页第二十四页，共47页。第24页/共47页第二十五页，共47页。第25页/共47页第二十六页，共47页。所吸收或放出的热量(rling)称为热容量系数或比热。热阻： 热阻是材

8、料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力。第26页/共47页第二十七页，共47页。第27页/共47页第二十八页，共47页。材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起(ynq)，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。第28页/共47页第二十九页，共47页。材料在外力作用下产生变形，当外力取消(qxio)后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。材料在外力作用下产生变形，如果外力取消(qxio)后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝

9、的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。第29页/共47页第三十页，共47页。材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大能量而不破坏的性能(xngnng)，称为韧性或冲击韧性。第30页/共47页第三十一页，共47页。材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料

10、的硬度。刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石(yn sh)、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级耐磨性 是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示。第31页/共47页第三十二页，共47页。材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多(xdu)自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。第32页/共47页第三十三页，共47页。物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积

11、的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑材料要具有耐热性能。在民用和公共建筑(n n jin zh)中，考虑安全防火要求，须选用具有抗火性能的难燃或不燃的材料第33页/共47页第三十四页，共47页。化学作用包括(boku)大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用包括(boku)使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括(boku)菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。第34页/共47页第三十

12、五页，共47页。/ A0/yfyfufufN0.2%线弹性(tnxng)、弹性(tnxng)、屈服、强化、颈缩、断裂,yuyffE,/,/,/pyutcffEddE,p第35页/共47页第三十六页，共47页。1.强度强度(qingd)2.塑性塑性(sxng)5.可焊性可焊性3.韧性韧性6.耐久性耐久性比例极限、屈服点、极限强度、屈强比比例极限、屈服点、极限强度、屈强比4.冷加工性冷加工性静力韧性、冲击韧性静力韧性、冲击韧性伸长率伸长率 面缩率面缩率冷弯实验冷弯实验施工可焊性、使用可焊性施工可焊性、使用可焊性抗腐蚀能力、抗疲劳能力抗腐蚀能力、抗疲劳能力105,Pfyfufuy/ ff第36页/共

13、47页第三十七页，共47页。1.化学成分2.生产(shngchn)过程5.温度(wnd)3.时效6.加荷速度Fe, C, Si, Mn, V, S(O), P(N), 其他4.应力应变历史时间硬化冶炼方法、浇铸过程、轧制工艺不均匀温度场引起的残余应力超屈服加载硬化、残余应变与塑性变形引起的残余应力低温：冲击韧性的温度转变区高温：300C蓝脆、600C软化第37页/共47页第三十八页，共47页。第38页/共47页第三十九页，共47页。化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料(cilio)的侵蚀作用。机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料(cilio)疲劳，

14、冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料(cilio)腐朽、蛀蚀而破坏。第39页/共47页第四十页，共47页。普通碳素钢 质量(zhling)等级脱氧方法低合金钢Q235AF,b,(z) (旧称3号钢)Q235BF,b,(z) 常温下Ak要求(yoqi) Q235C (z) 零度Ak要求Q235D (TZ) -20度Ak要求Q345A, B, C, D, E：Ak 34J（E为27J）Q390A, B, C, D, EQ420A, B, C, D, E优质碳素结构钢经调质（精炼去除杂质）、热处理优质钢丝绳第40页/共47页第四十一页，共47页。钢板(gngbn)：热轧型钢(xnggng)及标注薄板 60mm第41页/共47页第四十二页，共47页。第42页/共47页第四十三页，共47页。添加元素添加元素 Cr，Cu，Mn， RE(稀土稀土)等等美国美国Cro-Ten，耐候性为，耐候性为 普通普通(ptng)钢钢28倍倍中国宝钢中国宝钢 09CuPTiRE, B490RNQ两种系列，耐候性为普通两种系列，耐候性为普通(ptng)钢钢 23 倍倍 无明显屈服台阶，按无明显屈服台阶，按2法屈强比为法屈强比