土木工程材料教案第一章绪论课件

《土木工程材料》教案

第一章1、绪言1.1概述1.2材料的基本状态参数1.3材料的力学性质1.4材料与水有关的性质主要内容：绪论材料的基本状态参数材料与水有关的性质重点内容：材料的基本状态参数难点：材料的物理常数要求：材料的基本状态参数材料与水有关的性质对《土木工程材料》有概括的了解参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程集料试验规程》1.2材料的基本状态参数1.2.1材料的密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度一、密度1.定义：材料的密度是材料在绝对密实状态下单位体积的（不包括开口和闭口孔隙体积）的质量。2.公式：

式中：ρ——材料的密度，ｇ／ｃｍ３；ｍｓ——材料矿质实体的质量，ｇ；Ｖ——料矿质实体的体积，ｃｍ３。因试验的条件是在空气中称量石料的质量，故ｍ。＝０，ｍs＝ｍ，则公式改写为

式中：ｍ——烘干石料试样的质量，ｇ；Ｖ——意义同前。石料密度的测定可采用比重瓶法或李氏比重瓶法T二、表观密度

1.定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积十闭口孔隙体积）的质量，称为表观密度，亦称视密度。2.公式：式中：ρt——石料的表观密度，ｇ／ｃｍ３；ｍ、Ｖ——意义同前；ＶB——石料闭口孔隙的体积，ｃｍ３。测定方法：排水法T三、毛体积密度定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体积（包括孔隙在内）的质量。公式：

式中：——石料的毛体积密度，ｇ／ｃｍ3——石料开口孔隙体积，ｃｍ3ｍ，ｖ，ｖB——意义同前。材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。T1.2.2材料的孔隙和空隙一、材料的孔隙

空隙对材料的影响：（1）孔隙的多少（孔隙率）（2）孔隙的特征1.孔隙率定义：孔隙率是指材料内部孔隙体积(开口孔隙和闭口孔隙)占材料总体积的百分率。公式：

2.密实度定义：材料内部固体物质的实体占材料总体积的百分率。公式：孔隙的特征（1）按孔隙尺寸大小，可把空袭氛围为微孔、细孔和大孔三种（2）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连通孔。（3）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。二、材料的空隙1.空隙率定义：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。公式：2.填充率定义：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。公式：R1.4.3材料的吸湿性和吸水性一、吸湿性定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质表示方法：含水率二、吸水性定义：材料在水中吸水的性质。重量吸水率提及吸水率开口细微连通孔，吸水量大。1.4.4耐水性定义：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。软化系数：＞0.85为耐水材料，该值越小耐水性越差。1.4.5抗渗性1.4.6抗冻性材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。冻融循环

直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备成直径和高均为５０ｍｍ的圆柱体或边长为５０ｍｍ的立方体试件，放人烘箱（１０５℃±５℃）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（-１５℃）冻结４ｈ，然后取出放人２５℃±５℃的水中融解４ｈ，如此为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘干至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的次数有不同的要求，分为15次、25次及25次以上。在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于０.７５；质量损失率不大于５％。同时，试件应无明显缺损（包括剥落、裂缝和边角损坏等情况）。桥梁工程石料，对一月份平均气温低于—１０℃的地区，要进行抗冻性试验。２）硫酸钠坚固性法思考题：1.孔隙的特征与吸水率的关系。2.什么条件下要对石料进行抗冻性试验？什么是冻融循环？3.如何判定石料抗冻性是否合格？R主要内容：材料的力学性质集料的技术性质重点内容：石料的抗压强度、磨耗率集料的级配难点：级配及计算参数要求：掌握石料的力学性质掌握石料等级的确定掌握级配参数的计算方法参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程集料试验规程》影响强度的因素：材料的组成孔隙率增加强度降低含水率增加强度降低温度升高强度降低试件尺寸大强度降低加荷速度快强度降低等二、比强度定义：单位体积重量的材料强度与毛体积密度之比——衡量材料是否轻质、高强。补充一：１．公路工程石料的力学性质１）抗压强度石料的抗压强度，通常有单轴抗压强度和三轴抗压强度两种。如果不作边坡验算等，一般仅需要进行单轴抗压强度试验。公路工程石料的抗压强度，是将石料制备成边长为５０ｍｍ±０.５ｍｍ的正立方体或直径与高均为５０ｍｍ±０.５ｍｍ的圆柱体试件，经吸水饱和后，在规定的加载条件下单轴受压，石料试件达到极限破坏时，单位受压面积的强度。公式：式中：——石料的抗压强度，ＭＰａ；Fmax——试件极限破坏时的荷载，Ｎ；Ａ——试件的截面积，ｍｍ２。石料的抗压强度值，取决于石料的组成结构，同时也取决于试验的条件（如试件几何外形、加荷速度、温度和湿度等）。石料的抗压强度值，取决于石料的组成结构，同时也取决于试验的条件（如试件几何外形、加荷速度、温度和湿度等）。

（2）狄法尔试验法狄法尔试验法采用狄法尔（或双筒）式磨耗试验机。它是将石料破碎（人工或机械），并过筛选出５０～７５ｍｍ的块石５０±２块，共约５ｋｇ（每块质量约１００ｇ），计两份，分别洗净烘干，装人磨耗机的两圆筒中，磨耗机以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的转速转动１００００转，石料的磨耗率同样是以通过２ｍｍ或１．7ｍｍ筛孔的质量损失百分率来表示，亦按上式计算。按我国标准规定，两种试验方法以洛杉矶试验法为标准方法。２．桥梁工程石料的力学性质抗压强度是桥梁工程石料的主要力学指标，是确定石料标号的主要依据。桥用石料的抗压强度是将石料加工成边长为２０ｃｍ的正立方体试件，经吸水饱和后，按规定的加荷条件单轴受压，石料试件达到极限破坏时，单位受压面积的强度。此亦作为石料的标号。公式：桥用石料的力学性质以抗压强度为基准，其他力学指标（如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与抗压强度的大约比值。石料的技术标准2.粗度粗度是评价砂粗细程度的一种指标，通常用细度模数来表示，细度模数是各号筛的累计筛余百分率之和除以１００的商，可按下式计算。

[例]从工地取回烘干砂样500g做筛析试验，列于表中，求该砂样的分计筛余、累计筛余、通过百分率及该砂样的细度模数，并对该砂样进行评定。细度模数T（二〕力学性质１．压碎性压碎性是指碎石（或卵石）抵抗压碎的性能。可通过压碎值试验，采用压碎值来相对地衡量石料在逐渐增加荷载的作用下抵抗压碎的能力，压碎值是表征粗集料力学性质的指标之一。１）水泥混凝土用粗集料压碎值试验方法10～20mm，3Kg，二层装入（每层颠击25次）；3～5min至200KN，过2.5mm筛。2）沥青混合料用粗集料压碎值试验13.2～16mm，3Kg，三层装入（每层插捣25次）；10min至400KN，过2.36ｍｍ筛。（三）化学性质石料根据ＳｉＯ２含量的多少分为：酸性石料、中性石料和碱性石料。大量试验证明，碱性石料与沥青的粘附性较酸性石料与沥青的粘附性大，酸性石料比较坚硬。为确定集料与沥青的粘附性，通常在公路工程中采用一些简便的方法进行测定。目前我国现行的试验方法主要有：１）水煮法２）水浸法３）亲水系数法当采用同一种沥青时，选择矿料从碱性、中性直至酸性，集料与沥青的粘附性逐渐降低。为保证沥青混合料的强度，在选择集料时应优先考虑采用碱性石料。若当地缺乏碱性石料且必须采用酸性石料时，可掺加各种抗剥剂以提高沥青与石料的粘附性。思考题：1.如何判定集料的酸性、中性、碱性，工程应用中如何考虑？2.掌握级配参数的计算公式。作业：主要内容：级配理论矿质混合料组成设计重点内容：泰波公式修正平衡面积法矿质混合料组成设计难点：泰波公式修正平衡面积法矿质混合料组成设计要求：利用泰波公式能够计算适宜的级配范围掌握修正平衡面积法矿质混合料组成设计参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌补充3矿质混合料的组成设计路用矿质混合料的基本要求：１.最小空隙率２.最大摩擦力为达到上述要求，必须对矿质混合料进行组成设计，其内容包括：１）级配理论和级配范围的确定；２）基本组成的设计方法。一、矿质混合料的级配理论（一）级配类型各种不同粒径的集料，按照一定比例搭配起来，以达到最大密实度和最大摩擦力的要求，可以采用两类级配：１.连续级配２.间断级配（二）级配理论１.（富勒）Ｗ.Ｂ.Ｆuller理论富勒根据实验提出一种理想级配，认为：“级配曲线愈接近抛物线时，则其密度愈大”，因此，当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线。

当粒径ｄ等于最大粒径Ｄ时，矿质混合料的通过率等于１００％，则：

T２.（泰波）Ａ.Ｎ.Ｔalbal理论泰波认为富勒曲线是一种理想曲线，实际矿料的级配应允许有一定的波动范围，故将富勒最大密度曲线改为n次幂的通式，即

从泰波公式可看出，当ｎ＝１／２时为抛物线，即富勒曲线。根据试验认为ｎ＝０.３～０.６之间时，矿质混合料具有较好的密实度。泰波理论可用来解决连续级配的级配范围问题，故具有很大的实用意义。例题已知矿质混合料最大粒径为40mm，试用泰波公式计算级配范围曲线的各级粒径通过百分率。（n=0.3～n=0.7）。二、级配曲线范围的绘制我国级配曲线采用半对数坐标形式T三、矿质混合料的组成设计方法天然的或人工轧制的单一集料的级配一般很难完全符合某一合适级配范围的要求，因此，必须采用几种集料按照一定比例进行搭配才能达到级配范围的要求，这就需要对矿质混合料进行配合组成设计。确定矿质混合料配合比的方法很多，但一般主要采用试算法和图解法。

不管采