重庆大学的土木工程课件

土木工程材料

主编彭小芹

副主编马铭彬

重庆大学出版社1/37绪论第1章土木工程材料基本性质第2章天然石材第3章气硬性胶凝材料第4章水泥第5章混凝土第6章砂浆第7章墙体材料和屋面材料第8章金属材料第9章木材第10章有机高分子材料第11章沥青与防水材料第12章绝热材料和吸声材料第13章装饰材料2/37绪论0.1土木工程与材料土木工程泛指建筑工程、道路桥梁工程、水利工程等建设性工程。土木工程中所使用多种材料及制品，都统称为土木工程材料。材料是一切土木工程物质基础,也是其主要质量基础。一般来说，土木工程对材料基本要求是：①必须具有足够强度，能够安全地承受设计荷载；3/37②材料本身质量以轻为宜（即表观密度较小），以减轻下部构造和地基负荷；③具有与使用环境相适应耐久性，以减少维修费用；④用于装饰材料，应能美化建筑，产生一定艺术效果；⑤用于特殊部位材料，应具有对应特殊功能，例如屋面材料能隔热、防水，楼板和内墙材料能隔声等。4/370.2土木工程材料分类土木工程材料种类繁多，性能各异，用途不一，为了便于辨别和应用，常从不一样角度进行分类。0.2.1按材料化学成份分类按材料化学成份可分为：无机材料、有机材料和复合材料三大类，各大类中还可进行更细分类，如图0.1所示。5/37图0.1建筑材料分类6/370.2.2按材料在建筑物或构筑物中功能分类按材料在建筑物或构筑物中功能可分为：承重材料和非承重材料、保温隔热材料、吸声隔声材料、防水材料、装饰材料等。0.2.3按材料使用部位分类按材料使用部位可分为：构造材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料及其他用途材料。7/370.3土木工程材料历史与发展土木工程材料是伴随人类社会生产力发展和科学技术水平提升而逐渐发展起来。土木工程材料发展将具有下列某些趋向：①研制高性能材料。②充足利用地方材料，尽可能少用天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为生产土木工程材料资源，以及保护自然资源和维护生态环境平衡。③节省能源。8/37④材料生产中不得使用有损人体健康添加剂和颜料，如甲醛、铅、镉、铬及其化合物等。⑤产品可再生循环和回收利用，无污染废弃物以避免二次污染。0.4土木工程材料技术标准土木工程材料技术标准分为国标、行业标准和公司标准三大类。9/370.5学习本课程主要目标和基本要求土木工程材料是土木建设类专业专业基础课，它以数学、力学、物理、化学等课程为基础，而又为学习建筑、构造、施工、建筑经济等后续课程提供材料基本知识，为学生此后从事工程实践和科学研究打下必要基础。试验课是本课程主要教学步骤。通过试验，一方面可学会对多种常用材料检查办法，能对土木工程材料进行合格性判断和验收，同步可培养科学研究能力和严谨缜密科学态度。做试验时，要求严格按照试验办法，一丝不苟;要理解试验条件对试验成果影响，并能对试验数据、试验成果进行正确分析和鉴别。10/37第1章土木工程材料基本性质1.1材料基本物理性质1.1.1材料密度、表观密度与堆积密度(1)密度材料在绝对密实状态下，单位体积质量。按下式计算：(2)表观密度材料在自然状态下，单位体积质量。按下式计算：11/37(3)堆积密度材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在堆积状态下，单位体积质量。按下式计算：1.1.2材料密实度与孔隙率(1)密实度材料体积内被固体物质充实程度。按下式计算：12/37图1.1散粒材料堆积示意图1—空隙2—颗粒13/37(2)孔隙率材料体积内，孔隙体积所占百分比。按下式计算：即：D+P=1或密实度+孔隙率=1。1.1.3材料填充率与空隙率(1)填充率散粒材料堆积体积中，颗粒填充程度。按下式计算：14/37(2)空隙率散粒材料堆积体积中，颗粒之间空隙体积所占百分比。用下式计算：即：D′+P′=1或填充率+空隙率=1。15/3716/371.2材料与水有关性质1.2.1材料亲水性与憎水性(1)亲水性材料与水接触时能被水润湿性质称为亲水性。具有这种性质材料称为亲水性材料。如砖、混凝土、木材等。(2)憎水性材料与水接触时不能被水润湿性质称为憎水性。具有这种性质材料称为憎水性材料。如石蜡、沥青等。17/37图1.2材料润湿示意图18/371.2.2材料吸水性与吸湿性(1)吸水性材料在水中通过毛细孔隙吸取并保持水分性质，用吸水率表达，即(2)吸湿性材料在一定温度和湿度下吸附水分能力，用含水率表达，即19/371.2.3材料耐水性材料抵抗水破坏作用性质称为耐水性，用软化系数表达，即1.2.4材料抗冻性与抗渗性(1)抗冻性材料在吸水饱和状态下，能经受数次冻融循环作用而不破坏，同步也不严重减少强度性质称为抗冻性，用“抗冻等级”表达。20/37(2)抗渗性材料抵抗压力水渗入性质称为抗渗性，用渗入系数表达，即1.3材料基本力学性质1.3.1材料强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏能力称为强度。(1)材料抗压、抗拉及抗剪强度材料抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算21/37图1.3材料受力示意图22/37(2)材料抗弯强度一般试验办法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则抗弯强度按下式计算：另外试验办法是在跨度三分点上作用两个相等集中荷载，则抗弯强度按下式计算：23/3724/371.3.2材料弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，变形能完全消失性质称为弹性。材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后形状，并不产生裂缝性质称为塑性。1.3.3材料脆性与韧性材料在外力作用下，当外力达成一定程度后，材料突然破坏，而破坏时无显著塑性变形，材料这种性质称为脆性。25/37图1.4弹塑性材料变形曲线图1.5脆性材料变形曲线

26/371.4材料热工、声学、光学性质及材料耐久性1.4.1材料热工性质(1)材料导热性材料传导热量性质称为导热性，以导热系数表达，即材料导热系数愈大，其传导热量就愈多。影响材料导热系数主要原因有材料物质组成、微观构造、孔隙构造、温度、湿度和热流方向等。27/37①物质组成②微观构造③孔隙构造④湿度⑤温度⑥热流方向(2)材料热容量材料受热（或冷却）时吸取（或放出）热量性质称为材料热容量，用比热容表达，即28/37(3)耐燃性根据耐燃性可分为三大类材料：1)不燃烧类2)难燃烧类3)燃烧类(4)耐火性材料在长期高温作用下，保持不熔性并能工作性能称为材料耐火性，如砌筑窑炉、锅炉、烟道等材料。按耐火性高低可将材料分为下列3类：1)耐火材料2)难熔材料3)易熔材料29/371.4.2材料声学性质(1)吸声性当声波传输到材料表面时，一部分声波被反射，另一部分穿透材料，其他部分则传递给材料。声能穿透材料和被材料消耗性质称为材料吸声性，评定材料吸声性能好坏主要指标称为吸声系数(α)，即吸声系数α值越大，表达材料吸声效果越好。声音起源于物体振动，如说话时声带振动和打鼓时鼓皮振动，声带和鼓皮称为声源。30/37影响材料吸声效果原因有：材料表观密度和声速，材料孔隙构造，材料厚度等。(2)隔声性隔声量（R），又称传声损失，是表达材料隔绝空气声能力，是在标准隔声试验室内测出，其单位为分贝（dB）。R越大，隔声效果越好。31/371.4.3材料光学性质光是以电磁波形式传输辐射能。电磁波辐射波长范围很广，只有波长在380~760nm这部分辐射才能引发光视觉，称为“可见光”。波长短于380nm光是紫外线、X射线、γ射线；长于760nm光是红外线、无线电波等。材料光泽是材料表面特性。光线照到物体上，一部分被反射，另一部分被吸取。32/371.4.4材料耐久性作用于材料自然原因和有害介质可概括为下列几个方面：(1)物理作用物理作用指材料受干湿、冷热、冻融变化等，使材料体积发生收缩与膨胀，或产生内应力而开裂破坏。(2)化学作用化学作用指材料在大气和环境水中酸碱盐等溶液侵蚀下，使材料逐渐发生质变而破坏。(3)生物作用生物作用指材料在昆虫或菌类等侵害下，造成材料发生虫蛀、腐朽而破坏。33/371.5材料组成、构造与构造及其对材料性质影响1.5.1材料组成材料组成指材料化学组成和矿物组成。(1)化学组成化学组成指组成材料基本化合物或化学元素种类和数量。(2)矿物组成无机非金属材料中具有特定晶体构造和特定物理力学性能组织构造称为矿物。(3)相组成材料中具有相同物理、化学性质均匀部分称为相。34/371.5.2材料构造和构造材料构造和构造是决定材料性质主要原因。材料构造可分为宏观构造、细观构造和微观构造。(1)宏观构造宏观构造是指用肉眼或放大镜就可辨别毫米级组织。分类及特点如下：1)致密构造2)多孔材料3)纤维构造4)层状构造35/37(2)细观构造(亚微观构造)细观构造是指用光学显微镜能观测到微米组织，如分析金属材料金相组织，观测木材木纤维、导管、髓线、树脂道等组织，以及观测混凝土内微裂缝等。(3)微观构造微观构造是指用电子显微