土木工程材料第一章

目录1绪论3气硬性胶凝资料4水硬性胶凝资料-水泥5混凝土6建筑砂浆6烧结砖2建筑钢材8合成树脂9沥青资料10木材11其它工程资料

12土木工程资料实验1.绪言

1.2资料的根本形状参数1.5资料的热性质1.3资料的力学性质1.6资料的耐久性1.4资料与水有关的性质1.1概述

1.1概述土木工程资料是土木工程的物质根底资料科学与工程简介土木工程资料的开展历程及前沿土木工程资料的分类土木工程资料的规范化学习目的与意义学习内容一、土木工程资料是土木工程的物质根底茅草房土坯房

秦砖汉瓦

画像砖、瓦当

金字塔及狮身人面像

古罗马斗兽场

故宫(“玉砌朱栏〞)汉白玉:纯白色的大理石

三峡工程估计混凝土浇筑约2800万m3

“鸟巢〞总用钢量11万吨

“水立方〞世界最大的膜构造工程四氟乙烯聚合物ETFE

玻璃幕墙玻璃改动世界

新型干粉砂浆自流平砂浆瓷砖粘结砂浆无收缩灌浆

他想拥有吗？

再装修一下呢陶瓷的魅力

石拱桥赵州桥“天下第一桥〞

小桥•流水•人家西湖断桥枫桥

洛阳桥我国第一座跨海大石桥，被誉为“海内第一桥〞高速公路水泥混凝土和沥青混合料

悬索式双塔构造沙特阿拉伯跨海大桥北京四元桥中国目前最大城市立交桥

资料：用于构造、机器、器件等产品的具有某些性能的物质。是冶金、机械、化工、建筑、信息、能源、航天航空等工业的支撑，是社会开展与技术提高的物质根底和技术先导。土木工程资料：运用于土木工程中运用的各种资料和制品。资料科学与工程是属于工学门类的一级学科。以数学、力学以及物理、化学等自然科学学科为根底，以工程学科为效力和支撑对象，是一个理工结合，多学科交叉的新兴学科，其研讨领域涉及自然科学、运用科学以及工程学。二、资料科学与工程简介

按资料的化学成分分类：按功能分类：构造资料功能资料土木工程资料三、土木工程资料的分类

主要作为承重的资料，如梁、板、柱所用资料。主要利用资料的某些特殊功能，如用于防水、装饰、保温等的资料。石、土、木；秦砖汉瓦；波特兰水泥的发明〔1824年〕及随后混凝土的问世；炼钢技术〔19世纪中叶〕及钢材的运用；人工合成高分子资料〔20世纪初〕及化学建材；预应力混凝土；特殊功能资料；机警资料、智能资料。自感知、自调理、自修复资料；资料取旧利废。环境友好型资料、绿色建材；轻质、高强、耐久、复合。计算资料学。四、土木工程资料开展历程及前沿

五、土木工程资料的规范化技术规范的代号引荐性规范〔T〕。如GB/T、JC/T、JG/T。国家规范〔GB〕国际规范〔ISO〕美国资料实验学会规范〔ASTM〕日本工业规范〔JIS〕德国工业规范〔DIN〕英国规范〔BS〕法国规范〔NF〕建筑工程国家规范〔GBJ〕国家级专业规范〔ZB〕建立部行业规范〔JGJ〕建筑工程行业规范〔JG〕建材规范〔JC〕冶金部规范〔YB〕中国工程建立规范化协会规范〔CECS〕化工部规范〔HG〕地方规范〔DB〕企业规范〔QB〕

<土木工程资料>：专业技术根底课了解土木工程；设计；施工、监理、检测；新资料、新产品研制开发。资料费用普通占建筑工程总造价的50-70。六、学习目的与意义

1.绪言

1.2资料的根本形状参数1.5资料的热性质1.3资料的力学性质1.6资料的耐久性1.4资料与水有关的性质1.1概述1.2资料的根本形状参数资料的密度、表观密度和堆积密度资料的孔隙和空隙

一、资料的密度、表观密度和堆积密度1、密度〔ρ〕定义：资料在绝对密实形状下，单位体积的质量。可按下式计算：–––密度，g/cm3；m–––资料在枯燥形状下的质量，g；V–––资料在绝对密实形状下的体积，cm3〔density〕1、密度〔ρ〕所谓绝对密实形状下的体积，是指不包括资料内部孔隙的固体物质的实体体积。如何测？丈量方法有较多孔隙的资料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。李氏密度瓶1、密度〔ρ〕普通要求细粉的粒径至少小于0.20mm某些致密资料，如卵石等，可用直接

排液法，用这种方法丈量的体积，由

于无法排除内部封锁的孔隙，所以称

这样测得的密度为近似密度(a)。丈量方法1、密度〔ρ〕2、表观密度〔ρ0〕定义：资料在自然形状下，单位体积的质量。计算：0–––表现密度，g/cm3或kg/m3；m–––资料的质量，g，或kg；V0–––资料在自然形状下的体积，或称表观体积，cm3或m3〔unitweight〕一、资料的密度、表观密度和堆积密度表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。如何测？不规那么：排液、蜡封普通测定表观密度时，以枯燥形状为准，而对含水形状下测得的表观密度，须注明含水情况。2、表观密度〔ρ0〕规那么：量尺寸计算3、堆积密度〔ρ0/〕定义：粉状或粒状资料，在堆积形状下，单位体积的质量。计算：0–––堆积密度，kg/m3；m–––资料的质量，kg；V0–––资料的自然堆积体积，m3。〔heapeddensity〕一、资料的密度、表观密度和堆积密度3、堆积密度〔ρ0/〕堆积体积:固体体积＋孔隙体积＋颗粒间空隙。普通针对粉状或粒状资料。如何测？自然堆积：堆积方式是松散的；严密堆积：堆积方式是捣实的。散粒资料填充容器的体积。常用土木工程资料的密度、表观密度及堆积密度材料密度ρ/g·cm-3表观密度ρ0/kg·m-3堆积密度ρ/0/kg·m-3石灰岩2.601800~2600—花岗岩2.802500~2900—碎石（石灰岩）2.60—1400~1700砂2.60—1450~1650普通粘土砖2.501600~1800—空心粘土砖2.501000~1400—水泥3.20—1200~1300普通混凝土—2100~2600—轻集料混凝土—800~1900—木材1.55400~800—钢材7.857850—泡沫塑料—20~50—

密度的运用干粉砂浆消费线

二、资料的孔隙和空隙1、资料的孔隙(1)孔隙率:资料内部孔隙体积〔VP)占资料总体积(V0〕的百分率资料的孔隙从两个方面对资料的性能产生影响：一是孔隙的多少〔孔隙数量〕，二是孔隙特征。孔隙数量用孔隙率表征。(2)密实度:资料内部固体物质的实践体积占资料总体积的百分率或即密实度+孔隙率=1例：某种普通粘土砖ρ0=1500kg/m3，ρ=2.5g/cm3。那么其密实度？孔隙率？D=ρ0÷ρ×100%=1500÷2500×100%=60%p=1-D=40%孔隙率反映孔隙多少或致密程度孔隙增多强度降低导热性能降低透气性，透水性，吸水性变大抗冻性普通提高。体积密度减小

1、资料的孔隙资料的孔隙特征主要有三方面：〔1〕按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔；〔2〕按空隙间能否贯穿分相互隔开的孤立孔和相互贯穿的连通孔；〔3〕按孔隙能否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封锁孔〔闭口孔〕。1、资料的孔隙资料的孔隙从两个方面对资料的性能产生影响：一是孔隙的多少〔孔隙数量〕，二是孔隙特征。〔3〕按孔隙能否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封锁孔〔闭口孔〕。把开口孔体积记为VK，闭口孔体积记为VB，那么孔隙体积:Vｐ=Vk+VB定义开口孔孔隙率为：定义闭口孔孔隙率为：那么孔隙率为：(1)空隙率:散粒资料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率2.〔散粒〕资料的空隙散粒资料颗粒间的空隙多少用空隙率表示。(2)填充率:颗粒的自然形状体积占堆积体积的百分率2.〔散粒〕资料的空隙与空隙率相对应的是填充率或填充率+空隙率=1例1：烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，知其孔隙率为37%，枯燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该砖的表观密度、密度、开口孔隙率及闭口孔隙率。V=Vo-V孔=921.6cm3解：Vo=24×11.5×5.3=1462.8cm3ρo=m/Vo=2487/1462.8=1.7g/cm3P=V孔/Vo×100%=37%故V孔=P×Vo=541.236cm3ρ=m/V=2487/921.6=2.7g/cm3PB=P-PK=37%-34%=3%

VK=〔m含水-m)/ρ水=〔2984-2487〕/1=497cm3PK=VK/Vo×100%=497/1462.8×100%=34%例2：某工地所用卵石资料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？解 石子的孔隙率P为：石子的空隙率P，为：例3：有一个1.0升的容器，平装满碎石后，碎石重1.5Kg。为测其碎石的表观密度，将一切碎石倒入一个8.55升的量器中，向量器中加满水后称重为9.3Kg，试求碎石的堆积密度、表观密度及堆积的空隙率。

1.绪言

1.2资料的根本形状参数1.5资料的热性质1.3资料的力学性质1.6资料的耐久性1.4资料与水有关的性质1.1概述1.3资料的力学性质强度与比强度弹性与塑性硬度与耐磨性脆性与韧性

资料的强度：外力作用下不破坏时能接受的最大应力。按外力作用方式：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度。压力拉力弯曲剪力一、强度与比强度各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度f––––强度，Mpa；P––––破坏时最大荷载，N；A––––受力截面面积，mm2。一、强度与比强度抗弯强度1〕(中点集中荷载)2〕(三分点两相等集中荷载)ff––––抗弯强度，Mpa；P––––弯曲破坏时最大荷载，N；L––––两支点的间距，mm；b––––试件横截面积宽度，mm；h––––试件横截面积高度，mm。常用土木工程资料的强度〔N/mm2或MPa〕材料抗压强度抗拉强度抗弯强度花岗岩100～2505～810～14普通粘土砖10～30—2.6～5.0混凝土10～1001～83.0～10.0松木（顺纹）30～5080～12060～100建筑钢材240～1500240～1500—资料强度的影响要素：资料组成、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、外表情况。

资料的比强度定义：单位体积分量的资料强度，等于资料的强度与其表观密度之比。一、强度与比强度衡量资料轻质高强性能的主要目的。钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度/kg·m-3抗拉强度/MPa比强度低碳钢78004200.053松木50035（顺纹）0.070普通混凝土2400300.012

资料的比强度一、强度与比强度二、资料的弹性与塑性资料在接受外力时，如撤除外力的作用后，资料的几何外形能恢复原状，资料的这种性能称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形；假设撤除外力，资料仍坚持变形后的形状和尺寸，且不产生裂痕的性质，称为塑性，这种不可恢复的变形称为塑性变形。1.弹性：弹性变形：可完全恢复的变形资料的弹性变形曲线外力作用→变形外力除去→变形坚持塑性变形：不能恢复的变形资料的塑性变形曲线二、弹性与塑性外力作用→变形外力除去→变形完全恢复2.塑性：

σ—应力；ε—应变，为资料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；Ε—弹性模量；资料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公式：σ＝Εε弹性模量是资料刚度的度量，物理意义为单位应变所需求的应力，反映了资料抵抗变形的才干。是构造设计中的主要参数之一。真实资料中，完全的弹性资料或完全的塑性资料不存在。3.弹塑性变形：资料的弹塑性变形曲线外力作用→变形；卸载后→弹性变形恢复，塑性变形保管。

资料受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保管。1.脆性：外力到达一定限制→资料忽然破坏〔无明显塑性变形〕脆性资料的变形曲线常见脆性资料：砖、玻璃、生铁、混凝土、陶瓷、石材、砂浆2.韧性：冲击、振动荷载作用→资料吸收较大的能量而不发生破坏三、脆性和韧性

1.硬度：资料外表抵抗其它较硬物体压入或刻划的才干。回弹法测混凝土的抗压强度。2.耐磨性：资料外表抵抗磨损的才干，耐磨率表示。四、硬度和耐磨性莫氏硬度〔刻划法，测定天然矿物〕布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度〔压入法〕

1.绪言

1.2资料的根本形状参数1.5资料的热性质1.3资料的力学性质1.6资料的耐久性1.4资料与水有关的性质1.1概述1.4资料与水有关的性质

资料的亲水性与憎水性资料的含水形状耐水性资料的吸湿性和吸水性抗冻性抗渗性

(a)亲水性资料

(b)憎水性资料90亲水资料90憎水资料润湿边角:在资料、水和空气的三相交叉点处沿水滴外表作切线，切线与资料和水接触面的夹角。一、资料的亲水性和憎水性θ：潮湿边角大多数建筑资料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性资料，而沥青、石蜡和某些高分子资料属于憎水性资料。一、资料的亲水性和憎水性二、资料的含水形状

四种根本含水形状：枯燥形状——资料孔隙中不含或含水极微；气干形状——资料孔隙中所含水与大气湿度平衡；饱和面干形状——资料外表枯燥，孔隙含水饱和；潮湿形状——资料孔隙含水饱和，外表为水潮湿附有一层水膜。资料也可处于两种根本含水形状之间的过渡形状二、资料的含水形状枯燥形状气干形状饱和面干形状潮湿形状

吸湿性––––亲水资料在潮湿空气中吸收水分的性质，用含水率表示。Wh––––含水率；％ms––––资料含水形状下的质量，g；mg––––资料枯燥形状下的质量，g。三、资料的吸湿性和吸水性含水率：资料中所含水的质量与枯燥形状下资料的质量之比。资料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。平衡含水率：资料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率。资料在枯燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。三、资料的吸湿性和吸水性练习：含水率为10％的100g湿砂，其中干砂多少？三、资料的吸湿性和吸水性吸水性是指资料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率为资料浸水后在规定时间内吸入水的质量〔或体积〕占资料枯燥质量〔或枯燥时体积〕的百分比。三、资料的吸湿性和吸水性体积吸水率质量吸水率三、资料的吸湿性和吸水性资料吸水体积膨胀导热性能添加表观密度变大强度降低〔少数除外，如混凝土〕吸水性的影响要素：资料成分〔亲水、憎水〕、孔隙率大小、孔隙特征〔细微连通、粗大或封锁〕。

三、资料的吸湿性和吸水性资料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。水分分散于资料内微粒的外表减弱结合力降低强度四、耐水性耐水性用软化系数KR表示：fb——资料在吸水饱和形状下的抗压强度，MPa。fg——资料在枯燥形状下的抗压强度，MPa。0＜KR＜1;常位于水中或潮湿环境的重要构造：KR≥0.85〔耐水资料〕；受潮较轻或次要构造：KR≥0.75。

抗渗性是指资料在压力水作用下抵抗水浸透的性质。常用浸透系数或抗渗标号表示。五、抗渗性浸透系数：k––––浸透系数，cm/h；Q––––透水量，cm³；d––––试件厚度，cm；A––––透水面积，cm²；t––––时间，h；H––––静水压力水头，cm。资料的抗渗性也可以用抗渗等级P来表示。例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表示该混凝土试件经规范养护28d后，按照规定的实验方法在0.6MPa压力水的作用下无浸透景象。五、抗渗性资料的浸透系数越小或抗渗标号越高阐明资料的抗渗性越好。压力水的浸透影响工程的运用带入腐蚀性介质带出某些成分五、抗渗性

资料在含水形状下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。资料吸水负温作用水冻结成冰，体积膨胀资料部分破坏冻融循环破坏逐渐加剧〔冻融破坏〕常用抗冻等级〔F〕来评价：六、抗冻性

在规定的吸水饱和试件在规范实验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超越规定数值，也无明显损坏和剥落，那么此冻融循环次数即为抗冻标号。

1.绪言

1.2资料的根本形状参数1.5资料的热性质1.3资料的力学性质1.6资料的耐久性1.4资料与水有关的性质1.1概述1.5资料的热性质

热容性导热性热变形性一、热容性热容量〔C〕：资料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。比热容〔c〕：单位质量资料温度升高1K时所需热量。热容性：资料在温度变化时吸收或放出热量的才干。普通同种资料的热容性，用热容量比较；不同资料的热容性，用比热作比较。导热系数〔λ〕：在数值上等于厚度为1m的资料，当其相对两侧外表温度差为1K时，经单位面积〔1m2〕单位时间〔1s〕所经过的热量。二、导热性λ——导热系数，；Q——传导热量，J；d——资