《土木工程材料》课件 陈正 第0、1章 绪论-土木工程材料、建筑材料的基本性质

第0章绪论纲要0.1概述0.2土木工程材料的发展史0.3土木工程材料的技术标准0.4土木工程材料学科的特点、要求及学习方法第0章绪论–0.1概述定义什么是土木工程材料？土木工程材料是房屋、桥梁、道路、水工等土建工程中所有材料的总称。水泥石灰砂石钢材沥青塑料木材第0章绪论–0.1概述土木工程材料的重要性体现在哪些方面？土木工程材料是建筑业的物质基础，在建筑工程总投资中，土木工程材料的投资通常占50%以上各式各样建筑艺术的发挥以及各种建筑功能的实现，必须有品种多样、质量良好的土木工程材料土木工程材料的质量直接关系到建筑工程的质量重要性第0章绪论–0.1概述土木工程材料与现代生活安全、优质的土木工程材料AND为人类安居的场所提供保障合理使用劣质的土木工程材料OR引发安全事故不合理使用第0章绪论–0.1概述与土木工程材料有关的工程事故2010年11月15日14时，上海静安区胶州路一栋高层公寓起火，大火导致58人遇难。事故现场违规使用大量尼龙网、聚氨酯泡沫等易燃土木工程材料是导致大火迅速蔓延的主要原因之一第0章绪论–0.1概述与土木工程材料有关的工程事故2011年3月28日，贵阳市金阳新区的一个城中村发生在建楼房垮塌事故，9人遇难楼房的第三层和第四层违规采用空心砖作为承重墙第0章绪论–0.1概述劣质建材带来的问题劣质木地板木地板吸水膨胀导致翘曲较高的吸水率和吸水膨胀率第0章绪论–0.1概述建材不合理使用引发的问题铺设前未在当地环境中放置木地板干缩导致开裂木地板中的含水率未降至平衡含水率第0章绪论–0.1概述土木工程材料如何分类？基础用土木工程材料分类按所处部位分类主体用土木工程材料屋面用土木工程材料地面用土木工程材料结构材料按使用功能分类围护材料保温隔热材料防水材料装饰装修材料吸声隔声材料第0章绪论–0.1概述土木工程材料如何分类？无机材料分类按化学成分和组成分类有机材料复合材料金属材料非金属材料植物材料高分子材料金属非金属复合材料无机有机复合材料铁、钢、铝等混凝土、石灰、砖等木材、竹材及制品等沥青、塑料、合成橡胶等钢纤维混凝土、铝塑板等沥青混凝土、聚合物混凝土等第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史土木工程材料与人类文明土木工程材料人类文明第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史旧石器时代旧石器时代——居住在天然洞穴，不需要土木工程材料第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史土木工程材料发展时间轴土木新石器时代公元2000年公元1000年公元元年5000年前一万年前西安半坡氏族的圆形房子木基础、柱、梁粘土和草墙河姆渡干栏式房屋复原图第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史新石器时代：土、木第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史新石器时代：土、木土砖房粘土秸秆或稻草晒干土砖粘土砌筑胶凝材料第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史新石器时代：土、木粘土砂和草晒干土砖粘土砌筑胶凝材料埃及人采用尼罗河的泥浆制做土砖砌筑房屋第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史新石器时代：土、木土优点取材方便可塑性好缺点干缩开裂耐水性差第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史新石器时代：土、木木优点轻质高强易于加工弹性和韧性好缺点内部不均匀湿胀干缩大耐火和耐腐朽性差第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史新石器时代：土、木古代工程建设也称为大兴土木土木工程土木第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史土木工程材料发展时间轴公元2000年公元1000年公元元年5000年前一万年前土、木石石灰、石膏、火山灰青铜时代石器时代第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石材柱础墙垣第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石材左塞尔阶梯金字塔公元前2700年世界上最早用石块修建的陵墓胡夫金字塔公元前2560年世界上最大的金字塔实心的巨石体第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石材希腊巴特农神庙空间架构公元前438年建成46根高达10米的石柱支撑建筑中梁跨度都很小的抗压强度非常石高但抗弯抗剪强度较弱第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石材拱第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石材建于公元72至82年间面积约2万平方米10万立方米石料可容纳近九万人

古罗马圆形大剧场第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石材赵州桥公元605至616年桥体全部用石料建成净跨37m宽9m拱矢高度7.24m利用拱将石材的优势充分发挥第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石材石优点抗压强度高耐久性好缺点自重大抗弯抗剪强度低加工运输困难第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石灰、石膏古埃及：石膏古希腊：石灰硫酸钙氧化钙(生石灰)氢氧化钙(熟石灰)第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石灰、石膏古罗马：石灰+砂第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石灰、石膏石灰共同点煅烧温度较低可塑性和保水性好强度低耐水性差石膏第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：石灰、石膏石灰不同点石膏水化热大凝结硬化慢体积收缩大凝结硬化快体积微膨胀第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：火山灰维苏威火山庞贝古城第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史火山灰优点具有潜在水硬性强度高耐久性好缺点天然资源较少活性氧化硅青铜时代：火山灰第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史青铜时代：火山灰罗马砂浆罗马万神殿石灰砂火山灰第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史土木工程材料发展时间轴公元2000年公元1000年公元元年5000年前一万年前土、木石器时代石、石灰、石膏、火山灰青铜时代砖瓦铁器时代第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史铁器时代：砖、瓦长城砖：重量不大，尺寸相同人工搬运

手工施工施工方便加快施工速度提升了施工质量第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史铁器时代：砖、瓦红砖青砖第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史铁器时代：砖、瓦砖优点取材方便煅烧温度较低抗压强度较高运输方便缺点孔隙率大抗弯抗剪强度低破坏土地资源第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史铁器时代：砖、瓦多孔砖空心砖第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史铁器时代：砖、瓦阿房宫前殿遗址西汉“都司空”瓦当第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史铁器时代：砖、瓦普通瓦琉璃瓦第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史铁器时代：砖、瓦瓦优点防水隔热性好强度较高耐腐蚀性好缺点脆性大易破损第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史土木工程材料发展时间轴公元2000年公元1000年公元元年5000年前一万年前土、木石器时代石、石灰、石膏、火山灰青铜时代砖、瓦铁器时代钢铁混凝土工业时代第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史工业时代：钢铁、混凝土英国塞文河铁桥（1779年）英国桑德兰铁桥（1796年）拱形结构，跨度30米单跨拱桥，全长72米第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史法兰西剧院的铁屋顶（1786年）工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史巴黎旧王宫奥尔良廊（1829-1831年）巴黎植物园的温室（1833年）工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史伦敦海德公园世界博览会会馆（1851年）工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史埃菲尔铁塔（1889年）芝加哥家庭保险公司大厦（1885年）共10层，高55米塔高328米，重约7000吨18000个钢铁部件和250万个铆钉工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史钢优点轻质高强刚度大材质均匀塑性、韧性好缺点耐腐蚀性差耐火性差工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史纽约世贸中心110层，411米塔柱边宽63.5米用钢78000吨

外围为密置的钢柱墙面为铝板和玻璃工业时代：钢铁、混凝土78-84thfloors94-98thfloors第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史2001年9月11日8:46AM北楼10:28AM9:03AM南楼10:05AM工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史1750180018501900烧制水硬性石灰1756年爱迭斯顿灯塔英国工程师斯米顿发现：水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制。工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史1750180018501900烧制水硬性石灰1756年烧制罗马水泥1796年英国人帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史1750180018501900烧制水硬性石灰1756年烧制罗马水泥1796年发明波特兰水泥1824年英国建筑工人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史1750180018501900烧制水硬性石灰1756年烧制罗马水泥1796年发明波特兰水泥1824年发明铁网水泥花盆1867年莫尼哀的铁网水泥花盆的设计图纸工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史1750180018501900烧制水硬性石灰1756年烧制罗马水泥1796年发明波特兰水泥1824年发明铁网水泥花盆1867年建成钢筋混凝土桥1875年首座钢筋混凝土桥长16米、宽4米工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史1750180018501900烧制水硬性石灰1756年烧制罗马水泥1796年发明波特兰水泥1824年发明铁网水泥花盆1867年建成钢筋混凝土桥1875年建成英格尔斯大楼1903年美国辛辛那提市的英格尔斯大楼16层，高64米世界上第一幢钢筋混凝土高层建筑工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史课堂讨论：钢筋和混凝土是两种物理性质和力学性能都很不相同的材料，它们为什么可以相互结合，共同工作并获得非常良好的效果呢？混凝土良好的粘结性能钢筋和混凝土非常接近的线膨胀系数工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史混凝土优点原材料丰富成本低抗压强度高可塑性好与钢筋粘结良好缺点抗拉强度低自重大硬化慢工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史钢混凝土作为钢筋的保护层降低钢筋耐腐蚀性差和耐火性差给结构带来的风险

钢和混凝土的组合结构具有良好的抗震性能和耐腐蚀耐火等性能。作为承受拉力的载体可以弥补混凝土抗拉强度低的弱点工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史华沙文化科学宫（1955年）迪拜塔（2010年）42层241米162层，828米工业时代：钢铁、混凝土第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史土木工程材料发展时间轴公元2000年公元1000年公元元年5000年前一万年前土、木石器时代石、石灰、石膏、火山灰青铜时代砖、瓦铁器时代钢铁、水泥、混凝土工业时代功能材料、智能材料等新型建材科技时代新型智能材料第0章绪论–0.2土木工程材料的发展史科技时代：新型建材新型防水材料新型保温材料新型复合材料第0章绪论–0.3土木工程材料的技术标准土木工程材料有哪些标准？代号是什么？强制性标准GB国家标准推荐性标准GB/T建工行业标准JGJ行业标准建材行业标准JC交通行业标准JT冶金行业标准YB水电行业标准SD林业行业标准LYDB地方标准QB企业标准标准第0章绪论–0.3土木工程材料的技术标准土木工程材料有哪些标准？代号是什么？《白色硅酸盐水泥》GB/T

2015－2017发布年号：2017年发布顺序号：2015标准代号：GBT为推荐标准，无T为强制标准

标准名称：混凝土结构设计规范各级标准均有相应的代号，其表示方法由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组成标准第0章绪论–0.4土木工程材料学科的特点、要求及学习方法检验技术要求应用性质生产参照标准组成和成分环境“一条主线”学习思维第1章材料的基本性质纲要1.1材料的物理性质1.2材料的力学性质1.3材料的耐久性1.4材料的装饰性1.5材料的组成、结构、构造及其对材料性质的影响第1章材料的基本性质纲要1.1物理性质1.1.1与质量有关的性质1.1.2与水有关的性质1.1.3与热有关的性质1.2力学性质1.2.1强度与比强度1.2.2弹性与塑性1.2.3脆性和韧性1.2.4硬度和耐磨性物理性质和力学性能的区别材料的物理性质和力学性质有何区别？第1章材料的基本性质

材料的自身特性物理性质材料在承受各种外加载荷时所表现出的特征力学性质与质量有关的性质材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度有何区别？材料的体积构成第1章材料的基本性质–1.1物理性质封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）绝对密实体积V （密度）表观体积V’=V+Vb

（表观密度）自然体积V0=V’+Vk （体积密度）与质量有关的性质材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度有何区别？材料的体积构成第1章材料的基本性质–1.1物理性质材料颗粒（体积为V0）颗粒间空隙（体积为Vp’）绝对密实体积V （密度）表观体积V’=V+Vb

（表观密度）自然体积V0=V’+Vk （体积密度）堆积体积V’0=V0+Vp’

（堆积密度）与质量有关的性质材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度有何区别？第1章材料的基本性质–1.1物理性质工程中砂石材料，通常用排水法测定其表观体积什么引起了材料性质的千变万化？

你能举出身边的例子进行说明吗？

第1章材料的基本性质–1.1物理性质红木和速生桉都是木材，为什么红木这么重？木材与质量有关的性质材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度有何区别？第1章材料的基本性质–1.1物理性质绝对密实体积V 密度：

孔隙率：表观体积V’=V+Vb

表观密度：

密实度：自然体积V0=V’+Vk

体积密度：

空隙率：堆积体积V’0=V0+Vp’

堆积密度：

填充率：与质量有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质课堂计算：一块规则的4.0cm×2.0cm×2.0cm的材料，称得其质量为34.4g，在水中浸泡足够长时间，用布擦干后测其质量为35.5g，将其烘干，磨细放入李氏瓶，测得其体积为13.2cm3。求：该材料的密度、表观密度、体积密度和孔隙率。绝对密实体积V=13.2cm3

密度：

自然体积V0=4×2×2=16.0cm3

体积密度：

表观体积V’=V0-Vk=16.0-(35.5-34.4)=14.9

cm3

表观密度：孔隙率：

与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质亲水性憎水性与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质全干状态材料含水率等于或几乎为零时可称为全干状态材料的含水状态与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质全干状态含水率与大气湿度平衡时称气干状态材料的含水状态气干状态与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质全干状态材料表面干燥而内部孔隙含水达饱和时称饱和面干状态材料的含水状态气干状态饱和面干状态与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质全干状态材料内部孔隙水饱和且表面还附有一层水时称湿润状态材料的含水状态气干状态饱和面干状态湿润状态与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。

材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。吸湿性吸水性含水率含水状态质量–干燥状态质量干燥状态质量吸水率吸水饱和状态质量–干燥状态质量干燥状态质量与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质劣质木地板木地板吸水膨胀导致翘曲较高的吸水率和吸水膨胀率与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

材料的耐水性是指材料长期在水作用下不被破坏、强度也不明显下降的性质，耐水性用软化系数表示。

通常认为软化系数大于0.85的材料可作为耐水材料耐水性软化系数吸水饱和状态下的材料抗压强度

干燥状态下的材料抗压强度与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质卫生间顶部水池底部大坝底部天花板与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质卫生间顶部水池底部大坝底部天花板：液体压力与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质卫生间顶部水池底部大坝底部天花板与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，材料的抗渗性好坏可用渗透系数和抗渗等级表示。渗透系数抗渗等级抗渗性与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质渗透系数抗渗等级

材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，材料的抗渗性好坏可用渗透系数和抗渗等级表示。抗渗性与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质渗透系数抗渗等级

材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，材料的抗渗性好坏可用渗透系数和抗渗等级表示。抗渗性

渗透系数反映了单位时间内,在单位水头作用下,通过单位面积和厚度的渗透水量。WtdhA与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质抗渗等级以符号“P”和材料可承受的水压力值来表示，如P4、P6、P8和P10表示该试件抵抗静水压力的能力为0.4MPa、

0.6MPa、0.8MPa和1.0MPa。渗透系数抗渗等级

材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，材料的抗渗性好坏可用渗透系数和抗渗等级表示。抗渗性与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质渗透系数抗渗等级

材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，材料的抗渗性好坏可用渗透系数和抗渗等级表示。抗渗性材料的抗渗性越好越小越高与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质：冻融循环与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

材料的抗冻性是指材料在吸水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏的性质。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级

材料的抗冻等级是材料试块在吸水饱和状态下，经受反复冻融循环，以抗压强度下降不超过25%，且质量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数确定。抗冻性与水有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

材料的抗冻性是指材料在吸水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏的性质。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级抗冻性材料的抗冻性越好越高与热有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质导热性是材料传导热量的能力。导热性的大小以导热系数表示，导热系数的含义是当材料两侧的温差为1K时，在单位时间（1h）内，通过单位面积(1㎡),并透过单位厚度(1m)的材料所传导的热量。材料的导热系数越小，其绝热性越好。导热性与热有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

热容量是材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的能力。热容量的大小用比热容表示。

材料的比热容是指1g材料温度升高1K所吸收的热量或温度降低1K放出的热量。热容量与热有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质与热有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质课堂讨论：双层玻璃具有较好的保温性能是利用材料的什么热性质？与热有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化（热胀冷缩）。材料的热变形性常用线膨胀系数表示。

材料的线膨胀系数是指材料温度升高1K时其线变形量与原尺寸的变化比例。热变形性耐燃性与热有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质

耐燃性是材料对火焰和高温的抵抗能力，是影响建筑物防火、建筑结构耐火等级的一项因素。材料可分为： 非燃烧材料：不起火，不碳化，不微燃 难燃材料：难起火，难碳化，难微燃 可燃材料：火源移走还会继续燃烧

易燃材料：立即起火并蔓延与热有关的性质第1章材料的基本性质–1.1物理性质2010年11月15日14时，上海静安区胶州路一栋高层公寓起火，大火导致58人遇难。事故现场违规使用大量尼龙网、聚氨酯泡沫等易燃材料是导致大火迅速蔓延的主要原因之一强度与比强度第1章材料的基本性质–1.2力学性质

材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯强度等。强度抗压抗拉抗剪抗弯强度与比强度第1章材料的基本性质–1.2力学性质

材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯强度等。强度

材料的比强度是指材料的强度与其表观密度之比。它是评价材料是否轻质高强的指标