《土木工程材料的基本性质.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《土木工程材料的基本性质.ppt(37页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、土木工程材料 秦毅,绪论 第1章 土木工程材料的基本性质 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,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。土木工程中所使用的各种材料及制品,都统称为土木工程材料。材料是一切土木工程的物质基础,也是其重要的质量基础。 一般来说,土木工程对材料的基本要求是: 必须具备足够的强度,能够安全地承受设计荷载;,材料自身的
2、质量以轻为宜(即表观密度较小),以减轻下部结构和地基的负荷; 具有与使用环境相适应的耐久性,以减少维修费用; 用于装饰的材料,应能美化建筑,产生一定的艺术效果; 用于特殊部位的材料,应具有相应的特殊功能,例如屋面材料能隔热、防水,楼板和内墙材料能隔声等。,0.2 土木工程材料的分类 土木工程材料种类繁多,性能各异,用途不一,为了便于区分和应用,常从不同角度进行分类。 0.2.1 按材料的化学成分分类 按材料的化学成分可分为: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的分类,如图0.1所示。,图0.1 建筑材料的分类,0.2.2 按材料在建筑物或构筑物中的功能分类 按材料在建筑物或
3、构筑物中的功能可分为: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 按材料的使用部位分类 按材料的使用部位可分为:结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料及其他用途的材料。,0.3 土木工程材料的历史与发展 土木工程材料是随着人类社会生产力的发展和科学技术水平的提高而逐步发展起来的。 土木工程材料的发展将具有以下一些趋向: 研制高性能材料。 充分利用地方材料,尽量少用天然资源,大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为生产土木工程材料的资源,以及保护自然资源和维护生态环境的平衡。 节约能源。,材料生产中不得使用有损人体健康的添加剂和颜料,如甲醛、铅、镉
4、、铬及其化合物等。 产品可再生循环和回收利用,无污染废弃物以防止二次污染。 0.4 土木工程材料的技术标准 土木工程材料的技术标准分为国家标准、行业标准和企业标准三大类。,0.5 学习本课程的主要目的和基本要求 土木工程材料是土木建设类专业的专业基础课,它以数学、力学、物理、化学等课程为基础,而又为学习建筑、结构、施工、建筑经济等后续课程提供材料基本知识,为学生今后从事工程实践和科学研究打下必要的基础。 实验课是本课程的重要教学环节。通过实验,一方面可学会对各种常用材料的检验方法,能对土木工程材料进行合格性判断和验收,同时可培养科学研究能力和严谨缜密的科学态度。做实验时,要求严格按照试验方法,
5、一丝不苟;要了解实验条件对实验结果的影响,并能对实验数据、实验结果进行正确的分析和判别。,第1章 土木工程材料的基本性质 1.1 材料的基本物理性质 1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度 (1)密度 材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。按下式计算: (2)表观密度 材料在自然状态下,单位体积的质量。按下式计算:,(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,单位体积的质量。按下式计算: 1.1.2 材料的密实度与孔隙率 (1)密实度 材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算:,图1.1 散粒材料堆积示意图 1空隙 2颗粒,(2)孔隙率 材料体积内,孔隙体积所占的
6、比例。按下式计算: 即:D+P=1或密实度+孔隙率=1。 1.1.3 材料的填充率与空隙率 (1)填充率 散粒材料堆积体积中,颗粒填充的程度。按下式计算:,(2)空隙率 散粒材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算: 即:D+P=1或填充率+空隙率=1。,1.2 材料与水有关的性质 1.2.1 材料的亲水性与憎水性 (1)亲水性 材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性。具备这种性质的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的性质称为憎水性。具备这种性质的材料称为憎水性材料。如石蜡、沥青等。,图1.2 材料的润湿示意图,1.2.2 材
7、料的吸水性与吸湿性 (1)吸水性 材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质,用吸水率表示,即 (2)吸湿性 材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力,用含水率表示,即,1.2.3 材料的耐水性 材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性,用软化系数表示,即 1.2.4 材料的抗冻性与抗渗性 (1)抗冻性 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,同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性,用“抗冻等级”表示。,(2)抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性,用渗透系数表示,即 1.3 材料的基本力学性质 1.3.1 材料的强度 材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力称为强度。 (1)材料的抗压、
8、抗拉及抗剪强度 材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算,图1.3 材料受力示意图,(2)材料抗弯强度 一般试验方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: 另外的试验方法是在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载,则抗弯强度按下式计算:,1.3.2 材料的弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,变形能完全消失的性质称为弹性。 材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,仍保持变形后的形状,并不产生裂缝的性质称为塑性。 1.3.3 材料的脆性与韧性 材料在外力作用下,当外力达到一定限度后,材料突然破坏,而破坏时无明显的塑性变形,材料的这种性质称为脆
9、性。,图1.4 弹塑性材料的变形曲线 图1.5 脆性材料的变形曲线,1.4 材料的热工、声学、光学性质及材料的耐久性 1.4.1 材料的热工性质 (1)材料的导热性 材料传导热量的性质称为导热性,以导热系数表示,即 材料的导热系数愈大,其传导的热量就愈多。 影响材料导热系数的主要因素有材料的物质构成、微观结构、孔隙构造、温度、湿度和热流方向等。,物质构成 微观结构 孔隙构造 湿度 温度 热流方向 (2)材料的热容量 材料受热(或冷却)时吸收(或放出)热量的性质称为材料的热容量,用比热容表示,即,(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
10、料在长期高温作用下,保持不熔性并能工作的性能称为材料的耐火性,如砌筑窑炉、锅炉、烟道等的材料。按耐火性高低可将材料分为以下3类: 1)耐火材料 2)难熔材料 3)易熔材料,1.4.2 材料的声学性质 (1)吸声性 当声波传播到材料的表面时,一部分声波被反射,另一部分穿透材料,其余部分则传递给材料。声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性,评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数(),即 吸声系数值越大,表示材料吸声效果越好。 声音起源于物体的振动,如说话时声带的振动和打鼓时鼓皮的振动,声带和鼓皮称为声源。,影响材料的吸声效果的因素有:材料的表观密度和声速,材料的孔隙构造,材料的厚度等
11、。 (2)隔声性 隔声量(R),又称传声损失,是表示材料隔绝空气声的能力,是在标准隔声试验室内测出的,其单位为分贝(dB)。R越大,隔声效果越好。,1.4.3 材料的光学性质 光是以电磁波形式传播的辐射能。电磁波辐射的波长范围很广,只有波长在380760nm的这部分辐射才能引起光视觉,称为“可见光”。波长短于380nm的光是紫外线、X射线、射线;长于760nm的光是红外线、无线电波等。 材料的光泽是材料表面的特征。光线照到物体上,一部分被反射,另一部分被吸收。,1.4.4 材料的耐久性 作用于材料的自然因素和有害介质可概括为以下几个方面: (1)物理作用 物理作用指材料受干湿、冷热、冻融变化等
12、,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的酸碱盐等溶液的侵蚀下,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的侵害下,导致材料发生虫蛀、腐朽而破坏。,1.5 材料的组成、结构与构造及其对材料性质的影响 1.5.1 材料的组成 材料的组成指材料的化学组成和矿物组成。 (1)化学组成 化学组成指构成材料的基本化合物或化学元素的种类和数量。 (2)矿物组成 无机非金属材料中具有特定的晶体结构和特定的物理力学性能的组织结构称为矿物。 (3)相组成 材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。,1.5.2 材料的结
13、构和构造 材料的结构和构造是决定材料性质的重要因素。材料的结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构。 (1)宏观结构 宏观结构是指用肉眼或放大镜就可分辨的毫米级组织。分类及特点如下: 1)致密结构 2)多孔材料 3)纤维结构 4)层状结构,(2)细观结构(亚微观结构) 细观结构是指用光学显微镜能观察到的微米组织,如分析金属材料的金相组织,观察木材的木纤维、导管、髓线、树脂道等组织,以及观察混凝土内的微裂缝等。 (3)微观结构 微观结构是指用电子显微镜或X射线衍射仪等手段来研究的材料的原子、分子级的结构,其分辨程度可达 级(1 =10-10m)。 材料在微观结构层次上可分为晶体、玻璃体、胶体。,1)晶体 根据组成晶体的质点及化学键的不同可分为: 原子晶体 离子晶体 分子晶体 金属晶体 2)玻璃体 3)胶体 (4)构造 材料的构造是指特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。构造这一概念与结构相比,更强调了相同材料或不同材料的搭配组合关系。,
链接地址:https://www.31doc.com/p-2153732.html