土木工建材料第一章绪论.ppt
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1、 土木工程材料土木工程材料 一、绪一、绪 言言.概述概述1.1.1 1.1.1 土木工程材料的分类土木工程材料的分类组成建筑结构物的最基本构成元素是材料,组成建筑结构物的最基本构成元素是材料,能用于土木工程的材料品种繁多,性质各异,用途能用于土木工程的材料品种繁多,性质各异,用途不同,为了方便应用,工程中常从不同角度对土木不同,为了方便应用,工程中常从不同角度对土木工程材料作出分类。工程材料作出分类。(1 1)按化学成分分类:)按化学成分分类:可分为有机材料、无机材料、有机一无机复可分为有机材料、无机材料、有机一无机复合材料三大类合材料三大类金属材料钢、铁、铝等金属材料钢、铁、铝等土无机材料非
2、金属材料石、玻璃、水泥、混凝土等土无机材料非金属材料石、玻璃、水泥、混凝土等木金属木金属-非金属复合材料钢筋混凝土等非金属复合材料钢筋混凝土等工有机材料工有机材料木材、石油沥青、塑料等木材、石油沥青、塑料等程无机非金属程无机非金属-有机复合材料玻璃纤维增强塑料等有机复合材料玻璃纤维增强塑料等材有机材有机-无机复合材料无机复合材料料金属料金属-有机复合材料轻质金属夹芯板等有机复合材料轻质金属夹芯板等(2)(2)按功能分类,可分为两大类:按功能分类,可分为两大类:结构材料结构材料主要用作承重的材料,如梁、板、主要用作承重的材料,如梁、板、柱所用材料。柱所用材料。功能材料功能材料主要利用材料的某些特
3、殊功能,如主要利用材料的某些特殊功能,如用于防水、装饰、保温等的材料。用于防水、装饰、保温等的材料。土木工程材料的标准化土木工程材料的标准化 土木工程材料的标准,是企业生产的产品土木工程材料的标准,是企业生产的产品质量是否合格的技术依据,也是供需双方对产质量是否合格的技术依据,也是供需双方对产品质量进行验收的依据。通过产品标准化,就品质量进行验收的依据。通过产品标准化,就能按标准合理地选用材料,从而使设计、施工能按标准合理地选用材料,从而使设计、施工也相应标准化,同时可加快施工进度,降低造也相应标准化,同时可加快施工进度,降低造价。价。目前我国常用的标准有如下三大类:目前我国常用的标准有如下三
4、大类:(1)(1)国家标准国家标准 国家标准有强制性标准国家标准有强制性标准(代号代号GB)GB)、推荐性标准、推荐性标准(代代号号GBGBT)T)。(2)(2)行业标准行业标准 如建工行业标准如建工行业标准(代号代号JG)JG)、建材行业标准、建材行业标准(代号代号JC)JC)、冶金行业标准、冶金行业标准(代号代号YB)YB)、交通行业标准、交通行业标准(代号代号JT)JT)等。等。(3)(3)地方标准地方标准(代号代号DB)DB)和企业标准和企业标准(代号代号QB)QB)标准的一般表示方法,是由标准名称、部标准的一般表示方法,是由标准名称、部门代号、编号和批准年份等组成。例如:门代号、编号
5、和批准年份等组成。例如:国家标准国家标准(强制性强制性)金属拉伸试验方金属拉伸试验方法法)GB22888)GB22888。建材行业标准建材行业标准(推荐性推荐性)建筑石灰建筑石灰JCJCT47992T47992。1.21.2 材料的基本状态参数材料的基本状态参数1.2.1 1.2.1 材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密度、表观密度和堆积密度1.2.1.1 1.2.1.1 密度密度 材料在绝对密实状态下单位体积的质量,称材料在绝对密实状态下单位体积的质量,称为密度,公式表示如下:为密度,公式表示如下:式中:式中:材料的密度材料的密度,g/cm,g/cm3 3 m m材料材料在干燥状态下的在干
6、燥状态下的的质量,的质量,g g V V材料的绝对密实状态下体积,材料的绝对密实状态下体积,cmcm3 3Vm1.2.1.2 1.2.1.2 表观密度表观密度 材料在自然状态下单位体积的质量,称为表材料在自然状态下单位体积的质量,称为表观密度观密度(原称容重原称容重),公式表示如下:,公式表示如下:式中式中:o o-材料的表观密度,材料的表观密度,kgkgm m3 3;mm材料的质量,材料的质量,kgkg;V V。材料在自然状态下的体积,材料在自然状态下的体积,m m3 3。00Vm 1.2.1.3 1.2.1.3 堆积密度堆积密度 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量,散粒材料在自然堆积状
7、态下单位体积的质量,称为堆积密度,公式表示如下:称为堆积密度,公式表示如下:式中式中:0 0散粒材料的堆积密度,散粒材料的堆积密度,kgkgm m3 3;mm散粒材料的质量,散粒材料的质量,kgkg;VV0 0散粒材料的自然堆积体积,散粒材料的自然堆积体积,m3。00Vm 1.2.2 1.2.2 材料的孔隙和空隙材料的孔隙和空隙 1.2.2.1 1.2.2.1 材料的孔隙材料的孔隙 大多数土木工程材料的内部都含有孔隙,这大多数土木工程材料的内部都含有孔隙,这些孔隙会对材料的性能产生不同程度的影响。一些孔隙会对材料的性能产生不同程度的影响。一般认为,孔隙可从两个方面对材料产生影响:一般认为,孔隙
8、可从两个方面对材料产生影响:一是孔隙的多少,二是孔隙的特征。是孔隙的多少,二是孔隙的特征。材料中含有孔隙的多少常用孔隙率表征。孔材料中含有孔隙的多少常用孔隙率表征。孔隙率是指材料内部孔隙体积隙率是指材料内部孔隙体积(V(Vp p)占材料总体积占材料总体积(V(V0 0)的百分率。因为的百分率。因为V VP P=V=V0 0一一V(V(三者单位相同三者单位相同),所以,所以孔隙率可用下式表示:孔隙率可用下式表示:%100)1(%100000VVVp 与孔隙率相对应的是材料的密实度,即材与孔隙率相对应的是材料的密实度,即材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分料内部固体物质的实体积占材料总体积的
9、百分率,可用下式表示:率,可用下式表示:pVVD1%100%10000 1.2.2.2 1.2.2.2 材料的空隙材料的空隙 散粒材料颗粒间的空隙多少常用空隙率表散粒材料颗粒间的空隙多少常用空隙率表示。空隙率定义为:散粒材料颗粒间的空隙体示。空隙率定义为:散粒材料颗粒间的空隙体积积(Vs)(Vs)占堆积体积的百分率。占堆积体积的百分率。%100)1(%10000000VVVp 与空隙率相对应的是填充率,即颗粒的自与空隙率相对应的是填充率,即颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率,可按下式计然状态体积占堆积体积的百分率,可按下式计算:算:00001%100%100pVVD 1.3 1.3 材料的力
10、学性质材料的力学性质 1.3.1 1.3.1 强度与比强度强度与比强度 材料的强度是指材料在外力作用下不破坏时能材料的强度是指材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。材料的抗拉、抗压、抗剪强度,承受的最大应力。材料的抗拉、抗压、抗剪强度,可用下式计算:可用下式计算:式中式中:f:f 抗拉抗拉(或抗压或抗剪或抗压或抗剪)强度,强度,MPaMPa;PP材料破坏时的最大荷载,材料破坏时的最大荷载,N N;AA受力面面积,受力面面积,mmmm2 2。APf 材料的抗弯试验一般用矩形截面试件,抗弯材料的抗弯试验一般用矩形截面试件,抗弯强度计算有两种情况。一种是试件在二支点的中强度计算有两种情况。一种是
11、试件在二支点的中间受一集中荷载作用,计算公式为:间受一集中荷载作用,计算公式为:式中式中:f:ff f 抗弯抗弯(折折)强度,强度,MPa;MPa;PP试件破坏时的最大荷载,试件破坏时的最大荷载,N N;L L 二二支点之间距离,支点之间距离,mmmm;b b、hh试件截面的宽度和高度,试件截面的宽度和高度,mmmm。223bhPLff不同强度材料的比较,可采用比强度指不同强度材料的比较,可采用比强度指标。比强度是指单位体积质量的材料强度,标。比强度是指单位体积质量的材料强度,它等于材料的强度与其表观密度之比。它是它等于材料的强度与其表观密度之比。它是衡量材料是否轻质、高强的指标。衡量材料是否
12、轻质、高强的指标。1.3.2 1.3.2 材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,能完全恢复原来形状的性质,称为弹性。这种可能完全恢复原来形状的性质,称为弹性。这种可恢复的变形称弹性变形。若去除外力,材料仍保恢复的变形称弹性变形。若去除外力,材料仍保持变形后的形状和尺寸,且不产生裂缝的性质,持变形后的形状和尺寸,且不产生裂缝的性质,称为塑性。此种不可恢复的变形称为塑性变形。称为塑性。此种不可恢复的变形称为塑性变形。材料在弹性范围内,其应力与应变之间的关材料在弹性范围内,其应力与应变之间的关系符合如下的虎克定律:系符合如下
13、的虎克定律:式中式中:应力,应力,MPaMPa;应变;应变;E E弹性模量,弹性模量,MPaMPa。弹性模量是材料刚度的度量,反映了材料抵抗弹性模量是材料刚度的度量,反映了材料抵抗变形的能力,是结构设计中的主要参数之一。变形的能力,是结构设计中的主要参数之一。E 1.3.3 1.3.3 脆性和韧性脆性和韧性 材料在外力作用下,无明显塑性变形而突然材料在外力作用下,无明显塑性变形而突然破坏的性质,称为脆性。具有这种性质的材料称破坏的性质,称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。为脆性材料。材料在冲击或振动荷载作用下,能吸收较大的材料在冲击或振动荷载作用下,能吸收较大的能量,产生一定的变形而不破
14、坏的性质,称为韧性能量,产生一定的变形而不破坏的性质,称为韧性或冲击韧性。它可用材料受荷载达到破坏时所吸收或冲击韧性。它可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示,由下式计算:的能量来表示,由下式计算:式中式中:a:ak k 材料的冲击韧性,材料的冲击韧性,J Jmmmm2 2;A AK K试件破坏时所消耗的功,试件破坏时所消耗的功,J J;AA试件受力净截面积,试件受力净截面积,mmmm2 2。AAKk 硬度和耐磨性硬度和耐磨性 硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入而产硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入而产生塑性变形的能力。生塑性变形的能力。耐磨性是材料抵抗磨损的能力,用耐磨率耐磨性是材料抵抗磨损
15、的能力,用耐磨率表示,可按下式计算:表示,可按下式计算:式中:式中:M M 耐磨率,耐磨率,g gcmcm2 2;m m0 0磨前质量,磨前质量,g g;m m1 1磨后质量,磨后质量,g g;AA试样受磨面积,试样受磨面积,cmcm2 2。AmmM10 1.4 1.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 1.4.1 1.4.1 材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性 当固体材料与水接触时,当固体材料与水接触时,有些材料能被水润湿,有些材料能被水润湿,有些材料不能被润湿,有些材料不能被润湿,这种现象叫亲水性。图这种现象叫亲水性。图 中在材料、水和空气的中在材料、水和空气的 三相交叉点处沿水
16、滴表三相交叉点处沿水滴表 面作切线,此切线与材面作切线,此切线与材 料和水接触面的夹角,料和水接触面的夹角,称为润湿边角。称为润湿边角。一般认为,当一般认为,当9090时,材料能被水润时,材料能被水润湿而表现出亲水性,这种材料称为亲水性材料;湿而表现出亲水性,这种材料称为亲水性材料;当当9090时,材料不能被水润湿而表现出憎时,材料不能被水润湿而表现出憎水性,这种材料称为憎水性材料。由此可见,水性,这种材料称为憎水性材料。由此可见,润湿边角越小,材料亲水性越强,越易被水润润湿边角越小,材料亲水性越强,越易被水润湿,当湿,当=90=90时,表示该材料完全被水润湿。时,表示该材料完全被水润湿。1.
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- 土木 建材 第一章 绪论
