,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土 木 工 程 材 料,铜陵学院土木工程专业,土 木 工 程 材 料铜陵学院土木工程专业,1,理论学时28,土木工程材料基本性质,3学时,气硬性胶凝材料,3学时,水泥,3学时,水泥砼,9学时,建筑砂浆,3学时,墙体材料,3学时,建筑钢材,3学时,木材,1学时,理论学时28土木工程材料基本性质 3学时,2,第2章 材料的基本性质,（1）,了解材料的,基本状态参数,并了解材料的基本状态与材料,性质的关系。,（2）,理解各种性质的基本概念。,（3）,掌握各种性质的表示方法，影响因素及其实用意义。,学习要求：,材料物理性质,材料的应用,材料的基本状态参数,材料力学性质,第2章 材料的基本性质（1）了解材料的基本状态参数,并了,3,2.1 材料的物理性质,一,材料的密度、表观密度与堆积密度,1、真实密度,：材料在绝对密实状态下（不包含孔隙或空隙）单位体积的质量，简称,密度,。,材料的真实密度,为：,=,m,/,V,(g/cm,3,).(a),式中：,m,材料在干燥状态下的质量,(g),；,V,材料绝对密实体积,(cm,3,)。,李氏瓶测定体积,材料的密度大小取决于组成及微观结构。,2.1 材料的物理性质 一 材料的密度、表观密度与堆,4,闭口孔隙,开口孔隙,实 体,开口孔隙,闭口孔隙,实体,V,V,闭,V,开,V,o,空 隙,V,空,堆积体积,V,o,=V,o,+V,空,表观体积,V,o,=V+V,孔,V,o,V,孔,空隙,绝对密实体积,V,孔隙,闭口孔隙开口孔隙实 体开口孔隙闭口孔隙实体VV闭V开V,5,2、,表观密度,：指材料在自然状态下单位体积（包含开口,和闭口孔隙）的质量。,材料的,表观密度,0,为：,0,=,m,/,V,0,(g/cm,3,或kg/m,3,).(b),式中：,m,材料的质量（,g或kg,）；,V,0,表观体积（,cm,3,或m,3,）。,表面封蜡测,V,0,表面封蜡测V0,6,3、堆积密度,：指散粒材料，在堆积状态下单位体积（包含孔隙和空隙）的质量。,材料的堆积密度,0,为：,0,=,m,/,V,0,（/m,3,）.(c),式中：,m,材料的质量（,kg,）；,V,0,材料的堆积体积，包括颗粒体积和颗粒之间,空隙的体积（,m,3,）。,取决于材料堆积的疏密程度。,V,0,用容量筒测量。,3、堆积密度：指散粒材料，在堆积状态下单位体积（包含孔隙和空,7,二,密实度与孔隙率,密实度和孔隙率两者之和为，两者均反映了材料的密实程度。土木工程材料的许多性质都与材料的致密程度有关，这些性质除取决于孔隙率的大小外，还与孔隙特征有关。,1、,密实度,：指材料体积内被固体物质所充实的程度。,材料的密实度,D（Density）,为：,2、,孔隙率,：指材料中孔隙体积占总体积的百分率。,材料的孔隙率,P(,Porosity,),为：,.(e),或,.(d),二 密实度与孔隙率 密实度和孔隙率两者之和为,8,开口孔隙率,闭口孔隙率,开口孔隙,封闭孔隙,片状孔隙,尖角孔隙,球状孔隙,固体物质,开口孔隙率 闭口孔隙率 开口孔隙封闭孔隙片状孔隙尖角孔隙球状,9,三,材料的填充率与空隙率,1、,填充率,：散粒材料在堆积体积下，被其颗粒填充的程度。,2、,空隙率,：指散粒材料颗粒之间的间隙占其堆积体积的百分率。,填充率和空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。可用来控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。,.(f),三 材料的填充率与空隙率1、填充率：散粒材料在堆积体积,10,材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，分为：,能被水润湿,亲水性,，润湿边角,90,0,不能被水润湿,憎水性,，润湿边角,90,0,一 材料的亲水性与憎水性,2.1.3 材料与水有关的性质,固,液,气,憎水性,固,液,气,亲水性,材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，分为：一,11,亲水性与憎水性材料的特征,：,材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：,有机材料一般是憎水性，,无机材料一般是亲水性。,水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。,水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。,亲水性与憎水性材料的特征：材料的亲水性与憎水性,12,二 材料的吸水性与吸湿性,1、,吸水性,材料与水充分接触吸收水分的性质，称为材料的,吸水性。,吸水率：,质量吸水率,体积吸水率,吸(含)水率增大，对材料的许多性质有不良影响：,如容重增加、体积膨胀、导热,（系数）性增大，强度及抗冻性下降等。,二 材料的吸水性与吸湿性1、吸水性体积吸水率 吸(含)水,13,2、吸湿性,指材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性质。,平衡含水率,：,材料中的水分与空气湿度达到平衡时的含水率叫做,平衡含水率。,2、吸湿性平衡含水率：材料中的水分与空气湿度达到平衡时的含水,14,三 材料的耐水性,材料抵抗水的破坏作用的能力称为,耐水性,。,指标：,软化系数,f,b,-材料饱水状态抗压强度，,MPa,f,g,-材料干燥状态抗压强度，,MPa,注意：,随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。,K,R,0.85时为耐水材料。一般结构，材料的软化系数K,R,0.75；重要结构，材料的软化系数K,R,0.85。,三 材料的耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力称为耐水性。f,15,四 材料的抗渗性,（1）渗透系数,渗透系数：,透水量：,K,s,的意义：,渗透系数越小，表明抗渗性能越好。,抗渗性：抵抗压力水渗透的性质,（2）抗渗等级Pn：,表示,能抵抗渗透的,最大水压力,。,A,d,H,例:,P6,表示试件能抵抗的最大水压力为0.6MPa.,混凝土及砂浆的抗渗性常用,抗渗等级,表示，共,P4、P6、P8、P10、P12,五个等级,。,四 材料的抗渗性（1）渗透系数渗透系数：透水量：Ks的,16,五 抗冻性,材料在冻融循环作用下，保持其原有性质的能力。,冻融循环：,在15冻结，20的水中融化，这样的过程为一次冻融循环。,结构材料的抗冻性用抗冻等级表示。如F,25,、F,50,、F,100,、表示材料经25、50、100次冻融循环后仍能满足质量损失5，强度下降25的要求。,影响材料抗冻性的因素：,1、材料的孔隙构造和孔隙率,2、孔隙的充水程度,3、材料自身的强度,五 抗冻性,17,式中-,导热系数,，（m）；传导的热量，-材料厚度，m；A-热传导面积，m,2,t-热传导时间，s；（T,1,-T,2,）-材料两面温度差，K,A,T,2,T,1,Q,2.1.4 材料与热有关的性质,材料两侧存在温差时,热量由一侧传至另一侧的性质,1.导热性,愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝热性能愈好。,工程界将 0.23W/(mk)的材料，称为绝热材料，或节能材料,式中-导热系数，（m）；传导的热量，,18,式中 C材料的比热，J/（kgK）Q材料吸收或放出的热量(,热容量),J,m材料质量，kg t,2,-t,1,材料受热或冷却前后的温差，K,2.热容量和比热,材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的,热容量,。单位质量材料温度升高或降低1所吸收或放出的热量称为,比热容,。,建筑物的围护结构宜选用,比热容大、导热系数小,的材料。,式中 C材料的比热，J/（kgK）Q材料吸收,19,常用土木工程材料的热工性质指标,材料名称,导热系数,W/(mK),比热,J/(gK),钢,55,0.46,铜,370,0.38,花岗岩,2.9,0.8,普通混凝土,1.8,0.88,普通粘土砖,0.55,0.84,粘土空心砖,0.64,0.92,松木,0.15,1.63,泡沫塑料,0.03,1.30,冰,2.30,2.05,水,0.58,4.19,静止空气,0.025,1.00,常用土木工程材料的热工性质指标材料名称 导热系数W/(mK,20,孔隙对材料性质的影响,某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，见图1-2。请问选择何种材料？,孔隙率对材料导热性质的影响,某工程顶层屋面欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，见图1。请问选择何种材料？,图材料剖面,A,B,孔隙对材料性质的影响孔隙率对材料导热性质的影响图材料,21,2.2.1 材料的强度,材料强度,-材料抵抗外力破坏的极限能力,(1),抗拉、抗压、抗剪强度,f,=,F,max,/A,(2),抗弯强度（抗折强度）,单点加荷,三分点加荷,2.2 材料的力学性质,2.2.1 材料的强度材料强度-材料抵抗外力破坏的极限,22,f,=,F,max,/A,f=F max/A,23,混凝土路面砖抗压强度试验,混凝土路面砖抗压强度试验,24,混凝土路面砖抗弯强度试验,混凝土路面砖抗弯强度试验,25,比强度,材料的抗拉强度与材料表观密度 之比叫做比强度。,常用建筑材料的,比强度,（,Nm/kg,）,：,低碳钢,0.045,普通,混凝土,0.017,松木,（顺纹抗拉）0.2,粘土砖,0.006,玻璃钢,0.225,比强度 材料的抗拉强度与材料表观密度,26,2.2.2 弹性与塑性,材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复到原来形状的性质称为,弹性,，而这种完全恢复的变形称为弹性变形；,外力取消后仍保持变形后的形状尺寸，并且本身无裂缝产生的性质称为,塑性,，这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。,指标：,弹性模量,意义：,E表示材料抵抗变形的指标，,E,值越大，材料越不易变形，即抵抗变形的能力越强。,弹塑性材料的变形曲线,2.2.2 弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后,27,1、脆性,当外力达到一定程度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形。,玻璃、混凝土、石材,2.2.3 脆性与韧性,抗压强度比抗拉强度高八倍以上；,脆性材料,特征,适合作受压构件,不适合作受拉构件；,不适合承受冲击、振动荷载；,1、脆性2.2.3 脆性与韧性,28,2、韧性,定义材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时,产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。,韧性材料特征,（1）变形大，特别是塑性变形大，破坏前有明显预兆；,（2）抗拉强度与抗压强度接近。,抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的韧性,静,荷载,作用时不产生加速度的荷载。如结构自重；,动荷载,作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载；,29,2.2.4 硬度和耐磨性,1.,硬度,指材料表面的坚硬程度，是抵抗其他物体,刻划、压入其表面的能力,。,测定方法：,刻划法、压入法,。,刻划法,按照他们的软硬程度分为十级（,莫氏硬度,）：,1）,滑石,2）,石膏,3）,方解石,4）,萤石,5）,磷灰石,6）,正长石,7）,石英,8）,黄玉,9）,刚玉,10）,金刚石,压入法,又分为,布氏硬度,、,洛氏硬度、,维氏硬度,2.2.4 硬度和耐磨性1.硬度指材料表面的坚硬程度，是抵,30,2.,耐磨性,材料表面抵抗磨损的能力,。,用磨损率表示。,m,1,试件磨损前的质量（g）；,m,2,试件磨损后的质量（g）；,楼梯踏步、路面、地面等部位材料应有一定耐磨性。,Q=(,m,1,-,m,2,)/A,2.耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。用磨损率表示。m1试,31,