土木工程概论第三讲复课件

1、土木工程概论第三讲复1 土 木 工 程 概 论 土木工程概论第三讲复2 目的要求：目的要求： 了解土木工程材料的概况，熟悉土了解土木工程材料的概况，熟悉土 木工程材料的分类木工程材料的分类 。 土木工程概论第三讲复3 土木工程材料种类繁多，为了研究、使用和叙述的方土木工程材料种类繁多，为了研究、使用和叙述的方 便，可以从不同角度加以分类。常用的分类法：便，可以从不同角度加以分类。常用的分类法： 土木工程材料是土木工程中所使用的各种材料及其制土木工程材料是土木工程中所使用的各种材料及其制 品的总称。品的总称。 一、土木工程材料的定义及分类一、土木工程材料的定义及分类 1、按材料来源分类：、按材料

2、来源分类： 按使用部位分类，有按使用部位分类，有天然材料天然材料及及人造材料人造材料。 土木工程概论第三讲复4 实实 例例 承重结构材料承重结构材料 受力构件所用的材料：受力构件所用的材料： 砖、钢材、钢筋砼、预应力钢筋砼等砖、钢材、钢筋砼、预应力钢筋砼等 非承重结构材料非承重结构材料 填充墙、内隔墙和其它围护材料：填充墙、内隔墙和其它围护材料： 空心粘土砖、石膏板、加气砼砌块等空心粘土砖、石膏板、加气砼砌块等 功能材料功能材料 防水材料、防火材料、装饰材料、吸音、隔声材防水材料、防火材料、装饰材料、吸音、隔声材 料、保温隔热材料等料、保温隔热材料等 2、按材料功能分类、按材料功能分类 土木工

3、程概论第三讲复5 分分 类类实实 例例 无无 机机 材材 料料 金属金属 材料材料 黑色金属黑色金属钢、铁及其合金、合金钢、不锈钢等钢、铁及其合金、合金钢、不锈钢等 有色金属有色金属铝、铜、铝合金等铝、铜、铝合金等 非非 金金 属属 材材 料料 天然石材天然石材砂、石及石材制品砂、石及石材制品 烧土制品烧土制品粘土砖、瓦、陶瓷制品等粘土砖、瓦、陶瓷制品等 胶凝材料及制品胶凝材料及制品石灰、石膏及制品、水泥及混凝土等石灰、石膏及制品、水泥及混凝土等 玻璃玻璃普通平板玻璃、特种玻璃等普通平板玻璃、特种玻璃等 混凝土及硅酸盐制品混凝土及硅酸盐制品混凝土、砂浆和硅酸盐制品混凝土、砂浆和硅酸盐制品 有有

4、 机机 材材 料料 植物材料植物材料 木材、竹材、植物纤维及制品等木材、竹材、植物纤维及制品等 沥青材料沥青材料煤沥青、石油沥青及其制品等煤沥青、石油沥青及其制品等 合成高分子材料合成高分子材料塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶等塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶等 复复 合合 材材 料料 有机与无机非金属材料复合有机与无机非金属材料复合 金属与无机非金属材料复合金属与无机非金属材料复合 金属与有机材料复合金属与有机材料复合 聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等 钢筋混凝土、钢纤维混凝土等钢筋混凝土、钢纤维混凝土等 PVC钢板、有机涂层铝合金板等钢板、有机涂层铝合金板等 3、按

5、材料化学成分分类、按材料化学成分分类 土木工程概论第三讲复6 土木工程概论第三讲复7 点章节：胶凝材料、点章节：胶凝材料、 混凝土、钢材混凝土、钢材 土木工程概论第三讲复8 土木工程概论第三讲复9 土木工程概论第三讲复10 土木工程概论第三讲复11 0 00 V m干 干 0 0 V m饱 饱 0 0 V m湿 湿 干容重 湿容重 饱水容重 土木工程概论第三讲复12 材料的表观密度 表观体积是指包括内表观体积是指包括内 部封闭孔隙在内的体积。部封闭孔隙在内的体积。 其封闭孔隙的多少，孔其封闭孔隙的多少，孔 隙中是否含有水及含水隙中是否含有水及含水 的多少，均可能影响其的多少，均可能影响其 总质

6、量或体积。总质量或体积。 因此，材料的表观密因此，材料的表观密 度与其内部构成状态及度与其内部构成状态及 含水状态有关。含水状态有关。 工程中砂石材工程中砂石材 料，直接用排料，直接用排 水法测定其表水法测定其表 观体积观体积 土木工程概论第三讲复13 土木工程概论第三讲复 14 固体 物质 闭口 孔隙 开口口 孔隙 材料体积组成示意图材料体积组成示意图 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 土木工程概论第三讲复15 0 .100% V D V 0 .100%D 00 00 1(1).100% 1 VVV P VV DP 即或密实度孔隙率1 思考思考1 1 材料的

7、密度、表观密度、堆积密 度有何区别？如何测定？材料含水后对 三者有什么影响？ 土木工程概论第三讲复17 已知某卵石的质量为已知某卵石的质量为10.6g，体积为，体积为4.06cm3，用李氏瓶法，用李氏瓶法， 排除的水的体积为排除的水的体积为4ml，现总共有这样的卵石，现总共有这样的卵石3360kg，堆成体，堆成体 积为积为2m3，求石子的孔隙率和空隙率。，求石子的孔隙率和空隙率。 3 /65. 2 4 6 .10 cmg V m 密密 度度 3 0 0 /1680 2 3360 mkg V m 堆积密度堆积密度 3 0 0 /61. 2 06. 4 6 .10 cmg V m 表观密度表观密度

8、 %5 . 1%100) 65. 2 61. 2 1 (%100)1 ( 0 P 孔隙率孔隙率 % 6 . 35%100) 2610 1680 1 (%100)1 ( 0 0 P空隙率空隙率 土木工程概论第三讲复18 1.一般来说，一般来说，(单个单个)孔隙尺寸增大，孔隙尺寸增大， 材料强度降低，导热系数增大；材料强度降低，导热系数增大； 土木工程概论第三讲复19 土木工程概论第三讲复20 土木工程概论第三讲复21 土木工程概论第三讲复22 %100 0 01 m mm W 土木工程概论第三讲复23 100% mm W m 干饱 质 干 00 V1 100% VV mm W 干水饱 体 水 土

9、木工程概论第三讲复24 土木工程概论第三讲复25 含水率在工程中的应用含水率在工程中的应用 n例如例如:拌制砼所用材料质量是指干质量拌制砼所用材料质量是指干质量.但现场的但现场的 砂石都不同程度有水存在砂石都不同程度有水存在.因此在称量上应该考因此在称量上应该考 虑到砂石的含水情况虑到砂石的含水情况. 己知每拌制己知每拌制1m1m3 3混凝土需要干砂混凝土需要干砂606Kg606Kg ,测得施工测得施工 现场的含水率砂为现场的含水率砂为7%7% ,则现场需要称取多少湿砂则现场需要称取多少湿砂? 砂用量：砂用量：S S=S=S（1+W1+Ws s）=606=606(1+7%)=648Kg(1+7

10、%)=648Kg 土木工程概论第三讲复26 知识延伸知识延伸 干干 燥燥 的的 材材 料料 吸收空气中吸收空气中 的水分的水分 潮潮 湿湿 的的 材材 料料 平衡含水率平衡含水率 平衡含水率：平衡含水率：当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率 释放水分释放水分 土木工程概论第三讲复27 例例2 烧结普通砖的尺寸为烧结普通砖的尺寸为240mm*115mm*53mm，已知其孔隙，已知其孔隙 率为率为37%，干燥质量为，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为，浸水饱和后质量为2984g。求该砖。求该砖 的密度、干表观密度、吸水率、开口孔隙率及

11、闭口孔隙率。的密度、干表观密度、吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。 3 /70 . 2 %)371 (3 . 5 5 . 1124 2487 cmg V m 密度密度 3 0 0 /1700 053. 0115. 024. 0 487. 2 mkg V m 干表观密度干表观密度 20%100 8724 24872984 %100 m mm 干 干吸 质 W吸水率吸水率 土木工程概论第三讲复28 g b R f f K |1-31-3 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强 度分别为174、178、165 MPa，求该石材的软化系数，并 判断该石材可否用于水下工程。 |解 |该石材的软化系数

12、为: 93.0 178 165 g b R f f K 由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材 可用于水下工程。 土木工程概论第三讲复30 （2 2）抗渗等级）抗渗等级 指石料、砼或砂浆所能指石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力承受的最大水压力。 如：最大承水压力为如：最大承水压力为0.20.2MPa，表示为，表示为P2，有，有P2、P4、P6 、P8 d AtH KQ S AtH Qd KS 抗渗性：抵抗压力水渗透的性质抗渗性：抵抗压力水渗透的性质 土木工程概论第三讲复31 土木工程概论第三讲复32 观察与讨论观察与讨论 某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，某工程顶

13、层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面， 请问选择何种材料？请问选择何种材料？ 土木工程概论第三讲复33 土木工程概论第三讲复 34 材料名称材料名称导热系数，导热系数，W/(mW/(mK)K)比热，比热，kJ/(kgkJ/(kgK K) ) 铜3700.38 钢550.46 石灰岩 2.663.230.7490.846 花岗岩2.913.450.7160.92 大理岩2.450.875 普通混凝土1.80.88 粘土空心砖0.640.92 松木0.170.352.51 玻璃2.73.260.83 泡沫塑料0.031.30 水0.604.187 密闭空气0.0231 常用材料的热性质指标常用材

14、料的热性质指标 土木工程概论第三讲复 35 思考：为什么在冬季混凝土施工中，思考：为什么在冬季混凝土施工中， 当需对原材料进行加热时，应优先当需对原材料进行加热时，应优先 对水进行加热？对水进行加热？ 因为水的比热容比砂石大因为水的比热容比砂石大4倍多倍多.显然显然 对于同样多的水和砂石来说对于同样多的水和砂石来说,在吸收的热在吸收的热 量相等的情况下量相等的情况下,水的温度上升得少水的温度上升得少,而砂而砂 石的温度上升得多石的温度上升得多. 土木工程概论第三讲复 36 解释解释:沿海地区及我国东南部白天和晚上的沿海地区及我国东南部白天和晚上的 气温变化气温变化_不大不大_,而在沙漠地区及我

15、国而在沙漠地区及我国 西北部昼夜气温变化西北部昼夜气温变化_较大较大_. 因为水的比热容比砂石大因为水的比热容比砂石大4倍多倍多.显然对于显然对于 同样多的水和砂石来说同样多的水和砂石来说,在吸收的热量相在吸收的热量相 等的情况下等的情况下,水的温度上升得少水的温度上升得少,而砂石的而砂石的 温度上升得多温度上升得多. 土木工程概论第三讲复37 水的比热容较大在生产和 生活中的应用 1、用热水取暖。 2、用水冷却发动机。 3、农村在培育秧苗时，为使秧苗夜 间不致受冻，傍晚要往田里灌水，早 晨再把水放出去。 土木工程概论第三讲复 38 五、五、 材料的力学性质材料的力学性质 材料在外力(荷载)作

16、用下抵抗破坏的能 力，称为强度。 当材料承受外力作用时，内部就产生 应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增 大。直至材料内部质点间的作用力不能再 抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极 限应力值就是材料的强度。 强强 度度 土木工程概论第三讲复 39 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗 拉、抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度。 材料受力示意图 (a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲 土木工程概论第三讲复 40 材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算 式为： F f A 式中：f材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPa F材料承受的最大荷载， A材料的受力面积，mm2 土木工程概论第三讲复 41 式中：f材

17、料的抗弯(折)强度，MPa F材料承受的最大荷载， L两支点之间的距离，mm b材料受力截面的宽度，mm h材料受力截面的高度，mm 材料的抗弯强度的计算式为： 2 3 2 F L f b h 土木工程概论第三讲复 42 材料的强度主要取决于它的组成和结 构。一般说材料孔隙率越大，强度越低， 另外不同的受力形式或不同的受力方向， 强度也不相同。 土木工程概论第三讲复 43 材料在外力作用下产生变形，若除去 外力后变形随即消失，这种性质称为弹 性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 材料在外力作用下产生变形，若除去 外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并 且不产生裂缝的性质称为塑性。不能恢 复的变形称为

18、塑性变形。 弹性与塑性弹性与塑性 土木工程概论第三讲复 44 材料受力破坏时，无显著的变形而突 然断裂的性质称为脆性。在常温、静荷 载下具有脆性的材料称为脆性材料。 在冲击、振动荷载作用下，材料能够 吸收较大的能量，同时也能产生一定的 变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击 韧性。 脆性与韧性脆性与韧性 土木工程概论第三讲复 45 材料的耐久性材料的耐久性 材料的耐久性是指其在长期的使用过 程中，能抵抗环境的破坏作用，并保持原 有性质不变、不破坏的一项综合性质。 由于环境作用因素复杂，耐久性也难以 用一个参数来衡量。工程上通常用材料抵 抗使用环境中主要影响因素的能力来评价 耐久性，如抗渗性、抗冻性、抗老化和抗 碳化等性质。 土木工程概论第三讲复 46 环境对材料的破坏作用，可分为物理作用、 化学作用和生物作用，不同材料受到的环 境作用及程度也不相同。 影响材料耐久性的内在因素很多，除了材 料本身的组成结构、强度等因素外，材料 致密程度、表面状态和孔隙特征对耐久性 影响很大。 工程上常用提高密实度、改善表面状态和 孔隙结构的方法来提高耐久性。 土木工程概论第三讲复47 土木工程概论第三讲复48 土木工程概论第三讲复4