东北某大学土木工程材料讲义

《土木工程材料》教案

第一章黑龙江工程学院土木工程系孙凌1、绪言1.1概述1.2材料的基本状态参数1.3材料的力学性质1.4材料与水有关的性质主要内容：绪论材料的基本状态参数材料与水有关的性质重点内容：材料的基本状态参数难点：材料的物理常数要求：材料的基本状态参数材料与水有关的性质对《土木工程材料》有概括的了解参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程集料试验规程》1、绪言

1.1概述一、本课程研究内容砂石材料、石灰、石膏、水玻璃、水泥、水泥混凝土、砂浆、烧结砖、沥青、沥青混合料、钢材、塑料等二、土木工程材料在工程中的作用三、土木工程材料应具备的性质四、土木工程材料的应用五、土木工程材料的标准化R1.2材料的基本状态参数1.2.1材料的密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度一、密度1.定义：材料的密度是材料在绝对密实状态下单位体积的（不包括开口和闭口孔隙体积）的质量。2.公式：

式中：ρ——材料的密度，ｇ／ｃｍ３；ｍｓ——材料矿质实体的质量，ｇ；Ｖ——料矿质实体的体积，ｃｍ３。因试验的条件是在空气中称量石料的质量，故ｍ。＝０，ｍs＝ｍ，则公式改写为

式中：ｍ——烘干石料试样的质量，ｇ；Ｖ——意义同前。石料密度的测定可采用比重瓶法或李氏比重瓶法T二、表观密度

1.定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积十闭口孔隙体积）的质量，称为表观密度，亦称视密度。2.公式：式中：ρt——石料的表观密度，ｇ／ｃｍ３；ｍ、Ｖ——意义同前；ＶB——石料闭口孔隙的体积，ｃｍ３。测定方法：排水法T三、毛体积密度定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体积（包括孔隙在内）的质量。公式：

式中：——石料的毛体积密度，ｇ／ｃｍ3——石料开口孔隙体积，ｃｍ3ｍ，ｖ，ｖB——意义同前。材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。T四、堆积密度1.定义：散粒材料在自然堆积状态下单位体积质量。2公式

自然堆积密度紧密堆积密度1.2.2材料的孔隙和空隙一、材料的孔隙

空隙对材料的影响：（1）孔隙的多少（孔隙率）（2）孔隙的特征1.孔隙率定义：孔隙率是指材料内部孔隙体积(开口孔隙和闭口孔隙)占材料总体积的百分率。公式：

2.架密实首度定义促：材搁料内赞部固吃体物号质的佣实体蔽占材酷料总太体积折的百译分率活。公式荡：孔隙麻的特椒征（1栗）按笑孔隙尾尺寸魂大小难，可鉴把空夺袭氛仇围为章微孔锁、细萄孔和但大孔丑三种（2笛）按默孔隙垄之间却是否脖相互夜贯通免，把躁孔隙篮分为壶孤立熄孔、县连通绍孔。（3舌）按佩孔隙仗与外体界之故间是遵否连烫通，堤把孔瘦隙分系为开梳口孔哨、封咱闭孔惰。二、走材料储的空子隙1.绣空隙所率定义茂：散描粒材但料颗周粒间喇的空极隙体纽奉积占代堆积闯体积鼓的百婆分率枪。公式蕉：2.乔填充翁率定义熄：颗滨粒的贝自然俭状态殃体积个占堆砌积体漫积的估百分恒率。公式辉：R1.净4喂材料矩与水写有关甚的性圾质1.追4.欣1咸材料袄的亲任水性终与憎邻水性湿润幻玉边角摔：在粱材料乡丰、水经和空勺气的搅三向敢交叉蝇点处丘沿水搅滴表韵面做降切线牙，此给切线忧与材黄料和很水接冷触面务的夹绿角θ，称吓为湿凳润边焰角。θ≤9弄0°谦时，鼻表现脉为亲障水性θ＞9改0°拦时，队表现健为憎埋水性1.怎4.伸2材长料的诉含水掌状态亲水察性材蚂料的斥含水骄状态干燥伴状态气干愧状态饱和两面干颠状态润湿挂状态1.尿4.兄3计材料俱的吸芽湿性着和吸小水性一、游吸湿纹性定义惨：亲消水材年料在浅潮湿弹空气粉中吸暂收水你分的旁性质表示璃方法齐：含耕水率二、那吸水坦性定义派：材欧料在液水中遥吸水闲的性荡质。重量五吸水糠率提及惩吸水易率开口珍细微忍连通予孔，姥吸水携量大肠。1.酱4.闻4耐歇水性定义残：材鉴料长栋期在纸水作社用下隐不破驴坏、土强度扎也不呆明显番下降肠的性百质。软化棋系数则：＞0荡.8喷5为肃耐水恭材料友，该扒值越准小耐序水性泛越差围。1.蓬4.兔5抗处渗性1.艳4.证6抗炕冻性材料种在含训水状侄态下趣，能限经受鼓多次读动容匠循环语作用捞而不肚破坏解，强吨度也隶不显凑著降改低的瓶性质妄。冻融唱循环直接阶冻融标法是厨测定励石料脚抗冻头性的换主要敬试验辽方法掏。此跃方法赚是将饮石料雁制备毅成直井径和素高均念为５禁０ｍ厨ｍ的票圆柱斯体或净边长耍为５腹０ｍ析ｍ的积立方枝体试烧件，豆放人侦烘箱软（１输０５副℃±宁５℃结）烘弊至恒厦重，扑冷却屿后称咱其质谨量，峡按吸馅水率豪试验农方法另让试苍件吸承水饱阳和，肚然后初取出职擦去泉表面水分绣，置璃于冰更箱（袭-１授５℃枣）冻下结４群ｈ，信然后林取出羞放人引２５去℃±叉５℃掀的水男中融踩解４耗ｈ，兽如此谣为一廉次冻昌融循冒环，半经反掠复冻冲融至盏规定娃次数奶为止铺，将蛙冻融浇后的娃试件嫌再烘犯干至桶恒重江，并睬称其荣质量合。对恰于不永同的监工程延环境直气候模条件朴，冻递融循挤环的虫次数温有不申同的闸要求作，分型为1拘5次挂、2有5次弓及2勉5次搁以上带。在试孩验过畅程中申，每守隔一烛定的锦冻融壳循环惊次数纱，应卖详细奥检查坛试件夹有无萄剥落积、裂咳缝、浑分层淡及掉骨边等妄现象筑，并还加以纤记录序。对获于块馅状石帅料的美抗冻喂性，竞可采痕用经次规定患次数奏的冻毯融循微环后斧的质冤量损萄失率缩慧或者鬼耐冻劝系数陵表征碗。（1简）质驼量损遥失率石料惑冻融普循环谁后的态质量荐损失砌率：式中乡丰：Ｑfr——册试件女冻融弃后的卧质量蔑损失惹率，镜％；ｍ１——闲试验妙前烘鹊干试岸件的孝质量伏，ｇ泊；ｍ２——你试验塌后烘粗干试伯件的寺质量默，ｇ根。２）弊耐冻氧系数式中墨：诸——愉试件耽的耐翅冻系那数；——焦经冻烟融循淹环后烧的试疏件饱砍水抗楚压强恰度，娇ＭＰ命ａ；——姨未经拥冻融轮试验汁的试链件饱师水抗己压强句度，魄ＭＰ剪ａ。公路丸工程望，一红般要吼求石呼料的亏耐冻以系数猛大于边０.芝７５滚；质傲量损鹅失率耻不大柔于５宜％。旅同时泽，试捆件应景无明圾显缺向损（泽包括村剥落肺、裂悲缝和着边角谅损坏主等情喇况）犯。桥梁墨工程窗石料冰，对部一月堪份平幅均气割温低穴于—嘴１０抓℃的待地区捡，要含进行死抗冻喊性试己验。２）碑硫酸腥钠坚齿固性弹法思考跪题：1.矿孔隙摘的特妻征与泉吸水不率的宅关系职。2.担什么罢条件汽下要宇对石应料进躲行抗要冻性普试验葡？什片么是混冻融微循环捷？3.意如何粘判定士石料泥抗冻升性是访否合诱格？R主要就内容美：材悬料的番力学著性质集料叛的技层术性栋质重点泳内容籍：石聚料的鸭抗压冶强度馅、磨名耗率集料毫的级昨配难百点：模级配扩及计子算参虏数要毛求：奶掌握问石料共的力剂学性词质掌握妇石料毁等级拉的确淋定掌握领级配偿参数状的计牙算方肯法参考摊资料斧：《萌土木咬工程修材料塑》陈兼志源《道湿路建齿筑材弄料》粮严家肯伋《道膝路建冰筑材牲料》究孙凌《公穷路工士程集灵料试立验规帆程》1.奇3材队料的授力学亭性质1.法3.集1强傲度与经比强瓶度一、钻强度定义辣：材俊料在荣外力睁作用断下不跑破坏若时能段承受副的最敞大应察力。抗压非强度索：抗拉扇强度董：抗剪捉强度巴：抗弯保强度竞：集中纺荷载悬：三分诞点加泰荷：影响影强度甲的因垒素：材料碰的组当成孔隙眼率楚增加浆强度陵降低含水婶率花增加击强度顾降低温度悔升怪高并强辞度降走低试件雕尺寸泳大魂强度烘降低加荷艳速度源快误强度慰降低齿等二、销比强款度定义仍：单木位体羡积重稍量的端材料境强度翁与毛据体积突密度腔之比芹——帽衡量盘材料命是否乱轻质临、高摔强。补充慢一：１．知公路离工程甘石料饭的力栏学性启质１）欣抗压建强度石料案的抗牵压强娇度，如通常务有单珍轴抗芽压强暮度和骆三轴解抗压认强度遵两种膏。如惨果不抖作边雪坡验膜算等骨，一丙般仅算需要席进行赢单轴坑抗压绍强度育试验吉。公路米工程隔石料仿的抗烤压强乔度，魂是将挨石料溜制备膝成边涝长为景５０话ｍｍ填±０江.５晶ｍｍ多的正菠立方搏体或香直径甜与高帅均为助５０仆ｍｍ密±０批.５然ｍｍ痒的圆闻柱体壮试件及，经箩吸水茄饱和代后，唇在规柔定的翼加载浩条件遣下单孤轴受计压，就石料善试件湿达到质极限粥破坏笋时，护单位收受压手面积皇的强眉度。公式吓：式中扭：广——健石料饮的抗版压强林度，皇ＭＰ皮ａ；Fma念x—翅—试漂件极棒限破康坏时勇的荷特载，眼Ｎ；Ａ—哪—试件缠的截乐面积曲，ｍ隶ｍ２速。石料尾的抗渠压强舅度值菌，取造决于到石料浙的组得成结帐构，爹同时尤也取亦决于毙试验扁的条花件（易如试刊件几蒙何外崇形、肺加荷下速度华、温好度和展湿度和等）怪。石料吗的抗富压强虎度值援，取具决于刷石料滤的组矮成结猴构，柜同时悔也取择决于疲试验甚的条奸件（信如试学件几户何外勇形、递加荷岁速度凳、温办度和斧湿度疲等）咽。２）状磨耗帜率石料逼的磨作耗率批是指捏石料亲抵抗惨冲击蜘、边妹缘剪惯力和锦摩擦船的联拳合作表用的裂性质佳，也根是评妄定石雨料等遣级的兔依据林之一根，可逆采用绩洛杉墨矶试判验法数或狄耕法尔忘试验脊法测巷定。（１额）洛腹杉矶顺试验赴法洛杉斑矶试垒验法沃采用举洛杉党矶（找或搁前板）哥式磨钞耗试泻验机今。是钉将石圆料试诱样洗爷净烘肚干，界称出叫按我瞎国标犬准规稼定的压级配迈石料推及钢熔球。洋磨耗孝机以延３０肃～３辣３ｒ浊／ｍ港ｉｎ殖的转纺速转蔬动５冒００扔转。心由于使在旋堵转中额石料填试样抢受到海相互下摩擦佣、冲盼击等哑力系总的综剧合作凑用，俭使石阅料试次样产丈生磨浆耗和详破碎哨。用晕２ｍ末ｍ圆蹲孔筛刮或1合.7陡ｍｍ跳方孔批筛筛砌去试评样中柴的石梅屑，买将剩肃余试铲样洗冻净烘引干，记并称境其质贱量。堵石料绢的磨打耗率渠以经胶试验梁后石红料试日样的宅质量乘损失驱百分拢率来忆表示耍。公式诵：（2沃）狄舱法尔占试验拖法狄法艳尔试脂验法掀采用骡狄法数尔（主或双扇筒）不式磨世耗试项验机绕。它肾是将甲石料咏破碎漫（人丸工或脏机械晋），宜并过淡筛选倾出５挽０～挺７５蚊ｍｍ命的块棒石５嫩０±较２块浑，共趟约５铃ｋｇ闸（每介块质磨量约轮１０什０ｇ肆），遵计两昏份，叛分别波洗净启烘干界，装门人磨齿耗机逮的两枪圆筒悼中，备磨耗晋机以判３０屿～３深３ｒ悲／ｍ马ｉｎ穗的转兴速转只动１泰００对００乓转，丙石料矩的磨老耗率善同样伤是以纱通过立２ｍ亡ｍ或源１．延7ｍ窄ｍ筛设孔的遥质量枪损失拦百分包率来线表示岗，亦舰按上拼式计那算。按我宗国标概准规圈定，住两种暖试验羊方法醋以洛带杉矶掌试验环法为纠标准养方法帐。２．撞桥梁额工程压石料护的力滨学性矩质抗压放强度岗是桥舞梁工棋程石搞料的委主要弃力学印指标合，是抛确定进石料避标号帜的主贱要依泳据。桥用扣石料陆的抗冒压强垒度是干将石猜料加漆工成熄边长烈为２糕０ｃ招ｍ的茫正立剥方体记试件档，经徒吸水烫饱和勺后，逆按规秤定的尊加荷榆条件侵单轴侨受压牧，石柱料试散件达赤到极笔限破瘦坏时萝，单巷位受标压面录积的悄强度笔。此病亦作关为石县料的谅标号极。公式恨：桥用督石料均的力邪学性询质以蜜抗压傍强度挥为基尝准，妖其他冬力学寺指标名（如名抗拉便强度菠、抗羡剪强笋度、纱抗弯宁强度和等）介一般仓可采竹用与挥抗压哈强度扔的大贞约比输值。石料烫的技胜术标旁准补充举二歌集料计的技介术性巴质集料绳包括纺天然键砂石纺集料腐、人栏工轧拳制的鲜集料皂以及暑工业钥冶金暖矿渣爹。不同贤粒径浪的集钻料在托水泥格（或怖沥青未）混椒合料舅中所吵起的舅作用老不同霸，因性此对馋它们饺的技央术要最求亦漂不相谨同。丢为此钟,将蹄集料伪分为蛛粗集拳料和画细集腔料两朋大类批。不论因天然岩的或捷人工敲轧制蛙的，劝以圆择孔筛屋计，环凡粒滔径小硬于５曾ｍｍ挤者称祝为细艺集料崇（包乔括天解然砂沙、人怀工砂心等）魔，粒跃径大田于５蜡ｍｍ扑者称钱为粗始集料位（包滋括碎厦石、痰砾石坝等）炊；在百沥青土混合堡料中松。若偷以方涌孔筛椅计，抹凡粒秆径小窃于２洪．３必６ｍ爱ｍ者菜称为侨细集篇料（谈包括莲天然焰砂、纹人工帮砂和屿石屑浩等）晃，粒勺径大廊于２药.３漠６ｍ沈ｍ者趴称为边粗集酱料（倾包括爪碎石怪、砾无石、酱矿渣集等）名。由爱于产须状和粘轧制胳工艺行不同陡，它筝们之项间的摔粒径斗界限层允许兆有些抚交叉幻玉。集料颈的技桂术性陵质亦网主要坛从物尼理性姥质、欧力学硬性质专和化渡学性踏质三样个方北面进璃行评完价。（一鸟）物对理性巩质（颗物理贝常数弯、与源水有晚关的蚀性质序）1.辨级配级配魄是集巷料各设级粒啊径颗伪粒的泻分配摧情况耐，可开通过摔筛析模试验平确定随。级配播参数挥：１）介分计据筛余珍百分铺率：朋某号咱筛上佛的筛叼余量风占试悄样总往质量支的百漫分率葵。２）潜累计啊筛余位百分乏率：物某号剂筛的羊分计塞筛余蜘百分碎率和且大于通某号迷筛的渣各筛嘱分计按筛余夫百分条率的仅总和宇。３）术通过辱百分瓣率：摇通过晌某号雄筛的卵质量睛占试顽样总讯质量倡的百贸分率蕉，即轰１０酒０与断某号夕筛的茫累计觉筛余普之差灰。2.穷粗度粗度哈是评罪价砂截粗细彻程度谨的一泻种指摇标，潜通常乘用细遗度模痛数来态表示市，细关度模战数是鹿各号万筛的茄累计络筛余喇百分恒率之雄和除掘以１粱００盾的商件，可霞按下用式计榜算。[例寄]从喘工地怎取回赴烘干颤砂样程50秘0g舟做筛傻析试喝验，萍列于朝表中蹲，求阻该砂葬样的匠分计杀筛余景、累挪计筛盆余、佩通过麻百分枣率及灯该砂架样的鸣细度颤模数悟，并棚对该览砂样第进行震评定脉。细度联模数T（二肆〕力抛学性剪质１．某压碎摩性压碎滴性是砖指碎手石（蔽或卵滤石）底抵抗谦压碎绑的性阔能。毫可通辛过压逝碎值叙试验勉，采娘用压羽碎值序来相相对地叫衡量题石料梁在逐却渐增歪加荷横载的芬作用虚下抵足抗压倘碎的债能力盲，压梁碎值让是表僻征粗剑集料修力学格性质恨的指置标之甜一。１）牙水泥巴混凝葵土用桥粗集胡料压农碎值奖试验逢方法10层～2奋0m录m，妥3K会g，领二层冬装入掌（每咸层颠获击2赛5次杠）；食3～扶5m运in苍至2谅00飞KN暂，过建2.磨5m遇m筛平。2）鬼沥青狂混合捞料用廊粗集哲料压吹碎值参试验13雹.2泽～1脏6m撑m，走3K逼g，级三层蜘装入眉（每避层插子捣2海5次热）；前10脏mi笔n至切40宽0K见N，营过2莫.3带6ｍ耗ｍ筛希。（三贩）化眨学性寺质石料挣根据法Ｓｉ书Ｏ２饲含量点的多燥少分样为：卡酸性纵石料缓、中挺性石律料和零碱性控石料敬。大悔量试失验证床明，贵碱性荷石料羡与沥册青的尿粘附袄性较雕酸性葛石料播与沥遮青的辩粘附冬性大联，酸乖性石宫料比渗较坚芬硬。另为确急定集泥料与樱沥青搞的粘惹附性郊，通锐常在响公路瓶工程睁中采林用一漆些简熟便的绪方法晃进行孩测定羡。目前日我国授现行暗的试梨验方疏法主浓要有怨：１）啊水煮哲法露２披）水仰浸法念３）筝亲水萌系数径法当采使用同蜂一种忧沥青铅时，么选择侵矿料辫从碱删性、贞中性疏直至技酸性虎，集鼠料与堪沥青支的粘喜附性然逐渐父降低云。为医保证眼沥青锁混合隙料的证强度际，在灾选择席集料师时应划优先茅考虑游采用酸碱性屋石料匀。若挤当地稍缺乏仪碱性男石料千且必这须采荡用酸迁性石兽料时铲，可脾掺加遣各种方抗剥再剂以洁提高梦沥青宝与石扛料的贪粘附的性。思考勒题：1.茂如何产判定洪集料臣的酸驻性、遮中性轰、碱支性，副工程补应用艰中如兄何考脊虑？2.性掌握误级配使参数面的计殊算公浓式。作业筐：主要努内容哥：爷级配喊理论矿质纱混合柜料组泳成设敌计重点肯内容邻：路泰波岛公式修正元平衡占面积础法矿床质混慕合料娃组成振设计难凯点：退泰波蜓公式修正奏平衡移面积纳法矿循质混苗合料吗组成饺设计要鸣求豆：利系用泰链波公拣式能毫够计放算适窑宜的经级配师范围掌握逗修正赵平衡静面积拍法矿表质混撤合料哥组成认设计参考功资料烛：《述土木叔工程便材料恳》陈姨志源《道敏路建白筑材诞料》王严家艰伋《道搏路建护筑材咽料》双孙凌补充归3涝矿耳质混荣合料胜的组扒成设座计路用趟矿质解混合廊料的据基本构要求立：１.怨最小壶空隙赔率２.煮最大爬摩擦迟力为达享到上阵述要仇求，卷必须帮对矿拢质混膜合料点进行竟组成娱设计尝，其本内容唱包括困：１）苏级配兽理论呆和级窗配范碧围的统确定茫；２）粱基本窜组成虎的设狐计方侮法。一、温矿质雾混合便料的唇级配锦理论（一醉）级宵配类头型各种睬不同象粒径泡的集帐料，战按照文一定衡比例仔搭配遮起来捕，以扣达到效最大母密实秋度和晚最大惨摩擦猛力的鸡要求锅，可际以采奥用两馅类级君配：１.尖连续驶级配２.谣间断究级配（二裤）级借配理爬论１.铜（富评勒）席Ｗ.掘Ｂ.顷Ｆu废ll润er销理论富勒嫩根据蹄实验或提出鸡一种威理想戒级配遮，认岛为：秩“级津配曲岔线愈涌接近铁抛物但线时网，则守其密毯度愈奇大”凝，因辜此，普当级葡配曲顶线为箩抛物疏线时叫为最泄大密叉度曲昼线。当粒象径ｄ确等于赴最大借粒径乖Ｄ时衬，矿补质混障合料愚的通杏过率包等于恭１０甚０％克，则连：T２.欧（泰槐波）机Ａ.店Ｎ.青Ｔa升lb送al节理论泰波塔认为疼富勒刷曲线慨是一每种理敞想曲留线，够实际庸矿料牙的级非配应被允许桶有一粉定的览波动咬范围落，故铃将富是勒最夜大密盛度曲访线改寄为n炉次幂摸的通者式，枝即从泰除