土木工程材料（第三版）课件 第1章 工程材料的基本知识

土木工程材料1.1工程材料概论

1.2材料的基本性质第1章工程材料的基本知识【本章主要内容】本章主要介绍工程材料分类、及其在工程中的具体应用和基本性质。【建议学习方法】参观现场，感性认识各类工程材料在工程上的应用；学会运用物理、化学、数学、力学等基础知识，分析工程材料的基本性质；并着重理解材料的主要技术性质在实际工程中的具体应用；1.1.1工程材料及其分类1.1.2工程材料在工程建设中的地位1.1.3新型材料的发展方向1.1.4材料产品的标准定义：土建工程中所用的各种材料及其制品。建筑材料具体包括哪些？1、不可缺少的物质基础2、影响工程质量3、决定工程造价和经济效益ⅡⅠ级铁路干线平原地区需材料6000余吨/公里 山岳地区需材料15000余吨/公里劣质材料—→危害工程质量、影响使用、造成事故例：某6层楼建筑施工期间，突然倒塌，经查，材料不合格引起的破坏。故材料在用于工程中时，一般要送试验室检验。材料费/总造价约50%～60%降低材料费用的主要途径：正确选择材料、就地取材、合理利用、减少浪费、科学管理4.新型建筑材料的研制与发展将促进工程结构和施工技术的进步建于1300多年前（桥长约51m，净跨37m）石材为青白色石灰岩赵州桥的结构：

主拱由28道相互独立的拱券并列而成，建桥时先砌中间的，再砌两边的，每道拱券宽约35厘米，每石长度不同，自70厘米至于109厘米不等，各块条石之间用二个“腰铁”相连。每条拱券坏了可单独修理，因外侧的拱券易风化损坏，明代时桥西侧的5道拱券塌落，在明清时重修（没有修复记录，可明显看出与中间的石料不同），1955年对东侧塌落的5道拱券进行了重修。中间18道拱券还是隋代建筑的。

万里长城是我国古代伟大的工程之一。始建于春秋战国（公元前770～476），今存者为明代所修建。总长度大约有十万里以上所用土木工程材料：土、石、木料、砖、石灰长城的建材系就地取材，各地颇不相同。汉代以泥和芦苇修筑长城。

明朝时期，建筑业出现规模巨大的生产流程和比较科学的烧制砖瓦作坊。砖的制品产量大增，所以明长城不少地方的城墙内外檐墙都以巨砖砌筑。4.新型建筑材料的研制与发展将促进工程结构和施工技术的进步故宫始建于公元1406，1420年基本竣工，是明朝皇帝朱棣始建。故宫宫殿建筑均是木结构、黄琉璃瓦顶、青白石底座，饰以金碧辉煌的彩画.4.新型建筑材料的研制与发展将促进工程结构和施工技术的进步青岛海湾大桥，东起青岛主城区黑龙江路杨家群入口处，跨越胶州湾海域，西至黄岛红石崖，路线全长新建里程28.047公里，其中海上段长度25.171公里。大桥共用掉钢材约45万吨，相当于一个年钢产量过千万吨的特大型钢企一个多月的钢产量；共需混凝土约230万方。4.新型建筑材料的研制与发展将促进工程结构和施工技术的进步4.新型建筑材料的研制与发展将促进工程结构和施工技术的进步北京大兴国际机场工程建设难度世界少有，其航站楼是世界最大的减隔震建筑，建设了世界最大单块混凝土板。初步统计，大兴机场已经创造了40余项国际、国内第一，技术专利103项，新工法65项，国产化率达98%以上。港珠澳大桥是世界最长的跨海大桥，也是中国第一例集桥、双人工岛、隧道为一体的跨海通道，该工程筹备6年，建设9年。“超级工程”背后少不了科技力量的驱动！它有着非常多的科技创新，新材料、新工艺、新设备、新技术层出不穷，仅专利就达400项之多！4.新型建筑材料的研制与发展将促进工程结构和施工技术的进步4.新型建筑材料的研制与发展将促进工程结构和施工技术的进步高强、轻质、复合高效多功能、绿色建材、综合利用、工业化生产

建材工业企业必须严格按技术标准进行设计、生产，以确保产品质量，生产出合格的产品。建筑材料的使用者必须按技术标准选择、使用质量合格的材料，使设计、施工标准化，以确保工程质量，加快施工进度，降低工程造价。供需双方，必须按技术标准规定进行材料的验收，以确保双方的合法权益。建筑材料的技术标准分为国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等，分别由相应的标准化管理部门批准并颁布。1.建筑材料的标准及其作用各级标准均有相应的代号其表示方法由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组成。1.建筑材料的标准及其作用例如：2.建筑材料的标准分类坚持理论联系实际的学习方法；重视试验课及习题，认真作好试验和填写试验报告；抓住专业学习的目的，掌握重点；运用列表、对比等方法，加强记忆；重视自学能力的培养。这门课怎么学？1.本课程的作用《建筑材料》是一门专业基础课，为学生学好其它专业课提供必要的基础知识。2.本课程的内容主要讲述建筑工程中常用建筑材料的原材料及生产工艺、品种与规格、主要技术性质、质量标准、检验方法、应用和保管等基本知识。掌握建筑材料的性能及其在工程中的应用，是学习本课程的重点。必须懂得如何选择和使用建筑材料。这门课怎么学？1.2.1材料的基本物理性质1.2.2材料的力学性质1.2.3材料与水有关的性质1.2.4材料的耐久性（1）密度材料在密实状态下单位体积的质量称为材料的密度1．密度——材料在密实状态下的体积，cm3。——材料的干质量，g——材料的密实密度，g／cm3——包含少量封闭孔隙而不含开口孔隙的颗粒体积，cm3——颗粒堆积材料的干质量，g——颗粒堆积材料的表观密度，g/cm3(2)表观密度材料在自然状态下不含开口孔隙时单位体积的质量称为材料的表观密度1．密度——材料自然状态下的体积(自然体积)，cm3或m3——材料的体积密度，g/cm3或kg/m3——材料的质量，g或kg；（3）体积密度材料(块体或颗粒)在自然状态下单位体积的质量称为体积密度。——材料的堆积体积，cm3或m3——材料的质量，g或kg——材料的堆积密度，g／cm3或kg／m3（4）堆积密度颗粒材料(或纤维材料)在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度2．密实度和孔隙率（1）密实度密实度是指在材料的自然体积中，被固体物质所充实的程度。用材料中固体物质的体积占总体积的百分数,采用材料的密实密度和体积密度计算——材料的密实度，％。(2)孔隙率孔隙率是指在材料的自然体积中，孔隙体积所占的比例。——材料的孔隙率，％。3．填充率和空隙率(1)填充率：填充率是指在颗粒材料(或纤维材料)的堆积体积中，被颗粒(或纤维)所填充的程度。——材料的填充率，％。(2)空隙率：空隙率是指颗粒材料(或纤维材料)的堆积体积中，颗粒(或纤维)间的空隙体积所占的百分率。——材料的空隙率，％。1．强度材料抵抗外力(荷载)破坏的能力称为材料的强度。图1-1材料的几种受力状态(a)抗压(b)抗拉

(c)抗剪

(d)抗弯(抗折)材料的强度分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯(抗折)强度四种

1．强度材料试验中，常采用矩形截面试件，在两支点正中作用一个集中荷载材料的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度计算材料的抗弯强度(又称抗折强度)与材料的截面和受力情况有关，不同形状大小的试件，不同的受力情况，其计算不同

弹性变形——材料在外力作用下产生变形，当外力撤消时，变形随之消失，这种性质称为弹性。塑性变形——材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，仍保持已发生的变形，这种性质称为塑性。单纯弹性的材料是没有的。有的材料(如钢材)在受力不太大时表现为弹性，超过弹性限度之后便出现塑性变形。许多材料(如混凝土等)在受力后，弹性变形和塑性变形同时发生，若撤消外力，其弹性变形将消失，但塑性变形仍残留着(称为残余变形)。这种既有弹性又有塑性的变形称为弹塑性变形。2．弹性与塑性材料受力时，发生较大变形尚不断裂的性质称为韧性。具有这种性质的材料称为韧性材料。如钢材、木材、塑料、橡胶等属于韧性材料。材料受力时，在没有明显变形的情况下突然断裂的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。如生铁、混凝土、砖、石、玻璃、陶瓷等均属于脆性材料。一般来说，脆性材料的抗压强度较高，而抗拉强度却很低，比其抗压强度低得多3．韧性与脆性硬度——材料抵抗外物压入或刻划的性质。木材、金属等韧性材料的硬度，往往采用压入法来测定。压入法硬度的指标有布氏硬度和洛氏硬度，他等于压入荷载值除以压痕的面积或密度。而陶瓷、玻璃等脆性材料的硬度往往采用刻划法来测定，称为莫氏硬度，根据刻划矿物（滑石、石膏、磷灰石、正长石、硫铁矿、黄玉、金刚石等）不同分为10级。耐磨性——材料抵抗外物磨损的性质。硬度大、强度高的材料，其耐磨性好。铁路的钢轨和用于路面、地面、桥面、阶梯等部位的材料，要求使用耐磨性好的材料。4．硬度与耐磨性水在材料表面收拢成珠状，润湿角0≥90°材料表面不易被润湿，材料中的微细孔隙不会将水吸入，材料的这种性质称为憎水性，具有这种性质的材料称为憎水性材料。沥青、石蜡等材料属于憎水性材料。1．亲水性与憎水性水在材料表面呈摊开状[润湿角0＜90°，材料表面能被水润湿，材料中的开口微孔能将水吸入，材料的这种性质称为亲水性，具有这种性质的材料称为亲水性材料。工程上常见的有木材、砖、石、混凝土等。材料与水接触时，根据材料表面对水的吸附程度，有亲水与憎水两种不同情况。憎水性材料常用作防水材料，或对亲水性材料表面作防水处理。2．吸水性材料在水中吸水的性质称为吸水性。材料的吸水性用质量吸水率或体积吸水率表示。材料在吸水饱和状态下，所吸收水分的质量与材料干质量比值的百分率称为材料的质量吸水率(简称为吸水率)对于轻质多孔材料的吸水性，可用体积吸水率表示。材料在吸水饱和状态下，所吸水分的体积与材料自然状态体积比值的百分率称为材料的体积吸水率。2．吸水性材料吸水性的强弱，取决于材料的亲水性、孔隙率和孔隙特征。具有大量开口连通细微孔隙的亲水性材料(如木材、砖、多孔混凝土等)，其吸水性是很强的。孔隙率较大的亲水性材料，其吸水率大，吸水性强，但如果是封闭的孔隙，则不能进水。粗大孔隙虽易进水，却不易存留。材料在潮湿环境中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示。材料在自然状态下，所含水分的质量与材料干质量比值的百分率称为材料的含水率3．吸湿性材料含水率的大小，除与材料的亲水性、孔隙率、孔隙特征有关之外，还随着周围环境的温度、湿度而变化。当周围环境较为潮湿时，材料将吸入水分，使含水率增大；当周围环境较为干燥时，材料中的水分蒸发，使含水率下降，直至与外界湿度达到平衡为止。达到平衡时材料的含水率称为平衡含水率。4．耐水性耐水性——材料在长期饱和水作用下保持其原有性质的能力。结构材料的耐水性主要指材料吸水饱和后强度的变化,用软化系数表示。材料的软化系数在0～1之间。越接近于1，材料的耐水性越好。凡用于受水浸泡或潮湿环境的重要材料，要求≥0.85；用于受潮湿较轻或次要部位的材料，要求≥0.70。通常＞0.85的材料，可认为是耐水材料。5．抗渗性“P6”代表材料按标准方法作抗渗试验时，在0.6MPa的水压作用下不发生渗透抗渗性用抗渗等级Pn表示。“P”是抗渗等级的代号，其数码代表材料在不发生渗透的前提下所能承受的最大水压。5．抗渗性抗渗性——材料抵抗压力水(或其他液体)渗透的能力。孔隙率

增大材料的密实性或使材料内部形成一定量的封闭孔隙，能提高材料的抗渗性能。孔隙特征材料抗渗性影响因素：6．抗冻性抗冻性——材料在吸水饱和状态下，抵抗冻融循环破坏的能力称为材料的。冻胀破坏原因：由于水结冰时体积膨胀大约9％，材料孔隙内的饱和水结冰膨胀，将对材料的孔壁产生很大的压力，