139289_土木工程材料教案1

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1.2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：

ms v
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 m
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２）磨耗率 石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、边缘剪力和摩擦的联 合作用的性质，也是评定石料等级的依据之一，可采用洛 杉矶试验法或狄法尔试验法测定。 （１）洛杉矶试验法 洛杉矶试验法采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机。是 将石料试样洗净烘干，称出按我国标准规定的级配石料及 钢球。磨耗机以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的转速转动５００ 转。由于在旋转中石料试样受到相互摩擦、冲击等力系的 综合作用，使石料试样产生磨耗和破碎。用２ｍｍ圆孔筛 或1.7ｍｍ方孔筛筛去试样中的石屑，将剩余试样洗净烘 干，并称其质量。石料的磨耗率以经试验后石料试样的质 量损失百分率来表示。 公式： m1 m 2 Q磨 100 m1
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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
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
0
'
m V VB VK VS

m V0
'
自然堆积密度 紧密堆积密度
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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


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思考题：
1.孔隙的特征与吸水率的关系。 2.什么条件下要对石料进行抗冻性试验？什么是 冻融循环？ 3.如何判定石料抗冻性是否合格？
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主要内容：材料的力学性质 集料的技术性质 重点内容：石料的抗压强度、磨耗率 集料的级配 难 点：级配及计算参数 要 求：掌握石料的力学性质 掌握石料等级的确定 掌握级配参数的计算方法 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》
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1.3材料的力学性质

1.3.1强度与比强度 一、强度 定义：材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。


抗压强度：
抗拉强度： 抗剪强度：
f P A


抗弯强度：
集中荷载：
f
f

3 PL 2 bh
2

三分点加荷：
f
f

PL bh
2
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p
'
V0 V0
' ' V0
100 % (1
0
'
0
) 100 %
2.填充率 定义：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。 公式： ' ' D 1 p
R
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1.4 材料与水有关的性质
1.4.1 材料的亲水性与憎水性

湿润边角：在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面做切线，此 切线与材料和水接触面的夹角θ ，称为湿润边角。

v
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
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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：
t
m v vB
θ≤90°时，表现为亲水性
θ＞90°时，表现为憎水性
1.4.2材料的含水状态

亲水性材料的含水状态

干燥状态 气干状态 饱和面干状态 润湿状态
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1.4.3 材料的吸湿性和吸水性
一、吸湿性 定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质 表示方法：含水率 二、吸水性 定义：材料在水中吸水的性质。 重量吸水率 提及吸水率 开口细微连通孔，吸水量大。

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：
p V0 V V0 100 % (1

0
) 100 %
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2.密实度

定义：材料内部固体物质的实体占材料总体积的百分率。

公式：
D V V0 100 %

fr

fr
f
sc
式中： k
fr
——试件的耐冻系数； ——经冻融循环后的试件饱水抗压强度，ＭＰａ；
f sc ( fr )

f sc
——未经冻融试验的试件饱水抗压强度，ＭＰａ。
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公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于０.７５；质量 损失率不大于５％。同时，试件应无明显缺损（包括剥落、 裂缝和边角损坏等情况）。 桥梁工程石料，对一月份平均气温低于—１０℃的地区， 要进行抗冻性试验。 ２）硫酸钠坚固性法
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（2）狄法尔试验法

狄法尔试验法采用狄法尔（或双筒）式磨耗试验机。它是 将石料破碎（人工或机械），并过筛选出５０～７５ｍｍ 的块石５０±２块，共约５ｋｇ（每块质量约１００ｇ）， 计两份，分别洗净烘干，装人磨耗机的两圆筒中，磨耗机 以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的转速转动１００００转，石料 的磨耗率同样是以通过２ｍｍ或１．7ｍｍ筛孔的质量损 失百分率来表示，亦按上式计算。
0
100 % 1 p

孔隙的特征
（1）按孔隙尺寸大小，可把空袭氛围为微孔、细孔和大孔三种 （2）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连通孔。 （3）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。
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二、材料的空隙
1.空隙率 定义：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。 公式：
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1.4.4耐水性

定义：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的 性质。 软化系数： fb KR fg

K R ＞0.85为耐水材料，该值越小耐水性越差。
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1.4.5抗渗性
1.4.6抗冻性 材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性 质。 冻融循环 直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备成直径和高 均为５０ｍｍ的圆柱体或边长为５０ｍｍ的立方体试件，放人烘箱（１０５℃± ５℃）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率试验方法让试件吸水饱和，然后取 出擦去表面 水分，置于冰箱（-１５℃）冻结４ｈ，然后取出放人２５℃±５℃的水中融解４ ｈ，如此为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘干 至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的次数有不同的 要求，分为15次、25次及25次以上。 在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、裂缝、分 层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可采用经规定次数的冻 融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。
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（1）质量损失率 石料冻融循环后的质量损失率：
Q
fr

m1 m m1
2
100
式中：Ｑfr——试件冻融后的质量损失率，％； ｍ１——试验前烘干试件的质量，ｇ； ｍ２——试验后烘干试件的质量，ｇ。 ２）耐冻系数
f
sc
K

《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
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1、绪 言
1.1 1.2 1.3 1.4

概述 材料的基本状态参数 材料的力学性质 材料与水有关的性质
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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》
f sc q F max A0 Kq


桥用石料的力学性质以抗压强度为基准，其他力学指标 （如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与抗 压强度的大约比值。 石料的技术标准
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补充二 集料的技术性质 集料包括天然砂石集料、人工轧制的集料以及工业冶金矿渣。 不同粒径的集料在水泥（或沥青）混合料中所起的作用不同，因此对 它们的技术要求亦不相同。为此,将集料分为粗集料和细集料两大类。 不论天然的或人工轧制的，以圆孔筛计，凡粒径小于５ｍｍ者称为细 集料（包括天然砂、人工砂等），粒径大于５ｍｍ者称为粗集料（包 括碎石、砾石等）；在沥青混合料中。若以方孔筛计，凡粒径小于 ２．３６ｍｍ者称为细集料（包括天然砂、人工砂和石屑等），粒径 大于２.３６ｍｍ者称为粗集料（包括碎石、砾石、矿渣等）。由于 产状和轧制工艺不同，它们之间的粒径界限允许有些交叉。