重庆大学的土木工程课件

• 即：D′+P′=1或填充率+空隙率=1。
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1.2 材料与水有关的性质 1.2.1 材料的亲水性与憎水性 (1)亲水性 材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲 水性。具备这种性质的材料称为亲水性材 料。如砖、混凝土、木材等。 • (2)憎水性 • 材料与水接触时不能被水润湿的性质称为 憎水性。具备这种性质的材料称为憎水性 材料。如石蜡、沥青等。
• 1.4.2 材料的声学性质 • (1)吸声性 • 当声波传播到材料的表面时，一部分声波被反射， 另一部分穿透材料，其余部分则传递给材料。声 能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声 性，评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸 声系数(α)，即
• 吸声系数α值越大，表示材料吸声效果越好。 • 声音起源于物体的振动，如说话时声带的振动和 打鼓时鼓皮的振动，声带和鼓皮称为声源。
• 0.2.2 按材料在建筑物或构筑物中的功能分 类 • 按材料在建筑物或构筑物中的功能可分为： 承重材料和非承重材料、保温隔热材料、 吸声隔声材料、防水材料、装饰材料等。 • 0.2.3 按材料的使用部位分类 • 按材料的使用部位可分为：结构材料、墙 体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料 及其他用途的材料。
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①物质构成 ②微观结构 ③孔隙构造 ④湿度 ⑤温度 ⑥热流方向 (2)材料的热容量 材料受热（或冷却）时吸收（或放出）热 量的性质称为材料的热容量，用比热容表 示，即
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(3)耐燃性 根据耐燃性可分为三大类材料： 1)不燃烧类 2)难燃烧类 3)燃烧类 (4)耐火性 材料在长期高温作用下，保持不熔性并能工作的 性能称为材料的耐火性，如砌筑窑炉、锅炉、烟 道等的材料。按耐火性高低可将材料分为以下3类： • 1)耐火材料 • 2)难熔材料 • 3)易熔材料
• 绪论 • 0.1 土木工程与材料 • 土木工程泛指建筑工程、道路桥梁工程、 水利工程等建设性工程。土木工程中所使 用的各种材料及制品，都统称为土木工程 材料。材料是一切土木工程的物质基础,也 是其重要的质量基础。 • 一般来说，土木工程对材料的基本要求是： • ①必须具备足够的强度，能够安全地承受 设计荷载；
图1.3 材料受力示意图
• (2)材料抗弯强度 • 一般试验方法是将条形试件放在两支点上， 中间作用一集中荷载，对矩形截面试件， 则抗弯强度按下式计算：
• 另外的试验方法是在跨度的三分点上作用 两个相等的集中荷载，则抗弯强度按下式 计算：
• 1.3.2 材料的弹性与塑性 • 材料在外力作用下产生变形，当取消外力 后，变形能完全消失的性质称为弹性。 • 材料在外力作用下产生变形，当取消外力 后，仍保持变形后的形状，并不产生裂缝 的性质称为塑性。 • 1.3.3 材料的脆性与韧性 • 材料在外力作用下，当外力达到一定限度 后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑 性变形，材料的这种性质称为脆性。
• ②材料自身的质量以轻为宜（即表观密度 较小），以减轻下部结构和地基的负荷； • ③具有与使用环境相适应的耐久性，以减 少维修费用； • ④用于装饰的材料，应能美化建筑，产生 一定的艺术效果； • ⑤用于特殊部位的材料，应具有相应的特 殊功能，例如屋面材料能隔热、防水，楼 板和内墙材料能隔声等。
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1)晶体 根据组成晶体的质点及化学键的不同可分为： ①原子晶体 ②离子晶体 ③分子晶体 ④金属晶体 2)玻璃体 3)胶体 (4)构造 材料的构造是指特定性质的材料结构单元间的相 互组合搭配情况。构造这一概念与结构相比，更 强调了相同材料或不同材料的搭配组合关系。
图1.1 散粒材料堆积示意图 1—空隙 2—颗粒
• (2)孔隙率 • 材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下 式计算： • • • • 即：D+P=1或密实度+孔隙率=1。 1.1.3 材料的填充率与空隙率 (1)填充率 散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。 按下式计算：
• (2)空隙率 • 散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体 积所占的比例。用下式计算：
图1.4 弹塑性材料的变形曲线
图1.5 脆性材料的变形曲线
• 1.4 材料的热工、声学、光学性质及材料的 耐久性 • 1.4.1 材料的热工性质 • (1)材料的导热性 • 材料传导热量的性质称为导热性，以导热 系数表示，即 • 材料的导热系数愈大，其传导的热量就愈 多。 • 影响材料导热系数的主要因素有材料的物 质构成、微观结构、孔隙构造、温度、湿 度和热流方向等。
• 1.5 材料的组成、结构与构造及其对材料性质的 影响 • 1.5.1 材料的组成 • 材料的组成指材料的化学组成和矿物组成。 • (1)化学组成 • 化学组成指构成材料的基本化合物或化学元素的 种类和数量。 • (2)矿物组成 • 无机非金属材料中具有特定的晶体结构和特定的 物理力学性能的组织结构称为矿物。 • (3)相组成 • 材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为 相。
• 1.5.2 材料的结构和构造 • 材料的结构和构造是决定材料性质的重要 因素。材料的结构可分为宏观结构、细观 结构和微观结构。 • (1)宏观结构 • 宏观结构是指用肉眼或放大镜就可分辨的 毫米级组织。分类及特点如下： • 1)致密结构 • 2)多孔材料 • 3)纤维结构 • 4)层状结构
• (2)细观结构(亚微观结构) • 细观结构是指用光学显微镜能观察到的微 米组织，如分析金属材料的金相组织，观 察木材的木纤维、导管、髓线、树脂道等 组织，以及观察混凝土内的微裂缝等。 • (3)微观结构 • 微观结构是指用电子显微镜或X射线衍射仪 等手段来研究的材料的原子、分子级的结 构，其分辨程度可达 级(1 =10-10m)。 • 材料在微观结构层次上可分为晶体、玻璃 体、胶体。
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第1章 土木工程材料的基本性质 1.1 材料的基本物理性质 1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度 (1)密度 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 按下式计算：
• (2)表观密度 • 材料在自然状态下，单位体积的质量。按 下式计算：
• (3)堆积密度 • 材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等， 在堆积状态下，单位体积的质量。按下式 计算： • 1.1.2 材料的密实度与孔隙率 • (1)密实度 • 材料体积内被固体物质充实的程度。按下 式计算：
• 0.3 土木工程材料的历史与发展 • 土木工程材料是随着人类社会生产力的发 展和科学技术水平的提高而逐步发展起来 的。 • 土木工程材料的发展将具有以下一些趋向： • ①研制高性能材料。 • ②充分利用地方材料，尽量少用天然资源， 大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为 生产土木工程材料的资源，以及保护自然 资源和维护生态环境的平衡。 • ③节约能源。
• ④材料生产中不得使用有损人体健康的添 加剂和颜料，如甲醛、铅、镉、铬及其化 合物等。 • ⑤产品可再生循环和回收利用，无污染废 弃物以防止二次污染。 • 0.4 土木工程材料的技术标准 • 土木工程材料的技术标准分为国家标准、 行业标准和企业标准三大类。
• 0.5 学习本课程的主要目的和基本要求 • 土木工程材料是土木建设类专业的专业基础课， 它以数学、力学、物理、化学等课程为基础，而 又为学习建筑、结构、施工、建筑经济等后续课 程提供材料基本知识，为学生今后从事工程实践 和科学研究打下必要的基础。 • 实验课是本课程的重要教学环节。通过实验，一 方面可学会对各种常用材料的检验方法，能对土 木工程材料进行合格性判断和验收，同时可培养 科学研究能力和严谨缜密的科学态度。做实验时， 要求严格按照试验方法，一丝不苟;要了解实验条 件对实验结果的影响，并能对实验数据、实验结 果进行正确的分析和判别。
• 1.2.4 材料的抗冻性与抗渗性 • (1)抗冻性 • 材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融 循环作用而不破坏，同时也不严重降低强 度的性质称为抗冻性，用“抗冻等级”表 示。
• (2)抗渗性 • 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，用渗透 系数表示，即
• 1.3 材料的基本力学性质 • 1.3.1 材料的强度 • 材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为 强度。 • (1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度 • 材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算
图1.2 材料的润湿示意图
• 1.2.2 材料的吸水性与吸湿性 • (1)吸水性 • 材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分 的性质，用吸水率表示，即
• (2)吸湿性 • 材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力， 用含水率表示，即
• 1.2.3 材料的耐水性 • 材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性， 用软化系数表示，即
• 1.4.4 材料的耐久性 • 作用于材料的自然因素和有害介质可概括为以下 几个方面： • (1)物理作用 • 物理作用指材料受干湿、冷热、冻融变化等，使 材料体积发生收缩与膨胀，或产生内应力而开裂 破坏。 • (2)化学作用 • 化学作用指材料在大气和环境水中的酸碱盐等溶 液的侵蚀下，使材料逐渐发生质变而破坏。 • (3)生物作用 • 生物作用指材料在昆虫或菌类等的侵害下，导致 材料发生虫蛀、腐朽而破坏。
• 影响材料的吸声效果的因素有：材料的表 观密度和声速，材料的孔隙构造，材料的 厚度等。 • (2)隔声性 • 隔声量（R），又称传声损失，是表示材料 隔绝空气声的能力，是在标准隔声试验室 内测出的，其单位为分贝（dB）。R越大， 隔声效果越好。
• 1.4.3 材料的光学性质 • 光是以电磁波形式传播的辐射能。电磁波 辐射的波长范围很广，只有波长在 380~760nm的这部分辐射才能引起光视觉， 称为“可见光”。波长短于380nm的光是紫 外线、X射线、γ射线；长于760nm的光是红 外线、无线电波等。 • 材料的光泽是材料表面的特征。光线照到 物体上，一部分被反射，另一部分被吸收。
• 0.2 土木工程材料的分类 • 土木工程材料种类繁多，性能各异，用途 不一，为了便于区分和应用，常从不同角 度进行分类。 • 0.2.1 按材料的化学成分分类 • 按材料的化学成分可分为：无机材料、有 机材料和复合材料三大类，各大类中还可 进行更细的分类，如图0.1所示。
图0.1 建筑材料的分类
土木工程材料
主 编 彭小芹 副主编 马铭彬
重庆大学出版社
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绪论 第1章 土木工程材料的基本性质 第2章 天然石材 第3章 气硬性胶凝材料 第4章 水泥 第5章 混凝土 第6章 砂浆 第7章 墙体材料和屋面材料 第8章 金属材料 第9章 木材 第10章 有机高分子材料 第11章 沥青与防水材料 第12章 绝热材料和吸声材料 第13章 装饰材料