《土木工程材料学》PPT课件
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《土木工程材料》课件
硬度与耐磨性
材料抵抗硬物压入其表面的能力称 为硬度；材料抵抗磨损的能力称为 耐磨性。
材料的耐久性
01 02
耐久性
材料在使用过程中，能够经受住各种自然因素（如阳光、氧气、湿度、 温度等）和环境因素（如化学物质、生物侵蚀等）的作用，保持其原有 性能的能力。
耐火性
材料在火灾情况下保持其完整性和隔热性的能力。
THANKS 感谢观看
《土木工程材料》ppt课件
• 引言 • 土木工程材料的性质 • 土木工程材料分类 • 土木工程材料的应用 • 土木工程材料的发展趋势 • 结语
01 引言
课程简介
01
课程名称：《土木工程材料》
02
适用专业：土木工程、建筑工程等
03
课程性质：专业必修课
04
学分：3学分
课程目标
了解各种土木工程材料的生产工艺、应用范围 和发展趋势。
详细描述
包括钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料等，这些材料具有优异的性能和用途，如钢 筋混凝土具有较高的抗压和抗拉强度，适用于建造高层建筑和大型基础设施。
04 土木工程材料的应用
建筑材料的选用
水泥
用于混凝土、砂浆等建筑材料 ，要求强度等级高、耐久性好
。
钢材
用于梁、柱、板等结构件，要 求具有高强度和良好的塑性、 韧性。
本课程总结
了解土木工程材料的种类 和特性
增强对环保和可持续发展 的认识和实践能力
掌握材料的选择和试验方 法
需要进一步深入研究和学 习的方向
下一步学习建议
01
深入学习与实践
02
参与实际工程项目，应用所学知识进行材料选择和 质量控制
03
参加学术研讨会和交流活动，了解最新研究进展和 技术动态
材料抵抗硬物压入其表面的能力称 为硬度；材料抵抗磨损的能力称为 耐磨性。
材料的耐久性
01 02
耐久性
材料在使用过程中，能够经受住各种自然因素（如阳光、氧气、湿度、 温度等）和环境因素（如化学物质、生物侵蚀等）的作用，保持其原有 性能的能力。
耐火性
材料在火灾情况下保持其完整性和隔热性的能力。
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• 引言 • 土木工程材料的性质 • 土木工程材料分类 • 土木工程材料的应用 • 土木工程材料的发展趋势 • 结语
01 引言
课程简介
01
课程名称：《土木工程材料》
02
适用专业：土木工程、建筑工程等
03
课程性质：专业必修课
04
学分：3学分
课程目标
了解各种土木工程材料的生产工艺、应用范围 和发展趋势。
详细描述
包括钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料等，这些材料具有优异的性能和用途，如钢 筋混凝土具有较高的抗压和抗拉强度，适用于建造高层建筑和大型基础设施。
04 土木工程材料的应用
建筑材料的选用
水泥
用于混凝土、砂浆等建筑材料 ，要求强度等级高、耐久性好
。
钢材
用于梁、柱、板等结构件，要 求具有高强度和良好的塑性、 韧性。
本课程总结
了解土木工程材料的种类 和特性
增强对环保和可持续发展 的认识和实践能力
掌握材料的选择和试验方 法
需要进一步深入研究和学 习的方向
下一步学习建议
01
深入学习与实践
02
参与实际工程项目，应用所学知识进行材料选择和 质量控制
03
参加学术研讨会和交流活动，了解最新研究进展和 技术动态
《土木工程材料》课件
水泥广泛应用于建筑物的基础、墙体、地板以及各种结构的修复和加固。
5. 骨料及其性质
1 骨料的种类
骨料可以是天然石合适的骨料。
2 骨料的性能
骨料应具有适当的粒径、强度和稳定性，以提供混凝土所需的力学性能和耐久性。
3 骨料的应用
骨料广泛应用于混凝土、路面和填充材料等土木工程中，起到增强和填充的作用。
6. 钢铁及其性质
钢材的特点
钢材具有强度高、延展性好、耐腐蚀等特点，适用 于土木工程中的承载结构。
钢筋混凝土
钢筋混凝土是由钢筋和混凝土组成的复合材料，结 合了钢材和混凝土的优点，在土木工程中被广泛使 用。
7. 木材作为建筑材料
路面类型
• 沥青路面 • 沥青混凝土路面 • 沥青透水路面
路面施工
路面施工包括铺设、压实和养 护等步骤，确保道路的平整度 和耐久性。
10. 土工材料及其功能
1 土工布
土工布具有过滤、分离和 保护的功能，在土木工程 中用于土壤改良、水工建 筑和环境工程等。
2 土工膜
土工膜具有隔水和隔沙的 功能，常见的材料有土工 膜和土工格栅。
2. 土木工程材料的分类
水泥和混凝土类
主要包括水泥、混凝土和砂浆，是土木工程中最常用的材料，用于建筑和基础结构。
钢铁类
主要包括钢材和钢筋混凝土，在土木工程中用于梁柱、桥梁和其他承载结构。
木材类
主要包括木材和木质纤维，用于土木工程中的建筑结构、家具和装饰。
3. 混凝土及其性质
混凝土的制作
混凝土是由水泥、沙子、石子和水等组成，通过搅 拌、浇筑和固化而成的人造材料。
混凝土的性能
混凝土具有强度高、耐久性好、隔热性能好等特点， 可以在土木工程中广泛应用。
土木工程材料ppt课件
高弹态是橡胶的使用状态，常温处于高弹态的聚 合物均可用作橡胶。
粘流态是聚合物成型时的状态。 完全结晶的聚合物的温度-变形曲线有所不同， 在熔点Tm以前不出现高弹态，而是保持结晶态；当温 度升高到熔点以上时，若分子量足够大，则出现高弹 态，若分子量很小，则直接进入粘流态。
可编辑ppt
21
图7-7 结晶聚合物温度-形变曲线
可编辑ppt
27
㈡塑料管 塑料管是指采用塑料为原料，经挤出、注塑、焊 接等工艺成型的管材和管件。与传统的镀锌钢管和铸 铁管相比，塑料管具有耐腐蚀、不生锈、不结垢、重 量轻、施工方便和供水效率高等优点。常用的塑料管 包括硬质聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、ABS（丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管、聚丁烯管、玻璃钢 管以及铝塑等复合塑料管。
可编辑ppt
26
二、建筑中常用的塑料制品 塑料既可用做防水、隔热保温、隔声和装饰等功 能材料；也可制成玻璃纤维或碳纤维增强塑料，用做 结构材料。 ㈠塑料门窗 塑料门窗是由硬质聚氯乙烯型材经切割、焊接、 拼装、修整而成的门窗制品，与传统的钢、木门窗相 比，塑料门窗具有美观耐用、安全、节能等一系列优 点。
可编辑ppt
19
㈡聚合物的物理状态及性能特点 聚合物的各种物理状态可以根据形变能力与温度 关系曲线—温度-变形曲线进行划分。按温度区域可划 分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理形态。
图7-6 非晶聚合物温度-形变曲线
（Ma、Mb—分子量可编，辑pptMa ＜ Mb ）
20
玻璃态是塑料的使用状态，常温处于玻璃态的聚 合物都可用作塑料。
1-分子量低；2-分子量较搞
可编辑ppt
22
在室温下，聚合物总是处于玻璃态、高弹态和粘 流态三种状态之一，不同聚合物可能处于不同的物理 状态，表现出不同的力学性能。
粘流态是聚合物成型时的状态。 完全结晶的聚合物的温度-变形曲线有所不同， 在熔点Tm以前不出现高弹态，而是保持结晶态；当温 度升高到熔点以上时，若分子量足够大，则出现高弹 态，若分子量很小，则直接进入粘流态。
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图7-7 结晶聚合物温度-形变曲线
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27
㈡塑料管 塑料管是指采用塑料为原料，经挤出、注塑、焊 接等工艺成型的管材和管件。与传统的镀锌钢管和铸 铁管相比，塑料管具有耐腐蚀、不生锈、不结垢、重 量轻、施工方便和供水效率高等优点。常用的塑料管 包括硬质聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、ABS（丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管、聚丁烯管、玻璃钢 管以及铝塑等复合塑料管。
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二、建筑中常用的塑料制品 塑料既可用做防水、隔热保温、隔声和装饰等功 能材料；也可制成玻璃纤维或碳纤维增强塑料，用做 结构材料。 ㈠塑料门窗 塑料门窗是由硬质聚氯乙烯型材经切割、焊接、 拼装、修整而成的门窗制品，与传统的钢、木门窗相 比，塑料门窗具有美观耐用、安全、节能等一系列优 点。
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19
㈡聚合物的物理状态及性能特点 聚合物的各种物理状态可以根据形变能力与温度 关系曲线—温度-变形曲线进行划分。按温度区域可划 分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理形态。
图7-6 非晶聚合物温度-形变曲线
（Ma、Mb—分子量可编，辑pptMa ＜ Mb ）
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玻璃态是塑料的使用状态，常温处于玻璃态的聚 合物都可用作塑料。
1-分子量低；2-分子量较搞
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22
在室温下，聚合物总是处于玻璃态、高弹态和粘 流态三种状态之一，不同聚合物可能处于不同的物理 状态，表现出不同的力学性能。
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1.物理性质
石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。
（1）物理常数
石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。
三部分组成
矿物实体 闭口孔隙 开口孔隙
1）密度
——石料在规定条件（105土5℃烘干至恒重，温度20℃） 下，单位实体体积（闭口孔隙+矿质实体的体积）的质量。
公式：
t
ms vs
M vs
1）吸水率
吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大 的吸水质量占烘干（105土5℃干燥至恒重）石料试件质量的 百分率。
W
m2 m1 m1
100
式中：W——石料吸水率，％； m1——石料烘干至恒量时的质量，g；
m2——石料试件吸水至恒量时的质量，g。
2）饱水率
——在内常温（20±2℃）和真空（真空度为2.67kPa）条 件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量的百分 率。
在空气中称量石料质量， m0=0，ms=M
式中：t——石料的真实密度，g/cm3； ms——石料矿质实体的质量，g； vs——石料矿质实体的体积，cm3。
2）毛体积密度
——指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体+孔隙的
体积）的质量。
公式：
h
vs
ms vn
vi
M V
式中：h——石料的毛体积密度，g/cm3； ms 、vs——意义同前式； vi——石料开口孔隙的体积，cm3； vn——石料闭口孔隙的体积，cm3。 V——石料的毛体积，cm3。
2.力学性质
——主要讨论确定石料等级的抗压强度和磨耗率两项性质。
（1）单轴抗压强度
石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。 道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：
土木工程材料课件优秀课件
（Ⅰ）线型结构
（Ⅱ）支链型结构
（Ⅲ）体型（网状）结构
不同结构形式的高聚物具有不同的性能特点，见表9-1。
高聚物结构形式与性能特点
表 9-1
结构形式
结构特征
高聚物性能特点
线型结构
线型大分子链排列成曲线状主链，以分 子间力结合在一起。由于分子间作用力微 弱，分子容易相互滑动，因此线型结构的 树脂可反复加热软化和冷却硬化，属热塑 性树脂
其用途各异。
聚氯乙烯板材
9.1.1 塑料
塑料品种 聚乙烯塑料 聚丙烯塑料
聚氯乙烯塑料
聚苯乙烯塑料 ABS塑料
聚甲基丙烯酸甲酯 聚氨酯塑料 聚碳酸酯
常用塑料品种、主要用途及制品
表 9-4
代号
主要用途及制品
PE
常用作防水材料和配制涂料、油漆等
PP
常用作管道及导线外皮等容易老化的部位
硬质PVC一般制成百叶窗、墙面板、屋面采光板 PVC 、管材及楼梯扶手等；软质PVC可挤压成板片等地
40%～ 100%
填充剂
提高塑料的强度、硬 度和耐热性，减少塑料
木粉、滑石粉、石棉、云母、纸
制品的收缩，降低成本 屑、玻璃纤维等
40%～ 70%
固化剂
可使线型高聚物交联 成体型高聚物，使树脂 具有热固性
酚醛树脂常用固化剂为乌洛托品 （六亚甲基四胺）；环氧树脂常用 的固化剂有乙二胺、间苯二胺、聚 酰胺等
保温性能好、 耐热性较差
密实塑料的导热系数为0.23～0.70W/(m·K)，泡沫塑料的导热 系数接近于空气[0.025W/(m·K)]。大多数塑料的耐热性不高， 使用温度一般在100～200℃，个别塑料（氟塑料等）可达300 ～500℃
弹性模量较小 弹性模量约为混凝土的1/10，同时有徐变特性，受力时有较 、具有徐变性 大变形
土木工程材料第一章.pptx
计算：
0
m V0
0––– 表现密度，g/cm3或 kg/m3； m ––– 材料的质量，g，或 kg； V0––– 材料在自然状态下的体积，
或称表观体积，cm3 或 m3
2、 表观密度（ρ0）
表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。
如何测？
规则：量尺寸计算 不规则：排液、蜡封
一般测定表观密度时，以干燥状态为准，而对含水状 态下测得的表观密度，须注明含水情况。
➢ 土木工程材料：应用于土木工程中使用的各种材料和制品。 ➢ 材料科学与工程是属于工学门类的一级学科。
以数学、力学以及物理、化学等自然科学学科为基础，以工 程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合，多学科交叉的 新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学以及工程学。
三、土木工程材料的分类 按材料的化学成分分类：
2.50
空心粘土砖
2.50
水泥
3.20
普通混凝土
—
轻集料混凝土
—
木材
1.55
钢材
7.85
泡沫塑料
—
表观密度ρ0/kg·m-3
1800~2600 2500~2900
— — 1600~1800 1000~1400 — 2100~2600 800~1900 400~800 7850 20~50
五、土木工程材料的标准化
技术标准的代号 国家标准（GB） 国际标准（ISO）
美国材料试验学会标准（ASTM）
日本工业标准（JIS） 德国工业标准（DIN） 英国标准（BS） 法国标准（NF） 建筑工程国家标准（GBJ） 国家级专业标准（ZB）
建设部行业标准（JGJ） 建筑工程行业标准（JG） 建材标准（JC） 冶金部标准（YB）
土木工程材料PPT
0 V D 100% 100% V0
2.孔隙率 材料的体积内，孔隙体积所占的比例
V0 V 0 P 100% 100% 1 V0 V0 V孔
D+P=1
100%
土木工程材料
第1章 土木工程材料的基本性质
1.2.3 材料的填充率与空隙率 1.填充率 某堆积体积中, 被散粒材料的颗粒所填 充的程度
混凝土小船 ，并获得钢筋混凝土专利 。
1872年在纽约出现了第一所钢筋混凝土 房屋，经进一步发展，出现了预应力混 凝土结构。） ◈ 钢材（1860年前后，相继发明了制钢的转炉与
平炉，随后确立了钢材的热轧技术。
1889年建造了法国的埃菲尔铁塔。）
◈化学建材
土木工程材料
绪论
二.建筑材料的分类 三.建筑材料的发展方向 轻质、高强、耐久性好
f t
E d
式中：ft —材料的理论抗拉强度； E—材料的弹性模量；
γ —单位表面能；
d —原子间的距离。
土木工程材料
第1章 土木工程材料的基本性质
1.3.2材料的强度 根据外力作用方式的不同，分为抗压强度、抗 拉强度、抗弯强度和抗剪强度。
影响材料强度的因素
1.3.3弹性与塑性 1.3.4脆性与韧性
原材料
最大限度节约有限资源，充分利用再
生资源和工农业废料，可持续地发展建材行业
生产工艺
采用先进技术，改造或淘汰陈旧设
备，降低原材料和能源消耗，减少环境污染
产品形式
积极发展预制技术，提高构件化、
单元化水平
土木工程材料
绪论
中国目前人均耕地不到世 界人均水平的40%，从1997 年到2003年年底，7年间耕 地减少了1亿亩。
土木工程材料课件(全)
强度小 质软 熔点高
导电性小
晶体结构（构造）
晶体的结构形式采用X射线衍射或 电子射线扫描等方法来确定。
在晶体内部，可细分为完全相等 单位的构造在三维空间重复着，如 右图所示。
立方晶体沿三个垂直方向有相同 的排列：a1=a2=a3,大部分金属和相 当数量的陶瓷材料是立方晶系的。 非立方晶体的重复排列沿三个坐标 轴方向不一样或者其三个晶轴间的 夹角不全等于900。自然界中共有7 种可能的晶系。这七种晶系的名称 和它们的几何特征列于下表。
(3)相组成
材料中具有相同的物理、力学性质的均匀部分称为 相.自然界中的物质有气相、液相、固相之分。材料 的相组成是指组成材料的相种类、数量及分布状况。 土木工程材料大多数是多相固体，可看成复合材料。
复合材料不同相之间存在界面，材料的性质与材料 的相组成和界面特性有密切关系。实际材料中，相 与相之间的这一过渡面是一个薄弱区，它的成分与 结构与其两侧的相都不相同，是不均匀的 ，可将其 作为“界面相”来处理。因此，通过改变和控制材 料的相组成，可改善和提高材料的技术性能。
物质内能与体积随 温度的变化而变化
玻璃体的特性
当玻璃组成一定时，Tg应该是一个随冷却速度 而变化的温度范围。低于Tg时的固体称为玻璃，而 高于此温度范围它就是熔体。因而玻璃体无固定的 熔点，而只有熔体←→玻璃体可逆转的温度范围。
常见的玻璃体有硅酸盐玻璃，如石英玻璃是将 熔化的二氧化硅（SiO2）经过急速冷却所得的产物。 这种熔融体冷却时形成较大的网状构造而使粘性增 大，在不产生规则整齐排列的SiO4晶体的情况下， 直接转变为非晶质固体，也可称为无定形晶体。玻 璃就属于这类非晶质固体，此外，还有合成树脂和 橡胶等。
4）固溶体
在离子相中也会产生置换 固溶体。在离子固溶体中，原 子和离子的大小是很重要的。 右图表示了一个简单的离子固 溶 体 的 例 子 。 在 此 MgO 结 构 （见右图）中，Mg2+离子被Fe2+ 所取代。由于两个离子的半径 分 别 为 0.066nm 和 0.074nm, 故 可以完全地取代。另一方面， Ca2+离子则不能用来取代Mg2+， 因 其 半 径 为 0.099nm ， 相 对 较