土木工程材料 全套课件

1.2 材料的力学性质
▪ 三、材料的脆性和韧性
▪ 1、脆性：材料在外力作用无明显塑 性变形而突然破坏的性质。
▪ 2、韧性（冲击韧性）：材料在冲击
或振动荷载作用下，能吸收较大的能
量，产生一定的变形而不破坏的性质。
用材料受荷达到破坏时所吸收的能量
表示。
αk＝
Ak Ak
αk－材料的冲击韧性，J/mm2；
响大于闭口孔隙，对保温性的影响较小。
1.1 材料的基本物理性质
▪ 三、密实度与孔隙率
▪ 1、密实度－－材料体积（自然状态）内固体物 质的充实程度。
2、孔隙率－－材料在自然状态下，孔隙体积占材料总体积的百分率。
D＝ －VV0×100％＝－ρρ0－ ×100％
VP V0- V
P＝ －＝ ×100％ ＝(1－D)
VK VB
P’＝ －VS＝ V0’- V0 ＝（1－ ρ’0
V’0 V0
ρ0
） ×100％
填充率－－散粒材料在堆积状态下，颗粒 体积占材料堆积体积的百分率。
D’＝ ─V0─ ＝ ──ρ’×0 100％ ＝1－P’
V’0
ρ0
D’+P’=1
V Vp
V0
Vs
V0’
1.2 材料的力学性质
▪ 一、材料的受力变形
▪ 1 、弹性变形
▪
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料的变形立
即消失并能完全恢复到原来形状的性质称为弹性。材料的这种变形
称为弹性变形。应变和应力成正比，其比值称为材料的弹性模量。
E=σ/ε（Mpa)。
▪ 2 、塑性变形
▪
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料仍能保持
变形后的形状的性质称为塑性。材料的这种变形称为塑性变形。
AK－试件破坏时所消耗的功，J； A－试件受力净截面积，mm2。
1.2 材料的力学性质
四、硬度和耐磨度 1、硬度：材料抵抗较硬物体刻划或压入的能力。 测定方法有：莫氏、洛氏、维氏、布氏法。 2、耐磨性：材料抵抗磨损的能力。用耐磨率表示 ：
M=
m0－m1 A
M－耐磨率，g/cm2;m0－磨前质量，g； m1－磨后质量，g；A－试样受磨面积，cm2。
四、抗渗性
渗、绝热、保温、吸声、耐热防火、耐磨、耐腐蚀、防爆、防腐蚀等 的材料。
▪ （2）按材料来源划分 ▪ 根据材料的来源，可分为天然材料及人造材料。 ▪ （3）按材料使用部位划分 ▪ 根据材料的使用部位，可分为承重材料、墙体材料、屋面
材料等。
▪ （4）按材料功能划分 ▪ 根据材料的功能，可分为两大类： ▪ 结构材料——主要用作承重的材料，如梁、板、柱所用材
▪ 常用材料的强度值
单位MPa
材料
花岗岩 普通粘土砖 普通混凝土 普通低碳钢 松木（顺纹）
抗压强度
100-250 7.5-30 7.5-60 200-400 30-50
抗拉强度
5-8 -
1-4 200-400 80-120
抗弯强度
10-14 1.8-4.0
60-100
比强度（抗 压） 0.070 0.006 0.017 0.054 0.200
1.3 材料与水有关的性质
▪ 一、材料的亲水性与憎水性 θ
θ气 液
气 液
固
亲水性
固
憎水性
水分子间的内聚力小于水分子与固体材料分子间的吸引力时，材料表面 容易被水浸润，该材料为亲水材料。 θ ≤90 0。 大多数材料为亲水材料，如混凝土、粘土砖、钢材、木材等。
水分子间的内聚力大于水分子与固体材料分子间的吸引力时，材料表面 不能被水浸润，该材料为憎水材料。 θ ＞90 0。
1.1 材料的基本物理性质
▪ 一、材料在不同结构状态下的密度
▪ 1、密度－－材料在绝对密实状态下，单
位体积的质量。
m
ρ=
V
ρ－密度，g/cm3
m － 材料的质量，g
V－材料在绝对密实状态下的体积,cm3
绝对密实状态下的体积是不包含孔隙在内的 体积。密实材料的体积为绝对密实体积，如钢材 、玻璃等。一般材料内部均含有孔隙，在测定有 孔隙的材料密度时，应将材料磨成粉末，干燥后 ，用李氏瓶测定其体积。
2.土木工程材料的分类
▪ （1）按材料的化学成分划分 ▪ 根据材料组成物质的种类及化学成分，可分为无机材料、有机材料及
有机-无机复合材料三大类 ▪ （2）按材料来源划分 ▪ 根据材料的来源，可分为天然材料及人造材料。 ▪ （3）按材料使用部位划分 ▪ 根据材料的使用部位，可分为承重材料、墙体材料、屋面材料等。 ▪ （4）按材料功能划分 ▪ 根据材料的功能，可分为两大类： ▪ 结构材料——主要用作承重的材料，如梁、板、柱所用材料。 ▪ 功能材料——主要是利用材料的某些特殊功能，如用于装饰、防水抗
▪ 1、强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
▪
2、材料的理论强度：
f =√
Eυ d
f 材料的理论强度 E 材料的弹性模量 υ 材料的表面能
d 材料原子间距
由于材料内部的缺陷，材料的理论强度为实际强度的100-1000倍。
3、材料的实际强度（强度）：
抗拉、抗压、抗剪强度： P
P f=－
A P
3PL 抗弯强度：f = 2bh2
1.பைடு நூலகம் 材料与水有关的性质
▪ 三、耐水性
▪ 材料长期在水的作用下，保持其原有性质的 能力。
▪ 结构材料的耐水性用软化系数KR表示
KR＝
fb fg
fb－ 材料在吸水饱和状态下的抗压强度 ，Mpa； fg－ 材料在绝干状态下的抗压强度 ，Mpa。
KR≥0.85时为耐水材料。一般结构，材料的软化系数KR≥0.75 ，重要结构，材料的软化系数KR≥0.85。
P
P
P
P P
L
b
1.2 材料的力学性质
4、材料的强度等级 标号：
材料按强度划分为若干等级，便于使用。如混凝土按抗压强度划分为 C7.5、C10、C15、C20、……C60等12个等级，普通粘土砖分为MU10、MU15、 ……MU30五个强度等级。
5、材料的比强度：
材料强度与体积密度的比值。是衡量材料轻质高强的主要指标。
mg－材料干燥状态下的质量，g或Kg。
b、体积吸水率：
材料在吸水饱和状态下，所吸水的体积占材料自然状态下的体积的百 分比。
Wv=
mb－mg× V0
1 ρw
×100％
ρw－水的密度；
V。0－材料干燥状态下的体积，cm3或m3
1.3 材料与水有关的性质
▪ 2、吸湿性：材料在空气中吸收水分的性质,用
含水率表示。
▪ W’m=
msw m
×100％
msw 材料在空气中所吸水的质量。Kg或g。
平衡含水率：材料中的水分与空气湿度达到平衡时的含水率叫做平衡含水率。
3、影响材料吸水率的因素：
a、材料的性质（亲水或憎水）。 b、材料的孔隙率和孔隙构造。
4、含水对材料性质的影响：
a、材料质量增加。 b、材料的强度下降。 C、材料的保温性能降低。 d、材料的耐久性下降（易产生冻害、易被腐蚀）。
按常压水能否进入分为：
▪
开口孔隙（连通孔隙）、
▪
闭口孔隙（封闭孔隙）。
球状孔隙 尖角孔隙
连通孔隙 固体物质 封闭孔隙
片状孔隙
1.1 材料的基本物理性质
▪ 2、孔隙的来源与产生原因
▪ a、天然形成：木材内部的孔隙是木材生长需要而产生的，岩石 中
▪
的孔隙是造岩运动时产生的。
▪ b、人为形成：泡沫塑料、加气混凝土。
行业标准（代号为YB），交通行业标准（代号为JT）。 ▪ （3）地方标准 ▪ 地方标准是地方主管部门发布的地方性标准（代号为DB）。 ▪ （4）企业标准 ▪ 企业标准则仅适用于本企业（代号为QB）。凡没有制定国家标准、
行业标准的产品，均应制定企业标准。
第一章 土木工程材料的基本性质
▪ 1.1 材料的基本物理性质 ▪ 1.2 材料的力学性质 ▪ 1.3 材料与水有关的性质 ▪ 1.4材料的热性质 ▪ 1.5 材料的耐久性
▪
多数材料在受力较小时表现为弹性，受力较大时表现为塑
性特征，外力取消后，弹性变形消失，其塑性变形不能消失，这种
材料称之为弹塑性材料。
▪ 3 、徐变（蠕变）
▪
材料在恒定外力作用下产生，随着时间而缓慢增长的不可恢
复的变形称为徐变变形，简称徐变。徐变属于塑性变形。
1.2 材料的力学性质
▪ 二、材料的强度
18世纪至19世纪，资本主义兴起，促进了工商业及交通运输业 的蓬勃发展，原有的土木工程材料已不能与此相适应，在其他科学技 术进步的推动下，土木工程材料进入到一个新的发展阶段，钢材、水 泥、混凝土及其他材料相续问世，为现代土木工程材料奠定了基础。
进入20世纪后，由于社会生产力突飞猛进，以及材料科学与工 程学的形成和发展，土木工程材料不仅性能和质量不断改善，而且品 种不断增加，以有机材料为主的化学建材异军突起，一些具有特殊功 能的新型土木工程材料也应运而生。
▪ c、制造缺陷：玻璃中的气泡、钢材中的裂纹。
▪ d、生产工艺和组成要求产生：混凝土、砂浆、石膏等凝结硬化 后
▪
由于水分蒸发产生的孔隙。
▪ 3、孔隙对材料性质的影响
▪
孔隙含量高，则材料的体积密度、堆积密度、强度越小，
保温性、隔声性、吸水性越强。
▪
孔隙形状、大小对材料的性质也有很大影响。球状孔隙对
强度的影响小于片状、尖角孔隙，开口孔隙对材料的吸水性的影
1.1 材料的基本物理性质
2、表观密度（视密度）－－材料在自然状态下， 单位体积的质量。
m
ρ0= V0
ρ0－密度，g/cm3