土木工程材料 讲义

第一章土木工程材料

讲义

单位：陇东学院土木工程系

班级：09专升本、07土木本

教师：李平

土木工程材料概述

计划学时：1学时

一、建筑材料的定义和分类

1.定义：建筑材料是指各类建筑工程中应用的各种材料及其制品。它是一切工程建设的物质基础。

2.分类：

按使用性能：

建筑材料可分为 1) 结构承重材料； 2）墙体维护材料； 3）建筑功能材料

按成分划分：无机材料（金属材料、非金属材料）

有机材料（植物材料、沥青材料、高分子材料） 复合材料（非金属+非金属、非金属+有机材料、 非金属+金属材料、金属材料+有机材料） 二、建筑材料在建筑工程中的地位

1、建筑材料是各项基本建设的重要物质基础。 。

2、建材品种、质量及规格，直接影响工程的坚固、耐久、适用、美观和经济性，并在一定程度上影响工程结构形式与施工方法。

3、建筑工程许多技术问题的突破，往往依赖于建材问题的解决。

4、新材料的出现，又将促进结构设计及施工技术的革新。 三、建筑材料的发展趋势

1、在原材料上，利用再生资源、工农业废渣、废料，保护土地资源。

2、在工艺上，引进新技术，改造淘汰旧设备，降低原材料与能耗，减少环境污染，维护社会可持续发展。

3、在性能上，力求产品轻质、高强、耐久、美观，并高性能化和多功能化。

4、在形式上，发展预制装配技术，提高构件尺寸和单元化水平。

5、在研究方向上，研究和开发化学建材和复合材料，促进新型建材的发展。

第一章 建筑材料的基本性质

教学重点和难点：

1.材料的各项基本力学性质、物理性质、热工性质、耐久性等材料性质的意义。

2.各材料性质之间的相互关系及其在工程实际中的运用。 计划学时：3学时

§1-1 材料的物理性质

一、密度与表观密度 密度V m =ρ； 表观密度00V m =ρ

V —材料在绝对密实状态下的体积，是指不包括孔隙体积在内的固体所占有的实体积。

0V —材料在自然状态下的体积，或称表观体积，是指包括内部孔隙的体积。 测得含孔材料的V 时，一般用磨细的方法来求得。

表观密度0ρ，一般是指材料在气干状态下的0ρ，在烘干状态下的0ρ，称为干表观密度。

二、密实度与孔隙率

密实度是指材料体积内被固体物质所填充的程度；孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。

D 和P 从两个不同侧面来反映材料的密实程度，两者关系为1=+D P 。D 和P 通常用百分数表示。

3、堆积密度、填充率和空隙率

堆积密度是指粉状、粒状和纤维材料在堆积状态下（包括了颗粒内部的孔隙和颗粒之间的空隙），单位体积所具有的质量：

'=

'0

0V m ρ

'0ρ的大小，不仅取决于材料的0ρ，而且还与材料的疏密度有关，还受材料含水程度的影响。

填充率D '是指散粒材料在堆积体积中，被颗粒填充的程度。空隙率ρ'是颗粒之间的空

隙所占堆积体积的比例。即 0000ρρ'='='V V D ；000

001ρρ'

-

='-'='V V V P P '和D '从两个侧面反映材料颗粒互相填充的疏密程度。 §1-2 材料的力学性质

一、变形性质

弹性变形：外力除去后可完全消失的变形。 塑性变形：外力除去后不能消失的变形。

脆性材料：材料在破坏前有明显的塑性变形者。 塑性材料：材料在破坏前无明显的塑性变形者。 弹性模量：

徐变与松弛：在长期不变外力作用下，变形逐渐增大的现象叫徐变；在长期荷载作用下，如总变形不变，而引起应力逐渐降低的现象，成为应力松弛。

二、材料的强度

理论强度：按材料结构质点引力计算的强度，一般都很高。

实际强度：按材料在荷载下实际具有的强度。一般远远低于理论强度，原因是材料内部都存在很多缺陷。

通常意义上的强度是指材料的实际强度，常用强度有：压、拉、弯、剪强度。

三、其他性质

脆性：外力下，直到断裂前都不出现明显塑性变形性质。

韧性：在冲击、振动荷载下，材料能承受很大变形而不致破坏的性质。

疲劳极限：交替荷载作用下，应力也随时间作交替变化，这种应力超过某一限度而长期反复会造成材料的破坏，这个限度叫做疲劳极限。

硬度：受外界物质的摩擦作用而减小质量和体积的现象。

磨损：同时受摩擦和冲击两种作用，而减小质量和体积的现

§1-3 材料与水有关的性质

1、亲水性与憎水性

材料很快将水吸入内部或使水在材料表面散开来，这种与水的亲和性称为亲水性。 材料不吸水或使水呈珠状存在于材料表面，这种不易被润湿的性质成为憎水性。 2、吸水性与吸湿性

材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性，用吸水率表示； 质量吸水率表达式 体积吸水率表达式

材料在空气中,能自发地吸收空气中的水分的性质称为吸湿性,用含水率表示

材料在气干状态下的含水率,称为平衡含水率,在饱和面干状态状下的含水率即为吸水率。

3、耐水性

是指材料长期处于水的作用下不破坏，其强度也不严重降低的性质，用软化系数表示： 一般认为，85.0>R K 的材料是耐水性的，要求长期受水浸泡或潮湿环境中的重要建筑物85.0>R K ，次要建筑物70.0>R K 。 4、抗渗性与抗冻性 抗渗性

是指材料抵抗压力水渗透的性质，表示方法有二：一是渗透系数k ；二是抗渗标号。 抗渗性主要与材料的孔隙率和孔隙特征有关。 抗冻性

是指材料在水饱和状态下，抵抗多次冻融循环而不破坏，同时强度也不严重降低的性质。表示方法也有二： 一是抗冻标号3005025

......D

D D 、。二是冻融15次失重率是否满足要求。 测试抗冻标号有慢冻、快冻两种方法。材料受冻条件：温度、湿度、孔隙。材料孔隙越大，水饱和程度越高，降温愈快，温度愈低，愈容易冻坏。

三、 材料的热工性能

材料传导热量的性能称为导热性。其大小用导热系数表示：

比热表示1g 材料温度升高（或降低）1K 时所吸收（或放出）的热量。

比热与材料质量之积称为材料的热容量。它表示整个材料温度升高1K 所吸收或降低1K 所放出的热量。热容量大的材料便于调节室温，缓和室内温度波动。

四、材料的耐久性

是指材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素而不破坏，且能保持原有性质的性能,它是一个综合指标。提高耐久性措施：一是提高材料本身的密实性；二是在材料表面覆盖。

五、 材料的其他性质 1、装饰性能

选用装饰材料要考虑颜色、光泽、透明度、表面组织、形状尺寸、成本造价以及多功能性。

2、防火性能

按燃烧性能可将材料分为燃烧材料、难燃材料和非燃烧材料。 3、放射性

材料中放射性元素放出的射线，会对人的健康产生影响，这种性能称为材料的放射性。

第二章 气硬性胶凝材料

教学重点和难点：

1.如何防止过火石灰、欠火石灰的生成。

2.石灰的硬化机理、性质、使用要点 计划学时：2学时 基本概念：胶凝材料是指经过自身的物理化学作用后，能够由浆体变成固体的物质。使用的目的主要是胶结散粒材料和块体材料。

气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化。

水硬性胶凝材料：不仅在空气中，而且在水中也能硬化。

§ 2-1 石 灰

（1）生产： 注意欠火石灰与过火石灰形成及危害。 （2）熟化： 注意“陈伏”作用。 根据“有效钙+镁”含量，生石灰及消石灰粉分为钙质和镁质两种石灰，每种石灰又分为一、二、三3个等级。

（3）硬化 O

H n CaCO O nH CO OH Ca 23222)1()(++→++

注意：硬化是由碳化和结晶析水两个过程完成的。而且两个过程都是在空气中进行的。

（4）应用