第1章 土木工程材料的基本性质

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材料的基本性质

材料的基本性质

第一章 土木工程材料的基本性质第一节 土木工程材料的分类一、按材料的化学成分分类按材料的化学成分分类,可分为有机材料、无机材料和复合材料三大类。

二、按功能分类按功能分类,可分为结构材料和功能材料两大类。

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——主要利用材料的某些特殊功能,如用于防水、装饰、保温等的材料。

第二节 材料的物理性质一、密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度,公式表示如下:Vm =ρ 式中:ρ——材料的密度,g/cm 3;m ——材料在干燥状态下的质量,g ;V ——材料在绝对密实状态下的体积,cm 3。

所谓绝对密实状态下的体积,是指不包括材料内部孔隙的固体物质的体积。

二、表现密度材料在自然状态下单位体积的质量,称为表观密度,公式表示如下:0V m =ρ 式中:ρ0——材料的表观密度,kg/cm 3;m ——材料的质量,kg ;V 0——材料在自然状态下的体积,m 3。

所谓自然状态下的体积,是指包括材料实体积和内部孔隙的外观几何形状的体积。

三、堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量,称为堆积密度,公式表示如下:土木工程材料 有机材料——木材、石油沥青、塑料等 无机材料 金属材料——钢、铁、铝等非金属材料——石材、砖、玻璃、水泥、混凝土等复合材料——聚合物混凝土(1.1.1)(1.1.2)V m'='ρ 式中:ρ0’——散粒材料的堆积密度,kg/cm 3;m ——散粒材料的质量,kg ;V 0’——散粒材料的自然堆积体积,m 3。

散粒材料的自然堆积体积,既包含了颗粒自然状态下的体积,又包含了颗粒之间的空隙体积。

四、孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。

%1000⨯=V V n V式中:n ——材料的孔隙率;V V ——材料的内部孔隙体积,cm 3; V 0——材料的总体积,cm 3。

五、吸水性*吸水性是指材料在水中吸水的性质。

第1章 土木工程材料_基本性质

第1章 土木工程材料_基本性质

第一章土木工程材料的基本性质本章导学学习目的:土木工程材料有无机材料、有机材料及复合材料,它具有结构或功能的作用。

而土木工程包括建筑工程、道路工程、桥梁工程、地下工程、岩土工程等,土木工程材料为这些工程服务,通过学习其基本性质,了解土木工程基本性质与工程特性的关系。

教学要求:通过工程实例说明土木工程材料的分类;通过各种土木工程特点的分析,说明土木工程材料的物理、力学性质及耐久性;重点讲解土木工程材料的密度、与水有关的性质、强度、弹性、粘性与塑性。

1.1土木工程材料的分类土木工程材料是指在土木工程中所使用的各种材料及其制品的总称。

它是一切土木工程的物质基础。

由于组成、结构和构造不同,土木工程材料品种繁多、性能各不相同、在土木工程中的功能各异,而且价格相差悬殊,在土木工程中的用量很大,因此,正确选择和合理使用土木工程材料,对土木工程结构物安全、实用、美观、耐久及造价有着重大的意义。

由于土木工程材料种类繁多,为了研究、使用和论述方便,常从不同角度对它进行分类。

最通常的是按材料的化学成分及其使用功能分类。

1.1.1按化学成分分类根据材料的化学成分,可分为有机材料、无机材料以及复合材料三大类,如表1-1所示。

1.1.2按使用功能分类根据材料在土木工程中的部位或使用性能,大体上可分为二大类,即土木工程结构材料(如钢筋混凝土、预应力混凝土、沥青混凝土、水泥混凝土、墙体材料、路面基层及底基层材料等)和土木工程功能材料(如吸声材料、耐火材料、排水材料等)。

1.土木工程结构材料土木工程结构材料主要指构成土木工程受力构件和结构所用的材料。

如梁、板、柱、基础、框架、墙体、拱圈、沥青混凝土路面、无机结合料稳定基层及底基层和其它受力构件、结构等所用的材料都属于这一类。

对这类材料主要技术性能的要求是强度和耐久性。

目前所用的土木工程结构材料主要有砖、石、水泥、水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土、沥青和沥青混凝土。

在相当长的时期内,钢材、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土仍是我国土木工程中主要结构材料;沥青、沥青混凝土、水泥混凝土、无机结合料稳定基层及底基层则是我国交通土建工程中主要路面材料。

《土木工程材料(第3版)》教学课件第1章 绪论 土木工程材料的基本性质

《土木工程材料(第3版)》教学课件第1章 绪论 土木工程材料的基本性质
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继问世,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。
五、抗渗性
材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。
材料的抗渗性用渗透系数K表示,一般用抗渗标号P表示。如 P2、P4、P10分别表示可抵抗0.2、0.4、1.0 MPa 压力水不 渗漏。
1.3 材料与水有关的性质
六、抗冻性
材料在含水状态下能经受多次冻融循环而不破坏、强 度不显著下降,且质量也不显著减少的性质。
P+D=1
开口孔隙率PK 材料内开口孔隙体积占总体积的百分率。 PK=VK/V0 闭口孔隙率PB 材料内闭口孔隙体积占总体积的百分率。 PB=VB/V0
VP=VK+VB P=PK+PB
1.1 材料的基本物理性质
3.空隙率(P’)--散粒或粉状材料在堆积状 态下,颗粒间空隙体积(VS)占材料堆积体积 (V’0)的百分率。
材料在吸水饱和状态下,所吸水的体积占材料干燥状态
下的体积的百分比。
Wv=
mb-mg× V0
1 ρw
×100%
ρw -水的密度; V0 -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:材料在潮湿空气中吸收水分的性质,用含水率
表示。
Wh=

土木工程材料第1章第1节——材料的基本物理性质

土木工程材料第1章第1节——材料的基本物理性质

解:
实体体积 V实=170cm3 V实+V闭=190cm3
表观体积 V0=V实+=450/170=2.65 g/cm3;
V实
表观密度ρ0= m=450/230=1.956 g/cm3=1956 kg/m3
V0
开口孔隙率PK

V开 V0
×100%=(230-190)/230×100%=17.4%
分为若干个强度等级。如烧结普通砖按抗压强度值分为MU30、MU25 、MU20、MU15、MU10五个强度等级。
2、 比强度 由于不同材料的强度、表观密度均存在较大差异,为了便
于比较不同表观密度材料的强度,常用比强度指标来评价材料 强度与表观密度的综合性状。比强度是按单位体积质量计算的 材料强度,其值等于材料的抗压强度与其表观密度之比,它是 衡量材料轻质高强性能的重要指标。
l 韧性材料特征 韧性材料的特点是变形大,特别是塑性变形大,破坏前有明显预兆;
抗拉强度与抗压强度接近。
抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的韧性 静荷载——作用时不产生加速度的荷载。如结构自重; 动荷载——作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载;
指标——渗透系数、抗渗等级 材料的抗渗性主要与材料内部的孔隙率(尤其是开口孔隙率) 和材料的憎水性或亲水性等因素有关。材料的抗渗能力直接或间接 影响材料的耐久性、抗冻性和耐腐蚀性。 6、材料的含水状态——干燥、气干、饱和面干及湿润状态
三、与热有关的性质
1、 导热性 导热性是指当材料的两侧存在温度差时,热量由高温侧向低温
常将防止室内热量向室外散失称为保温;把防止外部热量进 入室内称为隔热。工程上把导热系数小于0.23W/(m·K)的材料称为 保温隔热材料。
在热工学中,将导热系数的倒数称为材料的导热阻。导热系数和导 热阻均是评定材料导热能力的重要指标,材料的导热系数越小或导热阻 越大,其保温隔热及其节能效果越好。

土木工程材料基本性质

土木工程材料基本性质

式中:
W m1 m 100% m
m1—材料吸湿状态下旳质量(g或kg) m—材料在干燥状态下旳质量(g或kg)。
(3)含水对材料性质旳影响 材料吸水后,强度下降 材料体积密度和导热性增长 几何尺寸略有增长 材料保温性、吸声性下降、并使材料受到旳冻害、
腐蚀加剧
材料旳含水率受所处环境中空气湿度旳影响。当空气 中湿度在较长时间内稳定时,材料旳吸湿和干燥过程处于 平衡状态,此时材料旳含水率保持不变,其含水率叫作材 料旳平衡含水率。
V0'
0
ρ0—材料旳表观密度;ρ0,—材料旳堆积密度
(2)填充率
定义:是指在某堆积体积中,被散粒材料旳颗粒所填 充旳程度。
计算式:
D'
V
100%
' 0
100%
V0'
0
填充率和空隙率旳关系:
P' D' 1
三、材料与水有关旳性质
1.材料旳亲水性与憎水性 材料与水接触时,能被水润湿,为亲水性材料。 材料与水接触时,不能被水润湿,为憎水性材料。 表达措施:润湿角
思索:硬度、耐磨性与强度旳关系。
第四节 材料旳耐久性
一.耐久性
材料旳耐久性是泛指材料在使用条件下,受多种内在 或外来自然原因及有害介质旳作用,能长久地保持其使 用性能旳性质。
二.影响耐久性旳主要原因
1.内部原因:构成、构造
2.外部原因:
材料在建筑物之中,除要受到多种外力旳作用之外, 还经常要受到环境中许多自然原因旳破坏作用。这些破 坏作用涉及物理、化学、机械及生物旳作用。
比强度越大,材料轻质高强性能越好。
几种材料旳比强度: 低碳钢—0.045 一般混凝土—0.017 松木(顺纹抗拉)—0.2 粘土砖—0.006

土木工程材料材料基本性质

土木工程材料材料基本性质

火烧
难碳化
防火处理的 木材和刨花板
可燃材料
高温 火烧
立即起火 或微燃
木材
42
1.1.4 热工性质
• 耐燃性
钢铁、铝、玻璃等材料受到火烧或高温作 用会发生变形、熔融,所以虽然是非燃烧
材料,但不是耐燃的材料
43
1.1.4 热工性质
• 耐燃性
44
1.1.4 热工性质
• 耐燃性案例
某在建住宅楼不慎发生火灾,混凝土被破坏
组成相同,其构造不同,强度也不同。
孔隙率愈大
强度愈低
53 6-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
2. 材料的强度也与其含水状态有关, 含有水分的材料,其强度较干燥时的低
3. 材料的强度也与其温度有关 一般温度高时,材料的强度将降低
例如:沥青混凝土,钢铁
54 7-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
• 耐水性
材料长期在水作用下不破坏,强度也不显著降低的性质
耐水性用 软化系数
KR的大小表明材料在浸 水饱和强度降低的程度。
KR值愈小,表示材料吸水饱和后 强度下降愈多,即耐水性愈差。
28
1.1.3 与水有关的性质
• 耐水性
一般来说,材料被水浸湿后,强度均会有所降低。这是 因为水分被组成材料的微粒表面吸附,形成水膜,削弱
对于细微连通的孔隙,孔隙率愈大,则吸水率愈大。 封闭的孔隙内水分不易进去,而开口大孔虽然水分易进入,
但不易存留,只能润湿孔壁,所以吸水率仍然较小。
24
1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
空气湿度 环境温度
吸湿性
微小开口孔隙

第1章 土木工程材料基本性质1

第1章  土木工程材料基本性质1

θ
σsl
(b)憎水性材料
σ sg − σ sl cos θ = σ lg
θ--润湿角(接触角)
土木工程材料
1、亲水性与憎水性
根据水与材料表面的润湿角 的大小, 根据水与材料表面的润湿角θ的大小,有:
亲水性 0≤θ≤ 90°时,材料表面可被水所湿润; 90° 材料表面可被水所湿润; 材料表面被水湿润,水可被材料所吸附; 材料表面被水湿润,水可被材料所吸附; 材料的这种性能称为亲水性,这种材料称为亲 材料的这种性能称为亲水性,这种材料称为亲 水性材料。 水性材料。 憎水性 90o< θ≤180o时,材料表面不可被水湿润; 材料表面不可被水湿润; 材料称为憎水性材料, 材料称为憎水性材料,这种性能称为材料的憎 水性。 水性。
土木工程材料
m ρ '0 = V '0
(3)堆积密度 (3)堆积密度
• 松堆积方式测得的堆积密度值要明显小于紧堆积时 的测定值。 的测定值。 • 工程中通常采用松散堆积密度,确定颗粒状材料的 工程中通常采用松散堆积密度, 堆放空间。 堆放空间。
土木工程材料
密度、 密度、表观密度和堆积密度测量方法
土木工程材料
(2)表观密度 (2)表观密度
• 表观密度的大小除取决于密度外,还与材料孔隙率 表观密度的大小除取决于密度外, 及孔隙的含水程度有关。 及孔隙的含水程度有关。 • 材料孔隙越多,表观密度越小; 材料孔隙越多,表观密度越小; • 当孔隙中含有水分时,其质量和体积均有所变 当孔隙中含有水分时, 因此在测定表观密度时,须注明含水情况, 化。因此在测定表观密度时,须注明含水情况, 没有特别标明时常指气干状态下的表观密度, 没有特别标明时常指气干状态下的表观密度, 在进行材料对比试验时, 在进行材料对比试验时,则以绝对干燥状态下 测得的表观密度值(干表观密度)为准。 测得的表观密度值(干表观密度)为准。 • 工程上可以利用表观密度推算材料用量,计算构件 工程上可以利用表观密度推算材料用量, 自重,确定材料的堆放空间。 自重,确定材料的堆放空间。

第1章 土木工程材料的基本性质

第1章 土木工程材料的基本性质
大的变形而不至于破坏的性能,称为韧性。 特点:其应力—应变曲线下的面积较大,这个面积就 是其破坏前吸收的总能量。 具有这种性质的材料称为韧性材料,
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1.6.4 硬度和耐磨性
• 硬度

材料表面抵抗被刻划、擦伤和磨损的能力,称为硬 度。
按测定方法分为:压痕硬度、冲击硬度、回弹硬度、 刻痕硬度等。
实体体积 ——李氏比重瓶法(粉末)
表观体积(实体+闭口) —— 排水法(水中重法) 毛体积(实体+闭口+开口)
——规则试件:计算法;
不规则试件:饱和排水法、封蜡排液法 堆积体积(实体+闭口+开口+间隙)——密度筒法
8
1.2.2
材料的孔隙率与密实度 ——单块材料
V0 V 0 孔隙体积 100 % 100 % (1 ) 100 % 孔隙率 P 总体积 V0
m1——材料湿质量,g mo——材料干质量,g
☺ 材料湿度与空气湿度达平衡时的含水率称为平衡含水率。 ☺ 影响材料含水率的因素有:环境温度和湿度、材料亲水性、 孔隙率、孔隙特征。 思考题:含水率为4%的湿砂重100g,其中水的重量 为4 g?
19
1.3.3
耐水性(Water resistance)
卸载后材料的变形行为:
变形可完全恢复 变形不可恢复或部分恢复
29
• 弹性
当撤去外力或外力恢复到原受力状态,材料能够完全 恢复原来变形的性质称为弹性; 具有这种性质的材料称为弹性材料; 根据其应力—应变曲线,有:线弹性和非线弹性。
• 塑性 非线性特征:
当撤去外力或外力恢复到原受力状态,材料仍保持变 应力~应变曲线不是直线 应力与应变成正比; 形后形状和尺寸、并不发生裂缝的性质称为塑性; 而是曲线 应力~应变曲线是一条直 具有这种性质的材料称为塑性材料; 应力与应变之比——弹性 线 模量不是常数 其应力—应变曲线是非线性的,且不连续,每一点的 应力与应变之比(直线斜率) 应力与应变之比都不相同。 是弹性模量,为常数。 E

第1章 土木工程材料的基本性质

第1章 土木工程材料的基本性质

不同材料,强度等级有不同的划分方法,具体划分在各章分讲 不同材料,强度等级有不同的划分方法,
常用材料强度
比强度——指材料强度与其表观密度 2. 比强度 指材料强度与其表观密度 之比。 之比。 意义:反映材料轻质高强的指标。值越大 材料越轻质高强 影响材料强度的因素 ①材料的组成、结构和构造 ②试验条件:试验方面的因素有:试件 大小、试件形状、加荷速度以及试件的 平整度等。 ③材料的含水情况 ④温度
1.4
耐久性与环境协调性
耐久性——材料抵抗外力破坏的能力。 材料抵抗外力破坏的能力。 1.4.1 耐久性 材料抵抗外力破坏的能力 综合性质: 抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨 性等不同环境中,应考虑相应的性质。 1.4.2 环境协调性 ——对资源和能源消耗少,对环境污染小,循环再生利用 率高。 目前,提倡“绿色建材”
注意:随含水量增加,减弱其内部结合力,导致强度下降。 注意:随含水量增加,减弱其内部结合力,导致强度下降。 KR:0~1之间,通常>0.80则认为是耐水材料 0~1之间,通常>0.80则认为是耐水材料 之间 >0.80则认为是 若在潮湿环境下的重要建筑物,必须选用>0.85的材料建造 若在潮湿环境下的重要建筑物,必须选用>0.85的材料建造 潮湿环境下的重要建筑物 >0.85
1.5.2 弹性和塑性 1.弹性——外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。 指标:弹性模量
σ E= ε
意义:E表示材料抵抗变形的指标,E值越大,材料 越不易变形,即抵抗变形的能力越强。 2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复
混凝土的应力应变曲线
钢的应力应变曲线
1.5.3 韧性和脆性 1.脆性——无明显塑性变形,突然破坏。 脆性材料:石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 特点:抗压强度远高于抗拉强度 2.韧性——产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。 韧性材料:低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用冲击试验测定。

第1章 土木工程材料的基本性质

第1章  土木工程材料的基本性质

D.强度高 )。
2、为了达到保温隔热的目的,在选择墙体材料时,要求( A. 导热系数小,热容量小 C. 导热系数大,热容量小 B. 导热系数小,热容量大 D. 导热系数大,热容量大
3、测定材料强度时,若加荷速度过( 件下测得结果偏( A.快,低 )。 B. 快,高
)时,或试件尺寸偏小时,测得值比标准条
3 3 3 3 3 3
3
C. 慢,低 ) 。
D. 慢,高
4、某一材料的下列指标中为固定值的是( A.密度 B.表观密度
C.堆积密度
D.导热系数
5、现有甲、乙两种材料,密度和表观密度相同,而甲的质量吸水率大于乙,则甲材料 ( ) 。 A.比较密实 B.抗冻性较差 C.耐水性较好 D.导热性较低
6、某材料 100g,含水 5g,放入水中又吸水 8g 后达到饱和状态,则该材料的吸水率可 用( )计算。 A.8/100 B.8/95 C.13/100 )。 C.软化系数 )时变小。 D.抗冻等级 D.13/95
第 1 章 土木工程材料的基本性质
一、学习指导 1、内容提要 本章介绍土木工程材料的各种基本性质及材料组成、结构、构造对材料性质的影响。主要包括: 1)材料的基本物理性质:包括材料与密度有关的性质(密度、表观密度、体积密度、堆积密度、 孔隙率与孔隙特征、空隙率等);材料与水有关的性质(亲水性与憎水性、 吸水性与吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性等);材料的热性质(导热性与热容量);材料的耐 燃性等。 2)材料的基本力学性质:包括强度与比强度、弹性与塑性、脆性与韧性、硬度与耐磨性等。 3)材料的耐久性:材料耐久性的概念及影响材料耐久性的因素。 4)材料组成、结构与构造及其与材料性质的关系。 2、学习要求 1)了解材料的基本组成、结构和构造,材料的结构和构造与材料的基本性质的关系。 2)掌握材料的基本物理性质的概念、表示方法及与工程的关系。 3)掌握材料的基本力学性质的概念、表示方法及与工程的关系。 4)掌握材料耐久性的概念及影响材料耐久性的基本因素。 通过材料基本性质的学习, 要求了解材料科学的一些基本概念, 掌握材料的各种性质的基本 概念、表示方法、影响因素以及它们之间的相互关系和在工程实践中的意义。 3、重点、难点提示 1)重点提示:理解材料密度、表观密度、体积密度、堆积密度、孔隙率、吸水性及耐水性 的含义与表示方法。理解材料的孔隙率及孔隙特征对其体积密度、强度、吸水性、吸湿性、 抗渗性、抗冻性、导热性及吸音性等性质的影响。 2)难点提示:理解并掌握材料各物理量间的计算过程;理解材料的孔隙率及孔隙特征对其 基本性质的影响。 二、习题 (一)判断题 1、玻璃体材料就是玻璃,并具有良好的化学稳定性。 2、多孔材料吸水后,其保温隔热效果变差。 3、材料的吸水率就是材料内含有的水的质量与材料干燥时质量之比。 4、材料的孔隙率越大,其抗渗性就越差。 5、耐久性好的材料,其强度必定高。 ( ) ( ( ( ( ) ) ) )

土木工程材料的基本性质

土木工程材料的基本性质

第1章土木工程材料的基本性质第1章土木工程材料的基本性质•1.1 材料的物理性质(physical properties) –1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度•(1)密度(density)–近似密度(视密度)(apparent density)•(2)表观密度(apparent density)•(3)堆积密度(散粒体)(bulk density)(for particles) –压实密度(compacted density)1 密实材料,如金属材料、花岗岩等材料的内部密实而没有孔隙VM ρ 密度:材料的密度-(1)密度2材料的内部有许多孔隙孔隙材料,如砖头、混凝土、木材等孔表观密度:VVMVM+==ρ%VV100⨯=孔孔隙率%VV100⨯=密实度3 内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起,如石子、砂砾等堆积材料颗粒的内部有许多孔隙堆积材料颗粒之间存在许多空隙空孔堆积密度:V V V M V M ++='='00ρ%V V 1000⨯'=空空隙率%V V 10000⨯'=填充率end第1章土木工程材料的基本性质–1.1.2 材料的密实度与孔隙率»(1)密实度(density)»(2)孔隙率(porosity)第1章土木工程材料的基本性质–1.1.3 材料的填充率与空隙率(散粒体)•(1)填充率(filling ratio)•(2)空隙率(voids ratio, void content, void volume) »表1.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度第1章土木工程材料的基本性质• 1.1.4 材料与水有关的性质– (1) 材料的亲水性与憎水性•亲水性(被水润湿θ 90°)(hydrophilic nature)•憎水性(润湿角θ>90°)(hydrophobic nature) –(2) 材料的吸水性与吸湿性•吸水性(water absorptivity)»吸水率(water absorption)•吸湿性(hydroscopic nature)»含水率(moisture content)–(3) 材料的耐水性(抗水性)(water resistance)»软化系数(softening coefficient)第1章土木工程材料的基本性质–1.1.5 材料的抗冻性与抗渗性•(1)抗冻性(frost resistance)»水结冰时体积约增大9%,从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。

土木工程材料_基本要点

土木工程材料_基本要点

土木工程材料_基本要点第一章土木工程材料的基本性质密度:材料在绝对密实状态下(不包括材料孔隙在内的体积),单位体积的质量表观密度:材料在自然状态下(包括材料内部孔隙的体积),单位体积的质量堆积密度:材料为散粒或粉状,在堆积状态下,单位体积的质量大小关系:密实度:材料体积内,被固体物质充实的程度孔隙率:材料体积内,孔隙体积所占的比例填充率:散粒材料堆积体积中,颗粒填充的程度空隙率:散粒材料体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。

亲水性:材料与水接触时能被水润湿的性质憎水性:材料与水接触时不能被水润湿的性质吸水性: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,用含水率表示耐水性:材料抵抗水破坏作用的性质,用软化性质表示软化系数的范围在0---1 之间。

用于水中、潮湿环境中的材料,必须选用软化系数不少于0.85的材料;用于受潮较轻的或者是次要结构,则不宜小于0.70—0.85 通常软化系数大于0.85 的材料称为耐水性材料。

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,用“抗冻等级”表示抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质,用渗透系数表示脆性: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韧性:在冲击、震动荷载作用下,能够吸收较大的能量,同时产生一定的变形而不破坏的性质材料的组成是指化学组成和矿物组成材料的结构:宏观结构;细观结构;微观结构材料的孔隙率增大时,材料的密度、表观密度、强度、吸水率、抗冻性、导热性、耐久性?第二章天然石材天然岩石根据生成条件,按地质分类分为岩浆岩、沉积岩、变质岩砌筑用石材分为毛石料石两类选择天然石材的原则:适用性;经济性;安全性适用性:考虑石材的技术性能是否满足使用要求经济性:考虑利用地方资源,尽可能做到就地取材安全性:对人体健康有影响的花岗岩:是岩浆岩中分布较广的一种岩石,主要由石英、长石及少量暗色矿物和云母组成。

第1章土木工程材料基本性质

第1章土木工程材料基本性质

历史回顾
因地制宜用材的万里长城
万里长城飞越崇山峻岭,是我国古代劳 动人民的杰作,也是建筑史上的丰碑。万里 长城选用材料因地制宜,堪称典范。
居庸关、八达岭一段,采用砖石结构。 墙身用条石砌筑,中间填充碎石黄土,顶部 再用三四层砖铺砌,以石灰作砖缝材料,坚 固耐用。平原黄土地区缺乏石料,则用泥土 磊筑长城,将泥土夯打结实,并以锥刺夯打 土检查是否合格。在西北玉门关一带,既无 石料又无黄土,以当地芦苇或柳条与砂石间 隔铺筑,共铺20层。
5 抗冻性 材料在吸水饱和状态下抵抗多次 冻融循环而重量损失不大,强度也无 显著降低的性质称为材料的抗冻性。 (水变冰体积膨胀约9%)
材料受冻融破坏主要是 因其中的水结冰所致,水结冰 时体积增大约9%,这对材料孔 隙产生很大的冻胀应力而开裂, 冻融循环次数越多,对材料的 破坏作用越大。
1.1.4 热工性质
1.热容量和比热容 材料的热容量是指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。 材料比热容的物理意义是指1kg重的材料,在温度每改变1K时所 吸收或放出的热量。 2.导热性 当材料两侧存在温度差时,热量将由温度高的一侧通过材料 传递到温度低的一侧,材料的这种传导热量的能力,称为导热性。 材料的导热性可用导热系数来表示。材料的导热系数愈小,表示 其绝热性能愈好。 3. 燃烧性能 按照建筑材料及制品燃烧性能分级规定,将建筑材料及制品 分为四个等级:A级(不燃材料或制品)、B1级(难燃材料或制 品)、B2级(可燃材料或制品)和B3级(易燃材料或制品)。
第1章 土木工程材料基本性质
本章学习指导 历史回顾 1.1 材料的物理性质 1.2 材料的力学性质 1.3 材料的耐久性与环境协调性 1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响 创新能力培养 常见问题及解答 练习题 参与式试验

土木工程材料习题解答

土木工程材料习题解答

第1章 土木工程材料的基本性质1. 何谓材料的密度、表观密度、堆积密度?如何测定?材料含水后对三者有什么影响?答:密度是材料在绝对密实状态下,单位体积的质量;表观密度表示材料在自然状态下单位体积的质量;堆积密度是指散粒材料或粉状材料,在自然堆积状态下单位体积的质量。

材料含水后的影响为:对密度没有影响,因测定密度时材料必须是绝对干燥的;内部封闭孔隙不会吸水,含水对密度没有影响。

因开口孔隙吸水,使表观密度增大。

含水对堆积密度的影响则复杂,因含水后材料堆积状态下的质量和体积都会发生变化,一般来说是使堆积密度增大。

2. 材料的孔隙率和孔隙特征对材料的哪些性能有影响?有何影响?答:材料的孔隙率和孔隙特征会影响材料的强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性及吸声性等特性。

一般来说,孔隙率增大,材料的强度降低、容积密度降低、绝热性能提高、抗渗性降低、抗冻性降低、耐腐蚀性降低、耐久性降低、吸水性提高。

材料内部的孔隙各式各样,十分复杂,孔隙特征主要有大小、形状、分布、连通与否等。

孔隙特征对材料的物理、力学性质均有显著影响。

若是开口孔隙和连通孔隙增加,会使材料的吸水性、吸湿性和吸声性显著增强,而使材料的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等耐久性能显著下降。

若是封闭的细小气孔增加,则对材料的吸水、吸湿、吸声无明显的影响;但对绝热、抗渗性、抗冻性等性能则有影响。

在一定的范围内,增加细小封闭气孔,特别是球形气孔,会使材料的绝热性能和抗渗性、抗冻性等耐久性提高。

在孔隙率一定的情况下,含大孔、开口孔隙及连通孔隙多的材料,其绝热性较含细小、封闭气孔的材料稍差。

3. 有一块烧结普通砖,在吸水饱和状态下重2900 g ,其绝干质量为2550g 。

砖的尺寸为240mm ×115mm ×53mm ,经干燥并磨成细粉后取50 g ,用排水法测得绝对密实体积为18.62cm 3。

试计算该砖的吸水率,密度,孔隙率。

答:质量吸水率:%7.13%100255025502900=⨯-=m W 表观密度 30/74.13.55.110.242550cm g =⨯⨯=ρ 则体积吸水率: Wm =13.7%×1.74=23.8% 密度:3/69.262.1850cm g v m ===ρ 孔隙率:%32.35%10069.274.11%10010=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ρρP4. 何谓材料的强度?影响材料强度的因素有哪些?答:材料的强度是指材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。

第1章 土木工程材料的基本性质

第1章 土木工程材料的基本性质
性的环境作用及评定。 【重点】材料基本性质的概念含义、公式表达,各性质之
间的区别与联系,材料性质与其组成、结构、构造以及环境因
素的关系,材料强度的计算与测定。 【难点】材料基本性质的影响因素及其作用机理。
Civil Engineering Materials
1.1 材料的物理性质
1.1.1 与质量有关的性质
mb mg Vw 1 WV 100% 100% Vg Vg w
(1-9)
式中 WV ——材料的体积吸水率(%);
VW ——材料吸水饱和时吸入水的体积(cm3 ) ;
Civil Engineering Materials
1.1.2 与水有关的性质
Vg ——材料在干燥状态下的自然体积(cm3);
1.1.1 与质量有关的性质
2.密实度与孔隙率 (l)密实度(D) 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度,即材料中固 体物质的体积占材料总体积的百分率。按下式计算:
D
V 100% 0 100% V0
(1-4)
(2)孔隙率(P)
孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。可用
Civil Engineering Materials
常用土木工程材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率
材料 石灰石 花岗岩 碎石(石灰石) 砂 黏土 普通黏土砖 黏土空心砖 水泥 普通混凝土 轻骨料混凝土 木材 钢材 泡沫塑料 玻璃 密度 (g/cm3) 2.60 2.60~2.90 2.60 2.60 2.60 2.50~2.80 2.5 3.1 — — 1.55 7.85 — 2.55 表观密度 (kg/m3) 1800~2600 2500~2800 — — — 1600~1800 1000~1400 — 2000~2800 800~1900 400~800 7850 20~50 2550 堆积密度 (kg/m3) — — 1400~1700 1450~1650 1600~1800 — — 1200~1300 — — — — — — 孔隙率(%) — 0.5~3.0 — — — 20~40 — — 5~20 — 55~75 0 — 0

第1章土木工程材料基本性质

第1章土木工程材料基本性质
第1章土木工程材料基本性质
(二)材料的密度
内容:
• 材料的实际密度(密度)
• 材料的表观密度
• 材料的堆积密度
用途:
• 计算材料的用量,
• 构件的自重,
• 配料计算
• 确定材料的堆积空间等
第1章土木工程材料基本性质
1、实际密度(密度)-材料在绝对密实状态 下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式:
m
V
式中 ρ-实际密度( 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-是指不包括材料内部 孔隙在内的体积。
第1章土木工程材料基本性质
实际密度的测量
1)对近于绝对密实的材料: 金属、玻璃等量测
几何体积-称重-代入公式 2)对有孔隙的材料:
砖、混凝土、石材等 磨成细粉- 李氏比重瓶法测试 P285-286
第1章土木工程材料基本性质
2、表观密度(容重)-材料在自然状态下单 位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式:
o
m Vo
式中 ρo-表观密度( g/cm3 )
m-材料的质量(g)
Vo-材料在自然状态下的体积(cm3) 自然状态下的体积-是指包含材料内部孔隙在内的体
积。材料内部孔隙含有水分时,其质量和体积均发 生变化。注明含水情况
细微且连通的孔隙---------吸水率较大 吸水性对材料的影响:
体积膨胀、强度降低 对围护结构材料不利
第1章土木工程材料基本性质
(二)材料的吸水性与吸湿性
2、吸湿性-材料在空气中吸收空气中水分
的性质。用含水率表示。
公式
W含=m含m - 干m干10% 0
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(2) 砖浸水后强度下降
某地发生历史罕见的洪水。洪水退后,许 多砖房倒塌,其砌筑用的砖多为未烧透的 多孔的红砖,见下图。请分析原因。

原因分析:这些红砖没有烧透,砖
内开口孔隙率大,吸水率高。吸水
后,红砖强度下降,特别是当有水
进入砖内时,未烧透的粘土遇水分

散,强度下降更大,不能承受房屋

未烧透的的重红量,砖从而导致房屋倒塌。
保温层的目的是较少外界温度变化对住户的 影响,材料保温性能的主要描述指标为导热 系数和热容量,其中导热系数越小越好。观
A B 察两种材料的剖面,可见A材料为多孔结构, B材料为密实结构,多孔材料的导热系数较 小,适于作保温层材料。
7.其它性质
1 耐火性
耐火材料、难熔材料、易熔材料
2 耐燃性
韧性材料:低碳钢、木材、玻璃钢等。
1.2.4 材料的硬度和耐磨性(了解性内容)
1.硬度——抵抗外物压入或刻划的能力。 可采用:莫氏硬度(石料、陶瓷等); 布氏、洛氏硬度(金属材料)。 特点:硬度高,耐磨性强,但不易加工。
2.耐磨性——材料表面抵抗磨损的能力。
(路面材料要求)
1.3 材料的耐久性
材料在各种环境因素作用下,在长期使用过程中 保持其性能稳定的性质。
5. 材料的抗冻性
——材料饱水状态下<,思能考经>:受孔多隙次率冻越融交替作用, 既不破坏,强度又不大显,著材降料低的的抗性冻质性。
抗冻等级:能经受冻融是否循越环差的?最大次数,

记为F50、F100、F200、F300 …
材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种,材料的孔 隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融 破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水 越多,材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔 隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙,即使材料的孔 隙率大,进入材料内部的水分也不会很多。在这样的
塑性材料:具有塑性的材料。
完全的弹性材料或塑性材料是很少的。
1)有的材料在应力水平较低时,变形特征主要表 现为弹性,而应力水平较高时,主要为塑性。例 如钢材。
图1.2.1 低碳钢受拉的应力—应变曲线
2)有的材料受力后,弹塑性变形同时产生,取消 外力,弹性变形可以恢复,塑性变形不能恢复。
憎水性材料:润湿角θ >90°(表现为憎水性) 水分子间内聚力>水分子与材料分子间吸引力
2. 材料的吸水性与吸湿性
(1) 吸水性:材料在水中能吸收水分的性质——饱水状态 (吸水饱和)
质量吸水率:材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百
分率
Wm

mb mg mg
100%
体积吸水率:材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百
情况下,材料的抗冻性不会差。
6.材料的热工性质
6.1 热容量 热容量是指材料在温度变化时吸收或放出热量的能
力。其大小用比热容来表示。
c Q m(T1 T2 )
比热容的大小直接影响建筑内部空间的温度变化率。 设计过程中选用导热系数较小而热容量较大的材料,
有利于保持建筑物室内温度的稳定性。
《土木工程材料》 第一章 土木工程材料的基本性质
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 ▲
本节的学习目标 1)掌握密度、表观密度以及堆积密
度之间的区别 2)掌握孔隙率及孔的形状对材料性
能的影响。 3)掌握与水有关的性质 4)了解材料的热工性质
1.1 材料的物理性质
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第1章 土木工程材料的基本性质
1.2 材料的力学性质▲ 及材料耐久性
本节的学习目标 1)掌握材料的强度和比强度概念。
认识到材料的实际强度与实验强度的 关系。 2)理解影响强度的因素。 3)掌握弹性材料与塑性材料的差别。 4)掌握脆性材料与韧性材料的差别, 并知道强度与硬度的关联。 5)了解材料的耐久性 。
两种密度异同:m为材料的烘干质量; 体积不同,为实体体积,表观体积。
密度
表观密度

(3)堆积密度 :
散粒状材料在自然状态下单位堆积体积 (开口+闭口+实体+空隙)的质量。
0

m V0

V
VB
m VK
VJ
反映散粒堆积的紧密(压实)程度及可能的堆放空间。
思考:
颗粒材料的密度为ρ,表观密度为ρ0,堆积 密度ρ0 ’,则三种密度的关系?
1.1.1 1.几种密度
1.固体(实体) 2.闭口孔隙 3.开口孔隙
(1)密度 : 材料在绝对密实状态下,固体物质本身的干质
量。 (不包括开口和闭口孔隙体积)
m
v
V V0
(2)表观密度 :
材料单位表观体积(闭口孔隙+开口孔隙+ 固体物质本身)的干质量。
V
V0
0
m V0

V
m VB VK
材料的含水率反映材料在自然状态下含水的状态, 不一定已经达到吸水饱和,当材料与空气湿度达 到平衡时就不再吸收空气中水分,此时含水率称 为平衡含水率。是变值。
3.材料的耐水性
材料长期在水的作用下既不破坏,强度又不显著降低 的性质称为耐久性。
指标:软化系数
KR

fb fd
fb——材料饱水状态抗压强度,MPa fd——材料干燥状态抗压强度,MPa
三种受力方式
抗压强度、抗拉强度、抗剪强度表示公式
f F A
(MPa)
F——破坏时的最大荷载,N
A——受力截面面积,mm2
(2)抗弯强度(抗折强度)
L/2 L/2
3FL 单点加荷: f 2bh2
FL 三分点加荷: f bh2
第四种受力方式
2.影响材料强度的因素:
材料的组成 材料分子结合力 存在缺陷 孔隙率 增加 强度降低
3.比强度 ——指材料强度与其表观密度之比。 意义:反映材料轻质高强的指标。 值越大,材料越轻质高强
1.2.2 材料的弹性与塑性
1.弹性:外力作用产生变形,外力取消变形完全 恢复。
可恢复的材料变形称为弹性变形——可逆变形。 弹性材料:具有弹性的材料。
指标:弹性模量(常数) E
6.材料的热工性质
6.2导热性 导热性是指材料传导热量的能力。用导热系数来表示。
Qa
(T1 T2 ) At
材料的导热系数越小,表示其绝热性能越好。 通常气体的导热系数<液体的导热系数<固体的导热系数
思考
某工程顶层欲加保温层,以下两图为两种材料的剖面,请问 选择何种材料?
原因:随含水量增加,减弱其内部结合力,导致强度 下降。KR的范围在0~1之间。
KR>0.85, 称为耐水材料
4.材料的抗渗性
——抵抗压力水渗透的性质
(1)渗透系数
渗透系数:
KS

Qd AtH
Ks的意义:抗渗系数越小,表明抗渗性能越好。
(2)抗渗等级:抗渗等级越高,其抗渗性越好。
指石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。 如:最大承水压力为0.2MPa,表示为P2,另有P4、P6 、P8、P10…
不燃材料、难燃材料、易燃材料
3 温度变形 线膨胀系数 L
(t1 t2 )L
回顾本节内容
1.材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口 孔隙体积。
2.在空气中吸收水分的性质称为材料的吸湿性。 3.材料的导热系数越小,其保温隔热性能越好。
某材料的体积吸水率为10%,密度为 3.0g/cm3,表观密度为1500kg/m3。试求该 材料的质量吸水率、开口孔隙率、闭口孔 隙率?
分率
WV

Vw V0
100%

mb mg
w
0
mg
100%
mb mg mg

0 w
100%
WV Wm0 / w
思考:
质量吸水率和体积吸水率可以大于100%吗? 材料的孔隙率越大,吸水率越大,对吗?
材料的吸水性不仅与材料的亲水性或憎水性有关, 而且与孔隙率的大小和孔隙特征有关。对于孔特
Wh

ms mg mg
100%
有一块砖重2625g,其含水率为5% ,该湿砖 所含水量为多少?
解:
Wh

ms m
m
100 %

x 2625

x
100 %

5%
x 125 g
吸水率与含水率的异同:
材料的吸水率反映了材料在标准测试方法之下吸 收水分的能力的大小,是恒值。
密实度
D

实体体积 总体积
100%

V V0
100%

0
100%
1
P0
2.空隙率与填充率 ——散粒状材料
空隙率是指散粒材料堆积体积中,颗粒间空隙体积 占总体积的百分率。
空隙率
p0'

空隙体积 堆积体积100% Nhomakorabea
V0' V V0'
0
100%

(1
0' ) 0
100%
填充率是指散粒材料堆积体积中,颗粒填充的程度。
意义:E表示材料抵抗变形的指标,E值越大, 材料越不易变形,即抵抗变形的能力越强。
弹性变形
塑性变形
2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能 恢复。
外力作用下产生变形,外力取消后,仍保持变形 后的形状和尺寸,并且不产生裂纹的性质。
材料不能恢复的残留变形称为塑性变形——不 可逆变形(永久变形)。
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