土木工程概論第三講復(fù)課件

1、土木工程概論第三講復(fù)1 土 木 工 程 概 論 土木工程概論第三講復(fù)2 目的要求：目的要求： 了解土木工程材料的概況，熟悉土了解土木工程材料的概況，熟悉土 木工程材料的分類木工程材料的分類 。 土木工程概論第三講復(fù)3 土木工程材料種類繁多，為了研究、使用和敘述的方土木工程材料種類繁多，為了研究、使用和敘述的方 便，可以從不同角度加以分類。常用的分類法：便，可以從不同角度加以分類。常用的分類法： 土木工程材料是土木工程中所使用的各種材料及其制土木工程材料是土木工程中所使用的各種材料及其制 品的總稱。品的總稱。 一、土木工程材料的定義及分類一、土木工程材料的定義及分類 1、按材料來(lái)源分類：、按材料

2、來(lái)源分類： 按使用部位分類，有按使用部位分類，有天然材料天然材料及及人造材料人造材料。 土木工程概論第三講復(fù)4 實(shí)實(shí) 例例 承重結(jié)構(gòu)材料承重結(jié)構(gòu)材料 受力構(gòu)件所用的材料：受力構(gòu)件所用的材料： 磚、鋼材、鋼筋砼、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼等磚、鋼材、鋼筋砼、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼等 非承重結(jié)構(gòu)材料非承重結(jié)構(gòu)材料 填充墻、內(nèi)隔墻和其它圍護(hù)材料：填充墻、內(nèi)隔墻和其它圍護(hù)材料： 空心粘土磚、石膏板、加氣砼砌塊等空心粘土磚、石膏板、加氣砼砌塊等 功能材料功能材料 防水材料、防火材料、裝飾材料、吸音、隔聲材防水材料、防火材料、裝飾材料、吸音、隔聲材 料、保溫隔熱材料等料、保溫隔熱材料等 2、按材料功能分類、按材料功能分類 土木工

3、程概論第三講復(fù)5 分分 類類實(shí)實(shí) 例例 無(wú)無(wú) 機(jī)機(jī) 材材 料料 金屬金屬 材料材料 黑色金屬黑色金屬鋼、鐵及其合金、合金鋼、不銹鋼等鋼、鐵及其合金、合金鋼、不銹鋼等 有色金屬有色金屬鋁、銅、鋁合金等鋁、銅、鋁合金等 非非 金金 屬屬 材材 料料 天然石材天然石材砂、石及石材制品砂、石及石材制品 燒土制品燒土制品粘土磚、瓦、陶瓷制品等粘土磚、瓦、陶瓷制品等 膠凝材料及制品膠凝材料及制品石灰、石膏及制品、水泥及混凝土等石灰、石膏及制品、水泥及混凝土等 玻璃玻璃普通平板玻璃、特種玻璃等普通平板玻璃、特種玻璃等 混凝土及硅酸鹽制品混凝土及硅酸鹽制品混凝土、砂漿和硅酸鹽制品混凝土、砂漿和硅酸鹽制品 有有

4、 機(jī)機(jī) 材材 料料 植物材料植物材料 木材、竹材、植物纖維及制品等木材、竹材、植物纖維及制品等 瀝青材料瀝青材料煤瀝青、石油瀝青及其制品等煤瀝青、石油瀝青及其制品等 合成高分子材料合成高分子材料塑料、涂料、膠粘劑、合成橡膠等塑料、涂料、膠粘劑、合成橡膠等 復(fù)復(fù) 合合 材材 料料 有機(jī)與無(wú)機(jī)非金屬材料復(fù)合有機(jī)與無(wú)機(jī)非金屬材料復(fù)合 金屬與無(wú)機(jī)非金屬材料復(fù)合金屬與無(wú)機(jī)非金屬材料復(fù)合 金屬與有機(jī)材料復(fù)合金屬與有機(jī)材料復(fù)合 聚合物混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)塑料等聚合物混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)塑料等 鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土等鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土等 PVC鋼板、有機(jī)涂層鋁合金板等鋼板、有機(jī)涂層鋁合金板等 3、按

5、材料化學(xué)成分分類、按材料化學(xué)成分分類 土木工程概論第三講復(fù)6 土木工程概論第三講復(fù)7 點(diǎn)章節(jié)：膠凝材料、點(diǎn)章節(jié)：膠凝材料、 混凝土、鋼材混凝土、鋼材 土木工程概論第三講復(fù)8 土木工程概論第三講復(fù)9 土木工程概論第三講復(fù)10 土木工程概論第三講復(fù)11 0 00 V m干 干 0 0 V m飽 飽 0 0 V m濕 濕 干容重 濕容重 飽水容重 土木工程概論第三講復(fù)12 材料的表觀密度 表觀體積是指包括內(nèi)表觀體積是指包括內(nèi) 部封閉孔隙在內(nèi)的體積。部封閉孔隙在內(nèi)的體積。 其封閉孔隙的多少，孔其封閉孔隙的多少，孔 隙中是否含有水及含水隙中是否含有水及含水 的多少，均可能影響其的多少，均可能影響其 總質(zhì)

6、量或體積?？傎|(zhì)量或體積。 因此，材料的表觀密因此，材料的表觀密 度與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及度與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及 含水狀態(tài)有關(guān)。含水狀態(tài)有關(guān)。 工程中砂石材工程中砂石材 料，直接用排料，直接用排 水法測(cè)定其表水法測(cè)定其表 觀體積觀體積 土木工程概論第三講復(fù)13 土木工程概論第三講復(fù) 14 固體 物質(zhì) 閉口 孔隙 開(kāi)口口 孔隙 材料體積組成示意圖材料體積組成示意圖 1、材料的密度、表觀密度和堆積密度、材料的密度、表觀密度和堆積密度 土木工程概論第三講復(fù)15 0 .100% V D V 0 .100%D 00 00 1(1).100% 1 VVV P VV DP 即或密實(shí)度孔隙率1 思考思考1 1 材料的

7、密度、表觀密度、堆積密 度有何區(qū)別？如何測(cè)定？材料含水后對(duì) 三者有什么影響？ 土木工程概論第三講復(fù)17 已知某卵石的質(zhì)量為已知某卵石的質(zhì)量為10.6g，體積為，體積為4.06cm3，用李氏瓶法，用李氏瓶法， 排除的水的體積為排除的水的體積為4ml，現(xiàn)總共有這樣的卵石，現(xiàn)總共有這樣的卵石3360kg，堆成體，堆成體 積為積為2m3，求石子的孔隙率和空隙率。，求石子的孔隙率和空隙率。 3 /65. 2 4 6 .10 cmg V m 密密 度度 3 0 0 /1680 2 3360 mkg V m 堆積密度堆積密度 3 0 0 /61. 2 06. 4 6 .10 cmg V m 表觀密度表觀密度

8、 %5 . 1%100) 65. 2 61. 2 1 (%100)1 ( 0 P 孔隙率孔隙率 % 6 . 35%100) 2610 1680 1 (%100)1 ( 0 0 P空隙率空隙率 土木工程概論第三講復(fù)18 1.一般來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，(單個(gè)單個(gè))孔隙尺寸增大，孔隙尺寸增大， 材料強(qiáng)度降低，導(dǎo)熱系數(shù)增大；材料強(qiáng)度降低，導(dǎo)熱系數(shù)增大； 土木工程概論第三講復(fù)19 土木工程概論第三講復(fù)20 土木工程概論第三講復(fù)21 土木工程概論第三講復(fù)22 %100 0 01 m mm W 土木工程概論第三講復(fù)23 100% mm W m 干飽 質(zhì) 干 00 V1 100% VV mm W 干水飽 體 水 土

9、木工程概論第三講復(fù)24 土木工程概論第三講復(fù)25 含水率在工程中的應(yīng)用含水率在工程中的應(yīng)用 n例如例如:拌制砼所用材料質(zhì)量是指干質(zhì)量拌制砼所用材料質(zhì)量是指干質(zhì)量.但現(xiàn)場(chǎng)的但現(xiàn)場(chǎng)的 砂石都不同程度有水存在砂石都不同程度有水存在.因此在稱量上應(yīng)該考因此在稱量上應(yīng)該考 慮到砂石的含水情況慮到砂石的含水情況. 己知每拌制己知每拌制1m1m3 3混凝土需要干砂混凝土需要干砂606Kg606Kg ,測(cè)得施工測(cè)得施工 現(xiàn)場(chǎng)的含水率砂為現(xiàn)場(chǎng)的含水率砂為7%7% ,則現(xiàn)場(chǎng)需要稱取多少濕砂則現(xiàn)場(chǎng)需要稱取多少濕砂? 砂用量：砂用量：S S=S=S（1+W1+Ws s）=606=606(1+7%)=648Kg(1+7

10、%)=648Kg 土木工程概論第三講復(fù)26 知識(shí)延伸知識(shí)延伸 干干 燥燥 的的 材材 料料 吸收空氣中吸收空氣中 的水分的水分 潮潮 濕濕 的的 材材 料料 平衡含水率平衡含水率 平衡含水率：平衡含水率：當(dāng)材料中所含水分與空氣濕度達(dá)到相對(duì)平衡時(shí)的含水率當(dāng)材料中所含水分與空氣濕度達(dá)到相對(duì)平衡時(shí)的含水率 釋放水分釋放水分 土木工程概論第三講復(fù)27 例例2 燒結(jié)普通磚的尺寸為燒結(jié)普通磚的尺寸為240mm*115mm*53mm，已知其孔隙，已知其孔隙 率為率為37%，干燥質(zhì)量為，干燥質(zhì)量為2487g，浸水飽和后質(zhì)量為，浸水飽和后質(zhì)量為2984g。求該磚。求該磚 的密度、干表觀密度、吸水率、開(kāi)口孔隙率及

11、閉口孔隙率。的密度、干表觀密度、吸水率、開(kāi)口孔隙率及閉口孔隙率。 3 /70 . 2 %)371 (3 . 5 5 . 1124 2487 cmg V m 密度密度 3 0 0 /1700 053. 0115. 024. 0 487. 2 mkg V m 干表觀密度干表觀密度 20%100 8724 24872984 %100 m mm 干 干吸 質(zhì) W吸水率吸水率 土木工程概論第三講復(fù)28 g b R f f K |1-31-3 某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測(cè)得的抗壓強(qiáng) 度分別為174、178、165 MPa，求該石材的軟化系數(shù)，并 判斷該石材可否用于水下工程。 |解 |該石材的軟化系數(shù)

12、為: 93.0 178 165 g b R f f K 由于該石材的軟化系數(shù)為0.93，大于0.85，故該石材 可用于水下工程。 土木工程概論第三講復(fù)30 （2 2）抗?jié)B等級(jí)）抗?jié)B等級(jí) 指石料、砼或砂漿所能指石料、砼或砂漿所能承受的最大水壓力承受的最大水壓力。 如：最大承水壓力為如：最大承水壓力為0.20.2MPa，表示為，表示為P2，有，有P2、P4、P6 、P8 d AtH KQ S AtH Qd KS 抗?jié)B性：抵抗壓力水滲透的性質(zhì)抗?jié)B性：抵抗壓力水滲透的性質(zhì) 土木工程概論第三講復(fù)31 土木工程概論第三講復(fù)32 觀察與討論觀察與討論 某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面，某工程頂

13、層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面， 請(qǐng)問(wèn)選擇何種材料？請(qǐng)問(wèn)選擇何種材料？ 土木工程概論第三講復(fù)33 土木工程概論第三講復(fù) 34 材料名稱材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mW/(mK)K)比熱，比熱，kJ/(kgkJ/(kgK K) ) 銅3700.38 鋼550.46 石灰?guī)r 2.663.230.7490.846 花崗巖2.913.450.7160.92 大理巖2.450.875 普通混凝土1.80.88 粘土空心磚0.640.92 松木0.170.352.51 玻璃2.73.260.83 泡沫塑料0.031.30 水0.604.187 密閉空氣0.0231 常用材料的熱性質(zhì)指標(biāo)常用材

14、料的熱性質(zhì)指標(biāo) 土木工程概論第三講復(fù) 35 思考：為什么在冬季混凝土施工中，思考：為什么在冬季混凝土施工中， 當(dāng)需對(duì)原材料進(jìn)行加熱時(shí)，應(yīng)優(yōu)先當(dāng)需對(duì)原材料進(jìn)行加熱時(shí)，應(yīng)優(yōu)先 對(duì)水進(jìn)行加熱？對(duì)水進(jìn)行加熱？ 因?yàn)樗谋葻崛荼壬笆笠驗(yàn)樗谋葻崛荼壬笆?倍多倍多.顯然顯然 對(duì)于同樣多的水和砂石來(lái)說(shuō)對(duì)于同樣多的水和砂石來(lái)說(shuō),在吸收的熱在吸收的熱 量相等的情況下量相等的情況下,水的溫度上升得少水的溫度上升得少,而砂而砂 石的溫度上升得多石的溫度上升得多. 土木工程概論第三講復(fù) 36 解釋解釋:沿海地區(qū)及我國(guó)東南部白天和晚上的沿海地區(qū)及我國(guó)東南部白天和晚上的 氣溫變化氣溫變化_不大不大_,而在沙漠地區(qū)及我

15、國(guó)而在沙漠地區(qū)及我國(guó) 西北部晝夜氣溫變化西北部晝夜氣溫變化_較大較大_. 因?yàn)樗谋葻崛荼壬笆笠驗(yàn)樗谋葻崛荼壬笆?倍多倍多.顯然對(duì)于顯然對(duì)于 同樣多的水和砂石來(lái)說(shuō)同樣多的水和砂石來(lái)說(shuō),在吸收的熱量相在吸收的熱量相 等的情況下等的情況下,水的溫度上升得少水的溫度上升得少,而砂石的而砂石的 溫度上升得多溫度上升得多. 土木工程概論第三講復(fù)37 水的比熱容較大在生產(chǎn)和 生活中的應(yīng)用 1、用熱水取暖。 2、用水冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)。 3、農(nóng)村在培育秧苗時(shí)，為使秧苗夜 間不致受凍，傍晚要往田里灌水，早 晨再把水放出去。 土木工程概論第三講復(fù) 38 五、五、 材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì) 材料在外力(荷載)作

16、用下抵抗破壞的能 力，稱為強(qiáng)度。 當(dāng)材料承受外力作用時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生 應(yīng)力。隨著外力逐漸增加，應(yīng)力也相應(yīng)增 大。直至材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的作用力不能再 抵抗這種應(yīng)力時(shí)，材料即破壞，此時(shí)的極 限應(yīng)力值就是材料的強(qiáng)度。 強(qiáng)強(qiáng) 度度 土木工程概論第三講復(fù) 39 根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗 拉、抗壓、抗剪和抗彎(抗折)強(qiáng)度。 材料受力示意圖 (a)拉力；(b)壓力；(c)剪切；(d)彎曲 土木工程概論第三講復(fù) 40 材料的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度的計(jì)算 式為： F f A 式中：f材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度，MPa F材料承受的最大荷載， A材料的受力面積，mm2 土木工程概論第三講復(fù) 41 式中：f材

17、料的抗彎(折)強(qiáng)度，MPa F材料承受的最大荷載， L兩支點(diǎn)之間的距離，mm b材料受力截面的寬度，mm h材料受力截面的高度，mm 材料的抗彎強(qiáng)度的計(jì)算式為： 2 3 2 F L f b h 土木工程概論第三講復(fù) 42 材料的強(qiáng)度主要取決于它的組成和結(jié) 構(gòu)。一般說(shuō)材料孔隙率越大，強(qiáng)度越低， 另外不同的受力形式或不同的受力方向， 強(qiáng)度也不相同。 土木工程概論第三講復(fù) 43 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去 外力后變形隨即消失，這種性質(zhì)稱為彈 性。這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去 外力后仍保持變形后的形狀和尺寸，并 且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。不能恢 復(fù)的變形稱為

18、塑性變形。 彈性與塑性彈性與塑性 土木工程概論第三講復(fù) 44 材料受力破壞時(shí)，無(wú)顯著的變形而突 然斷裂的性質(zhì)稱為脆性。在常溫、靜荷 載下具有脆性的材料稱為脆性材料。 在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，材料能夠 吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的 變形而不致破壞的性質(zhì)稱為韌性或沖擊 韌性。 脆性與韌性脆性與韌性 土木工程概論第三講復(fù) 45 材料的耐久性材料的耐久性 材料的耐久性是指其在長(zhǎng)期的使用過(guò) 程中，能抵抗環(huán)境的破壞作用，并保持原 有性質(zhì)不變、不破壞的一項(xiàng)綜合性質(zhì)。 由于環(huán)境作用因素復(fù)雜，耐久性也難以 用一個(gè)參數(shù)來(lái)衡量。工程上通常用材料抵 抗使用環(huán)境中主要影響因素的能力來(lái)評(píng)價(jià) 耐久性，如抗?jié)B性、抗凍性、抗老化和抗 碳化等性質(zhì)。 土木工程概論第三講復(fù) 46 環(huán)境對(duì)材料的破壞作用，可分為物理作用、 化學(xué)作用和生物作用，不同材料受到的環(huán) 境作用及程度也不相同。 影響材料耐久性的內(nèi)在因素很多，除了材 料本身的組成結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等因素外，材料 致密程度、表面狀態(tài)和孔隙特征對(duì)耐久性 影響很大。 工程上常用提高密實(shí)度、改善表面狀態(tài)和 孔隙結(jié)構(gòu)的方法來(lái)提高耐久性。 土木工程概論第三講復(fù)47 土木工程概論第三講復(fù)48 土木工程概論第三講復(fù)4