土木工程材料的基本性質(zhì)PPT教案

1、土木工程材料土木工程材料(cilio)的基本性質(zhì)的基本性質(zhì)第一頁，共52頁。圖圖1-1 1-1 材料組成示意圖材料組成示意圖11孔隙；孔隙； 2 2固體固體(gt)(gt)物質(zhì)物質(zhì) 在自然界和現(xiàn)實(shí)工程中，絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)的材料是不存在(cnzi)的，有些材料（如鋼材、玻璃等）可視為接近絕對(duì)密實(shí)，而絕大多數(shù)材料內(nèi)部都含有一定量的孔隙。 1.1.1 與質(zhì)量與質(zhì)量(zhling)有關(guān)的性質(zhì)有關(guān)的性質(zhì)第1頁/共52頁第二頁，共52頁。00Vm01.1.1 與質(zhì)量有關(guān)與質(zhì)量有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)式中 材料的表觀密度（kg/m3）； m材料的質(zhì)量（kg）； V0材料在自然狀態(tài)(zhungti)下的體積

2、（簡稱自然體積或表觀體積，包括材料的實(shí)體積和所含孔隙體積）（m3）。 材料的表觀密度除取決于材料的組成外，還與材料的孔隙率和孔隙的含水程度有關(guān)。材料孔隙率越大，其表觀密度越小。 當(dāng)孔隙中含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積均有所變化。（1-2）第2頁/共52頁第三頁，共52頁。1.1.1 與質(zhì)量有關(guān)與質(zhì)量有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第3頁/共52頁第四頁，共52頁。00Vm00V1.1.1 與質(zhì)量與質(zhì)量(zhling)有關(guān)的性質(zhì)有關(guān)的性質(zhì)式中 材料的堆積密度（kg/m3）； m材料的質(zhì)量(zhling)（kg）； 散粒或粉狀材料的自然堆積體積（包括顆粒體積和顆粒之間的空隙體積，圖1-2）（m3）。 堆積

3、密度取決于材料的表觀密度及測(cè)定時(shí)材料裝運(yùn)方式和疏密程度。工程中常據(jù)松散堆積密度確定顆粒狀材料堆放空間。 （1-3）第4頁/共52頁第五頁，共52頁。圖圖1-2 1-2 散粒材料堆積散粒材料堆積(duj)(duj)體積示意體積示意圖圖11固體物質(zhì)；固體物質(zhì)；22空隙；空隙；33孔隙孔隙 材料的堆積密度取決于材料的表觀密度以及測(cè)定時(shí)材料裝運(yùn)(zhungyn)方式和疏密程度。材料在松散堆積狀態(tài)下測(cè)得的堆積密度值小于緊密堆積狀態(tài)下測(cè)得的堆積密度值。 1.1.1 與質(zhì)量有關(guān)與質(zhì)量有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第5頁/共52頁第六頁，共52頁。名稱材料狀態(tài)體積包含內(nèi)容定義式研究對(duì)象密度絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)實(shí)體體積

4、理想材料表觀密度自然狀態(tài)實(shí)體體積孔隙體積固體材料堆積密度堆積狀態(tài)實(shí)體體積孔隙體積空隙體積粉、粒、纖維材料00Vm00VmVm1.1.1 與質(zhì)量有關(guān)與質(zhì)量有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第6頁/共52頁第七頁，共52頁。%100%10000VVDDVVVVVP1%100)1 (%100)1 (%10000001.1.1 與質(zhì)量有關(guān)與質(zhì)量有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì) （2）孔隙率（P） 孔隙率是指材料(cilio)內(nèi)部孔隙的體積占材料(cilio)總體積的百分率?？捎孟率接?jì)算：（1-4）（1-5）第7頁/共52頁第八頁，共52頁?？紫堵瘦^大孔隙率較大(jio d)的泡沫磚的泡沫磚密實(shí)密實(shí)(m sh

5、i)度較大的花崗度較大的花崗巖巖1.1.1 與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)第8頁/共52頁第九頁，共52頁。開孔結(jié)構(gòu)開孔結(jié)構(gòu)(jigu)的浮石復(fù)合材料的浮石復(fù)合材料閉孔結(jié)構(gòu)閉孔結(jié)構(gòu)(jigu)珍珍珠巖珠巖1.1.1 與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)第9頁/共52頁第十頁，共52頁。%100%100000VVD000001%100)1 (%100)1 (%100DVVVVVPDP1.1.1 與質(zhì)量有關(guān)與質(zhì)量有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì) （2）空隙率( ) 空隙率是指顆粒或粉狀材料(cilio)在堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積所占總體積的百分率?？捎孟率接?jì)算： (1-6)(1-7)第10頁/共

6、52頁第十一頁，共52頁。1.1.1 與質(zhì)量與質(zhì)量(zhling)有關(guān)的性質(zhì)有關(guān)的性質(zhì)第11頁/共52頁第十二頁，共52頁。名稱聯(lián) 系區(qū) 別密實(shí)度 分別從實(shí)體積和孔隙多少角度反映了固體材料的致密程度D+P=1 表征對(duì)象為固體材料孔隙率填充率 分別從固體物和空隙多少角度反映了顆?；蚍蹱畈牧系亩逊e緊密程度 + =1 表征對(duì)象為顆粒、粉狀等散粒材料空隙率PD1.1.1 與質(zhì)量與質(zhì)量(zhling)有關(guān)的性質(zhì)有關(guān)的性質(zhì) 總之，材料的密度、表觀密度、堆積密度、孔隙率及空隙(kngx)率等概念，都是認(rèn)識(shí)與掌握材料性能以及選擇應(yīng)用材料的重要指標(biāo)。 常用土木工程材料的基本物性能參數(shù)見表1-1。第12頁/共52

7、頁第十三頁，共52頁。材料密度（g/cm3） 表觀密度（kg/m3） 堆積密度（kg/m3） 孔隙率（%） 石灰石2.6018002600花崗石2.602.90250028000.53.0砂2.6014501650黏土2.6016001800普通粘土磚2.502.80160018002040黏土空心磚2.5010001400水泥3.1012001300普通混凝土20002800520輕骨料混凝土8001900木材1.554008005575鋼材7.8578500泡沫塑料2050玻璃2.5525500 常用土木工程材料的密度、表觀常用土木工程材料的密度、表觀(bio un)密度、堆積密度和孔隙率

8、密度、堆積密度和孔隙率 表表 1-1 1.1.1 與質(zhì)量有關(guān)與質(zhì)量有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第13頁/共52頁第十四頁，共52頁。圖圖1-3 1-3 材料材料(cilio)(cilio)的潤濕示意圖的潤濕示意圖 當(dāng)潤濕角=0時(shí)，表明該材料完全被水所潤濕; 潤濕角90的材料稱為(chn wi)親水性材料，如磚、混凝土、砂漿等； 潤濕角90的材料稱為(chn wi)憎水性材料，如瀝青、石蠟、塑料等。第14頁/共52頁第十五頁，共52頁。1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第15頁/共52頁第十六頁，共52頁。%100ggbmmmmW1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的

9、性質(zhì)的性質(zhì)式中 WV 材料(cilio)的體積吸水率（%）； VW 材料(cilio)吸水飽和時(shí)吸入水的體積（cm3 ） ；式中 Wm 材料的質(zhì)量吸水率（%）； mb 材料吸水飽和時(shí)的質(zhì)量（g）； mg 材料在干燥(gnzo)狀態(tài)下的質(zhì)量（g）。 體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，其內(nèi)部吸入水分的體積占干燥材料自然體積的百分率。按下式計(jì)算：（1-8）（1-9）第16頁/共52頁第十七頁，共52頁。1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第17頁/共52頁第十八頁，共52頁。1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第18頁/共52頁第十九頁，共52頁。名稱表征狀態(tài)表征指

10、標(biāo)影響因素吸水性材料浸水狀態(tài)下吸水率 材料的親水性或憎水性、材料的孔隙率大小、孔隙特征等吸濕性材料在潮濕空氣中含水率 材料的組成和構(gòu)造、空氣濕度和環(huán)境溫度等1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì) 通常情況下，無論是吸水或吸濕，往往會(huì)給材料及工程帶來一系列不良影響，使材料的許多性能(xngnng)發(fā)生改變，如自重增大、體積膨脹、抗凍性變差、保溫性能(xngnng)下降、強(qiáng)度和耐久性降低等。第19頁/共52頁第二十頁，共52頁。dwRffK1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第20頁/共52頁第二十一頁，共52頁。耐水耐水(nai shu)板材板材耐水耐水(nai

11、 shu)砌塊砌塊1.1.2 與水有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性質(zhì)第21頁/共52頁第二十二頁，共52頁。73. 0245180dWdWdwRPPAPAPffK1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第22頁/共52頁第二十三頁，共52頁。AtHQdKs1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)式中 KS滲透系數(shù)（cm/h）； Q透過材料試件的水量(shu lin)（cm3）； d試件厚度（cm）；(1-13)第23頁/共52頁第二十四頁，共52頁。1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第24頁/共52頁第二十五頁，共52頁。 抗凍等級(jí)標(biāo)定方法(fngf)是將

12、材料吸水飽和后，按規(guī)定方法(fngf)進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，以其質(zhì)量損失不超過5%，強(qiáng)度降低不超過25% ，所能經(jīng)受的最多凍融循環(huán)次數(shù)來確定。用符號(hào)“F”和最大凍融循環(huán)次數(shù)表示，如F15、F25、F50、F100等。材料的抗凍等級(jí)越高，其抗凍性越好。 凍融試驗(yàn)箱凍融試驗(yàn)箱1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第25頁/共52頁第二十六頁，共52頁。纖維混凝土凍融破壞纖維混凝土凍融破壞(phui)斷面斷面1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第26頁/共52頁第二十七頁，共52頁。砌塊砌塊(q kui)表面凍融表面凍融破壞破壞混凝土凍融破壞混凝土凍融破壞(phui)微

13、觀微觀圖圖 在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)工程種類、結(jié)構(gòu)部位、使用狀態(tài)、氣候條件等綜合因素，合理選擇材料的抗凍等級(jí)。輕混凝土、磚、面磚等墻體材料一般要求(yoqi)抗凍等級(jí)為F15、F25、F35；用在橋梁和道路的混凝土抗凍等級(jí)為F50、F100、F200；水工混凝土的抗凍等級(jí)為F500。1.1.2 與水有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性質(zhì)第27頁/共52頁第二十八頁，共52頁。1.1.2 與水有關(guān)與水有關(guān)(yugun)的性質(zhì)的性質(zhì)第28頁/共52頁第二十九頁，共52頁。TAtQd圖圖1-4（1-14）第29頁/共52頁第三十頁，共52頁。T 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 第30頁/共52頁第三十一頁，

14、共52頁。相差近2000倍 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 第31頁/共52頁第三十二頁，共52頁。材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK) 比熱容J/(gK) 材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK) 比熱容J/(gK) 鋼材58.00.48黏土空心磚0.640.92花崗石3.490.92松木0.170.352.51普通混凝土1.740.88泡沫塑料0.031.30水泥砂漿0.930.84冰2.202.05白灰砂漿0.810.84水0.604.19普通黏土磚0.810.84空氣0.0251.00 常將防止室內(nèi)熱量(rling)向室外散失稱為保溫；把防止外部熱量(rling)進(jìn)入室內(nèi)稱為隔熱。工程上把導(dǎo)熱系數(shù)小于0

15、.25W/(mK)的材料稱為保溫隔熱材料。 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 第32頁/共52頁第三十三頁，共52頁。聚氨酯保溫板聚氨酯保溫板砼保溫砼保溫(bown)砌塊砌塊 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 第33頁/共52頁第三十四頁，共52頁。)(TTmQCTT 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 式中 C比熱容J/(gK)； Q材料吸收或放出的熱量(rling)（J）； 材料受熱或冷卻前后的溫度差（K）。（1-15）第34頁/共52頁第三十五頁，共52頁。TTLLLTT 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 式中 線膨脹系數(shù)（1/k）； L 材料在溫度變化(b

16、inhu)前的長度（mm）； 材料的線膨脹量（mm）； 材料在升溫（或降溫）前后的溫度差（k）。（1-16）第35頁/共52頁第三十六頁，共52頁。因溫度變形因溫度變形(bin xng)引起的破壞引起的破壞 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 第36頁/共52頁第三十七頁，共52頁。為防止溫度為防止溫度(wnd)變形設(shè)置的伸縮縫變形設(shè)置的伸縮縫 1.1.3 與熱有關(guān)(yugun)的性質(zhì) 第37頁/共52頁第三十八頁，共52頁。第38頁/共52頁第三十九頁，共52頁。強(qiáng)度類別外力作用方式計(jì)算式參數(shù)含義 抗壓強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 抗剪強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度P 破壞荷載（N）A 受荷面積（mm2）L 跨度（

17、mm）b 斷面寬度（mm）h 斷面高度（mm） cftfvftmfAPfcAPftAPfv223bhPLftm 材料強(qiáng)度的分類材料強(qiáng)度的分類(fn li)(fn li)與計(jì)算式與計(jì)算式 表表 1-31-31.2.1 強(qiáng)度強(qiáng)度(qingd)與比強(qiáng)度與比強(qiáng)度(qingd)第39頁/共52頁第四十頁，共52頁。材料抗壓強(qiáng)度（MPa） 抗拉強(qiáng)度（MPa） 抗彎強(qiáng)度（MPa） 鋼材24018002401800花崗巖1002505810140普通混凝土10100142.08.0松木（順紋）30508012060100普通黏土磚7.5301.84.0 幾種常用材料幾種常用材料(cilio)(cilio)的強(qiáng)

18、度的強(qiáng)度 表表 1-4 1-41.2.1 強(qiáng)度強(qiáng)度(qingd)與比強(qiáng)度與比強(qiáng)度(qingd)第40頁/共52頁第四十一頁，共52頁。材料表觀密度（kg/m3） 抗壓強(qiáng)度（MPa） 比強(qiáng)度低碳鋼78504200.054普通混凝土2400400.017鋪通黏土磚1700100.006松木（順紋抗拉）5001000.200幾種常見幾種常見(chn jin)(chn jin)材料的比強(qiáng)度材料的比強(qiáng)度 表表 1-5 1-51.2.1 強(qiáng)度強(qiáng)度(qingd)與比強(qiáng)度與比強(qiáng)度(qingd)第41頁/共52頁第四十二頁，共52頁。第42頁/共52頁第四十三頁，共52頁。 不同的材料在力作用下表現(xiàn)出不同的變形特征。如低碳鋼在受力不大時(shí)，僅產(chǎn)生彈性變形，隨著外力增大至超過彈性極限之后(zhhu)，則出現(xiàn)塑性變形?；炷猎谑芰σ婚_始，彈性變形和塑性變形便同時(shí)發(fā)生，除去外力后，彈性變形可以恢復(fù)而塑性變形則不能恢復(fù)，這種變形稱為彈塑性變形，其應(yīng)力應(yīng)變?nèi)鐖D1-5所示，具有彈塑性變形特征的材料稱為彈塑性材料。 圖圖1-5 1-5 彈塑性材料變形彈塑性材料變形(b