第1章土木工程材料的基本性質(zhì)課件

第1章土木工程材料的基本性質(zhì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)（1）密度、表觀密度、堆積密度（2）孔隙率、空隙率（3）含水率、吸水率、軟化系數(shù)（4）抗壓、抗拉、抗剪、抗彎強(qiáng)度（5）彈性、塑性；脆性、韌性學(xué)習(xí)難點(diǎn)密度、表觀密度、堆積密度的區(qū)分，孔隙率、空隙率的計(jì)算。第1章土木工程材料的基本性質(zhì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)1.1材料科學(xué)的基本理論1.2材料的基本物理性質(zhì)（1）密度第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.固體

2.閉口孔隙

3.開(kāi)口孔隙

絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況下），單位體積的干質(zhì)量。如何測(cè)量？1.1材料科學(xué)的基本理論第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.李氏瓶測(cè)定“絕對(duì)密實(shí)體積”密度：絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況下），單位體積的干質(zhì)量。李氏瓶測(cè)定“絕對(duì)密實(shí)體積”密度：絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況近似密度砂石等材料用排液置換法測(cè)量近似密度時(shí)，對(duì)應(yīng)的體積是？？1.固體

2.閉口孔隙

3.開(kāi)口孔隙

近似密度砂石等材料用排液置換法測(cè)量近似密度時(shí)，對(duì)應(yīng)的體積是？表觀密度計(jì)算表觀密度對(duì)應(yīng)的體積是？？1.固體

2.閉口孔隙

3.開(kāi)口孔隙

對(duì)于規(guī)則形狀材料的體積，可用量具測(cè)得。對(duì)于不規(guī)則形狀材料的體積，可用封蠟排液法測(cè)得。表觀密度計(jì)算表觀密度對(duì)應(yīng)的體積是？？1.固體

2.閉口孔隙堆積密度指散?；蚍蹱畈牧显诙逊e狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，包含了顆粒之間的“空隙”。材料堆積體積包括：實(shí)體體積+孔隙體積（閉口孔隙體積+開(kāi)口孔隙體積）＋空隙體積材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。堆積密度指散粒或粉狀材料在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，包含了顆三種密度的比較密度表觀密度堆積密度對(duì)應(yīng)體積實(shí)體體積實(shí)體體積＋開(kāi)口、閉口孔隙體積實(shí)體體積＋開(kāi)口、閉口孔隙體積＋空隙體積對(duì)應(yīng)質(zhì)量呢？干重！三種密度的比較密度表觀密度堆積密度對(duì)應(yīng)體積實(shí)體體積實(shí)體體積＋1.2.2 材料的密實(shí)度與孔隙率（1）密實(shí)度：表示材料內(nèi)被固體所填充的程度。（2）孔隙率：材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。1.2.2 材料的密實(shí)度與孔隙率（1）密實(shí)度：表示材料內(nèi)被固1.2.3材料的填充率與空隙率（1） 填充率：表觀體積（包括顆粒的固體、開(kāi)口閉口孔隙）與堆積體積的比值。（2）空隙率：空隙體積與堆積體積的比值。空隙率可作為控制混凝土骨料的級(jí)配及計(jì)算砂率的依據(jù)。1.2.3材料的填充率與空隙率（1） 填充率：表觀體積（包P18習(xí)題1.4（1）求表觀密度（2）求空隙率P18習(xí)題1.4（1）求表觀密度（2）求空隙率1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)1親水與憎水1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)1親水與憎水1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)

1親水與憎水潤(rùn)濕邊角:當(dāng)材料與水接觸時(shí)，在材料、水以及空氣三相的交點(diǎn)處，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤(rùn)濕邊角，θ角愈小，表明材料愈易被水潤(rùn)濕。親水性材料（θ≤90°），如磚、石材、混凝土、鋼材、木材等。憎水性材料（θ＞90°），如瀝青、石蠟等。1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)

1親水與憎水潤(rùn)濕邊角:當(dāng)2材料的吸水性與吸濕性1）含水率

例：100g土中含水20g，該土的含水率為20％，對(duì)嗎？2)吸水性、吸水率材料與水接觸吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料吸水飽和時(shí)的含水率稱為吸水率。材料具有細(xì)微而連通的孔隙，則其吸水率較大；封閉或粗大的孔隙材料，其吸水率較低。不同材料的吸水率差別很大。（X）2材料的吸水性與吸濕性1）含水率

例：100g土中含水22材料的吸水性與吸濕性3）吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕作用一般是可逆的，最后與空氣濕度達(dá)到平衡，平衡時(shí)的含水率稱為平衡含水率。保溫材料吸濕后，將大大降低其保溫隔熱性能，要特別注意采取有效防護(hù)措施。木材的吸濕性特別明顯。2材料的吸水性與吸濕性3）吸濕性3材料的耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力稱為材料的耐水性。狹義耐水性指水對(duì)材料力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的劣化作用。定向吸附，劈裂破壞；吸水膨脹，開(kāi)裂破壞；物質(zhì)溶解，孔隙增大。在設(shè)計(jì)長(zhǎng)期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)時(shí)，必須選用軟化系數(shù)＞0.85的材料。3材料的耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力稱為材料的耐水性。4.材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性。抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標(biāo)。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)單位面積的水量。4.材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性?？?jié)B性4.材料的抗?jié)B性材料的抗?jié)B性與材料內(nèi)部的孔隙率特別是開(kāi)口孔隙率有關(guān)，開(kāi)口空隙率越大，大孔含量越多，則抗?jié)B性越差。地下建筑及水工建筑等，因經(jīng)常受壓力水的作用，所用材料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性。對(duì)于防水材料則應(yīng)具有好的抗?jié)B性。4.材料的抗?jié)B性材料的抗?jié)B性與材料內(nèi)部的孔隙率特別是開(kāi)口孔練習(xí)某材料的密度為2.68g/cm3，干表觀密度為1680Kg/m3，現(xiàn)將一重930g的該材料浸入水中，吸水飽和后取出稱重為1035g，試求該材料的孔隙率、吸水率、開(kāi)口孔隙率及閉口孔隙率。

吸水率＝105/930=11.3%練習(xí)某材料的密度為2.68g/cm3，干表觀密度為1681.3 材料的基本力學(xué)性質(zhì)1.3.1材料的理論強(qiáng)度實(shí)際強(qiáng)度往往遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度，為什么？材料性質(zhì)不均勻，缺陷：微裂紋，微孔隙。應(yīng)力集中。“千里之堤，潰于蟻穴?！睉?yīng)力:單位面積上的內(nèi)力。應(yīng)力單位:MPa,KPa,Pa,N/m21.3 材料的基本力學(xué)性質(zhì)1.3.1材料的理論強(qiáng)度1.3.2材料的強(qiáng)度強(qiáng)度：材料破壞時(shí)所承受的極限應(yīng)力值。根據(jù)所受外力的作用形式不同材料強(qiáng)度可分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎（抗折、彎拉）強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。1.3.2材料的強(qiáng)度強(qiáng)度：材料破壞時(shí)所承受的極限應(yīng)力值。例題：P18，題1.2。飽水抗壓強(qiáng)度＝185/(0.115*0.12)=13406kPa=13.4MPa干燥抗壓強(qiáng)度＝207/(0.115*0.12)=15000kPa=15MPa軟化系數(shù)＝13.4/15=0.893>0.85，故可用于常與水接觸的工程結(jié)構(gòu)物。例題：P18，題1.2。飽水抗壓強(qiáng)度材料的“物盡其用”磚、石、混凝土：抗壓強(qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度較低。鋼材：抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均較高。強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系：孔隙率越大，強(qiáng)度越-----?。同一種材料的強(qiáng)度分級(jí)：C30（強(qiáng)度為30MPa的混凝土），C50?HPB235（強(qiáng)度為235MPa的熱軋光圓鋼筋）HRB335（強(qiáng)度為335MPa的熱軋帶肋鋼筋）。低材料的“物盡其用”磚、石、混凝土：抗壓強(qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度較低1.3.3彈性與塑性

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱為彈性?？赏耆謴?fù)的變形稱為彈性變形。

材料在外力作用下，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)一定限值時(shí)產(chǎn)生顯著變形，且不產(chǎn)生裂縫或發(fā)生斷裂，外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)稱為塑性。不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。

實(shí)際上，單純的彈性材料是沒(méi)有的，大多數(shù)材料在受力不大的情況下表現(xiàn)為彈性，受力超過(guò)一定限度后則表現(xiàn)為塑性，所以可稱之為彈塑性材料。1.3.3彈性與塑性

材料在外力作用下產(chǎn)生變形1.3.4

脆性與韌性

材料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)一定值時(shí)，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時(shí)無(wú)明顯的塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性。

材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，同時(shí)產(chǎn)生較大的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。1.3.4脆性與韌性

材料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)一1.4材料的耐久性

耐久性是指材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，抵抗各種環(huán)境因素的破壞作用，保持其原有性能而不變質(zhì)、不破壞的性質(zhì)。它是材料的一種復(fù)雜的、綜合的性質(zhì)，包括抗?jié)B性、抗凍性、碳化、老化、銹蝕、腐朽等性能。寧波北侖港碼頭混凝土梁開(kāi)裂1.4材料的耐久性

耐久性是指材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程本章小結(jié)（1）密度、表觀密度、堆積密度（2）孔隙率、空隙率（3）含水率、吸水率、軟化系數(shù)（4）抗壓、抗拉、抗剪、抗彎強(qiáng)度（5）彈性、塑性；脆性、韌性本章小結(jié)（1）密度、表觀密度、堆積密度第1章土木工程材料的基本性質(zhì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)（1）密度、表觀密度、堆積密度（2）孔隙率、空隙率（3）含水率、吸水率、軟化系數(shù)（4）抗壓、抗拉、抗剪、抗彎強(qiáng)度（5）彈性、塑性；脆性、韌性學(xué)習(xí)難點(diǎn)密度、表觀密度、堆積密度的區(qū)分，孔隙率、空隙率的計(jì)算。第1章土木工程材料的基本性質(zhì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)1.1材料科學(xué)的基本理論1.2材料的基本物理性質(zhì)（1）密度第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.固體

2.閉口孔隙

3.開(kāi)口孔隙

絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況下），單位體積的干質(zhì)量。如何測(cè)量？1.1材料科學(xué)的基本理論第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.李氏瓶測(cè)定“絕對(duì)密實(shí)體積”密度：絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況下），單位體積的干質(zhì)量。李氏瓶測(cè)定“絕對(duì)密實(shí)體積”密度：絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況近似密度砂石等材料用排液置換法測(cè)量近似密度時(shí)，對(duì)應(yīng)的體積是？？1.固體

2.閉口孔隙

3.開(kāi)口孔隙

近似密度砂石等材料用排液置換法測(cè)量近似密度時(shí)，對(duì)應(yīng)的體積是？表觀密度計(jì)算表觀密度對(duì)應(yīng)的體積是？？1.固體

2.閉口孔隙

3.開(kāi)口孔隙

對(duì)于規(guī)則形狀材料的體積，可用量具測(cè)得。對(duì)于不規(guī)則形狀材料的體積，可用封蠟排液法測(cè)得。表觀密度計(jì)算表觀密度對(duì)應(yīng)的體積是？？1.固體

2.閉口孔隙堆積密度指散?；蚍蹱畈牧显诙逊e狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，包含了顆粒之間的“空隙”。材料堆積體積包括：實(shí)體體積+孔隙體積（閉口孔隙體積+開(kāi)口孔隙體積）＋空隙體積材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。堆積密度指散?；蚍蹱畈牧显诙逊e狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，包含了顆三種密度的比較密度表觀密度堆積密度對(duì)應(yīng)體積實(shí)體體積實(shí)體體積＋開(kāi)口、閉口孔隙體積實(shí)體體積＋開(kāi)口、閉口孔隙體積＋空隙體積對(duì)應(yīng)質(zhì)量呢？干重！三種密度的比較密度表觀密度堆積密度對(duì)應(yīng)體積實(shí)體體積實(shí)體體積＋1.2.2 材料的密實(shí)度與孔隙率（1）密實(shí)度：表示材料內(nèi)被固體所填充的程度。（2）孔隙率：材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。1.2.2 材料的密實(shí)度與孔隙率（1）密實(shí)度：表示材料內(nèi)被固1.2.3材料的填充率與空隙率（1） 填充率：表觀體積（包括顆粒的固體、開(kāi)口閉口孔隙）與堆積體積的比值。（2）空隙率：空隙體積與堆積體積的比值?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇系募?jí)配及計(jì)算砂率的依據(jù)。1.2.3材料的填充率與空隙率（1） 填充率：表觀體積（包P18習(xí)題1.4（1）求表觀密度（2）求空隙率P18習(xí)題1.4（1）求表觀密度（2）求空隙率1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)1親水與憎水1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)1親水與憎水1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)

1親水與憎水潤(rùn)濕邊角:當(dāng)材料與水接觸時(shí)，在材料、水以及空氣三相的交點(diǎn)處，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤(rùn)濕邊角，θ角愈小，表明材料愈易被水潤(rùn)濕。親水性材料（θ≤90°），如磚、石材、混凝土、鋼材、木材等。憎水性材料（θ＞90°），如瀝青、石蠟等。1.2.4 材料與水相關(guān)的性質(zhì)

1親水與憎水潤(rùn)濕邊角:當(dāng)2材料的吸水性與吸濕性1）含水率

例：100g土中含水20g，該土的含水率為20％，對(duì)嗎？2)吸水性、吸水率材料與水接觸吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料吸水飽和時(shí)的含水率稱為吸水率。材料具有細(xì)微而連通的孔隙，則其吸水率較大；封閉或粗大的孔隙材料，其吸水率較低。不同材料的吸水率差別很大。（X）2材料的吸水性與吸濕性1）含水率

例：100g土中含水22材料的吸水性與吸濕性3）吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕作用一般是可逆的，最后與空氣濕度達(dá)到平衡，平衡時(shí)的含水率稱為平衡含水率。保溫材料吸濕后，將大大降低其保溫隔熱性能，要特別注意采取有效防護(hù)措施。木材的吸濕性特別明顯。2材料的吸水性與吸濕性3）吸濕性3材料的耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力稱為材料的耐水性。狹義耐水性指水對(duì)材料力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的劣化作用。定向吸附，劈裂破壞；吸水膨脹，開(kāi)裂破壞；物質(zhì)溶解，孔隙增大。在設(shè)計(jì)長(zhǎng)期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)時(shí)，必須選用軟化系數(shù)＞0.85的材料。3材料的耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力稱為材料的耐水性。4.材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性?？?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標(biāo)。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)單位面積的水量。4.材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性?？?jié)B性4.材料的抗?jié)B性材料的抗?jié)B性與材料內(nèi)部的孔隙率特別是開(kāi)口孔隙率有關(guān)，開(kāi)口空隙率越大，大孔含量越多，則抗?jié)B性越差。地下建筑及水工建筑等，因經(jīng)常受壓力水的作用，所用材料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性。對(duì)于防水材料則應(yīng)具有好的抗?jié)B性。4.材料的抗?jié)B性材料的抗?jié)B性與材料內(nèi)部的孔隙率特別是開(kāi)口孔練習(xí)某材料的密度為2.68g/cm3，干表觀密度為1680Kg/m3，現(xiàn)將一重930g的該材料浸入水中，吸水飽和后取出稱重為1035g，試求該材料的孔隙率、吸水率、開(kāi)口孔隙率及閉口孔隙率。

吸水率＝105/930=11.3%練習(xí)某材料的密度為2.68g/cm3，干表觀密度為1681.3 材料的基本力學(xué)性質(zhì)1.3.1材料的理論強(qiáng)度實(shí)際強(qiáng)度往往遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度，為什么？材料性質(zhì)不均勻，缺陷：微裂紋，微孔隙。應(yīng)力集中?！扒Ю镏?，潰于蟻穴。”應(yīng)力:單位面積上的內(nèi)力。應(yīng)力單位:MPa,KPa,Pa,N/m21.3 材料的基本力學(xué)性質(zhì)1.3.1材料的理論強(qiáng)度1.3.2材料的強(qiáng)度強(qiáng)度：材料破壞時(shí)所承受的極限應(yīng)力值。根據(jù)所受外力的作用形式不同材料強(qiáng)度可分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎（抗折、彎拉）強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。1.3.2材料的強(qiáng)度強(qiáng)度：材料破壞時(shí)所承受的極限應(yīng)力值。例題：P18，題1.2。飽水抗壓強(qiáng)度＝185/(0.115*0.12)=13406kPa=13.4MPa干燥抗壓強(qiáng)度＝207/(0.115*0.12)=15000kPa=15MPa軟化系數(shù)＝13.4/15=0.893>0.85，故可用于常與水接觸的工程結(jié)構(gòu)物。例題：P18，題1.2。飽水抗壓強(qiáng)度材料的“物盡其用”磚、石、混凝土：抗壓強(qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度較低。鋼材：抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均較高。強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系：孔隙率越大，強(qiáng)度越-----?。同一種材料的強(qiáng)度分級(jí)：C30（強(qiáng)度為30MPa的混凝土），C50?HPB235（強(qiáng)度為235MPa的熱軋光圓鋼筋）HRB335（強(qiáng)度為33