土木工程材料介紹課件

土木工程材料土木工程材料1土木工程材料的種類

按化學成分：無機材料金屬材料： 黑色金屬材料——鋼、鐵 有色金屬材料——鋁、銅、合金非金屬材料：天然石材——大理石、花崗石 燒土制品——磚、瓦、陶瓷、玻璃膠凝材料——石灰、石膏、水泥、水玻璃 混凝土及硅酸鹽制品——砂漿、混凝土

土木工程材料的種類

按化學成分：無機材料金屬材料：2土木工程材料的種類

按化學成分：有機和復合材料有機材料： 植物材料——木材、竹子 瀝青材料——石油瀝青、煤瀝青、瀝青制品高分子材料——塑料、涂料、粘合劑、油漆復合材料：金屬材料與無機非金屬材料復合——

鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土 金屬材料與有機材料復合——

輕質金屬夾芯板

無機非金屬材料與有機材料復合——

瀝青混合料、玻璃纖維增強塑料土木工程材料的種類

按化學成分：有機和復合材料有機材料：3土木工程材料的種類

按用途分結構材料：磚、石材、砌塊、鋼材、混凝土防水材料：瀝青、塑料、橡膠、金屬、 聚乙烯膠泥飾面材料：墻面磚、石材、彩鋼板、 彩色混凝土吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、 膨脹珍珠巖絕熱材料:塑料、橡膠、泡沫混凝土衛(wèi)生工程材料：金屬管道、塑料、陶瓷土木工程材料的種類

按用途分結構材料：磚、石材、砌塊、鋼材、4土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代原始時代——天然材料：木材、巖石、竹、粘土石器、鐵器時代——

金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏 萬里長城（200BC):條石、大磚、石灰砂漿 布達拉宮：石材、石灰砂漿 羅馬園劇場（70-80AC):石材、石灰砂漿土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代原始時代——天然材料5土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代

金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代 金字塔（2000-6土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代 萬里長城（200BC):條石、大磚、石灰砂漿土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代 萬里長城（2007土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代 布達拉宮：石材、石灰砂漿土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代 布達拉宮：石材8土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代 羅馬園劇場（70-80AC):石材、石灰砂漿土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：古代 羅馬園劇場（709土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：近現(xiàn)代18世紀中葉——鋼材、水泥(J.Aspdin,1824）19世紀——鋼筋混凝土（1890-1892）；中國，189819世紀——鋼材20世紀——預應力混凝土、高分子材料21世紀——輕質、高強、節(jié)能、高性能綠色建材 土木工程材料的種類

建筑材料的發(fā)展：近現(xiàn)代18世紀中葉——鋼10土木工程材料的種類

地位和作用1、建筑材料是發(fā)展建筑業(yè)的物質基礎材料費用一般占建筑工程總造價的50-70%；

“十五”期間我國全社會固定資產投資總規(guī)模為22～24萬億元。固定資產投資的60％～70％將用于建筑設施建設或工程安裝，從而轉化為建筑業(yè)的產值建筑業(yè)產值中的30％～40％又要轉化為對建材業(yè)的需求，尤其是對水泥產品的需求2002年，我國共生產水泥約70000萬噸，比2001年大幅增長了12.7%，占世界產量的三分之一左右，超過亞洲產量的50%強2008年，我國鋼材產量超過5億噸，超過其他八大鋼鐵大國的總和土木工程材料的種類

地位和作用1、建筑材料是發(fā)展建筑業(yè)的物質11土木工程材料的種類

地位和作用2、建筑材料是土木工程安全的基本保證3、建筑材料對結構設計和施工有決定性影響土木工程材料的種類

地位和作用2、建筑材料是土木工程安全的基12土木工程材料的基本性質

材料的組成化學組成 無機非金屬建筑材料：以各種氧化物含量來表示 金屬材料：以元素含量來表示 化學組成決定著材料的化學性質，影響其物理性質 和力學性質

礦物組成 材料中具有特定晶體結構、特定物理力學性能的組織結構稱為礦物。 礦物組成是無機非金屬材料中化合物存在的基本形式。相組成 材料中結構相近、性質相同的均勻部分稱為相（氣、液、固）土木工程材料的基本性質

材料的組成化學組成13土木工程材料的基本性質

材料的結構與構造：宏觀結構宏觀結構 是指用肉眼和放大鏡能夠分辨的粗大組織按孔隙特征分：1）致密結構，例如鋼鐵、有色金屬2）多孔結構，加氣混凝土、泡沫塑料

3）微孔結構，如石膏制品、粘土磚瓦等按組織構造特征分：

1）堆聚結構，如水泥混凝土，瀝青混合料2）纖維結構，如木材纖維、礦物棉纖維3）層狀結構，如膠合板、夾芯板

4）散粒結構，如混凝土骨料、添充料土木工程材料的基本性質

材料的結構與構造：宏觀結構宏觀結構14土木工程材料的基本性質

材料的結構與構造：細觀結構細觀結構 是指用光學顯微鏡可以觀察的結構，介于宏觀與微觀之間的結構形式1）金屬材料晶粒的粗細及其金相組織2）木材的木纖維3）混凝土中的孔隙及界面土木工程材料的基本性質

材料的結構與構造：細觀結構細觀結構15土木工程材料的基本性質

材料的結構與構造：微觀結構微觀結構 是指材料在原子、分子層次的結構，可用電子顯微鏡或X射線來進行分析研究。材料的微觀結構，基本上可分為晶體與非晶體（玻璃體和膠體）晶體結構的特征是其內部質點（離子、原子、分子）按照特定的規(guī)則在空間周期性排列。非晶體也稱玻璃體或無定形體，如無機玻璃。玻璃體是化學不穩(wěn)定結構，在空間上呈非周期性排列。土木工程材料的基本性質

材料的結構與構造：微觀結構微觀結構16土木工程材料的狀態(tài)參數(shù)

材料的體積體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。

材料的絕對密實體積：干材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內部沒有孔隙時的體積，或不包括內部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示材料的絕對密實體積材料的表觀體積：材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內部孔隙和水分）。材料的堆積體積：粉狀或粒狀材料，在堆集狀態(tài)下的總體外觀體積。根據其堆積狀態(tài)不同，同一材料表現(xiàn)的體積大小可能不同，松散堆積下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。土木工程材料的狀態(tài)參數(shù)

材料的體積體積是材料占有的空間尺寸。17土木工程材料的狀態(tài)參數(shù)

材料的密度材料的密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質量。材料的堆積密度，是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質量。土木工程材料的狀態(tài)參數(shù)

材料的密度材料的密度是指材料在絕對密18土木工程材料的狀態(tài)參數(shù)

材料的孔隙率材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率。土木工程材料的狀態(tài)參數(shù)

材料的孔隙率材料的孔隙率是指材料內部19土木工程材料的物理性質材料的親水性和憎水性材料與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結構親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內聚力。土木工程材料的物理性質材料的親水性和憎水性材料與水接觸時，有20土木工程材料的物理性質材料的親水性和憎水性材料潤濕示意圖

（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料土木工程材料的物理性質材料的親水性和憎水性材料潤濕示意圖

（21土木工程材料的物理性質材料的親水性和憎水性材料與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結構親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內聚力。土木工程材料的物理性質材料的親水性和憎水性材料與水接觸時，有22土木工程材料的物理性質材料的吸水性與吸濕性材料的吸水率與其孔隙率有關，更與其孔特征有關。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經過連通孔滲入內部的。材料內與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的土木工程材料的物理性質材料的吸水性與吸濕性材料的吸水率與其孔23土木工程材料的物理性質材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質。材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化系數(shù)小的材料耐水性差，其使用環(huán)境尤其受到限制土木工程材料的物理性質材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在24土木工程材料的物理性質材料的抗凍性材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內凍結成冰，體積膨漲所產生的凍脹壓力造成材料的內應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞?？箖鲂允侵覆牧显谖柡蜖顟B(tài)下，能經受反復凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能土木工程材料的物理性質材料的抗凍性材料吸水后，在負溫作用條件25土木工程材料的物理性質材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當材料兩側的水壓差較高時，水可能從高壓側通過內部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介質，或將材料內的某些成分帶出，造成材料的破壞。土木工程材料的物理性質材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是材料在壓力水作用下26土木工程材料的熱工性質（1）導熱性：當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質，稱為材料的導熱性熱容量和比熱：材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質稱為材料的熱容量。單位質量材料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。熱阻：熱阻是材料層（墻體或其它圍護結構）抵抗熱流通過的能力。土木工程材料的熱工性質（1）導熱性：當材料兩面存在溫度差時，27土木工程材料的熱工性質（2）材料的溫度變形性

溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。

除個別材料以外，多數(shù)材料在溫度升高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。這種變化表現(xiàn)在單向尺寸時，為線膨脹或線收縮，相應的技術指標為線膨脹系數(shù)α。材料的單向線膨脹量或線收縮量計算公式為：

ΔL=（t2-t1）·α·L

土木工程材料的熱工性質（2）材料的溫度變形性

28土木工程材料的力學性質材料的強度根據外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內部的應力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應力也隨之增大，直至應力超過材料內部質點所能抵抗的極限，即強度極限，材料發(fā)生破壞。土木工程材料的力學性質材料的強度根據外力作用方式的不同，材料29土木工程材料的力學性質材料的彈性和塑性材料在外力作用下產生變形，當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。材料在外力作用下產生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產生裂縫的性質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。土木工程材料的力學性質材料的彈性和塑性材料在外力作用下產生變30土木工程材料的力學性質材料的脆性和韌性材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時，應注意發(fā)揮這類材料的特性。材料在沖擊或動力荷載作用下，能吸收較大能量而不破壞的性能，稱為韌性或沖擊韌性。土木工程材料的力學性質材料的脆性和韌性材料受力達到一定程度時31土木工程材料的力學性質材料的硬度和耐磨性材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。

刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為１０個硬度等級耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示。土木工程材料的力學性質材料的硬度和耐磨性材料的硬度是材料表面32土木工程材料的力學性質材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內在或外來自然因素及有害介質的作用，能長久地保持其使用性能的性質。材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。土木工程材料的力學性質材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使33土木工程材料的力學性質材料的耐久性物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或導致內部裂縫的擴展。時間長久之后即會使材料逐漸破壞。在寒冷地區(qū)，凍融變化對材料會起著顯著的破壞作用。在高溫環(huán)境下，經常處于高溫狀態(tài)的建筑物或構筑物，所選用的建筑材料要具有耐熱性能。在民用和公共建筑中，考慮安全防火要求，須選用具有抗火性能的難燃或不燃的材料土木工程材料的力學性質材料的耐久性物理作用可有干濕變化、溫度34土木工程材料的力學性質材料的耐久性化學作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。土木工程材料的力學性質材料的耐久性化學作用包括大氣、環(huán)境水以35土木工程材料：鋼材

單向拉伸試驗N0.2%線彈性、彈性、屈服、強化、頸縮、斷裂土木工程材料：鋼材

單向拉伸試驗N0.2%線彈性、彈性、屈服36土木工程材料：鋼材

性能要求1.強度2.塑性5.可焊性3.韌性6.耐久性比例極限、屈服點、極限強度、屈強比4.冷加工性靜力韌性、沖擊韌性伸長率面縮率冷彎實驗施工可焊性、使用可焊性抗腐蝕能力、抗疲勞能力土木工程材料：鋼材

性能要求1.強度2.塑性5.可焊性3.韌37土木工程材料：鋼材

性能影響因素1.化學成分2.生產過程5.溫度3.時效6.加荷速度Fe,C,Si,Mn,V,S(O),P(N),其他4.應力應變歷史時間——硬化冶煉方法、澆鑄過程、軋制工藝不均勻溫度場引起的殘余應力超屈服加載——硬化、殘余應變與塑性變形引起的殘余應力低溫：沖擊韌性的溫度轉變區(qū)高溫：300°C藍脆、600°C軟化土木工程材料：鋼材

性能影響因素1.化學成分2.生產過程5.38土木工程材料：鋼材

性能影響因素土木工程材料：鋼材

性能影響因素39土木工程材料：鋼材

性能影響因素化學作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。土木工程材料：鋼材

性能影響因素化學作用包括大氣、環(huán)境水以及40土木工程材料：鋼材

鋼材牌號普通碳素鋼質量等級[脫氧方法]低合金鋼Q235A[F,b,(z)](舊稱3號鋼)Q235B[F,b,(z)]常溫下Ak要求Q235C[(z)]零度Ak要求Q235D[(TZ)]-20度