第一章给排水工程材料的基本性质精选文档.ppt
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1、第一章第一章给给排水工程材料的基本性排水工程材料的基本性质质本讲稿第一页,共四十八页第一节第一节 材料的物理性质材料的物理性质一、一、材料的体积构成及含水状态材料的体积构成及含水状态 1、材料的体积构成、材料的体积构成 (1)块状材料块状材料V0=V+V孔孔孔隙按照特征分为开口孔隙和闭口孔隙孔隙按照特征分为开口孔隙和闭口孔隙(2)散粒材料散粒材料2、材料的含水状态、材料的含水状态干燥状态、气干状态、饱和面干状态、润湿状态干燥状态、气干状态、饱和面干状态、润湿状态本讲稿第二页,共四十八页二、二、材料的密度、表观密度、体积密度与堆积密度材料的密度、表观密度、体积密度与堆积密度 密度是指物质单位体积
2、的质量。密度是指物质单位体积的质量。1、实际密度、实际密度 材料在绝对密实状态下,单位体积所具有的质量。材料在绝对密实状态下,单位体积所具有的质量。式中:式中:实际密度(实际密度(g/cm3)m材料的质量(材料的质量(g)V材料在绝对密实状态下的体积(材料在绝对密实状态下的体积(cm3)本讲稿第三页,共四十八页、表观密度、表观密度式中式中0材料的表观密度(材料的表观密度(g/cm3或或kg/m3)m材料的质量(材料的质量(g或或kg)V0材料在自然状态下的体积,或称表观体积材料在自然状态下的体积,或称表观体积(cm3或或m3),包含内部空隙在内的体积包含内部空隙在内的体积单位体积(含材料实体及
3、闭口空隙)材料的干重单位体积(含材料实体及闭口空隙)材料的干重本讲稿第四页,共四十八页3、体积密度、体积密度式中式中0材料的体积密度(材料的体积密度(g/cm3或或kg/m3)m材料的质量(材料的质量(g或或kg)V材料在自然状态下的体积,材料在自然状态下的体积,包含内部空隙和外包含内部空隙和外部空隙在内的体积部空隙在内的体积材料在自然状态下单位体积的质量,俗称容重材料在自然状态下单位体积的质量,俗称容重本讲稿第五页,共四十八页4、堆积密度、堆积密度式中式中1散粒材料的堆积密度(散粒材料的堆积密度(g/cm3或或kg/m3)m散粒材料的质量(散粒材料的质量(g或或kg)V1材料在自然状态下的堆
4、积体积(材料在自然状态下的堆积体积(cm3或或m3)思考:实际密度、表观密度、体积密度和堆积密度之间的大小关系思考:实际密度、表观密度、体积密度和堆积密度之间的大小关系如何?如何?计算材计算材料的堆料的堆放空间放空间散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。可用下式表示可用下式表示本讲稿第六页,共四十八页三、三、材料的孔隙率和空隙率材料的孔隙率和空隙率1、孔隙率和密实度、孔隙率和密实度孔隙率:材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率,称孔隙率:材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率,称为材料的孔隙率(为材料的孔隙率(P)。可用下式表示
5、:)。可用下式表示:密实度:材料的固体物质部分的体积占总体积的比例,说明密实度:材料的固体物质部分的体积占总体积的比例,说明材料体积内被固体物质所充填的程度,即反映了材料的致密材料体积内被固体物质所充填的程度,即反映了材料的致密程度,按下式计算:程度,按下式计算:本讲稿第七页,共四十八页2、材料的空隙率与填充率、材料的空隙率与填充率空隙率空隙率:散颗材料(如砂、石子)堆积体积(:散颗材料(如砂、石子)堆积体积(V1)中,颗粒)中,颗粒间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)所占的百分率称为空隙间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)所占的百分率称为空隙率(率(P)填充率:散粒材料在自然堆积状态下,其中的颗粒体
6、积占填充率:散粒材料在自然堆积状态下,其中的颗粒体积占自然堆积状态下的体积的百分率(自然堆积状态下的体积的百分率(D)本讲稿第八页,共四十八页四、四、材料与水有关的性质材料与水有关的性质1.亲水性与憎水性亲水性与憎水性(1)概念)概念l亲水性:材料能被水润湿的性质,如砖、混凝土等。亲水性:材料能被水润湿的性质,如砖、混凝土等。l材料产生亲水性的原因是因其与水接触时,材料与水分子之材料产生亲水性的原因是因其与水接触时,材料与水分子之间的亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触,间的亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触,材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时,材材料与
7、水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时,材料则表现为憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。料则表现为憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。本讲稿第九页,共四十八页当材料与水接触时,在材料、水、空气三相的交界点,当材料与水接触时,在材料、水、空气三相的交界点,作沿水滴表面的切线,此切线与材料和水接触面的夹角作沿水滴表面的切线,此切线与材料和水接触面的夹角,称为润湿角,称为润湿角。(2)润湿角润湿角材料被水湿润的情况可用材料被水湿润的情况可用润湿角润湿角来表示。来表示。本讲稿第十页,共四十八页(3)亲水性材料与憎水性材料)亲水性材料与憎水性材料l角愈小,表明材料愈易被水润湿。角愈小,表明材料愈易被水润
8、湿。l当当90时,材料表面吸附水,材料能被水润湿而表现出亲水性,这种材时,材料表面吸附水,材料能被水润湿而表现出亲水性,这种材料称料称亲水性材料亲水性材料。l90时,材料表面不吸附水,此称时,材料表面不吸附水,此称憎水性材料憎水性材料。l当当=0时,表明材料完全被水润湿。时,表明材料完全被水润湿。本讲稿第十一页,共四十八页2、材料的吸水性与吸湿性、材料的吸水性与吸湿性式中式中Wm材料的质量吸水率();材料的质量吸水率();mb材料在吸水饱和状态下的质量(材料在吸水饱和状态下的质量(g););mg材料在干燥状态下的质量(材料在干燥状态下的质量(g)(1)吸水性)吸水性材料在水中能吸收水分的性质称
9、材料在水中能吸收水分的性质称吸水性吸水性。材料的吸水性用吸水率。材料的吸水性用吸水率表示,有表示,有质量吸水率质量吸水率与与体积吸水率体积吸水率两种表示方法。两种表示方法。质量吸水率质量吸水率质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时,内部所吸水分的质量占材料是指材料在吸水饱和时,内部所吸水分的质量占材料干燥质量的百分率,用下式计算:干燥质量的百分率,用下式计算:本讲稿第十二页,共四十八页式中式中Wv材料的体积吸水率();材料的体积吸水率();V干燥材料在自然状态下的体积干燥材料在自然状态下的体积w水的密度(水的密度(g/cm3)体积吸水率:材料在吸水饱和时,其内部所吸水分的体体积吸水率:材料在
10、吸水饱和时,其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。积占干燥材料自然体积的百分率。材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。本讲稿第十三页,共四十八页花岗岩的吸水率:花岗岩的吸水率:0.5%0.7%;混凝土的吸水率:混凝土的吸水率:2%3%;粘土砖的吸水率:粘土砖的吸水率:8%20%;木材的吸水率:可达到木材的吸水率:可达到100%。花花岗岗岩岩本讲稿第十四页,共四十八页式中式中W材料的含水率()材料的含水率()m1材料含水时的质量()材料含水时的质量()m0材料干燥至恒重时的质量()材料干燥至恒重时的质量()材
11、料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。(2)吸湿性)吸湿性l材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。l潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分,此称还湿性。潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分,此称还湿性。l材料的吸湿性用含水率表示。材料的吸湿性用含水率表示。l含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。本讲稿第十五页,共四十八页某立方体岩石试件,外形尺寸为某立方体岩石试件,外形尺寸为50mm50mm50mm,测得其在绝,测得其在绝干、自然
12、状态及吸水饱和状态下的质量分别为干、自然状态及吸水饱和状态下的质量分别为325g,325.3g,326.1g,并测得该岩石的密度为,并测得该岩石的密度为2.68g/cm3。试求该岩石的体积吸水率、质量含。试求该岩石的体积吸水率、质量含水率、绝干表观密度、孔隙率。水率、绝干表观密度、孔隙率。解:V0555125cm3m含325.3gm干325gm饱326.1gw1g/cm3例题例题1本讲稿第十六页,共四十八页解:因解:因m干干=482g,m饱饱=487g,V=630-452=178cm3岩石试件经完全干燥后,其质量为岩石试件经完全干燥后,其质量为482g,将放入盛有水的量筒,将放入盛有水的量筒中
13、,经一定时间岩石吸水饱和后,量筒的水面由原来的中,经一定时间岩石吸水饱和后,量筒的水面由原来的452cm3上升至上升至630cm3。取出岩石,擦干表面水分后称得质量为。取出岩石,擦干表面水分后称得质量为487g。试求该岩石的密。试求该岩石的密度及质量吸水率?度及质量吸水率?(假设岩石内无封闭空隙假设岩石内无封闭空隙)例题例题2本讲稿第十七页,共四十八页3、材料的耐水性、材料的耐水性式中式中:kR材料的软化系数;材料的软化系数;fb材料在饱水状态下的抗压强度(材料在饱水状态下的抗压强度(MPa););fg材料在干燥状态下的抗压强度(材料在干燥状态下的抗压强度(MPa)。)。材料长期在水作用下不破
14、坏,强度也不显著降低的性材料长期在水作用下不破坏,强度也不显著降低的性质称为耐水性。质称为耐水性。本讲稿第十八页,共四十八页关于耐水性不正确的关于耐水性不正确的。A、材料的耐水性用软化系数表示、材料的耐水性用软化系数表示B、材料的软化系数在、材料的软化系数在01之间波动之间波动C、软化系数大于、软化系数大于0.85的材料称为耐水材料。的材料称为耐水材料。D、软化系数小于、软化系数小于0.85的材料称为耐水材料。的材料称为耐水材料。E、软化系数越大,材料吸水饱和后强度降低越多,耐水、软化系数越大,材料吸水饱和后强度降低越多,耐水性越差性越差答案:答案:DE本讲稿第十九页,共四十八页例题例题由于该
15、石材的软化系数为由于该石材的软化系数为0.93,大于,大于0.85,故该石材,故该石材可用于水下工程。可用于水下工程。某某石石材材在在气气干干、绝绝干干、水水饱饱和和情情况况下下测测得得的的抗抗压压强强度度分分别别为为174、178、165MPa,求求该该石石材材的的软软化化系系数数,并并判断该石材可否用于水下工程。判断该石材可否用于水下工程。该石材的软化系数为该石材的软化系数为:本讲稿第二十页,共四十八页4、材料的抗渗性、材料的抗渗性式中式中式中式中 k ks s材料的渗透系数(材料的渗透系数(材料的渗透系数(材料的渗透系数(cm/hcm/h););););QQ渗透水量(渗透水量(渗透水量(
16、渗透水量(cmcm3 3););););dd材料的厚度(材料的厚度(材料的厚度(材料的厚度(cmcm););););AA渗水面积(渗水面积(渗水面积(渗水面积(cmcm2 2););););tt渗水时间(渗水时间(渗水时间(渗水时间(h h););););HH静水压力水头(静水压力水头(静水压力水头(静水压力水头(cmcm)。)。)。)。材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性,或称不透水性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性,或称不透水性一定厚度材料,一定水压力下,在单位时间内透过单位面积的水量一定厚度材料,一定水压力下,在单位时间内透过单位面积的水量一定厚度材料,一定水压力下,在单位时间内透过单位
17、面积的水量一定厚度材料,一定水压力下,在单位时间内透过单位面积的水量材料抗渗性的好坏与材料的材料抗渗性的好坏与材料的材料抗渗性的好坏与材料的材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率孔隙率孔隙率孔隙率和和和和空隙特征空隙特征空隙特征空隙特征有关系。有关系。有关系。有关系。本讲稿第二十一页,共四十八页材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗抗渗渗等等级级是是以以规规定定的的试试件件、在在标标准准试试验验方方法法下下所所能能承承受受的的最最大大水水压压力力来来确确定定,以以符符号号Pn表表示示,其其中中n为该材料所能承受的最大水压力的十倍的为该材料所能承受的最大水压力的十倍的MPa数
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- 第一章 排水工程 材料 基本 性质 精选 文档
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