第1章-土木工程材料基本性质1详解.ppt
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1、 土木工程的功能土木工程的功能 要求的材料性能要求的材料性能 承受荷载承受荷载 长期可靠性长期可靠性 防水、隔热防水、隔热 隔声、防火隔声、防火 采光、绝缘采光、绝缘 不污染环境不污染环境强度、刚度强度、刚度耐久性耐久性物理性能物理性能安全性安全性土木工程要求材料具备哪些性能?土木工程要求材料具备哪些性能?1.1 1.1 1.1 1.1 材料的物理性材料的物理性材料的物理性材料的物理性质质第第1 1章章 土木工程材料基本性质土木工程材料基本性质 1.2 1.2 1.2 1.2 材料的力材料的力材料的力材料的力学学学学性性性性质质 1.3 1.3 1.3 1.3 材料的耐久性材料的耐久性材料的耐
2、久性材料的耐久性与与与与环环境境境境协调协调性性性性1.4 1.4 1.4 1.4 材料的材料的材料的材料的组组成、成、成、成、结结构构构构、构构构构造及其造及其造及其造及其对对性能的影性能的影性能的影性能的影响响响响创创造性培造性培造性培造性培养养养养基础知识基础知识1.1 1.1 材料的物理性材料的物理性质1.1.1 1.1.1 密度、表观密度、堆积密度密度、表观密度、堆积密度1.1.2 1.1.2 材料的孔隙率和空隙率材料的孔隙率和空隙率 1.1.3 1.1.3 与水有关的性质与水有关的性质 1.1.4 1.1.4 热工性质热工性质 1.1.1 1.1.1 密度、表观密度、堆积密度密度、
3、表观密度、堆积密度密度、表观密度、堆积密度密度、表观密度、堆积密度(1 1)密度)密度(Density)(Density):绝对绝对密密实实状状态态下,下,单单位体位体积积的的质质量。量。(2 2)表)表观观密度密度(Apprent density)(Apprent density):自然自然状状态态下下单单位体位体积积的干的干质质量。量。(3 3)堆)堆积积密度密度(Loose density)(Loose density):散粒散粒状状材料材料单单位位堆堆积积体体积积的的质质量。量。1.1.2 1.1.2 1.1.2 1.1.2 材料的孔隙率和空隙率材料的孔隙率和空隙率材料的孔隙率和空隙率
4、材料的孔隙率和空隙率孔隙率孔隙率 空隙率空隙率 1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 与与与与水有水有水有水有关关关关的性的性的性的性质质 1 1.亲亲水性水性与与憎水性憎水性 (Water affinity(Water affinity、Water repellency)Water repellency)有机材料一般是憎水性,有机材料一般是憎水性,无机材料都是亲水性。无机材料都是亲水性。水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势,不水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势,不能润湿材料的表面。对工程防水有利。能润湿材料的表面。对工程防水有利。水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展,水在
5、亲水性材料的表面是自动散开和铺展,并自发地润湿表面。并自发地润湿表面。1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 与与与与水有水有水有水有关关关关的性的性的性的性质质 2 2.吸水性吸水性(Absorption)(Absorption)与与吸吸湿湿性性(Hygroscopicity)(Hygroscopicity)(1)吸水性)吸水性饱饱水水状态状态(吸水(吸水饱饱和)恒和)恒值值质质量吸水率:材料量吸水率:材料饱饱水水状态状态,所吸水分所吸水分质质量占干量占干质质量的百分率量的百分率 体体积积吸水率:材料吸水率:材料饱饱水水状态状态,所吸收水分体所吸收水分体积积占干体占干体积积百分率百分
6、率(2)吸)吸湿湿性性自然自然状态状态变值变值含水率:自然含水率:自然状态状态,材料所含水分,材料所含水分质质量占其干量占其干质质量的百分率量的百分率m m1 1材料材料湿湿质质量,量,g gm mo o材料干材料干质质量,量,g g 创新思维?创新思维?1、为什么房屋一楼潮湿?、为什么房屋一楼潮湿?2、如何解决?、如何解决?1、地下水沿材料毛细管上升,、地下水沿材料毛细管上升,然后在空气中挥发。然后在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道,技术措施?阻塞毛细通道,技术措施?对材料中的毛细管壁进行憎水处对材料中的毛细管壁进行憎水处理理加气混凝土砌块吸水分析加气混
7、凝土砌块吸水分析 某施工队原使用普通烧结粘土砖,后改为多孔、容量仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同析方式往墙上浇水,发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量,但加气混凝土砌块表面看来浇水不少,但实则吸水不多,请分析原因。现象现象原因分析原因分析原因分析原因分析 加气混凝土砌块虽多孔,但其气孔大多数为加气混凝土砌块虽多孔,但其气孔大多数为“墨墨水瓶水瓶”结构,肚大口小,毛细管作用差,只有少数孔结构,肚大口小,毛细管作用差,只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢,材是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢,材料的吸水性不仅要看孔数量多少,还需看孔的结构料的吸水性不仅要
8、看孔数量多少,还需看孔的结构。加气混凝土砌块吸水分析加气混凝土砌块吸水分析 1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 与与与与水有水有水有水有关关关关的性的性的性的性质质 3.3.耐水性耐水性(Water resistance)(Water resistance)材料材料长长期在水的作用下期在水的作用下既既不破坏强度又不不破坏强度又不显显著下降的性著下降的性质质 指指标标:软软化系化系数数f fb b材料材料饱饱水水状状态态抗抗压压强度,强度,MPaMPaf fg g材料干燥材料干燥状状态态抗抗压压强度,强度,MPa MPa K KR R0.850.85,称为耐水材料,称为耐水材料 现象
9、现象原因分析原因分析 砖浸水后强度下降砖浸水后强度下降 某地发生历史罕某地发生历史罕见的洪水。洪水退后,见的洪水。洪水退后,许多砖房倒塌,其砌许多砖房倒塌,其砌筑用的砖多为未烧透筑用的砖多为未烧透的多孔的红砖,的多孔的红砖,见右见右图。请分析原因。图。请分析原因。原因分析原因分析砖浸水后强度下降砖浸水后强度下降 这些红砖没有烧透,砖内开口孔隙率大,这些红砖没有烧透,砖内开口孔隙率大,吸水率高。吸水后,红砖强度下降,特别是吸水率高。吸水后,红砖强度下降,特别是当有水进入砖内时,未烧透的粘土遇水分散,当有水进入砖内时,未烧透的粘土遇水分散,强度下降更大,不能承受房屋的重量,从而强度下降更大,不能承
10、受房屋的重量,从而导致房屋倒塌。导致房屋倒塌。1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 与与与与水有水有水有水有关关关关的性的性的性的性质质 4.4.抗渗性抗渗性(Water tightness)(Water tightness)抵抗抵抗压压力水渗透的性力水渗透的性质质(1 1)渗透系)渗透系数数(2 2)抗渗等)抗渗等级级 指石料、指石料、砼砼或砂或砂浆浆所能所能承受的最大水承受的最大水压压力。力。如:最大承水如:最大承水压压力力为为0.2MPa0.2MPa,表示,表示为为P P2 2,另有,另有P P4 4、P P6 6、P P8 8、P P1010渗透系渗透系数数:K Ks s的意
11、的意义义:抗渗系抗渗系数数越小,表明抗渗性能越好。越小,表明抗渗性能越好。1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 与与与与水有水有水有水有关关关关的性的性的性的性质质 5.5.抗冻性抗冻性(Freeze-thaw durability)(Freeze-thaw durability)材材料料饱饱水水状状态态下下,能能经经受受多多次次冻冻融融交交替替作作用用,既既不破坏不破坏,强度又不显著下降的性质。强度又不显著下降的性质。因素:水、负温度因素:水、负温度抗冻等级:能经受冻融循环的抗冻等级:能经受冻融循环的最大次数最大次数,记为记为F50F50、F100F100、F200F200、F30
12、0 F300 1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 热工性质热工性质热工性质热工性质 1.1.热容量热容量(Q)(Q)和比热和比热(C)(C):(2).(2).导热性:导热性:C C大大小,保温隔热材料;小,保温隔热材料;金属材料的导热系数大于非金属材料的导热系数;金属材料的导热系数大于非金属材料的导热系数;细小而封闭的孔隙,导热系数越小;细小而封闭的孔隙,导热系数越小;开口而粗大、连通的孔隙,导热系数越大;开口而粗大、连通的孔隙,导热系数越大;观察察与与讨论孔隙对材料性质的影响孔隙对材料性质的影响 某工程顶层欲加保温层,以下两图为两种材料的剖面,见图1-2。请问选择何种材料?讨论讨
13、论AB讨论讨论 保温层的目的是外界温度变化对住户的影响,材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量,其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面,可见A材料为多孔结构,B材料为密实结构,多孔材料的导热系数较小,适于作保温层材料。孔隙对材料性质的影响孔隙对材料性质的影响 基础知识基础知识1.2 1.2 材料的力材料的力学学性性质1.2.1 1.2.1 强度强度1.2.2 1.2.2 弹性与塑性弹性与塑性 1.2.3 1.2.3 韧性与脆性韧性与脆性1.2.4 1.2.4 硬度硬度 1.2.1 1.2.1 强度强度1.1.几种强度几种强度(1 1)抗压)抗压(Compressive)(Compres
14、sive)、抗拉、抗拉(Tensile)(Tensile)、抗剪、抗剪(Shearing)(Shearing)强度强度 (MPaMPa)2.2.比强度比强度(Strength-weight ratio)(Strength-weight ratio)指材料强度与其表观密度之比。指材料强度与其表观密度之比。意义:反映材料轻质高强的指标。意义:反映材料轻质高强的指标。值越大,材料越轻质高强值越大,材料越轻质高强不同材料,强度等级有不同的划分方法,具体划分在各章分讲不同材料,强度等级有不同的划分方法,具体划分在各章分讲1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 弹性与塑性弹性与塑性弹性与塑性弹性与
15、塑性1.1.弹性弹性外力作用产生变形外力作用产生变形,外力取消能外力取消能完全恢复完全恢复。指标:指标:弹性模量弹性模量 意义:意义:E E表示材料抵抗变形的指标,表示材料抵抗变形的指标,E E值越大,材料值越大,材料 越不易变形,即抵抗变形的能力越强。越不易变形,即抵抗变形的能力越强。2.2.塑性塑性外力作用产生变形外力作用产生变形,外力取消变形外力取消变形不能恢复不能恢复 1.1.脆性脆性无明显塑性变形,突然破坏无明显塑性变形,突然破坏。脆性材料:石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等脆性材料:石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 2.2.韧性韧性产生一定变形不破坏产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。
16、能吸收较大的能量。韧性材料:低碳钢、木材、玻璃钢等。韧性材料:低碳钢、木材、玻璃钢等。采用采用冲击试验冲击试验测定。测定。1.2.3 1.2.3 韧性性与与脆性脆性 材料另一个重要的力学性能是硬度。它是材料另一个重要的力学性能是硬度。它是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。金属指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用材料等的硬度常用压入法测定压入法测定,如布氏硬度法,如布氏硬度法,是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用等材料常用刻划法测定刻划法测定。一般情况下,硬度大。一般情况下,硬度大的材料强度高、耐磨性较强,但不易加工。所
17、的材料强度高、耐磨性较强,但不易加工。所以,工程中有时用硬度来间接推算材料的强度。以,工程中有时用硬度来间接推算材料的强度。1.2.4 1.2.4 硬度硬度 基础知识基础知识1.3 1.3 材料的耐久性材料的耐久性与与环境境协调性性 1.3.1 1.3.1 材料的耐久性材料的耐久性 1.3.2 1.3.2 材料的环境协调性材料的环境协调性 1.3.1 1.3.1 材料的耐久性材料的耐久性 材料在长期使用过程中,能保材料在长期使用过程中,能保持其原有性能而不变质、不破坏的持其原有性能而不变质、不破坏的性质,统称之为性质,统称之为耐久性耐久性,它是一种,它是一种复杂的、综合的性质复杂的、综合的性质
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- 土木工程 材料 基本 性质 详解
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