土木工程材料(建筑材料)

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1、土木工程材料（建筑材料）土木工程材料（建筑材料） 绪绪 论论 一、土木工程材料的作用 工程实例一：工程实例一：实例实例一一. .dwgdwg 从上述的实例中，我们可以看出建筑材料在基本建设 中的重要性 。 在实际情况中对建筑材料的重视应当加强，而不只是 考虑如何用的问题。在实际工程中往往出现问题的首先 是建筑材料的因素。 二、土木工程材料的分类 按材料来源：天然材料天然材料人造材料人造材料按使用功能：结构材料结构材料功能材料功能材料胶凝材料及其制品烧土制品天然石材非金属材料有色金属黑色金属金属材料无机材料合成高分子材料天然高分子材料有机材料无机材料基复合材料有机材料基复合材料复合材料组成材料的

2、物质和化学成分建筑材料的分类三、土木工程材料的发展三、土木工程材料的发展 发展趋向： 1. 构件的尺寸将日益增大，各种大型板材将广泛采用； 2. 构件材料的重量将大为减少，轻骨料混凝土、加气混凝土、轻 质填充隔墙以及铝合金型材等将从现有水平提高到更加完善的新 阶段而被广泛地应用； 3. 建筑材料的强度将进一步提高； 4. 单一材料的制品将逐渐由两种或两种以上的材料复合材料所取 代； 5. 特殊功能的材料的质量将大为提高，并将陆续出现具有多种功 能的材料。 高效、轻质、高强、环保高效、轻质、高强、环保 四、土木工程材料的选择和使用四、土木工程材料的选择和使用 国际标准（ISO）美国材料试验学会标

3、准（ASTM）日本工业标准（ JIS）德国工业标准（DIN）英国标准（BS）外国技术标准国家标准(GB)建设部行业标准(JGJ)中国工程建设标准化协会标准(CECS)建材行业标准(JC)行业标准地方标准(DB)企业标准(QB)中国技术标准技术标准第一章第一章 土木材料的基本性质土木材料的基本性质 一一、材料的组成材料的组成、结构及构造结构及构造 1.1.1材料的组成材料的组成 材料的组成材料的组成决定材料物理力学性质的主要因素之一，而且，当材料与外 界自然环境以及各种物质相接触时，它们之间必然要按照化学变换规 律发生作用。 无机非金属材料的化学成分常用各氧化物的含量来反映。 化学组成 金属材料

4、则常以化学元素的含量来表示 合成高分子材料常以其链节表示 材料组成 无机非金属材料，通常用矿物成分表示 物相组成 金属材料，通常用金相组织来表示 1.1.2 材料的结构和构造 一、宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜可分辨出的结构和构造状况， 其尺度范围在10-3 m级以上 表1-1 材料的宏观结构和构造及特征 宏观结构 结构特征 常用的土木工程材料 按孔 隙特 征 致密结构 微孔结构 多孔结构 无宏观尺度的孔隙 主要具有微细孔隙 具有较多粗大孔隙 钢铁、玻璃、塑料等 石膏制品、烧土制品 加气混凝土、泡沫玻璃等 按构 造特 征 纤维结构 层状结构 散粒结构 聚集结构 主要有纤维状材料构成

5、 由多层材料叠合构成 由松散颗粒状材料构成 由骨料和胶结材料构成 木材、玻璃钢、岩棉 复合墙板、胶合板 砂石材料、膨胀蛭石 各种混凝土、砂浆、陶瓷 二、介观结构(亚微观结构 ) 需掌握以下几点： 1.显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺度范围 在10-310-7m 2.纳米结构是指一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构。 其尺度范围在10-710-9m。 三、微观结构 （一）晶体结构 定义：晶体是内部质点晶体是内部质点（原子原子、分子分子、离子离子）按一定规律在空间重按一定规律在空间重 复排列的固体复排列的固体，具有一定的几何形状和物理性质具有一定的几何形状和物理性质。 特点： 晶体

6、的性质还与各质点之间相互作用的情况有关晶体的性质还与各质点之间相互作用的情况有关。质点间的距离越质点间的距离越 近近，其键价越高其键价越高，其强度也越大其强度也越大，如要拆开这种结构如要拆开这种结构，所需的能量也越所需的能量也越 大大 。 无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在共无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在共 价键又存在离子键。价键又存在离子键。 （二）玻璃体 定义：玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的 内部质点无序排列的固体或固态液体内部质点无序排列的固体或固态液体 。

7、特点：玻璃体结构的材料没有固定的熔点和几何形状，且各向同性玻璃体结构的材料没有固定的熔点和几何形状，且各向同性 ，其，其 化学稳定性差，易与其他物质发生化学反应。化学稳定性差，易与其他物质发生化学反应。 （三）胶体 胶体是一些细小分散粒子（直径1100m）分散在介质中的结构。 由于胶体的质点很微小，其表面积很大，于是表面能很大，吸附 能力很强。 胶体由于脱水作用或质点的凝聚而产生凝胶。凝胶体具有固体的 性质。在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。它是由 于固体微粒由极薄的吸附膜所包围，这种膜越厚则流动性越大， 膜越薄，则刚性越大。混凝土的徐变就是由于水泥胶体所产生的。混凝土的徐变就是由于

8、水泥胶体所产生的。 1.2材料的物理性质 一、密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度 （一） 基本概念 1.闭口孔隙、开口孔隙 （二）密度 1.定义：密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 2.公式： 式中： 密度，g/cm3 m干燥材料的质量，g V材料在绝对密实状态下的体积，cm3 3.测试方法 将材料磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得 的体积越接近真实体积。 4.相对密度：材料的密度与4纯水密度之比称为相对密度，也称为 比重。 Vm（三）表观密度 1.定义：材料在包含闭口孔隙条件下单位体积的质量。 2.公式： 式中： 表观密度，

9、g/cm3 m材料的质量，g V/材料在包含闭口孔隙条件下的体积，cm3 3.测试方法 将采用排液置换法测量体积； Vm（四）毛体积密度 1.定义：毛体积密度是材料在自然状态自然状态下单位体积的质量。 2.公式： 式中： 0毛体积密度，g/cm3 m材料的质量，g V0材料在自然状态下的体积，cm3 3.测试方法 对于规则形状材料的体积，可用量具测得；对于不规则形状材料 的体积，可采用排液法或封蜡排液法或用体积仪测得。 00Vm（五）堆积密度 1.定义：堆积密度是指散粒状或纤维状材料在堆积状态 下单位体积的质量。 2.公式： 式中： 堆积密度，g/cm3 m 材料的质量，g 材料堆积体积，cm

10、3 0 0Vm 0 0V二、密实度与孔隙率 （一）密实度 1.定义：材料体积（自然状态）内固体物质的充 实程度，称为材料的密实度D。 2.公式： 3.密实度D反映材料的密实程度，D越大，材料 越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。 %1000VVD（二）孔隙率 1.定义：孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料在 自然状态下体积的百分率。分为总孔隙率（简 称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率。 2. 孔隙率公式： 3. 开口孔隙率 材料内部开口孔隙的体积占材料在自然状态下体 积的百分率，称为材料的开口孔隙率。 由于水可进入开口孔隙，工程中常将材料在吸水 饱和状态下所吸水的体积，视为开口孔隙的体 积（V

11、k），开口孔隙率（Pk）按下式计算： %100)1 (%100)1 (00 VVP4. 闭口孔隙率 材料内部闭口孔隙的体积（Vb）占材料在自然状 态下体积的百分率，称为材料的闭口孔隙率。闭 口孔隙率（Pb）按下式计算： %100)1(%10000 VVPK KKb bPPVVP%1000三、填充率、空隙率和间隙率 （一）填充率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占堆积 体积的百分率，称为材料的填充率。 公式： %1000 0 00 VVD（二）空隙率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒固体物质间空隙体积 （开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率，称为 材料的空隙率。 公式： %100)1(1

12、 0 0 VVP（三）间隙率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒间间隙体积占堆积体 积的百分率，称为材料的间隙率。 公式： 间隙率大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密 程度。 %100)1(10 0 00 0 VVP1.3材料的力学性质 1.3.1强度 强度 ：材料抵抗外力破坏的能力 根据外力施加方式外力施加方式 可以分为：静力强度 和动力强度 根据外力引起内应力外力引起内应力可以分为：抗压强 度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度 计算公式： AFfmax公式推导 材料按强度等级划分： 1.普通水泥按抗压强度和抗折强度分为32.5， 42.5，52.5，62.5等四个强度等级 2.普通混凝土按抗

13、压强度分为C15，C20，C25， C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65， C70，C75和C80等14个强度等级 3.钢筋按机械性能（屈服点、抗拉强度、伸长率、屈服点、抗拉强度、伸长率、 冷弯性能冷弯性能等）划分 在实际工程中，我们必须按照有关规范来选择材 料的强度等级。 1.3.2变形性能变形性能 一、弹性变形与塑性变形一、弹性变形与塑性变形 1.1.定义定义 弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去 后，能够完全恢复原来形状的性能。后，能够完全恢复原来形状的性能。 塑性：材料在外力作用下产生显著变形，但不断塑性：材料在

14、外力作用下产生显著变形，但不断 裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性 质。质。 在土木工程材料中，几乎没有完全的弹性材料或在土木工程材料中，几乎没有完全的弹性材料或 塑性材料。塑性材料。 我们在选择材料时候，可以利用材料在弹性和我们在选择材料时候，可以利用材料在弹性和 塑性阶段的特性，使材料的特性发挥到最大塑性阶段的特性，使材料的特性发挥到最大 二、徐变二、徐变 1.1.定义定义 徐变：材料在恒定外力作用下，随时间缓慢增徐变：材料在恒定外力作用下，随时间缓慢增 长的不可恢复的变形称为徐变变形。长的不可恢复的变形称为徐变变形。 混凝土的徐变：在荷载长期作用下，混凝土的混凝土的徐变：在荷载长期作用下，混凝土的 变形将随着时间的增加而增加。变形将随着时间的增加而增加。 1.3.3脆性及韧性 1.1.定义及特点定义及特点 脆性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突脆性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突 然破坏的性质。然破坏的性质。 脆性的特点：塑性变形很小，且抗压强度与抗拉强度的比值脆性的特点：塑性变形很小，且抗压强度与抗拉强度的比值 较大（较大（5 55050倍）倍）