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1、二、土木工程材料的分类,绪 论,绪 论,绪 论,三、土木工程材料的技术标准 1、标准：对某项技术实行统一的执行要求。 2、标准的分类 （一）我国的土木工程材料技术标准： （1）国家标准 强制性标准代号GB,推荐性标准代号GB/T，它表示 也可以执行其他标准，是非强制性的。 （2）行业标准 建筑工程行业标准代号JG,土木工程材料行业标准代号JC （3）地方标准（DB）和企业标准（QB）,（二）国际标准及其他国家标准： 团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的 标准。如美国材料与实验协会标准（ASTM）等。 区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。 国际标准化组织标准，代号ISO。,绪 论
2、,例： 国家标准（强制性）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB14991998 建筑行业标准（推荐性）建筑石灰JC/T47992 GB强制性国家标准代号 1499标准发布顺序号 1988 标准发布年代 其他标准只是前面的代号变，表示方式均与例子中表示 一样。,绪 论,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB17592),四、土木工程材料的发展及发展趋势 1、土木工程材料的发展：随生产力发展而发展 原始时代天然材料：木材、岩石、竹、粘土 石器、铁器时代 金字塔（2000-3000 BC)：石材、石灰、石膏 万里长城 （200 BC):条石、大砖、石灰砂浆 布达拉宫 ：石材、石灰砂浆 18世纪中叶钢材、水泥 19
3、世纪钢筋混凝土（1890-1892）； 中国，1898,绪 论,20世纪预应力混凝土、高分子材料 21世纪轻质、高强、节能、高性能绿色建材,2、土木工程材料的发展趋势： （1）轻质、高强；（2）发展多功能材料； （3）廉价、低耗能（4）由单一材料向复合材料及制品发展 （5）扩大装配式预制构件的工厂化生产； （6）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环 保方向发展；（7）发展更多花色品种的装饰材料。,绪 论,第一章 土木工程材料的基本性质,材料的基本性质：是指材料处于不同的使用条件和使用 环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木工程材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、
4、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。,第一章 土木工程材料的基本性质,1-1 材料的物理状态参数,一、材料的密度、表观密度及体积密度：,1. 密度：,m-材料在干燥状态下的质量 V-材料在绝对密实状态下的体积,测定办法： 1）测质量：烘干（烘箱）称量（天平）； 2）测体积： （a）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻 璃等; （b）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，将其磨成细粉后，可由排水法测得。,第一章 土木工程材料的基本性质,表观密度的测定： 质量测定用天平 体积测定可采用排水法,2.表观密度：,-材料的质量 -材料在自然状态下的表观
5、体积,注意：1. Vb =V+V闭孔 2. 表观密度须注明含水状 态，常是一个范围内的值。,第一章 土木工程材料的基本性质,3.体积密度：,-材料的质量 -材料在自然状态下的体积,注意：1. V0 =V+V闭孔+V开孔,体积密度的测定： 1）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到； 2）外形不规则的砂石等，可采用封腊排水法测定体积；,第一章 土木工程材料的基本性质,二、材料的密实度与孔隙率,1.密实度：,2.孔隙率：,第一章 土木工程材料的基本性质,孔隙大小,孔隙状态：,孔径 0.01 极细孔隙 孔径 1.0 细小孔隙 孔径 1.0 粗大孔隙,封闭孔隙指常压下吸不到水，当水压太大时可以通过材
6、料内部的毛细通道进入其中,第一章 土木工程材料的基本性质,三、散粒材料：,m-材料的质量 -材料的堆积体积,1.堆积密度：,2.填充率：,3.空隙率：,空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。,第一章 土木工程材料的基本性质,表1.2 常用土木工程材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率,第一章 土木工程材料的基本性质,例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40cm3，质量为85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，烘干后的质量为82.30g。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率。 解：密度=干质量/密实状态下的体积 =82.30/40
7、（1-0.24）=2.7g/cm3 开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积 =（89.77-82.3）1/40=0.187 闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053 表观密度=干质量/表观体积=82.3/40（1-0.187）=2.53,第一章 土木工程材料的基本性质,1-2 材料的力学性质,一、材料的变形性质：,1、材料的弹性变形和塑 性变形,1)弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形(或瞬时变形)。,材料的力学性质：指材料在外力作用下所引起的变化的性质。,例：钢筋受力变形,2)塑性变
8、形：在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形(或永久变形)。,第一章 土木工程材料的基本性质,2、脆性和韧性 1）脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。 2）韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。,脆性材料的抗压强度比其抗拉强度往往要高很多倍。它对承受震动作用和抵抗冲击荷载是不利的。在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。,第一章 土木工
9、程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,二、强度、强度等级和比强度 1、强度：在外力作用下不破坏时能承受的最大应力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。,()抗压 ()抗拉 ()抗折 ()抗剪,1）抗压强度、抗拉强 度、抗剪强度计算公式： 2）抗弯强度：,第一章 土木工程材料的基本性质,2、强度等级: 大多数土木工程材料根据其极限强度的大小，划分成若干不同等级，即强度等级。将土木工程材料划分若干标号，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。 塑性和韧性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行
10、分级，如钢材分为Q195，215，235，255，275等； 脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的，混凝土强度等级：C10、C20、C25、C30、C35、C40。,第一章 土木工程材料的基本性质,3、比强度： 材料强度与其表观密度之比。是衡量材料是否轻质、高强的指标。,钢材、木材和混凝土的强度比较,可知，木材是轻质高强的高效能材料，而普通混凝土为质量大而强度较低的材料，所以努力促进普通混凝土这一当代最重要的结构材料向轻质、高强方向发展，是一项十分重要的工作。,第一章 土木工程材料的基本性质,三、材料的硬度和耐磨性： 1、硬度：材料抵抗其他物体压入或刻划的能力称为硬度。 即受压时抵抗局
11、部塑性变形的能力。 测定法：金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。,第一章 土木工程材料的基本性质,2、耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用 耐磨率表示（道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的部位，选择材料需考虑其耐磨性）。,耐磨率，,磨前质量，,磨后质量，,试件受磨面积，,一般硬度越大耐磨性越好，工程上也常用硬度来换算出材料的耐磨性,第一章 土木工程材料的基本性质,1-3 材料与水有关的性质,一、材料的亲水性与憎水性： 材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现 为亲水与憎水两种不同的性质。用润湿角判断。,
12、润湿角：,亲水性材料有：砖、混凝土砌块等。 憎水性材料有：沥青、石蜡和塑料等，常用做防水、防 潮材料。,90o 180o 憎水材料,90o 亲水材料,第一章 土木工程材料的基本性质,二、材料的吸水性与吸湿性：,1、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。,质量吸水率:,体积吸水率:,各种材料的吸水率相差很大，如花岗等致密岩石的吸水率（质量吸水率）仅为0.5%0.7，普通混凝土为23，粘土砖为820。而木材或其他轻质材料的吸水率则常大于100。,mb吸水饱和后质量 mg 干燥状态下质量 V0干燥时自然体积 干燥时体积密度,第一章 土木工程材料的基本性质,2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。,含水率,
13、吸湿作用一般是可逆的，也就是说材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。潮湿材料在干燥的空气中会放出水分，此称还湿性。,含水率，%,ms吸湿状态下的质量 mg干燥状态下质量,第一章 土木工程材料的基本性质,平衡含水率： 材料中所含水分与空气湿度达到平衡时的含水率。,干燥的材料,吸收空气中的水分,潮 湿 的 材 料,平衡含水率,释放水分,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,三、耐水性：材料长期处于水的作用下不破坏，其强度 也不严重降低的性质。用软化系数表示。,四、抗渗性：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。,软化系数:,材料在吸水饱和状态下的抗压强度,fg材料在
14、干燥状态下的抗压强度,（软化系数 0.85 的材料，认为是耐水的材料。）,混凝土、砂浆等的抗渗性用抗渗等级表示。例如：P4、P6、P8分别表示材料能承受 0.4、0.6、0.8MPa的水压而不透水。,抗渗系数越小、抗渗等级越高抗渗性越好。对地下建筑、水工建筑物、压力管等，要求材料具有一定的抗渗性。,抗渗系数:,第一章 土木工程材料的基本性质,1-4 材料的耐久性,一、耐久性的概念： 材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素作用而不破坏，且能保持原有性质的性能。材料在使用过程中会受到各种外力的作用，还受到环境中各种自然因素的破坏作用如物理作用、化学作用、生物作用。,不同材料所处的工作环境不同，耐
15、久性包含的内容不同。所以，要提高材料的耐久性，应根据材料种类特点即建筑物所处的环境条件进行具体分析，选择正确的材料。,抗冻性 耐久性是一个综合性质： 抗渗性 抗化学侵蚀性 抗碳化性能 等等,第一章 土木工程材料的基本性质,第一章 土木工程材料的基本性质,例：图为莫大楼的外表面，从中可以看见墙壁发黑，在有些地方可见白色 流迹线，还有凸凹不平的现象是分析其原因,第一章 土木工程材料的基本性质,1-5 材料的热工性质（了解）,一、导热性：,三、热容量：指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力 。,二、比热：,热容量高的材料，能对室 内温度起调节作用。,导热系数越小，材料的保温隔 热性能越好。,导热系数 ：,1kg材料温度升高（或降低）1K时所吸收或放 出的热量。用 C 表示。,材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递 的能力。,第一章 土木工程材料的基本性质,四、材料的温度变形性,式中: 材料在常温下的平均线膨胀系数() 线膨胀或线收缩量（mm 或 cm） 材料升（降）温前后的温度差（） L材料原来的长度（或）,线膨胀系数:,材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。,第一章 土木工程材料的基本性质,1-6 材料的装饰
