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1、绪论重点知识提要一、分类 土木工程材料可按不同类型（材料来源、使用部位、功能、化学成分等）进行分类。 目前，通常打气组成物质的种类及化学成分，将土木工程材料分为无机材料、有机材 料和复合材料三大类。二、规范与技术标准我国技术标准分为四级：国家标准，代号为GB ;行业标准，如建材行业标准代号为JC,建工行业标准的代号为JG,交通行业标准代号为JT;地方标准，代号为DB; 企业标准，代号为QB。国家标准分为强制性和推荐性两类，推荐性标准用T表示，即GB/To 国际或外国标准主要有：国际标准，代号为ISO ;美国材料试验学会标准，代号为ASTM ;日本工业标准，代号为JIS;德国工业标准，代号为 D
2、IN ;英国标准，代号为BS; 法国标准，代号为NF等。习题1. 说明土木工程材料在土木工程中的重要性。答：土木工程材料指土木工程中使用的各种材料及制品，它是一切土木工程的物质基础。 在我国现代化建设中，土木工程材料占有极为重要的地位。由于组分、结构和构造不同， 土木工程材料品种门类繁多、性能各不相同、价格相差悬殊，同时在土木工程中用量巨大。 因此，正确选择和合理使用土木工程材料，对整个土木工程的安全、实用、美观、耐久性 及造价有着重大的意义。2. 叙述土木工程对土木工程材料的要求。答： 1）强度 土木工程材料必须具备足够的强度，能够安全地承受设计荷载;自重以轻 为宜，以减少下部结构和地基的负
3、荷。2） 耐久性 具有与使用环境相适应的耐久性，以便减少维修费用。3）功能 满足功能要求。用于装饰的材料，应能美化建筑并产生一定的艺术效果； 用于特殊部位的材料，应具有相应的特殊功能，例如：屋面材料要能绝热，防水;楼板和 内墙材料要能隔声等。4） 生态环保 生产过程中还应尽可能保证低能耗、低物耗及环境友好。3. 未来土木工程材料的发展趋势如何？ 答：随着人类的进步和社会的发展，更有效地利用地球有限的资源，全面改善及迅速扩大 人类工作条件与生存空间势在必行，未来的土木工程材料必将需要在各种苛刻的环境条件 下，实现多功能化，甚至智能化，满足愈来愈高的安全、舒适、美观、耐久的要求，土木 工程材料在原
4、材料、生产工艺、性能及产品形式诸葛亮方面均将面临可持续发展和人类文 明进步的严峻挑战。今后，在原材料方面要最大限度地节约有限的资源，充分利用再生资 源及工农业废料；在生产工艺方面要大力引进现代技术，改选或淘汰陈旧设备、降低原材 料及能源消耗，减少环境污染；在性能方面要力求轻质、高强、耐久、多功能及结构功能 （智能）一体化；在产品形式方面要积极发展预制技术，提高构件化、单元化的水平。3. 土木工程材料的技术标准有哪几级？ 答：土木工程材料的技术标准有：国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。第一章 土木工程材料的基本性质重点知识提要第一节 材料的物理性质一、与质量状态有关的物理性质密度：是材料在
5、绝对密实状态下单位体积的质量； 表观密度：材料在自然状态下单位体积（包括内部封闭孔隙）的质量； 堆积密度：散粒材料在自然堆积状态下单位体积（包括内部孔隙和颗粒间空隙）的质 量。二、与构造状态有关的物理性质1. 孔隙率与密实度孔隙率：指材料内部孔隙体积占其总体积的百分率。密实度：指材料体积内被固体物质充实的程度。材料孔隙率或密实度大小直接反映材料的密实程度。材料的孔隙率高，则表示密实程 度小。材料的孔隙特征有大小、开关、分布、连通与否等之分。2. 空隙率与填充率 空隙率：是指在某堆积体积中，散粒状材料颗粒之间的空隙体积所占的百分率。 填充率：是指散粒状材料在某堆积体积中被其颗粒填充的程度。三、材
6、料与水有关的性质1. 亲水性与憎水性亲水性：材料与水接触时能被水润湿的性质。憎水性：材料与水接触时不能被水润湿的性质。材料的亲水性与憎水性可用润湿角 B来说明。B越小，表明材料越易被水润湿，当9 90时，称为憎水性材料。2. 吸水性与吸湿性 吸水性：材料在水中吸收入水分的能力。吸水性的大小常以吸水率表示。有以下两种表 示方法： 1.质量吸水率：指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率；2.体积吸水率：指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体积的百分率。体积吸水 率在数值上等于开口孔隙率。吸湿性：在潮湿空气中吸收入水分的性质。材料的吸湿性常以含水率表示，含水率等于 含水量占材料绝
7、干质量的百分率。含水率随环境温度和空气湿度的变化而变化。当与空 气温、湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。材料的亲水性越大，连通微细孔越多，则吸水率越大，含水率也越大。四、材料与热有关的性质1. 导热性：材料传导热量的性质。材料的导热性常用导热系数（R表示。材料的导热系数愈小，表示其导热性愈差、绝热性能愈好。通常将 入w 0.23W/m.K的材料称为绝热材 料。2. 热阻：材料层厚度与导热系数的比值。它表明热量通过材料层时所受到的阻力。在同 样的温差条件下，热阻越大，通过材料层的热量越少。静止空气的导热系数很小，所以材料的孔隙率越大，微细封闭孔越多，导热系数就越 小；水的导热系数较大，因而当材
8、料的含水率增大时，其导热系数也变大。3. 热容量：比热容 c 与材料质量 m 的乘积。热容量对于保持室内温度稳定性具有重要意 义。五、材料与声有关的性质1. 吸声性：材料能吸收声音的性质。用吸声系数来表示。 吸声系数越大，表示材料吸声效果越好。材料的吸声特性与声波的频率和入射角度有 关。2. 隔声性：材料隔绝声音的性质。用隔声量表示。材料越密实，质量越大，隔绝空气声 的效果越好。弹性材料、软质材料隔绝固体最有效。第二节 材料的基本力学性质一、强度和比强度1. 强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。通常以材料在外力作用下失去承载能力时 的极限应力来表示，亦称极限强度。土木工程材料通常有抗拉强度、
9、抗压强度、抗弯 强度以及抗剪强度。土木工程材料通常根据其强度值划分为若干不同的等级，便于选 用。通常材料的孔隙率越大，孔径越大，其强度越小。材料的强度还与测试条件和方法等 外部因素有关。同样的材料，小试件的强度测值大于大试件的，快速加荷时强度测值 偏高，试件受压面不平时强度测值偏低，吸水饱和时的强度低于干燥时的强度。2. 比强度：是按单位体积的质量计算的材料强度，其值等于材料强度与其表观密度之比。 比强度是衡量材料轻质高强的重要指标。二、弹性与塑性1. 弹性：在外力作用下产生变形，当外力除去后，变形能完全消失的性质。材料的这种 可恢复的变形称为弹性变形， 其数值大小与外力成正比； 这时应力与应
10、变之比为常数， 称为弹性模量。弹性模量愈大，材料抵抗变形的能力愈强，刚度愈好。刚度对结构用 材至关重要。2. 塑性：在外力作用下产生变形，当外力除去后，材料仍保留一部分残余变形且不产生 裂缝的性质。这部分残余变形称为塑性变形，属不可逆变形。三、材料的脆性与韧性1. 脆性：外力作用于材料并达到一定限度后，材料无明显塑性变形而发生突然破坏的性 质。脆性，具有这种性质的材料称脆性材料。 脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度， 可高达数倍甚至数十倍，但脆性材料承受冲击或震动荷载的能力较差。2. 韧性：在冲击或震动荷载作用下，材料能吸收较大能量，同时产生较大变形，而不发 生突然破坏的性质。韧性材料的特点是
11、变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度接近或 高于抗压强度。 在工程中， 对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构， 其所用材料， 均应具有较高的韧性。第三节 材料的耐久性 材料在长期使用过程中，抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏的性质，称为耐久性。一、耐水性材料长期在饮和水作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料 的耐水性用软化系数来表示，软化系数愈小，表示材料的耐水性愈差。工程上，通常将K为.85的材料称为耐水性材料。二、抗渗性压力水渗透的性质称为抗渗性。材料的抗渗性可用渗透系数K 或抗渗等级 P 表示。渗透系数愈小或抗渗等级愈大，表示材料的抗渗性愈好。材料的抗渗性好坏，与其孔隙率和
12、孔隙特征有关。绝对密实的材料和具有闭口孔隙 的材料，或具有极细孔隙的材料，可以认为是不透水的，开口大孔材料抗渗性最差。此 外，亲水性材料的毛细孔由于毛细作用而有利于水的渗透。三、抗冻性 材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强 度的性质。材料的抗冻性用抗冻等级 F 表示，即在一定条件下能够经受的冻融循环次数。 材料的孔隙率低、孔径小、开口孔隙少，则抗冻性好。另外，还与材料吸水饱和的程度、 材料本身的强度及冻结条件等有关。四、耐候性 材料对阳光、雨、露、温度变化和腐蚀气体等自然侵蚀的耐受能力称为耐候性。第四节 材料的组成、结构与性质一、材料的组成1. 化学组成 化
13、学组成指构成材料的基本元素与化合物。习惯上，金属材料的化学组成以主要元素 的含量来表示；无机非金属材料则以各种氧化物含量表示。2. 矿物组成 矿物是具有一定化学成分和一定结构特征的化合物或单质。矿物组成是指构成材料的 矿物种类和数量。二、材料的结构 材料的结构同样决定着材料的性质。一般从宏观、细观和微观三个层次来分析研究材料 的结构与性质的关系。1. 宏观结构：指材料宏观存在的状态，即用肉眼或放大镜就可分辨的粗大组织，其尺寸在 10-3m 级以上。2. 细观结构：是指用光学显微镜所能观察到的材料结构，其尺寸范围在10-310-6m。3微观结构：是指材料原子、分子层次的结构，其尺寸范围在10-6
14、10-10 m,可借助电子显微镜、 X 射线衍射仪等来研究该层次上的结构特征。材料的微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体三类。（1） 晶体是由其内部质点（离子、原子、分子）按特定的规则在空间呈有规律的 排列所形成的结构。因此晶体有以下特征：具有一定的几何外形，各向异性，有固定 的熔点和化学稳定性，结晶接触点和晶面是晶体破坏或变形的薄弱部分。（2） 玻璃体是熔融物在急速冷却时形成的无定形体。其质点呈无规则空间网络结 构，其微观结构为近程有序、远程无序。故其具有化学不稳定性，亦即存在化学潜能， 容易和其他物质反应或自行缓慢向晶体转换，另外，由于质点排列无规律，具有向向 同性，没有固定的熔点。(3) 胶
15、体 是物质以极微小的质点(粒径为1100 m)分散在介质中所形成的结构。 由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，所 以胶体具有较强的粘结转力。胶体可以经脱水或质点凝聚作用而形成凝胶，凝胶具有 固体的性质，但在长期应力作用下，又具有粘性液体和流动性质。第五节 材料的环境负荷性及其使用的健康安全性一、绿色材料所谓绿色材料，是指统筹考虑土木工程材料在全寿命周期内，不仅具有满意的使用性 能、所用的资源和能源的消耗量最少，而且在生产与使用过程中对生态环境的影响最小， 再生循环率最高，绿色土木工程材料是环境负荷最小的一类土木工程材料。二、材料的环境负荷性及其使用的健康安全性 满足如下几点的材料即为环境负荷性小，使用健康安全的材料； ( 1)满足国家产业政策的 要求；( 2)所用的土木工程材料要就地取材； (3)选材时考虑土木工程材料的循环利用性 能；(4)采用废弃物生产的土木工程材料。名词解释： 1 .密度； 2.表观密度； 3.堆积密度； 4.密实度； 5.空隙率； 6.憎水性； 7.润湿角； 8.吸水性； 9.吸湿性； 1 0.强度； 1 1 .比强度； 1 2.脆性； 1 3.韧性； 1 4.塑性； 1 5.导热系数； 16. 热容量； 17.抗渗性； 18.抗冻性； 19.耐水性； 20.软化系数； 21.耐久性； 22.平衡
