土木工程材料教材：緒論及第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

緒論一、土木工程材料的定義1.廣義：指建造建筑物和構(gòu)筑物的所有材料，包括使用的各種原材料、半成品、成品等的總稱。如粘土，生石灰，混凝土等。

2.狹義：指直接構(gòu)成建筑物和構(gòu)筑物實體的材料。如混凝土、水泥、鋼筋、粘土磚、玻璃等。兩個基本要求：

2、在其使用過程中，能抵御周圍環(huán)境的影響與有害介質(zhì)的侵蝕，保證建筑物和構(gòu)筑物的合理使用壽命。同時也不能對周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。

1、滿足建筑物和構(gòu)筑物本身的技術(shù)性能要求，保證能正常使用。

二、土木工程材料的分類（一）按組成物質(zhì)和化學成份分類無機材料有機材料復合材料金屬材料非金屬材料金屬與非金屬復合無機與有機復合材料復合緒論（二）按材料來源天然材料人造材料（三）按實用功能分結(jié)構(gòu)材料功能材料緒論緒論三、土木工程材料的技術(shù)標準1、標準：對某項技術(shù)實行統(tǒng)一的執(zhí)行要求。2、標準的分類（一）我國的土木工程材料技術(shù)標準：（1）國家標準

強制性標準代號GB,推薦性標準代號GB/T，它表示也可以執(zhí)行其他標準，是非強制性的。（2）行業(yè)標準建筑工程行業(yè)標準代號JG,土木工程材料行業(yè)標準代號JC（3）地方標準（DB）和企業(yè)標準（QB）（二）國際標準及其他國家標準：①團體標準和公司標準。指國際上有影響的團體和公司的標準。如美國材料與實驗協(xié)會標準（ASTM）等。②區(qū)域性標準。如德國工業(yè)標準(DIN)等。③國際標準化組織標準，代號ISO。緒論例：國家標準（強制性）《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》GB1499—1998

建筑行業(yè)標準（推薦性）《建筑石灰》JC/T479—92GB—強制性國家標準代號1499—標準發(fā)布順序號1988—標準發(fā)布年代其他標準只是前面的代號變，表示方式均與例子中表示一樣。緒論硅酸鹽水泥各齡期的強度要求(GB175—92)四、土木工程材料的發(fā)展及發(fā)展趨勢

1、土木工程材料的發(fā)展：隨生產(chǎn)力發(fā)展而發(fā)展原始時代——天然材料：木材、巖石、竹、粘土石器、鐵器時代—— 金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏 萬里長城（200BC):條石、大磚、石灰砂漿 布達拉宮：石材、石灰砂漿 18世紀中葉——鋼材、水泥19世紀——鋼筋混凝土（1890-1892）；中國，1898緒論20世紀——預應力混凝土、高分子材料21世紀——輕質(zhì)、高強、節(jié)能、高性能綠色建材2、土木工程材料的發(fā)展趨勢：（1）輕質(zhì)、高強；（2）發(fā)展多功能材料；（3）廉價、低耗能（4）由單一材料向復合材料及制品發(fā)展（5）擴大裝配式預制構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)；（6）用工農(nóng)業(yè)廢料、廢渣等代替自然資源為原料，向環(huán)保方向發(fā)展；（7）發(fā)展更多花色品種的裝飾材料。緒論

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

材料的基本性質(zhì)：是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因為土木工程材料所處建（構(gòu)）筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質(zhì)也就有所不同。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1-1材料的物理狀態(tài)參數(shù)一、材料的密度、表觀密度及體積密度：1.密度：m---材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量V----材料在絕對密實狀態(tài)下的體積測定辦法：1）測質(zhì)量：烘干（烘箱）——稱量（天平）；2）測體積：（a）外觀規(guī)則的材料，直接用游標卡尺測量尺寸求體積，如鋼材、玻璃等;（b）外觀不規(guī)則的堅硬顆粒，如砂、石等，將其磨成細粉后，可由排水法測得。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

表觀密度的測定：

質(zhì)量測定用天平體積測定可采用排水法2.表觀密度：----材料的質(zhì)量----材料在自然狀態(tài)下的表觀體積注意：1.Vb=V+V閉孔2.表觀密度須注明含水狀態(tài)，常是一個范圍內(nèi)的值。

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

3.體積密度：----材料的質(zhì)量----材料在自然狀態(tài)下的體積注意：1.V0=V+V閉孔+V開孔

體積密度的測定：1）外形規(guī)則的材料，如磚，可直接測量體積得到；2）外形不規(guī)則的砂石等，可采用封臘排水法測定體積；第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

二、材料的密實度與孔隙率1.密實度：2.孔隙率：第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

孔隙大小孔隙狀態(tài)：孔徑＜0.01㎜極細孔隙孔徑≤1.0㎜細小孔隙孔徑＞1.0㎜粗大孔隙封閉孔隙指常壓下吸不到水，當水壓太大時可以通過材料內(nèi)部的毛細通道進入其中第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

三、散粒材料：m---材料的質(zhì)量----材料的堆積體積1.堆積密度：2.填充率：3.空隙率：空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算含砂率的依據(jù)。

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

材料名稱密度g/cm3

表觀密度（kg/m3）堆積密度（kg/m3）孔隙率（％）鋼材7.8～7.97850—0花崗巖2.7～3.02500～2900—0.5～3.0石灰?guī)r2.4～2.61800～26001400～1700（碎石）—砂2.5～2.6—1500～1700—粘土2.5～2.7—1600～1800—水泥2.8～3.1—1200～1300—燒結(jié)普通磚2.6～2.71600～1900—20～40表1.2常用土木工程材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

例題：已知某種建筑材料試樣的孔隙率為24%，此試樣在自然狀態(tài)下的體積為40cm3，質(zhì)量為85.50g，吸水飽和后的質(zhì)量為89.77g，烘干后的質(zhì)量為82.30g。試求該材料的密度、表觀密度、開口孔隙率、閉口孔隙率。解：密度=干質(zhì)量/密實狀態(tài)下的體積=82.30/40×（1-0.24）=2.7g/cm3開口孔隙率=開口孔隙的體積/自然狀態(tài)下的體積=（89.77-82.3）÷1/40=0.187閉口孔隙率=孔隙率-開口孔隙率=0.24-0.187=0.053表觀密度=干質(zhì)量/表觀體積=82.3/40×（1-0.187）=2.53第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1-2材料的力學性質(zhì)一、材料的變形性質(zhì)：1、材料的彈性變形和塑性變形1)彈性變形：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后，能夠完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形(或瞬時變形)。

材料的力學性質(zhì)：指材料在外力作用下所引起的變化的性質(zhì)。例：鋼筋受力變形2)塑性變形：在外力作用下材料產(chǎn)生變形，如果取消外力，仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形(或永久變形)。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

2、脆性和韌性1）脆性：當外力達到一定限度后，材料突然破壞，而破壞時并無明顯的塑性變形的性質(zhì)。2）韌性（沖擊韌性）：在沖擊、震動荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時也能產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)。脆性材料的抗壓強度比其抗拉強度往往要高很多倍。它對承受震動作用和抵抗沖擊荷載是不利的。在建筑工程中，對于要求承受沖擊荷載和有抗震要求的結(jié)構(gòu)，如吊車梁、橋梁、路面等所用的材料，均應具有較高的韌性。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

二、強度、強度等級和比強度

1、強度：在外力作用下不破壞時能承受的最大應力稱為強度。根據(jù)外力作用方式的不同，材料的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度（或抗折強度）及抗剪強度等形式。(ａ)抗壓(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪1）抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度計算公式：2）抗彎強度：第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

2、強度等級:大多數(shù)土木工程材料根據(jù)其極限強度的大小，劃分成若干不同等級，即強度等級。將土木工程材料劃分若干標號，對掌握材料性質(zhì)，合理選用材料，正確進行設計和控制工程質(zhì)量都是非常重要的。塑性和韌性材料一般按照材料的抗拉極限強度進行分級，如鋼材分為Q195，215，235，255，275等；脆性材料一般按照材料的極限抗壓強度進行分級的，混凝土強度等級：C10、C20、C25、C30、C35、C40。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

3、比強度：材料強度與其表觀密度之比。是衡量材料是否輕質(zhì)、高強的指標。鋼材、木材和混凝土的強度比較材料表觀密度

(kg/m3)抗壓強度(MPa)比強度低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069普通混凝土240029.40.012

可知，木材是輕質(zhì)高強的高效能材料，而普通混凝土為質(zhì)量大而強度較低的材料，所以努力促進普通混凝土這一當代最重要的結(jié)構(gòu)材料向輕質(zhì)、高強方向發(fā)展，是一項十分重要的工作。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

三、材料的硬度和耐磨性：1、硬度：材料抵抗其他物體壓入或刻劃的能力稱為硬度。即受壓時抵抗局部塑性變形的能力。測定法：金屬材料等的硬度常用壓入法測定，如布氏硬度法，是以單位壓痕面積上所受的壓力來表示。陶瓷等材料常用刻劃法測定。

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

2、耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。常用耐磨率表示（道路路面、工業(yè)地面、踏步、臺階等受磨損的部位，選擇材料需考慮其耐磨性）?！湍ヂ剩デ百|(zhì)量，——磨后質(zhì)量，——試件受磨面積，一般硬度越大耐磨性越好，工程上也常用硬度來換算出材料的耐磨性第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1-3材料與水有關的性質(zhì)一、材料的親水性與憎水性：材料與水接觸時由于水在固體表面潤濕狀態(tài)不同，表現(xiàn)為親水與憎水兩種不同的性質(zhì)。用潤濕角判斷。

θ潤濕角：親水性材料有：磚、混凝土砌塊等。憎水性材料有：瀝青、石蠟和塑料等，常用做防水、防潮材料。90o＜θ≤180o憎水材料θ≤90o親水材料第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

二、材料的吸水性與吸濕性：

1、吸水性：材料在水中吸收水分的性質(zhì)。質(zhì)量吸水率:體積吸水率:

各種材料的吸水率相差很大，如花崗等致密巖石的吸水率（質(zhì)量吸水率）僅為0.5%~0.7％，普通混凝土為2％~3％，粘土磚為8％~20％。而木材或其他輕質(zhì)材料的吸水率則常大于100％。mb——吸水飽和后質(zhì)量mg——干燥狀態(tài)下質(zhì)量V0——干燥時自然體積——干燥時體積密度第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

2、吸濕性：材料在空氣中吸收水的性質(zhì)。含水率

吸濕作用一般是可逆的，也就是說材料既可吸收空氣中的水分，又可向空氣中釋放水分。潮濕材料在干燥的空氣中會放出水分，此稱還濕性。

——含水率，%ms——吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量mg——干燥狀態(tài)下質(zhì)量第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

平衡含水率：材料中所含水分與空氣濕度達到平衡時的含水率。干燥的材料吸收空氣中的水分潮濕的材料平衡含水率釋放水分第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

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三、耐水性：材料長期處于水的作用下不破壞，其強度也不嚴重降低的性質(zhì)。用軟化系數(shù)表示。四、抗?jié)B性：材料抵抗壓力水或其他液體滲透的性質(zhì)。軟化系數(shù):——材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度fg——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（軟化系數(shù)≥0.85的材料，認為是耐水的材料。）混凝土、砂漿等的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示。例如：P4、P6、P8分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不透水。

抗?jié)B系數(shù)越小、抗?jié)B等級越高抗?jié)B性越好。對地下建筑、水工建筑物、壓力管等，要求材料具有一定的抗?jié)B性?？?jié)B系數(shù):第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1-4材料的耐久性一、耐久性的概念：材料在使用過程中，能長期抵抗各種環(huán)境因素作用而不破壞，且能保持原有性質(zhì)的性能。材料在使用過程中會受到各種外力的作用，還受到環(huán)境中各種自然因素的破壞作用如物理作用、化學作用、生物作用。不同材料所處的工作環(huán)境不同，耐久性包含的內(nèi)容不同。所以，要提高材料的耐久性，應根據(jù)材料種類特點即建筑物所處的環(huán)境條件進行具體分析，選擇正確的材料?？箖鲂阅途眯允且粋€綜合性質(zhì)：抗?jié)B性抗化學侵蝕性抗碳化性能等等第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

例：圖為莫大樓的外表面，從中可以看見墻壁發(fā)黑，在有些地方可見白色流跡線，還有凸凹不平的現(xiàn)象是分析其原因

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1-5材料的熱工性質(zhì)（了解）一、導熱性：三、熱容量：指材料在溫度變化時吸收和放出熱量的能力。二、比熱：熱容量高的材料，能對室內(nèi)溫度起調(diào)節(jié)作用。導熱系數(shù)越小，材料的保溫隔熱性能越好。

導熱系數(shù)

：

1kg材料溫度升高（或降低）1K時所吸收或放出的熱量。用C表示。材料兩側(cè)有溫差時熱量由高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞的能力。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

四、材料的溫度變形性式中:

α—材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)(１／Ｋ)—線膨脹或線收縮量（mm或cm）

—材料升（降）溫前后的溫度差（Ｋ）

L—材料原來的長度（ｍｍ或ｍ）

線膨脹系數(shù):材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1-6材料的裝飾性能（了解）一、裝飾材料的基本要求1、顏色2、光澤3、質(zhì)感4、表面組織及形狀尺寸二、裝飾材料的選用原則1、滿足使用功能2、滿足裝飾效果3、材料的安全性4、有利于人的身心健康5、合理的耐久性6、經(jīng)濟性原則7、便于施工第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1-7材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（了解）一、材料的組成化學組成：是指構(gòu)成材料的化學成分。不同化學成分組成的材料其性質(zhì)不同。礦物組成：是指元素組成相同，單分子團形成形式各異的現(xiàn)象。材料的化學組成不同，則材料的礦物組成就不同。材料的化學組成相同，可以有不同的礦物組成。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

二、材料的結(jié)構(gòu)1、宏觀結(jié)構(gòu)：指用肉眼或放大鏡能分辨的粗大組織。其尺寸在10-3m級以上。2、亞微觀結(jié)構(gòu)（顯微或細觀結(jié)構(gòu)）：指用光學顯微鏡所看到的結(jié)構(gòu)。其尺寸范圍在10-3~10-6m。3、微觀結(jié)構(gòu)：指通過用電子顯微鏡、X-射線衍射儀等手段來研究的原子級或分子級結(jié)構(gòu)。尺寸范圍在10-6-10-10m。第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

宏觀結(jié)構(gòu)1.散粒結(jié)構(gòu)由單獨的顆粒組成。2.聚集結(jié)構(gòu)材料中的顆粒通過膠結(jié)材料彼此牢固地結(jié)合在一起。3.多孔結(jié)構(gòu)材料中含有大量的,大的,或微小的均勻分布的孔隙。4.致密結(jié)構(gòu)材料在外觀上和結(jié)構(gòu)上都是致密的。5.纖維結(jié)構(gòu)是木材,玻璃纖維制品所特有的結(jié)構(gòu)。6.層狀結(jié)構(gòu)是板材常見的結(jié)構(gòu)。大理石材料的宏觀結(jié)構(gòu)及其相應的主要特征第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

習題：1、同種材料，如孔隙率越大，則材料的強度越

，保溫性越

，吸水率越