土木工程材料课件ppt

土木工程材料主要教学内容第一章绪论（★）第二章材料的基本性质（★★）第三章金属材料（★★★）第四章无机胶凝材料（★★★）第五章混凝土与砂浆（★★★）第六章砌体材料（★★）第七章沥青与沥青混合材料（★）第八章合成高分子材料（★）第九章功能材料（★）第十章木材(自学）土木工程材料第一章绪论一、土木工程材料及其在国民经济建设中的地位和作用二、土木工程材料与土木工程的关系三、土木工程材料的发展概况和发展方向四、土木工程材料的分类五、技术准标准简介六：土木工程材料课程学习方法学习目标是了解土木工程材料的分类，明确土木工程材料在工程中的重要地位，重点是了解土木工程材料的分类、了解各类技术准标准。土木工程材料四、土木工程材料的分类轻质金属夹芯板等有机复合材料金属玻璃纤维增强材料等有机复合材料无机非金属复合材料等木材、石油沥青、塑料有机材料非金属复合材料金属非金属材料金属材料无机材料土木工程材料化学成分：有机材料无机材料复合材料土木工程材料五、技术准标简介2、土木工程材料的技术标准与规范国家标准（GB）：指对全国范围的经济、技术及生产发展有重大意义的标准。它是由国家标准主管部门委托有关部门起草，或有关部委提出批报，经国家技术监督局会同各有关部委审批，并由国家技术监督局发布。GB标准为强制性国家标准，任何技术（产品）不得低于此标准GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥国家标准的代号标准编号标准颁布年代号标准的技术（产品）名称推荐性国家标准，以“GB/T”为标准代号土木工程材料五、技术准标简介行业标准：全国性的某行业范围的技术标准。由国家中央部委标准机构指定有关研究院所、大专院校、工厂等单位提出或联合提出，报中央部委主管部门审批后发布，并报国家技术监督局备案。JC/T479-92建筑生石灰建材行业的标准代号技术标准的二类类目顺序号推荐标准标准颁发年代号标准名称土木工程材料五、技术准标简介地方标准与企业标准：凡国家、部未能颁布的产品与过程的技术标准，可由相应的工厂、公司等单位，根据生产厂能保证的产品质量水平所制定的技术标准，报请本地区或本行业有关主管部门审批后，在该地区或行业中执行。国际标准：①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。②区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。③国际标准化组织标准，代号ISO。土木工程材料§2.1材料的组成与结构二、材料的结构和构造*材料的结构和构造是决定材料性质的重要因素（一）宏观结构：指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织，尺寸在10-3m以上。①按其孔隙特征分为：致密结构——玻璃塑料、金属、天然石材等多孔结构——加气砼、泡沫塑料微孔结构——石膏制品、水泥制品②按存在状态或构造特征分：纤维结构——玻璃纤维、矿棉、棉麻堆聚结构——砂浆、沥青混凝土、水泥混凝土层状结构——胶合板、纸面石膏板散粒结构——砂、石及粉状或颗粒状材料土木工程材料§2.1材料的组成与结构（二）亚微观结构又称细观结构——指用光学显微镜观测手段研究的结构层次。它包括晶体粒子、玻璃体、胶体及材料内孔隙的形态、大小、分布等结构状况。晶体粒子、玻璃体、胶体及材料内孔隙的形态、大小、分布等不同，都影响材料的性质。（三）微观结构——指用电子显微镜及X射线等手段研究材料内部质点在空间分布情况的结构层次。根据内部质点的分布状态不同可分为晶体和非晶体。土木工程材料★§2.2材料的基本物理性质本节主要讨论以下5个问题一、材料的结构特征参数：密度、表观密度、堆积密度二、密实度、孔隙率、空隙率、填充率三、材料与水有关的性质四、材料的热工性质五、材料的耐热性与耐燃性熟练掌握土木工程材料的基本物理性质土木工程材料一、材料的结构特征参数：1、密度：①定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量（比重）②测定：除钢材、玻璃等少数材料外，绝大多数材料都有孔隙，一般进行磨细，干燥后用李氏瓶测其体积（砖、石材）；另外，用排液置换法测量卵石等致密材料近似密度。③特点：不变值Vm材料的质量（干燥至恒重），g材料在绝对密实状态下的体积，cm3土木工程材料2、表观密度（俗称容重）①定义：材料在自然状态下单位体积的质量（重量）②测定：与材料含水情况有关，故测表观密度时，应注明含水情况，通常指标在气干状态（长期在空气中状态）下的表观密度，在烘干状态下的表观密度称为干表观密度。③特点：变化值00Vm测定：形状规则，直接量尺寸，不规则，排液置换，表面涂腊。土木工程材料3、堆积密度（松散容重）①定义：散粒材料在堆积状态下，单位体积的质量。②测定：包含了颗粒之间的空隙③特点：变化值'00'Vm含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积自然堆积密度：散粒材料的堆积方式松散紧密堆积密度：散粒材料捣实的堆积方式土木工程材料材料名称密度g/cm3表观密度g/cm3堆积密度g/cm3钢材7.85————松木1.550.40~0.80——水泥2.80~3.20——900~1300砂2.662.651450~1650碎石（石灰石）2.60~2.802.601400~1700普通混凝土2.601.95~2.50——普通黏土砖2.6016.0~1.90——常用材料的密度、表观密度，堆积密度土木工程材料二、密实度孔隙率空隙率填充率1、密实度：材料体积内被固体物质充实的程度（物质占比例）2、孔隙率：孔隙的多少（孔隙所占比例）%100*)1(%100*000VVVppVVD1%100*%100*00土木工程材料二、密实度孔隙率空隙率填充率3、空隙率：散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比率P′反映了散粒材料的颗粒互相填充的密实程度4、填充率：散粒材料在某堆积体积中被颗粒填充的程度%100*)'1(%100*''''000000VVVVVps'1%100*'%100*''0000pVVD空隙率考虑的是材料颗料间的空隙，这对填充和粘结散粒材料时，研究散粒状材料的空隙结构和计算胶结材料的需要量十分重要土木工程材料三、材料与水有关的性质1、亲水性、憎水性（疏水性）2、材料的含水状态3、材料的吸水性与吸湿性4、材料的耐水性5、材料的抗渗性6、材料的抗冻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；材料在潮湿空气中或水中吸收水分的性质，分别称为吸湿性与吸水性；材料耐水性指材料长期在水的作用下不破坏、强度不明显下降的性质；抗渗性指材料抵抗压力水不渗透的性质；抗冻性指材料在含水状态下能忍受多次冻融循环而不破坏，强度也不显著下降的性质。土木工程材料1、材料的亲水性与憎水性1、亲水性与憎水性：当材料与水接触时，有些材料能被水润湿，有些材料则不能被水润湿，前者称材料具有亲水性，后者称具有憎水性。润湿边角：材料被水湿润的情况可用润湿边角θ表示。当材料与水接触时，在材料、水以及空气三相的交点处，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿边角θ越小，材料亲水性越强，越易被水湿润θ=0时，表示材料完全被水湿润（ａ）亲水性材料；（ｂ）憎水性材料土木工程材料1、材料的亲水性与憎水性亲水性材料：当θ≤90°时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称亲水性材料。例如：砖、木、混凝土等。憎水性材料：当θ＞90°时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。例如：沥青、石蜡等。当θ=0°时，表明材料完全被水润湿，称为铺展。土木工程材料2、材料的含水状态（亲水性材料）(a)干燥状态-材料的孔隙中不含水或含水极微(b)气干状态-材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡(c)饱和面干-材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和(d)湿润状态-材料不仅孔隙中含水饱和,而且表面上为水湿润附有一层水膜基本含水状态：土木工程材料3、材料的吸湿性和吸水性1）吸湿性：用含水率表示亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质。还湿性：亲水材料在干燥空气中放出所含水分的性质。含水率%100*ggshmmmW影响材料含水率的因素：环境的温度和湿度平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率材料在吸湿状态下的重量材料在干燥状态下的重量土木工程材料3、材料的吸湿性和吸水性2）吸水性：材料在水中吸水的性质。用吸水率表示吸水性：质量吸水率、体积吸水率质量吸水率：材料吸水饱和时，吸收的水分质量占材料干燥时质量的百分率：%100*ggbmmmmW体积吸水率：材料吸水饱和时，吸收的水分体积占材料干燥时体积的百分率：0*mVWW%100*1*0wgbVVmmW质量吸水率与体积吸水率关系：土木工程材料3、材料的吸湿性和吸水性材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。各种材料的吸水率很不相同，差异很大如花岗岩的吸水率只有0.5％-0.7％混凝土的吸水率为2％-3％粘土砖的吸水率达8％-20％木材的吸水率可超过100％材料的吸水性与什么有关？土木工程材料4、材料的耐水性定义：材料长期在饱和水作用下不被破坏，强度也无明显下降的性质。软化系数：gbRffKKR在0-1之间耐水材料：KR＞0.85钢材、玻璃、沥青KR=1黏土KR=0要求：长期处于水中或潮湿环境中的重要结构KR＞0.85用于受潮较轻或次要结构：KR≥0.75KR=材料吸水饱和后的抗压强度/材料干燥时的抗压强度土木工程材料5、材料的抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质AtHQdK影响因素：孔隙率及孔隙特征开口的连通大孔越多抗渗性越差闭口孔隙率大的材料抗渗性仍可良好抗渗等级:以规定的时间在标准试验条件下所能承受的最大水压力（MPa）来确定，材料可以抵抗0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa水压力：2P4P6P渗透系数一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量抗渗性是决定材料耐久性的主要指标土木工程材料6、材料的抗冻性定义：材料在吸水饱和状态下能经受多次冻融循环作用而不破环，强度不明显降低的性质。抗冻标号（Fn）：混凝土F50含义：混凝土标准试件经28d标准养护后，浸水4d吸水饱和,在-15Co--20Co条件下冻6h,在10-20oC水中融6h，一冻一融为一次冻融，经50次的冻融循环后，质量损失不大于5%，强度损失不超过25%也无明显损坏和剥落，则该混凝土达到F50。冻融破坏：材料吸水后，在负温度下，水在毛细管内结冰，体积膨胀约9％，冰的动胀压力造成材料的内应力，使材料遭到局部破坏，随着冰冻、融化的循环作用，对材料的破坏加剧，这种破坏即为冻融破坏。25F50F100F土木工程材料讨论：材料与水有关的性质主要和哪些因素有关？1、材料中所吸水分是通过开口孔隙吸入的，故开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。2、材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。3、材料的抗渗性与材料内部的孔隙率特别是开口孔隙率有关，开口孔隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的憎水性和亲水性有关，憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料。4、材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。5、从外界条件来看，材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关。环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁，则材料受冻破坏愈严重。材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落，逐渐向内部深入发展。土木工程材料四、材料的热工性质1、热容性2、导热性3、热变形性4、耐燃性材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋盖）进行热工计算时的重要参数，设计时应选用导热系数较小而热容量较大的建筑材料，以使建筑物保持室内温度的稳定性。同时，导热系数也是工业窑炉热工计算和确定冷藏库绝热层厚度时的重要数据。材