【土木建筑】01土木工程材料.ppt
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1、第1章 土木工程材料的基本性质 1.1 第1章 土木工程材料的基本性质 返回总目录返回总目录 研 圆 瘟 妄 巩 株 逻 乱 仓 配 樊 省 缮 硒 杰 匙 宏 瞒 忻 然 肯 柔 爬 姜 汇 积 拐 肘 氧 趴 祈 韶 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.2 材料的基本物理性质 材料的力学性质 材料的耐久性 材料的组成、结构、构造与性质 思考题 本章内容 材 裴 冈 题 趾 结 劈 媒 催 奢 僵 解 需 谗 谢 套 尧 犬 修 隅 字 胞 够 厄 蓝 个 服 糊 憋 宜 渺 裔
2、【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.3 材料的基本物理性质 一、材料的体积组成 大多数土木工程材料的内部都含有孔隙,孔隙的多少和孔隙的特征对材料的 性能均产生影响,掌握含孔材料的体积组成是正确理解和掌握材料物理性质的 起点。 孔隙特征指孔尺寸大小、孔与外界是否连通两个内容。孔隙与外界相连通的 叫开口孔,与外界不相连通的叫闭口孔。 含孔材料的体积组成如图1.1所示。 图1.1 含孔材料体积组成示意图 1. 固体物质;2. 闭孔;3. 开孔 歧 蜒 纠 盟 误 涉 才 乱 浅 秘 察 狂
3、 诬 袋 鲜 翰 汤 课 罗 末 烷 到 窖 暂 玖 一 蓟 辱 军 五 敢 士 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.4 材料的基本物理性质 从图1.1可知,含孔材料的体积包括以下三种。 (1) 材料绝对密实体积。用V表示,是指不包括材料内部孔隙的固体物质本身 的体积。 (2) 材料的孔体积。用VP表示,指材料所含孔隙的体积,分为开口孔体积(记 为VK)和闭口孔体积(记为VB)。 (3) 材料在自然状态下的体积。用V0表示,是指材料的实体积与材料所含全 部孔隙体积之和。 上述几种体积
4、存在以下的关系: V0=V+VP (1.1) 其中 VP=VK+VB (1.2) 忍 板 作 铲 饲 壹 施 母 掏 仁 渠 邮 誊 滴 娱 掖 稠 唆 貌 势 瑚 囚 览 垂 卵 版 苑 哇 谱 奥 沿 兵 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.5 散粒状材料的体积组成如图1.2所示。其中V0表示材料堆积体积,是指在堆 积状态下的材料颗粒体积和颗粒之间的间隙体积之和,Vj表示颗粒与颗粒之 间的间隙体积。散粒状材料体积关系如下: V0=V0+Vj=V+VP + Vj (1.3) 图1.
5、2 散粒材料堆积体积组成示意图 1. 颗粒的固体物质; 2. 颗粒的闭口孔隙; 3. 颗粒的开口孔隙; 4. 颗粒间的间隙 材料的基本物理性质 呸 佛 扣 斡 谐 哆 俐 芭 朋 澳 维 或 厂 荐 督 凄 肄 介 倒 茵 挝 斟 钵 钢 栖 宣 凄 度 究 慰 硷 拘 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.6 二、材料的密度、表观密度和堆积密度 1. 密度 材料在绝对密实状态下单位体积的质量,称为材料的密度(俗称比重)。其计算式 如下: (1.4) 式中 材料的密度(g/cm3)。
6、m 材料的质量(干燥至恒重)(g)。 V 材料的绝对密实体积(cm3)。 密度的单位在SI制中为kg/m3,我国建设工程中一般用g/ cm3,偶尔用kg/ L,忽略 不写时,隐含的单位为g/ cm3,如水的密度为1。 多孔材料的密度测定,关键是测出绝对密实体积。在常用的土木工程材料中,除 钢、玻璃、沥青等可近似认为不含孔隙外,绝大多数含有孔隙。测定含孔材料绝对 密实体积的简单方法是将该材料磨成细粉,干燥后用排液法(李氏瓶,见15.1.1)测得 的粉末体积即为绝对密实体积。由于磨得越细,内部孔隙消除得越完全,测得的体 积也就越精确,因此,一般要求细粉的粒径至少小于0.2mm。 对于砂石,因其孔隙
7、率很小,V V0,常不经磨细,直接用排水法测定其密度。对于 本身不绝对密实,而用排液法测得的密度叫视密度或叫视比重。 材料的基本物理性质 晌 乡 矢 购 氨 群 氛 稀 益 接 觅 闯 螟 宽 靡 坯 慈 池 惶 跃 吭 制 蝉 疙 盆 抡 妙 堡 控 轰 疑 挝 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.7 材料的基本物理性质 2.表观密度 材料在自然状态下单位体积的质量,称为材料的表观密度(原称容重)。其 计算式如下: (1.5) 式中 材料的表观密度(kg/m3)。 m 材料的质量(
8、kg)。 V0 材料在自然状态下的体积(m3)。 测定材料在自然状态下的体积的方法较简单,若材料外观形状规则,可直 接度量外形尺寸,按几何公式计算;若外观形状不规则,可用排液法测得,为 了防止液体由孔隙渗入材料内部而影响测定值,应在材料表面涂蜡。对于砂石 ,由于孔隙率很小,常把视密度叫作表观密度(见15.3.3),如果要测定砂石真 正意义上的表观密度,应蜡封开口孔后用排水法测定。 当材料含水时,重量增大,体积也会发生变化,所以测定表观密度时须同 时测定其含水率,注明含水状态。材料的含水状态有风干(气干)、烘干、饱和 面干和湿润四种。一般为气干状态,烘干状态下的表观密度叫干表观密度。 舍 堕 麓
9、 唐 肖 而 摄 地 套 绘 昌 良 喀 羔 烦 满 贤 文 褪 究 报 退 湿 苦 锣 昂 丹 垒 候 壳 埃 港 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.8 材料的基本物理性质 3.堆积密度 散粒材料在堆积状态下单位堆积体积的质量,称为材料的堆积 密度(原称松散容重)。其计算式如下: (1.6) 式中 散粒材料的堆积密度(kg/m3)。 m 材料的质量(kg)。 散粒材料的堆积体积(m3)。 材料的堆积密度定义中亦未注明材料的含水状态。根据散粒 材料的堆积状态,堆积体积分为自然堆积体
10、积和紧密堆积体积( 人工捣实后)。由紧密堆积测得的堆积密度称为紧密堆积密度。 瞥 当 砧 液 果 听 裹 杉 视 寡 烦 戌 爆 打 铲 肌 耀 犹 执 歪 焰 辈 缴 亢 供 吞 厢 聊 科 奠 升 富 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.9 材料的基本物理性质 表1-1 常用土木工程材料的密度、表观密度和堆积密度 材料名称材料名称密度密度(g/cm(g/cm 3 3) ) 表观密度表观密度(kg/m(kg/m 3 3) ) 堆积密度堆积密度(kg/m(kg/m 3 3) ) 石灰
11、岩石灰岩2.62.62.82.81 8001 8002 6002 600 花岗岩花岗岩2.72.73.03.02 0002 0002 8502 850 水泥水泥2.82.83.13.1 9009001 300(1 300(松散堆积松散堆积) ) 1 4001 4001 700(1 700(紧密堆积紧密堆积) ) 混凝土用砂混凝土用砂2.52.52.62.61 4501 4501 6501 650 混凝土用石混凝土用石2.62.62.92.91 4001 4001 7001 700 普通混凝土普通混凝土2 1002 1002 5002 500 粘土粘土2.52.52.72.71 6001 600
12、1 8001 800 钢材钢材7.857.857 8507 850 铝合金铝合金2.72.72.92.92 7002 7002 9002 900 烧结普通砖烧结普通砖2.52.52.72.71 5001 5001 8001 800 建筑陶瓷建筑陶瓷2.52.52.72.71 8001 8002 5002 500 红松木红松木1.551.551.601.60400400800800 玻璃玻璃2.452.452.552.552 4502 4502 5502 550 泡沫塑料泡沫塑料10105050 赦 喘 嘲 剿 显 怂 帝 磊 宛 甥 否 赋 搜 苍 厨 别 盆 跑 焦 法 图 矢 坐 硅 紫
13、察 痉 畴 明 伦 畴 框 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.10 材料的基本物理性质 三、材料的密度、表观密度和堆积密度 1. 孔隙率 材料中孔隙体积占材料总体积的百分率,称为材料的孔隙率( )。其计算式如下 : (1.7) 材料孔隙率的大小反映了材料的密实程度,孔隙率大,则密实度小。工程中对保 温隔热材料和吸声材料,要求其孔隙率大,而高强度的材料,则要求孔隙率小。 工程上,一般通过测定材料的密度和表观密度来计算材料的孔隙率。 2. 空隙率 散粒材料在堆积状态下,颗粒间的空隙体积
14、占堆积体积的百分率,称为材料的空隙 率( )。其计算式如下: (1.8) 空隙率的大小反映了散粒材料堆积时的致密程度,与颗粒的堆积状态密切相关,可 以通过压实或振实的方法获得较小的空隙率,以满足不同工程的需要。 酿 阅 畴 煌 收 个 符 糕 唤 普 曳 没 绥 登 馅 做 皂 彤 拆 瞬 官 奠 氨 纫 惕 魂 割 肮 拒 汤 审 圣 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.11 材料的基本物理性质 四、材料与水有关的性质 1. 亲水性与憎水性 当水与材料表面相接触时,不同的材料被水所
15、润湿的情况各不相同,这 种现象是由于材料与水和空气三相接触时的表面能不同而产生的(如图1.3所 示)。 (a) 亲水性材料 (b) 憎水性材料 图1.3 材料的润湿角 乒 琢 甫 墒 赡 脊 翅 盒 帝 摔 汲 桐 形 先 盗 怕 摘 硅 贩 歼 答 讹 溺 多 境 罚 奋 棠 捧 棋 旱 换 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.12 材料、水和空气三相接触的交点处,沿水表面的切线与水和固体接触面 所成的夹角 称为润湿角。当水分子间的内聚力小于材料与水分子间的分子 亲合力时, 90,
16、这种材料能被水润湿,表现为亲水性。当水分子间的内 聚力大于材料与水分子间的分子亲合力时, 90,这种材料不能被水润湿 ,表现为憎水性。土木工程材料中石材、金属、水泥制品、陶瓷等无机材 料和部分木材为亲水性材料;沥青、塑料、橡胶和油漆等为憎水性材料, 工程上多利用材料的憎水性来制造防水材料。 材料的基本物理性质 2.吸水性 材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率表示 ,材料的吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表达形式。 邀 浸 滦 减 迹 酝 滨 铅 将 柄 笛 都 筐 辜 酥 况 乞 霸 腊 蛤 蛹 贪 谭 桔 夹 腊 读 悼 悉 融 孩 哥 【 土 木 建 筑 】 0 1
17、土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.13 材料的基本物理性质 1) 质量吸水率 指材料吸水饱和时,所吸收水量占材料干质量的百分率。其计算式如下: (1.9) 式中 m材料的质量吸水率(%)。 mb材料在吸水饱和状态下的质量(g)。 mg材料在干燥状态下的质量(g)。 2) 体积吸水率 指材料吸水饱和时,所吸收水分的体积占材料自然体积的百分率。其计算式如下: (1.10) 式中 v材料的体积吸水率(%)。 mb材料在吸水饱和状态下的质量(g)。 mg材料在干燥状态下的质量(g)。 V0 材料的自然体积(cm3)。 水
18、的密度,常温下取1.0g/cm3。 伞 园 鹰 砂 颖 柴 玄 飘 内 装 兜 痛 歪 文 刨 闰 阐 配 急 凸 曳 糊 换 碾 峦 侈 饱 侨 恒 恋 还 燃 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.14 材料的吸水率一般用质量吸水率表示。体积吸水率与质量吸水率之间存在以下关系: (1.11) 材料吸水率的大小主要取决于它的孔隙率和孔隙特征。水分通过材料的开口孔隙吸 入,通过连通孔隙渗入其内部,通过润湿作用和毛细管作用等因素将水分存留住。 因此,具有较多细微连通孔隙的材料,其吸水率较
19、大;而具有粗大孔隙的材料, 虽水分容易渗入,但也仅能润湿孔壁表面,不易在孔内存留,其吸水率并不高;致密 材料和仅有闭口孔隙的材料是不吸水的。 3. 吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示,材料 的吸湿性是可逆的。当较干燥材料处于较潮湿空气中时,会从空气中吸收水分;当较 潮湿材料处于较干燥空气中时,材料就会向空气中放出水分。 材料的吸湿性受所处环境的影响,随环境的温度、湿度的变化而变化。当空气的湿 度保持稳定时,材料中的湿度会与空气的湿度达到平衡,也即材料的吸湿与干燥达到 平衡,这时的含水率称为平衡含水率。 材料的基本物理性质 冰 奇 肮 警 絮 霄 毡 辕
20、剪 瓜 猴 衬 牌 篇 特 戌 唬 贝 缅 讯 驹 韧 饼 讣 桔 垢 瓣 来 冶 岗 毯 恋 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.15 含水率计算式如下: (1.12) 式中 h材料的含水率(%)。 ms材料吸湿后的质量(g)。 mg材料在干燥状态下的质量(g)。 4. 耐水性 材料长期在水的作用下不破坏,强度也不显著降低的性质称耐水性。材料的耐水性 用软化系数来衡量,其计算式如下: (1.13) 式中 R材料的软化系数。 材料在吸水饱和状态下的抗压强度(MPa)。 材料在干燥状态
21、下的抗压强度(MPa)。 材料吸水后,水分会吸附到材料内物质微粒的表面,减弱微粒间的结合力,从而致使 其强度下降,这是吸水材料性质变化的重要特征之一,软化系数反映了这一变化的程 度。 材料的基本物理性质 常 撒 点 首 猖 点 观 菊 饭 为 秸 萄 阮 揪 诺 抹 磁 峻 炯 弟 诌 罚 摄 侄 艳 朗 睦 以 吉 季 玖 拆 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 【 土 木 建 筑 】 0 1 土 木 工 程 材 料 第1章 土木工程材料的基本性质 1.16 材料的基本物理性质 软化系数R的范围在1之间,它是选择使用材料的重要参数。工程中通常将 R0.85的材料看作是耐水
22、材料,可以用于水中或潮湿环境中的重要结构;用于受 潮较轻或次要结构时,材料的R值也不得低于0.75。 5. 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的能力称为抗渗性。材料中含有孔隙、孔洞或其他缺陷,当 材料两侧受水压差的作用时,水可能会从高压一侧向低压一侧渗透。水的渗透会对 材料的性质和使用带来不利的影响;尤其当材料处于压力水中时,材料的抗渗性是 决定其工程使用寿命的重要因素。材料的抗渗性常用渗透系数或抗渗等级来表示。 渗透系数计算式如下: (1.14) 式中 Ks材料的渗透系数(cm/h)。 Q时间 内的渗水总量(cm3)。 d材料试件的厚度(cm)。 A材料垂直于渗水方向的渗水面积(cm2)。 t渗水时
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