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1、材料性质（性能）（特性）,合理应用,技术要求,物理性质,掌握,目的,化学性质,力学性质,耐久性,取决于,1.材料组成,2.材料结构,3.试验条件,第一章.土木工程材料的基本性质,检验检测,常用规格,1.材料组成,化学组成,矿物组成,相组成,2.材料结构,宏观结构,细观结构,微观结构,纳观结构,A.晶体结构,B.玻璃体结构,C.胶体结构,3.试验条件,试件形状、尺寸,试件表面状况、含水状态,试验温、湿度；加荷速度,定义,特征,A.晶体结构,B.玻璃体结构,定义,特征,C.胶体结构,定义,特征,质点在空间按特定的规则呈周期性排列,特定的几何外形；各向异性(金属材料除外)；固定的熔点，化学稳定性高,
2、高温熔融物经急冷后，质点来不及按一定的规则排列便凝固成固体,各向同性；导热性较低；无固定的熔点；化学稳定性差(即，活性高),分散相分散在连续相介质中形成的分散体系,较强的吸附力和粘结力；比晶体和玻璃体结构强度低、变形大,第一节.材料的基本物理性质,1.密度,2.表观密度0,3.堆积密度0,4.孔隙率P,5.空隙率P,材料在绝对密实状态下单位体积重量,材料在自然状态下单位体积重量,散粒材料在堆积状态下单位体积重量,一.材料与质量有关的性质,材料内部孔隙体积占表观体积的百分率,材料之间空隙体积占堆积体积的百分率,体积密度,毛体积密度,比重,容重,松散容重,闭口孔隙,开口孔隙,实 体,开口孔隙,闭口
3、孔隙,实体,V,V闭,V开,Vo,孔隙体积 V孔=V开+V闭,空 隙,V空,堆积体积 Vo=Vo+V空=V+V开+V闭+V空,表观体积 Vo=V+V孔=V+V开+V闭,Vo,V孔,V空=V空i,V0=V0i,1.密度,2.表观密度,3.堆积密度,式中：V实体体积,李氏密度瓶测V,式中：V0表观体积，表面封蜡测V0,表观密度又称容重，分,式中：V0堆积体积，容量筒测V0,干容重,湿容重,饱水容重,4.孔隙率,5.开口孔隙率,6.闭口孔隙率,7.空隙率,孔隙、孔隙率与孔隙(形态)特征,粗孔与细孔 毛细孔使材料吸水率，耐久性，一般来说粗孔不易吸满水，微细孔隙 吸水率非常大.,开孔与闭孔 开孔相对闭孔
4、对材料强度、保温性、耐久性更不利。或增加闭口孔隙，可 提高材料保温性、耐久性.,1.一般来说，孔隙尺寸,材料强度,导热系数,2.孔隙率，材料表观密度；强度；导热系数；吸水率；透气、透水性 抗冻性是否降低，视孔隙大小和形态特征而定,3.孔隙(形态)特征,V=170 cm3V+V闭=210 cm3V0=V+V开+V闭=260 cm3,某材料干燥试样重450g，浸入水中吸水饱和后排出水的 体积210cm3；取出用湿布抹干再浸入水中排出水的体积260cm3；试样磨细后烘干再浸入水中，排出水的体积170cm3。求：该材料密度，表观密度0，开口孔隙率PK，闭口孔隙率PB,则：,例题,解：,V=170 cm
5、3V闭=40 cm3V开=50 cm3,密度,表观密度,开口孔隙率,闭口孔隙率,二.材料与水有关的性质,1.亲水性 憎水性,润湿(边)角90亲水性材料 90憎水性材料,水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的吸引力 大于水分子与材料分子之间的吸引力,2.吸水性,材料在水中吸收水分的性质,指标重量吸水率、体积吸水率,3.吸湿性,材料在空气中吸收水分的性质,指标含水率,吸(含)水率，对材料的许多性质有不良影响：如容重、体积、导热性，强度及抗冻性等,6.材料的含 水状态,干燥(即，绝干)状态,4.耐水性,材料抵抗水的破坏作用的能力,指标软化系数：软化系数，材料的耐水性好，反之，材料的耐水性差。工
6、程中将软化系数0.85的材料称为耐水材料,5.抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质,指标渗透系数：渗透系数，抗渗性差。抗渗等级：P4、P6、P8、P10、P12等。其中：P12表示材料能够承受的最大水压为1.2MPa,气干状态,饱和面干状态,湿润状态,8.重量吸水率,9.体积吸水率,二者关系,10.含水率,某材料饱水容重0饱=1900/m3，体积吸水率wv=46%求:干容重0,解:,例题,三.材料与热有关的性质,1.导热性,材料两侧存在温差时,热量由一侧传至另一侧的性质,愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝热性能愈好。工程界将 0.23W/(mk)的材料，称为绝热材料，或节能材料,指标导热系数,材料
7、组成、结构,材料的孔隙率、孔隙特征,材料的含水状态,受控于,最好的绝热材料为静止（态）空气，其=0.023W/(mk),房建中采用的空心砖(砌块)、加气砼砌块中含有较多的静态空气，是良好的节能材料。,2.热容量,材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质,指标比热容,比热容大的材料，热容大，有利于建筑物内部温度稳定,3.热胀冷缩,材料随温度变化时其尺寸变化的性质,指标线膨胀系数,用于计算材料在温度变化时引起的变形或产生的温度应力,建筑物的围护结构宜选用比热容大、导热系数小的材料,4.保温隔热,保温防止室内热量的散失,隔热防止室外热量的进入,一.强度 1.定义 材料在外力作用下抵抗破坏的能力 2.
8、分类 抗压、抗拉、抗剪、抗弯(折).抗压、抗拉、抗剪强度公式 式中：f 强度（MPa）；A 受力面积（mm2）；F max 最大破坏荷载（N）.抗弯（折）强度f 分一点、两点加荷。公式见教材 3.比强度 材料强度与表观密度之比。是衡量材料轻质、高强的指标。,第二节.材料的基本力学性质,例:直径为18mm的钢筋,最大破坏荷载120KN,求其抗拉强度f,解：由题知:A=92 抗拉强度 f=Fmax/A=120103/92=471.57 MPa,4.强度与强度等级,A.强度等级：土木材料常根据（极限）强度的大小划分为不同的强度等级或标号 我国的规范以前采用标号值；目前采用强度等级值。B.强度与强度等
9、级 区别：a.强度是实测值，强度等级是人为规定的强度范围。b.强度指的是材料的极限值，是唯一的。c.每一强度等级则包含一系列强度值。联系：某一材料强度等级的确定必须以其极限强度值为依据.,5.影响材料强度的因素,A.材料的组成、结构与构造 即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不一样。B.孔隙率与孔隙特征：孔隙率愈大，材料的强度愈小。一般表观密度大的材料，其强度也大。对于同一材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。,C.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件强度棱柱体试件强度，相同材料采用小试件测得的强度较大试件高。D.加荷速度：当加荷速度快时，由于变形（裂纹扩展）速度慢于荷载增加速度，
10、故测得的强度值偏高。E.试验环境的温度、湿度：温度高、湿度大时，试件会有体积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间的作用力减弱，测得的强度值偏低。F.受力面状态：受力面的平整度，润滑情况等。试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。,混凝土路面砖抗折强度试验,混凝土路面砖抗压强度试验,建筑钢筋的拉伸试验,二.弹性与塑性,在外力作用下，材料既产生内力(M、V、N、T),又产生变形(弹、塑)A.弹性变形弹属于可逆变形，胡克定律（=）代表弹性材料 B.塑性变形(又称：残余变形、永久变形)塑属于不可逆变形,A.脆性外力作用下直至破坏无明显塑性变形而突然发生破坏的性质 特征f压 f拉,适合受压构件,不适
11、合受拉、承受冲击、振动荷载构件 B.韧性冲击外力下既吸收能量又产生变形而不破坏的性质。抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的韧性 静荷载作用时不产生加速度的荷载。如结构自重 动荷载作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载,三.脆性与韧性,建筑钢材外力小时产生弹，外力超某限值时产生塑弹性塑性材料 混凝土外力作用时弹和塑同时产生弹塑性材料,混凝土、玻璃、石材、陶瓷、铸铁等材料均为脆性材料,如木材、钢材,1.一质量为4.1kg，体积为10L的容量筒，内部装满最大粒径为20mm的碎石，称得总质量为19.81kg。向上述容量筒内注水，待石子吸水饱和后再注满水，称得其时总质量为23.91kg。将此吸水饱
12、和的石子用湿布擦干表面，称得石子的质量为16.02kg。求该碎石:(1)堆积密度0(1571 kg/m3)；(2)质量吸水率Wm(2%)(3)表观密度0(2530 kg/m3)；(4)空隙率P(37.9%)提示：已知 m=19.814.1=15.71kg，V空=V水=(23.914.116.02)/=3.79L 则 V0=103.79=6.21L=6.21 10-3 m3 表观密度0=m/V0=15.71/6.21 10-3=2529.79 kg/m3 2.某材料在吸水饱和时的容重 0饱为1600kg/m3，体积吸水率 Wv为15%。计算该材料:(1)干容重0干(1450kg/m3)(2)质量吸水率 Wm(10.3%)(3)开口孔隙率 P k(15%)(4)若材料的密度为2.6g/cm3,求孔隙率P(44.2%),作业,
