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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,第,1,章 土木工程材料的基本性質(zhì),第一節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,第二節(jié) 材料的基本物理性質(zhì),第三節(jié) 材料的基本力學(xué)性質(zhì),第四節(jié) 材料的耐久性,第一節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,一、材料的組成,化學(xué)組成：,-是指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類及數(shù)量。,-金屬材料常以各化學(xué)元素含量表示,-無機

2、非金屬材料常以各氧化物含量表示,-有機材料常以各化合物的含量表示,礦物組成：,礦物,是指具有一定化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征的單質(zhì)或化合物。,礦物組成,是指構(gòu)成材料的礦物的種類和數(shù)量。,它是決定無機非金屬材料化學(xué)、物理、力學(xué)等性質(zhì)的重要因素。,材料的化學(xué)組成不同，則材料的礦物組成就不同；,材料的化學(xué)組成相同，可以有不同的礦物組成。,相組成：指材料中結(jié)構(gòu)相近、性質(zhì)相同的均勻部分。,如混凝土是多相材料,二、材料的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造,宏觀結(jié)構(gòu),亞微觀結(jié)構(gòu)（顯微或細(xì)觀結(jié)構(gòu)）,微觀結(jié)構(gòu),第一節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,1、宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）,指用肉眼或放大鏡能分辨的粗大組織。其尺寸在10,-3,m,級以上。,精細(xì)結(jié)構(gòu),肉眼

3、,1、宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）,材料的宏觀結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的主要特征,宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）的分類,按孔隙特征分,按 孔 徑 分,按構(gòu)成形態(tài)分,宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）的分類,按孔隙特征分,按 孔 徑 分,按構(gòu)成形態(tài)分,致密結(jié)構(gòu),多孔結(jié)構(gòu),微孔結(jié)構(gòu),宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）,按孔隙特征分,按 孔 徑 分,按構(gòu)成形態(tài)分,粗大孔隙結(jié)構(gòu),細(xì)小孔隙結(jié)構(gòu),極微細(xì)孔隙結(jié)構(gòu),宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）,按孔隙特征分,按 孔 徑 分,按構(gòu)成形態(tài)分,聚集結(jié)構(gòu),纖維結(jié)構(gòu),層狀結(jié)構(gòu),散粒結(jié)構(gòu),2、亞微觀結(jié)構(gòu)（顯微或細(xì)觀結(jié)構(gòu)）,指用光學(xué)顯微鏡所看到的結(jié)構(gòu)。其尺寸范圍在10,-3,10,-6,m,。,該結(jié)構(gòu)主要研究材料內(nèi)部的晶粒、顆粒等的大小和形態(tài)、晶界或界面，

4、孔隙與微裂紋的大小和分布。,光學(xué)顯微鏡下的影像,光學(xué)顯微鏡,3、微 觀 結(jié) 構(gòu),指通過電子顯微鏡、,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,-,7,-10,-10,m,。,掃描電子顯微鏡下的影像,掃描電子顯微鏡,微 觀 結(jié) 構(gòu),常見材料,主要特征,有固定的幾何外形和熔點，,部分晶體的硬度、強度較高,微觀結(jié)構(gòu),晶,體,原子、離子或分子按一,定規(guī)律排列,金剛石、石英、石膏、,石灰?guī)r、鋼、鐵及部分有機化合物。,無固定的幾何外形,和熔點，強度、化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性較差,非,晶,體,原子、離子或分子以共價鍵、離,子鍵或分子鍵結(jié)合，但為無序排列（短程有序，長程無序）,玻璃、?；郀t

5、礦渣,、火山灰、粉煤灰,晶體,非晶體（玻璃體）,膠體,溶膠結(jié)構(gòu),凝膠結(jié)構(gòu)：干凝膠,材料的構(gòu)造：,材料結(jié)構(gòu)單元的搭配與組合,第二節(jié) 材料的基本物理性質(zhì),一、材料的密度、表觀密度、堆積密度,二、密實度、孔隙率,三、填充率、空隙率,四、與水有關(guān)的性質(zhì),一、材料的密度、表觀密度、堆積密度,密 度,表觀密度,堆積密度,視密度,一、材料的密度、表觀密度、堆積密度,材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,（,kg/m,3,）,式中：密度,(,g/cm,3,、,kg/m,3,),m,材料的干質(zhì)量，,kg,。,v,材料在,絕對密實狀態(tài)下的體積，,m,3,。,測定方法：,用李氏瓶法、排水法、幾何法測體積，天平稱干重

6、。,密 度,表觀密度,堆積密度,視密度,一、材料的密度、表觀密度、堆積密度,塊體材料包括封閉孔隙在內(nèi)的單位體積的質(zhì)量。,式中：,表觀密度,，,kg/m,3,。,m,材料的質(zhì)量，,kg。,v,包括封閉孔在內(nèi)的體積，,m,3,。,測定：,用排液法、排水法或幾何法。,密 度,表觀密度,堆積密度,視密度,一、材料的密度、表觀密度、堆積密度,材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,式中：,。,表觀密度,，,kg/m,3,。,m,材料的質(zhì)量，,kg。,V。,材料在自然,狀態(tài)下的體積，,m,3,。,測定：,封閉開口孔隙后，用排液法或幾何法測體積。,密 度,表觀密度,堆積密度,視密度,一、材料的密度、表觀密度、堆積

7、密度,散粒材料在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,（,kg/m,3,）,式中：,堆積密度,m,材料的質(zhì)量，,kg。,材料在堆積,狀態(tài)下的體積，,m,3,。,用容器法測定體積,。,材料的密度,表觀密度,堆積密度,視密度,二、密實度、孔隙率,1、密實度,：,是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度。,關(guān)系：,D+P=1,2、孔隙率,：,是指材料體積內(nèi)孔隙體積所占的比例。,孔隙特征：,有開口孔與封閉孔、粗孔與細(xì)孔之分，孔隙率大小、孔隙特征與材料的強度、抗?jié)B性、抗凍性和導(dǎo)熱性等直接相關(guān)。,材料孔隙率示意圖,三、填充率、空隙率,1、填充率：,是指散粒材料在某堆積體積中，被其顆粒填充的程度。,2、空隙率：,是指散粒材

8、料在某堆積體積中，顆粒間的空隙體積所占的比例,關(guān)系：,空隙率大小反映散粒材料顆粒相互填充的密實程度,材料空隙率示意圖,四、與水有關(guān)的性質(zhì),1、親水性和憎水性,2、吸水性和吸濕性,3、材料的耐水性,4、材料的抗?jié)B性,5、材料的抗凍性,6、材料的導(dǎo)熱性,1、親水性和憎水性,a、,親水性材料,90 親水性,=0 完全潤濕,b、,憎水性材料,90 憎水性,=18 0 完全不潤濕,潤濕角(接觸角,)：,是氣、固、液三相的交點沿液面切線與液相和固相相接觸的方向所成的角。,產(chǎn)生的原因,：,是由水分子和固體材料表面之間的相互作用不同引起的。,a、,當(dāng)水分子的內(nèi)聚力 水分子與固體分子間的吸引力時,材料表現(xiàn)為憎水

9、性。,2、吸水性和吸濕性,吸水性：,材料與水接觸吸收水分的性質(zhì)。,含水率：,材料中含水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)下質(zhì)量之比。,質(zhì)量吸水率：,材料在水中吸水達到飽和時的含水率。,體積吸水率：,材料吸水達到飽和時，吸入水的體積占材料自然狀態(tài)下體積的百分率。,吸水性大小與其內(nèi)部孔隙率大小及孔隙特征有關(guān)。,吸濕性：,材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。,平衡含水率：,材料與空氣濕度達到平衡時的含水率。,3、材料的耐水性,是指材料長期在飽和水作用下，而不破壞，其強度也不顯著降低的性質(zhì)。用,軟化系數(shù),K,R,表示。,材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度,f,(MPa),K,R,=,材料干燥狀態(tài)下的抗壓強度,f,0,(MPa),

10、通常，,K,R,=0,1,，當(dāng),K,R,0.85,時，為耐水性材料；,受水浸泡或處于潮濕環(huán)境的建筑物，則必須選用,K,R,0.85,的材料建造。,4、材料的抗?jié)B性,材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。用滲透系數(shù)表示：,式中,Qd,K,滲透系數(shù)，,cm/h；A,透水面積，,cm,2,；,K=,Q,透水量，,cm,3,；t,時間，,h；,AtH,d,試件厚度，,cm；H,靜水壓力水頭，,cm。,對混凝土和砂漿，常用抗?jié)B等級來表示：,S=10H-1,式中：,S,抗?jié)B等級；,H,試件開始滲水時的水壓力。,抗?jié)B性能與材料內(nèi)部孔隙率大小及孔隙特征有關(guān)，抗?jié)B等級愈高，抗?jié)B性能愈好。,5、材料的抗凍性,指材料在水飽和狀

11、態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)而不破壞的性能。用凍融循環(huán)次數(shù)表示,6、材料的導(dǎo)熱性,當(dāng)材料兩面存在溫差時，熱量從材料的一面通過材料傳導(dǎo)到材料的另一面的性質(zhì)。用熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）表示。,材料的抗凍性、導(dǎo)熱性均與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙率大小及孔隙特征有關(guān)。,第三節(jié) 材料的基本力學(xué)性質(zhì),一、材料的理論強度,二、材料的強度,三、彈性和塑性,四、脆性和韌性,一、材料的理論強度,材料的理論抗壓強度可表示為：,式中：,ft-,理論抗壓強度；,E-,縱向彈性模量；,-,單位表面能；,d-,原子間的距離。,而材料的實際強度往往遠小于其理論強度，主要是由于材料內(nèi)部構(gòu)造的不均勻及缺陷造成的。,二、材料的強度,強度：,指材料受

12、外力作用,下，抵抗破壞的能力,。有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度,等,。,比強度：,單位體積質(zhì)量材料所具有的強度,影響因素：,1、,內(nèi)因,：,指組成、結(jié)構(gòu)的影響。,2、,外因,：,包括試件尺寸和形狀、加荷速度、環(huán)境溫濕度等因素。,三、彈性和塑性,1,、彈性：,材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。如低應(yīng)力下的鋼材等,2、,塑性：,材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。,四、脆性和韌性,1、脆性：,當(dāng)外力達到一定限

13、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)。如玻璃、石材等,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)。如鋼材、木材等,荷載,變形,彈塑性材料的變形曲線,脆性材料的變形曲線,變形,荷載,A,A,圖 示,第四節(jié) 材料的耐久性,指材料在長期使用過程中，抵抗其自身環(huán)境因素長期破壞作用，保持其原有的性能而不變質(zhì)、不破壞的能力。,材料的耐久性可有多項指標(biāo)表示。它是一個極其復(fù)雜的問題，受物理、化學(xué)、生物等多種因素影響，同時它也是一項綜合性質(zhì)。,思考題與作業(yè),1.,當(dāng)某一建筑材料的孔隙率增大時，下表內(nèi)的其它性質(zhì)將如何變化？（,增大

14、，下降，,不變，？不定,）,孔隙率,密度,表觀密度,強度,吸水率,抗凍性,導(dǎo)熱性,2.,燒結(jié)普通磚進行抗壓試驗，測得浸水飽和后的破壞荷載為,185kN,干燥狀態(tài)的破壞荷載為,207kN,（受壓面積為,115,120mm,），問此磚的飽水抗壓強度和干燥抗壓強度各為多少？是否適宜用于常與水接觸的工程結(jié)構(gòu)物？,3.,某巖石的密度為,2.75g/cm,3,，孔隙率為,1.5%,；今將該巖石破碎為碎石，測得碎石的堆積密度為,1560kg/m,3,.,試求此巖石的表觀密度和碎石的空隙率。,4.,何謂材料的耐久性？工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中如何考慮？,本章完謝謝使用！,謝謝觀看,/,歡迎下載,BY FAITH I ME

15、AN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH,內(nèi)容總結(jié),第1章 土木工程材料的基本性質(zhì)。第一節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。式中：密度(g/cm3、kg/m3)。m 材料的干質(zhì)量，kg。v 材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，m3。表觀密度，kg/m3。m 材料的質(zhì)量，kg。v包括封閉孔在內(nèi)的體積，m3。測定：用排液法、排水法或幾何法。m 材料的質(zhì)量，kg。2、孔隙率：是指材料體積內(nèi)孔隙體積所占的比例。1、填充率：是指散粒材料在某堆積體積中，被其顆粒填充的程度。含水率：材料中含水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)下質(zhì)量之比。吸水性大小與其內(nèi)部孔隙率大小及孔隙特征有關(guān)。平衡含水率：材料與空氣濕度達到平衡時的含水率。KR=。式中：S 抗?jié)B等級。H 試件開始滲水時的水壓力。比強度：單位體積質(zhì)量材料所具有的強度。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。3.某巖石的密度為2.75g/cm3，孔隙率為1.5%。謝謝觀看/歡迎下載,