土木工程材料的基本性質(zhì)

1、1土木工程材料的基本性質(zhì)教學(xué)內(nèi)容土木工程材料的基本性質(zhì)：物理性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)，與水有關(guān)性質(zhì)，熱工性質(zhì)，耐久性 以及材料組成、結(jié)構(gòu)及其對(duì)材料性質(zhì)的影響。土木工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)目的：了解材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對(duì)性質(zhì)的影響；掌握土木工程材料各種性質(zhì)的基本概念、各種性能指標(biāo)的數(shù)量關(guān)系。理解各種因素對(duì)材料性質(zhì)變化的影響及作用。教學(xué)重點(diǎn)：材料各種性質(zhì)的概念材料狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算分析種因素對(duì)材料性質(zhì)變化的影響及作用。教學(xué)難點(diǎn)：材料三種密度的概念極其區(qū)別；材料的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)性質(zhì)的影響。教學(xué)方法：該章內(nèi)容涉及到中學(xué)物理學(xué)過(guò)的比重、彈性、吸濕等內(nèi)容，需要結(jié)合材料在工程中的 實(shí)際應(yīng)用，重新認(rèn)識(shí)和理解比重、彈性、吸

2、濕等相關(guān)知識(shí)。其它各種性質(zhì)，應(yīng)有針對(duì)性的學(xué) 習(xí)和掌握，舉例說(shuō)明各種性質(zhì)不同，材料選擇的原則與方法不同。對(duì)材料組成、結(jié)構(gòu)是影響 性質(zhì)的本質(zhì)只需掌握一種分析、研究的思維方法。參考資料：1-土木工程材料湖南天津等大學(xué)聯(lián)合編寫(xiě)中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版建筑材料 湖南同濟(jì)等大學(xué)聯(lián)合編寫(xiě) 中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版作業(yè)布置：P10 1、2、3、4、5補(bǔ)充：1、2、3、4教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：1.1材料的組成、結(jié)構(gòu)1組成材料的組成：包括化學(xué)組成和礦物組成。它是決定材料各種性質(zhì)的重要因素。2.結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)可分為宏觀結(jié)構(gòu)、細(xì)觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。它是決定材料各種性質(zhì)的最重要 因素。1）宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）：用肉眼或放大鏡能夠分辨的毫

3、米級(jí)以上的粗大組織稱為宏觀結(jié)構(gòu)， 可分為：（1）致密結(jié)構(gòu)一如鋼材、有色金屬、玻璃、塑料、致密的天然石材等，其特點(diǎn)是強(qiáng)度 和硬度較高，吸水性小，抗?jié)B和抗凍性較好。（2）多孔結(jié)構(gòu)一如加氣混凝土、泡沫塑料等，其特點(diǎn)是強(qiáng)度較低，吸水性大，抗?jié)B和 抗凍性較差，絕緣性較好。（3）微孔結(jié)構(gòu)一如普通燒結(jié)磚、建筑石膏制品等，其特點(diǎn)與多孔結(jié)構(gòu)材料特點(diǎn)相同。（4）纖維結(jié)構(gòu)一如木材、竹材、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、石棉制品等，其特點(diǎn)是平行纖維 方向與垂直纖維方向的各種性質(zhì)具有明顯差異。（5）片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)一如膠合板、紙面石膏板、各種夾心板等，其特點(diǎn)是平面各向同 性，同時(shí)提高了材料的強(qiáng)度、硬度等，綜合性能好。（6）散粒結(jié)構(gòu)一如

4、砂子、石子、膨脹珍珠巖等，其特點(diǎn)是顆粒之間存在大量空隙，其 空隙率大小主要取決于顆粒級(jí)配、顆粒形狀及大小等。2）細(xì)觀結(jié)構(gòu)：用光學(xué)顯微鏡所觀察到的微米級(jí)組織結(jié)構(gòu)稱為細(xì)觀結(jié)構(gòu)。材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)、耐久性等影響很大。3）微觀結(jié)構(gòu)：用電子顯微鏡、X射線衍射儀等手段來(lái)研究材料原子、分子級(jí)的微觀組織稱 為微觀結(jié)構(gòu)，分為晶體與非晶體。1.2材料的基本狀態(tài)參數(shù)密度、表觀密度與堆積密度密度（P）：是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的干質(zhì)量。表觀密度（P o）：是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的干質(zhì)量。堆積密度（P o）:是指粒狀或粉狀材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。重點(diǎn)比較三者之間的區(qū)別。2.材料的密實(shí)

5、度與孔隙率密實(shí)度（D）:是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，也就是固體體積占總體積的 比例?？紫堵剩≒）:指材料體積內(nèi)，孔隙體積占總體積的百分率。D+P=1材料的填充率與空隙率填充率（D）:是指散粒材料在堆積體積中，被其顆粒填充的程度?？障堵剩≒）:是指散粒材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百 分率。D +P =11.3材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料的親水性與憎水性材料在空氣中與水接觸時(shí)，能被水濕潤(rùn)者為親水性，具有親水性的材料稱為親水材料； 否則為憎水性，具有憎水性的材料稱為憎水性材料。材料的吸水性與吸濕性（1）含水率（Wh）：指材料中所含水的質(zhì)量占其干質(zhì)量的百分率。（2）吸水性：指材料

6、與水接觸吸收水分的性質(zhì)，其大小用吸水率表示，分為體積吸水 率和體積吸水率。一般材料的孔隙率愈大，吸水性愈強(qiáng)；開(kāi)口而連通的細(xì)小孔隙愈多，吸水性愈強(qiáng)；閉 口孔隙，水分不易進(jìn)入；開(kāi)口的粗大孔隙，水分容易進(jìn)入，但不能存留，故吸水性較小。材料的吸水性會(huì)對(duì)其性質(zhì)產(chǎn)生不利影響。如材料吸水后，使其質(zhì)量增加，體積膨脹， 導(dǎo)熱性增加，強(qiáng)度和耐久性下降。材料的耐水性耐水性是指材料長(zhǎng)期在水作用下，保持其原有性質(zhì)的能力。結(jié)構(gòu)材料的耐水性主要指 強(qiáng)度的變化，用軟化系數(shù)（KR）來(lái)表示。KR的大小，說(shuō)明材料吸水飽和后其強(qiáng)度下降的程度。 K越大，表明材料吸水飽和后其強(qiáng)度下降越少，其耐水性越強(qiáng)；反之則耐水性越差。一般認(rèn) R為Kr

7、N0.85的材料，稱為耐水性材料。經(jīng)常位于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)物，應(yīng)選用Kr N085的材料；受潮較輕的或次要結(jié)構(gòu)物，應(yīng)選用KrN0.75的材料。材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水或其他液體滲透的性能。用抗?jié)B系數(shù)K表示。材料的抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，其強(qiáng)度也不嚴(yán)重 降低的性質(zhì)。用抗凍等級(jí)表示?？箖龅燃?jí)是以試件在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)凍融循環(huán)作用，質(zhì)量損失和強(qiáng)度下降均不超 過(guò)規(guī)定數(shù)值的最大凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示。1.4材料的熱性質(zhì)（1）導(dǎo)熱性材料傳遞熱量的性質(zhì)稱為材料的導(dǎo)熱性。用導(dǎo)熱系數(shù)表示。導(dǎo)熱系數(shù)越小，材料的隔熱保溫性能越好。（2）熱容量材料受熱時(shí)吸收

8、熱量、冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。用Q表示（3）熱變形性材料隨溫度的升降而產(chǎn)生熱脹冷縮變形的性質(zhì)，稱為材料的熱變形性。用線膨脹系數(shù) a表示。線膨脹系數(shù)a越大，表明材料的熱變形量越大。（4）耐燃性材料在空氣中遇火不著火燃燒的性能，稱為材料的耐燃性。按照遇火時(shí)的反應(yīng)將材料 分為非燃燒材料、難燃燒材料和燃燒材料三類。1.5材料的力學(xué)性質(zhì)1、強(qiáng)度：是指材料在外力（荷載）作用下不破壞時(shí)能承受的最大應(yīng)力。根據(jù)外力作用方式的不 同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗彎（抗折）、抗剪強(qiáng)度等。2、強(qiáng)度等級(jí)：根據(jù)其極限強(qiáng)度的大小，劃分成若干不同的等級(jí)，稱為材料的強(qiáng)度等級(jí)。脆性材料主要 根據(jù)其抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分；塑性材料和

9、韌性材料主要根據(jù)其抗拉強(qiáng)度來(lái)劃分。3、比強(qiáng)度：材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值，稱為比強(qiáng)度。它是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的一項(xiàng)重 要指標(biāo)。比強(qiáng)度越大，則材料的輕質(zhì)高強(qiáng)性能越好。4、彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)取消外力后，能完全恢復(fù)到原形狀的性質(zhì)。5、塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)取消外力后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)。6、脆性：材料在外力作用下，直到破壞前并無(wú)明顯的塑性變形而發(fā)生突然破壞的性質(zhì)。7、韌性：材料在沖擊或震動(dòng)荷載的作用下，能吸收較大能量，并產(chǎn)生較大變形而不發(fā)生破壞的 性質(zhì)。1.6材料的耐久性耐久性的概念：材料在使用過(guò)程中，能抵抗周?chē)鞣N介質(zhì)的侵蝕而不破壞，也不失去其原有性能的性質(zhì)。耐久性的影響因素（1）物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹 縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展。時(shí)間長(zhǎng)久之后即會(huì)使材料逐漸破壞（2）在寒冷地區(qū)，凍融變化對(duì)材料會(huì)起著顯著的破壞作用。在高溫環(huán)境下，經(jīng)常處于高 溫狀態(tài)的建筑物或構(gòu)筑物，所選用的建筑材料要具有耐熱性能。在民用和公共建筑中，考慮 安全防火要求，須選用具有抗火性能的難燃或不燃的材料。（3）化學(xué)作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對(duì)材料 的侵蝕作用。（4）機(jī)械作用包括使用荷載的