土木工程材料1

<土木工程資料>教案

第一章黑龍江工程學(xué)院土木工程系孫凌1、緒言1.1概述1.2資料的根本形狀參數(shù)1.3資料的力學(xué)性質(zhì)1.4資料與水有關(guān)的性質(zhì)主要內(nèi)容：緒論資料的根本形狀參數(shù)資料與水有關(guān)的性質(zhì)重點(diǎn)內(nèi)容：資料的根本形狀參數(shù)難點(diǎn)：資料的物理常數(shù)要求：資料的根本形狀參數(shù)資料與水有關(guān)的性質(zhì)對(duì)<土木工程資料>有概括的了解參考資料：<土木工程資料>陳志源<道路建筑資料>嚴(yán)家伋<道路建筑資料>孫凌<公路工程集料實(shí)驗(yàn)規(guī)程>1、緒言

1.1概述一、本課程研討內(nèi)容砂石資料、石灰、石膏、水玻璃、水泥、水泥混凝土、砂漿、燒結(jié)磚、瀝青、瀝青混合料、鋼材、塑料等二、土木工程資料在工程中的作用三、土木工程資料應(yīng)具備的性質(zhì)四、土木工程資料的運(yùn)用五、土木工程資料的規(guī)范化R1.2資料的根本形狀參數(shù)1.2.1資料的密度、表觀密度、毛體積密度和堆積密度一、密度1.定義：資料的密度是資料在絕對(duì)密實(shí)形狀下單位體積的〔不包括開口和閉口孔隙體積〕的質(zhì)量。2.公式：

式中：ρ——資料的密度，ｇ／ｃｍ３；ｍｓ——資料礦質(zhì)實(shí)體的質(zhì)量，ｇ；Ｖ——料礦質(zhì)實(shí)體的體積，ｃｍ３。因?qū)嶒?yàn)的條件是在空氣中稱量石料的質(zhì)量，故ｍ。＝０，ｍs＝ｍ，那么公式改寫為

式中：ｍ——烘干石料試樣的質(zhì)量，ｇ；Ｖ——意義同前。石料密度的測(cè)定可采用比重瓶法或李氏比重瓶法T二、表觀密度1.定義：在規(guī)定條件下，資料單位表觀體積〔礦質(zhì)實(shí)體體積十閉口孔隙體積〕的質(zhì)量，稱為表觀密度，亦稱視密度。2.公式：式中：ρt——石料的表觀密度，ｇ／ｃｍ３；ｍ、Ｖ——意義同前；ＶB——石料閉口孔隙的體積，ｃｍ３。測(cè)定方法：排水法T三、毛體積密度定義：資料的毛體積密度是在規(guī)定實(shí)驗(yàn)條件下，烘干資料單位體積〔包括孔隙在內(nèi)〕的質(zhì)量。公式：

式中：——石料的毛體積密度，ｇ／ｃｍ3——石料開口孔隙體積，ｃｍ3ｍ，ｖ，ｖB——意義同前。資料的毛體積密度測(cè)定可將石料加工為規(guī)那么外形石料試件，采用精細(xì)量具丈量其幾何外形的方法計(jì)算其體積；對(duì)于遇水崩解、溶解和干縮濕脹性松軟石料，應(yīng)采用封蠟法測(cè)定。T四、堆積密度1.定義：散粒資料在自然堆積形狀下單位體積質(zhì)量。2公式

自然堆積密度嚴(yán)密堆積密度1.2.2資料的孔隙和空隙一、資料的孔隙空隙對(duì)資料的影響：〔1〕孔隙的多少〔孔隙率〕〔2〕孔隙的特征1.孔隙率定義：孔隙率是指資料內(nèi)部孔隙體積(開口孔隙和閉口孔隙)占資料總體積的百分率。公式：

2.密實(shí)度定義：資料內(nèi)部固體物質(zhì)的實(shí)體占資料總體積的百分率。公式：孔隙的特征〔1〕按孔隙尺寸大小，可把空襲氣氛為微孔、細(xì)孔和大孔三種〔2〕按孔隙之間能否相互貫穿，把孔隙分為孤立孔、連通孔。〔3〕按孔隙與外界之間能否連通，把孔隙分為開口孔、封鎖孔。二、資料的空隙1.空隙率定義：散粒資料顆粒間的空隙體積占堆積體積的百分率。公式：2.填充率定義：顆粒的自然形狀體積占堆積體積的百分率。公式：R1.4資料與水有關(guān)的性質(zhì)1.4.1資料的親水性與憎水性潮濕邊角：在資料、水和空氣的三向交叉點(diǎn)處沿水滴外表做切線，此切線與資料和水接觸面的夾角θ，稱為潮濕邊角。θ≤90°時(shí)，表現(xiàn)為親水性θ＞90°時(shí)，表現(xiàn)為憎水性1.4.2資料的含水形狀親水性資料的含水形狀枯燥形狀氣干形狀飽和面干形狀潤濕形狀1.4.3資料的吸濕性和吸水性一、吸濕性定義：親水資料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)表示方法：含水率二、吸水性定義：資料在水中吸水的性質(zhì)。分量吸水率提及吸水率開口細(xì)微連通孔，吸水量大。1.4.4耐水性定義：資料長期在水作用下不破壞、強(qiáng)度也不明顯下降的性質(zhì)。軟化系數(shù)：＞0.85為耐水資料，該值越小耐水性越差。1.4.5抗?jié)B性1.4.6抗凍性資料在含水形狀下，能經(jīng)受多次動(dòng)容循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。凍融循環(huán)

直接凍融法是測(cè)定石料抗凍性的主要實(shí)驗(yàn)方法。此方法是將石料制備成直徑和高均為５０ｍｍ的圓柱體或邊長為５０ｍｍ的立方體試件，放人烘箱〔１０５℃±５℃〕烘至恒重，冷卻后稱其質(zhì)量，按吸水率實(shí)驗(yàn)方法讓試件吸水飽和，然后取出擦去外表水分，置于冰箱〔-１５℃〕凍結(jié)４ｈ，然后取出放人２５℃±５℃的水中融解４ｈ，如此為一次凍融循環(huán)，經(jīng)反復(fù)凍融至規(guī)定次數(shù)為止，將凍融后的試件再烘干至恒重，并稱其質(zhì)量。對(duì)于不同的工程環(huán)境氣候條件，凍融循環(huán)的次數(shù)有不同的要求，分為15次、25次及25次以上。在實(shí)驗(yàn)過程中，每隔一定的凍融循環(huán)次數(shù)，應(yīng)詳細(xì)檢查試件有無剝落、裂痕、分層及掉邊等景象，并加以記錄。對(duì)于塊狀石料的抗凍性，可采用經(jīng)規(guī)定次數(shù)的凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率或者耐凍系數(shù)表征?！?〕質(zhì)量損失率石料凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率：式中：Ｑfr——試件凍融后的質(zhì)量損失率，％；ｍ１——實(shí)驗(yàn)前烘干試件的質(zhì)量，ｇ；ｍ２——實(shí)驗(yàn)后烘干試件的質(zhì)量，ｇ。２〕耐凍系數(shù)式中：——試件的耐凍系數(shù)；——經(jīng)凍融循環(huán)后的試件飽水抗壓強(qiáng)度，ＭＰａ；——未經(jīng)凍融實(shí)驗(yàn)的試件飽水抗壓強(qiáng)度，ＭＰａ。公路工程，普通要求石料的耐凍系數(shù)大于０.７５；質(zhì)量損失率不大于５％。同時(shí)，試件應(yīng)無明顯缺損〔包括剝落、裂痕和邊角損壞等情況〕。橋梁工程石料，對(duì)一月份平均氣溫低于—１０℃的地域，要進(jìn)展抗凍性實(shí)驗(yàn)。２〕硫酸鈉鞏固性法思索題：1.孔隙的特征與吸水率的關(guān)系。2.什么條件下要對(duì)石料進(jìn)展抗凍性實(shí)驗(yàn)？什么是凍融循環(huán)？3.如何斷定石料抗凍性能否合格？R主要內(nèi)容：資料的力學(xué)性質(zhì)集料的技術(shù)性質(zhì)重點(diǎn)內(nèi)容：石料的抗壓強(qiáng)度、磨耗率集料的級(jí)配難點(diǎn)：級(jí)配及計(jì)算參數(shù)要求：掌握石料的力學(xué)性質(zhì)掌握石料等級(jí)確實(shí)定掌握級(jí)配參數(shù)的計(jì)算方法參考資料：<土木工程資料>陳志源<道路建筑資料>嚴(yán)家伋<道路建筑資料>孫凌<公路工程集料實(shí)驗(yàn)規(guī)程>1.3資料的力學(xué)性質(zhì)1.3.1強(qiáng)度與比強(qiáng)度一、強(qiáng)度定義：資料在外力作用下不破壞時(shí)能接受的最大應(yīng)力。抗壓強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度：抗剪強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：集中荷載：

三分點(diǎn)加荷：影響強(qiáng)度的要素：資料的組成孔隙率添加強(qiáng)度降低含水率添加強(qiáng)度降低溫度升高強(qiáng)度降低試件尺寸大強(qiáng)度降低加荷速度快強(qiáng)度降低等二、比強(qiáng)度定義：單位體積分量的資料強(qiáng)度與毛體積密度之比——衡量資料能否輕質(zhì)、高強(qiáng)。補(bǔ)充一：１．公路工程石料的力學(xué)性質(zhì)１〕抗壓強(qiáng)度石料的抗壓強(qiáng)度，通常有單軸抗壓強(qiáng)度和三軸抗壓強(qiáng)度兩種。假設(shè)不作邊坡驗(yàn)算等，普通僅需求進(jìn)展單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。公路工程石料的抗壓強(qiáng)度，是將石料制備成邊長為５０ｍｍ±０.５ｍｍ的正立方體或直徑與高均為５０ｍｍ±０.５ｍｍ的圓柱體試件，經(jīng)吸水飽和后，在規(guī)定的加載條件下單軸受壓，石料試件到達(dá)極限破壞時(shí)，單位受壓面積的強(qiáng)度。公式：式中：——石料的抗壓強(qiáng)度，ＭＰａ；Fmax——試件極限破壞時(shí)的荷載，Ｎ；Ａ——試件的截面積，ｍｍ２。石料的抗壓強(qiáng)度值，取決于石料的組成構(gòu)造，同時(shí)也取決于實(shí)驗(yàn)的條件〔如試件幾何外形、加荷速度、溫度和濕度等〕。石料的抗壓強(qiáng)度值，取決于石料的組成構(gòu)造，同時(shí)也取決于實(shí)驗(yàn)的條件〔如試件幾何外形、加荷速度、溫度和濕度等〕。２〕磨耗率石料的磨耗率是指石料抵抗沖擊、邊緣剪力和摩擦的結(jié)協(xié)作用的性質(zhì)，也是評(píng)定石料等級(jí)的根據(jù)之一，可采用洛杉磯實(shí)驗(yàn)法或狄法爾實(shí)驗(yàn)法測(cè)定?！玻薄陈迳即墝?shí)驗(yàn)法洛杉磯實(shí)驗(yàn)法采用洛杉磯〔或擱板〕式磨耗實(shí)驗(yàn)機(jī)。是將石料試樣洗凈烘干，稱出按我國規(guī)范規(guī)定的級(jí)配石料及鋼球。磨耗機(jī)以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)５００轉(zhuǎn)。由于在旋轉(zhuǎn)中石料試樣遭到相互摩擦、沖擊等力系的綜協(xié)作用，使石料試樣產(chǎn)生磨耗和破碎。用２ｍｍ圓孔篩或1.7ｍｍ方孔篩篩去試樣中的石屑，將剩余試樣洗凈烘干，并稱其質(zhì)量。石料的磨耗率以經(jīng)實(shí)驗(yàn)后石料試樣的質(zhì)量損失百分率來表示。公式：

〔2〕狄法爾實(shí)驗(yàn)法狄法爾實(shí)驗(yàn)法采用狄法爾〔或雙筒〕式磨耗實(shí)驗(yàn)機(jī)。它是將石料破碎〔人工或機(jī)械〕，并過挑選出５０～７５ｍｍ的塊石５０±２塊，共約５ｋｇ〔每塊質(zhì)量約１００ｇ〕，計(jì)兩份，分別洗凈烘干，裝人磨耗機(jī)的兩圓筒中，磨耗機(jī)以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)１００００轉(zhuǎn)，石料的磨耗率同樣是以經(jīng)過２ｍｍ或１．7ｍｍ篩孔的質(zhì)量損失百分率來表示，亦按上式計(jì)算。按我國規(guī)范規(guī)定，兩種實(shí)驗(yàn)方法以洛杉磯實(shí)驗(yàn)法為規(guī)范方法。２．橋梁工程石料的力學(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度是橋梁工程石料的主要力學(xué)目的，是確定石料標(biāo)號(hào)的主要根據(jù)。橋用石料的抗壓強(qiáng)度是將石料加工成邊長為２０ｃｍ的正立方體試件，經(jīng)吸水飽和后，按規(guī)定的加荷條件單軸受壓，石料試件到達(dá)極限破壞時(shí)，單位受壓面積的強(qiáng)度。此亦作為石料的標(biāo)號(hào)。公式：橋用石料的力學(xué)性質(zhì)以抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn)，其他力學(xué)目的〔如抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等〕普通可采用與抗壓強(qiáng)度的大約比值。石料的技術(shù)規(guī)范補(bǔ)充二集料的技術(shù)性質(zhì)集料包括天然砂石集料、人工軋制的集料以及工業(yè)冶金礦渣。不同粒徑的集料在水泥〔或?yàn)r青〕混合料中所起的作用不同，因此對(duì)它們的技術(shù)要求亦不一樣。為此,將集料分為粗集料和細(xì)集料兩大類。不論天然的或人工軋制的，以圓孔篩計(jì)，凡粒徑小于５ｍｍ者稱為細(xì)集料〔包括天然砂、人工砂等〕，粒徑大于５ｍｍ者稱為粗集料〔包括碎石、礫石等〕；在瀝青混合料中。假設(shè)以方孔篩計(jì)，凡粒徑小于２．３６ｍｍ者稱為細(xì)集料〔包括天然砂、人工砂和石屑等〕，粒徑大于２.３６ｍｍ者稱為粗集料〔包括碎石、礫石、礦渣等〕。由于產(chǎn)狀和軋制工藝不同，它們之間的粒徑界限允許有些交叉。集料的技術(shù)性質(zhì)亦主要從物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)三個(gè)方面進(jìn)展評(píng)價(jià)?！惨弧澄锢硇再|(zhì)〔物理常數(shù)、與水有關(guān)的性質(zhì)〕1.級(jí)配級(jí)配是集料各級(jí)粒徑顆粒的分配情況，可經(jīng)過篩析實(shí)驗(yàn)確定。級(jí)配參數(shù)：１〕分計(jì)篩余百分率：某號(hào)篩上的篩余量占試樣總質(zhì)量的百分率。

２〕累計(jì)篩余百分率：某號(hào)篩的分計(jì)篩余百分率和大于某號(hào)篩的各篩分計(jì)篩余百分率的總和。

３〕經(jīng)過百分率：經(jīng)過某號(hào)篩的質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分率，即１００與某號(hào)篩的累計(jì)篩余之差。2.粗度粗度是評(píng)價(jià)砂粗細(xì)程度的一種目的，通常用細(xì)度模數(shù)來表示，細(xì)度模數(shù)是各號(hào)篩的累計(jì)篩余百分率之和除以１００的商，可按下式計(jì)算。

[例]從工地取回烘干砂樣500g做篩析實(shí)驗(yàn)，列于表中，求該砂樣的分計(jì)篩余、累計(jì)篩余、經(jīng)過百分率及該砂樣的細(xì)度模數(shù)，并對(duì)該砂樣進(jìn)展評(píng)定。細(xì)度模數(shù)T〔二〕力學(xué)性質(zhì)１．壓碎性壓碎性是指碎石〔或卵石〕抵抗壓碎的性能?？山?jīng)過壓碎值實(shí)驗(yàn)，采用壓碎值來相對(duì)地衡量石料在逐漸添加荷載的作用下抵抗壓碎的才干，壓碎值是表征粗集料力學(xué)性質(zhì)的目的之一。１〕水泥混凝土用粗集料壓碎值實(shí)驗(yàn)方法10～20mm，3Kg，二層裝入〔每層顛擊25次〕；3～5min至200KN，過2.5mm篩。2〕瀝青混合料用粗集料壓碎值實(shí)驗(yàn)13.2～16mm，3Kg，三層裝入〔每層插搗25次〕；10min至400KN，過2.36ｍｍ篩?！踩郴瘜W(xué)性質(zhì)石料根據(jù)ＳｉＯ２含量的多少分為：酸性石料、中性石料和堿性石料。大量實(shí)驗(yàn)證明，堿性石料與瀝青的粘附性較酸性石料與瀝青的粘附性大，酸性石料比較鞏固。為確定集料與瀝青的粘附性，通常在公路工程中采用一些簡便的方法進(jìn)展測(cè)定。目前我國現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)方法主要有：１〕水煮法２〕水浸法３〕親水系數(shù)法當(dāng)采用同一種瀝青時(shí)，選擇礦料從堿性、中性直至酸性，集料與瀝青的粘附性逐漸降低。為保證瀝青混合料的強(qiáng)度，在選擇集料時(shí)應(yīng)優(yōu)先思索采用堿性石料。假設(shè)當(dāng)?shù)厝狈A性石料且必需采用酸性石料時(shí)，可摻加各種抗剝劑以提高瀝青與石料的粘附性。思索題：1.如何斷定集料的酸性、中性、堿性，工程運(yùn)用中如何思索？2.掌握級(jí)配參數(shù)的計(jì)算公式。作業(yè)：主要內(nèi)容：級(jí)配實(shí)際礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容：泰波公式修正平衡面積法礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)難點(diǎn)：泰波公式修正平衡面積法礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)要求：利用泰波公式可以計(jì)算適宜的級(jí)配范圍掌握修正平衡面積法礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)參考資料：<土木工程資料>陳志源<道路建筑資料>嚴(yán)家伋<道路建筑資料>孫凌補(bǔ)充3礦質(zhì)混合料的組成設(shè)計(jì)路用礦質(zhì)混合料的根本要求：１.最小空隙率２.最大摩擦力為到達(dá)上述要求，必需對(duì)礦質(zhì)混合料進(jìn)展組成設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括：１〕級(jí)配實(shí)際和級(jí)配范圍確實(shí)定；２〕根本組成的設(shè)計(jì)方法。一、礦質(zhì)混合料的級(jí)配實(shí)際〔一〕級(jí)配類型各種不同粒徑的集料，按照一定比例搭配起來，以到達(dá)最大密實(shí)度和最大摩擦力的要求，可以采用兩類級(jí)配：１.延續(xù)級(jí)配２.延續(xù)級(jí)配〔二〕級(jí)配實(shí)際１.〔富勒〕Ｗ.Ｂ.Ｆuller實(shí)際富勒根據(jù)實(shí)驗(yàn)提出一種理想級(jí)配，以為：“級(jí)配曲線愈接近拋物線時(shí)，那么其密度愈大〞，因此，當(dāng)級(jí)配曲線為拋物線時(shí)為最大密度曲線。

當(dāng)粒徑ｄ等于最