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土木工程1绪材


土木工程材料
2011年08月

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绪 论


第6章 第8章 木材 沥青 第7章 建筑钢材 第9章 建筑塑料 第10章 建筑装 饰材料 第11章 烧结砖
▲ 目录 ▲
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第1章 材料的基本性质
第2章 气硬性胶凝材料 第3章 水泥

第4章 水泥混凝土
第5章 砂浆
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第一章 绪论
?一、定义
建筑材料 是用于土木建筑 结构物的所有材料的总称。 ?二、分类

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{
按 化 学 成 分 分 类

金属材料

{

黑色金属:钢 有色金属:铜、铝、锌 无机材料:砖、玻璃、水泥、石灰 沥青:煤沥青、石油沥青 植物:木材、竹材 合成高分子:塑料、合成橡胶、涂料 有机与无机非金属结合:聚合物砼

非金属材料

复合材料

{ {

金属与无机非金属结合:钢筋砼、钢纤维砼 金属与有机材料结合:PVC钢板


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按 功 能 分 类

{

承重材料

砖、石、砼、钢材

围护材料

{

承重:砖
非承重:加气砼砌块

建筑功能材料

防水、绝热采光、装饰

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三.建筑材料的发展: 随生产力发展而发展
原始时代——天然材料:木材、岩石、竹、粘土 石器、铁器时代——

金字塔(2000-3000 BC):石材、石灰、石膏
万里长城 (200 BC):条石、大砖、石灰砂浆

布达拉宫 :石材、石灰砂浆
罗马园剧场 (70-80 AC):石材、石灰砂浆

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18世纪中叶——钢材、水泥 (J.Aspdin,1824) 19世纪——钢筋混凝土(1890-1892); 中国,1898 20世纪——预应力混凝土、高分子材 料 21世纪——轻质、高强、节能、高性 能绿色建材
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7

? 胡夫金字塔,高146.59m, 底部232m见方, 用 230多万块、每块重2.5T的岩石砌成。
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? 万里长城 (200 BC):条石、大砖、石灰砂浆
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罗马斗兽场 (70-80 AC):石材、石灰砂浆
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文库专用 三峡大坝

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大坝闸门
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三.建筑材料的标准化
学习材料的技术标准:国家标准、行业标 准、企业标准
GB-国家标准 标准 GBJ-建筑工程国家标准

JGJ-建设部行业标准 YB-冶金部行业标准
SD-水电行业标准
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JC-国家建材局行业 JTJ-交通部行业标准
ZB-国家级专业标准
▲ 目录 ▲
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例:国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》
GB175-1999 标准名称——部门代号——编号——批准年份 ASA- American Standard Association 美国标准 ASTM –American Society for Testing Materials BS- British Standard 英国标准 DIN –Deutsch Industrie Normen 德国标准 ISO-International Standard Organization 国际标准协会
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四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法

1.作用
1.1 为后续课程的学习提供必要的知识

1.2 为今后从事专业技术工作时,合理选择和使用建
筑材料打下基础

2.任务
2.1 了解材料在建筑物上所起的作用和要求

2.2 了解常用材料的生产、成分和构造
2.3 掌握常用材料的技术性质, 以及影响材料性质 的主要因素及其相互关系
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2.4 掌握常用材料的标准,熟悉其分类、分等和规格
2.5 熟悉常用材料的测试仪器,掌握测试方法和技术。

2.6 掌握常用材料的选用原则和方法。
2.7 掌握工地配置材料的配置原理及方法,了解这些材 料的施工注意事项 3.学习方法 3.1 重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能 常用材料——水泥、砼、石灰、钢材、木材、沥青

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主要的——水泥、砼、钢材 每种材料:原料——生产工艺——组成成 分——构造——性质——应用——检验— —储存以及它们之间的相互关系

重点:性质和应用, 质检的基本原理(引起
材性变化的内因和外因) 3.2 重视学好试验 学习常用建筑材料的检验方法——合格性判 断和验收 对实验数据、试验结果进行分析判别 文库专用 培养从事科学研究的能力 ▲ 目录


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参考书 1. 武汉大学 李亚杰 主编.建筑材料, 中国水利水电出版社

2. 张德思 主编.
土木工程材料典型题解析及自测试题 西北工业大学出版社
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第1章 建筑材料的基本性质
1.1 材料的物理性质
1.1.1基本的物理参数 ?1、实际密度(密度) 定义:材料在绝对密实 状态下,单位体积所具 有的质量。 m

??

V
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ρ——实际密度(g/cm3) m——材料在干燥状况下 的质量 V——材料在绝对密实状 况下的体积
?测量方法: ?不规则的密实材料—— 用排水体积法 ?有孔隙的材料——把干 燥后的材料磨成细粉, 用李氏瓶法测定其实体 积,进行计算。
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2.体积密度(容重γ) 定义:材料在自然状态下单位体积的 质量,按下式计算

分:干表观密度和湿表观密度 测量方法: 规则形状, 可根据实际测量 不规则形状,用蜡封排液法 文库专用



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3、堆积密度 堆积密度是散粒材料(粉状、颗粒状)在 堆积状态下单位体积的质量。

材料的堆积体积包括所有 颗粒的体积以及颗粒之间的空 隙体积,
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4、孔隙率
定义:孔隙率是材料内孔隙体积占总体积的百分比。

P = (V0 –V)/V0×100%=(1-ρ/ρ0)100% ≤1
D+P=1

5、空隙率
定义:空隙率是材料在松散状态下,颗粒空隙体积占 松散体积的百分比。 P’= (V’0 –V0)/V’0 ×100%=(1-ρ’0/ρ0) 100%
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1.1.2材料与水有关的性质 1、亲水性与憎水性 亲水性——材料在空气中与水接触时,容易 被水润湿的性质,称材料的亲水性。 憎水性——材料不易被水润湿的性质,称为 憎水性。

θ为润湿角 θ≤90° 亲 水性材料 θ> 90 ° 憎水性材料

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2、吸水性 定义:材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。 指标:吸水率表示。 质量吸水率

体积吸水率
3、吸湿性 定义:吸湿性是材料在空气中吸收水分的性质。 指标:含水率 等于材料吸入水分质量占干燥时质量的百分率。

4、耐水性 定义:材料在水的作用下.不破坏,其强度也不显著降低 的性质称为材料的耐水性。 文库专用
▲ 目录 ▲
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材料的耐水性可用软化系数k表示。 k=f饱/f干 f饱——材料在吸水饱和状态下的抗压强度( MPa )。 f干——材料在干燥状态下的抗压强度( MPa ) 。 软化系数的范围在0—1之间。 潮湿环境中的重要建筑物或部位, 软化系数k=0.85-0.9 受潮较轻或次要的建筑物,软化系数k=0.7-0.85 4、抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。材料的抗渗 性用渗透系数或抗渗强度等级来表示。 渗透系数

H Q?k At d
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砼的抗渗强度等级

P2、P4、P6、P8、P10、P12 (penetrate)
5、抗冻性 材料在吸水饱和状态下,经多次冻融循环而不 破坏.或强度不显著降低的性质称为抗冻性。 材料的抗冻性用抗冻强度等级F(freeze)表 示。如F25表示材料能抵抗冻融循环25次。 如果经过规定次数的反复冻融循环后,质量损 失不大于5%,强度降低不超过 25%时,通常认为 材料是抗冻的。

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1.1.3

材料的热性质

1、导热性 材料传导热量的性质称为导热性。材料导热 性用导热系数λ表示。

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2、比热容 定义:材料在加热时吸收热量,冷却时放出热 量的性质,称为热容量。 质量为1g材料温度升高lK所需的热量或温度降低 1K时放出的热量,称为材料的比热容。

3、保温隔热性能 热阻 1/λ 4、热变形性 线膨胀系数
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1.2 材料的力学性质 1.2.1强度和比强度
1、强度 材料在外力(荷载)作用下,抵抗破坏的能力,称 为强度 材料主要有抗拉、抗压、抗剪、抗弯四种强度。 通常抗拉强度可表示为ft、抗压强度可表示为fc、 抗剪强度可表示为fv.

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抗弯强度 fm

2、比强度 比强度=材料的强度/表观密度 可以对不同的材料进行对比。
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1.2.2 材料的其他力学性质 1.材料的弹性与塑性
?弹性:在外力作用

下产生变形,当外力消失时, 材料的变形即可消失并能完全恢复原来形状的性 质。
?塑性:不能消失的变形。 ?弹性变形与塑性变形

2.材料的脆性和韧性 脆性:外力达到一定限度后,突然破坏无明显塑性 变形的性质。 韧性:在冲击或震动荷载作用下,能吸收较大能量, 产生一定的变形而不致被破坏的性能。用材料破坏时 文库专用 吸收的能量来表示 : ak=Ak/A ▲ 目录 32


3.材料的硬度和耐磨性
?硬度
?材料抵抗较硬物体压入的能力,称为材 料的硬度, ?有 莫氏硬度(矿物硬度 分为10级) ?布氏硬度HB(用钢球压入法测定)

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耐磨性 材料抵抗磨损的能力称为材料的耐磨性。 用磨损率表示: B=(m1-m2)/A

1.3 材料 的耐久性
定义:材料 在使用过程中能长久保持其原有性 质的能力。 包括 抗冻性 抗风化性 抗老化 耐化学腐蚀性 破坏作用有: 物理作用 化学作用 文库专用 生物作用 ▲ 目录 34


习题(一)

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例1-1 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、 表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3, 计算此石子的孔隙率与空隙率?
?解 石子的孔隙率P为: ? P ? V0 ? V ?100% ? 1 ? ?0 ? 1 ? 2.61 ? 1.51%
V0

?

2.65

石子的空隙率P,为:
P? ?

V ? ? V0 V0 ?? 1.68 ?100% ? 1 ? ? 1 ? ? 1? ? 35.63% V? V? ?0 2.61

? [评注] 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材 料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在其堆集体 积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中 ρ—密度;ρ0—材料的表观密度;ρ,—材料的堆积 密度。 文库专用
▲ 目录 ▲
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例1-2 有一块烧结普通砖,在吸水饱和状态下重 2900g,其绝干质量为2550g。砖的尺寸为240×115 ×53mm,经干燥并磨成细粉后取50g,用排水法测得 绝对密实体积为18.62 cm3 。试计算该砖的吸水率、 密度、孔隙率、饱水系数。 ?解 M b ? Mg 2900? 2550 ? 100% ? 该砖的吸水率为 Wm ? Mg ? 100% ? 2550 ? 该砖的密度为 m 50 ?? ? ? 2.69 g / cm 3 ? 表观密度为 ? ? 孔隙率为
V 18.62
m 2550 ? ? 1.74 g / cm 3 V 0 25 ? 11.5 ? 5.3 ?0 1.74 P ? 1? ? 1? ? 35.3% ? 2.69

?0 ?

? [评注 ] 质量吸水率是指材料在吸水饱和时,所吸水 文库专用 ▲ 量占材料在干燥状态下的质量百分比。 目录 37


例1-3 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测 得的抗压强度分别为174、178、165MPa,求该 石材的软化系数,并判断该石材可否用于水下 工程。 ?解 f ? 该石材的软化系数为 KR ? b ? 165 ? 0.93
fg 178

? 由于该石材的软化系数为0.93,大于0.85,故该 石材可用于水下工程。 ? [评注] 软化系数为材料吸水饱和状态下的抗压 强度与材料在绝对干燥状态下的抗压强度之比。 与材料在气干状态下的抗压强度无关。
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38

例1-4 影响材料强度测试结果的试 验条件有那些?
?解答: 影响材料强度测试结果的因素 很多。如小尺寸试件测试的强度值高于 大尺寸试件;加载速度快时测得的强度 值高于加载速度慢的;立方体试件的测 得值高于棱柱体试件;受压试件与加压 钢板间无润滑作用的(如未涂石蜡等润 滑物时),测得的强度值高于有润滑作 用;表面平整试件的测得值高于表面不 平整的等。
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例1-5 选择题:选择正确的答案填 在括号内。 ?当材料的润湿边角θ为( )时, 称为憎水性材料。 ?a. >90? b. .≤90? c. 0? ?解答: b: >90? ?[ 评注 ] 材料的润湿边角θ≤ 90 ? 为亲水性材料;材料的润湿边角 θ>90? 时为憎水性材料。
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