大学课件:土木工程材料第一章.ppt
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- 大学 课件 土木工程 材料 第一章
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1、第一章土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质 主讲:祝海雁学习目标:熟练掌握土木工程材料的基本状态参数。掌握土木工程材料的基本力学性质。掌握土木工程材料与水有关的性质 掌握土木工程材料与热有关的性质 掌握土木工程材料耐久性的基本概念。了解土木工程材料的基本组成、结构和构造及其与材料基本性质的关系知识框架1.5 材料的组成、结构与性质1.1 材料的基本物理性质1.2材料与水有关的性质1.3 材料的力学性质1.4 材料的热学、声学、耐久性及装饰性1.1 材料的基本物理性质1.1.1密度、表观密度、堆积密度密度密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。按下式计算:式中 材料的密度,g/cm3
2、;m 材料的质量(干燥至恒重),g;V 材料在绝对密实状态下的体积,cm3。m/vv所谓绝对密实状态下的体积,是指不包括材料内部孔隙的固体物质的实体积。对近于绝对密实的材料:如金属、玻璃等,量测几何体积称重代入公式中计算。对有孔隙的材料:如砖、混凝土磨成细粉(通过 0.2mm或900孔/cm2方孔筛),用李氏密度瓶测量V(排水法)。表观密度表观密度是材料在自然状态下,单位体积的质量式中 o 材料的表观密度,kg/m3 或g/cm3;m 材料的质量(干燥至恒重),kg或 g;V0 材料在包含闭口孔隙条件下的体积 (即只含内部闭口孔,不含开口孔),m3或cm3。0Vmo0Vmo0Vmo0Vmo0V
3、mo0Vmo0Vmo0Vmo0Vmo0Vmo0Vmo0Vmo0VmomV所谓自然状态下的体积,是指包括材料实体积和内部孔隙(闭口和开口)的外观几何形状的体积。通常,材料在包含孔隙条件下的体积可采用排液置换法。堆积密度是指单位体积(含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积)物质颗粒的质量,有松散堆积密度及紧密堆积密度之分。堆积密度可按下计算:mV式中 o 堆积密度,kg/m3;m 材料的质量,kg;Vo材料的堆积体积,m3。V0V+Vbk+VkkV空 材料的堆积体积包括材料绝对体积、内部所有孔体积和颗粒间的空隙体积。材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的紧密程度及材料可能的堆放空间。测
4、定散粒材料的体积可通过已标定容积的容器计量而得。测定砂子、石子的堆积密度即用此法求得。若以捣实体积计算时,则称紧密堆积密度。密度、表观密度和堆积密度既有联系又有差别。材料用量、构件自重、配料、材料堆场体积或面积以及计算运输材料的车辆等时,均需要用到材料的上述状态参数。具体来说,密度并不能反映材料的性质,但可以大致了解材料的品质,并可用来计算材料的孔隙率,以及进行混凝土的配合比计算,表观密度建立了材料自然体积与质量之间的关系,可用来计算材料的用量、构件自重、确定材料堆放空间等。由于大多数材料或多或少均含有一些孔隙,故一般材料的表观密度总是小于其密度,即:00 密实度密实度是材料体积内被固体物质充
5、实的程度。按下式计算:0*100%VDV0*100%D或1.1.2 密实度与孔隙率 孔隙率孔隙率是材料体积内,孔隙体积所占的比例。按下式计算:%100*)1(10000VVVVVP即:D+P=1或 密实度+孔隙率=1 孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度,它对材料的物理、力学性质均有影响。材料内部孔隙的构造,可分为连通的与封闭的两种。连通孔隙不仅彼此贯通且与外界相通,而封闭空隙则不仅彼此不连通而且与外界隔绝。孔隙按尺寸分为极微细孔隙、细小孔隙、较粗大孔隙。孔隙的大小及其分布,特征对材料的性能影响较大。1.1.3 空隙率和填充率v填充率填充率是散粒材料堆积体积中,颗粒填充的程度。按下式计算:%1
6、00*0VVD%100*0D 或v空隙率空隙率是散粒材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。按下式计算:%100*)1(10000VVVVVP 即:D+P=1或填充率+空隙率=1。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒相互填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。1.2 材料与水有关的性质1.2.1 材料的亲水性与憎水性当材料与水接触时可以发现,有些材料能被水润湿,有些材料则不能被水润湿,前者称材料具有亲水性,后者称具有憎水性。润湿角(a)亲水性材料 90 (b)完全亲水材料180 (c)憎水性材料 90 实验证明:当90时,材料表面吸附水,材料能被水润湿而表现出亲水性
7、,这种材料称亲水性亲水性材料。当90时,材料表面不吸附水,此称憎水性憎水性材料。当=0时,表明材料完全被水润湿,称为铺展。上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况,相应称为亲液材料和憎液材料。1.2.2 材料的吸水性与吸湿性 材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性吸水性。材料的吸水性用吸水率吸水率表示,即%100*1mmmW式中:W-材料质量吸水率,%;m-材料干燥状态下质量,g;m1-材料吸水饱和状态下质量,吸水也可以用体积吸水率表示,即材料吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率 封闭孔隙较多的材料,吸水率不大时通常用质量吸水率公式进行计算,对一些轻质多孔材料,如加气混凝土、木材等,由于质量吸
8、水率往往超过100%,故可用体积吸水率进行计算。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙,孔隙率愈大,则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去,而开口大孔虽然水分易进入,但不能存留,只能润湿孔壁,所以吸水率仍然较小。各种材料的吸水率很不相同,差异很大,如花岗岩的吸水率只有0.50.7,混凝土的吸水率为23,粘土砖的吸水率达820,而木材的吸水率可超过100 材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力称为吸湿性吸湿性,用含水率表示,即%100*mmmW含含式中:W-材料含水率,%;m含-材料含水时的质量,g;m-材料干燥状态下的质量,g。材料吸湿性作用一般是可逆的,材料的吸湿性随空气的湿度
9、和环境温度的变化而改变,当空气湿度较大且温度较低时,材料的含水率就大,反之则小。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率,称为平衡含水率 1.2.3 耐水性 材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性耐水性,用软化系数表示,即ffKwp式中:KP-材料的软化系数;fw-材料在吸水饱和状态下的抗压强度,MPa f -材料在干燥状态的抗压强度,MPa。材料的软化系数的范围在01之间。用于水中、潮湿环境中的重要结构材料,必须选用软化系数不低于0.85的材料;用于受潮湿较轻或次要结构的材料,则不宜小于0.700.85。通常软化系数大于等于0.85的材料称为耐水材料 1.2.4材料的抗渗性 抗渗性抗渗性:材料
10、抵抗压力水渗透的性质,或称不透水性。当材料两侧存在不同水压时,一切破坏因素(如腐蚀性介质)都可通过水或气体进入材料内部,然后把所分解的产物代出材料,使材料逐渐破坏,如地下建筑、基础、压力管道、水工建筑等经常受到压力水或水头差的作用,故要求所用材料具有一定的抗渗性,对于各种防水材料,则要求具有更高的抗渗性。材料的抗渗性通常用两种指标表示:渗透系数和抗渗等级。对一些抗渗、防水材料,如油毡、瓦、水工沥青混凝土等,其防水性用渗透系数表示。渗透系数的物理意义是:在一定时间t内,透过材料试件的水量Q,与试件的渗水面积A及水头差成正比,与渗透距离(试件的厚度)d成反比,用公式表示为 式中K材料的渗透系数,c
11、mh;Q渗透水量,cm3;d材料的厚度,cm;A渗水面积,cm2;t渗水时间,h;H静水压力水头,cm。K值愈大,表示材料渗透的水最愈多,即抗渗性愈差。抗渗性是决定材料耐久性的主要指标。QdKAtH 建筑工程中大量使用的砂浆、混凝土材料的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是指材料在标准试验方法下进行透水试验,以规定的试件在透水前所能承受的最大水压力来确定。以符号“P”和材料透水前的最大水压力的0.1MPa表示,如P4、P6、P8等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不渗水。用公式表示:S=10H-1 式中:S-抗渗等级;H-试件开始渗水时的压力,MPa.1.2.5 材料的抗冻性
12、材料的抗冻性抗冻性:材料在水饱和状态下,能经受多次冻融循环作用而不破坏,也不严重降低强度的性质。材料的抗冻性用抗冻标号抗冻标号表示。抗冻标号是以规定的试件,在规定试验条件下,测得其强度降低不超过规定值,并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数,以此作为抗冻标号,用符号“Dn”表示,其中n ”即为最大冻融循环次数,如D25、D50等。常用的两个参数是:质量损失率(不超过5%),强度损失率(不超过25)。材料抗冻标号的选择,足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料,一般要求其抗冻标号为D15或D25;用于桥梁和道路的混凝土应为D50、D100或D
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