土木工程材料全册完整教学课件.ppt
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1、土木工程材料全册完整教学课件土木工程材料全册完整教学课件 土木工程材料 Civil Engineering Materials 三问:Why? What? How? 土木工程材料”课程内容和性质是什么 (What)? 为什么必修“土木工程材料”课程(Why) ? 如何学好“土木工程材料”课程 (How)? 土木工程材料”课程性质和内容是什么? 什么是土木工程材料? 土木工程材料课程性质是什么? “土木工程材料”课程内容有哪些? 什么是土木工程材料? 土木工程材料是人类建造活动所用一切 材料的总称。 广义上,所有物质均可用作土木工程材 料。 土木工程材料包括了迄今已发现和发明 的所有材料。 问题
2、 1.1.你们知道哪些土木工程材料你们知道哪些土木工程材料 ? 2.2.最古老的土木工程材料是哪些?最古老的土木工程材料是哪些? 3.3.什么是今天用量最大、用途最广的什么是今天用量最大、用途最广的 土木工程材料土木工程材料? 云 南 下 关 天 生 石 桥 广西桂林踏步桥广西桂林踏步桥 架木桥架木桥 河北赵州石桥河北赵州石桥 建于1300多年前(桥长约51m,净跨37m) 建造该桥的石材为青白色石灰岩 比意大利人建石拱桥晚400多年,但在主拱肋与桥 面间设计“敞肩拱” ,比外国早了1200多年 敞肩拱不仅减轻自重、节省材料、减轻桥基负 担,使桥台轻巧,且位移很小,地基下沉甚微, 且拱圈内应力
3、很小,是至今位移和沉陷微小且 不坠的重要原因之一; 该桥拱轴线和恒载压力线甚接近,拱圈各横截 面只受压力或微小拉力。该二线重合道理,到 现代才认识。 泸定桥 十七孔桥 芦沟桥 玉带桥 万里长城 天 下 第 一 关 万万 里里 长长 城城 总长度大约有十万里以上! 所用土木工程材料: 土、石、木料、砖、石灰 关外有关、城外有城,其材料运输量之浩大、 工程之艰巨世所罕见。 体现我国古代建筑 工程的高度成就,表现我国古代劳动人民 的聪明才智。 最古老的建筑材料 天然石材 天然植物:木材、茅草 粘土及其制品 动物的毛发与制胶等 石灰 钢桁梁桥钱塘江桥 钢桁梁桥武汉长江大桥 简支梁桥普兰店桥 T形刚构桥
4、重庆长江大桥 连续梁桥连续梁桥六库怒江桥六库怒江桥 连续刚构桥湖南沅水桥 箱形拱桥红旗桥 结合梁和钢斜拉桥南浦大桥 现代土木工程材料 钢材、混凝土 钢混凝土复合材料 砖混凝土复合材料 高分子及其复合材料 土木工程材料的分类与发展 1.土木工程材料的分类 按化学组成分类 按来源分类 按建筑功能分类 按用途分类 有三大类: 无机材料:金属、非金属 有机材料:植物、高分子、沥青 复合材料:有机无机 金属非金属 有两大类: 天然材料:石材、粘土、植物等; 人工材料:金属、水泥、陶瓷、玻璃 塑料、橡胶、纤维等 有: 承重材料、防水材料、隔热保温材料、 防护材料、装饰材料、吸声隔音材料、 粘结密封材料、智
5、能材料等。 有: 结构材料、墙体材料、屋面材料、 地面材料、吊顶材料、墙面材料等。 2. 土木工程材料的发展历程 发展历程大致可分为三个阶段: 天然材料 人类最初直接从自然界中取材作为土木工程材料,如: 土、石材、木材等。 人工材料 随着人类文明和技术的进步,开始人工合成和制造各种 土木工程材料,以满足土木工程发展的需要。如:砖、瓦、 陶瓷、玻璃、水泥、金属、高分子材料、复合材料等 复合材料 随环境条件的变化而具有应变能力的材料:如:变色调 光玻璃、可自修复混凝土、调温、调湿墙体(面)材料、 形状记忆合金等。 人类最初直接从自然界中取材作为土木工程材料,如:土、 石材、木材等。 随着人类文明和
6、技术的进步,开始人工合成和制造各种土 木工程材料,以满足土木工程发展的需要。如:砖、瓦、 陶瓷、玻璃、水泥、金属、高分子材料、复合材料等 为了满足土木工程结构与功能的要求,又能节约材料、节 约资源,最大限度地发挥各种材料的优势,避免其不足, 将不同组成与结构的材料复合形成各种复合材料,如玻纤 增强塑料、纤维混凝土、金属陶瓷等。 3.土木工程材料的发展趋势 高性能化 高强、高耐久、高抗渗、高保温等新型高性能土木工程 材料。 多功能化 具有多种功能或智能的土木工程材料。 工业规模化 土木工程材料的生产要实现现代化、工业化,而且为了 降低成本、控制质量、便于机械化施工,生产要标准 化、大型化、商品化
7、等。 生态化 为了降低环境污染、节约资源、维护生态平衡,生产节 能型、环保型和保健型的生态建材。 土木工程土木工程 材料材料 材料 科学 土木 工程 课程性质: “材料科学”与“土木工程”间的桥 梁 材料科学”与“土木工程”间的桥梁 土土 木木 工工 程程 房屋建筑工程房屋建筑工程 桥梁工程桥梁工程 道路工程道路工程 水利工程水利工程 铁道工程铁道工程 市政工程市政工程 土木工程是应用各种工程材料设计、建 造各类土木工程的科学技术 材料科学的任务 研究材料的组成、结构与性能的关 系和材料的制备技术,涉及: 金属材料 无机非金属材料 有机材料 复合材料 土木工程材料学 以土木工程科学与技术为背景
8、,研究满足以土木工程科学与技术为背景,研究满足 建造各种土木工程所需的材料的组成、结构与建造各种土木工程所需的材料的组成、结构与 其工程性能的关系和制备与施工技术,涉及其工程性能的关系和制备与施工技术,涉及 水泥与混凝土水泥与混凝土 钢材与铝合金材料钢材与铝合金材料 沥青材料沥青材料 工程高分子材料工程高分子材料 建筑复合材料建筑复合材料 建筑功能材料与制品建筑功能材料与制品 土木工程材料”课程学习内容 第一章 土木工程材料的基本性质 第二章 无机胶凝材料 第三章 混凝土 第四章 砌筑材料 第五章 金属材料 第六章 木 材 第七章 建筑高分子材料 第八章 沥青材料 土木工程材料”试验内容 基本
9、试验技能试验 水泥性质 骨料性质 混凝土拌合物与力学性质 土木工程材料的力学性质 开放式“三性”试验 自选题、自行设计和自主进行试验 本课程的学习目的 学习有关土木工程材料的基本理论、 基本知识和基本技能,为土木工程专业 课程的学习和今后从事专业技术工作打 下必要的基础。 本课程的主要任务 以土木工程应用为背景,运用材料科学原理, 讲解土木工程材料的理论基础知识; 为学生毕业后从事工程技术工作,就材料的选 择与应用、材料验收、质量鉴定、材料试验、 储存运输、防腐处理及试验研究等方面,打下 必要的基础。 为什么必修“土木工程材料”课程? 土木工程材料是一切土木工程或构筑物的物质基础。 土木工程材
10、料的质量与正确选择、应用直接影响土木工程 的质量、使用功能、运营安全与耐久性; 土木工程材料的创新能促进结构形式的变化和施工方法的 改进,并能创造新的结构形式和新的施工方法。 土木工程的不断发展和技术进步又促进了土木工程材料的 创新和发展。 不知道土木工程材料的”来龙去脉“(ins and outs of Civil Engineering Materials),就只能是一位” 撇脚“的土木工程师! 新型建材促进结构工程发展 古罗马万神殿古罗马万神殿,半球穹顶直径半球穹顶直径43.5m,重重12000吨吨 波兰钢筋混凝土世纪大厅肋形拱顶直径波兰钢筋混凝土世纪大厅肋形拱顶直径65m,重重 150
11、0吨吨 墨西哥钢混薄壁构件饭店双曲抛物面薄壳屋盖直墨西哥钢混薄壁构件饭店双曲抛物面薄壳屋盖直 径径32m、厚厚4cm,重仅重仅100吨吨 德国玻璃纤维增强水泥园艺展览厅双曲抛物面屋德国玻璃纤维增强水泥园艺展览厅双曲抛物面屋 盖盖,直径直径31m、厚厚1cm,重重25吨吨 近年出现彩板轻钢仅厚近年出现彩板轻钢仅厚1mm,现场加工成大跨度现场加工成大跨度 屋面屋面,重量进一步减轻重量进一步减轻 建筑膜搭建厚度仅为建筑膜搭建厚度仅为0.2mm的新型膜结构每平方的新型膜结构每平方 米重量米重量20Kg 工程师是做什么的? 科学讲分析,它设法去了解自 然是什么; 工程要综合,它努力去创造可 能的东西。
12、Wm. A.Wulf(美国工程院院长) 科学家的任务 工程师的任务 土木工程师的任务是创造! 运用各种设计理论设计各种土木工程的结 构和施工方法。 应用“土木工程材料”的知识,结合设计 要求,合理选择和利用各种工程材料。 应用“土木工程材料”的知识,建造或创 造各种“土木工程”。 名言: What we cant create we dont understand ! 名言: A structural engineer who is ignorant about the “ins and outs”of the civil engineering materials can never be
13、a competent designer. 不熟悉土木工程材料的“来龙去脉”的结构 设计师,就不可能成为一位称职的设计师 如何学好“土木工程材料”课程? 课前预习和阅读教材,善于提问 课堂上认真学习、积极参与讨论 课外阅读文献与书籍 认真做好试验与练习 勤于分析思考与归纳总结 1)1)实践性强实践性强 接近工程实际,不像基础理论课程接近工程实际,不像基础理论课程 那样:对具体的现象或结构进行简化、抽象;那样:对具体的现象或结构进行简化、抽象; 2)2)综合性强综合性强 面对浩瀚的工程学复杂问题,需要面对浩瀚的工程学复杂问题,需要 广泛知识和综合能力。不像基础理论课程那样,广泛知识和综合能力。不
14、像基础理论课程那样, 着重深入分析,而是要善于归纳总结。着重深入分析,而是要善于归纳总结。 土木工程材料课程 特点 第一,阅读大量文献和书籍,获得有关材料组成、第一,阅读大量文献和书籍,获得有关材料组成、 结构与性能关系及其规律的理性认识。结构与性能关系及其规律的理性认识。 第二,通过对材料进行相关试验,获得有关性质第二,通过对材料进行相关试验,获得有关性质 的数据,例如强度、弹性模量,为结构设计或分析的数据,例如强度、弹性模量,为结构设计或分析 提供依据。提供依据。 第三,材料加工、运输和现场施工的工程实践是第三,材料加工、运输和现场施工的工程实践是 感性认识的另一重要来源。感性认识的另一重
15、要来源。 第四,由于材料科学和检测技术的发展,对材料第四,由于材料科学和检测技术的发展,对材料 的组成、结构与性能进行深入研究得到的认识的组成、结构与性能进行深入研究得到的认识。 如何获取知如何获取知 识识 学习方法 掌握知识 注重掌握各种土木工程材料的组成、结构与性能的内在联 系;注重掌握内外因素对土木工程材料各项性能的影响及其 规律;做好听课笔记。 加强训练 认证做好每个试验,通过实验验证所学的基本理论,熟悉 土木工程材料检验方法,掌握试验技能,做好作业,积极参 与科技活动,。 培养能力 认真思考问题,对课程内容进行分析、归纳和总结,并注 意观察一些建筑物中所用的土木工程材料及其应用情况,
16、培 养自学和正确分析与解答问题的能力。 学习土木工程材料学习土木工程材料,有一个很深的印象有一个很深的印象,就是就是 要懂得事物的模糊性要懂得事物的模糊性,不确定的一面不确定的一面。 以往的学习以往的学习,我们总想得到一个确定的我们总想得到一个确定的(精确精确 的的)解解。但实际工程远不是这样但实际工程远不是这样,我们必须面对我们必须面对 不确定性不确定性、模糊性模糊性问题问题。 希望从建材课开始培养这方面的能力希望从建材课开始培养这方面的能力认识认识 和解决不确定性的问题和解决不确定性的问题。 学习心得 土木工程材料品种多、课程内容多为叙述、土木工程材料品种多、课程内容多为叙述、 分析、综合
17、论述各种材料的原料、生产、组成、分析、综合论述各种材料的原料、生产、组成、 结构、构造及其对材料性能的影响,根据材料的结构、构造及其对材料性能的影响,根据材料的 共性与特性来确定其应用技术(配制、施工、检共性与特性来确定其应用技术(配制、施工、检 验、以及运输、储存、维护和经济效益等)。验、以及运输、储存、维护和经济效益等)。 因此,在学习时,因此,在学习时, 应抓住重点、要点,注意思路的整理与发展。应抓住重点、要点,注意思路的整理与发展。 通过自学、作业、面授、答疑、试验等环节,注意通过自学、作业、面授、答疑、试验等环节,注意基基 础理论础理论(基理)、(基理)、基本知识基本知识(基知)、(
18、基知)、基本技能基本技能(基(基 技)的学习和掌握。技)的学习和掌握。 学习心得学习心得 本课程的考核方式 课堂提问,回答问题 5 平时作业 10 中间测验 20 试验报告 15 期终综合考试 50 考核成绩评定 A 能清楚地解答问题,对课程内容有深刻的认 识,并能熟练掌握; B 能 C D E 希望同学们: 努力学习、认真思考、 积极训练、善于归纳 预祝同学们: 取得优异成绩,毕业后成 为一名出色的土木工程师! 第 一 章 土木工程材料导论 Introduction to Civil Engineering Materials 三问:What ? How ? Which ? 土木工程要求材料
19、具备什么性能(What)? 土木工程材料如何满足工程要求(How)? 本章学习哪些内容(Which)? 土木工程的功能 要求的材料性能 承受荷载 长期可靠性 防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘 不污染环境 强度、刚度 耐久性 物理性能 安全性 土木工程要求材料具备哪些性能? 土木工程材料如何满足性能要求? 材料的组成 材料的结构 材料的构造 材料的复合 性能 组成 结构 材料的组成结构性能关系 材料组成、结构与性能之关系 现代材料科学的核心 本 章 主 要 内 容 材料的组成与结构 材料的技术性能及其测试方法 材料组成、结构与性能间的关系 学 习 目 的 通过本章学习,掌握各类土木工程材料通过
20、本章学习,掌握各类土木工程材料 的“的“来龙去脉来龙去脉”,为自己成为一名称职的”,为自己成为一名称职的 “土木工程师”打下工程材料学基础。“土木工程师”打下工程材料学基础。 材料的组成与结构 材料在服役环境下的行为性能 力学性能 物理性能 耐久与安全性 材料组成、结构、性能与施工工艺间的关系 本 章 主 要 内 容 材料的组成与结构 材料的技术性能及其测试方法 材料组成、结构与性能间的关系 1.1 土木工程材料的组成与结构 Composition and Structure of Civil Engineering Materials 组成 化学组成 相组成 结构 微观结构 细观结构 宏观结
21、构 一、材料的组成 材料均由各种物相组成 每种物相由化合物组成 化合物由分子组成 分子由原子组成 材料的物相组成: 固相 气相 液相 材料的化学组成: 元素 化合物 物相组成 固相 连续相 分散相:纤维与颗粒 气相 液相 矿 物 化合物 分布的孔隙及其含量 包含的液体种类与含量 矿物矿物 具有一定具有一定化学组成化学组成和和结构特征结构特征的天然化合物或单质的天然化合物或单质, 也指具有特定晶体结构也指具有特定晶体结构、特定物理力学性能特定物理力学性能,类似于天类似于天 然矿物的物相或化合物然矿物的物相或化合物。 矿物组成矿物组成 土木工程材料中的矿物种类及其含量土木工程材料中的矿物种类及其含
22、量。 矿物组成 化学组成 化学组成化学组成化学成分是指材料中化学成分是指材料中各物相各物相所所 含元素或单质与化合物的种类和总含量含元素或单质与化合物的种类和总含量。 例如:例如: 钢材中四种矿物相所含的化学元素是:钢材中四种矿物相所含的化学元素是: Fe、C及其它微量元素及其它微量元素(Cr、Mn、Ni等等); 生石灰的化学组成是:生石灰的化学组成是:CaO,熟石灰的组成是熟石灰的组成是Ca(OH)2; 水泥中四种矿物相所含的化合物是:水泥中四种矿物相所含的化合物是: CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。等。 聚氯乙烯塑料的化学组成有:聚氯乙烯塑料的化学组成有: PVC树脂(树脂(-
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