土木工程材料介绍课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,土木工程材料,土木工程材料,1,土木工程材料的种类,按化学成分：无机材料,金属材料：,黑色金属材料,钢、铁,有色金属材料,铝、铜、合金,非金属材料：,天然石材,大理石、花岗石,烧土制品,砖、瓦、陶瓷、玻璃,胶凝材料,石灰、石膏、水泥、水玻璃,混凝土及硅酸盐制品,砂浆、混凝土,土木工程材料的种类按化学成分：无机材料金属材料：,2,土木工程材料的种类,按化学成分：有机和复合材料,有机材料：,植物材料,木材、竹子,沥青材料,石油沥青、煤沥青、沥青制品,高分子材料,塑料、涂料、粘合剂、油漆,复合材料：,金属材料与无机非金属材料复合,钢筋混凝土、钢纤维混凝土,金属材料与有机材料复合,轻质金属夹芯板,无机非金属材料与有机材料复合,沥青混合料、玻璃纤维增强塑料,土木工程材料的种类按化学成分：有机和复合材料有机材料：,3,土木工程材料的种类,按用途分,结构材料：砖、石材、砌块、钢材、混凝土,防水材料：沥青、塑料、橡胶、金属、,聚乙烯胶泥,饰面材料：墙面砖、石材、彩钢板、,彩色混凝土,吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、,膨胀珍珠岩,绝热材料,:,塑料、橡胶、泡沫混凝土,卫生工程材料：金属管道、塑料、陶瓷,土木工程材料的种类按用途分结构材料：砖、石材、砌块、钢材、,4,土木工程材料的种类,建筑材料的发展：古代,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,土木工程材料的种类建筑材料的发展：古代原始时代天然材料,5,土木工程材料的种类,建筑材料的发展：古代,金字塔（,2000-3000 BC),：石材、石灰、石膏,土木工程材料的种类建筑材料的发展：古代金字塔（2000-,6,土木工程材料的种类,建筑材料的发展：古代,万里长城（,200 BC):,条石、大砖、石灰砂浆,土木工程材料的种类建筑材料的发展：古代万里长城（200,7,土木工程材料的种类,建筑材料的发展：古代,布达拉宫：石材、石灰砂浆,土木工程材料的种类建筑材料的发展：古代布达拉宫：石材,8,土木工程材料的种类,建筑材料的发展：古代,罗马园剧场（,70-80 AC):,石材、石灰砂浆,土木工程材料的种类建筑材料的发展：古代罗马园剧场（70,9,土木工程材料的种类,建筑材料的发展：近现代,18,世纪中叶,钢材、水泥,(J.Aspdin,1824,）,19,世纪,钢筋混凝土（,1890-1892,）；,中国，,1898,19,世纪,钢材,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,土木工程材料的种类建筑材料的发展：近现代18世纪中叶钢,10,土木工程材料的种类,地位和作用,1,、,建筑材料是发展建筑业的物质基础,材料费用一般占建筑工程总造价的,50-70%,；,“,十五,”,期间我国全社会固定资产投资总规模为,22,24,万亿元。固定资产投资的,60,70,将用于建筑设施建设或工程安装，从而转化为建筑业的产值,建筑业产值中的,30,40,又要转化为对建材业的需求，尤其是对水泥产品的需求,2002,年，我国共生产水泥约,70000,万吨，比,2001,年大幅增长了,12.7%,，占世界产量的三分之一左右，超过亚洲产量的,50%,强,2008,年，我国钢材产量超过,5,亿吨，超过其他八大钢铁大国的总和,土木工程材料的种类地位和作用1、建筑材料是发展建筑业的物质,11,土木工程材料的种类,地位和作用,2,、,建筑材料是土木工程安全的基本保证,3,、建筑材料对结构设计和施工有决定性影响,土木工程材料的种类地位和作用2、建筑材料是土木工程安全的基,12,土木工程材料的基本性质,材料的组成,化学组成,无机非金属建筑材料：以各种氧化物含量来表示,金属材料：以元素含量来表示,化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理性质,和力学性质,矿物组成,材料中具有特定晶体结构、特定物理力学性能的组织结构称为矿物。,矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。,相组成,材料中结构相近、性质相同的均匀部分称为相（气、液、固）,土木工程材料的基本性质材料的组成化学组成,13,土木工程材料的基本性质,材料的结构与构造：宏观结构,宏观结构,是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织,按孔隙特征分：,1,）致密结构，例如钢铁、有色金属,2,）多孔结构，加气混凝土、泡沫塑料,3,）微孔结构，如石膏制品、粘土砖瓦等,按组织构造特征分：,1,）堆聚结构，如水泥混凝土，沥青混合料,2,）纤维结构，如木材纤维、矿物棉纤维,3,）层状结构，如胶合板、夹芯板,4,）散粒结构，如混凝土骨料、添充料,土木工程材料的基本性质材料的结构与构造：宏观结构宏观结构,14,土木工程材料的基本性质,材料的结构与构造：细观结构,细观结构,是指用光学显微镜可以观察的结构，介于宏观与微观之间的结构形式,1,）金属材料晶粒的粗细及其金相组织,2,）木材的木纤维,3,）混凝土中的孔隙及界面,土木工程材料的基本性质材料的结构与构造：细观结构细观结构,15,土木工程材料的基本性质,材料的结构与构造：微观结构,微观结构,是指材料在原子、分子层次的结构，可用电子显微镜或,X,射线来进行分析研究。材料的微观结构，基本上可分为晶体与非晶体（玻璃体和胶体）,晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间周期性排列。,非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，在空间上呈非周期性排列。,土木工程材料的基本性质材料的结构与构造：微观结构微观结构,16,土木工程材料的状态参数,材料的体积,体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。,材料的绝对密实体积：干材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示材料的绝对密实体积,材料的表观体积：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。,材料的堆积体积：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。根据其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可能不同，松散堆积下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。,土木工程材料的状态参数材料的体积体积是材料占有的空间尺寸。,17,土木工程材料的状态参数,材料的密度,材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量,表观密度（俗称,“,容重,”,）是指材料在自然状态下单位体积的质量。,材料的堆积密度，是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。,土木工程材料的状态参数材料的密度材料的密度是指材料在绝对密,18,土木工程材料的状态参数,材料的孔隙率,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。,土木工程材料的状态参数材料的孔隙率材料的孔隙率是指材料内部,19,土木工程材料的物理性质,材料的亲水性和憎水性,材料与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性,材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构,亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。,土木工程材料的物理性质材料的亲水性和憎水性材料与水接触时，有,20,土木工程材料的物理性质,材料的亲水性和憎水性,材料润湿示意图（）亲水性材料；（）憎水性材料,土木工程材料的物理性质材料的亲水性和憎水性材料润湿示意图（,21,土木工程材料的物理性质,材料的亲水性和憎水性,材料与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性,材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构,亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。,土木工程材料的物理性质材料的亲水性和憎水性材料与水接触时，有,22,土木工程材料的物理性质,材料的吸水性与吸湿性,材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大,材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的,土木工程材料的物理性质材料的吸水性与吸湿性材料的吸水率与其孔,23,土木工程材料的物理性质,材料的耐水性,材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。,材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制,土木工程材料的物理性质材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在,24,土木工程材料的物理性质,材料的抗冻性,材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。,抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能,土木工程材料的物理性质材料的抗冻性材料吸水后，在负温作用条件,25,土木工程材料的物理性质,材料的抗渗性,抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。,土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。,这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。,土木工程材料的物理性质材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下,26,土木工程材料的热工性质,（,1,）,导热性：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性,热容量和比热：材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低,1,所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热。,热阻：热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力。,土木工程材料的热工性质（1）导热性：当材料两面存在温度差时，,27,土木工程材料的热工性质,（,2,）,材料的温度变形性,温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。除个别材料以外，多数材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。这种变化表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收缩，相应的技术指标为线膨胀系数,。,材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为：,L=,（,t,2,-t,1,）,L,土木工程材料的热工性质（2）材料的温度变形性,28,土木工程材料的力学性质,材料的强度,根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等,材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。,土木工程材料的力学性质材料的强度根据外力作用方式的不同，材料,29,土木工程材料的力学性质,材料的弹性和塑性,材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。,材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。,土木工程材料的力学性质材料的弹性和塑性材料在外力作用下产生变,30,土木工程材料的力学性质,材料的脆性和韧性,材料受力达到一定程度时，突然