土木工程材料介绍课件.pptx

1、土木工程材料土木工程材料土木工程材料金属材料：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

2、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18世纪中叶钢材、水泥 (J.Aspdin,1824）19世纪钢筋混凝土（1890

3、-1892）； 中国，189819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2224万亿元。固定资产投资的6070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3040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2、建

4、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）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

5、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。 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

6、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。 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。 材料的孔隙率是指材

7、料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。 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。材料润湿示意图（）亲水性材料； （）憎水性材料 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

8、；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。 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 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

9、的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制 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 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

10、，造成材料的破坏。 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。 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 =（t2 - t1） L 根据外力

11、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。 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）。 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质

12、称为脆性。 大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。 脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。 材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大能量而不破坏的性能，称为韧性或冲击韧性。 材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。 刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级 耐磨性 是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示。 材料的耐久性是泛指材料在

13、使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。 材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。 物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。 在寒冷地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。 在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑材料要具有耐热性能。在民用和公共建筑中，考虑安全防火要求，须选用具有抗火性能的难燃或不燃的材料 化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸

14、、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。 机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。 生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。/ A0/yfyfufufN0.2%线弹性、弹性、屈服、强化、颈缩、断裂,yuyffE,/,/,/pyutcffEddE,p1.强度强度2.塑性塑性5.可焊性可焊性3.韧性韧性6.耐久性耐久性比例极限、屈服点、极限强度、屈强比比例极限、屈服点、极限强度、屈强比4.冷加工性冷加工性静力韧性、冲击韧性静力韧性、冲击韧性伸长率伸长率 面缩率面缩率冷弯实验冷弯实验施工可焊性、使用可焊性施工可焊性、使用可焊性抗腐蚀能力、抗疲劳能力

15、抗腐蚀能力、抗疲劳能力105,Pfyfufuy/ ff1.化学成分2.生产过程5.温度3.时效6.加荷速度Fe, C, Si, Mn, V, S(O), P(N), 其他4.应力应变历史时间硬化冶炼方法、浇铸过程、轧制工艺不均匀温度场引起的残余应力超屈服加载硬化、残余应变与塑性变形引起的残余应力低温：冲击韧性的温度转变区高温：300C蓝脆、600C软化 化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。 机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。 生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。普通碳素钢 质量等级质量等级

16、脱氧方法脱氧方法低合金钢Q235AF,b,(z) (旧称3号钢)Q235BF,b,(z) 常温下Ak要求 Q235C (z) 零度Ak要求Q235D (TZ) -20度Ak要求Q345A, B, C, D, E：Ak 34J（E为27J）Q390A, B, C, D, EQ420A, B, C, D, E优质碳素结构钢经调质（精炼去除杂质）、热处理优质钢丝绳钢板：热轧型钢及标注薄板 60mm添加元素添加元素 Cr，Cu，Mn， RE(稀土稀土)等等美国美国Cro-Ten，耐候性为，耐候性为 普通钢普通钢28倍倍中国宝钢中国宝钢 09CuPTiRE, B490RNQ两种系列，耐候两种系列，耐候性为普通钢性为普通钢 23 倍倍 无明显屈服台阶，按无明显屈服台阶，按2 2法法屈强比为屈强比为0.60.6以下以下伸长率伸长率3535以上以上良好可焊性良好可焊性低屈服点低屈服点 100 100120120MPaMPa抗拉强度抗拉强度 250 250260260MPaMPa伸长率伸长率 60 60左右左右保证主要承重构件不进入塑性保证主要承重构件不进入塑性