土木工程材料教案1

本书由vince上传于世界工厂下载频道《土木工程材料》教案第一章黑龙江工程学院土木工程系孙凌本书由vince上传于世界工厂下载频道1、绪言1.1概述1.2材料的基本状态参数1.3材料的力学性质1.4材料与水有关的性质本书由vince上传于世界工厂下载频道主要内容：绪论材料的基本状态参数材料与水有关的性质重点内容：材料的基本状态参数难点：材料的物理常数要求：材料的基本状态参数材料与水有关的性质对《土木工程材料》有概括的了解参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程集料试验规程》本书由vince上传于世界工厂下载频道1、绪言1.1概述一、本课程研究内容砂石材料、石灰、石膏、水玻璃、水泥、水泥混凝土、砂浆、烧结砖、沥青、沥青混合料、钢材、塑料等二、土木工程材料在工程中的作用三、土木工程材料应具备的性质四、土木工程材料的应用五、土木工程材料的标准化R本书由vince上传于世界工厂下载频道1.2材料的基本状态参数1.2.1材料的密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度一、密度1.定义：材料的密度是材料在绝对密实状态下单位体积的（不包括开口和闭口孔隙体积）的质量。2.公式：式中：ρ——材料的密度，ｇ／ｃｍ３；ｍｓ——材料矿质实体的质量，ｇ；Ｖ——料矿质实体的体积，ｃｍ３。因试验的条件是在空气中称量石料的质量，故ｍ。＝０，ｍs＝ｍ，则公式改写为式中：ｍ——烘干石料试样的质量，ｇ；Ｖ——意义同前。石料密度的测定可采用比重瓶法或李氏比重瓶法vmsvmT本书由vince上传于世界工厂下载频道二、表观密度1.定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积十闭口孔隙体积）的质量，称为表观密度，亦称视密度。2.公式：式中：ρt——石料的表观密度，ｇ／ｃｍ３；ｍ、Ｖ——意义同前；ＶB——石料闭口孔隙的体积，ｃｍ３。测定方法：排水法BtvvmT本书由vince上传于世界工厂下载频道三、毛体积密度定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体积（包括孔隙在内）的质量。公式：式中：——石料的毛体积密度，ｇ／ｃｍ3——石料开口孔隙体积，ｃｍ3ｍ，ｖ，ｖB——意义同前。材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。00VmvvvmKB0KvT本书由vince上传于世界工厂下载频道四、堆积密度1.定义：散粒材料在自然堆积状态下单位体积质量。2公式自然堆积密度紧密堆积密度'0'0VmVVVVmSKB本书由vince上传于世界工厂下载频道1.2.2材料的孔隙和空隙一、材料的孔隙空隙对材料的影响：（1）孔隙的多少（孔隙率）（2）孔隙的特征1.孔隙率定义：孔隙率是指材料内部孔隙体积(开口孔隙和闭口孔隙)占材料总体积的百分率。公式：%100)1(%100000VVVp本书由vince上传于世界工厂下载频道2.密实度定义：材料内部固体物质的实体占材料总体积的百分率。公式：孔隙的特征（1）按孔隙尺寸大小，可把空袭氛围为微孔、细孔和大孔三种（2）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连通孔。（3）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。pVVD1%100%10000本书由vince上传于世界工厂下载频道二、材料的空隙1.空隙率定义：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。公式：2.填充率定义：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。公式：%100)1(%1000'0'00'0'VVVp''1pDR本书由vince上传于世界工厂下载频道1.4材料与水有关的性质1.4.1材料的亲水性与憎水性湿润边角：在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为湿润边角。θ≤90°时，表现为亲水性θ＞90°时，表现为憎水性1.4.2材料的含水状态亲水性材料的含水状态干燥状态气干状态饱和面干状态润湿状态本书由vince上传于世界工厂下载频道1.4.3材料的吸湿性和吸水性一、吸湿性定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质表示方法：含水率二、吸水性定义：材料在水中吸水的性质。重量吸水率提及吸水率开口细微连通孔，吸水量大。本书由vince上传于世界工厂下载频道1.4.4耐水性定义：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。软化系数：＞0.85为耐水材料，该值越小耐水性越差。gbRffKRK本书由vince上传于世界工厂下载频道1.4.5抗渗性1.4.6抗冻性材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。冻融循环直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备成直径和高均为５０ｍｍ的圆柱体或边长为５０ｍｍ的立方体试件，放人烘箱（１０５℃±５℃）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（-１５℃）冻结４ｈ，然后取出放人２５℃±５℃的水中融解４ｈ，如此为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘干至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的次数有不同的要求，分为15次、25次及25次以上。在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。本书由vince上传于世界工厂下载频道（1）质量损失率石料冻融循环后的质量损失率：式中：Ｑfr——试件冻融后的质量损失率，％；ｍ１——试验前烘干试件的质量，ｇ；ｍ２——试验后烘干试件的质量，ｇ。２）耐冻系数式中：——试件的耐冻系数；——经冻融循环后的试件饱水抗压强度，ＭＰａ；——未经冻融试验的试件饱水抗压强度，ＭＰａ。100mmmQ121frscfrscfrffKfrk)(frscfscf本书由vince上传于世界工厂下载频道公路工程，一般要求石料的耐冻系数大于０.７５；质量损失率不大于５％。同时，试件应无明显缺损（包括剥落、裂缝和边角损坏等情况）。桥梁工程石料，对一月份平均气温低于—１０℃的地区，要进行抗冻性试验。２）硫酸钠坚固性法本书由vince上传于世界工厂下载频道思考题：1.孔隙的特征与吸水率的关系。2.什么条件下要对石料进行抗冻性试验？什么是冻融循环？3.如何判定石料抗冻性是否合格？R本书由vince上传于世界工厂下载频道主要内容：材料的力学性质集料的技术性质重点内容：石料的抗压强度、磨耗率集料的级配难点：级配及计算参数要求：掌握石料的力学性质掌握石料等级的确定掌握级配参数的计算方法参考资料：《土木工程材料》陈志源《道路建筑材料》严家伋《道路建筑材料》孙凌《公路工程集料试验规程》本书由vince上传于世界工厂下载频道1.3材料的力学性质1.3.1强度与比强度一、强度定义：材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。抗压强度：抗拉强度：抗剪强度：抗弯强度：集中荷载：三分点加荷：APf223bhPLff2bhPLff本书由vince上传于世界工厂下载频道影响强度的因素：材料的组成孔隙率增加强度降低含水率增加强度降低温度升高强度降低试件尺寸大强度降低加荷速度快强度降低等本书由vince上传于世界工厂下载频道二、比强度定义：单位体积重量的材料强度与毛体积密度之比——衡量材料是否轻质、高强。补充一：１．公路工程石料的力学性质１）抗压强度石料的抗压强度，通常有单轴抗压强度和三轴抗压强度两种。如果不作边坡验算等，一般仅需要进行单轴抗压强度试验。公路工程石料的抗压强度，是将石料制备成边长为５０ｍｍ±０.５ｍｍ的正立方体或直径与高均为５０ｍｍ±０.５ｍｍ的圆柱体试件，经吸水饱和后，在规定的加载条件下单轴受压，石料试件达到极限破坏时，单位受压面积的强度。本书由vince上传于世界工厂下载频道公式：式中：——石料的抗压强度，ＭＰａ；Fmax——试件极限破坏时的荷载，Ｎ；Ａ——试件的截面积，ｍｍ２。石料的抗压强度值，取决于石料的组成结构，同时也取决于试验的条件（如试件几何外形、加荷速度、温度和湿度等）。石料的抗压强度值，取决于石料的组成结构，同时也取决于试验的条件（如试件几何外形、加荷速度、温度和湿度等）。AFfscmaxscf本书由vince上传于世界工厂下载频道２）磨耗率石料的磨耗率是指石料抵抗冲击、边缘剪力和摩擦的联合作用的性质，也是评定石料等级的依据之一，可采用洛杉矶试验法或狄法尔试验法测定。（１）洛杉矶试验法洛杉矶试验法采用洛杉矶（或搁板）式磨耗试验机。是将石料试样洗净烘干，称出按我国标准规定的级配石料及钢球。磨耗机以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的转速转动５００转。由于在旋转中石料试样受到相互摩擦、冲击等力系的综合作用，使石料试样产生磨耗和破碎。用２ｍｍ圆孔筛或1.7ｍｍ方孔筛筛去试样中的石屑，将剩余试样洗净烘干，并称其质量。石料的磨耗率以经试验后石料试样的质量损失百分率来表示。公式：100121mmmQ磨本书由vince上传于世界工厂下载频道（2）狄法尔试验法狄法尔试验法采用狄法尔（或双筒）式磨耗试验机。它是将石料破碎（人工或机械），并过筛选出５０～７５ｍｍ的块石５０±２块，共约５ｋｇ（每块质量约１００ｇ），计两份，分别洗净烘干，装人磨耗机的两圆筒中，磨耗机以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的转速转动１００００转，石料的磨耗率同样是以通过２ｍｍ或１．7ｍｍ筛孔的质量损失百分率来表示，亦按上式计算。按我国标准规定，两种试验方法以洛杉矶试验法为标准方法。本书由vince上传于世界工厂下载频道２．桥梁工程石料的力学性质抗压强度是桥梁工程石料的主要力学指标，是确定石料标号的主要依据。桥用石料的抗压强度是将石料加工成边长为２０ｃｍ的正立方体试件，经吸水饱和后，按规定的加荷条件单轴受压，石料试件达到极限破坏时，单位受压面积的强度。此亦作为石料的标号。公式：桥用石料的力学性质以抗压强度为基准，其他力学指标（如抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度等）一般可采用与抗压强度的大约比值。石料的技术标准qqscKAFf0max本书由vince上传于世界工厂下载频道补充二集料的技术性质集料包括天然砂石集料、人工轧制的集料以及工业冶金矿渣。不同粒径的集料在水泥（或沥青）混合料中所起的作用不同，因此对它们的技术要求亦不相同。为此,将集料分为粗集料和细集料两大类。不论天然的或人工轧制的，以圆孔筛计，凡粒径小于５ｍｍ者称为细集料（包括天然砂、人工砂等），粒径大于５ｍｍ者称为粗集料（包括碎石、砾石等）；在沥青混合料中。若以方孔筛计，凡粒径小于２．３６ｍｍ者称为细集料（包括天然砂、人工砂和石屑等），粒径大于２.３６ｍｍ者称为粗集料（包括碎石、砾石、矿渣等）。由于产状和轧制工艺不同，它们之间的粒径界限允许有些交叉。本书由vince上传于世界工厂下载频道集料的技术性质亦主要从物理性质、力学性质和化学性质三个方面进行评价。（一）物理性质（物理常数、与水有关的性质）1.级配级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，可通过筛析试验确定。级配参数：１）分计筛余百分率：某号筛上的筛余量占试样总质量的百分率。２）累计筛余百分率：某号筛的分计筛余百分率和大于某号筛的各筛分计筛余百分率的总和。３）通过百分率：通过某号筛的质量占试样总质量的百分率，即１００与某号筛的累计筛余之差。100MmaiiiiaaaA21iiAP100本书由vince上传于世界工厂下载频道2.粗度粗度是评价砂粗细程度的一种指标，通常用细度模数来表示，细度模数是各号筛的累计筛余百分率之和除以１００的商，可按下式计算。5516.0315.063.025.