土木工程材料(材料基本性质)

《土木工程材料(材料基本性质)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、土木工程材料第一章土木工程材料的基本性质1.1材料的基本物理性质（主要物理状态参数）1.1.1材料的密度、表观密度和堆积密度1.1.1.1密度定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。可按下式计算：–––密度，g/cm3；m–––材料的质量，g；V–––材料在绝对密实状态下的体积，cm3。（density）测量方法有较多孔隙的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。某些致密材料，如卵石等，可用直接排液法，用这种方法测量的体积，由于无法排除内部封闭的孔隙，所以称这样测得的密度为近似密度(a)。1.1.1.2表观密度定义：材料在自然状态下，单位

2、体积的质量。计算：0–––表现密度，g/cm3或kg/m3；m–––材料的质量，g，或kg；V0–––材料在自然状态下的体积，cm3或m3。（unitweight）1.1.1.3堆积密度定义：粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。计算：0–––堆积密度，kg/m3；m–––材料的质量，kg；V0–––松散材料的堆积体积，m3。（heapeddensity）V0VVKVB开口孔封闭孔闭口孔隙自然状态下的块状材料开口孔隙实体实体空隙开口孔隙封闭孔隙装在容器里的粒状、粉状或块状材料V0´VVKVBV01.1.2材料的孔隙和空隙1.1.2.1材料的孔

3、隙(1)孔隙率:材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。孔隙数量用孔隙率表征。(2)密实度:材料内部固体物质的实际体积占材料总体积的百分率孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔；（2）按空隙间是否贯通分互相隔开的孤立孔和互相贯通的连通孔；（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。把开口孔体积记为Vk，闭口孔体积记为VB，则孔隙体积Vｐ=Vk+VB定义开口孔孔隙率为定义闭口孔孔隙率为则孔隙率为散粒材料颗粒间的空隙多少用空

4、隙率表示。(1)空隙率:散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率1.2.2.2材料的空隙(2)填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率1.2材料的力学性质1.2.1强度与比强度一、材料的强度定义材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力根据外力作用方式的不同，材料有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。LLF/2F/2FFL/3FFL/3L/3(a)压力(b)拉力(c)弯曲(d)剪切材料所受外力：各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度f––––强度，Mpa；P––––破坏时最大荷载，N；A––––受力截面面积，mm2。抗

5、弯强度1）(中点集中荷载)2）(三分点两相等集中荷载)ff––––抗弯强度，Mpa；P––––弯曲破坏时最大荷载，N；L––––两支点的间距，mm；b––––试件横截面积宽度，mm；h––––试件横截面积高度，mm。许多土木工程材料常以其强度大小划分为若干等级，俗称“标号”。材料强度受以下三个因素的影响：材料内部结构和构造材料所处的环境条件(温度、湿度、含水量等)强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度等)二、材料的比强度定义单位体积重量的材料强度,等于材料的强度与其表观密度之比衡量材料是否轻质、高强的指标1.2.2材料的弹性与塑性弹性与塑性材料在承受外力

6、时，如撤除外力的作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为弹性。如果只能部分恢复变形，而残留一部分不能消失的变形，该残留部份称为塑性变形。材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公式：σ＝Εεσ——应力；ε——应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；Ε——弹性模量；弹性模量是材料刚度的度量，物理意义为单位应变所需要的应力，反映了材料抵抗变形的能力。是结构设计中的主要参数之一。弹塑性材料：材料受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留。1.2.3脆性和韧性（1）脆性材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的

7、性质。具有这种破坏特征的材料，称为脆性材料。从应力应变图中看材料的脆性（2）韧性材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性。一般以测定其冲击破坏时单位断面上吸收的能量作为指标。1.2.4硬度和耐磨性硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力常用刻划法和压入法测定。刻划法称莫氏硬度；压入法称布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。耐磨性：材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示1.2.5材料的徐变和应力松弛当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而缓慢增加的过程，称为徐变。当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变，由于徐变而使材

8、料内应力随时间而逐渐降低的过程，称为应力松弛。徐变和