土木工程材料1 基础

土木工程材料基础知识土木工程是一门以土木材料为基础的学科，涉及到建筑、结构、地基和道路等工程领域。

了解土木工程材料的基础知识对于理解和应用土木工程原理至关重要。

下面将介绍土木工程材料的主要类型和其在工程中的应用。

1.水泥和混凝土水泥是制作混凝土的主要材料，它能在水的存在下形成坚固的结构。

水泥的主要成分是石灰、硅酸盐和氧化铝等，通过与水反应可以形成一种胶状物质。

混凝土由水泥、砂、石子和水等材料混合而成，是最常用的建筑材料之一、混凝土在道路、桥梁、建筑物和其他土木工程中广泛应用，因其具有良好的抗压、耐久和可塑性等特性。

2.钢铁钢铁是一种具有很高强度和韧性的材料，广泛应用于土木工程中。

它可以用来制造桥梁、大型建筑物、高层建筑和其他结构。

钢材的主要成分是铁和碳，通过控制碳含量和添加其他合金元素，可以获得不同的特性。

钢材的优点包括高强度、易加工、可持续和可回收利用等。

3.木材在土木工程中，木材主要用于建筑和木结构的构造。

具有轻质、易加工和良好的绝缘性质等特点，木材在一些应用中可以替代钢材和混凝土。

木材可以通过改变其结构和处理方式，提高其抗压强度和防腐性能。

4.砖块和石材砖块和石材是常见的建筑材料，广泛应用于墙体、地面和装饰等方面。

砖块由黏土通过烧制而成，其主要特点是耐久、防水和隔热。

石材可以用于装饰和建筑物的结构，其特点是美观、耐磨和抗压。

5.玻璃玻璃是一种无机非金属材料，具有透明、坚硬和易于清洁等特性。

它广泛应用于建筑物的窗户、墙面、楼梯扶手等方面，还可用于太阳能板和绝缘材料的制造。

6.沥青和柏油沥青和柏油是常用的道路材料，在修建道路和路径时广泛使用。

沥青具有良好的粘附性和可塑性，能够抵御水腐蚀和车辆载荷产生的应力。

柏油是一种黏性沥青溶液，可以用于修补和加固道路表面。

以上是土木工程中常用的材料及其应用，了解这些基础知识有助于工程师正确选择和使用材料，确保工程的质量和安全。

同时，掌握这些知识还有助于学生学习和理解土木工程原理，并在未来的工作中运用到实际中。

第一章材料的基本性质1. 名词解释1. 密度2. 表观密度3. 堆积密度4. 密实度5. 孔隙率6. 填充率7. 空隙率8. 润湿角9. 亲水性材料10. 憎水性材料11. 含水率12. 吸水性13. 吸水率14. 吸湿性15. 耐水性16. 软化系数17. 抗渗性18. 强度19. 弹性材料20. 塑性材料21. 脆性22. 韧性23. 耐久性2. 判断题(对的划√，不对的划×)1. 含水率为4% 的湿砂重100g，其中水的重量为4g。

2. 热容量大的材料导热性大，外界气温影响室内温度变化比较快。

3. 材料的孔隙率相同时，连通粗孔者比封闭微孔者的导热系数大。

4. 同一种材料，其表观密度越大，则其孔隙率越大。

5. 将某种含水的材料，置于不同的环境中，分别测得其密度，其中以干燥条件下的密度为最小。

6. 材料的抗冻性与材料的孔隙率有关，与孔隙中的水饱和程度无关。

7. 在进行材料抗压强度试验时，大试件较小试件的试验结果值偏小。

8. 材料在进行强度试验时，加荷速度快者较加荷速度慢者的试验结果值偏小。

9. 材料的孔隙率越大，表示材料的吸水率越高。

10. 脆性材料的抗压强度与抗拉强度均较小。

11. 材料的密度一定高于其表观密度。

12. 软化系数表示材料的抗渗性。

13. 软化系数大的材料，其耐水性差。

14. 脆性材料的抗压强度远高于其它强度。

15. 孔隙率大的材料，其吸水性率不一定高。

3. 填空题1. 材料的吸水性用____表示，吸湿性用____表示。

2. 材料耐水性的强弱可以用____表示。

材料耐水性愈好，该值愈____。

3. 称取松散密度为1400kg/m3的干砂200g，装入广口瓶中，再把瓶中满水，这时称重为500g 。

已知空瓶加满水时的重量为377g，则该砂的表观密度为____，空隙率为____。

4. 同种材料的孔隙率愈____，材料的强度愈高；当材料的孔隙率一定时，____愈多，材料的绝热性愈好。

土木工程材料1.材料科学与物质结构基础知识1.1材料的组成化学组成：是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。

化学组成是材料性质的基础，它对材料的性质起着决定性作用。

材料的化学组成决定着材料的化学稳定性、大气稳定性、耐火性等性质。

如化学组成决定了石膏、石灰易溶于水而耐水性差，而石灰石较稳定。

矿物组成：是指构成材料的矿物种类和数量。

矿物是指由地质作用形成的具有相对固定的化学组成和确定的内部结构的天然单质或化合物。

矿物必须是具有特定的化学组成和结晶结构的无机物。

复杂的矿物组成是决定建筑材料性质的主要因素。

如硅酸盐水泥中硅酸三钙含量高，硬化速度较快，强度较高。

1.2材料的微观结构及其对材料性质的影响材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导热性、导电性由微观结构所决定。

微观结构上，材料可分为晶体、玻璃体、胶体。

晶体：质点（离子、分子、原子）在空间上按特定的规则呈周期性排列时所形成的结构。

特点：1）特定的几何外形（质点按特定规则排列的外部表现）2）各向异性（结构特征在性能上的反映）3）固定的熔点和化学稳定性（晶体键能和质点处于最低能量状态所决定）4）结晶接触点和晶面是晶体结构破坏和变形的薄弱部位原子晶体：中性原子与共价键结合的晶体。

（石英）离子晶体：正负离子与离子键结合的晶体。

分子晶体：以分子间的范德华力即分子键结合的晶体。

（有机化合物）金属晶体：以金属阳离子为晶格，由自由电子与金属阳离子间的金属键结合的晶体。

（钢）晶体内部质点的相对密集程度和质点间的结合力，对晶体材料的性质有着重要的影响。

晶粒的大小对材料的性质也有重要影响。

晶粒愈细，分布越均匀，材料强度越高（钢材的热处理）玻璃体（无定形体或非晶体）：将熔融物质迅速冷却（急冷），使其内部质点来不及作有规则的排列就凝固所形成的物质结构。

玻璃体的结合键为共价键与离子键。

结构特征为质点在空间上呈非周期性排列。

玻璃体质点间的能量以内能的形式储存，具有化学不稳定性，即存在化学活性潜能。

1.土木工程材料基本性质：物理性质：密度，孔隙率，含水率，几何尺寸。

力学性质：强度，弹性模量，抗冲击，抗剪性，抗扭曲性。

耐久性能：抗渗性，抗冻性，抗腐蚀性等。

2.胶凝材料：是在物理，化学作用下将其他物理胶结为具有一定力学强度的整体物质。

3.石灰：石灰的主要原料是以碳酸钙为主要成分的矿物，天然岩石，常用的有石灰石，白云石或贝壳等。

4.水泥：水泥是制造各种形式的混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝土建筑物或构筑物的基本材料之一，它广泛应用于建筑，道桥，铁路，水利和国防等工程中。

5.水泥砂浆：水泥砂浆是以砂为主体材料，加入一定量的水泥或其他掺和料和水经拌和均匀而得到的稠状材料。

根据用途可分为：砌筑砂浆，抹灰砂浆，锚固砂浆，补修砂浆，保温砂浆等。

6.水泥混凝土：它是以水泥为胶凝材料，由粗细集料，水混合而成，必要时也可以加入适量的外加剂，掺和料以及其他改性材料改变其性能。

7.防水材料：是指能够防止雨水，地下水，工业污水，湿气等渗透的材料。

应具有防潮，防渗，防漏的功能，以及良好的变形性能与耐老化性能。

分为刚性防水（混凝土，防水砂浆），柔性防水防水卷材，防水涂料，密封材料等）8.绝热材料：是用于减少建筑结构物与环境热交换的一种功能材料。

按化学成分分为有机和无机两类。

按材料构造分为纤维状，松散粒状，多孔组织等。

9.装饰材料：装饰材料不但应具有良好的装饰性能外，还应具有良好的物理学性能，施工与加工性能以及房屋建筑所需的绿色环保特色。

装饰材料包括木，石，砖，石膏，石棉玻璃，陶瓷，金属等。

10.土木工程材料发展趋势：土木工程自身发展与其材料之间存在着相互依赖和相互促进的关系。

随着社会对工程安全，低碳，可持续额发展的需要，土木工程材料需向高强，轻质，耐久以及节能，环保，生态等方向发展。

11.地基：承受建筑物荷载的那一部分土层成为地基，建筑物向地基传递荷载的下部结结构称为基础。

地基与基础是保证建筑物安全和满足使用要求的关键之一。

第一章土木工程材料的基本性质一、选择题1、孔隙率增大，材料的＿B＿降低。

A 密度B 表观密度C 憎水性D 抗冻性2、材料在水中吸收水分的性质称为＿A。

A 吸水性B 吸湿性C 耐水性D 渗透性3、材料的耐水性一般可用＿C＿来表示。

A 渗透系数B 抗冻性C 软化系数D 含水率4、弹性材料具有＿AD＿的特点。

A 无塑性变形B 不变形C 塑性变形小D 恒定的弹性模量5、材料的比强度是＿B＿。

A 两材料的强度比B 材料强度与其表观密度之比C 材料强度与其质量之比D 材料强度与其体积之比二、是非判断题1、某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。

F2、某材料含大量开口孔隙，直接用排水法测定其体积，该材料的质量与所测得的体积之比即为该材料的表观密度。

F3、材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。

T4、在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。

F5、材料的抗渗性与材料的开口孔隙率关系不大。

F6、材料的冻融破坏主要是由于材料的水结冰造成的。

T三、填空题1、材料的质量与其自然状态下的体积比称为材料的(表观密度)。

2、材料的吸湿性是指材料在＿空气中吸收水分＿的性质。

3、材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿冻融循环次数＿来表示。

4、水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿亲水性5、孔隙率越大，材料的导热系数越＿小＿，其材料的绝热性能越＿好＿。

四、名词解释1、密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

2、材料的空隙率指散粒状材料堆积体积（V）中，颗粒间空隙体积所占的百分率3、堆积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。

4、表观密度是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。

5、材料的弹性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质。

五、计算题1、质量为3.4kg，容积为10L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。

土木工程材料作业---基本性质1一、名词解释1.密度2.体积密度3. 堆积密度4.孔隙率5.软化系数6.比强度二、填空题1 材料的吸湿性是指材料＿＿的性质。

2 材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿＿来表示。

3 水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿＿。

4.孔隙率增大，材料的密度＿＿，体积密度，保温性，强度。

5.材料在水中吸收水分的性质称为＿＿。

三、选择填空题1.抗压强度大于（或大大高于）抗拉强度的材料通常属于（）。

A—塑性材料B—韧性材料C—弹性材料D—脆性材料2.致密结构的材料具有的特性有（）。

A—抗冻性差B—强度高C—抗渗性差D—体积密度小3.多孔结构的材料具有的特性有（）。

A—体积密度小、强度低B—体积密度大、强度高C—抗渗性差D—体积密度小、导热性高4. 比强度是衡量材料（）。

A—抗拉强度与抗压强度比值大小的一项指标B—抗压强度与抗拉强度比值大小的一项指标C—强度与弹性变形比值大小的一项指标D—轻质高强的一项指标5.材料含水率增加时，材料的（）。

A—强度下降B—体积密度下降C—导热系数下降D—吸水率下降6. F15表示材料在吸水饱和状态下，最多能抵抗（）。

A—15次冻融循环B—15个昼夜的冻融循环C—15个月的冻融循环D—15年的冻融循环7.材料吸水后，材料的（）。

A—强度提高B—抗冻性提高C—导热系数增大D—吸水率增大8.对同一材料（干燥状态）而言，其不同状态下的密度关系为（）。

A—密度＞体积密度＞视密度＞堆积密度B—密度＞视密度＞体积密度＞堆积密度C—密度＞视密度＞堆积密度＞体积密度D—视密度＞密度＞体积密度＞堆积密度9.材料开口孔隙率在数值上等于材料的（）。

A—空隙率B—质量吸水率C—体积含水率D—体积吸水率10.某材料的在气干状态、绝干状态和吸水饱和状态下的抗压强度分别为128、132、112MPa，则该材料的软化系数为（）。

A—0.88 B—0.85 C—0.97 D—0.1511.提高材料的密实度，材料的耐久性（）。

有效体积＝矿料实体体积+不吸水的闭口孔隙+能吸水的开口孔隙（不包括被沥青填充的体积）沥青填充的体积能吸水的开口孔隙（不包括被沥青填充的体积）沥青层集料的体积和质量的关系毛体积密度孔隙率z孔隙率−VVs z孔隙率与空隙率% 100×=VP密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率解：表观密度：密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率解：饱和面干密度：m 屋架结构简图1、弹性：弹性是指材料在应力作用下产生变形，外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。

这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。

明显具有弹性变形特征的材料称为弹性材料。

2、塑性：塑性是指材料在应力作用下产生变形，当外力取消后，任保持变形后的形状尺寸，且不产生裂纹的性质。

这种不随外力撤销而消失的变形，为塑性变形，或永久变形，明显具有塑性变形特征的材料称为塑性材料。

a. 低碳钢在受力不大时，仅产生弹性变形，此时，应力与应变的比值为一常数。

随着外力增大至超过弹性极限后，则出现另一种变形——塑性变形。

典型的弹塑性材料b. 混凝土，在他受力一开始，弹性变形和塑性变形就同时发生，除去外力后，弹性变形可以恢复（消失），而塑性变形不能消失，其应力应变如图所示。

典型的弹塑性材料第一章土木工程材料的基本性质z耐久性（荷载、气候）(3)磨损及磨耗材料受摩擦作用而减少质量和体积的现象称为磨损。

材料同时受摩擦和冲击作用而减少质量和体积的现象称为磨耗。

地面、路面等经常受摩擦的部位要求材料有较好的抗磨性能。

硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材料，抗磨性较好。