工程材料讲义new

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1、《土木工程材料百问》讲义顾颐2013.8.26如果说设计理念是建筑的灵魂，那么土木工程材料就是建筑的筋骨与血肉，所以认识和学习土木工程材料的重要性是不言而喻的。《土木工程材料百问》一书不像其它介绍工程材料的书籍一样从正面解读、剖析各种材料性质，用途。而是巧妙地通过三百多道关于土木工程材料的提问从另一个侧面带动读者了解形形色色的材料特点。这些管中窥豹式的提问更能让人印象深刻。本书分九个章节分别为：土木工程材料概述、建筑金属材料、无机胶凝材料、混凝土与砂浆、砌体材料、沥青和沥青混凝料、合成高分子材料、木材、建筑功能材料，基本概括了构成土木工程实体所需的各种材料。下面就以上九大点结合

2、本书作一个简单的介绍。一.土木工程材料概述土木工程材料概述主要以提问的方式介绍了新型建筑材料、复合材料、绿色建材、纳米材料等新兴材料，与传统材料相比这些新兴材料性能更优越，更环保，更经济。也将逐渐替代传统材料成为今后土木工程材料的主流，所以特别应该引起我们的重视，要与时俱进，多多学习。土木工程材料的总体性质也是概述里重要的内容，材料很大一部分的物理性能取决于材料密度、孔隙率、空隙率、含水率、吸水率、亲水憎水性等，这些物理性质影响了材料的强度、热工性质、声学性质、抗渗性、抗冻性、保温性等。比如对于同一种土木工程材料，一般地孔隙率越大，强度越低、绝热效果越好。再比如相同孔隙率的同一

3、种材料，由于连通孔与封闭孔的差别很大，连通孔则抗渗性较大。理解了这些就会明白人们常说的“材料孔隙率越大，其抗渗性越差。”的说法是不正确的，判断材料的抗渗性不仅要看孔隙率还要看孔隙特征。理解材料各种物理指标对材料性能的影响，知其然知其所以然，，就能通过这些指标定量或定性地作出自己的判断，在品种繁多的工程材料中保持清醒分析的头脑。二.建筑金属材料1.钢材的分类建筑钢材分为钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢。前者主要是型钢和钢板，后者主要是钢筋、钢丝、钢绞线等。钢材按化学成分分类可分为碳素钢（低碳钢：含碳量＜0.25％；中碳钢：含碳量为0.25％~0.60％；高碳钢：含碳量为0.6％~2

4、.06％）和合金钢（低合金钢：合金元素含量＜5.0％；中合金钢：合金元素含量为5.0％~10％；高合金钢：合金元素总含量＞10％）。土木工程中常用的钢材主要是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。碳素钢按牌号分为Q195、Q215、Q235、Q275，随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑形和韧性降低，其中Q235碳素钢常用来制作钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（Ⅰ级钢HPB235）。而普通低合金钢常用来制做热轧带肋钢筋（Ⅱ级钢HRB335、Ⅲ级钢HRB400、Ⅳ级钢HPB500）。2.钢材的性质与性能钢材的强度、塑性、韧性、可加工性等决定了钢材的用途及施工方式。衡量钢材的强度

5、有屈服强度和极限抗拉强度这两个重要指标，在结构设计中，要求构件在弹性变化范围内工作，即使少量的塑性变形也应尽量避免，所以规定钢材的屈服强度作为设计时容许应力取值的依据，表示钢材在正常工作时承受的应力不超过屈服强度，一旦钢材屈服，变形迅速增长，尽管尚未断裂，已不能满足使用要求（有关钢筋受力后强度-变形曲线可参看相书籍）。屈强比是指屈服点与抗拉强度的比值，是判断和评价钢结构安全可靠程度的参数，屈强比越小可靠性越大，安全性越高，但钢材强度利用率偏低，浪费材料。所以钢材的屈强比最好在0.60~0.75之间。钢材的塑形使得钢材具有拉弯、轧制等加工性，也能避免正常受力时在缺陷处产生应力集中

6、发生脆断，随着材料发生塑性变形使应力充分布，从而避免结构提早破环。反映钢材塑形变化能力的指标通常有伸长率和冷弯性等。钢材的冲击韧性可在冲击荷载下，吸收部分功能，达到抵抗破环的效果。但是钢材的冲击韧性随着环境温度的降低而下降，当达到一定温度范围时，突然下降很多而显出脆性，这被称为钢材的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。脆性临界温度越低，钢材抗低温冲击性能越好。所以在低温环境下钢结构的选取，尤其是桥梁、铁路受振动荷载作用时，要选用脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材。钢材的可加工性决定了钢材的施工条件，比如中碳钢不宜用一般的焊条焊接，因为中碳钢含碳量高，而含碳量正是影响钢材焊接性能

7、的主要因素。所以对于中碳钢的连接宜用铆接或螺栓连接。钢筋的冷拉和冷拔能提高钢筋的屈服强度和硬度，经过时效处理后抗拉强度也会有所提高，起到节约钢材，冷拔还能达到简化工序的目的，增强了经济效益。但是冷加工的钢材也会出现副作用，比如脆性增大，塑形、韧性降低、弹性模量降低等。三、无机胶凝材料`无机胶凝材料的品种繁多，但按硬化条件不同可分为气硬性无机胶凝材料和水硬性无机胶凝材料两大类。根据各自硬化条件不同的特点就可以知道气硬性胶凝材料的软化系数小，抗冻性差，宜用于室内不与水长期接触的工程部位，而不宜用