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《土木工程材料》重要知识点

一、材料基本性质 (1)基本概念

1.密度: 状态下单位体积(包括材料实体及开口孔隙、闭口孔隙)的质量,俗称容重; 3.表观密度:单位体积(含材料实体及闭口孔隙体积)材料的干质量,也称视密度; 4.堆积密度:散粒状材料单位体积(含物质颗粒固体及其闭口孔隙、开口孔隙体积以及颗粒间孔隙体积)物质颗粒的质量;

5.孔隙率:材料中的孔隙体积占自然状态下总体积的百分率

6.空隙率:散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)占堆积体积的百分率;

7.强度:指材料抵抗外力破坏的能力(材料在外力作用下不被破坏时能承受的最大应力) 8.比强度:指材料强度与表观密度之比,材料比强度越大,越轻质高强;

9.弹性:指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; 10.塑性:指在外力作用下材料产生变形,外力取消后,仍保持变形后的形状和尺寸,这种不能恢复的变形称为塑性变形;

11.韧性:指在冲击或震动荷载作用下,材料能够吸收较大的能量,同时也能产生一定的变形而不破坏的性质;

12.脆性:指材料在外力作用下,无明显塑性变形而突然破坏的性质; 13.硬度:指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力; 14.耐磨性:材料表面抵抗磨损的能力;

15.亲水性:当湿润角≤90°时,水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的相互吸引力,这种性质称为材料的亲水性;

16.憎水性:当湿润角>90°时,水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的吸引力,这种性质称为材料的憎水性;

亲水性材料

憎水性材料

17.润湿边角:当水与材料接触时,在材料、水和空气三相交点处,沿水表面的切线与水和固体接触面所成的夹角称为湿润边角; 18.吸水性:指材料在水中吸收水分的性质;

19.吸湿性:指材料在潮湿空气中吸收水分的性质,以含水率表示;

20.耐水性:指材料长期在水的作用下不破坏,而且强度也不显著降低的性质; 21.抗渗性:指材料抵抗压力水渗透的性质;

22.抗冻性:指材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻结和融化作用(冻融循环)而不破坏、强度又不显著降低的性质;

23.导热性:当材料两侧存在温度差时,热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧,材料的这种传导热量的能力称为导热性;

24.热容量:材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。

(2)性能及应用

1.孔隙率大小和孔隙特征对材料性能影响

孔隙率的大小反映了材料的致密程度,主要对材料的导热性、力学性能、透气性、耐水性、吸湿性、抗渗性以及抗冻性等有影响,一般来说孔隙率越大的材料力学性能越差;孔隙特征分开口和闭口,在孔隙率相同的情况下,材料的开口孔越多,材料的抗渗性、抗冻性越差,一般情况下,孔越细小、分布越均匀对材料越有利。 2.亲水性材料、憎水性材料

具有亲水性的材料称为亲水性材料,例如:水泥制品、玻璃、陶瓷、金属材料、石材等无机材料和部分木材等;具有憎水性的材料称为憎水性材料,例如:沥青、油漆、塑料、防水油膏等。

二、金属材料 (1)基本概念

1.碳素钢:含碳量为0.02%~2.06%的铁碳合金称为碳素钢,也称碳钢。根据含碳量可分为:

低碳钢:含碳小于0.05%; 中碳钢:含碳0.25%~0.6%; 高碳钢:含碳大于0.6%。

2.合金钢:碳素钢中加入一定量的合金元素则称为合金钢,合金钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氮(N)之外,还加入一定量的硅(Si)、锰(Mn)、钛(Ti)、钒(V)、镍(N)、铌(Nb)等一种或几种元素进行合金化。按合金元素总含量可分为:

低合金钢:合金元素总含量小于5%; 中合金钢:合金元素总含量为5%~10%; 高合金钢:合金元素总含量大于10%。

建筑上所用的钢材主要是碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。

3.普通钢:含硫量≤0.050%;含磷量≤0.045%。 4.优质钢:含硫量≤0.035%;含磷量≤0.035%。 5.钢材强屈比及其意义、屈服点

钢材的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值,称为屈强比。屈强比越大,结构零件的可靠性越大。(一般碳素钢屈强比为 0.6-0.65,低合金结构钢为 0.65-0.75 合金结构钢为 0.84-0.86。 而如果机器零件的屈强比高,可节约材料,减轻重量)。

上屈服点是指试样发生屈服而应力首次下降前的最大应力;下屈服点是指不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。采用下屈服点作为钢材的屈服强度。 6.钢材的冷加工强化;

将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形,从而提高屈服强度,降低塑性韧性,这个过程称为冷加工强化处理。 7.脆性转变温度

温度降低时金属材料由韧性状态变化为脆性状态的温度区域,也称韧脆转变温度。脆性转变温度越低,说明钢材的抗冷脆性能越高。

(以失去支持能力为标准,无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有0.25h,而裸露钢梁的耐火极限为0.15h。温度在200℃以内,可以认为钢材的性能基本不变;超过300℃以后,弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降,应变急剧增大;达到600℃时已经失去承载能力。)

8.时效处理:在常温下存放15~20d,或加热至100~200℃后保持一定时间(2~3h),其屈服强度进一步提高,且抗压强度也提高,同时塑性和韧性也进一步降低,弹性模量则基本恢复;前者称为自然时效,适合于低强度钢筋,后者称为人工时效,适合于高强钢筋。

(2)性能及应用

1.化学成分对钢性能的影响:碳、硅、锰、磷、硫 化学元素 碳(C)<0.8%↑ 硅(Si)>1%↑ 锰(Mn)↑ 磷(P)↑ 硫(S)↑

2.建筑钢材的机械性能:

抗拉性能:抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。四个过程:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。(具体自己看书,晓填说低碳钢拉伸时的应力-应变图一定会考 ^_^ ) 冷弯性能:钢材在常温下承受弯曲变形的能力。(伸长率是钢材在均匀变形下的塑性,而冷弯性能是钢材处于不利变形条件下的塑性,可揭示钢材内部组织是否均匀,是否存在内应力和夹杂物等缺陷。)

冲击韧性:处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。冲击韧性随温度的降低而下降,钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。

强度 ↑ ↑ ↑ ↓ 硬度 ↑ ↑ 塑性 ↓ ↓ ↓ 韧性 ↓ ↓↓ ↑ ↓ 可焊性 ↓ ↓ ↓ ↓ 其他 冷脆性↑ 冷脆性↑ 脱氧、脱硫剂 偏析、冷脆↑↑