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陈志源《土木工程材料》（第3版）笔记和课后习题（含考研真题）详解试读：
第一章 绪 论
1.1 复习笔记
【知识框架】【重点难点归纳】一、概述
1．土木工程材料的分类（1）按材料的化学成分，可分为无机和有机两大类。从材料学意义上也可细分为金属材料、无机非金属材料和有机材料三大种，如下图所示：
此外，工程中常用复合材料。复合材料可分为：金属-金属复合材料（如钢铝复合板等）、金属-无机非金属复合材料（如钢筋混凝土等）、金属-有机复合材料（如轻质金属夹芯板等）等。（2）按材料的主要作用，可分成两大类：
①结构材料。主要用作承重的材料，如梁、板、柱所用材料。
②功能材料。主要利用材料的某些特殊性能，如用于防水、装饰、保温等的材料。
2．土木工程材料的标准化（1）标准化的内容
土木工程材料现代化生产的科学管理，必须对材料产品的各项技术指标制定统一的标准。这些标准一般包括：产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、标志、运输和贮存等内容。（2）世界各国的标准体系
世界各国对土木工程材料的标准化都非常重视，均有自己的国家标准，在世界范围统一使用“ISO”国际标准。（3）目前我国常用的四级标准体系
①国家标准
国家标准有强制性标准（代号GB）、推荐性标准（代号GB／T）。
②行业标准
如建工行业标准（代号JG）、建材行业标准（代号JC）、冶金行业标准（代号YB）、交通行业标准（代号JT）等。
③地方标准（代号DB）和企业标准（代号QB）
标准的一般表示方法，是由标准名称、部门代号、编号和批准年份等组成。例如：
a．国家标准（推荐性）《金属材料室温拉伸试验方法》（GB／T 228—2002）。
b．国家标准（推荐性）《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T 50081—2002）。
c．建工行业标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55—2000）。
二、材料的基本状态参数
1．材料的密度、表观密度和堆积密度（见表1-1-1）表1-1-1 材料的密度参数项定义公式特点测量方法目材料（1-1-1） （ρ在绝绝对密实状为材料的密对密态下的体度，g／将该材料磨成细粉，实状3积，是指不；m为材cm密干燥后用排液法测得态下包括材料内料在干燥状态度的粉末体积，即为绝单位部孔隙体积下的质量，g；对密实体积体积的固体物质V为材料在绝的质的实体积对密实状态下量的体积，3。）cm若材料外观形状规材料自然状态下则，可直接度量外形（1-1-2） （ρ0在自的体积，是尺寸，按几何公式计为材料的表观表然状指包括材料算。若外观形状不规密度，kg／观态下3实体积和内则，可用排液法求；m为材料m密单位部孔隙的外得，为了防止液体由的质量，kg；度体积观几何形状孔隙渗入材料内部而为材料在自V0的质的体积影响测量值，应在材然状态下的体量3料表面涂蜡。）积，m散粒散粒材料堆散粒材料的堆积体积材料（1-1-3） （ρ积状态下的常用其所填充满的容在自为散粒材料′0外观体积，器的标定容积来表堆然堆的堆积密度，既包含了颗示。散粒材料的堆积3积积状；m为kg／m粒的自然状方式是松散的，即自密态下散料材料的质态下体积，然堆积；也可是捣实度单位量，kg；V′0又包含了颗的，即紧密堆积。由体积为散粒材料的粒之间的空紧密堆积测得的是紧的质自然堆积体隙体积密堆积密度量3。）积，m
2．材料的孔隙和空隙（1）材料的孔隙
一般认为孔隙可从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少，二是孔隙的特征。
①孔隙率
材料中含有孔隙的多少常用孔隙率表示。孔隙率是指材料内部孔隙体积（V）占材料总体积（V）的百分率。p0 （1-1-4）
与孔隙率相对应的是材料的密实度，即材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率，可用下式表示： （1-1-5）
②材料的孔隙分类
材料的孔隙特征包括许多内容，按其不同特征分类如下：
a．按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为微孔、细孔和大孔三种。
b．按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为互相隔开的孤立孔和互相贯通的连通孔。
c．按孔隙与外界是否连通，把孔隙分为与外界相连通的开口孔和不相连通的封闭孔。
③开口孔隙率和闭口孔隙率
若把开口孔的孔体积记为V，闭口孔的孔体积记为V，则有KB另外，定义开口孔孔隙率为闭口孔孔隙率为则孔隙率为 （1-1-6）（2）材料的空隙
①空隙率和填充率
空隙率是指散粒材料颗粒间的空隙体积（V）占堆积体积的百S分率。（1-1-7）
与空隙率相对应的是填充率，即颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率，可按下式计算： （1-1-8）
三、材料的力学性质
1．强度与比强度（1）强度
材料的强度是指材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度。
②计算
a．材料的抗拉、抗压、抗剪强度，可用下式计算： （1-1-9）
式中，f为抗拉（或抗压或抗剪）强度，MPa；P为材料破坏时的2最大荷载，N；A为受力面面积，mm。
b．材料的抗弯试验一般用矩形截面试件，抗弯强度计算有两种情况。一种是试件在二支点的中间受一集中荷载作用，计算公式为：
式中，f为抗弯（折）强度，MPa；P为试件破坏时的最大荷f载，N；L为二支点之间距离，mm；b、h为试件截面的宽度和高度，mm。
另一种是在试件二支点的三分点处作用两个相等的集中荷载，计算公式如下：
c．影响因素
材料的组成；孔隙率（孔隙率增加，强度降低）；含水率（含水率增加，温度升高，一般强度也会降低）；试件尺寸（尺寸大的比小的强度低）；加荷速度（加荷速度较慢所测强度值偏低）；表面平整度（表面不平整的所测强度值低）等。（2）比强度
承重的结构材料除了承受外荷载力，尚需承受自身重力。因此，不同强度材料的比较，可采用比强度指标。比强度是指单位体积质量的材料强度，它等于材料的强度与其表观密度之比，是衡量材料是否轻质、高强的指标。
2．材料的弹性与塑性（1）定义
材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形（如图1-1-1）。若去除外力，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性。此种不可恢复的变形称为塑性变形（如图1-1-2）。
材料在弹性范围内，其应力与应变之间的关系符合如下的虎克定律：（1-1-10）
式中，σ为应力，MPa；ε为应变；E为弹性模量，MPa。
弹性模量是材料刚度的度量，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。（2）各种材料的变形曲线
土木工程中有不少材料为弹塑性材料，它们在受力时，弹性变形和塑性变形会同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留（见图1-1-3）。图1-1-1 材料的弹性变形曲线图1-1-2 材料的塑性变形曲线图1-1-3 材料的弹塑性变形曲线
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性质，称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料，它的变形曲线如图1-1-4所示。图1-1-4 脆性材料的变形曲线（2）韧性
材料在冲击或振动荷载作用下，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。它可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示，由下式计算： （1-1-11）2
式中，a为材料的冲击韧性，J／mm；A为试件破坏时所消耗KK2的功，J；A为试件受力净截面积，mm。
4．硬度和耐磨性（1）硬度的定义和测量方法
硬度是指材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力。测定硬度的方法很多，常用刻划法和压入法。（2）耐磨性的定义和计算方法
耐磨性是指材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示，可按下式计算： （1-1-12）2
式中，M为耐磨率，g／cm；m为磨前质量，g；m为磨后质量，012g；A为试样受磨面积，cm。
四、材料与水有关的性质
1．材料的亲水性与憎水性（1）湿润边角
如图1-1-5所示，在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿边角。（2）湿润边角的特性
当θ≤90°时，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料；当θ>90°时，材料不能被水润湿面表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。由此可见，润湿边角越小，材料亲水性越强，越易被水润湿，当θ=0时，表示该材料完全被水润湿。图1-1-5 材料润湿示意图（a）亲水性材料；（b）憎水性材料
大多数土木工程材料，如砖、木、混凝土等均属于亲水性材料；沥青、石蜡等则属于憎水性材料。
2．材料的含水状态
亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态：（1）干燥状态。材料的孔隙中不含水或含水极微。（2）气干状态。材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡。（3）饱和面干状态。材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和。（4）湿润状态。材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜。
除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态之间的过渡状态中。
3．材料的吸湿性和吸水性（1）吸湿性
①概念
亲水性材料在潮湿空气中吸收水分的性质，称为吸湿性。反之，在干燥空气中会放出所含水分，为还湿性。
②含水率的计算方法
材料的吸湿性用含水率表示，按下式计算：（1-1-13）
式中，W为材料含水率，％；m为材料吸湿状态下的质量，g；hsm为材料干燥状态下的质量，g。g
③平衡含水率
材料的含水率随环境的温度和湿度变化发生相应的变化，在环境湿度增大、温度降低时，材料含水率变大；反之变小。材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。材料的开口微孔越多，吸湿性越强。（2）吸水性
①定义
吸水性是指材料在水中吸水的性质。材料的吸水性用吸水率表示，它有以下两个定义：
a．质量吸水率。是指材料吸水饱和时，吸收的水分质量占材料干燥时质量的百分率，计算式如下： （1-1-14）
式中，W为材料的质量吸水率，％；m为材料吸水饱和时的质mb量，g；m为材料在干燥状态下的质量，g。g
b．体积吸水率
体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状态时体积的百分率，计算式如下： （1-1-15）3
式中，ρ为水在常温下的密度（ρ=1g／cm）；V为干燥材料WW03在自然状态下的体积，cm。
质量吸水率和体积吸水率两者存在以下关系： （1-1-16）
式中，ρ为材料干燥状态时的表观密度（简称干表观密度），g03／cm。
材料的开口孔越多，吸水量越大。虽然水分很易进入开口的大孔，但无法存留，只能润湿孔壁，所以吸水率不大；而开口细微连通孔越多，吸水量越大。
4．耐水性（1）定义
材料的耐水性是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]