《土木工程材料》知識點.doc
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《土木工程材料》重要知識點 關注各章習題:選擇題、判斷題、是非題 一、材料基本性質 (1)基本概念 1.密度:材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積下的質量; 2.體積密度:材料在自然狀態(tài)下單位體積(包括材料實體及開口孔隙、閉口孔隙)的質量,俗稱容重; 3.表觀密度:單位體積(含材料實體及閉口孔隙體積)材料的干質量,也稱視密度; 4.堆積密度:散粒狀材料單位體積(含物質顆粒固體及其閉口孔隙、開口孔隙體積以及顆粒間孔隙體積)物質顆粒的質量; 5.孔隙率:材料中的孔隙體積占自然狀態(tài)下總體積的百分率 6.空隙率:散粒狀材料在堆積體積狀態(tài)下顆粒固體物質間空隙體積(開口孔隙與間隙之和)占堆積體積的百分率; 7.強度:指材料抵抗外力破壞的能力(材料在外力作用下不被破壞時能承受的最大應力) 8.比強度:指材料強度與表觀密度之比,材料比強度越大,越輕質高強; 9.彈性:指材料在外力作用下產生變形,當外力取消后,能夠完全恢復原來形狀的性質; 10.塑性:指在外力作用下材料產生變形,外力取消后,仍保持變形后的形狀和尺寸,這種不能恢復的變形稱為塑性變形; 11.韌性:指在沖擊或震動荷載作用下,材料能夠吸收較大的能量,同時也能產生一定的變形而不破壞的性質; 12.脆性:指材料在外力作用下,無明顯塑性變形而突然破壞的性質; 13.硬度:指材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃的能力; 14.耐磨性:材料表面抵抗磨損的能力; 15.親水性:當濕潤角≤90時,水分子之間的內聚力小于水分子與材料分子之間的相互吸引力,這種性質稱為材料的親水性; 16.憎水性:當濕潤角>90時,水分子之間的內聚力大于水分子與材料分子之間的吸引力,這種性質稱為材料的憎水性; 憎水性材料 親水性材料 17.潤濕邊角:當水與材料接觸時,在材料、水和空氣三相交點處,沿水表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角稱為濕潤邊角; 18.吸水性:指材料在水中吸收水分的性質; 19.吸濕性:指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質,以含水率表示; 20.耐水性:指材料長期在水的作用下不破壞,而且強度也不顯著降低的性質; 21.抗?jié)B性:指材料抵抗壓力水滲透的性質; 22.抗凍性:指材料在吸水飽和狀態(tài)下,能經受多次凍結和融化作用(凍融循環(huán))而不破壞、強度又不顯著降低的性質; 23.導熱性:當材料兩側存在溫度差時,熱量將由溫度高的一側通過材料傳遞到溫度低的一側,材料的這種傳導熱量的能力稱為導熱性; 24.熱容量:材料在溫度變化時吸收和放出熱量的能力。 (2)性能及應用 1.孔隙率大小和孔隙特征對材料性能影響 孔隙率的大小反映了材料的致密程度,主要對材料的導熱性、力學性能、透氣性、耐水性、吸濕性、抗?jié)B性以及抗凍性等有影響,一般來說孔隙率越大的材料力學性能越差;孔隙特征分開口和閉口,在孔隙率相同的情況下,材料的開口孔越多,材料的抗?jié)B性、抗凍性越差,一般情況下,孔越細小、分布越均勻對材料越有利。 2.親水性材料、憎水性材料 具有親水性的材料稱為親水性材料,例如:水泥制品、玻璃、陶瓷、金屬材料、石材等無機材料和部分木材等;具有憎水性的材料稱為憎水性材料,例如:瀝青、油漆、塑料、防水油膏等。 二、金屬材料 (1)基本概念 1.碳素鋼:含碳量為0.02%~2.06%的鐵碳合金稱為碳素鋼,也稱碳鋼。根據(jù)含碳量可分為: 低碳鋼:含碳小于0.05%; 中碳鋼:含碳0.25%~0.6%; 高碳鋼:含碳大于0.6%。 2.合金鋼:碳素鋼中加入一定量的合金元素則稱為合金鋼,合金鋼中除含鐵、碳和少量不可避免的硅(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、氮(N)之外,還加入一定量的硅(Si)、錳(Mn)、鈦(Ti)、釩(V)、鎳(N)、鈮(Nb)等一種或幾種元素進行合金化。按合金元素總含量可分為: 低合金鋼:合金元素總含量小于5%; 中合金鋼:合金元素總含量為5%~10%; 高合金鋼:合金元素總含量大于10%。 建筑上所用的鋼材主要是碳素鋼中的低碳鋼和合金鋼中的低合金鋼。 3.普通鋼:含硫量≤0.050%;含磷量≤0.045%。 4.優(yōu)質鋼:含硫量≤0.035%;含磷量≤0.035%。 5.鋼材強屈比及其意義、屈服點 鋼材的屈服點(屈服強度)與抗拉強度的比值,稱為屈強比。屈強比越大,結構零件的可靠性越大。(一般碳素鋼屈強比為 0.6-0.65,低合金結構鋼為 0.65-0.75 合金結構鋼為 0.84-0.86。 而如果機器零件的屈強比高,可節(jié)約材料,減輕重量)。 上屈服點是指試樣發(fā)生屈服而應力首次下降前的最大應力;下屈服點是指不計初始瞬時效應時屈服階段中的最小應力。采用下屈服點作為鋼材的屈服強度。 6.鋼材的冷加工強化; 將鋼材于常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋使其產生塑性變形,從而提高屈服強度,降低塑性韌性,這個過程稱為冷加工強化處理。 7.脆性轉變溫度 溫度降低時金屬材料由韌性狀態(tài)變化為脆性狀態(tài)的溫度區(qū)域,也稱韌脆轉變溫度。脆性轉變溫度越低,說明鋼材的抗冷脆性能越高。 (以失去支持能力為標準,無保護層時鋼柱和鋼屋架的耐火極限只有0.25h,而裸露鋼梁的耐火極限為0.15h。溫度在200℃以內,可以認為鋼材的性能基本不變;超過300℃以后,彈性模量、屈服點和極限強度均開始顯著下降,應變急劇增大;達到600℃時已經失去承載能力。) 8.時效處理:在常溫下存放15~20d,或加熱至100~200℃后保持一定時間(2~3h),其屈服強度進一步提高,且抗壓強度也提高,同時塑性和韌性也進一步降低,彈性模量則基本恢復;前者稱為自然時效,適合于低強度鋼筋,后者稱為人工時效,適合于高強鋼筋。 (2)性能及應用 1.化學成分對鋼性能的影響:碳、硅、錳、磷、硫 化學元素 強度 硬度 塑性 韌性 可焊性 其他 碳(C)<0.8%↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ 冷脆性↑ 硅(Si)>1%↑ ↓ ↓↓ ↓ 冷脆性↑ 錳(Mn)↑ ↑ ↑ ↑ 脫氧、脫硫劑 磷(P)↑ ↑ ↓ ↓ ↓ 偏析、冷脆↑↑ 硫(S)↑ ↓ ↓ 2.建筑鋼材的機械性能: 抗拉性能:抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學性能。四個過程:彈性階段、屈服階段、強化階段、頸縮階段。(具體自己看書,曉填說低碳鋼拉伸時的應力-應變圖一定會考 ^_^ ) 冷彎性能:鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。(伸長率是鋼材在均勻變形下的塑性,而冷彎性能是鋼材處于不利變形條件下的塑性,可揭示鋼材內部組織是否均勻,是否存在內應力和夾雜物等缺陷。) 沖擊韌性:處在簡支梁狀態(tài)的金屬試樣在沖擊負荷作用下折斷時的沖擊吸收功。沖擊韌性隨溫度的降低而下降,鋼材的沖擊韌性越大,鋼材抵抗沖擊荷載的能力越強。 硬度:混凝土表面抵抗其他物體壓入或刻劃的能力。 耐疲勞性:受交變荷載反復作用時,鋼材在應力低于其屈服強度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。疲勞破壞是在低應力條件下突然發(fā)生的,危害較大。一般來說,鋼材的抗拉強度越高,其疲勞極限也較高。 3.鋼材的伸長率與試件標距有何關系?A80與A200哪個大,為什么? 由于鋼材拉伸時產生的塑性變形主要集中在試件的頸縮處,故原試件標距L0與試件直徑d0之比越大,頸縮處的伸長量在總長值中所占比例越小,計算所得的伸長率也就越小。 A80,原始標距小,斷后伸長率大。