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《土木工程材料》重要知識(shí)點(diǎn) 關(guān)注各章習(xí)題：選擇題、判斷題、是非題 一、材料基本性質(zhì) （1）基本概念 1.密度：材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積下的質(zhì)量； 2.體積密度：材料在自然狀態(tài)下單位體積（包括材料實(shí)體及開口孔隙、閉口孔隙）的質(zhì)量，俗稱容重； 3.表觀密度：單位體積（含材料實(shí)體及閉口孔隙體積）材料的干質(zhì)量，也稱視密度； 4.堆積密度：散粒狀材料單位體積（含物質(zhì)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(zhì)顆粒的質(zhì)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(zhì)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(qiáng)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(shí)能承受的最大應(yīng)力） 8.比強(qiáng)度：指材料強(qiáng)度與表觀密度之比，材料比強(qiáng)度越大，越輕質(zhì)高強(qiáng)； 9.彈性：指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)； 10.塑性：指在外力作用下材料產(chǎn)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(fù)的變形稱為塑性變形； 11.韌性：指在沖擊或震動(dòng)荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)； 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(zhì)； 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(dāng)濕潤角≤90時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料分子之間的相互吸引力，這種性質(zhì)稱為材料的親水性； 16.憎水性：當(dāng)濕潤角＞90時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力大于水分子與材料分子之間的吸引力，這種性質(zhì)稱為材料的憎水性； 憎水性材料 親水性材料 17.潤濕邊角：當(dāng)水與材料接觸時(shí)，在材料、水和空氣三相交點(diǎn)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(zhì)； 19.吸濕性：指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)，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(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)； 21.抗?jié)B性：指材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)； 22.抗凍性：指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用（凍融循環(huán)）而不破壞、強(qiáng)度又不顯著降低的性質(zhì)； 23.導(dǎo)熱性：當(dāng)材料兩側(cè)存在溫度差時(shí)，熱量將由溫度高的一側(cè)通過材料傳遞到溫度低的一側(cè)，材料的這種傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性； 24.熱容量：材料在溫度變化時(shí)吸收和放出熱量的能力。 （2）性能及應(yīng)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(dǎo)熱性、力學(xué)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(xué)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(xì)小、分布越均勻?qū)Σ牧显接欣? 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(jī)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(jìn)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(zhì)鋼：含硫量≤0.035%；含磷量≤0.035%。 5.鋼材強(qiáng)屈比及其意義、屈服點(diǎn) 鋼材的屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）與抗拉強(qiáng)度的比值，稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越大。（一般碳素鋼屈強(qiáng)比為 0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為 0.65-0.75 合金結(jié)構(gòu)鋼為 0.84-0.86。 而如果機(jī)器零件的屈強(qiáng)比高，可節(jié)約材料，減輕重量）。 上屈服點(diǎn)是指試樣發(fā)生屈服而應(yīng)力首次下降前的最大應(yīng)力；下屈服點(diǎn)是指不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中的最小應(yīng)力。采用下屈服點(diǎn)作為鋼材的屈服強(qiáng)度。 6.鋼材的冷加工強(qiáng)化; 將鋼材于常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋使其產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，降低塑性韌性，這個(gè)過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。 7.脆性轉(zhuǎn)變溫度 溫度降低時(shí)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(zhuǎn)變溫度。脆性轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)，無保護(hù)層時(shí)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(nèi)，可以認(rèn)為鋼材的性能基本不變；超過300℃以后，彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均開始顯著下降，應(yīng)變急劇增大；達(dá)到600℃時(shí)已經(jīng)失去承載能力。） 8.時(shí)效處理：在常溫下存放15~20d，或加熱至100~200℃后保持一定時(shí)間（2~3h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗壓強(qiáng)度也提高，同時(shí)塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)；前者稱為自然時(shí)效，適合于低強(qiáng)度鋼筋，后者稱為人工時(shí)效，適合于高強(qiáng)鋼筋。 （2）性能及應(yīng)用 1.化學(xué)成分對鋼性能的影響：碳、硅、錳、磷、硫 化學(xué)元素 強(qiáng)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(jī)械性能： 抗拉性能：抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。四個(gè)過程：彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、頸縮階段。（具體自己看書，曉填說低碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變圖一定會(huì)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(nèi)部組織是否均勻，是否存在內(nèi)應(yīng)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(fù)荷作用下折斷時(shí)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(qiáng)。 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(fù)作用時(shí)，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)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(yīng)力條件下突然發(fā)生的，危害較大。一般來說，鋼材的抗拉強(qiáng)度越高，其疲勞極限也較高。 3.鋼材的伸長率與試件標(biāo)距有何關(guān)系？A80與A200哪個(gè)大，為什么？ 由于鋼材拉伸時(shí)產(chǎn)生的塑性變形主要集中在試件的頸縮處，故原試件標(biāo)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(jì)算所得的伸長率也就越小。 A80，原始標(biāo)距小，斷后伸長率大。