材料與工程機(jī)械

1、第二章工程 材料與工程機(jī)械按其來(lái)源可分為外購(gòu)材料、地方性材料和自采加工材料三部分；按其在設(shè)計(jì)和施工生產(chǎn)過(guò)程中所起的作用，則又可以劃分為主要材料、次要材料、輔助材料、周轉(zhuǎn)性材料及金屬設(shè)備等五大類。施工機(jī)械種類較多，按機(jī)械的自重可分為特大型、大型、中型、小型等；按作業(yè)對(duì)象可分為土、石方機(jī)械，路面工程機(jī)械，混凝土及灰漿機(jī)械，水平運(yùn)輸機(jī)械，起重及垂直運(yùn)輸機(jī)械等；按定額綜合范圍分為主要機(jī)械和小型機(jī)具等；按行走裝置不同可分為履帶式和輪胎式；按驅(qū)動(dòng)力可分為機(jī)動(dòng)和電動(dòng)等。第一節(jié) 材料的分類一、按材料來(lái)源分(1)外購(gòu)材料：如鋼材、水泥、化工材料、五金、燃料、瀝青、木材等。(2)地方性材料：指砂、石、灰、磚、瓦等

2、材料。(3)自采加工材料：承包人自行組織人員采集加工的砂、石、黏土等自采材料。二、按材料在設(shè)計(jì)和施工生產(chǎn)過(guò)程中所起的作用分(1)主要材料：量大或昂貴的材料，如鋼材、水泥、石油瀝青、石灰、砂子、石料等。(2)次要材料：用量較少的各種材料，如電焊條、鐵釘、鐵絲等。(3)周轉(zhuǎn)性材料：如模板、腳手架、支架、拱盔、鋼軌、鋼絲繩、鐵件以及配套的附件等。(4)輔助材料：不構(gòu)成公路基本建設(shè)工程的實(shí)體，如油燃料、氧氣、脫模劑、減水劑及機(jī)械的各種零配件等。(5)金屬設(shè)備：用定型或現(xiàn)場(chǎng)加工制作的金屬構(gòu)件制作拼裝而成的常用的可周轉(zhuǎn)使用的金屬設(shè)備，如單雙導(dǎo)梁、跨墩門架、懸臂吊機(jī)、懸澆掛籃、提升架等。三、建筑材料的物理性

3、質(zhì)1密度密度指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算： (21)式中：P密度(gcm3、kgm3)；m材料在干燥狀態(tài)的質(zhì)量(g、kg)；V材料的絕對(duì)密實(shí)體積(cm3、m3)。材料的絕對(duì)密實(shí)體積是指固體物質(zhì)所占體積，不包括孔隙在內(nèi)。密實(shí)材料如鋼材、玻璃等的體積可根據(jù)其外形尺寸求得。相對(duì)密度(比重)是用材料的質(zhì)量與同體積水(40C)的質(zhì)量的比值表示。2表觀密度表觀密度指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算：(22)式中：P0表觀密度(kgm3)；m材料質(zhì)量(kg)；V0材料在自然狀態(tài)下的外形體積(m3)。材料在自然狀態(tài)下的體積，包括材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。外形規(guī)則的材料可根據(jù)外形尺寸

4、計(jì)算出體積，外形不規(guī)則的顆粒材料，可使其飽水后，再用排水法測(cè)得顆粒體積。3堆密度堆密度也稱堆積密度，指粉狀或粒狀材料，在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。材料的堆積體積包括材料內(nèi)部孔隙和松散材料顆粒之間的空隙在內(nèi)的體積。堆密度按下式計(jì)算： (23)式中：P0堆密度(kgm3)；m材料質(zhì)量(kg)；V0材料的堆積體積(m3)。常用材料的密度、表觀密度和堆密度見表21。常用材料的密度、表觀密度和堆密度 表2-1材 料(gcm3)(kgm3)堆密度(kgm3)石灰?guī)r261 8002600花崗巖26282 5002 900碎 石261 4001 700卵 石261 5001 700黏 土261 6001

5、800普通黏土磚25281 6001 800黏土空心磚251 0001 400水 泥311 2001 300普通混凝土2 1002 600輕骨料混凝土8001 900木 材155400800鋼 材7857 850泡沫塑料20504密實(shí)度建筑工程中常用的材料是固體材料，其體積由固體物質(zhì)和孔隙體積組成，它們所占的比例均能說(shuō)明材料的密實(shí)程度。密實(shí)度指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度，按下式計(jì)算： (24)式中：D密實(shí)度()；P。表觀密度(gcm3)； P密度(scm3)。5孔隙率孔隙率指材料體積內(nèi)孔隙體積所占的比例，按下式計(jì)算： (25)式中：P孔隙率()；P0表觀密度(gcm3)；P密度(gcm3

6、)。密實(shí)度和孔隙率兩者之和為1，兩者均反映了材料的密實(shí)程度，通常用孔隙率來(lái)直接反映材料密實(shí)程度?？紫堵实拇笮?duì)材料的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)均有影響，而孔隙特征、孔隙構(gòu)造和大小對(duì)材料性能影響較大。構(gòu)造分為封閉孔隙(與外界隔絕)和連通孔隙(與外界連通)；按孔隙的尺寸大小分為粗大孔隙、細(xì)小孔隙、極細(xì)微孔隙?？紫堵市?，并有均勻分布閉合小孔的材料，建筑性能好。6吸水性材料吸收水分的能力稱為吸水性，吸水性的大小用吸水率表示。吸水率分質(zhì)量吸水率和體積吸水率。按下式計(jì)算材料的吸水率質(zhì)量吸水率為： (2-6)體積吸水率為： (27)式中：m1材料吸水飽和后的質(zhì)量(g)；m材料烘干到恒重時(shí)的質(zhì)量(g)；Vo干燥材料在

7、自然狀態(tài)下的體積(cm3)。材料吸水率的大小與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。具有細(xì)微而連通孔隙的材料吸水率大，具有封閉孔隙的材料吸水率小。當(dāng)材料有粗大孔隙時(shí)，水分不易存留，這時(shí)吸水率也小。輕質(zhì)材料如海綿、塑料泡沫等，吸收水分后的質(zhì)量遠(yuǎn)大于干燥時(shí)的質(zhì)量，這種情況下，吸水率一般要用體積吸水率表示。7吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水氣的能力稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示，按下式計(jì)算材料的含水率Wwc (2-8)式中：m濕材料吸收空氣中的水氣后的質(zhì)量(g)。材料含水率的大小，除與材料本身組織、結(jié)構(gòu)和成分有關(guān)外，還與周圍環(huán)境的濕度、溫度有關(guān)。當(dāng)氣溫低、相對(duì)濕度大時(shí)，材料的含水率也大。材料的含水率與外界濕

8、度一致時(shí)的含水率稱為平衡含水率。平衡含水率并不是不變的，它隨環(huán)境中的溫度和濕度的變化而改變，當(dāng)材料吸水達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的含水率即為材料的吸水率。材料含水會(huì)使材料堆密度和導(dǎo)熱性增大、強(qiáng)度降低、體積膨脹，故材料吸水或吸濕后對(duì)材料的性能一般是不利的。8耐水性材料長(zhǎng)期在飽和水作用下不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。有孔材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，按下式計(jì)算材料的軟化系數(shù)Ka： (29)式中材料在水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度(MPa)；材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度(MPa)。材料的軟化系數(shù)在01之間波動(dòng)。因?yàn)椴牧衔?，水分滲入后，材料內(nèi)部顆粒間的結(jié)合力減弱，軟化了材料中不耐水成分，致使材料強(qiáng)度降低。所以

9、材料處于同一條件時(shí)，一般而言吸水后的強(qiáng)度比干燥狀態(tài)下的強(qiáng)度低。軟化系數(shù)越小，材料吸水飽和后強(qiáng)度降低越多，耐水性越差。對(duì)重要工程及長(zhǎng)期浸泡或潮濕環(huán)境下的材料，要求軟化系數(shù)不低于085090。通常把軟化系數(shù)大于0.85的材料稱為耐水材料。9抗凍性材料在吸水飽和狀態(tài)下，抵抗多次凍結(jié)和融化作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)，稱為抗凍性。用“抗凍標(biāo)號(hào)”表示。冰凍的破壞作用是由材料孔隙內(nèi)的水分結(jié)冰引起的，水結(jié)冰后體積增大9%左右，從而對(duì)孔壁產(chǎn)生壓力而使孔壁開裂?！翱箖鰳?biāo)號(hào)”表示材料經(jīng)過(guò)規(guī)定的凍融次數(shù)，其質(zhì)量損失、強(qiáng)度降低均不低于規(guī)定值。如混凝土抗凍標(biāo)號(hào)D15號(hào)是指所能承受的最大凍融次數(shù)為15次(在1

10、5的溫度凍結(jié)后，再在20的水中融化，為一次凍融循環(huán))，這時(shí)強(qiáng)度損失率不超過(guò)25，質(zhì)量損失不超過(guò)5。10抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性，用滲透系數(shù)表示，按下式計(jì)算：(2-10)式中：K滲透系數(shù)(mLcm2.s)；Q滲水量(mL)；d試件厚度(cm)；A表面積(cm2)；t滲水時(shí)間(s)；H靜水壓力水頭(cm)。材料的滲透系數(shù)越小，其抗?jié)B性能越好。材料抗?jié)B性的好壞，與材料的孔隙率及其特征有密切關(guān)系?？紫堵市《沂欠忾]孔隙的材料，具有較高的抗?jié)B性能。對(duì)于常受到壓力水作用的地下建筑或水工構(gòu)筑物，要求材料具有一定的抗?jié)B性。四、建筑材料的力學(xué)性質(zhì)1強(qiáng)度強(qiáng)度指在外力(荷載)作用下材料抵抗破壞的能力

11、。當(dāng)材料承受外力時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，外力逐漸增加，應(yīng)力也相應(yīng)增大，直到材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的作用力不再能夠抵抗這種應(yīng)力時(shí)，材料即破壞，此時(shí)的極限應(yīng)力就是材料的強(qiáng)度。材料在建筑物中所承受的外力，主要有壓、拉、剪、彎四種，因此，材料抵抗外力破壞的強(qiáng)度也分為抗壓、抗拉、抗剪、抗彎四種。上述強(qiáng)度都指在靜力試驗(yàn)下測(cè)得的，又稱靜力強(qiáng)度，如圖2-1所示。式中f強(qiáng)度(MPa)；p-破壞時(shí)最大荷載(N)；F受力截面面積(mm2)。當(dāng)外力為作用于構(gòu)件中央的集中荷載，且構(gòu)件具有兩個(gè)支點(diǎn)，材料截面為矩形時(shí)，抗彎強(qiáng)度按下式計(jì)算：(2-12)式中fm材料抗彎強(qiáng)度(MPa)；P破壞時(shí)最大荷載(N)；l-支點(diǎn)之間的距離(mm)；b試

12、件截面寬度(mm)；h試件截面高度(mm)。2比強(qiáng)度比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度對(duì)其堆密度的比值，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。如普通混凝土C30的比強(qiáng)度(00125)低于級(jí)鋼筋的比強(qiáng)度(0043)，說(shuō)明這兩種材料相比混凝土顯出質(zhì)量大而強(qiáng)度低的弱點(diǎn)，應(yīng)向輕質(zhì)高強(qiáng)方向改進(jìn)配置技術(shù)。3彈性彈性是指在外力作用下材料產(chǎn)生變形，外力取消后變形消失，材料能完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)，這種變形屬可逆變形，稱為彈性變形，見圖2-2。變形數(shù)值的大小與外力成正比，其比例系數(shù)是材料的彈性模量。在彈性變形范圍內(nèi)，月為常數(shù)。即： (213)式中：-(材料的應(yīng)力(MPa)；-材料的應(yīng)變。彈性模量是衡

13、量材料在彈性范圍內(nèi)抵抗變形能力的指標(biāo)，E越小，材料受力變形越大。4塑性塑性是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，但不產(chǎn)生裂隙的性質(zhì)，這種變形稱為塑性變形，見圖2-3。 實(shí)際工程中，單純的彈性材料是不存在的，多數(shù)材料受力后變形是介于彈塑性變形之間的。當(dāng)受力不大時(shí)，主要產(chǎn)生彈性變形，受力超過(guò)一定限度，才產(chǎn)生明顯的塑性變形。如混凝土，既具有彈性變形，又具有塑性變形。材料的彈塑性變形見圖2-4。典型例題：一、單選題1、工程項(xiàng)目（單位工程）的合理的程序，應(yīng)該是（ ）A 先主體工程，后附屬工程 B先地下工程，后地上工程C先下部工程，后上部工程 D 以上三項(xiàng)都是答案：D2、（ ）按單位質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度對(duì)其堆密度的比值。A 比強(qiáng)度 B 強(qiáng)度 C 彈性 D 抗壓強(qiáng)度答案：A二、多選題1、施工企業(yè)獲得施工任務(wù)通常有哪幾種方式