01第一章建筑材料的基本性质.ppt

第一章 建筑材料的基本性质,2010.9,本章教学目标,熟悉：主要技术性质的物理意义、影响因素及 对其它性质的影响。,掌握：材料各种基本性质的概念、指标的计算。,了解：材料的各性质在工程实践中的意义。,引言,建筑材料是建筑工程的物质基础，材料的性质与质量很大程度上决定了工程的性能与质量。 在工程实践中，选择、使用、分析和评价材料，通常是以其性质为基本依据的。,材料的性质,基本性质：建筑工程中通常必须考虑 的最基本的、共有的性质。,特殊性质：材料本身的不同于别的 材料的性质，是材料的具体 使用特点的体现。,本章讲述,相关章节讲述,1.1 材料的基本物理性质,1.3 材料的耐久性,1.2 材料的力学性质,本章内容,1.1 材料的基本物理性质,1.1.1 与质量有关的基本物理性质 （1）材料的体积组成 大多数建筑材料的内部都含有孔隙，孔隙的多少和孔隙的特征对材料的性能均产生影响。 开口孔、闭口孔。,（1）材料绝对密实体积 （2）材料的孔体积 开口孔体积 闭口孔体积 （3） 材料在自然状态下的体积,材料堆积体积 间隙体积,（2）密度 材料在绝对密实状态下单位体积的质量，称为材料的密度(俗称比重)。,1,密实材料，如金属材料、花岗岩等,材料的内部密实而没有孔隙,密实体积的测定方法,请看密度试验动画,（3）表观密度 材料在自然状态下单位体积的质量，称为材料的表观密度（原称容重）。,2,材料的内部有许多孔隙,孔隙材料，如砖头、混凝土、木材等,形状规则的体积可以直接量测计算而得； 形状不规则的体积可将其表面用蜡封以后用排水法测得。 砂、石的表观密度可以近似地当作其密度，称为视密度。 测定表观密度时须同时测定其含水率，注明含水状态。 一般为气干状态，烘干状态下的表观密度叫干表观密度。,（4）堆积密度 散粒材料在堆积状态下单位堆积体积的质量，称为材料的堆积密度（原称松散容重）。,3,内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等,堆积材料颗粒的内部有许多孔隙,堆积材料颗粒之间存在许多空隙,材料的堆积密度大小取决于散粒材料的视密度、含水率以及堆积的疏密程度。 松散堆积密度自然堆积状态 紧密堆积密度振实、压实状态 干堆积密度干燥状态,请看堆积密度试验动画,材料的密度、表观密度与堆积密度,材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。,材料在自然状态下，单位体积的质量。,材料在堆积状态下，单位体积的质量。,g/cm3,/m3,/m3或g/cm3,（5）密实度与孔隙率 1. 密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。,图1-1 材料孔隙率示意图,2. 孔隙率 孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。 由上式可见：,图1-1 材料孔隙率示意图,孔隙率由开口孔隙率和闭口孔隙率两部分组成。 开口孔隙率与闭口孔隙率之和为材料总孔隙率 。,一般情况下，材料内部的孔隙率越高，则材料的表观密度、强度越小，抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐水性及其他耐久性越差。 通常开口孔隙有利于吸水性、吸声性、透水性的增强；而闭口孔隙则有利于材料保温隔热性的提高。,（6）填充率与空隙率,填充率,图1-2 材料空隙率示意图,填充率是指散粒材料 在其堆积体积中，被 其颗粒填充的程度 。,空隙率,图1-2 材料空隙率示意图,空隙率是指散粒材料在 其堆积体积中，颗粒之 间的空隙体积占材料堆 积体积的百分率 。,填充率和空隙率是从两个不同侧面反映散粒材料的颗粒互相填充的疏密程度。,1.1.2 材料与水有关的性质 （1）亲水性与憎水性 根据材料表面被水润湿的情况，分为亲水性材料和憎水性材料。 润湿是水在材料表面被吸附的过程。 润湿角当材料在空气中与水接触时，在材料、水、空气交界处，沿水滴表面所作切线与材料表面所夹的角。,材料分子与水分子间相互作用力大于水分子之间作用力时，材料表面会被水润湿。 石料、砖、混凝土、木材,材料分子与水分子之间相互作用力小于水分子间作用力时，则认为材料不能被水润湿。 沥青、石蜡、塑料,请看亲水性与憎水性动画演示,（2）吸水性 吸水性是指材料在水中吸收水分的性质，其大小用吸水率表示。 吸水率有质量吸水率和体积吸水率之分。,质量吸水率：材料在吸水饱和状态下，吸收水分的质量占材料干燥质量的百分率。,体积吸水率：材料吸水饱和后，吸人水的体积占干燥材料自然体积的百分率。,质量吸水率与体积吸水率的关系为：,材料吸水率不仅与材料的亲水性、僧水性有关，而且与材料的孔隙率和孔隙特征有密切的关系。 一般来说，密实材料或具有闭口孔隙的材料是不吸水的；具有粗大孔隙的材料因其水分不易存留，吸水率一般小于孔隙率；而孔隙率较大且有细小开口连通孔隙的亲水材料，吸水率较大。 材料吸收水分后，不仅表观密度增大、强度降低，保温、隔热性能降低，且更易受冰冻破坏，因此，材料吸水后对材质是不利的。,影响吸水性的因素,影响吸水性的因素：,材料的孔隙率；,材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；,孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等 。,（3）吸湿性 干燥材料在空气中，吸收空气中水分的性质，称为吸湿性。吸湿性大小可用含水率表示 。,当空气湿度大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。 当材料的含水率与空气湿度相平衡时，其含水率称为平衡含水率。 当材料吸水达到饱和状态时的含水率即为吸水率。,影响吸湿性的因素,影响吸湿性的因素：,材料的孔隙率；,材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；,孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等；,周围空气的温度和湿度 。,（4）耐水性 材料长期处于饱和水作用下不被破坏，其强度也不显著降低的性质，称为耐水性。材料的耐水性用软化系数来表示。,钢、玻璃、沥青等材料的软化系数基本为1 ，而未经处理的生土软化系数为0，花岗岩等密实石材的软化系数接近于1 。 用于严重受水侵蚀或潮湿环境的材料，其软化系数应不低于0 . 85 ， 用于受潮较轻的或次要结构物的材料，则不宜小于0 . 75 。 软化系数值越大，耐水性越好，通常认为软化系数大于0 . 80 的材料为耐水材料。,（5）抗渗性 抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质。渗透是指水在压力作用下，通过材料内部毛细孔的迁移过程，材料的抗渗性可以用渗透系数来表示。,渗透系数反映了材料在单位时间内，在单位水头作用下通过单位面积及厚度的渗透水量。K 值越大，材料的抗渗性越差。 抗渗等级（PN ），其中N 表示试件所能承受的最大水压的10 倍。 密实的材料及具有闭口微细小孔的材料，具有较好的抗渗性；具有较大孔隙及细微连通的毛细孔的亲水性材料往往抗渗性较差。,（6）抗冻性 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，经过多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不显著降低的性质。 一次冻融循环是指材料吸水饱和后，先在-15 的温度下（水在微小的毛细管中低于-15 才能冻结）冻结后，然后再在20 的水中融化。,冻融破坏的原因,材料有孔且孔隙含水； 水冰，体积膨胀9，结冰压力高达100MPa， 结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂； 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度， 饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏； 反复多次加剧破坏，最终材料崩溃； 严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。,材料的抗冻性常用抗冻等级来表示。混凝土材料抗冻等级（FN ）。其中N表示混凝土试件经受冻融循环试验后，强度及质量损失不超过国家规定标准值时，所对应的最大冻融循环次数，如F25 、F50 材料具有细小的开口孔隙，孔隙率大且处于饱和水状态下材料容易受冻破坏。 一般说来，密实的材料、具有闭口孔隙且强度较高的材料，有较强的抗冻能力。,1.1.3 材料的热工性质 （1）导热性 当材料两侧存在温度差时，热量从材料的一侧传递至材料另一侧的性质，称为材料的导热性。导热性大小可以用导热系数表示。,导热系数是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标，导热系数愈小，材料的保温隔热性能愈好。 影响材料导热系数的主要因素： 1 材料的化学组成与结构 2 材料的表观密度（包括材料的孔隙率、孔隙的性质和大小等） 3 环境的温湿度,（2）热容量和比热容 材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。,1.2 材料的力学性质,什么是材料的力学性质？ 材料的力学性质就是指材料在外力作用下，产生变形和抵抗破坏方面的性质。 内容： 1.2.1 材料的强度 1.2.2 弹性和塑性 1.2.3 脆性和韧性 1.2.4 硬度和耐磨性,1.2.1 材料的强度 1. 材料强度 材料强度是以材料试件在静荷载作用下，达到破坏时的极限应力值来表示的。 材料强度： 抗压、抗拉、抗剪、抗折（抗弯）强度。,请看材料受压破坏动画演示,请看材料受拉破坏动画演示,请看材料受弯破坏动画演示,请看材料受剪破坏动画演示,强度指材料抵抗破坏的能力。,（1）材料的抗压、抗拉、抗剪强度 单位：MPa ，1MPa=1N/mm2,（2）材料的抗弯强度（抗折强度）,中间作用一集中荷载,在三分点上作用两个集中荷载,（3）影响材料强度的因素 1）影响材料强度的主要因素是材料的组成及构造 2）试验条件 3）材料的含水状态及温度 特别注意： 材料的强度是在特定条件下测定的数值。为使试验结果准确，且具有可比性，国家对材料试验方法、步骤及设备有统一的规定，在测定材料强度时，必须严格按照规定的试验方法进行。,2. 强度等级 定义：为了掌握材料的力学性质，合理选择和正确使用材料，常将建筑材料按其强度值，划分为若干个等级，即强度等级。 强度值与强度等级的区别： 强度值是表示材料力学性质的指标； 强度等级是根据强度值划分的级别。,3. 比强度 定义：比强度是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比。 工程意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强。,几种材料的强度比较,1.2.2 弹性和塑性,弹性材料在外力作用下产生变形，外力撤掉后变形能完全恢复的性质，称为弹性。,塑性材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。,单纯的弹性材料是没有的,1.2.3 脆性和韧性 脆性材料在外力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，这种性质称为脆性。 脆性材料：天然石材、烧结普通砖、陶瓷、普通混凝土、砂浆。 韧性材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大能量而不破坏的性质称为韧性。 韧性材料：低碳钢、低合金钢、木材、钢筋混凝土,请看材料脆性、韧性破坏动画演示,1.2.4 硬度和耐磨性 1. 硬度 硬度指材料表面的坚硬程度，是抵抗其他物体刻划、压人其表面的能力。 测定方法： 回弹法 刻划法 压入法,请看压入法测材料硬度动画演示,2. 耐磨性 磨损材料受外界物质的摩擦作用而质量和体积减小的现象称为磨损。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。 磨损率材料的耐磨性用磨损率表示。,磨损率,1. 定义 材料的耐久性是指材料在使用期间，受到各种内在的或外来因素的作用，能经久不变质、不破坏，能保持原有性能，不影响使用的性质。,1.3 材料的耐久性,2. 环境对材料的破坏 （1）物理作用 干湿交替、温度变化、冻融循环 （2）化学作用 材料受到酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀作用 （3）