第1章 材料的基本性质.doc

第1章 材料的基本性质第一节 材料的组成、结构和构造一、材料的组成化学组成：-化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。 -金属材料常以各化学元素含量表示 -无机非金属材料常以各氧化物含量表示 -有机材料常以各化合物的含量表示矿物组成： 矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。 矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量，它是决定无机非金属材料化学、物理、力学等性质的重要因素。相组成：材料中结构相近、性质相同的均匀部分。二、材料的结构与构造宏观结构 亚微观结构（显微或细观结构） 微观结构1、宏观结构（构造）指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。材料的宏观结构及其相应的主要特征按孔隙特征分致密结构 多孔结构 微孔结构按孔径分粗大孔隙结构 细小孔隙结构 极微细孔隙结构按构成形态分聚集结构 纤维结构 层状结构 散粒结构2、亚微观结构（显微或细观结构）指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-310-6m。该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。3、微 观 结 构指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-6-10-10m。微 观 结 构微观材料常见材料主要特征晶体原子、离子或分子按一定规律排列金刚石、石英、石膏、石灰岩、钢、铁及部分有机化合物。有固定的几何外形和熔点，部分晶体的硬度、强度较高非晶体原子、离子或分子以共价键、离子键或分子键结合，但为无序排列（短程有序，长程无序）玻璃、粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰无固定的几何外形和熔点，强度、化学稳定性、导热性较差胶体 1溶胶结构 2凝胶结构：干凝胶材料的构造：材料结构单元的搭配与组合第二节 材料的基本物理性质一、材料的密度、表观密度、堆积密度材料的密度材料在绝对密实状态下单位体积的重量。 （kg/m3） 式中：r 密度 m 材料的质量，kg。 v 材料在绝对密实状态下的体积，m3。 测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。表 观 密 度材料在自然状态下单位体积的重量。 式中： r。 表观密度，kg/m3。 m材料的质量，kg。 V。材料在自然状态下的体积，m3。视 密 度 散粒材料包括封闭孔在内的单位体积的重量。 式中： r 表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，kg。 v包括封闭孔在内的体积，m3。堆 积 密 度散粒材料在堆积状态下单位体积的重量。 （kg/m3） 式中： r。堆积密度 m材料的质量，kg。 v。材料在堆积状态下的体积，m3。二、密实度、孔隙率l 1、密实度：是指材料体积内被固体物质充实的程度。 D = v/v。100% = r。/ r 100% l 2、孔隙率：是指材料体积内孔隙体积所占的比例。 P =（ v。- v）/v。100% = （1- r。/ r） 100% 关系： D + P = 1三、填充率、空隙率l 1、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。 D = v。/v。100% = r。/ r。 100% l 2、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例 P =（ v。- v。）/v。100% = (1- r。/ r。） 100% 关系： D +P = 1四、与水有关的性质1、亲水性和憎水性a、亲水性材料 b、憎水性材料 q 90 亲水性 q 90 憎水性 q = 0 完全润湿 q =18 0 完全不润l 产生的原因：是由水分子和固体材料表面之间的相互作用不同引起的。 a、当水分子的内聚力 水分子与固体分子间的吸引力时,材料表现为憎水性。2、吸水性和吸湿性吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。 含水率：材料中含水的质量与干燥状态下质量之比。 质量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时的含水率。 体积吸水率：材料吸水达到饱和时，吸入水的体积占材料自然状态下体积的百分率。吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。3、材料的耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数K表示。 材料吸水饱和状态下的抗压强度(MPa) K= 材料干燥状态下的抗压强度(MPa) 通常，K=0-1，当K0.80时，为耐水性材料； 受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用K0.85的材料建造.4、材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数表示： 式中 Qd K 渗透系数，cm/h； A 透水面积，cm2； K = Q 透水量，cm3； t时间，h； AtH d 试件厚度，cm； H 静水压力水头，cm。 对混凝土和砂浆，常用抗渗等级来表示： S = 10H - 1 式中：S 抗渗等级； H 试件开始渗水时的水压力。5、材料的抗冻性指材料在水饱和状态下，能经反复冻融而不破坏的能力,同时也不严重降低强度的性质 。用冻融循环次数表示.（1）试件在规定的标准试验条件下，经过一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻标号。 有些建筑材料，如砼常用抗冻等级（记为Fn）表示。 l （2）冻融循环次数越多，抗冻标号越高，则材料抗冻性越好。l （3）材料抗冻等级的选择是根据结构物的种类，使用条件及气候条件来决定的，烧结普通砖、陶瓷面砖、轻砼等墙体材料，一般要求F15或F25l 用在道路和桥梁的砼应为F50、F100或F200l 水工砼要求F500F1000（六）材料的导热性：指建筑材料传导热量的性质称为材料的导热性。 当材料两面存在温差时，热量从材料的一面通过材料传导到材料的另一面的性质。用导热系数表示。l （1）以导热率或导热系数表示。l （2）导热系数的物理意义：面积为1平方米，厚度为1m的单层材料，当两侧温差为1k时，经1s所传递的热量。l （3）导热系数愈小，材料的绝热性能愈好l （4）无机材料必有机材料的大（金属材料的比非金属材料的大）l （5）密闭空气的导热系数很小为0.023，一般材料的孔隙率大，小。l 细小而封闭的孔，孔隙率大，小。l 粗大、开口且连通的孔隙，容易形成对流传热，导致大。 第三节 材料的基本力学性质一、材料的理论强度l 材料的理论抗压强度可表示为： Eg ft = d式中： ft-理论抗压强度；E-纵向弹性模量； g -单位表面能； d-原子间的二、材料的强度l 强度：指材料受外力作用下，抵抗破坏的能力。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。l 影响因素： 1、内因。指组成、结构的影响。 2、外因。包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿度等因素。三、弹性和塑性l 1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。l 2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。四、脆性和韧性l 1、脆性