材料的基本状态参数.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除请使用Microsoft word打开本文档，使用其他文本程序将无法完美显示部分公式及标识。杨子1.2 材料的基本状态参数 1. 实际密度（密度）材料在绝对密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3 或kg/m3公式：= 式中 材料的密度（g/cm3） m材料在干燥状态下的质量（g） v材料在绝对密实状态下的体积（cm3）绝对密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙在内的体积。实际密度的测量：1) 对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等测量几何体积承重代入公式2) 对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材磨成细粉李氏比重瓶法测试2. 表观密度（容重） 材料在自然状态下单位体积的质量。单位g/cm3 或kg/m3 公式： 式中 o 材料的表观密度（kg/m3） m材料的质量（kg） vo材料在自然状态下的体积（m3）自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有材料水分时，其质量和体积均发生变化。表观密度的测量：1） 对形状规则的材料：砖、混凝土、石材烘干测量几何体积称重代入公式2） 对形状不规则的材料：烘干蜡封浮力天平3. 堆积密度（松散容积）散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。单位g/cm3 或kg/m3 公式： o 散装材料堆积密度（kg/m3）m散装材料的质量（kg）Vo散装材料的自然堆积体积（m3）堆积体积是指包含颗粒内部孔隙和颗粒间的空隙在内的体积。堆积密度的测量：1） 容器法：散装材料装入容器测量体积称净重代入公式2） 自然堆积法:堆积成一定形状测量几何体积称重代入公式4. 材料的孔隙1）密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。反映材料的致密程度。公式: 影响材料的： 强度、吸水性、耐久性、导热性2) 孔隙率是指材料体积内孔隙体积与总体积之比。直接反映材料的致密程度。公式：5. 材料的空隙填充率指散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度。反映散装材料堆积的致密程度。公式：空隙率是指散装材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比率公式：P=VO -V OVO=1-VOVO=1-O0100空隙率与填充率的关系：孔隙率与空隙率的区别：比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算. 材料的力学性质材料的强度与比强度强度是材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力l 依受力形式有：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。l 不同材料的承载特点是不同的：混凝土、石材、砖抗压强度高钢材、各类纤维抗拉强度高l 建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或符号。（注意：1.脆性材料如混凝土主要以抗拉强度来划分等级或标号，塑性材料如钢材以抗拉强度来划分。2.强度值是材料力学性质的指标，强度等级是根据强度值划分的级别）如混凝土按抗压强度划分为C15C80共十四个强度等级水泥按抗压和抗拉强度划分为32.572.5砂浆按抗压强度划分为M2.5M20六个等级热轧钢筋按屈服强度划分为 l 材料的抗压、抗拉、抗剪强度计算：f=FmaxA式中：f材料强度（Mpa）Fmax材料破坏时的最大荷载（N）A试件受力面积（mm2）l 抗弯强度计算：1）.试件在两支点的中间受一集中荷载作用，如下计算 ff=3PL2bh2式中 ff抗弯（折）强度（Mpa） P试件破坏时的最大荷载（N）L二支点之间的距离（mm）b、h试件截面的宽度和高度（mm）2）.试件在二支点的三分点处作用两个大小相等的集中荷载，计算如下：图表 1杨子 p ff=PLbh2比强度是指材料强度与其表观密度之比。意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强. 材料的弹性与塑性弹性是指材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的弹性。 弹性模量 E=塑性是指材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。（实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。）. 材料的脆性、韧性、徐变脆性是指在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。 （脆性材料如混凝土、玻璃、石材抵抗冲击或震动荷载的能力很差）韧性是指在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大的变形也不至于破坏的性能。如钢材、木材、纤维等（建筑实体例如桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等）。徐变是指材料在长期不变荷载作用下， 变形随着时间的延长而逐渐增长的现象。. 材料的硬度、耐磨性硬度是指材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻画的能力。刻画法莫氏硬度（10级）1滑石 2石膏 3方解石4萤石 5磷石灰 6正长石7石英 8黄玉 9刚玉10金刚石回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度（亦用于陶瓷、砖、砂浆等）耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率表示公式：M=m0-m1A式中：M耐磨率（g/cm2） mo磨前质量（g） m1磨后质量（g） A试样受磨面积（cm3）（用于计算道路、地面、踏步、水库泄洪道、溢流面等磨损情况）1.4材料与水有关的性质 1.材料的亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类。常用润湿角表示。亲水性材料90憎水性材料902. 材料的含水状态亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态：l 干燥状态材料的孔隙中不含水或含水极微l 气干状态材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡l 饱和面干状态材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和l 湿润状态材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜（材料还可以处于以上两种基本状态的过渡状态中）3. 材料的吸湿性吸湿性是指材料在空气中吸收空气中水分的性质。用含水率表示。公式：W含=m含-m干m干100%式中：W含材料的质量含水率（%） m湿材料含水时的质量（g） m干材料烘干到恒重的质量（g）影响含水率大小的因素：1） 材料的本性亲水性或憎水性材料2） 环境温度、湿度温度越低、相对湿度越大，材料含水率越高吸水性对材料的影响：导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利体积膨胀对木结构和木制品不利湿涨干缩与周围环境平衡的平衡含水率4. 材料的吸水性吸水性是指材料在浸水情况下吸入水分的能力。用吸水率表示。公式：W质=m湿-m干m干100%式中：W质材料的质量吸水率（%） m湿材料吸水饱和后的质量（g） m干材料烘干到恒重的质量（g）影响吸水率大小的因素：1）材料的本性亲水性或憎水性材料 2）材料的孔结构孔径大小、开口与否、孔隙率大小等吸水性对材料的影响： 1）导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利 2）强度降低、体积膨胀5. 材料的耐水性耐水性是指材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示 公式：K软=f饱f干式中 K软材料的软化系数（01） f饱材料在饱水状态下的抗压强度（Mpa） f干材料在干燥状态下的抗压强度（Mpa）软化系数要求1） 软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。2） 对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软0.853） 受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.754） K软0.80的材料，一般称为耐水材料6. 材料的抗渗性抗渗性是指材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质用渗透系数K表示，依达西定律 K=WdAtH式中 K材料的渗透系数（ml/cm2.s） t渗水时间（s） A渗水面积（cm2） H净水压力（cm） d试件厚度（cm）抗渗等级1） 渗透系数越大，材料的抗渗性越差2） 对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级（S）表示：S=10H-1H 试件开始渗水时的水压力(Mpa) 3) 影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征4）地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工建筑、防水材料等要求较高的抗渗性7. 材料的抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。用抗冻符号D表示冻融破坏的原因1） 材料有孔且孔隙含水2） 水 冰体积膨胀9%，结冰压力高达100Mpa3） 结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂4） 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度5） 饱水程度的增加进一步加剧了冰融破坏6） 反复多次进一步加剧最终材料崩溃1.5材料的热性质1.热容量是指材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。大小用比热容表示公式： Q=cm(T2-T1)式中 Q材料吸收或放出的热量（J） c材料的比热（J/g.k） m材料的质量（g） (T2-T1)材料受热或冷却前后的温差（K）比热的建筑物理意义：材料的比热对保持建筑物内部温度稳定有很大关系，比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均时，缓和室内温度的波动。常见的比热（单位J/g.k）钢材 c=0.48 空气c=1.00 木材c=2.72 水c=4.182.导热性是指材料传导热量的能力。其大小用热导率 =QAt(T2-T1)式中 导热率（W/m.K） Q传导的热量（J） A热传导面积（m2） 材料的厚度（m） t热传导时间（s） ( T2-T1)材料两侧温度差（K）在建筑工程中的意义：判断材料的保温隔热性能（越大，传热越快，保温性越差）各种材料的导热系数差别很大，常见的建筑材料的导热系数范围是0.0353.5W/(mk)，工程中通常把0.23W/（mk）的材料称为绝热材料（保温隔热材料）影响导热性的因素：a) 材料的化学组成与结构化学组成不同的材料，其导热系数不同如一般情况下，导热系数的大小为：金属材料非金属材料有机材料b) 孔隙率和空隙构造特征一般来说：P,导热性，原因是静止空气的一般材料的。P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，c) 材料的湿度和温度材料受潮后，导热性，保温隔热（水空气）材料受潮后再受冻，进一步，保温隔热性进一步（冰水）常见的导热率参数：泡沫塑料=0.035 水=0.58大理石=3.5 冰=2.2钢材=58 空气=0.023混凝土=1.51 松木=1.170.353. 材料的热变形性材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化，除个别的如水结冰之外，一般材料均符合热胀冷缩这一自然规律。材料的热变形性常用线膨胀系数表示： =LL(t2-t1)式中 线性膨胀系数（1/K） L材料原来的长度（mm） L材料的线变形量（mm） t2-t1材料在升、降温前后的温度差（K）土木工程总体上要求材料的热变形不要太大，设计有隔热保温要求的工程时，应尽量选用热容量（或比热）大、导热系数小的材料。 4.材料的耐久性材料的耐久性是指用于构筑物的材料在自身和环境的各种因素影响下，能长久地保持其使用性能的性质。影响材料的因素：l 自身内部的化学作用，如水泥的的体积安定性不良，使混凝土产生膨胀性裂缝l 外部化学作用，如紫外线或大气环境中的酸、碱、盐l 物理作用，如环境温度、湿度的交替变化l 机械作用，如在长期荷载作用下发生破坏l 生物作用，如材料受到昆虫菌类的侵蚀所以在构筑物的设计及选材上，必须慎重考虑材料的耐久性问题，以利节约材料、减少维修费用，延长构筑物的使用寿命。4. 材料的绿色化 材料的绿色化是指建筑工程中所用材料向着绿色建材方向发展，它是实现绿色建筑的重要环节之一。 绿色建材包括以下特征：l 生产绿色建材的原料应尽可能少用