第二章---建筑材料的基本性质.ppt

第二章建筑材料的基本性质 第一节材料的物理性质第二节材料的基本力学性质第三节材料的耐久性 第一节材料的物理性质ThePhysicalPropertiesofBuildingMaterials 第一节材料的基本物理性质 一 材料的密度 表观密度和堆积密度 一 密度 俗称比重 材料在绝对密实状态下单位体积的质量用 rou 表示 按下式计算 材料的绝对密实体积是指不包括材料孔隙在内的体积 钢材 玻璃等少数密实材料可根据外形尺寸求得体积 大多数有孔隙的材料 在测定材料的密度时 应把材料磨成细粉 干燥后用李氏瓶测定其体积 材料磨得越细 测得的密度数值就越精确 李氏瓶也叫密度瓶 容积为220 250ml 带有长约18 20cm 直径约1cm的细颈 细颈上有刻度读数由0ml至24ml 且0 1ml和18 24ml之间应该具有0 1ml刻度线 李氏瓶是按 置换 原理 用煤油 水 置换出已知的石粉的实体体积 从而计算出该石材等的密度 二 表观密度 俗称容重 材料在自然状态下单位体积的质量称为表观密度 用表示 按下式计算 材料在自然状态下的体积V0是指包含材料内部孔隙的体积 当材料孔隙内含有水分时 其质量和体积 可以忽略 均有所变化 故测定表观密度时 须注明其含水情况 按照含水状态分为 干表观密度 气干表观密度和饱和表观密度 排液法测定前 待测材料表面应用薄腊层密封 孔隙的分类1 按尺寸大小 微细孔隙 D 0 01mm 细小孔隙 0 01mm D 1mm 粗大孔隙 D 1mm 2 孔隙的构造 开口孔隙闭口孔隙 干表观密度 干燥状态 气干表观密度 与空气湿度平衡时的状态 饱和表观密度 吸水饱和状态 三 堆积密度 俗称松散容重 散粒或粉状材料 如砂 石子 水泥等 在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度 用表示 按下式计算 由于散粒材料堆积的紧密程度不同 堆积密度可分为疏松堆积密度 自然状态 紧密堆积密度 振动密实 二 材料的密实度和孔隙率 一 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度 即固体物质的体积所占总体积的比例 反应材料的致密程度 用D表示 材料的强度 吸水性 耐久性 导热性等与密度有关 按下式计算 V 二 孔隙率在材料自然体积内孔隙体积所占的比例 称为材料的孔隙率 用 表示 反应材料的致密程度 与材料强度 吸水性 抗渗性 抗冻性和导热性等有关 按下式计算 P D 1 V 孔隙率 开口孔隙率 闭口孔隙率 开口孔隙率Pk 闭口孔隙率Pb 三 材料的填充率与空隙率 一 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 用符号D 表示 按下式计算 二 空隙率散粒材料自然堆积体积中颗粒之间的空隙体积所占的比例称为散粒材料的空隙率 用下式计算 D P 1空隙率反应散粒材料的颗粒之间相互填充的致密程度 空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据 四 材料与水有关的性质 一 材料的亲水性与憎水性亲水性 材料能被水润湿的性质亲水性材料 砖 木材 混凝土憎水性 材料不能被水润湿的性质憎水性材料 石蜡 沥青 油漆 塑料 a 亲水性材料 湿润角 90 b 憎水性材料 90 湿润角 180 二 吸水性和吸湿性1 吸水性 材料浸入水中吸收水的能力称为材料的吸水性 常用质量吸水率表示 m 材料干燥状态下的质量m1 材料吸水饱和状态下的质量 体积吸水率 指材料吸水饱和时 所吸水分的体积占自然状态体积的百分率 吸水饱和状态时 吸入水的体积等于材料内开口孔隙的体积 因此体积吸水率等于开口孔隙率 质量吸水率与体积吸水率的关系为 工程中常用质量吸水率表示材料的吸水性 同一材料的吸水率基本是一固定值 吸水率大对材料性能不利 材料吸水后会使材料的表观密度和导热性能增大 强度降低 耐久性下降 2 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性 吸湿性常用含水率来表示 即M 材料干燥至恒重时的质量 平衡含水率 材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时的含水率 称为平衡含水率 三 材料的耐水性材料长期在水作用下不破坏 且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表示 可按下式计算 耐水性材料要求软化系数大于0 85fb 吸水饱和状态下的抗压强度fd 吸水饱和状态下的抗压强度 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 85 四 抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为材料的抗渗性 不透水性 渗透系数 抗渗等级抗渗等级指材料在标准试验方法下进行透水试验 以试件在透水前所能承受的最大水压力 0 1MPa为单位 来确定的 如W6 W8表示材料能承受0 6 0 8 Pa的水压而不渗水 影响抗渗性的主要因素 1 亲水性 2 孔隙率 3 孔隙特征 五 抗冻性材料在吸水饱和状态下 能经受多次冻融循环作用而不破坏 同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下 抵抗冻融循环作用的能力 抗冻等级将材料吸水饱和后 按规定方法进行 20 20 度冻融循环试验 以质量损失不超过5 强度下降不超过25 时 所能经受的最大冻融循环次数来确定 用符号 F 和最大冻融循环次数表示 如F25 F50 F100 影响材料抗冻性的因素 1 孔隙率 孔隙特征 2 材料的强度 韧性 3 材料的软化系数 4 冻结条件 冻结温度 冻结速度 冻融循环作用的频繁程度 五 材料与热有关的性质 一 导热性材料传导热量的能力称为导热性 其大小用导热系数 表示 Q a A T2 T1 t式中 导热系数 W m K Q 传导的热量 J A 平壁面积 m2 a 材料的厚度 m t 传热时间 s T2 T1 材料两侧温差 K 影响导热系数的因素 1 无机材料的导热系数大于有机材料2 晶体的导热系数大于无定形体的导热系数3 材料的孔隙率愈大 即空气愈多 导热系数愈小 4 材料的含水率增加 导热系数也增加5 大多数材料的导热系数随温度和湿度升高而增加 二 热容量与比热容材料加热时吸收热量 冷却时放出热量的性质 称为热容量 大小用比热表示公式Q cm T2 T1 式中Q 材料吸收或放出的热量 J c 材料的比热容 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 三 材料的温度变形性材料的温度变形性是指温度升高或降低时体积变化的性质 线膨胀系数 几种材料的比热和导热系数及线膨胀系数 第二节材料的力学性质 材料的力学性质指材料在外力作用下的变形性质和抵抗破坏的能力 1 材料的强度 比强度 理论强度和强度等级2 弹塑性变形3 脆性与韧性4 硬度与耐磨性 一 材料的强度 一 材料强度材料在外力作用下抵抗破坏的能力 称为材料的强度 以外力破坏时单位面积上所承受的外力 拉力 压力 剪力等 表示 1 材料的抗拉 抗压和抗剪强度 2 影响材料强度的外界因素 1 试件的形状相同底面积的试件 高度越大 强度值越小 2 试件尺寸 强度测定值逐渐减小 大于 3 加荷速度加荷速度越快 测定的强度值越大 4 试验环境的温湿度 二 材料的强度等级 按强度值的高低划分为若干等级 即材料的强度等级 脆性材料按抗压强度划分 如岩石 砖和混凝土等 钢材按抗拉屈服强度划分 石材按极限抗压强度分9个等级 MU10 MU100 烧结普通砖按抗压强度分5个等级 MU10 MU30 普通混凝土按抗压强度分12个等级 C7 5 C60 碳素结构钢按抗拉屈服强度分5个牌号 Q195 Q275 三 比强度材料的强度与其表观密度比值 是衡量材料轻质高强性能的重要指标 1 弹性及弹性变形材料在外力作用下产生变形 当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性 材料的这种可恢复的变形称为弹性变形 弹性变形是可逆变形 二 弹塑性变形 弹性变形的大小与外力成正比 比例系数称为材料的弹性模量 为常数 其值为应力 与应变 之比 即弹性模量E是衡量材料抵抗变形能力的一个指标 值愈大 材料愈不易变形 材料的刚度愈好 2 塑性及塑性变形材料在外力作用下产生变形 当外力去除后 有一部分变形不能恢复 这种性质称为材料的塑性 这种不能恢复的变形称为塑性变形 塑性变形为不可逆变形 塑性阶段 应力与应变不成正比 3 弹塑性材料的变形特征 1 脆性材料在外力作用下 当外力达一定值时 材料发生突然破坏 且破坏时无明显的塑性变形 这种性质称为脆性 具有这种性质的材料称脆性材料 三 脆性和韧性 2 脆性材料特性 1 抗压强度大于抗拉强度 2 破坏时应变小 3 承受冲击和震动能力差 4 宜做承压构件 如砖 石材 混凝土等 3 韧性材料在冲击或震动荷载作用下能承受较大变形不致破坏的性质 韧性材料的变形能力大 且抗拉强度几乎与抗压强度相等 如低碳钢 低合金钢等属于韧性材料 1 硬度硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力 莫氏硬度 HM 采用刻划法 并与十个硬度标准比较 确定硬度 滑石 1 金刚石 10 四 硬度与耐磨性 布氏硬度 HB 采用压入法 用压痕单位面积上所受的压力表示 肖氏硬度 HS 采用回弹法 用重锤的回弹高度作硬度的相对值 2 耐磨性材料表面抵抗磨损和磨耗的能力叫做材料的耐磨性 第三节材料的耐久性TheDurabilityofMaterials 耐久性是材料在长期使用过程中 抵抗自身及环境因素长期破坏作用 保持原有性能而不变质 不破坏的能力 耐久性是一个综合性概念 针对