第一章-材料基本属性要点.ppt

学习材料性质的原因,建筑材料在使用过程中，承受着各种不同的作用，因而要求具有相应的不同性质。例如1：受力结构的材料必需具有良好的力学性能；2、防水材料必须具有抗渗防水能力；3、墙体材料必须具有隔热保温、吸声隔音性能；4、北方水工建筑物，许多材料必须具有良好的抗渗性和抗冻性；5、材料必须经受住风吹日晒等，因此必须具有良好的耐久性。因此，学习材料的性质对我们了解材料的性能，正确选择、使用、材料有着很好的理论基础。,物理性质：密度、表观密度、堆积密度；孔隙率和空隙率;力学性质：材料的强度、强度等级、比强度、弹性和塑性、脆性与韧性；材料与水有关的性质：吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性；材料的热工性能：比热、导热性、热变形性、耐燃性；材料的耐久性能；材料的组成结构、构造与材料性质的关系。教学重点、难点：材料的物理、力学性质,第二章建筑材料的基本性质,教学目的与要求：,2.1材料组成、结构及构造对性质的影响,2.1.1材料的组成材料的组成包括化学组成和矿物组成；1、化学组成：（1）定义：化学组成是指构成材料的化学成分。（2）表示方法：金属材料-以化学元素含量百分数表示无机非金属材料-以元素的氧化物含量表示有机高分子材料-以低分子化合物表示,2、矿物组成（1）定义：组成材料的矿物种类。（2）性质：相同的化学成分组成的材料，不同矿物的矿物成分，材料的性质也是不同的。例如：花岗岩、石灰岩,2.1材料组成、结构及构造对性质的影响,2.1.2材料的结构和构造,1、宏观结构（1）定义：用肉眼能看到的结构。（2）分类及特征：致密结构多孔结构纤维结构层状结构散粒结构,2、亚微观结构（1）定义：是指用光学显微镜可以观察到的材料内部结构，一般可分辨范围110-3mm。（2）注意事项：材料内部各组成的性质影响整体性质。,3、微观结构（1）定义：是指用电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪观察原子、分子的排列方式和结合方式。一般可分辨范围可达“埃”。（2）分类：A）晶体是由离子、原子或分子等质点在空间按一定方式重复排列而成的固体，有特定的外形、有规则排列。,a）原子晶体是由中性原子以共价键构成的晶体。b）离子晶体由正、负离子以离子键构成的晶体c）金属晶体由金属阳离子组成晶格，自由电子运动其间，阳离子和自由电子形成的库伦引力的晶体。d）分子晶体以分子键（范德华力）构成的晶体。,B）玻璃体凝固时没有结晶放热过程，在内部蓄积着大量内能，是一种不稳定结构。化学性质不稳定，但具有较高的化学活性，易与其他物质反应；无固定的熔点和几何外形；导热性和导电性差。,C）胶体粒径为10-6-10-4mm的颗粒在介质中形成的分散体系。,2.2材料的物理性质,1、密度:（1）定义：指的是材料在绝对密实状态下，单位体积的干质量。计算公式为：,2.2.1密度、表观密度和堆积密度,关于密度计算中的体积问题,注意：材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的密实体积1、对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很容易测定；2、但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下材料是含有一些孔隙的。,有孔隙材料的体积测定方法：一般采用李氏瓶测定有孔材料的实体体积？思考题：如何测量有孔隙材料的密度？,关于密度计算中的体积问题,*测量有孔隙材料密度的方法与步骤：,2、表观密度,（1）定义：指的是材料在自然状态下，单位体积的干质量。,*自然状态下的体积Vo=密实状态下的体积V+孔隙体积V孔,思考题：比较密度和表观密度的大小？,？思考题：如何测定材料的表观密度？,取材料样品,烘干,烘箱1050C1100C,冷却到室温,干燥器,称量质量m,天平,1、测定材料的干质量m:,2、测定材料的自然体积Vo-分两种情况：,（1）对于形状规则的材料，如砖、石块等：用游标卡尺可定材料的自然体积；对于六面体，测定长、宽、高；对于圆柱体，测定其直径和高；（2）对于形状不规则的材料，如卵石、碎石等，采用排液法确定其自然体积；,*排液法测定不规则材料自然体积V石：,3、堆积密度：（1）定义：指的是颗粒状或粉状材料在堆积状态下，单位体积的质量*计算公式为：,堆积密度（kg/m3)m材料在干燥状态下的质（kg）；材料在堆积状态下的体积（m3);,？思考题：如何测定砂和石子的堆积密度？,（1）首先采用前述方法测定其干质量m;（2）然后采用容量升来测定砂子、石子的堆积体积，方法如下：a）砂子采用1L、5L的容量升来测堆积体积；b）石子采用10L、20L、30L的容量升来测定其堆积体积；（3）利用公式计算堆积密度：,2.2.2材料的密实度和孔隙率,1、材料的密实度：,（1）定义：是指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体体积占总体积的比例。（2）表示方法：用D来表示。,2、孔隙率,（1）定义：是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。（2）表示方法：用P表示。孔隙可分为闭口孔和开口孔。,P=（V0-V）/V0*100%,=（1-V/V0）*100%,材料内部孔隙示意,密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。,一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越少,则：,其强度越高；,吸水越少；,抗渗性和抗冻性越好；,但是保温性差；导热性越好,（1）定义：空隙率是指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率。（2）表示方法：用P表示：,空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的致密程度；,思考：空隙率与孔隙率有什么区别？,2.2.3材料的空隙率,2.2.4材料与水有关的性质,1、材料的亲水性和憎水性（1）亲（憎）水性：材料在空气中与水接触时，能被水湿润的，称为亲水性，否则为憎水性；（2）亲（憎）水性材料：具有亲水性的材料称为亲水性材料，如木材、砖、混凝土、石等；反之为憎水性材料，如沥青，石蜡、塑料等；？思考：防水防潮材料应优先选用哪种材料？,2、材料的吸水性和吸湿性,（1）材料吸湿性及含水率定义：是指材料吸收空气中水分的性质。表示方法：用含水率表示。,含水率在工程中的应用,例如:拌制砼所用材料质量是指干质量。但现场的砂石都不同程度有水存在。因此在称量上应该考虑到砂石的含水情况。己知每拌制1m3混凝土需要干砂606Kg，测得施工现场的含水率砂为7%，则现场需要称取多少湿砂?,砂用量：S=S（1+Ws）=606(1+7%)=648Kg,知识延伸,平衡含水率：当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率,（2）吸水性与吸水率吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质。用吸水率表示，吸水率有两种表示方式。1）质量吸水率：,2）体积吸水率：,思考：材料的吸水性和吸湿性有什么区别？,3、耐水性,（1）定义：是指材料长期在水的作用下，其强度也没有显著下降的性质；（2）表示方法：一般用软化系数K表示：,4、抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质。,达西定律：水在材料中渗透速度与试样两端面间的水位差成正比，与材料的厚度成反比。,W=VtA,抗渗性的表示方法有两种:,1、渗透系数K土一般采用K越大，说明抗渗性越差。2、抗渗等级P砼和砂浆一般采用。等级越高，说明抗渗性越好。用P4、P6、P8、P10等表示。,5、抗冻性,（1）定义：指材料在含水饱和状态下能忍受多次冻融循环而不破坏,强度也不显著下降的性质。（2）表示方法：抗冻等级F表示。如F10，表示在标准试验条件下，材料强度下降不大于25，质量损失不大于5，所能经受的冻融循环次数最多为10次。（3）原因：结冰体积膨胀（4）影响因素：外因和内因。注意：质量和强度损失都不超过标准规定的范围,三、材料的热工性能（一）导热性当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质。用导热系数表示。,意义：材料的导热系数越小，其热传导能力越差，绝热性能越好。主要影响因素：1、材料的化学组成与结构2、孔隙率3、孔隙特征,（二）热容量和比热容,材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。用比热容表示。,材料比热容对保持室内温度稳定作用很大，比热容大的材料能在热流变化、采暖、空调不均衡时，缓和室内温度的波动；屋面材料也宜选用比热容大的材料。,第二节材料的力学性能,一、材料强度,（一）材料的强度,1、定义：材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力。2、原理：当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。,3、分类,P,P,P,材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：,式中：f材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPaP材料承受的最大荷载，A材料的受力面积，mm2,（二）强度等级,强度等级的定义：大多数建筑材料根据其极限强度的大小，把材料划分为若干不同的等级。材料强度等级划分的标准：a)脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级，如：混凝土、水泥、粘土砖等；例：混凝土的强度等级划分为14级：C15、C20等;b)韧性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级，如钢材等；如钢材分为Q195,215,235,255,275等,二、比强度,比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；比强度的意义：1、衡量材料轻质高强性能的一项重要指标；2、选用比强度高的材料或者提高材料的比强度，对大跨度、超高度建筑十分有利。,三、弹性和塑性,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称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。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称为塑性。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,材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击韧性。问题：脆性材料和塑性材料的主要区别是什么？,第三节材料的耐久性,定义：泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。,化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用包括使用荷载的持