第一章给排水工程材料的基本性质ppt课件

1、第一节第一节 材料的物理性质材料的物理性质一、一、 材料的体积构成及含水状态材料的体积构成及含水状态 1 1、材料的体积构成、材料的体积构成 (1) (1)块状材料块状材料 V0=V+V V0=V+V孔孔 孔隙按照特征分为开口孔隙和闭口孔孔隙按照特征分为开口孔隙和闭口孔隙隙 (2) (2)散粒材料散粒材料 2 2、材料的含水状态、材料的含水状态干燥状态、气干状态、饱和面干状态、润湿状干燥状态、气干状态、饱和面干状态、润湿状态态 0V =V+V +V孔孔空空二、二、 材料的密度、表观密度、体积密度与堆积材料的密度、表观密度、体积密度与堆积密度密度 密度是指物质单位体积的质量。密度是指物质单位体积

2、的质量。 1 1、实际密度、实际密度 材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。质量。Vm式中：式中： 实际密度实际密度g/cm3） m 材料的质量材料的质量g） V 材料在绝对密实状态下的体积材料在绝对密实状态下的体积cm3 ）、表观密度、表观密度 式中式中 0材料的表观密度材料的表观密度g/cm3或或 kg/m3 ） m 材料的质量材料的质量g或或 kg) V0材料在自然状态下的体积，或称表观体积材料在自然状态下的体积，或称表观体积 （cm3或或 m3 ）, 包含内部空隙在内的体积包含内部空隙在内的体积00Vm单位体积含材料实体及闭口空隙材料的干重单

3、位体积含材料实体及闭口空隙材料的干重3、体积密度、体积密度 式中式中 0材料的体积密度材料的体积密度g/cm3或或 kg/m3 ） m 材料的质量材料的质量g或或 kg) V材料在自然状态下的体积，材料在自然状态下的体积， 包含内部空包含内部空隙和外部空隙在内的体积隙和外部空隙在内的体积材料在自然状态下单位体积的质量，俗称容重材料在自然状态下单位体积的质量，俗称容重mV4、堆积密度、堆积密度 式中式中 1 散粒材料的堆积密度散粒材料的堆积密度g/cm3或或 kg/m3 ） m 散粒材料的质量散粒材料的质量g或或 kg） V1材料在自然状态下的堆积体积材料在自然状态下的堆积体积cm3或或 m3

4、）思索：实际密度、表观密度、体积密度和堆积密度之间思索：实际密度、表观密度、体积密度和堆积密度之间的大小关系如何？的大小关系如何？计算计算材料材料的堆的堆放空放空间间散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。可用下式表示积密度。可用下式表示11mV三、材料的孔隙率和空隙率三、材料的孔隙率和空隙率 1 1、孔隙率和密实度、孔隙率和密实度 孔隙率：材料内部孔隙的体积占材料总体积孔隙率：材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，称为材料的孔隙率的百分率，称为材料的孔隙率P P）。可用下式）。可用下式表示：表示： 密实度：材料的固体物质部分的体积占总

5、体密实度：材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所充填积的比例，说明材料体积内被固体物质所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：算： 100%(1) 100%VVPV100%100%VDV2、材料的空隙率与填充率、材料的空隙率与填充率空隙率空隙率 ：散颗材料如砂、石子堆积体积：散颗材料如砂、石子堆积体积V1 ）中，颗粒间空隙体积开口孔隙与间隙之和所占的中，颗粒间空隙体积开口孔隙与间隙之和所占的百分率称为空隙率百分率称为空隙率P）填充率：散粒材料在自然堆积状态下，其中的颗粒体填充率：散粒材料在自然堆积状态下，其中的颗粒体

6、积占自然堆积状态下的体积的百分率积占自然堆积状态下的体积的百分率D）10110100%(1) 100%VVPV11100%100%VDV1.亲水性与憎水性亲水性与憎水性（1概念概念亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖、混凝亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖、混凝土等。土等。材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水分子之间的亲合力大于水分子之间的内料与水分子之间的亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触，材料与水分子之聚力所致。当材料与水接触，材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时，材料间的亲合力小于水分子之间的内聚力时，材料则表现为

7、憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。则表现为憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触点，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角面的夹角，称为润湿角，称为润湿角 。SSLLSSLL（a）（b）（2） 润湿角润湿角材料被水湿润的情况可用润湿角材料被水湿润的情况可用润湿角来表示。来表示。SSLLSSLL（a）（b）SSLLSSLL（ a）（ b）（3亲水性材料与憎水性材料亲水性材料与憎水性材料角愈小，表明材料愈易被水润湿。角愈小，表明材料愈易被水润湿。当当90时，材料

8、表面吸附水，材料能被水润湿而表时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称亲水性材料。现出亲水性，这种材料称亲水性材料。90时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。当当=0时，表明材料完全被水润湿。时，表明材料完全被水润湿。2、材料的吸水性与吸湿性、材料的吸水性与吸湿性%100ggbmmmmW式中式中 Wm材料的质量吸水率（）；材料的质量吸水率（）； mb材料在吸水饱和状态下的质量材料在吸水饱和状态下的质量g）；）； mg材料在干燥状态下的质量材料在干燥状态下的质量g）（1吸水性吸水性 材料在水中能吸收水分的性质称吸水性。材料的吸水性用吸材料

9、在水中能吸收水分的性质称吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。水率表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。 质量吸水率质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材料干燥质量的百分率，用下式计算：材料干燥质量的百分率，用下式计算：式中式中 Wv材料的体积吸水率（）；材料的体积吸水率（）； V干燥材料在自然状态下的体积干燥材料在自然状态下的体积 w水的密度水的密度g/cm3）体积吸水率：材料在吸水饱和时，其内部所吸水体积吸水率：材料在吸水饱和时，其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的百分

10、率。分的体积占干燥材料自然体积的百分率。1100%bgvgwmmWV材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。花岗岩的吸水率：花岗岩的吸水率：0.5%0.7%；混凝土的吸水率：混凝土的吸水率：2%3%；粘土砖的吸水率：粘土砖的吸水率：8%20%；木材的吸水率：可达到木材的吸水率：可达到100%。花花岗岗岩岩式中式中 W材料的含水率（）材料的含水率（） m1 材料含水时的质量）材料含水时的质量） m0 材料干燥至恒重时的质量）材料干燥至恒重时的质量） 材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。材料的吸湿性随空气的湿度

11、和环境温度的变化而改变。 （2吸湿性吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。材料的吸湿性用含水率表示。材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。100100%mmWm 某立方体岩石试件，外形尺寸为某立方体岩石试件，外形尺寸为50mm50mm50mm，测，测得其在绝干、自然状态及吸水饱和状态下的质量分别为得其在绝干、自然状态及吸水饱和状态下的质量分别为325g

12、，325.3g，326.1g，并测得该岩石的密度为，并测得该岩石的密度为2.68g/cm3。试求该岩石。试求该岩石的体积吸水率、质量含水率、绝干表观密度、孔隙率。的体积吸水率、质量含水率、绝干表观密度、孔隙率。 解：V0555125cm3m含325.3gm干325gm饱326.1gw1g/cm3%88. 01251 . 1%10010水干干VmmVVW饱水体300g/cm6 . 2125325Vm2.98%2.682.6-1%100)1 (%100000VVVP%092.0325/3 .0%100干干含含mmmW例题例题1解：因解：因m干干=482g,m饱饱=487g，V=630-452=17

13、8cm3 岩石试件经完全干燥后，其质量为岩石试件经完全干燥后，其质量为482g，将放入盛有水，将放入盛有水的量筒中，经一定时间岩石吸水饱和后，量筒的水面由原来的量筒中，经一定时间岩石吸水饱和后，量筒的水面由原来的的452cm3上升至上升至630cm3。取出岩石，擦干表面水分后称得。取出岩石，擦干表面水分后称得质量为质量为487g。试求该岩石的密度及质量吸水率？。试求该岩石的密度及质量吸水率？(假设岩石内假设岩石内无封闭空隙无封闭空隙)3g/cm71. 2178482Vm干%1482482487干干饱mmmmW 例题例题23、材料的耐水性、材料的耐水性式中式中: kR 材料的软化系数；材料的软化

14、系数； fb材料在饱水状态下的抗压强度材料在饱水状态下的抗压强度MPa）；）； fg材料在干燥状态下的抗压强度材料在干燥状态下的抗压强度MPa）。）。gbRffk 材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。性质称为耐水性。关于耐水性不正确的关于耐水性不正确的 。 A、材料的耐水性用软化系数表示、材料的耐水性用软化系数表示 B、材料的软化系数在、材料的软化系数在01之间波动之间波动 C、软化系数大于、软化系数大于0.85的材料称为耐水材料。的材料称为耐水材料。 D、软化系数小于、软化系数小于0.85的材料称为耐水材料。的材料称为耐水材

15、料。 E、软化系数越大，材料吸水饱和后强度降低越多，、软化系数越大，材料吸水饱和后强度降低越多，耐水性越差耐水性越差 答案：答案：DE例题例题93.0178165gbRffK由于该石材的软化系数为由于该石材的软化系数为0.93，大于，大于0.85，故该，故该石材可用于水下工程。石材可用于水下工程。 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为度分别为174、178、165 MPa，求该石材的软化系，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。数，并判断该石材可否用于水下工程。 该石材的软化系数为该石材的软化系数为:4、材料的抗渗性、材料

16、的抗渗性AtHQdks材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件、在标准抗渗等级是以规定的试件、在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确试验方法下所能承受的最大水压力来确定，以符号定，以符号PnPn表示，其中表示，其中n n为该材料所能为该材料所能承受的最大水压力的十倍的承受的最大水压力的十倍的MPaMPa数。数。混凝土的抗渗等级划分为混凝土的抗渗等级划分为P4、P6、P8、P10、P12等五个等等五个等级。相应表示混凝土抗渗试验时一组级。相应表示混凝土抗

17、渗试验时一组6个试件中个试件中4个试件未个试件未出现渗水时的最大水压力。出现渗水时的最大水压力。 材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。坏，也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。5、材料的抗冻性、材料的抗冻性v 材料的抗冻性用抗冻等级表示。材料的抗冻性用抗冻等级表示。v 抗冻等级：以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降抗冻等级：以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数

18、。次数。v 材料的抗冻等级可分为材料的抗冻等级可分为15、25、50、100、200等，等，分别表示此材料可承受分别表示此材料可承受15次、次、25次、次、50次、次、100次、次、200次的冻次的冻融循环。融循环。如混凝土抗冻等级如混凝土抗冻等级15是指所能承受的最大冻融次数是是指所能承受的最大冻融次数是15次次(在在-15的温度冻结后，再在的温度冻结后，再在20 的水中融化，为一次冻融循环的水中融化，为一次冻融循环)，这，这时强度损失率不超过时强度损失率不超过25，质量损失不超过，质量损失不超过5。 混凝土抗冻等级混凝土抗冻等级F15号中的号中的15是指是指( )。 A承受冻融的最大次数为

19、承受冻融的最大次数为15次次 B冻结后在冻结后在15 的水中融化的水中融化 C最大冻融次数后强度损失率不超过最大冻融次数后强度损失率不超过15 D最大冻融次数后质量损失率不超过最大冻融次数后质量损失率不超过15 材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的能力称为材料的材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的能力称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低热容量。单位质量材料温度升高或降低1所吸收或放出的热所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热。量称为热容量系数或比热。)(12ttmQC五、材料的热工性质1、热容量和比热、热容量和比热2、导热性、导热性 当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材当材

20、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，称为材料的导热性。料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。)(12ttFZQd导热系数，（导热系数，（）；）；传导的热量，传导的热量，材料厚度，；材料厚度，；热传导面积，热传导面积，m2热传导时间，热传导时间，h；（t2-t1）材料两面温度差，材料两面温度差，K小于小于0.23 几种典型材料的热工性质指标几种典型材料的热工性质指标材料材料导热系数（导热系数（w（mK）比热（比热（J（kgK）钢钢580.48花岗岩花岗岩3.490.92普通混凝土普通混凝土1.510.84烧结普通砖烧结普通砖0.800.88松木（横纹）松木（横纹）0.

21、17 0.352.72泡沫塑料泡沫塑料0.031.30冰冰2.202.05水水0.584.18静止空气静止空气0.0231.00 影响导热系数的因素影响导热系数的因素材料的孔隙率愈大材料的孔隙率愈大, ,即空气愈多即空气愈多, ,导热系数愈小导热系数愈小导热系数与孔隙形态特征的关系导热系数与孔隙形态特征的关系, ,认为有微细而封认为有微细而封闭孔隙组成的材料闭孔隙组成的材料, ,导热系数小导热系数小, ,反之大；反之大；材料的含水率增加材料的含水率增加, ,导热系数也增加。导热系数也增加。3、耐燃性、耐燃性 材料对火焰和高温的抵抗能力称为材料的耐燃性材料对火焰和高温的抵抗能力称为材料的耐燃性（

22、1非燃烧材料非燃烧材料在空气中受到火烧或高温高热作用不起火、不碳化、不在空气中受到火烧或高温高热作用不起火、不碳化、不微燃的材料称为非燃烧材料微燃的材料称为非燃烧材料（2难燃材料难燃材料在空气中受到火烧或高温高热作用难起火、难碳化、难在空气中受到火烧或高温高热作用难起火、难碳化、难微燃，当火源移走后，已有的燃烧或微燃立即停止的材微燃，当火源移走后，已有的燃烧或微燃立即停止的材料称为难燃材料料称为难燃材料（3可燃材料可燃材料在空气中受到火烧或高温高热作用立即起火或微燃，且在空气中受到火烧或高温高热作用立即起火或微燃，且火源移走之后仍然继续燃烧的材料称为可燃材料火源移走之后仍然继续燃烧的材料称为可

23、燃材料一、材料的强度一、材料的强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度根据外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉根据外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等，均以材料受外力破坏强度、抗弯强度及抗剪强度等，均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来表示。时单位面积上所承受的力的大小来表示。材料的力学性质系指材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。材料的力学性质系指材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。材料的强度分类及受外力作用示意图材料的强度分类及受外力作用示意图强度类别强度类别受力作用

24、示意图受力作用示意图强度计算式强度计算式附注附注抗压强度抗压强度fc(MPa) F破坏荷载破坏荷载(N);A受荷面积受荷面积(mm2);l跨度跨度(mm);b断面宽度断面宽度(mm);h断面高度断面高度(mm)抗拉强度抗拉强度ft(MPa)抗剪强度抗剪强度fv(MPa)抗弯强度抗弯强度ftm(MPa)AFftAFfcAFfv223bhFlftm二、材料的比强度TGF材料材料表观密度（表观密度（g/cm3）强度（强度（MPa）比强度比强度低碳钢低碳钢78504200.054普通混凝土（抗压）普通混凝土（抗压）2400400.017松木（顺纹、抗拉）松木（顺纹、抗拉）5001000.200玻璃钢玻

25、璃钢20004500.225烧结普通砖（抗压）烧结普通砖（抗压）1700100.006比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料强度与比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料强度与其表观密度之比。其表观密度之比。三、材料的弹性与塑性弹性：外力弹性：外力变形变形卸外力卸外力变形完全恢复变形完全恢复塑性：外力塑性：外力变形变形卸外力卸外力变形不完全恢复变形不完全恢复E 四、材料的脆性与韧性四、材料的脆性与韧性脆性：材料在外力作用下至破坏前无明显塑性变形脆性：材料在外力作用下至破坏前无明显塑性变形而突然破坏的性质。脆性材料抗拉能力差，但抗压强而突然破坏的性质。脆性材料抗拉能力差，但抗压强度

26、高。如砖、混凝土、玻璃等。度高。如砖、混凝土、玻璃等。韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能承受很大韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能承受很大变形也不致破坏的性能。如钢材、木材等。变形也不致破坏的性能。如钢材、木材等。五、硬度和耐磨性五、硬度和耐磨性1、硬度、硬度 材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法、回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法、回弹法和压入法测定材料的硬度。 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；回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强

27、度；也用于测定陶瓷、砖、砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度也用于测定陶瓷、砖、砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。并间接推算其强度。2、耐磨性、耐磨性 AmmG21 G-材料的磨耗率，材料的磨耗率， （g/cm2）m1 -材料磨损前的质量，（材料磨损前的质量，（g）m2-材料磨损后的质量，（材料磨损后的质量，（g）A-材料试件的受磨面积材料试件的受磨面积 （cm2）耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：耗率表示，计算公式如下：第三节第三节 材料的耐久性与环境协调性材料的耐久性与环境协调性一、材料的

28、耐久性一、材料的耐久性1、概念、概念 材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的性质。久地保持其使用性能的性质。 2、环境影响因素、环境影响因素（1物理作用物理作用 使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。（2化学作用化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐包括大气、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。等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。（3机械作用机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。疲劳，冲击、磨损、磨耗等。（4生物作用生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏而破坏二、材料的环境协调性二、材料的环境协调性请你结合实际谈谈材料环境协调性的重要性请你结合实际谈谈材料环境协调性的重要性第四节第四节 材料的组成、构造、构造及其对性能的影响材料的组成、构造、构造及其对性能的影响一、材料的组成及其对性能的影响一、材料的组成及其对性能的影响1、概念、概念 材料的组成