材料的基本物理性质与力学性质

第1章建筑材料的基本性质内容：

材料的基本物理性质

材料的基本力学性质

材料的耐久性1.1材料的基本物理性质内容：

材料的状态参数材料的结构参数材料与水有关的性质材料的热工性质一、材料的状态参数1、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ρ－密度（g/cm3）m－材料的质量（g）V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）实际密度的测量: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。1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等量测几何体积－称重－代入公式2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材

磨成细粉－李氏比重瓶法测试密度测量仪器密度演示实验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ρo－表观密度（g/cm3或kg/m3）m－材料的质量（g或kg）Vo－材料在自然状态下的体积（cm3或m3）表观密度的测量:自然状态下的体积－是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材烘干－量测几何体积－称重－代入公式2）对形状不规则的材料：烘干－蜡封－浮力天平实验演示3、堆积密度（松散容重）－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：

式中ρ/o－堆积密度（g/cm3或kg/m3）m－材料的质量（g或kg）V/o－材料的堆积体积（cm3或m3）堆积密度的测量:堆积体积－是指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的体积。1）容器法：散粒材料装入容器－量测体积－称净重－代入公式2）自然堆积法：堆积成一定形状－量测几何体积－称重－代入公式砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积常用用材材料料的的状状态态参参数数见教教材材P9－－表表1－－1材料料的的状状态态参参数数的的体体积积对对比比4、、密密实实度度－指指材材料料体体积积内内被被固固体体物物质质所所充充实实的的程程度度。。反反映映材材料料的的致致密密程程度度。。公式式:影响响材材料料的的：：强强度度；吸水水性性耐久久性性；导热热性性5、、孔孔隙隙率率－指指材材料料体体积积内内，，孔孔隙隙体体积积与与总总体体积积之之比比。。直直接接反反映映材材料料的的致致密密程程度度。。公式式:孔隙隙率率与与密密实实度度的的关关系系:P+D=1孔结结构构－－孔孔隙隙率率＋＋孔孔径径尺尺寸寸＋＋开开口口形形状状影响响材材料料的的:强强度度、、吸吸水水性性、、耐耐久久性性、、导导热热性性材料料内内部部孔孔隙隙示示意意图图封闭孔连通孔孔隙隙对对材材料料性性能能的的影影响响孔隙隙率率与与强强度度的的关关系系见见右右图图：：随随着着孔孔隙隙率率减减小小，，表表观观密密度度提提高高，，吸吸水水率率降降低低，，强强度度和和耐耐久久性性提提高高。。吸水率强度耐久性表观密度孔隙率6、、填填充充率率－指指散散粒粒材材料料在在某某容容器器的的堆堆积积体体积积中中，，被被其其颗颗粒粒填填充充的的程程度度。。反映映散散粒粒材材料料堆堆积积的的致致密密程程度度。。公式式:007、、空空隙隙率率－散散粒粒材材料料在在某某容容器器的的堆堆积积体体积积中中，，颗颗粒粒之之间间的的空空隙隙体体积积占占总总体体积积的的比比率率。。公式式:空隙隙率率与与填填充充率率的的关关系系P/+D/=1二、材材料料与与水水有有关关的的性性质质1、、亲亲水水性性与与憎憎水水性性亲水水性性材材料料θθ≤≤90°°憎水水性性材材料料θθ＞＞90°°材料料在在空空气气中中与与水水接接触触时时，，根根据据其其是是否否能能被被水水润润湿湿，，将将材材料料分分为为亲亲水水性性和和憎憎水水性性两两大大类类。。常常用用润湿湿角角θθ表示示。。润湿湿角角θθ润湿湿角角示示意意图图演示示实实验验2、、吸吸水水性性－材材料料在在浸浸水水情情况况下下吸吸入入水水分分的的能能力力。。用用吸水水率率表示示。。公式式:式中中W质－材材料料的的质质量量吸吸水水率率（（％％））m湿－材材料料吸吸水水饱饱和和后后的的质质量量（（g））m干－材材料料烘烘干干到到恒恒重重的的质质量量（（g））影响响吸吸水水率率大大小小的的因因素素：：材料料的的本本性性－－亲亲水水性性或或憎憎水水性性材材料料材料料的的孔孔结结构构－－孔孔径径大大小小、、开开口口与与否否、、孔孔隙隙率率大大小小等等吸水水性性对对材材料料的的影影响响：：导热热性性增增大大、、热热阻阻降降低低－－对对围围护护结结构构材材料料不不利利强度度降降低低、、体体积积膨膨胀胀3、、吸吸湿湿性性－材材料料在在空空气气中中吸吸收收空空气气中中水水分分的的性性质质。。用用含水水率率表示示。。公式式:式中中W含－材材料料的的质质量量含含水水率率（（％％））m湿－材材料料含含水水时时的的质质量量（（g））m干－材材料料烘烘干干到到恒恒重重的的质质量量（（g））影响响含含水水率率大大小小的的因因素素：：材料料的的本本性性－－亲亲水水性性或或憎憎水水性性材材料料环境境温温度度、、湿湿度度－－气气温温越越低低、、相相对对湿湿度度越越大大，，材材料料的的含含水水率率越越高高吸水水性性对对材材料料的的影影响响：：导热热性性增增大大、、热热阻阻降降低低－－对对围围护护结结构构材材料料不不利利体积膨胀胀－对木木结构和和木制品品不利4、耐水水性－材料长长期在饱饱水作用用下不破破坏，其其强度也也不显著著降低的的性质。。用软化系数数表示。公式:式中K软－材料的的软化系系数（K软＝0～1）f饱－材料在在饱水状状态下的的抗压强强度（MPa））f干－材料在在干燥状状态下的的抗压强强度（MPa））材料软化化系数的的要求软化系数数越小，，说明材材料吸水水饱和后后的强度度降低越越多，其其耐水性性越差。。对经常处处于水中中或受潮潮严重的的重要结结构物（（如地下下构筑物物、基础础、水工工结构））的材料料，其K软≥0.85；受潮较轻轻的或次次要结构构物的材材料，其其K软≥0.85；K软≥0.85的材材料，一一般称为为耐水的的材料。。5、抗渗渗性－材料抵抵抗有压压介质（（水、油油、气））渗透的的性质称称抗渗性性。用渗透系数数K表示。依达西定律律:式中K－－材料的的渗透系系数（ml/cm2.s）W－透过过材料试试件的水水量（ml）t－透水水时间（（s）A－透水水面积（（cm2）H－净水水压力（（cm））d－试件件的厚度度（cm）抗渗实实验验抗渗等级级对于混凝凝土和砂砂浆，抗抗渗性常常用抗渗渗等级(Pn)表示：：地下建筑筑（地铁铁、人防防建筑、、地下室室）、水水工结构、、防水材材料等均均要求较较高的抗抗渗性。。渗透系数数越大，，材料的的抗渗性性越差。。影响材料料抗渗性性的因素素：孔隙隙率、孔孔隙特征征如P2,P4,P6,P8等，分别别表示可可抵抗0.2MPa,0.4MPa,0.6MPa,0.8MPa的水压力力不渗透透6、抗冻冻性－材料在在吸水饱饱和的状状态下，，能经受受多次冻冻结和融融化作用用而不破破坏，同同时也不不严重降降低强度度的性质质称为抗抗冻性。。用抗冻标标号Fn表示。即：F10;F15;F25;F50;F100;F150;F200;F250;F300数值为抵抵抗冻融融循环次数数。对孔壁产产生的压压力可达达100MPa冻融破坏坏的原因因材料有孔孔且孔隙隙含水水→冰体积膨膨胀9％％，结冰压压力高达达100MPa结冰压力力超过材材料的抗抗拉强度度时，材材料开裂裂裂缝的增增加也进进一步增增加了材材料的饱饱水程度度饱水程度度的增加加进一步步加剧了了冻融破破坏反复多次次－进一一步加剧剧－最终终材料崩崩溃严寒地区区道路、、桥梁、、水坝、、堤防、、海上钻钻井平台台、跨海海大桥等等均需考考虑冻融融破坏冻融破坏坏的桥梁梁海上钻井井平台大贝尔特特海峡工工程（Denmark丹麦麦））HighwayBridgeinServiceof20Years使用20年的高高速公路路桥梁四、材料料的热工工性质1、导热热性－材料传传导热量量的能力力称为导导热性。。其大小小用热导率（（λ）表示。公式:式中λλ－－热导率率（W/m.K）热热阻阻R=1/λQ－传导导的热量量（J））A－热传传导面积积（m2）δ－材料料的厚度度（m））t－热传传导时间间（s））(T2-T1)－材料料两侧温温差（K）材料的热导率越越小，绝绝热性能能越好。影响热导导率的因因素：材料内部部的孔隙隙构造－－密闭的的空气使使λ降低材料的含含水情况况－含水水、结冰冰使λ增增大常见热导导率参数数：泡沫塑料料λ＝＝0.035水λ＝0.58大理石λλ＝＝3.5冰λλ＝＝2.2钢材λλ＝＝58空气λλ＝0.023混凝土λλ＝＝1.51松木木λλ＝＝1.17～～0.352、、热热容容量量－材材料料加加热热时时吸吸收收热热量量，，冷冷却却时时放放出出热热量量的的性性质质，，称称为为热热容容量量。。大小小用用比比热热容容（（比热热）表表示示公式式Q=Cm(T2－T1)式中中Q－－材材料料吸吸收收或或放放出出的的热热量量（（J））C－－材材料料的的比比热热(J/g.K)m－－材材料料的的质质量量（（g））(T2－T1)－－材材料料受受热热或或冷冷却却前前后后的的温温差差（（K)比热热的的建建筑筑物物理理意意义义材料料的的比比热热对对保保持持建建筑筑物物内内部部温温度度稳稳定定有有很很大大关关系系，，比比热热大大的的材材料料，，能能在在热热流流变变动动或或采采暖暖设设备备供供热热不不匀匀时时，，缓缓和和室室内内温温度度的的波波动动。。常见见材材料料的的比比热热（（单单位位J/g.K））钢材材c=0.48空空气气c=1.00木材材c=2.72水水c=4.18材料料的的热热工工要要求求保温温－－防防止止室室内内热热量量的的散散失失隔热－防止止外部热量量的进入－统称为绝热为构筑舒适适的室内空空间，对材材料要求热阻（R＝＝1/λ））要大，即即热导率要小小,比热热要大1.2材材料的基基本力学性性质主要内容：材料的强度度、比强度度材料的弹性性与塑性材料的脆性性与韧性材料的硬度度与耐磨性性一、材料的的强度、比比强度强度－材料料在外力（（荷载）作作用下抵抗抗破坏的能能力称为强强度。依受力形式式有：抗拉拉强度抗压强度抗弯强强度抗剪强强度等等不同材材料的的承载载特点点是不不同的的：混凝土土、石石材、、砖－－抗压压强度度高钢材、、各类类纤维维－抗抗拉强强度高高强度分分类及及公式式演示示强度等等级建筑材材料常常根据据极限限强度度的大大小，，划分分为不不同的的强度度等级级或标标号。如混凝凝土按按抗压压强度度划分分为C7.5～C80水泥按按抗压压和抗抗拉强强度划划分为为32.5#~62.5#砂浆按按抗压压强度度划分分为M2.5～～M20六六个等等级热轧钢钢筋按按屈服服强度度划分分Ⅰ、、Ⅱ、、Ⅲ、、Ⅳ级级比强度度比强度度－材材料的的强度度与其其表观观密度度的比比值（（fc/ρo）。用用于评评价材材料轻轻质高高强几种材材料的的强度度比较较材料表观密度ρ0(kg/m3)强度fc(MPa)比强度（fc/ρo）低碳钢78604150.053松木50034.30.059混凝土2400600.025二、材材料的的弹性性与塑塑性弹性－－材料料在外外力的的作用用下产产生变变形，，当外外力取取消后后，材材料变变形即即可消消失并并能完完全恢恢复原原来形形状的的性质质。弹性模模量E=σ/ε塑性－－材料料在外外力的的作用用下产产生变变形，，当外外力取取消后后，仍仍保持持变形形后的的形状状和尺尺寸，，并且且不产产生裂裂缝的的性质质。实际的的材料料并不不存在在理想想的弹弹性变变形和和塑性性变形形。ba变形荷载0Aab—弹性变变形弹塑性性材料料的变变形曲曲线ob—塑性变变形低碳钢钢的应应力应应变(σ～～ε)曲线线低碳钢钢拉伸伸实验验演示示混凝土土的σσ～εε曲线线三、材材料的的脆性性与韧韧性脆性－－在外外力作作用下下，当当外力力达到到一定定限度度后，，材料料突然然破坏坏而又又无明明显的的塑性性变形形的性性质。。脆性材材料（（如混混凝土土、玻玻璃、、石材材）抵抗冲冲击或或震动动荷载载的能能力很很差。韧性－－在冲冲击、、震动动荷载载的作作用下下，材材料承承受很很大的的变形形也不不致破破坏的的性能能称为为韧性性。如如钢材材、木木材、、纤维维等。。桥梁、、牛腿腿柱、、电梯梯井、、高层层建筑筑等。四、材材料的的硬度度与耐耐磨性性1、硬度度硬度－－是材材料表表面能