材料的基本性质课件

材料的基本性質

一、材料與品質有關的性質材料的體積構成體積是材料佔有的空間尺寸。由於材料具有不同的物理狀態，因而表現出不同的體積。絕對密實體積乾燥材料在絕對密實狀態下的體積。即材料內部固體物質的體積，或不包括內部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示。一般將材料磨成規定細度的粉末，用排開液體的方法得到其體積。表觀體積對於比較密實、孔隙較少的散粒狀材料，不必磨細，直接用排開液體的方法測定的體積。一般以表示。材料的自然體積材料在自然狀態下的體積，即整體材料的外觀體積（含內部孔隙和水分）。一般以V0

表示。形狀規則的材料可根據其尺寸計算其體積；形狀不規則的材料可先在材料表面塗臘，然後用排開液體的方法得到其體積。材料的堆積體積粉狀或粒狀材料，在堆積狀態下的總體外觀體積。鬆散堆積狀態下的體積較大，密實堆積狀態下的體積較小。一般以表示。（一）材料的密度1.實際密度指材料在絕對密實狀態下單位體積的品質，按下式計算：

式中：ρ——實際密度，g/cm3

或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

V——材料的绝对密实体积，cm3

或m3。2.表觀密度材料單位表觀體積的品質。按下式計算：式中：——體積密度，g/cm3

或kg/m3；

m——材料的品質，g或kg；

——材料的自然体积，cm3

或m3。（一）材料的密度（一）材料的密度

表觀體積是指包括內部封閉孔隙在內的體積。其封閉孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總品質或體積。因此，材料的表觀密度與其內部構成狀態及含水狀態有關。工程中砂石材料，直接用排水法測定其表觀體積（一）材料的密度砂表觀密度ρs的測定（kg/m3）式中：m0——砂試樣的烘乾品質，g；m0＝300g；

m1——砂試樣、水及容量瓶總品質，g;m2——水及容量瓶總品質，g。測定瓶+砂+水的品質m1測定瓶+水的品質m23.體積密度體積密度是指材料在自然狀態下單位體積的品質。按下式計算：

式中：ρ0——材料的體積密度,g/cm3

或kg/m3；

m

——材料的质量，g或kg；

V0——材料的自然体积，cm3

或m3。（一）材料的密度4.堆積密度堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態下單位體積的品質。按下式計算：

式中：ρ0——材料的堆積密度,g/cm3

或kg/m3；

m

——材料的质量，g或kg；

——材料的堆積體積，cm3

或m3。（一）材料的密度砂堆積密度的測定將容量筒內材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積（一）材料的密度幾種密度的比較比較專案實際密度表觀密度體積密度堆積密度材料狀態絕對密實近似絕對密實狀態自然狀態堆積狀態材料體積VV0計算公式應用判斷材料性質用量計算、體積計算（二）材料的密實度

密實度是指材料體積內固體物質填充的程度。密實度的計算式如下：

式中：ρ——密度；

ρ0——材料的表观密度。

对于绝对密实材料，因ρ0=ρ

，故密實度D=1或100%。對於大多數土木工程材料，因ρ0

＜ρ

，故密實度D

＜1或D

＜100%。材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率。孔隙率P按下式計算：式中：V——材料的絕對密實體積，cm3

或m3；

V0——材料的表观体积，cm3

或m3；

ρ0——材料的表观密度,g/cm3

或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3

或kg/m3。

（三）孔隙率（四）空隙率

空隙率是指散粒材料在其堆積體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例。空隙率按下式計算：

式中：ρ0——材料的體積密度；

——材料的堆積密度。空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的緻密程度。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算砂率的依據。

孔隙率與空隙率的區別比較專案孔隙率空隙率適用場合個體材料內部堆積材料之間作用可判斷材料性質可進行材料用量計算計算公式二、材料與水有關的性質1.材料的親水性與憎水性與水接觸時，材料表面能被水潤濕的性質稱為親水性；材料表面不能被水潤濕的性質稱為憎水性。

具有親水性或憎水性的根本原因在於材料的分子結構。親水性材料與水分子之間的分子作用力，大於水分子相互之間的內聚力；憎水性材料與水分子之間的作用力，小於水分子相互之間的內聚力。（ａ）親水性材料（ｂ）憎水性材料二、材料與水有關的性質2.材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率來表示。（1）品質吸水率品質吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在乾燥狀態下的品質百分比，並以ｗm表示。品質吸水率ｗm的計算公式為：式中：mb——材料吸水飽和狀態下的品質（g或kg）；

mg——材料在乾燥狀態下的品質（g或kg）。（2）體積吸水率體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，並以WV表示。體積吸水率WV的計算公式為：式中: mb——材料吸水飽和狀態下的品質（g或kg）；

mg——材料在乾燥狀態下的品質（g或kg）。

V0——材料在自然狀態下的體積，（cm3

或m3）；

ρw——

水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常溫下取

ρ

w=1.0g/cm3。二、材料與水有關的性質二、材料與水有關的性質（3）影響材料吸水性的因素材料的吸水率與其孔隙率有關，更與其孔特徵有關。因為水分是通過材料的開口孔吸入並經過連通孔滲入內部的。材料內與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大。二、材料與水有關的性質3.材料的吸濕性

材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。用含水率Ｗh表示，其計算公式為：式中：ms——材料吸濕狀態下的品質（g或kg）

mg——材料在乾燥狀態下的品質（g或kg）。

當空氣中濕度在較長時間內穩定時，材料的吸濕和乾燥過程處於平衡狀態，此時材料的含水率保持不變，其含水率稱為平衡含水率。二、材料與水有關的性質吸水率與含水率的區別比較專案吸水率含水率適用場合在水中吸收水分在空氣中吸收水分表示方法吸收水分的品質比或體積比吸收水分的品質比吸收水量達到飽和與空氣中水分平衡通常小於吸水率4.材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質。材料耐水性的指標用軟化係數KR表示：式中：KR——材料的軟化係數；

fb——

材料吸水飽和狀態下的抗壓強度（MPa）；

fg

——

材料在乾燥狀態下的抗壓強度（MPa）。二、材料與水有關的性質二、材料與水有關的性質軟化係數反映了材料飽水後強度降低的程度，是材料吸水後性質變化的重要特徵之一。一般材料吸水後，水分會分散在材料內微粒的表面，削弱其內部結合力，強度則有不同程度的降低。當材料內含有可溶性物質時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質，造成強度的嚴重降低。軟化係數的波動範圍在0至1之間。工程中通常將KR＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用於水中或潮濕環境中的重要工程。用於一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化係數也不得小於0.75。二、材料與水有關的性質5.抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下，能經受反復凍融迴圈作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。材料吸水後，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內凍結成冰，體積膨脹所產生的凍脹壓力造成材料的內應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融迴圈的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。抗凍性以試件在凍融後的品質損失和強度損失不超過一定限度時所能經受的凍融迴圈次數來表示，或稱為抗凍等級。材料的抗凍等級可分為F15、F25、F50、F100、F200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融迴圈。二、材料與水有關的性質影響抗凍性的因素1.材料的密實度（孔隙率）密實度越高則其抗凍性越好。2.材料的孔隙特徵開口孔隙越多則其抗凍性越差。3.材料的強度強度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大則其抗凍性越差。二、材料與水有關的性質6.材料的抗滲性抗滲性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。用滲透係數或抗滲等級表示。（1）滲透係數材料的滲透係數K可通過下式計算:式中：K——滲透係數,（cm/h）;

Q——渗水量，（cm3

）；A——渗水面积,（cm2

）；

H——材料两侧的水压差，（cm）；

d——试件厚度（cm）；t——渗水时间（h）。

材料的滲透係數越小，說明材料的抗滲性越強。二、材料與水有關的性質（2）抗滲等級材料的抗滲等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，並以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗滲等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。（3）影響材料抗滲性的因素材料親水性和憎水性通常憎水性材料其抗滲性優於親水性材料；材料的密實度密實度高的材料其抗滲性也較高；材料的孔隙特徵具有開口孔隙的材料其抗滲性較差。三、材料的熱工性質1.導熱性當材料兩面存在溫度差時，熱量提高建築材料傳遞的性質，稱為材料的導熱性。導熱性用導熱係數λ表示：式中：λ——導熱係數，W/（m·K）；

Q——传导的热量，J；

d——材料厚度，m；

F——热传导面积，m2；

Z——热传导时间，h；

（t2－t1）——材料两面温度差，K。物理意義：單位厚度（1m）的材料、兩面溫度差為1K時、在單位時間（1s）內通過單位面積（1m2

）的熱量。2.熱容量和比熱材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質稱為材料的熱容量。用熱容量係數或比熱表示。比熱的計算式如下所示：式中：C——材料的比熱，J/（g·K）；

Q——材料吸收或放出的熱量(熱容量)；

m——材料品質，g；（t2

－t1）——材料受熱或冷卻前後的溫差，K。三、材料的熱工性質三、材料的熱工性質3.熱阻和傳熱係數熱阻是材料層（牆體或其他圍護結構）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計算式為：

Ｒ＝ｄ/λ

式中：R——材料層熱阻，（m2·K）/W；

d——材料層厚度，m；

λ——材料的導熱係數，W/（m·K）。熱阻的倒數１／Ｒ稱為材料層（牆體或其他圍護結構）的傳熱係數。傳熱係數是指材料兩面溫度差為1Ｋ時，在單位時間內通過單位面積的熱量。三、材料的熱工性質4.材料的溫度變形性材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。用線膨脹係數α表示。

ΔL=（t2－t1）·α·L式中：ΔL——線膨脹或線收縮量，mm或cm；

（t2－t1）——材料前後的溫度差，K；

α——材料在常温下的平均线膨胀系数，1/K；

L——材料原来的长度，mm或m。材料的線膨脹係數與材料的組成和結構有關，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。四、材料的力學性質1.材料的強度材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。根據外力作用方式的不同，材料強度有、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等。抗壓抗拉抗剪抗彎四、材料的力學性質抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度的計算：式中：f——材料強度，MPa；

Fmax——材料破坏时的最大荷载，N；

A——试件受力面积，mm2。抗彎強度的計算：中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：式中：fw——材料的抗彎強度，MPa；Fmax——材料受弯破坏时的最大荷载，N；A——试件受力面积，mm2；L、b、h——两支点的间距，试件横截面的宽及高，mm。-四、材料的力學性質2.彈性和塑性（1）彈性材料在外力作用下產生變形，當外力取消後能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或暫態變形）。

（2）塑性材料在外力作用下產生變形，如果外力取消後，仍能保持變形後的形狀和尺寸，並且不產生裂縫的性質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。四、材料的力學性質3.脆性和韌性

材料受力達到一定程度時，突然發生破壞，並無明顯的變形，材料的這種性質稱為脆性。大部分無機非金屬材料