2-材料基本性质.ppt

1、第二章 材料基本性质 本章主要教学内容 一、 材料的物理性质 二、 材料与水有关的性质 三、 材料的力学性质 四、 选用装饰材料应注意理化指标,一、材料的物理性质 （一）密度 1.定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3 式 中 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） 2. 测量方法 a 破碎 b 磨细磨具应比物料硬 c 过筛筛子净孔 0.20 mm，应全部过筛 d 烘干105 5 C c 李氏比重瓶所用液体不能与被测材料反应,* 对于钢材、玻璃之类的材 料可直接测量其体积,（二）视密度 1.定义： 被认为是密实材料未经李氏比重瓶测定

2、。 在测量某些致密材料(如石材)的密度时，直接以块状材料为试样，以排液法测量其体积，这时所测的体积为材料绝对实体积与材料内部吸不到水的孔隙体积。 式中 a视密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） Va (绝对密实吸不到水的孔隙体积),（三）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。 (自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积) 式中 o表观密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） Vo材料在自然状态下的表观体积（cm3） 材料表观密度的大小与其含水情况有关。 材料在烘干（105 5 ）状态下的表观密度称干表观密度。,2.表观密度的测量 对形状规则

3、的材料：直接测量几何体积 对形状不规则的材料：水中称量法（阿基米德原理）,（四）堆积密度 1.定义：散粒材料在堆积状态下单位体积的重量。,式中 /o堆积密度（ g/cm3 ） m 材料的质量（g） V/o材料的堆积体积（cm3） 小结：,（五）孔隙率 （六）孔隙特征 按孔隙的特征，材料的孔隙可分为开口孔和闭口孔两种，二者孔隙率之和等于材料的总孔隙率。按孔隙的尺寸大小，又可分为微孔、细孔及大孔三种。不同的孔隙对材料的性能影响各不相同。 孔隙率和孔隙特征对材料的性质有直接的影响。,（七）空隙率 空隙率：指材料颗粒之间的孔隙 孔隙率：指材料内部的孔隙,二、材料与水有关的性质 （一）材料的亲水性和憎水

4、性 材料的亲水性和憎水性可用润湿角来表示。,润湿角（a）亲水性材料 90 （b）完全亲水材料180 （c）憎水性材料 90,（二）材料的吸水性 1.定义：材料侵入水中吸收水分的能力，吸水性的大小常以吸 水率来表示。 (1)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 材料绝干质重的百分率。 式中 W质材料的质量吸水率（） m湿材料吸水饱和后的质量（） m干材料烘干到恒重的质量（）,（2）体积吸水率,在计算材料的吸水率时，有时需计算其体积吸水率,（三）吸湿性 1.定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材 料的吸湿性用含水率表示。 材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的

5、变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，则材料的含水率就大，反之则小。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。具有微小开口孔隙的材料，吸湿性特别强，如木材及某些绝热材料，在潮湿空气中能吸收很多水分，这是由于这类材料的内表面积大，吸附水的能力强所致。,（四）耐水性 1.定义： 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。材料的耐水性用软化系数表示 式中 K软材料的软化系数（K软01） f饱材料在饱水状态下的抗压强度（MPa） f干材料在干燥状态下的抗压强度（MPa） 工程中将0.85 的材料，称为耐水的材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用

6、0.85的建筑材料。,（五）抗渗性： 材料抵抗压力水渗透的能力 称抗渗性。 常用抗渗等级 S 表示： S=10H1 H试件开始渗水时的 水压（MPa） 。,（六）抗冻性 材料的抗冻性用抗冻标号表示。抗冻标号是以规定的试件，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 环次数，以此作为抗冻标号。 水变成冰：体积膨胀9；膨胀应力100 MPa 20 C 冻4 h 20 C 融4 h 如规范要求北方：一般混凝土工程D15、桥梁D50、水工D300等。 混凝土抗冻性要求：重量损失率5% ，强度损失率25,经n次循环,强度损失25 重量损失5,称DN,原因：水冰体

7、积膨胀9，膨胀压力高达100MPa，结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂，裂缝进一步增加了材料的吸水饱水程度，因而又加剧了冻融破坏，反复多次冻融，最终材料崩溃破坏。,冻融破坏的大坝坝面,使用20年的高速公路桥梁,三、材料的力学性质 （一）强度 1.定义：材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力 。 2.种类：抗压、抗拉 、抗折（弯）、抗剪、抗扭。 强度的单位为MPa，1MPa1N/mm2。,混凝土路面砖抗折强度试验,混凝土路面砖抗压强度试验,2.强度等级： 根据强度的大小和相关规范划分为不同的强度等级（标号）。 如混凝土按抗压强度划分为 C7.5C60 水泥按抗压和抗折强度 划分为 32.56

8、2.5, 砂浆按抗压强度划分为M2.5M20六个等级。 3.强度和强度等级的区别： （1）强度:是材料极限应力，是某块或某批材料实测值， （2）强度等级： 根据 a.材料强度;b.有关规定；c.具有级别 4.比强度：材料的强度与其密度的比值（fc/）。用于评价材 料是否轻质高强。,5. 影响材料强度的因素 a. 材料的组成、结构与构造：材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不一样。 b.孔隙率与孔隙特征：材料的孔隙率愈大，则强度愈小。对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。 一般表观密度大的材料，其强度也大。还与测试条件和方法等外部因素有关。

9、 c.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件的强度值要高于棱柱体试件的强度值，相同材料采用小试件测得的强度较大。 d.加荷速度：当加荷速度快时，由于变形速度落后于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之，因材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。 e.试验环境的温度、湿度：温度高、湿度大时，试件会有体积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间的作用力减弱，测得的强度值偏低。 f.受力面状态：受力面的平整度，润滑情况等。试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。,6.硬度：材料表面抗刻划的能力。 （1）莫氏硬度（矿物尺） 1滑石 1 2石膏 15 3方解石66 4 萤石 95.7 5 磷石灰 199

10、 6正长石292.6 7 石英 421.4 8黄玉 611 9 刚玉 904 10金刚石 3915 （2）肖氏硬度：回弹原理 （3）布氏硬度（HB）钢材 （4）维氏硬度和洛氏硬度 :铝合金,化学组成为Mg3Si4O10(OH)2，晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。假六方片状单晶少见，一般为致密块状、叶片状、纤维状或放射状集合体。白色或各种浅色，条痕常为白色，脂肪光泽（块状）或珍珠光泽（片状集合体），半透明。莫氏硬度1，比重2.6-2.8。一组极完全解理，薄片具挠性。有滑感，绝热及绝缘性强。,莫氏硬度1（滑石）,石膏莫氏硬度2 相对滑石硬度15,方解石莫氏硬度3 相对滑石硬度 66,萤石饰品,

11、萤石莫氏度4 相对滑石硬度95.7,磷灰石莫氏硬度5 相对滑石硬度199,长石莫氏硬度6 相对滑石硬度292.6,石英莫氏硬度7 相对滑石硬度421.4,水晶,紫水晶,集合体成粒状或块状。无色透明，或呈浅黄、浅蓝、浅绿和浅红等色；受长期日光照射后，其色渐退；玻璃光泽。受硫酸作用时，表面会被腐蚀。斜方晶系斜方双锥晶类 ，莫氏硬度8，比重3.52-3.57，一组与柱面垂直的完全解理完全，断口亚贝壳状至参差状，性脆。,黄玉莫氏硬度8 相对滑石硬度611,黄玉,刚玉莫氏硬度9 相对滑石硬度904,金刚石莫氏硬度10 相对滑石硬度3915,（二）材料的变形性质 1.弹性：应力与应变成正比 yaxb 2.

12、塑性：材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持 变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝。 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形，多为弹塑 性变形。,弹性变形,弹塑性变形,应力,应变,3.脆性：在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。 脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。 4.韧性: 在冲击、震动荷载的作用下，材料能吸收较大的能量并产生一定变形而不破坏的性能称为韧性。如钢材、木材、塑料等。 5.徐变（蠕变）：材料在长期恒载作用下，随着时间的延长，沿着作用力的方向发生变形，一般要延续23年才逐渐趋 向稳定。这种随时间而发展的变

13、形性质，称为徐变。,小结：材料基本性质间关系,四、选用装饰材料时应注意的主要理化指标 （一）确定所选用材料需具备的性能。如：铺地砖，除具有好 的表观质量外，还应具有较高的抗折抗冲击性能；耐磨（硬度 高）；抗污染、易清洁。 （二）常用的理化指标 1.力学性能（抗压或抗折强度）某些装饰材料用于建筑物表 面，在使用过程中受外界环境的作用，具备一定的机械 强度，可提高装饰材料的使用性能。如外墙面饰砖，抗折 强度高，抗冲击强度也高，抗温差变化能力强，不易开裂， 贴牢度高。 2.吸水率：吸水率大，抗渗抗冻性差，抗污染差，易产生霉 斑变色 3.硬度：硬度高，较耐磨、耐用。有的用耐磨指标表示 4.光泽度：光泽度高，装饰效果好，抗污染强，易清洁。 5.软化系数：软化系数高，耐水性好。,4.耐酸碱性：耐酸碱性强，耐腐蚀能力强，抗室外大气影响强， 耐久性好。有些材料，如涂料，涂刷于建筑物墙面或地面， 但基层基本都是水泥砂浆或混凝土，它们都是碱性的，涂料 若不耐碱，就容易脱落。 5.隔热保温性：主要考察材料的导热系数。材料用来装饰的同 时，若能兼顾隔热保温，岂不更美。 6.隔