第一章 工程材料的基本性质(选).ppt

1、第一章施工材料的基本性质basicpropertyofengineeringmaterials，三问： What？ How？ Which？ 工程要求材料具有什么样的性能(What )？ 工程材料如何满足工程要求(How )？ 本章学习的内容(Which )是？ 工程要求的材料性能、承载长期可靠性防水、隔热隔音、防火采光、绝缘不污染环境、强度、刚性、耐久性、物理性能、安全性、工程要求的材料具备什么性能？ 工程材料是如何满足性能要求的？ 材料构成材料的结构材料的结构材料的复合、性能、组成、结构、材料的构成结构性能关系、材料组成、结构与性能的关系现代材料科学的核心、本章的主要内容、材料的组成与结构材

2、料的技术性能及其测定方法材料组成， 结构和性能的关系材料的组成和结构材料在兵役环境下的行为性能力学性能物理性能耐久和安全性材料组成，结构、性能和施工工序的关系，本章的主要内容，材料的组成和结构材料的技术性能及其测定方法材料组成， 结构与性能的关系1.1材料的组成和结构化学组成矿物组成、结构微观结构精细结构宏命令结构、矿物是指具有一定化学组成和结构特征的天然化合物或单质，具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能，类似于天然矿物的物质相或化合物. 矿物组成的工程材料中矿物的种类及其含量。 例如一、矿物组成、硅酸盐水泥链接器中的主要矿物相为硅酸三钙元素二钙元素铝酸三钙元素铁元素铝酸四钙，钢材中的矿物相

3、为奥氏体铁素体渗碳体，化学组成、化学成分为材料中的各相中所含的元素或单体和化合物的种类和总含量。 例如，钢材中4种矿物相中所含的化学元素体，优选为Fe、c和其他微量元素体(Cr、Mn、Ni等)； 生石灰的化学组成是CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2水泥中的4种矿物相所含有的化合物是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。 聚氯乙烯塑料的化学组成为PVC树脂(-CHCHCl-n )、二丁基、CaCO3等。 化学组成和矿物组成的关系、化学组成相同，其矿物组成不一定相同，例如，半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，有-、-三种矿物相。 根据矿物的组成，化学组成可能相同。 例如水泥熟料中硅

4、酸二钙元素和硅酸三钙元素两种不同矿物相的化学成分均为CaO和SiO2。 矿物的组成相同，其化学组成一定相同。 材料组成与性能的关系工程材料组成不同，其性能完全不同。 例如，石膏CaSO42H2O和熟石膏CaSO40.5H2O的差由于所含的H2O数不同，后者具有水合活性，前者没有纯铁元素强度高而柔软，钢强韧，生铁铁元素硬而脆。 其主要原因是c含量的百分之几的微小差别聚氯乙烯树脂ch2chCln和聚乙烯醇粉末ch2chOHn，在组成上，由于前者的大分子链含有cl络离子，后者含有oh络离子，后者是水溶性的，而前者不是。 等等。Summary材料物质相化合物或元素体矿物组成与化学组成的关系化学组成相同

5、，其矿物组成不一定是不同的矿物组成，其化学组成可能是相同的矿物组成，其化学组成如果同一材料组成和性能的关系材料组成稍有不同，则会引起材料性能的根本变化。 两项基本原则：选择材料时，必须了解材料的化学组成和矿物组成，改变材料的组成，从而改善材料的性能。二、材料结构、材料结构根据材料结构层次：宏命令结构精细结构、尺寸10-3m (肉眼可见)、尺寸10-6 10-3m (可光学显微镜阀)、尺寸10-6m构成各物质相的质点的堆积方式和分布状况极限分辨率的大小，材料结构宏命令， 细观和微观三个水平的材料结构决定其组成和制造工艺及其条件(温度、压力等)相同组成的材料可以具有不同的结构相同结构的材料可以具有

6、不同的组成。 以混凝土为例，混凝土内部的宏观结构：由大小不同的砂、石粒子和细孔及水分布在水泥浆中而构成，硬化水泥浆的微观结构：细孔、水分布在由水泥矿物水合物、未水化水泥粒子构成的固体连续相中， 水泥浆的精细结构：结晶状态水合物1 .宏命令结构，材料结构是指宏命令的组织状态和具有特定性质的材料针织面料的组合，其尺寸范围为10-3m以上，肉眼可以分辨。 例如材料内部的空隙特性和空隙构造混凝土中的砂、石头和水泥石的堆积和分布状况纤维强化复合材料中的纤维分布状态等。 混凝土的宏观结构，天然石膏晶粒的堆积结构纤维轴方向平行，气泡堆积结构，蜂窝状构造，2 .精细结构，材料由多物质相和多晶构成。 精细结构的

7、尺寸范围为10-610-3m，是指材料内部组织架构和各物质相的堆积结构。 例如，钢材结晶组织在常温下为镍锌铁氧体、珍珠岩、渗碳体岩石、蜂窝混合双打、水泥石中的各矿物相的堆积构造等； 高分子材料中结晶相和非晶质体相的堆积结构。铁元素碳合金的细观组织架构摄影图片、铁元素碳合金的细观组织架构摄影图片、钢的细观组织架构摄影图片、天然岩石的细观结构、木材的细观结构、3 .微观结构、微观结构是指尺寸范围在10-1010-6m以内，构成材料的化合物和矿物的组织状态，根据分子的排列规律和无序，微观结构是结晶(有序、 可分为非晶(无序连接)微晶胶体，在晶体结构的特征晶体结构中，质点(络离子、原子或分子)在三度空

8、间上有规律地堆积，周期性地重复，构成晶格结构(晶格)。 结晶种类通过质点(络离子、原子、分子)间的结合键，例如：亚硝酸钠金属钍、硫酸铝等离子晶体络离子结合； 2 )共价键，如金刚石、碳化硅等3 )分子晶体的分子键，如减水剂、液晶等4 )金属晶体的金属键，如金属材料等。 晶体矿物具有规则的几何外形、石英晶体、晶体中的原子排列的作用、原子排列，研究固体物质的内部结构，即原子排列和分布规律是把握材料性能的基础，可以从内部找到改善和发展新材料的途径。 根据工程结构的要求，可以选择合适的材料。 又称为组织、性能、非晶质体结构、非晶质体结构。 结构特征：质点排列无序，无周期性，没有固定的几何外形。 种类：

9、硅酸钠金属钍玻璃等玻璃体结构的胶体结构是典型的玻璃体结构，其结构中Na、Si、o络离子无序沉积。 灰水晶玻璃是结晶，在其结构中有规律地堆积着Si和o络离子。 仅由胶体结构微细的固体粒子和分散媒(液体)构成的结构，固体粒子的含量少，分散在介质中时构成溶胶结构的固体粒子的含量多，形成连续相时构成凝胶结构。例如，CSH凝胶、沥青胶、塑料、密封材料、胶体的微观结构、针状结晶的微观结构、材料中的气相、材料中多少含有气相的气相以各种尺寸和形态的孔(狭缝)间隙存在于材料中，因此孔中具有一定的结构孔结构的孔(狭缝) 的间隙对材料性能影响很大：例如孔径大的孔、连通狭缝等有害孔无害的孔，例如孔径小的孔、凝胶孔等孔

10、径小的封闭孔等有益的孔。 工程材料的技术性能及其测试方法物理性质Physical Properties密度Density热学性质Thermal Properties电和磁性质electricalandmagneticproperties声学性质Acoustical Properties Optical Properties物理化学性质Physicochemical Properties力学性质Mechanical Properties耐久性和安全性质Durability and innoxious，1.2材料的物理性质general properties of materties 基本性质通用

11、性质密度Density or Relative Density空隙率湿量Moisture Content热学性质Thermal Properties声学性质Acoustical Properties光学性质optica l ties，1，质量和体积，密度，每单位体积的材料质量密度体积和质量可变，密度不变，相同质量的材料体积与物相和质点的堆积状态有关，密度为0堆积密度，材料为绝对密集状态，每单位体积的质量(m/V )，材料为自然状态，每单位体积的质量(m/V )。 喷丸材料堆积状态下的单位体积质量(m/V0)。 对于材料密度与组成、结构的关系、原子的质量固体相的摩尔质量固体相的微观结构固体相的堆

12、积结构孔隙率粒子的堆积结构孔隙率，孔隙率越大，材料的表观密度越小，相反，孔隙率越大，材料的堆积密度越小， 材料密度排名：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、纤维复合材料、木材发泡材料，对于有问题的材料，其密度、表观密度与堆积密度的相互关系如何a :密度、表观密度、堆积密度为何？ a :自然状态下的体积绝对实体体积空隙体积堆积体积空隙体积。 2、孔隙率(p )和致密度(d )的修正计算，1 )孔隙率定义：材料中的孔隙体积和总体积的百分率称为孔隙率p。 P=如果材料处于干燥状态： P=1 100%，V0-V，100%，0，v 0，2 )密度定义：材料体积中用固体物充实的程度d，d=100%=。

13、v，V0，例问题，有的工地质量检查人员从碎石堆中采样，清洗后烘干，使用10升金属桶，碎石净质量称为13.50Kg，从水桶中取出1000g碎石，吸水饱和后用布擦拭， 将其质量称为1036g，然后装入广口瓶中，用水注满这个广口瓶，至盖重量为1411g，水温为25C，注入碎石后，该广口瓶由水充满，盖质量为791g。 另外，从洗涤完全干燥的碎石样品中，取一块碎石，用细筛子筛成微粉，称量50g，用李氏瓶测量体积18.8毫升。 请问1 )这个碎石的密度、表现密度、堆积密度是？ 2 )该碎石的气孔率、开口气孔率、闭口气孔率是？ 3 )该碎石的致密度空隙率填充率是？ 解答：1) Vo=10L，m2=13.5k

14、g公斤。 设定0=(m/V0)=13.5/10=1.35 m=1000g，吸水后的质量=1036g，水的密度为1。VO=791 (1411036 )=416 ml0=(m/v0)=1000/416=2. 404 v=18.8毫升，m=50g克。=(m/v )=50/18.8=2. 66 ) p=10/100 %=(12.404/2.66 )=9. 624 %其中： p开=36/=43.8% D=1P=143.8%=56.2%、3、含水率、吸水率、平衡含水率、含水率材料中含有的水分量和干燥状态下的质量m1材料在含水状态下的质量，g。 吸水率材料的吸水饱和面干燥时的含水率： 100%式中： m1材

15、料的吸水饱和状态下的质量，g。 平衡含水率的材料是在一定大气湿度的环境下吸湿、与环境中大气湿度达到平衡时的含水率。m2m、m、m1m、m、三、声学性质、吸音性和吸音系数将声能透过材料和被材料消耗的性质称为吸音性的工程材料的吸音性用吸音系数表示。 遮音性空气音隔断从空气传播的声音能量固体音隔断声源与固体材料冲撞，引起固体材料受到强制振动而产生的声音能量。 材料的隔音能力用隔音量r表示，单位为dB。 四、光学性质、光吸收比材料吸收的光通量与入射光通量之比。 光反射比材料反射的光束与入射光束之比。 光透射率透射材料的光束与入射光束之比。 透明性材料的透明性也是与光有关的性质。 既能透光又能透视的物体

16、称为透明体。只能透光而无法透视的物体称为半透明体。既无法透光又无法透视的物体称为不透明体。 光泽主要是材料镜面反射产生的反射光。 1.3工程材料的物理化学性能physicochemicalpropertiesofengineeringmaterials，亲水性和防水性hydrophilicandhydrophobicproperties吸水性和吸湿性water and moisture absorpt 1、亲水性和防水性根据水和材料表面的润湿角(浸润角)的大小，具有亲水性0的材料表面被水润湿，水被材料吸附，材料的这种性能称为亲水性，这种材料称为亲水性材料。 疏水性90 180时，材料表面不能被水浸湿。 材料称为疏水性材料，这种性能称为材料的疏水性。亲水性和疏水性材料的特点：材料的亲水