第1章 材料的基本性质.ppt

1、第1章 建筑材料的基本性质,第一节 材料的组成、结构和构造 第二节 材料的基本物理性质 第三节 材料的基本力学性质 第四节 材料的耐久性 第五节 材料的热工性能 第六节 材料的装饰性能,第一节 材料的组成、结构和构造,一、材料的组成,化学组成： -是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。 -金属材料常以各化学元素含量表示 -无机非金属材料常以各氧化物含量表示 -有机材料常以各化合物的含量表示,矿物组成： 矿物是指具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。 矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。 它是决定无机非金属材料化学、物理、力学等性质的重要因素。,材料的化学组成不同，则材料的矿物组成

2、就不同 ； 材料的化学组成相同，可以有不同的矿物组成。,相组成：指材料中结构相近、性质相同的均匀部分。 如混凝土是多相材料,二、材料的结构与构造,宏观结构,亚微观结构（显微或细观结构）,微观结构,第一节 材料的组成、结构和构造,1、宏观结构（构造）,指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。,精细结构,肉眼,宏观结构（构造）的分类,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,宏观结构（构造）的分类,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,致密结构 多孔结构 微孔结构,宏观结构（构造）,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,粗大孔隙结构 细小孔隙结构 极微细孔隙结构,

3、宏观结构（构造）,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,聚集结构 纤维结构 层状结构 散粒结构,2、亚微观结构（显微或细观结构）,指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-310-6m。,该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。,光学显微镜下的影像,光学显微镜,3、微 观 结 构,指通过电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-7-10-10m。,扫描电子显微镜下的影像,扫描电子显微镜,微 观 结 构,材料的构造：材料结构单元的搭配与组合,第二节 材料的基本物理性质,一、材料的密度、表观密度、堆积密度

4、二、密实度、孔隙率 三、填充率、空隙率 四、与水有关的性质,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,材料的密度,表观密度,堆积密度,视密度,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 （kg/m3） 式中： 密度 m 材料的质量，kg。 v 材料在绝对密实状态下的体积，m3。 测定方法：用李氏瓶法、排水法、几何法测体积，天平称干重。,材料的密度,表观密度,堆积密度,视 密 度,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,块体材料包括封闭孔隙在内的单位体积的质量。 式中： 表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，kg。 v包括封闭孔在内的体积，m3。测定：用排液法、排水法或几何

5、法。,材料的密度,表观密度,堆积密度,视密度,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,材料在自然状态下单位体积的质量。 式中： 。 表观密度，kg/m3。 m材料的质量，kg。 V。材料在自然状态下的体积，m3。测定：封闭开口孔隙后，用排液法或几何法测体积。,材料的密度,表观密度,堆积密度,视密度,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,散粒材料在堆积状态下单位体积的质量。 （kg/m3） 式中： 堆积密度 m 材料的质量，kg。 材料在堆积状态下的体积，m3。用容器法测定体积。,材料的密度,表观密度,堆积密度,视密度,二、密实度、孔隙率,1、密实度：是指材料体积内被固体物质充实的程度。,关系： D

6、+ P = 1,2、孔隙率：是指材料体积内孔隙体积所占的比例。,孔隙特征有开口孔与封闭孔、粗孔与细孔之分，孔隙率大小与孔隙特征与材料的强度、抗渗性、抗冻性和导热性等直接相关。,材料孔隙率示意图,三、填充率、空隙率,1、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。 2、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例,关系：,空隙率大小反映散粒材料颗粒相互填充的密实程度,材料空隙率示意图,四、与水有关的性质,1、亲水性和憎水性 2、吸水性和吸湿性 3、材料的耐水性 4、材料的抗渗性 5、材料的抗冻性,1、亲水性和憎水性,a、亲水性材料 90 亲水性 = 0 完全润湿,b

7、、憎水性材料 90 憎水性 =18 0 完全不润湿,润湿角(接触角)：是气、固、液三相的交点沿液面切线与液相和固相相接触的方向所成的角。,产生的原因：是由水分子和固体材料表面之间的相互作用不同引起的。 a、当水分子的内聚力 水分子与固体分子间的吸引力时,材料表现为憎水性。,2、吸水性和吸湿性,吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。 含水率：材料中含水的质量与干燥状态下质量之比。 质量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时的含水率。 体积吸水率：材料吸水达到饱和时，吸入水的体积占材料自然状态下体积的百分率。 吸水性大小与其内部孔隙率大小及孔隙特征有关。,吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 平衡含水

8、率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。,3、材料的耐水性,是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数K表示。 材料吸水饱和状态下的抗压强度(MPa) K= 材料干燥状态下的抗压强度(MPa),通常，K=01，当K0.80时，为耐水性材料； 受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用K0.85的材料建造。,4、材料的抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数表示： 式中 Qd K 渗透系数，cm/h； A 透水面积，cm2； K = Q 透水量，cm3； t时间，h； AtH d 试件厚度，cm； H 静水压力水头，cm。 对混凝土和砂浆，常用抗渗等级来表示：

9、S = 10H - 1 式中：S 抗渗等级； H 试件开始渗水时的水压力。 抗渗性能与材料内部孔隙率大小及孔隙特征有关，抗渗等级愈高，抗渗性能愈好。,5、材料的抗冻性,指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环而不破坏的性能。 用冻融循环次数表示材料的抗冻等级。材料抵抗冻融循环的次数越多，抗冻等级越高。,材料的抗冻性、抗渗性均与材料内部结构的孔隙率大小及孔隙特征有关。,第三节 材料的基本力学性质,一、材料的理论强度 二、材料的强度 三、弹性和塑性 四、脆性和韧性,一、材料的理论强度,材料的理论抗压强度可表示为： 式中： ft-理论抗压强度；E-纵向弹性模量； -单位表面能； d-原子间的距离。

10、,而材料的实际强度往往远小于其理论强度，主要是由于材料内部构造的不均匀及缺陷造成的。,二、材料的强度,强度：指材料受外力作用下，抵抗破坏的能力。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。 影响因素： 1、内因：指组成、结构的影响。 2、外因：包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿度等因素。,三、弹性和塑性,1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。如低应力下的钢材等 2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）

11、。,四、脆性和韧性,1、脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。如玻璃、石材等 2、韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。如钢材、木材等,图 示,第四节 材料的耐久性,指材料在长期使用过程中，抵抗其自身环境因素长期破坏作用，保持其原有的性能而不变质、不破坏的能力。,材料的耐久性可有多项指标表示。它是一个极其复杂的问题，也是一项综合性质。,第五节 材料的热工性质,导热性：当材料两面存在温差时，热量从材料的一面通过材料传导到材料的另一面的性质。用导热系数W/(m.K)表示。,物理意义：为单位厚度

12、的材料，当两侧温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。 当0.23的材料，称为绝热材料。材料的绝热性与材料内部的孔隙率及孔隙特征有关。,第五节 材料的热工性质,热容量：指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的性能。用热量QJ或比热C表示。,物理意义：C为1g的材料升高1K时所需的热量。材料含水量增加比热增大。采用热容量高的材料，在室内温度变化时，有利于保持室内温度的稳定。,第六节 材料的装饰性能,装饰材料的基本要求 可从颜色、光泽、表面组织及尺寸和质感四个方面选材。,装饰材料的选用原则 应满足使用性、美观、多功能和耐久性的要求。,思考题与作业,1.当某一建筑材料的孔隙率增大时，下表内的其它性质将如何变化？（增大，下降，不变，？不定）,2.烧结普通砖进行抗压试验，测得浸水饱和后的破坏荷