學(xué)習(xí)材料性質(zhì)的原因

1、學(xué)習(xí)材料性質(zhì)的原因,物理性質(zhì)：密度、表觀密度、堆積密度；孔隙率和空隙率; 力學(xué)性質(zhì)：材料的強(qiáng)度、強(qiáng)度等級(jí)、比強(qiáng)度、彈性和塑性、脆性與韌性； 材料與水有關(guān)的性質(zhì)：吸水性和吸濕性；耐水性；抗?jié)B性和抗凍性； 材料的熱工性能：比熱、導(dǎo)熱性、熱變形性、耐燃性； 材料的耐久性能； 材料的組成結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與材料性質(zhì)的關(guān)系。 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 材料的物理、力學(xué)性質(zhì),第二章 建筑材料的基本性質(zhì),教學(xué)目的與要求,2.1 材料組成、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造對性質(zhì)的影響,2.1.1 材料的組成 材料的組成包括化學(xué)組成和礦物組成； （1）化學(xué)組成： 定義：化學(xué)組成是指構(gòu)成材料的化學(xué)成分。 化學(xué)組成對材料性質(zhì)的影響：不同化學(xué)組成的材料其

2、性質(zhì)不同； 例如：鋼中的含碳量越多，硬度越大，但塑性、韌性越差,含碳量C,1,硬度,抗拉強(qiáng)度,斷面收縮率,伸長率,沖擊韌性,例：化學(xué)元素碳對鋼材性質(zhì)的影響如下圖,1.4,2 礦物組成 許多無機(jī)非金屬材料都是由各種礦物組成的。 相同的化學(xué)成分組成的材料，不同礦物的礦物成分，材料的性質(zhì)也是不同的。 例如：硅酸鹽水泥熟料中，鋁酸三鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣和鐵鋁酸四鈣的性能都是不同的,2.1 材料組成、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造對性質(zhì)的影響,2.1.2 材料的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,1）宏觀結(jié)構(gòu)（2）細(xì)觀結(jié)構(gòu)（3）微觀結(jié)構(gòu),1）宏觀結(jié)構(gòu)：用肉眼或放大鏡能夠分辨的毫米級(jí)以上的粗大組織； （2）細(xì)觀結(jié)構(gòu)：用光學(xué)顯微鏡觀察到的微米級(jí)的組

3、織結(jié)構(gòu)； （3）微觀結(jié)構(gòu)：用電子顯微鏡、X光射線衍射儀等手段來研究材料分子、原子級(jí)的微觀組織，稱為微觀結(jié)構(gòu),2.2 材料的物理性質(zhì),1 、密度: 指的是材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的干質(zhì)量， 計(jì)算公式為,上式中， 密度（g/cm3,m材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g,v材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積（cm3,2.2.1密度、表觀密度和堆積密度,關(guān)于密度計(jì)算中的體積問題,注意：材料在致密狀態(tài)下的體積指的是不包含材料內(nèi)部孔隙的實(shí)體積 對于致密材料（如鋼材、玻璃等）而言，內(nèi)部是不含孔隙的，故體積很容易測定； 但是對于絕大多數(shù)材料而言，在自然狀態(tài)下材料是含有一些孔隙的,有孔隙材料的體積測定方法： 一般采用李氏

4、瓶測定有孔材料的實(shí)體積 ？思考題： 如何測量有孔隙材料的密度,關(guān)于密度計(jì)算中的體積問題,測量有孔隙材料密度的方法與步驟,2、表觀密度,指的是材料在自然狀態(tài)下，單位體積的干質(zhì)量,表觀密度的計(jì)算公式為,上式中,表觀密度（kg/m3,m材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（kg,vo材料在自然狀態(tài)下的體積（m3,自然狀態(tài)下的體積vo= 密實(shí)狀態(tài)下的體積v +孔隙體積v孔,思考題：比較密度和表觀密度的大小,思考題：如何 測定材料的表觀密度,取材料樣品,烘 干,烘箱1050C1100C,冷卻到室溫,干燥器,稱量質(zhì)量 m,天平,一、測定材料的干質(zhì)量m,二、測定材料的自然體積Vo-分兩種情況,1）對于形狀規(guī)則的材料，如磚

5、、石塊等： 用游標(biāo)卡尺可定材料的自然體積； 對于六面體，測定長、寬、高； 對于圓柱體，測定其直徑和高； （2）對于形狀不規(guī)則的材料，如卵石、碎石等，采用排液法確定其自然體積,排液法測定不規(guī)則材料自然體積V石,3 堆積密度： 指的是顆粒狀或粉狀材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量 * 計(jì)算公式為,堆積密度（kg/m3) m材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)（kg）； 材料在堆積狀態(tài)下的體積（m3,思考題：如何測定砂和石子的堆積密度,1）首先采用前述方法測定其干質(zhì)量m; （2）然后采用容量升來測定砂子、石子的堆積體積，方法如下： a）砂子采用1L、5L的容量升來測堆積體積； b）石子采用10L、20L、30L的容量

6、升來 測定其堆積體積； （3）利用公式計(jì)算堆積密度,2.2.2 材料的密實(shí)度和孔隙率,一、材料的密實(shí)度和孔隙率,1、材料的密實(shí)度,是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，也就是固體體積占總體積的比例，用D來表示,2 孔隙率,是指材料體積內(nèi)，孔隙體積占總體積的百分率，用P表示。 孔隙可分為閉口孔和開口孔,P=（V0-V）/V0*100,（1-V/V0）*100,材料內(nèi)部孔隙示意,密實(shí)度和孔隙率反映了材料的致密程度,一般來說，同一種材料，孔隙率越小，連接孔隙越少,則,其強(qiáng)度越高,吸水越少,抗?jié)B性和抗凍性越好,但是保溫性差；導(dǎo)熱性越好,P9 表2.1 常用材料的密度、表觀密度、堆積密度和 孔隙率,2.2

7、.3 材料的填充率與空隙率,1、填充率 填充率是指散粒材料（如砂子、石子等）在堆積體積中，被其顆粒填充的程度。 填充率一般用D來表示，按下式計(jì)算,或,2.、空隙率,空隙率是指散粒材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率，用P表示,空隙率的大小反映了散粒 材料的顆粒之間相互填充的致密程度,思考：空隙率與孔隙率有什么區(qū)別,堆積密度、空隙率指標(biāo)在工程中的應(yīng)用,例如：在砼中，砂石間的空隙需要水泥漿填充。 其空隙越大，拌制砼所需的水泥漿量越多，如果要節(jié)約水泥，減少砼的成本，就需要采用空隙率盡可能小的砂石，而孔隙率與表現(xiàn)密度和堆積密度有關(guān)。因此，建筑用卵石、碎石GB/T14658-2001中

8、規(guī)定，表觀密度大于2500千克/立方米，堆積密度大于1350千克/立方米，空隙率小于47,課堂練習(xí),燒結(jié)普通磚的尺寸為240*115*53，其干燥質(zhì)量為2487g，孔隙率為37%，求其密度和表觀密度,總結(jié)及作業(yè),總結(jié): 本節(jié)主要講述表觀密度、堆積密度、孔隙率、空隙率。應(yīng)該注重于材料的表觀密度、堆積密度的測定，以上四個(gè)指標(biāo)在工程中具體應(yīng)用。 作業(yè)： P19 1、2、3,over,2.2.4 材料與水有關(guān)的性質(zhì),1、材料的親水性和憎水性 （1）親（憎）水性： 材料在空氣中與水接觸時(shí)，能被水濕潤的，稱為親水性，否則為憎水性； （2）親（憎）水性材料： 具有親水性的材料稱為親水性材料，如木材、磚、混凝

9、土、石等；反之為憎水性材料，如瀝青，石蠟、塑料等； ？思考：防水防潮材料應(yīng)優(yōu)先選用哪種材料,2、材料的吸水性和吸濕性,1）材料吸濕性及含水率 材料的吸濕性是指材料吸收空氣中水分的性質(zhì).用含水率表示 含水率是指材料中所含水的質(zhì)量占其干質(zhì)量的百分率，用W h表示； 計(jì)算公式如下,含水率在工程中的應(yīng)用,例如:拌制砼所用材料質(zhì)量是指干質(zhì)量.但現(xiàn)場的砂石都不同程度有水存在.因此在稱量上應(yīng)該考慮到砂石的含水情況. 己知每拌制1m3混凝土需要干砂606Kg ,測得施工現(xiàn)場的含水率砂為7% ,則現(xiàn)場需要稱取多少濕砂,砂用量：S=S（1+Ws）=606(1+7%)=648Kg,知識(shí)延伸,干燥的材料,吸收空氣中的

10、水分,潮 濕 的 材 料,平衡含水率,平衡含水率：當(dāng)材料中所含水分與空氣濕度達(dá)到相對平衡時(shí)的含水率,釋放水分,2）吸水性與吸水率 吸水性是指材料與水接觸吸收水分的性質(zhì)，吸水性的大小用吸水率表示，吸水率用兩種表示方式。 1）質(zhì)量吸水率,2）體積吸水率： 材料在吸水飽和狀態(tài)下，所吸收水的體積占材料自然體積的百分率,思考：材料的吸水性和吸濕性有什么區(qū)別,3、材料的耐水性,耐水性：是指材料長期在水的作用下，其強(qiáng)度也沒有顯著下降的性質(zhì)； 一般用軟化系數(shù)K表示： KR0.85的為耐水材料,4、抗?jié)B性,抗?jié)B性：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì),抗?jié)B性的表示方法有兩種,一、滲透系數(shù)K 土一般采用 K越大，說明抗?jié)B性越

11、差。 二、抗?jié)B等級(jí)P 砼和砂漿一般采用。 等級(jí)越高，說明抗?jié)B性越好。 用P6、P8、P10等表示 如：P6表示材料的最大滲水壓力為0.6MPa,5、抗凍性,定義：指材料在含水狀態(tài)下能忍受多次凍融循環(huán)而不破壞,強(qiáng)度也不顯著下降的性質(zhì)。 表示：抗凍等級(jí)F 表示。 如F10，表示在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，材料強(qiáng)度下降不大于25，質(zhì)量損失不大于5，所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)最多為10次。 原因：1、結(jié)冰體積膨脹 2、溶解由外向內(nèi)進(jìn)行，引起內(nèi)外溫度應(yīng)力差。 影響因素：外因和內(nèi)因。 注意：質(zhì)量和強(qiáng)度損失都不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍,二、 材料的熱工性能：比熱、導(dǎo)熱性,1)材料的導(dǎo)熱性：是指材料存在溫差時(shí)，熱量能從材料的一面

12、 通過材料本身傳到另一面的性質(zhì)，稱為導(dǎo)熱性,導(dǎo)熱性一般用 導(dǎo)熱系數(shù) 表示,1)導(dǎo)熱系數(shù)越小，材料的隔熱保溫性能越好,2）金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù),3）細(xì)小而封閉的孔隙，導(dǎo)熱系數(shù)越小； 開口而粗大、連通的孔隙，導(dǎo)熱系數(shù)越大,2)材料的熱容量,定義：是指材料受熱時(shí)吸收熱量、冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。表示：比熱C,解釋一下，為什么濱海城市冬暖夏涼,3）熱變形性,材料隨溫度的升降而產(chǎn)生熱脹冷縮變形的性質(zhì)，稱為材料的熱變形性，亦稱為溫度變形,溫度變形一般用熱膨脹系數(shù) 表示,4）耐燃性,材料在空氣中遇火不著火不燃燒的性能，稱為耐燃性,2.3力學(xué)性質(zhì),2.3.1 材料的強(qiáng)度和強(qiáng)度等

13、級(jí),1，材料的強(qiáng)度,材料的強(qiáng)度是指材料在外力作用下不破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力,2，材料的強(qiáng)度等級(jí),強(qiáng)度等級(jí)的定義： 大多數(shù)建筑材料根據(jù)其極限強(qiáng)度的大小，把材料劃分為若干不同的等級(jí)，稱為材料的強(qiáng)度等級(jí)； 材料強(qiáng)度等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)： a)脆性材料主要根據(jù)其抗壓強(qiáng)度來劃分強(qiáng)度等級(jí)，如混凝土、水泥、粘土磚等； 例：混凝土的強(qiáng)度等級(jí)劃分為9級(jí)： C15，C20C55; b)韌性材料主要根據(jù)其抗拉強(qiáng)度來劃分強(qiáng)度等級(jí)，如鋼材等； 如鋼材分為Q195,215,235,255,275等,3，比強(qiáng)度,比強(qiáng)度：是指材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值； 比強(qiáng)度的意義： （1）衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)； （2）選用比

14、強(qiáng)度高的材料或者提高材料的比強(qiáng)度，對大跨度、高高度建筑十分有利； 普通混凝土、低碳鋼、松木的比強(qiáng)度分別為0.012，0.053，0.069,2.3.2 材料的彈性和塑性,1，彈性： 是指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)取消外力后，能完全恢復(fù)原形狀的性質(zhì)，稱為彈性； 2，塑性： 是指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)取消外力后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)，稱為塑性,低碳鋼的曲線,分段的彈性變形和塑性變形,2.3.3 材料的脆性和韌性,1，脆性： 是指材料在外力作用下，直到破壞前無明顯的塑性變形而發(fā)生突然破壞的性質(zhì)，稱為脆性，如玻璃、混凝土、水泥等； 2，韌性： 是指材料在沖擊或震動(dòng)荷載的作用下，能吸收較大能量，并產(chǎn)生較大變形而不發(fā)生破壞的性質(zhì)，稱為韌性，如鋼材、木材、橡膠等； 問題：脆性材料和塑性材料的主要區(qū)別是什么,2.3.4 材料的硬度和耐磨性,1，硬度： 是指材料表面抵抗較硬物體壓入或刻劃的能力； 2，耐磨性: 是指材料抵抗磨損的能力； *一般用磨損率來表