建筑材料基本性質(zhì)

1、School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology土木工程材料土木工程材料（土木工程材料的基本性質(zhì)）（土木工程材料的基本性質(zhì)）School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology本章教學(xué)目標(biāo)School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology 土木工程的功能 要求的材料性能 承受荷載 長期可靠性 防水、

2、隔熱 隔聲、防火 采光、絕緣 不污染環(huán)境強(qiáng)度、剛度耐久性物理性能安全性土木工程要求材料具備哪些性能土木工程材料如何滿足性能要求？School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology本章內(nèi)容u第一節(jié) 材料的基本物理性質(zhì)u第二節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì)u第三節(jié) 材料的耐久性u第四節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology名稱名稱定義定義表達(dá)式表達(dá)式單位單位備注備注密密 度度表觀

3、密度表觀密度堆積密度堆積密度00vmvmvom0（一）材料的密度、表觀密度與堆積密度一、材料與質(zhì)量有關(guān)的基本物理性質(zhì)材料在絕對密實狀態(tài)下材料在絕對密實狀態(tài)下, ,單位體積的質(zhì)量。單位體積的質(zhì)量。材料在自然狀態(tài)下，單材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。位體積的質(zhì)量。材料在堆積狀態(tài)下，單材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。位體積的質(zhì)量。g/cmg/cm3 3/m/m3 3/m/m3 3或或g/cmg/cm3 3School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology（二）密實度與孔隙率材料孔隙示意圖材料孔隙示

4、意圖 000100%) 100%VVPV(1-School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology（二）密實度與孔隙率材料孔隙示意圖材料孔隙示意圖 00100%100%VDVSchool of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology材料空隙率示意圖材料空隙率示意圖00000100%(1) 100%1VVPDV （三）填充率與空隙率School of Architectural and Civil Engin

5、eeringAnhui University of Technology（三）填充率與空隙率0000100%100%VDV材料空隙率示意圖材料空隙率示意圖School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology（一）材料的親水性與憎水性二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology（二）吸水性u定義：吸水性是指材料在水中吸收水分的性質(zhì)，其大小用吸水率表示。 %100 mmmWb

6、mu影響吸水性的因素：u材料的孔隙率；u材料的本身的性質(zhì)，如親水性或憎水性；u孔隙構(gòu)造特征，如孔徑大小、開口與否等 。質(zhì)量吸水率體積吸水率School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology（三）吸濕性100%m-mmWshu定義：材料在空氣中，吸收空氣中水分的性質(zhì)，稱為吸濕性。其大小用含水率表示。 u材料的孔隙率；u材料的本身的性質(zhì)，如親水性或憎水性；u孔隙構(gòu)造特征，如孔徑大小、開口與否等；u周圍空氣的溫度和濕度 。 影響吸濕性的因素：平衡含水率School of Architectural a

7、nd Civil EngineeringAnhui University of Technology（四）材料的耐水性u定義：材料在長期水作用下，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)，稱為耐水性。其衡量指標(biāo)為：gbRffK u軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后的強(qiáng)度降低越多，其耐水性越差。 軟化系數(shù)對經(jīng)常處于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)物的材料，其KR0.85； 受潮較輕的或次要結(jié)構(gòu)物的材料，其KR0.75； School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology越大，材料的抗?jié)B性越差。（五）材料的抗?jié)B性QAdH對于

8、混凝土和砂漿，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級表示。混凝土的抗?jié)B等級以每組六個試件中四個試件未出現(xiàn)滲水時的最大水壓力計算，其計算式為： Pn =10H1 H六個試件中三個滲水時的水壓力，MPa。 AtHQdKs影響材料抗?jié)B性的因素有哪些？School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology（六）材料的抗凍性u定義：材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。u衡量指標(biāo)：抗凍性指標(biāo)用抗凍等級Fn表示，表示經(jīng)過n次凍融循環(huán)次數(shù)后，質(zhì)量損失不超過5%，強(qiáng)度損失不超過25%。u凍融破壞

9、的原因及過程：孔隙及孔隙水孔隙水結(jié)冰材料開裂飽水程度增加開裂加劇材料凍融破壞School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology三、材料的熱工性質(zhì)三、材料的熱工性質(zhì)導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。其大小用熱導(dǎo)率，又稱導(dǎo)熱系數(shù)（）表示。12QdA TTt12(T -T ) AQdt At2t1Q 式中 導(dǎo)熱系數(shù)（W/m.K） Q傳導(dǎo)的熱量（J） A熱傳導(dǎo)面積（m2） d材料的厚度（m） t熱傳導(dǎo)時間（s） (T2-T1)材料兩側(cè)溫差（K） School of Architectural and

10、Civil EngineeringAnhui University of Technologyu 熱傳導(dǎo)性與導(dǎo)熱系數(shù)熱傳導(dǎo)性與導(dǎo)熱系數(shù) u 比熱容與熱容比熱容與熱容 u 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)u 最高使用溫度最高使用溫度材料線膨脹系數(shù)的測量線膨脹系數(shù)的單位：/C材料的線膨脹系數(shù)與組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)：有機(jī)材料金屬材料無機(jī)非金屬材料非晶體材料晶體材料材料導(dǎo)熱性的測量材料的導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)或熱阻表示導(dǎo)熱系數(shù)與組成、結(jié)構(gòu)和孔隙率、孔隙特征有關(guān)：金屬非金屬；多孔材料密實材料封閉孔隙開口連通孔隙三、材料的熱工性質(zhì)三、材料的熱工性質(zhì)School of Architectural and Civil Enginee

11、ringAnhui University of Technologyu強(qiáng)度與比強(qiáng)度u彈性與塑性u脆性與韌性u硬度與耐磨性工程材料的力學(xué)性質(zhì)Mechanical Properties of Engineering materialsMechanical Properties of Engineering materialsu工程結(jié)構(gòu)設(shè)計以承受最大荷載(強(qiáng)度)，而有最小的變形(剛度)u為了工程應(yīng)用效率最優(yōu)，應(yīng)按照材料的強(qiáng)度和剛度，選擇材料u材料的力學(xué)性質(zhì)指材料在荷載(外力)作用下的強(qiáng)度與剛度(形變)u荷載、應(yīng)力、應(yīng)變School of Architectural and Civil Enginee

12、ringAnhui University of Technology1、強(qiáng)度與比強(qiáng)度u強(qiáng)度材料抵抗荷載作用下的變形，保持原有形狀(不發(fā)生形變)或抵抗破壞的性能量度u根據(jù)荷載種類與作用方向，強(qiáng)度有： 抗壓強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度 抗剪強(qiáng)度u工程設(shè)計所涉及的材料強(qiáng)度。u強(qiáng)度等級土木工程材料常根據(jù)其極限強(qiáng)度值的大小，人為劃分的若干“強(qiáng)度等級”u比強(qiáng)度材料強(qiáng)度與材料的表觀密度之比抗壓強(qiáng)度測試直接拉伸測試劈裂拉伸測試四點彎曲試驗彈性極限強(qiáng)度：材料應(yīng)力應(yīng)變曲線上的彈性區(qū)最大應(yīng)力極限強(qiáng)度: 材料應(yīng)力應(yīng)變曲線上的最大應(yīng)力破壞(斷裂)強(qiáng)度: 材料破壞(斷裂)時的強(qiáng)度0fSchool of Architectur

13、al and Civil EngineeringAnhui University of Technology比強(qiáng)度 幾種材料的強(qiáng)度比較材材 料料表觀密度表觀密度(kg/m(kg/m3 3) )強(qiáng)度強(qiáng)度f f (MPa)(MPa)比強(qiáng)度（比強(qiáng)度（f/f/o o）低碳鋼低碳鋼786078604154150.0530.053松松 木木50050034.334.30.0590.059混凝土混凝土2400240060600.0250.025材料的比強(qiáng)度衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)的一個指標(biāo)，材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比，即：0f比強(qiáng)度School of Architectural and Civil Engineer

14、ingAnhui University of Technology2、彈性與塑性 卸載后材料的變形行為：u變形可完全恢復(fù)u變形不可恢復(fù)或部分恢復(fù)School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technologyu彈性 當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料能夠完全恢復(fù)原來變當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料能夠完全恢復(fù)原來變形的性質(zhì)稱為彈性形的性質(zhì)稱為彈性； 具有這種性質(zhì)的材料稱為彈性材料； 根據(jù)其應(yīng)力應(yīng)變曲線，有:線彈性和非線彈性。u塑性 當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料仍保持變形后形狀和當(dāng)撤去外力

15、或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料仍保持變形后形狀和尺寸、并不發(fā)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性尺寸、并不發(fā)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性； 具有這種性質(zhì)的材料稱為塑性材料； 其應(yīng)力應(yīng)變曲線是非線性的，且不連續(xù)，每一點的應(yīng)力與應(yīng)變之比都不相同。2、彈性與塑性 線彈性特征： 應(yīng)力與應(yīng)變成正比； 應(yīng)力應(yīng)變曲線是一條直線 應(yīng)力與應(yīng)變之比(直線斜率)是彈性模量，為常數(shù)。E非線性特征： 應(yīng)力應(yīng)變曲線不是直線而是曲線 應(yīng)力與應(yīng)變之比彈性模量不是常數(shù)School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology剛度與彈性模量u剛度: 材料抵抗變形能

16、力的量度u彈性模量：應(yīng)力與應(yīng)變之比-曲線上的斜率u剛度用彈性模量來測量u例如: 對拉伸構(gòu)件EAPLPPEAE=ddESchool of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology3. 脆性和韌性(Brittleness and Ductility)u脆性 材料在外力作用下，不發(fā)生明顯的變形而突然破壞的一種性能，稱為脆性； 特點：其應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積很小。 具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料u韌性 材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受較大的變形而不至于破壞的性能，稱為韌性。 特點：其應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積

17、較大，這個面積就是其破壞前吸收的總能量。 具有這種性質(zhì)的材料稱為韌性材料u對于脆性材料，極限強(qiáng)度與破壞強(qiáng)度是一致的。u對于韌性材料，極限強(qiáng)度高于破壞（斷裂）強(qiáng)度。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology2.耐磨性材料表面抵抗磨損的能力。用磨損率表示。12mmNA磨損率m1試件磨損前的質(zhì)量（g）；m2試件磨損后的質(zhì)量（g）；A試件受磨面積（cm2）。測定方法：刻劃法、回彈法、壓入法。 1.硬度指材料表面的堅硬程度，是抵抗其他物體刻劃、壓入其表面的能力。School of Architec

18、tural and Civil EngineeringAnhui University of Technology小結(jié)u強(qiáng)度材料抵抗外力，不變形或破壞的能力；u比強(qiáng)度材料強(qiáng)度與質(zhì)量之比；u彈性材料能恢復(fù)荷載作用下的變形的性能；u塑性不可恢復(fù)荷載作用下的變形的性能；u脆性材料破壞前，不產(chǎn)生明顯變形而突發(fā)破壞；u韌性材料破壞前，能產(chǎn)生較大變形或吸收較大能力；u硬度材料抵抗刻劃、擦傷、磨損的能力；School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology一、概念材料的耐久性是指材料在使用期間，受到各種內(nèi)在的或外來因素的影響，能經(jīng)久不變質(zhì)不破壞，能保持原有