3材料的基本性質(zhì)

1、1建筑材料的基本性質(zhì)學(xué)習(xí)重點(diǎn) （1）密度、表觀密度、堆積密度 （2）孔隙率、空隙率 （3）含水率、吸水率、軟化系數(shù) （4）抗壓、抗拉、抗剪、抗彎強(qiáng)度 （5）彈性、塑性；脆性、韌性學(xué)習(xí)難點(diǎn) 密度、表觀密度、堆積密度的區(qū)分，孔隙率、空隙率的計(jì)算。2一、建筑材料的物理性質(zhì) 密度、表觀密度和堆積密度密度、表觀密度和堆積密度 密實(shí)度和孔隙率密實(shí)度和孔隙率 填充率和空隙率填充率和空隙率 親水性和憎水性親水性和憎水性 吸水性和吸濕性吸水性和吸濕性 耐水性耐水性 抗?jié)B性和抗凍性抗?jié)B性和抗凍性3（1）密度 1 材料的密度、表觀密度和堆積密度Vm1.固體固體2.閉口孔隙閉口孔隙3.開口孔隙開口孔隙絕對密實(shí)狀態(tài)下（

2、不含孔隙情絕對密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況下），單位體積的干質(zhì)量。況下），單位體積的干質(zhì)量。如何測量？如何測量？4李氏瓶測定“絕對密實(shí)體積”密度：絕對密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況下），單密度：絕對密實(shí)狀態(tài)下（不含孔隙情況下），單位體積的干質(zhì)量。位體積的干質(zhì)量。5近似密度砂石等材料用排液置換法測量近似密度時，對應(yīng)的體積是？1.固體固體2.閉口孔隙閉口孔隙3.開口孔隙開口孔隙閉口孔隙體積）實(shí)體體積(ma6表觀密度計(jì)算表觀密度對應(yīng)的體積是？1.固體固體2.閉口孔隙閉口孔隙3.開口孔隙開口孔隙00Vm對于規(guī)則形狀材料的體積，可用量具測得。對于對于規(guī)則形狀材料的體積，可用量具測得。對于不規(guī)則形狀材料的體積，可用

3、封蠟排液法測得。不規(guī)則形狀材料的體積，可用封蠟排液法測得。包含：包含：實(shí)體體積實(shí)體體積閉口體積閉口體積開口體積開口體積7堆積密度指散?；蚍蹱畈牧显诙逊e狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，包含了顆粒之間的“空隙”00Vm材料堆積體積包括：材料堆積體積包括：實(shí)體體積實(shí)體體積+ +孔隙體積（閉口孔隙體積孔隙體積（閉口孔隙體積+ +開口孔隙開口孔隙體積）空隙體積體積）空隙體積材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。程度及材料可能的堆放空間。8三種密度的比較密度密度表觀密度表觀密度堆積密度堆積密度對應(yīng)對應(yīng)體積體積實(shí)體體積實(shí)體體積實(shí)體體積實(shí)體體積開口、閉

4、口開口、閉口孔隙體積孔隙體積實(shí)體體積實(shí)體體積開口、閉口開口、閉口孔隙體積孔隙體積空隙體積空隙體積對應(yīng)質(zhì)量是什么？對應(yīng)質(zhì)量是什么？干重！干重！92材料的密實(shí)度與孔隙率（1 1）密實(shí)度：）密實(shí)度：表示材料內(nèi)被固體所填充的程度。0VVD 0D（2 2）孔隙率：）孔隙率：材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。0001VVVVVP01P103 材料的填充率與空隙率（1 1） 填充率：填充率：表觀體積（包括顆粒的固體、開口 閉口孔隙）與堆積體積的比值。（2 2）空隙率：）空隙率：空隙體積與堆積體積的比值。00VVD 00D000001VVVVVP001P空隙率可作為控制混凝土骨料的級配及計(jì)算砂率的依據(jù)。

5、空隙率可作為控制混凝土骨料的級配及計(jì)算砂率的依據(jù)。114親水性和憎水性12 潤濕邊角：潤濕邊角：當(dāng)材料與水接觸時，在材料、水以及空氣三相的交點(diǎn)處，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角，稱為潤濕邊角，角愈小，表明材料愈易被水潤濕。親水性材料（親水性材料（9090），），如磚、石材、混凝土、鋼材、木材等。憎水性材料（憎水性材料（9090），），如瀝青、石蠟等。135 材料的吸水性與吸濕性1)1)吸水性吸水性材料與水材料與水接觸接觸吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。吸水率吸水率材料吸水材料吸水飽和飽和時的含水率稱為吸水率。時的含水率稱為吸水率。質(zhì)量吸水率：體積吸水率材料

6、具有細(xì)微而連通的孔隙，則其吸水率較大；封閉或粗大的材料具有細(xì)微而連通的孔隙，則其吸水率較大；封閉或粗大的孔隙材料，其吸水率較低。不同材料的吸水率差別很大。孔隙材料，其吸水率較低。不同材料的吸水率差別很大。%100mmmWbm%1000VVWwV142 2）吸濕性）吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。含水率含水率（衡量吸濕性的指標(biāo)）（衡量吸濕性的指標(biāo)）例：例：100g土中含水土中含水20g，該土的含水率為，該土的含水率為20，對嗎？，對嗎？木材的吸濕性特別明顯。木材的吸濕性特別明顯。材料干重水質(zhì)量mmmWsh（X）當(dāng)材料吸水飽和時的含水率即為吸水率！當(dāng)材料吸水飽和時的含水率即為吸水率

7、！一般，氣溫越低，相對濕度較大，材料的含水率越大。一般，氣溫越低，相對濕度較大，材料的含水率越大。156 材料的耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力稱為材料的耐水性。狹義耐水性指水對材料力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的劣化作用。定向吸附，劈裂破壞；吸水膨脹，開裂破壞；物質(zhì)溶解，孔隙增大。16gbff壓強(qiáng)度材料在干燥狀態(tài)下的抗的抗壓強(qiáng)度材料在吸水飽和狀態(tài)下軟化系數(shù)在設(shè)計(jì)長期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)時，必須選用軟化系數(shù)0.85的材料。177 材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性。材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性?？?jié)B性是決定材抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標(biāo)。料耐久性的主要指標(biāo)。材料的抗?jié)B性通常

8、用滲透系數(shù)表示。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)的物理意義是滲透系數(shù)的物理意義是：一定厚度的材料，在一一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時定水壓力下，在單位時間內(nèi)透過單位面積的水間內(nèi)透過單位面積的水量。量。18AtHQdK 式中式中K材料的滲透系數(shù)材料的滲透系數(shù),cmh；Q滲透水量滲透水量,cm3；d材料的厚度材料的厚度,cm；A滲水面積滲水面積,cm2；t滲水時間滲水時間,h；H靜水壓力水頭靜水壓力水頭,cm。K值愈大，表示材料滲透的水愈多，即抗?jié)B性愈差。值愈大，表示材料滲透的水愈多，即抗?jié)B性愈差?？?jié)B性是決定抗?jié)B性是決定材料耐久性材料耐久性的主要指標(biāo)。的主要指標(biāo)。19材料的抗?jié)B

9、性與材料內(nèi)部的材料的抗?jié)B性與材料內(nèi)部的孔孔隙率特別是隙率特別是開口孔開口孔隙率隙率有關(guān)，開口空隙率越大，大孔含量越多，則有關(guān)，開口空隙率越大，大孔含量越多，則抗?jié)B性越差?？?jié)B性越差。地下建筑及水工建筑等，因經(jīng)常受壓力水的作地下建筑及水工建筑等，因經(jīng)常受壓力水的作用，所用材料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性。對于防水材用，所用材料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性。對于防水材料則應(yīng)具有好的抗?jié)B性。料則應(yīng)具有好的抗?jié)B性。20工程度量指標(biāo)：工程度量指標(biāo)：抗?jié)B等級抗?jié)B等級 抗?jié)B等級：試件在透水前所能承受的最大水壓力。抗?jié)B等級：試件在透水前所能承受的最大水壓力。 表示方式：以符號表示方式：以符號“P”和材料透水前的最大水壓力的和材料

10、透水前的最大水壓力的0.1MPa表示，如表示，如P4、P6、P8等分別表示材料能承受等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不滲水。用公式表示：的水壓而不滲水。用公式表示：S=10H-1 式中：式中：S-抗?jié)B等級；抗?jié)B等級；H -試件開始滲水時的壓力，試件開始滲水時的壓力，MPa.218 材料的抗凍性材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)，保持其原有性質(zhì)或不明顯降低原有性質(zhì)的能力。22材料受凍融破壞主要原材料受凍融破壞主要原因因：孔隙中的水結(jié)冰所致。 水結(jié)冰時體積增大約9，若材料孔 隙中充滿水，則結(jié)冰膨脹對孔壁產(chǎn)生很大應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時，孔壁將產(chǎn) 生局部開裂。隨

11、著凍融次數(shù)的增多，材料破壞加重。 材料的抗凍性取決于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。材料的抗凍性取決于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。1）如果孔隙不充滿水，即遠(yuǎn)末達(dá)飽和，具有足夠的自由空間，則即使受凍也不致產(chǎn)生很大凍脹應(yīng)力。232）極細(xì)的孔隙，雖可充滿水，但因孔壁對水的吸附力極大，吸附在孔壁上的水其冰點(diǎn)很低，它在般負(fù)溫下不會結(jié)冰。3）粗大孔隙一般水分不會充滿其中，對冰脹破壞可起緩沖作用。4）閉口孔隙水分不能滲入；而毛細(xì)管孔隙既易充滿水分，又能結(jié)冰,故其對材料的冰凍破壞作用影響最大。 另外，從外界條件來看，材料受凍融破壞的程度，與凍融溫度、結(jié)冰速度、凍融頻繁程度等因素有關(guān)。環(huán)境溫度愈低、降溫愈快、凍

12、融愈頻繁、則材料受凍破壞愈嚴(yán)重。242526凍融破壞的大壩壩面凍融破壞的大壩壩面使用使用2020年的高速公路橋梁年的高速公路橋梁2728練 習(xí)某材料的密度為2.68g/cm3，干表觀密度為1680Kg/m3，現(xiàn)將一重930g的該材料浸入水中，吸水飽和后取出稱重為1035g，試求該材料的孔隙率、吸水率、開口孔隙率及閉口孔隙率。 吸水率吸水率10/930=11.3%3 .3768. 268. 1110P孔隙率%0 .1968. 1/930105表觀體積開口孔隙體積開口孔隙率開口孔隙率孔隙率閉口孔隙率3 .18%0 .193 .372930二、材料的基本力學(xué)性質(zhì) 材料的強(qiáng)度和比強(qiáng)度材料的強(qiáng)度和比強(qiáng)度

13、 彈性和塑形彈性和塑形 脆性和韌性脆性和韌性 耐久性耐久性31應(yīng)力 【1】材料發(fā)生形變時內(nèi)部產(chǎn)生了大小材料發(fā)生形變時內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力應(yīng)力（Stress）。）。 【2】應(yīng)力應(yīng)力是受力桿件某一截面上一微是受力桿件某一截面上一微小單元處的內(nèi)力大小的集度。小單元處的內(nèi)力大小的集度。32應(yīng)力 應(yīng)力（應(yīng)力（Stress）：）： 其值等于單位面積上所受的外力，其值等于單位面積上所受的外力，即即 單位：牛頓單位：牛頓/米米2，即，即N/m2，又寫為，又寫為PaAF名義應(yīng)力：真實(shí)應(yīng)力

14、：00AFAFT， A0為材料受力前的面積， A為材料受力后的面積33應(yīng)變 當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移當(dāng)材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變時，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為化，這種形變稱為應(yīng)變（應(yīng)變（Strain）34應(yīng)變 應(yīng)變（Strain）： 對于各向同性的材料，有三種基本應(yīng)變 類型：拉伸應(yīng)變拉伸應(yīng)變 /epsln/ 埃普西龍 剪切應(yīng)變剪切應(yīng)變 /gm/ 伽瑪 壓縮應(yīng)變壓縮應(yīng)變 /delt/ 得爾塔 351）拉伸應(yīng)變 拉伸應(yīng)變是指材料受到垂直垂直于截面積的大小相等、方向相反并作用在同一條直線上的兩個拉伸應(yīng)力時材料發(fā)生的形變 一根長度為l0的材料，在拉

15、應(yīng)力的作用下被拉長到l1，則在小伸長時，其拉伸應(yīng)變?yōu)?真實(shí)應(yīng)變T0001lllll01llTlnd10llll362）剪切應(yīng)變 剪切應(yīng)變 是指材料受到平行平行于截面積的大小相等、 方向相反的兩個剪切力時發(fā)生的形變 =tan 在小剪切力應(yīng)變時0373）壓縮應(yīng)變 壓縮應(yīng)變是指材料周圍受到均勻應(yīng)力應(yīng)力P時,其體積從開始時的V0變化為V1(V1= V0-V)的 形變:0010VVVVV38應(yīng)力集中【1】材料的實(shí)際強(qiáng)度往往遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度，為什么？原因：材料性質(zhì)不均勻，缺陷：微裂紋，微孔隙?！?】“千里之堤，潰于蟻穴?！边@種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中應(yīng)力集中效應(yīng)。效應(yīng)。39二、材料的基本力學(xué)性質(zhì)材料的力

16、學(xué)性質(zhì)：材料的力學(xué)性質(zhì)：材料在外力作用下所引起的變材料在外力作用下所引起的變化的性質(zhì)。這些變化包括材料的化的性質(zhì)。這些變化包括材料的變形和破壞變形和破壞。變形：變形：在外力的作用下，材料通過形狀的改變來在外力的作用下，材料通過形狀的改變來吸收能量吸收能量彈性變形和塑性變形。彈性變形和塑性變形。破壞：破壞：當(dāng)外力超過材料的承受極限時，材料出現(xiàn)當(dāng)外力超過材料的承受極限時，材料出現(xiàn)斷裂等喪失使用功能的變化。斷裂等喪失使用功能的變化。401 材料的強(qiáng)度1、定義、定義：材料抵抗破壞的能力稱為：材料抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度強(qiáng)度。2、材料的強(qiáng)度、材料的強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎(折

17、折)強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度等。等。材料的這些強(qiáng)度是通過靜力試驗(yàn)來測定的，故總材料的這些強(qiáng)度是通過靜力試驗(yàn)來測定的，故總稱為稱為靜力強(qiáng)度靜力強(qiáng)度。材料的靜力強(qiáng)度是通過標(biāo)準(zhǔn)試件。材料的靜力強(qiáng)度是通過標(biāo)準(zhǔn)試件的破壞試驗(yàn)而測得。的破壞試驗(yàn)而測得。41材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式： maxPfA式中式中f 材料的抗壓、抗拉或抗剪強(qiáng)度，材料的抗壓、抗拉或抗剪強(qiáng)度，MPa；Pmax材料破壞時的最大荷載，材料破壞時的最大荷載，N；A受力截面面積，受力截面面積，mm2。42例題飽水抗壓強(qiáng)度飽水抗壓強(qiáng)度185/(0.115*0.12)=13406kPa=13.4MPa干燥抗壓強(qiáng)度干燥抗壓強(qiáng)度207/(

18、0.115*0.12)=15000kPa=15MPa軟化系數(shù)軟化系數(shù)13.4/15=0.8930.85，故可用于常與水接觸的工程，故可用于常與水接觸的工程結(jié)構(gòu)物。結(jié)構(gòu)物。某材料底面尺寸某材料底面尺寸115mm120mm，其在飽水，其在飽水和干燥時的分別能抵抗和干燥時的分別能抵抗185N和和207N的壓力，的壓力，試判斷該材料是否能用于水下工程。試判斷該材料是否能用于水下工程。43抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式（兩分點(diǎn)彎曲）： b hLPP/2P/2max232mPLfbh式中式中fm抗彎強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度，MPa；Pmax彎曲破壞時的最大荷載彎曲破壞時的最大荷載,N；b，h試件橫截面的寬和高試件橫截面的寬和高,

19、mm；L兩支點(diǎn)間的距離，兩支點(diǎn)間的距離，mm。44抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式（三分點(diǎn)彎曲）：max2mPLfbhLP/2P/2bhPL/3L/3L/345材料的“物盡其用”磚、石、混凝土：磚、石、混凝土：抗壓強(qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度較低?？箟簭?qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度較低。鋼材：鋼材：抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均較高?？箟簭?qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均較高。強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系：強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系：孔隙率越大，強(qiáng)度越孔隙率越大，強(qiáng)度越-?。同一種材料的強(qiáng)度分級：同一種材料的強(qiáng)度分級：C30（強(qiáng)度為（強(qiáng)度為30MPa的混凝土），的混凝土），C50?HPB235（強(qiáng)度為（強(qiáng)度為235MPa的熱軋光圓鋼筋）的熱軋光圓鋼筋）HRB335（強(qiáng)度為（強(qiáng)

20、度為335MPa的熱軋帶肋鋼筋）。的熱軋帶肋鋼筋）。低低462 比強(qiáng)度 比強(qiáng)度是指按單位重量計(jì)算的材料強(qiáng)比強(qiáng)度是指按單位重量計(jì)算的材料強(qiáng)度它等于材料的強(qiáng)度與表觀密度之比：度它等于材料的強(qiáng)度與表觀密度之比： 它是評價材料的是否輕質(zhì)高強(qiáng)的指標(biāo)它是評價材料的是否輕質(zhì)高強(qiáng)的指標(biāo)0f47幾種材料的強(qiáng)度比較材料表觀密度（kg/m3）強(qiáng)度f（MPa）比強(qiáng)度（f/0）低碳鋼78604150.053松木50034.30.059混凝土2400600.025481.3.3 彈性與塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱為原始形狀的性質(zhì)稱為彈性彈性?？赏耆謴?fù)的變形稱為?？赏耆謴?fù)的變形稱為彈性變形彈性變形。材料在外力作用下，當(dāng)應(yīng)力超過一定限值時產(chǎn)生顯著變形，材料在外力作用下，當(dāng)應(yīng)力超過一定限值時產(chǎn)生顯著變形，且不產(chǎn)生裂縫或發(fā)生斷裂且不產(chǎn)生裂縫或發(fā)生斷裂，外力取消后，仍保持變形后的形狀，外力取消后，