材料的基本物理性質(zhì)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第一章 建筑材料基本性質(zhì)第1頁第1頁本章提綱本章主要簡介了建筑材料基本性質(zhì)掌握材料密度、與水相關(guān)性質(zhì)、耐久性理解熱工性和硬度第2頁第2頁第一章 內(nèi)容簡介材料構(gòu)成、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)材料基本物理性質(zhì)材料力學(xué)性質(zhì)材料耐久性 第3頁第3頁1 材料構(gòu)成、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)材料宏觀性能是由其構(gòu)成及其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)所決定！材料構(gòu)成材料結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)第4頁第4頁一、材料構(gòu)成材料是由分子、原子構(gòu)成材料構(gòu)成包括化學(xué)構(gòu)成和礦物構(gòu)成化學(xué)構(gòu)成：構(gòu)成材料化學(xué)元素種類和數(shù)量表示辦法：金屬以化學(xué)元素含量百分?jǐn)?shù)表示無機(jī)非金屬材料以元素氧化物含量表示有機(jī)高分子材料構(gòu)成他一個(gè)或幾種低分子化合物（單體）表示礦物構(gòu)成：指構(gòu)成材料礦物種類和數(shù)量第5頁第5

2、頁一、材料構(gòu)成構(gòu)成與結(jié)構(gòu)關(guān)系材料構(gòu)成決定了材料性能(高鋁水泥與硅酸鹽水泥）構(gòu)成相同時(shí)，結(jié)構(gòu)決定性能金剛石與石墨第6頁第6頁二、材料結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)亞微觀結(jié)構(gòu)：1mm0.001mm微觀結(jié)構(gòu)：構(gòu)成材料基本微粒排列方式，晶體、非晶體、膠體第7頁第7頁三、材料結(jié)構(gòu)材料宏觀組織情況主要研究材料孔隙致密材料鋼材多孔材料無機(jī)非金屬材料孔隙特性參數(shù):多少孔隙率P孔隙大小孔半徑r孔隙結(jié)構(gòu)孔隙分布孔隙形狀開口孔與閉口孔第8頁第8頁2 材料基本物理性質(zhì)材料與質(zhì)量相關(guān)性質(zhì)材料與水相關(guān)性質(zhì)材料與熱相關(guān)性質(zhì)第9頁第9頁1.1 材料與質(zhì)量相關(guān)性質(zhì)材料體積組成 體積是材料占有空間尺寸。因?yàn)椴牧虾胁煌锢頎顟B(tài)，因此表現(xiàn)出不同體積

3、1.1材料結(jié)構(gòu)構(gòu)成 1.固體（實(shí)體） 2.閉口孔隙 3.開口孔隙 第10頁第10頁材料體積構(gòu)成材料固體物質(zhì)體積材料孔隙體積 VKVB微孔細(xì)孔大孔孤立孔連通孔絕對密實(shí)體積自然體積第11頁第11頁粉狀、散粒狀材料在堆積狀態(tài)下體積用堆積體積表示散粒材料堆積體積第12頁第12頁（一 ）材料密度密度(Density) ： 指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積干質(zhì)量。第13頁第13頁密度測量測試時(shí)，材料必須處于干燥狀態(tài)。含孔材料磨細(xì)后采用排液辦法測定體積。 能夠直接采用密度計(jì)算材料有：鋼材、玻璃、瀝青等。 1.4 李氏瓶第14頁第14頁（一 ）材料密度表觀密度： (Apprent density)材料在自然狀態(tài)

4、下單位體積質(zhì)量。 第15頁第15頁（一 ）材料密度體積密度： (Apprent density)材料在自然狀態(tài)下單位體積質(zhì)量。 第16頁第16頁（一 ）材料密度由于自然體積包括了材料孔隙，因此，材料孔隙狀態(tài)、孔隙多少以及孔隙含水狀態(tài)等，都直接影響材料質(zhì)量、 自然體積和體積密度。 通常所指體積密度，都是指材料在干燥狀態(tài)下體積密度。 第17頁第17頁體積密度測量大多數(shù)土木工程材料要以體積密度進(jìn)行計(jì)算，如混凝土、 砂漿、磚及燒結(jié)制品、木材及其制品等等。 對于外形規(guī)則材料，其自然體積可直接量取，對于無規(guī)則外形材料，通常采用蠟封法測得表觀體積。 第18頁第18頁（一 ）材料密度堆積密度散粒狀材料單位堆積

5、體積（開口+閉口+實(shí)體+間隙）質(zhì)量。反應(yīng)散粒堆積緊密（壓實(shí)）程度及也許堆放空間。第19頁第19頁（一 ）材料密度堆積密度計(jì)算公式第20頁第20頁堆積密度測量討論材料堆積密度必須指明其堆積狀態(tài)和干濕狀態(tài)第21頁第21頁（一 ）材料密度幾個(gè)密度特點(diǎn)： 相同點(diǎn)：指單位體積質(zhì)量。（質(zhì)量/體積） 區(qū)分：測試方法不同，取得體積大小不同體積測試方法： 體積 李氏比重瓶法(粉末) 自然體積 排液法 堆積體積(實(shí)體閉口開口間隙)密度筒法第22頁第22頁（二 ）材料密實(shí)度和孔隙率孔隙率 密實(shí)度第23頁第23頁（三）材料空隙率和填充率空隙率 填充率第24頁第24頁孔隙率與空隙率區(qū)別比較項(xiàng)目孔隙率空隙率合用場合個(gè)體材

6、料內(nèi)部堆積材料之間作 用可判斷材料性質(zhì)可進(jìn)行材料用量計(jì)算計(jì)算公式第25頁第25頁孔隙多少和孔隙特性對材料性能影響： 材料狀態(tài)特性，如密度、體積等； 材料力學(xué)性質(zhì)，如強(qiáng)度、耐磨性等； 材料與水相關(guān)性質(zhì)，如吸濕性、吸水性?？?jié)B性、抗凍性 等； 材料熱容性質(zhì)，如保溫性； 材料聲學(xué)性質(zhì)，如吸聲性等。 第26頁第26頁1.2 材料與水相關(guān)性質(zhì)親水性與憎水性吸水性與吸濕性耐水性抗?jié)B性抗凍性第27頁第27頁 親水性和憎水性 第28頁第28頁1 材料親水性與憎水性親水性-材料在空氣中與水接觸時(shí)，能被水潤濕性質(zhì) 潤濕角小于90度材料憎水性-材料在空氣中與水接觸時(shí)，不能被水潤濕性質(zhì) 潤濕角不小于90度材料憎水性材

7、料作用能制止水分進(jìn)入毛細(xì)孔中 可單獨(dú)用作防水材料也可用于親水性材料表面處理。第29頁第29頁1 材料親水性與憎水性第30頁第30頁1 材料親水性與憎水性因材料分子結(jié)構(gòu)不同引發(fā)。親水性材料與水分子之間分子親合力大 于水分子本身之間內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子 之間親合力小于水分子本身之間內(nèi)聚力。 在親水性材料表面，水分子能夠鋪展開，且能經(jīng)過毛 細(xì)管作用進(jìn)入材料內(nèi)部；在憎水性材料表面，水分子難以鋪展開，更難以滲透材料毛細(xì)管中。 第31頁第31頁材料含水狀態(tài)第32頁第32頁2. 吸水性材料吸取水分能力稱為材料吸水性。吸水大小以 吸水率來表示。 （1）質(zhì)量吸水率 材料在吸水飽和時(shí)，所吸水量占材料在

8、干燥狀態(tài)下質(zhì) 量百分比，以 Wm表示： 第33頁第33頁2. 吸水性（續(xù)）（2）體積吸水率體積吸水率指材料吸水飽和時(shí)，吸水體積占材料自然 體積百分率，以 W表示：第34頁第34頁哪些材料吸水性強(qiáng)親水性材料孔隙率大材料含有開口而連通毛細(xì)孔第35頁第35頁影響原因親水材料還是憎水材料孔隙率和孔隙特性第36頁第36頁3 吸濕性指材料在潮濕空氣中吸取水分性質(zhì)。 用含水率表示在空氣中，某一材料含水多少是隨空氣 濕度改變。 第37頁第37頁3 吸濕性第38頁第38頁影響原因材料孔隙率和孔隙特性外界環(huán)境第39頁第39頁吸水率與含水率區(qū)別比較項(xiàng)目吸水率含水率合用場合在水中吸取水分在空氣中吸取水分表示辦法質(zhì)量吸

9、水率、體積吸水率吸取水分質(zhì)量比吸水狀態(tài)達(dá)到飽和與空氣中水分平衡通常小于吸水率第40頁第40頁4 耐水性材料耐水性是指材料長期在飽和水作用下不破壞，強(qiáng)度也不明顯減少性質(zhì)。軟化系數(shù) KR： 是衡量材料耐水性指標(biāo) KR 材料軟化系數(shù)； fb 材料在飽和吸水狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度， MPa fg 材料在干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度， MPa 第41頁第41頁軟化系數(shù)軟化系數(shù)反應(yīng)了材料飽水后強(qiáng)度降低程度，是材料吸 水后性質(zhì)改變主要特性之一。 普通材料吸水后，水分會(huì)分散在材料內(nèi)微粒表面，減弱其內(nèi)部結(jié)合力，使材料強(qiáng)度有不同程度降低。 當(dāng)材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時(shí)（如石膏、石灰等），吸入水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強(qiáng)度嚴(yán)重降低。 第

10、42頁第42頁軟化系數(shù)特點(diǎn)材料軟化系數(shù)范圍在 0至1 之間。軟化系數(shù)越小，材料耐水性越差，其使用環(huán)境將受到很大限制。 軟化系數(shù) 0.85 材料稱為耐水性材料，耐水材料可用在水中或潮濕環(huán)境中以及主要工程中。 即使用于普通受潮較輕或次要工程部位時(shí)，材料軟 化系數(shù)也不得小于 0.75 第43頁第43頁5 抗?jié)B性抗?jié)B性： 指材料抵抗壓力水滲入性質(zhì)表示：滲入系數(shù)越大，抗?jié)B性越差 抗?jié)B性等級越大，抗?jié)B性越好要求：地下、水工、防水材料，要含有一定抗?jié)B性第44頁第44頁抗?jié)B等級材料抗?jié)B等級： P4 P6 P8 P10 P15 P20 P25 P30 材料 能承受透水壓力： 0.4MPa 0.6MPa 0.8M

11、Pa 1.0MPa 1.5MPa 第45頁第45頁影響原因第46頁第46頁6 抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受重復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不明顯減少性能。 第47頁第47頁凍融破壞第48頁第48頁抗凍性等級抗凍等級：指試件不被破壞時(shí)能經(jīng)受凍融循環(huán)次數(shù) 抗凍等級標(biāo)號(hào)越高，抗凍性越好 15 25 50 100 200材料可承受凍融循環(huán)次數(shù)： 15 次、 25 次、 50 次、 100 次、 200 次。符號(hào)F后面數(shù)值表示：可經(jīng)受凍融循環(huán)次數(shù)數(shù)值。第49頁第49頁影響材料抗凍性原因：第50頁第50頁1.3 材料導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性：材料傳導(dǎo)熱量能力 0.23 ,絕熱材料密閉空氣：0.023

12、水：0.58 冰：2.20 第51頁第51頁影響導(dǎo)熱性原因：化學(xué)構(gòu)成（幾乎所有多原子固體化合物熱容都不小于水。幾乎所有C5以上有機(jī)化合物熱容不小于水）空隙率及孔隙特性含水情況環(huán)境溫度情況第52頁第52頁水在材料中不良影響體積密度大（重）隔熱保溫性能減少強(qiáng)度減少體積膨脹較大抗凍性較差第53頁第53頁思考題問題：為何新建房屋隔熱保溫性能很差，尤其在冬季？第54頁第54頁硬度與耐磨性第55頁第55頁硬度與耐磨性第56頁第56頁硬度與耐磨性關(guān)系特點(diǎn)：硬度高，耐磨性強(qiáng)，但不易加工。第57頁第57頁1.4 材料力學(xué)性質(zhì)材料強(qiáng)度、比強(qiáng)度 彈性和塑性 脆性和韌性 硬度和耐磨性第58頁第58頁1 強(qiáng)度 (Str

13、ength)抗壓(Compressive)強(qiáng)度抗拉(Tensile)強(qiáng)度抗剪(Shearing)強(qiáng)度材料抵抗外力破壞能力。第59頁第59頁2.比強(qiáng)度(Strength-weight ratio) 指材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。 意義：反應(yīng)材料輕質(zhì)高強(qiáng)指標(biāo)。 值越大，材料越輕質(zhì)高強(qiáng)第60頁第60頁3 材料彈性和塑性彈性(Elasticity)外力作用產(chǎn)生變形,外力取消能完全恢復(fù)。2.塑性(Mould) 外力作用產(chǎn)生變形,外力取消變形不能恢復(fù)意義：E表示材料抵抗變形指標(biāo)，E值越大，材料 越不易變形，即抵抗變形能力越強(qiáng)。指標(biāo)：彈性模量 第61頁第61頁三、韌性(Fragility)和脆性(Tenacity) 1.脆性無明顯塑性變形，忽然破壞。 脆性材料：石、磚、砼、陶瓷、玻璃、鑄鐵等 2.韌性產(chǎn)生一定變形不破壞,能吸取較大能量。 韌性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。 采用沖擊試驗(yàn)測定。第62頁第62頁四 耐久性耐久性概念指材料在所處環(huán)境條件下，抵抗所受破壞作用，在要求時(shí)間內(nèi)，不變質(zhì)、不損壞保持其原有性能性質(zhì)！耐久性是衡量材料乃至結(jié)構(gòu)在長期使用條件下安全性能第63頁