材料的基本性質(zhì)課件

第二章材料的基本性質(zhì)一、材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)材料的體積構(gòu)成體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。材料體積的種類(lèi)絕對(duì)密實(shí)體積Ｖ

干燥材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部固體物質(zhì)的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。。一般將材料磨成規(guī)定細(xì)度的粉末，用排開(kāi)液體的方法得到其體積。（一）材料的密度

1.實(shí)際密度指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算：

式中：ρ——實(shí)際密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的質(zhì)量，g或kg；

V——材料的絕對(duì)密實(shí)體積，cm3或m3。例一請(qǐng)求100g的H2O的體積。2.表觀密度表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：

式中：ρ0——材料的體積密度,g/cm3或kg/m3；

m

——材料的質(zhì)量，g或kg；

V0——材料的自然體積，cm3或m3。（一）材料的密度例二某材料，干燥狀態(tài)下質(zhì)量為115g，自然狀態(tài)下的體積為44cm3，絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積為37cm3。請(qǐng)計(jì)算此材料的密度ρ及表觀密度ρo。砂堆積密度的測(cè)定將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積孔隙率：材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。式中：V——材料的絕對(duì)密實(shí)體積，cm3或m3；

V0——材料的表觀體積，cm3或m3；

ρ0——材料的表觀密度,g/cm3或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3或kg/m3。

（三）孔隙率例四已知孔隙率為22.1%，求此材料的密實(shí)度D。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.親水性與憎水性

與水接觸時(shí)，材料表面能被水潤(rùn)濕的性質(zhì)稱(chēng)為親水性,θ≤900；材料表面不能被水潤(rùn)濕的性質(zhì)稱(chēng)為憎水性,θ>900。

二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)2.材料的吸水性

材料在水中吸收水分的能力，稱(chēng)為材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率來(lái)表示。（1）質(zhì)量吸水率

質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，（2）體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)（3）影響材料吸水性的因素

材料是親水的還是憎水的;孔隙率大小;孔隙特征.二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)3.材料的吸濕性（1）概念：材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。（2）表示方法：

含水率

當(dāng)空氣中濕度在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定時(shí)，材料的吸濕和干燥過(guò)程處于平衡狀態(tài)，此時(shí)材料的含水率保持不變，其含水率稱(chēng)為平衡含水率。例1：500g砂烘干至恒重時(shí)的質(zhì)量為486g，求此河砂的含水率。4.材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長(zhǎng)期在飽和水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。材料耐水性的指標(biāo)用軟化系數(shù)。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)軟化系數(shù)反映了材料飽水后強(qiáng)度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。軟化系數(shù)的波動(dòng)范圍在0至1之間。工程中通常將KR＞0.85的材料稱(chēng)為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時(shí)，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)5.材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級(jí)表示。（1）滲透系數(shù)K

材料的滲透系數(shù)越小，說(shuō)明材料的抗?jié)B性越強(qiáng)。12、（1）抗?jié)B性混凝土的抗?jié)B性是指混凝土抵抗壓力水滲透的能力。混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)表示。是以28d齡期的標(biāo)準(zhǔn)試件，按規(guī)定方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)所能承受的最大靜水壓力來(lái)確定。可分為P4、P6、P8、P10和P12等五個(gè)等級(jí)，分別表示混凝土能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的靜水壓力而不發(fā)生滲透。（2）抗凍性混凝土的抗凍性是指混凝土在飽和水狀態(tài)下，能抵抗凍融循環(huán)作用而不發(fā)生破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。用抗凍等級(jí)表示?？箖龅燃?jí)是以28d齡期的混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，在飽和水狀態(tài)下，強(qiáng)度損失不超過(guò)25％，且質(zhì)量損失不超過(guò)5％時(shí)，所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示，有F10、F15、F25、F50、F100、F200、F250和F300等九個(gè)等級(jí)。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)（2）抗?jié)B等級(jí)材料的抗?jié)B等級(jí)是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水試驗(yàn)時(shí)，材料標(biāo)準(zhǔn)試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母S及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來(lái)表示抗?jié)B等級(jí)。如S4、S6、S8、S10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。（3）影響材料抗?jié)B性的因素材料親水性和憎水性通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料；材料的密實(shí)度密實(shí)度高的材料其抗?jié)B性也較高；材料的孔隙特征具有開(kāi)口孔隙的材料其抗?jié)B性較差。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)影響抗凍性的因素1.材料的密實(shí)度（孔隙率）密實(shí)度越高則其抗凍性越好。2.材料的孔隙特征開(kāi)口孔隙越多則其抗凍性越差。3.材料的強(qiáng)度強(qiáng)度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大則其抗凍性越差。三、與熱有關(guān)的性質(zhì)1、導(dǎo)熱性2、比熱容和熱容量3、材料的保溫隔熱性能四、材料的力學(xué)性質(zhì)1.材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強(qiáng)度等?？箟嚎估辜艨箯澦摹⒉牧系牧W(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的計(jì)算：式中：f——材料強(qiáng)度，MPa；

Fmax——材料破壞時(shí)的最大荷載，N；

A——試件受力面積，mm2?？箯潖?qiáng)度的計(jì)算：中間作用一集中荷載，對(duì)矩形截面試件，則其抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算：式中：fw——材料的抗彎強(qiáng)度，MPa；Fmax——材料受彎破壞時(shí)的最大荷載，N；A——試件受力面積，mm2；L、b、h——兩支點(diǎn)的間距，試件橫截面的寬及高，mm。-比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比。它是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)的一個(gè)主要指標(biāo)。四、材料的力學(xué)性質(zhì)2.彈性和塑性（1）彈性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后能夠完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)稱(chēng)為彈性。這種完全恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形（或瞬時(shí)變形）。（2）塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱(chēng)為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形（或永久變形）。E=例如：混凝土、鋼筋四、材料的力學(xué)性質(zhì)3.脆性和韌性

材料受力達(dá)到一定程度時(shí)，突然發(fā)生破壞，并無(wú)明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱(chēng)為脆性。大部分無(wú)機(jī)非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高而抗拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中使用時(shí)，應(yīng)注意發(fā)揮這類(lèi)材料的特性。四、材料的力學(xué)性質(zhì)4.硬度和耐磨性（1）硬度材料的硬度是材料表面的堅(jiān)硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測(cè)定材料的硬度?？虅澐ㄓ糜谔烊坏V物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長(zhǎng)石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為10個(gè)硬度等級(jí)。鋼球壓入法：木材、混凝土、鋼材常用此法硬度大的材料耐磨性較強(qiáng)，但不易加工。（2)耐磨性

耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計(jì)算公式如下：式中：G——材料的磨耗率，（g/cm2）；

m1——材料磨損前的質(zhì)量，（g）；

m2——材料磨損后的質(zhì)量，（g）；

A——材料試件的受磨面積（cm2）。四、材料的力學(xué)性質(zhì)五、材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來(lái)自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長(zhǎng)久地保持其使用性能的性質(zhì)。材料的耐久性：是一種綜合性質(zhì)，如抗凍性、抗風(fēng)化性、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕均屬于耐久性的范圍。此外，材料的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐磨性等也與材料的耐久性有密切關(guān)系。材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學(xué)、機(jī)械及生物的作用。五、材料的耐久性物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。如：混凝土的碳化、水泥石的溶蝕?；瘜W(xué)作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對(duì)材料的侵蝕作用。如：瀝青機(jī)械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類(lèi)、昆蟲(chóng)等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。如：木材、竹材、植物纖維本章總結(jié)：材料的基本物理性質(zhì)；材料的力學(xué)性質(zhì)；材料的耐久性。補(bǔ)充練習(xí)：一、填空題

1、材料的（）及（）是決定材料性質(zhì)的基本因素，要掌握材料的性質(zhì)必須了解材料的（）

、（

）

與材料性質(zhì)之間的關(guān)系。

2、土木工程材料按化學(xué)性質(zhì)分三大類(lèi)：（）

、（

）

、（）

。3、

土木工程材料的技術(shù)性質(zhì)主要有：（

）、

（

）、（

）

。

4、當(dāng)水與材料接觸時(shí)，沿水滴表面作切線，此切線和水與材料接觸面的夾角，稱(chēng)（）

。

5、材料吸收水分的能力，可用吸水率表示，一般有兩種表示方法：

（）

和

（

）

。

6、材料在水作用下，保持原有性質(zhì)的能力，稱(chēng)（

）用

（

）表示。

7、材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱(chēng)（）

，用（）或（

）表示。

8、材料抗?jié)B性大小與（）

和（）

有關(guān)。

9、材料的變形特征有兩種類(lèi)型（）和（）

。

10、根據(jù)材料被破壞前塑性變形顯著與否，將材料分為（

）與（

）

兩大類(lèi)。二、判斷題

1、材料的體積吸水率就是材料的開(kāi)口孔隙率。（

）

2、對(duì)于多孔的絕熱材料，一般吸水率均大于100%，故宜用體積吸水率表示。（）

3、孔隙率又稱(chēng)空隙率。

（

）

4、吸水率就是含水率。（

）5、凍融破壞作用是從外表面開(kāi)始剝落逐步向內(nèi)部深入的。（）

6、由微細(xì)而封閉孔隙組成的材料λ小，而由粗大連通孔隙組成的材料λ大。

（）

7、傳熱系數(shù)與熱阻互為倒數(shù)。

（

）

三、選擇題

1、某鐵塊的體積密度ρΟ=m/（）。

A、V0

B、V孔

C、V

D、V0`

2、某粗砂的堆積密度ρΟ`=m/（

）。

A、V0

B、V孔

C、V

D、V0`

3、散粒材料的體積V0`=（

）。

A、V+V孔

B、V+V孔+V空

C、V+V空

D、V+V閉

4、材料的孔隙率P=（）。

A、V

B、V0

C、V0`

D、

p`

E、PK+PB+P顆粒之間

5、材料憎水性是指潤(rùn)濕角（

）。

A、θ<900

B、θ>900

C、θ=900D、θ=0

6、材料的吸水率有哪幾種表示方法（

）。

A、W

wB、WV

C、Kp

D、Pk

7、材料的吸水率與（）有關(guān)。

A、親水性

B、憎水性

C、孔隙率

D、孔隙形態(tài)特征

E、水的密度。

8、材料的耐水性可用（

）表示。

A、親水性

B、憎水性

C、抗?jié)B性

D、軟化系數(shù)

9、材料抗凍性的好壞取決于（）。

A、水飽和度

B、孔隙特征

C、變形能力

D、軟化系數(shù)

四、解釋

密度：

孔隙率：

抗?jié)B性：

抗凍性：

導(dǎo)熱系數(shù)：

熱容：

熱阻：

強(qiáng)度：

耐水性：

硬度：六、計(jì)算題

1.一塊狀材料(孔隙特征為開(kāi)口連通),自然狀態(tài)下體積為72cm3,自然狀態(tài)下(含水)的質(zhì)量為129.1g,烘干后(體積不變)質(zhì)量為121.5g,材料的密度為2.7g/cm3,求其表觀密度、含水率、質(zhì)量吸水率各是多少?(水的密度為1g/cm