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文檔簡介

建筑材料基本性質教學課件第一頁,共三十六頁,2022年,8月28日第一章建筑材料的基本性質建筑材料第二頁,共三十六頁,2022年,8月28日第一節(jié)材料的基本物理參數(shù)

1.1基本物理性質

1.1.1材料的體積構成及含水狀態(tài)

1.1.1.1材料的體積構成自然界中的材料,由于其單位體積中所含孔隙形狀及數(shù)量不同,因而其基本的物理性質參數(shù)——單位體積的質量也由差別。塊狀材料在自然狀態(tài)下的體積是由固體物質體積及其內部孔隙體積組成的。材料內部的孔隙按孔隙特征又分為開口孔隙和閉口孔隙。閉口孔隙不進水,開口孔隙與材料周圍的介質相通,材料在浸水時易被水飽和。見圖1-1。散粒材料是指具有一定粒徑材料的堆積體,如工程中常用的砂、石子等。其體積構成包括固體物質體積、顆粒內部孔隙體積及固體顆粒之間的空隙體積。見圖1-2。第三頁,共三十六頁,2022年,8月28日第四頁,共三十六頁,2022年,8月28日1.1.1.2材料的含水狀態(tài)材料在大氣中或水中會吸附一定的水分,根據(jù)材料吸附水分的情況,將材料的含水狀態(tài)分為干燥狀態(tài)、氣干狀態(tài)、飽和面干狀態(tài)及濕潤狀態(tài)4種,見圖1-3。材料的含水狀態(tài)會對材料的多種性質產生一定影響。干燥狀態(tài)氣干狀態(tài)飽和面干燥狀態(tài)濕潤狀態(tài)

圖1-3材料含水狀態(tài)飽和水表面水飽和水表面水干燥狀態(tài)氣干狀態(tài)飽和面干燥狀態(tài)濕潤狀態(tài)

圖1-3材料含水狀態(tài)第五頁,共三十六頁,2022年,8月28日密度:定義:材料在絕對密實狀態(tài)下,單位體積的質量。表達式:p=m/v(g/cm3

m――材料干燥時的質量(g)

v――材料在絕對密實狀態(tài)下的體積(cm3)即不包括任何孔隙在內的體積。

意義:反映材料的結構狀態(tài),例如:用密度控制玻璃的生產。V的測定:

a.比較密實的材料,如玻璃、鋼材等,通常認為其處于絕對密實狀態(tài)下,直接測其體積;

b.一般多孔材料,如磚,應磨成細粉(粒徑小于0.2mm)排除其內部孔隙,用密度瓶測其實際體積;密度表觀密度堆積密度是否存在絕對密實的材料?1.1.2密度、表觀密度與堆積密度第六頁,共三十六頁,2022年,8月28日表觀密度定義:材料在自然狀態(tài)下,單位體積的質量。表達式:(g/cm3

)或(kg/m3)m――材料的質量(g或kg)

v0――材料在自然狀態(tài)下的體積,也稱表觀體積(cm3

或m3)。包括材料孔隙在內的體積,既包括開口孔隙,也包括閉口孔隙。意義:反映材料輕重的量,也與材料的強度有關,是選擇結構材料和承重材料的依據(jù)。V0的測量:對形狀規(guī)則的材料,直接測量;對形狀不規(guī)則的材料,蠟封后用排水法測量。密度表觀密度堆積密度第七頁,共三十六頁,2022年,8月28日堆積密度定義:堆積密度指粉狀、粒狀、或纖維狀材料在堆積狀態(tài)下,單位體積的質量。表達式:(kg/m3

m――材料的質量(kg)

――堆積體積(m3

)的特點:包括了材料間的空隙體積。的測定:用既定容積的容器測定。

密度表觀密度堆積密度第八頁,共三十六頁,2022年,8月28日密實度定義:在材料體積內,固體物質的體積占總體積的比例。

表達式:密實度孔隙率第九頁,共三十六頁,2022年,8月28日孔隙率定義:材料體積內,孔隙體積占總體積的比例。表達式:孔隙率與密實度的關系?孔隙率與材料性質的關系?材料的強度、材料的表觀密度、吸水率、抗?jié)B性、抗凍性、保溫性能等。兩個孔隙率相同的同種同體積的材料吸水率是否一定相同?密實度孔隙率材料的性質除了與孔的多少有關外,還與孔的特征、孔的形狀有關??椎奶卣鳎喊ㄩ_口孔和閉口孔,孔隙尺寸的大小、孔的形狀、孔隙在材料內部的分布均勻程度等。第十頁,共三十六頁,2022年,8月28日觀察與討論某工程頂層欲加保溫層,以下兩圖為兩種材料的剖面。請問選擇何種材料?AB第十一頁,共三十六頁,2022年,8月28日討論:保溫層的目的是外界溫度變化對住戶的影響,材料保溫性能的主要描述指標為導熱系數(shù)和熱容量,其中導熱系數(shù)越小越好。觀察兩種材料的剖面,可見A材料為多孔結構,B材料為密實結構,多孔材料的導熱系數(shù)較小,適于作保溫層材料。

第十二頁,共三十六頁,2022年,8月28日填充率空隙率填充率定義:在散粒材料的堆積體積中,顆粒體積占總體積的比例。表達式:第十三頁,共三十六頁,2022年,8月28日填充率空隙率空隙率定義:在散粒材料的堆積體積中,顆粒體積的空隙占總體積的比例。表達式:試題練習第十四頁,共三十六頁,2022年,8月28日石膏能否用于砌筑橋墩、大壩?建筑紅磚能否用作防水材料?長期與水接觸的建筑部位和潮濕部位對建筑材料有哪些要求?與水有關的性質包括:親水性和憎水性;吸水性和吸濕性;耐水性;抗?jié)B性和抗凍性。2.2材料與水有關的性質第十五頁,共三十六頁,2022年,8月28日2.2.1親水性與憎水性根據(jù)材料在空氣中與水接觸時,能否被潤濕分為親水性材料:潤濕角θ≦90°憎水性材料:潤濕角90°<θ<180°

親水性憎水性建筑中大部分材料屬于親水材料,瀝青、石蠟、塑料等屬于憎水材料可用作防水材料,也可用于親水材料的表面處理。第十六頁,共三十六頁,2022年,8月28日2.2.2吸水性與吸濕性材料在浸水狀態(tài)下吸收水分的能力稱為吸水性。材料的吸水性能,不僅取決于材料本身是否具有親水性,還與其空隙率的大小及空隙的構造有關。

吸水性第十七頁,共三十六頁,2022年,8月28日材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性(潮濕材料在干燥的空氣中也會放出水分)。材料的吸濕性用含水率表示。含水率系指材料內部所含水重占材料干重的百分率。

吸濕性材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變,當空氣濕度較大且溫度較低時,材料的含水率就大,反之則小。材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時的含水率,稱為平衡含水率。選擇瓷磚和木材要關注材料的吸水率還是含水率?

第十八頁,共三十六頁,2022年,8月28日2.2.3耐水性耐水性是指材料長期在飽和水作用下,而不破壞,其強度也不顯著降低的性質。用軟化系數(shù)表示。第十九頁,共三十六頁,2022年,8月28日一般材料吸水后,強度降低,但降低的程度不同,例如:石膏和混凝土。

因為水分會分散在材料內微粒的表面,削弱其內部結合力,則有不同程度的。當材料內含有可溶性物質時(如石膏、石灰等),吸入的水還可能溶解部分物質,造成強度的嚴重降低。軟化系數(shù)的范圍波動在0~1之間,當軟化系數(shù)大于0.80時,認為是耐水性的材料。受水浸泡或處于潮濕環(huán)境的建筑物,則必須選用軟化系數(shù)不低于0.85的材料建造.第二十頁,共三十六頁,2022年,8月28日材料抵抗壓力水或其他液體滲透的性質稱為抗?jié)B性。用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級表示(一定厚度的材料,在一定水壓力下,在單位時間內透過單位面積的水量),抗?jié)B等級是在規(guī)定試驗方法下材料所能抵抗的最大水壓力,用“Pi”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水壓力而不滲透???jié)B性是決定材料耐久性的主要指標(抗凍性和抗侵蝕性)。材料的抗?jié)B性與材料內部的空隙率特別是開口孔隙率有關,開口空隙率越大,大孔含量越多,則抗?jié)B性越差。材料的抗?jié)B性還與材料的增水性和親水性有關,增水性材料的抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料。地下建筑及水工建筑等,因經常受壓力水的作用,所用材料應具有一定的抗?jié)B性。對于防水材料則應具有好的抗?jié)B性。2.2.4抗?jié)B性第二十一頁,共三十六頁,2022年,8月28日材料飽水狀態(tài)下,能經受多次凍融交替作用,既不破壞強度又不顯著下降的性質。用抗凍等級表示。抗凍等級Fi,i表示凍融循環(huán)的次數(shù)。2.2.5抗凍性

F150混凝土——該混凝土能夠抵抗的最大凍融循環(huán)次數(shù)為150次例如思考題:孔隙率越大,材料的抗凍性是否越差?第二十二頁,共三十六頁,2022年,8月28日抗凍性實驗通常是將規(guī)定的標準試件浸水飽和后,在零下15℃條件下凍結一定時間,然后在室溫的水中融化,進行反復凍融,試件強度降低及質量損失不超過規(guī)定值(質量損失不大于5%,強度損失不大于25%),材料表面不明顯損傷,所對應的最大循環(huán)次數(shù),定為該材料的抗凍等級。第二十三頁,共三十六頁,2022年,8月28日材料吸水后,在負溫作用條件下,水在材料毛細孔內凍結成冰,體積膨漲所產生的凍脹壓力造成材料的內應力,會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復,材料的破壞作用逐步加劇,這種破壞稱為凍融破壞。

凍融循環(huán)凍融破壞的表現(xiàn):表面出現(xiàn)剝落、裂紋、質量損失,強度降低。凍融破壞的原因:孔隙中水結冰體積膨脹,對孔壁造成壓力。

廚房的瓷磚有剝落現(xiàn)象,試分析原因,如何解決?第二十四頁,共三十六頁,2022年,8月28日孔隙率越大,材料的抗凍性是否越差?

解答:材料的孔隙包括開口孔隙和閉口孔隙兩種,材料的孔隙率則是開口孔隙率和閉口孔隙率之和。材料受凍融破壞主要是因其孔隙中的水結冰所致。進入孔隙的水越多,材料的抗凍性越差。水較難進入材料的閉口孔隙中。若材料的孔隙主要是閉口孔隙,即使材料的孔隙率大,進入材料內部的水分也不會很多。在這樣的情況下,材料的抗凍性不會差。第二十五頁,共三十六頁,2022年,8月28日定義:材料傳導熱量的能力(冬季材料保持熱量不傳遞出去;夏季材料阻礙熱量傳入室內)。表示方法:用導熱系數(shù)λ表示,導熱系數(shù)的物理意義是:厚度為1m的材料,當溫度每改變1K時,在lh時間內通過1m2面積的熱量。用公式表示為

式中λ——材料的導熱系數(shù),w/(m·K);

Q

——傳導的熱量,J;

a

——材料的厚度,m;

A

——材料傳熱的面積,m2;

Z

——傳熱時間,h;

(t1-t2)——材料兩側溫度差,K在建筑工程中的意義:判斷材料的保溫隔熱性能(λ越大,傳熱越快,保溫性越差)。2.2.6導熱性棉襖浸水后保暖性變差?孔多的材料保溫性能好?第二十六頁,共三十六頁,2022年,8月28日3.1強度與比強度強度材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下,材料內部的應力多由外力(或荷載)作用而引起,隨著外力增加,應力也隨之增大,直至應力超過材料內部質點所能抵抗的極限,即強度極限,材料發(fā)生破壞。在工程上,通常采用破壞試驗法對材料的強度進行實測。將預先制作的試件放置在材料試驗機上,施加外力(荷載)直至破壞,根據(jù)試件尺寸和破壞時的荷載值,計算材料的強度。3材料的力學性質第二十七頁,共三十六頁,2022年,8月28日材料的抗壓、抗拉、抗剪強度可直接由下式計算:

f------材料強度,MPa

Fmax--材料破壞時的最大荷載,N

A------試件受力面積,mm2第二十八頁,共三十六頁,2022年,8月28日材料的抗彎強度與受力情況有關,一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上,中間作用一集中荷載,對矩形截面試件,則其抗彎強度用下式計算:式中 fw------材料的抗彎強度,MPa

Fmax---材料受彎破壞時的最大荷載,N

A------試件受力面積,mm2

L------兩支點的間距,mm

b、h---試件橫截面的寬及高,mm第二十九頁,共三十六頁,2022年,8月28日3.2彈性與塑性材料在外力作用下產生變形,當外力去除后能完全恢復到原始形狀的性質稱為彈性。材料在外力作用下產生變形,當外力去除后,有一部分變形不能恢復,這種性質稱為材料的塑性。彈性變形與塑性變形的區(qū)別在于,前者為可逆變形,后者為不可逆變形。第三十頁,共三十六頁,2022年,8月28日3.3脆性與韌性脆性:材

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