任務(wù)二工程材料的基本知識任課黃登輝35課件講解

1任務(wù)二工程材料的基本知識任課教師：黃登輝湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系PAGEOFCONTENT一材料的物理性質(zhì)二材料的力學(xué)性能三材料與水有關(guān)的性質(zhì)四材料的熱工性能五材料的耐久性職業(yè)技能目標(biāo)掌握工程材料的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、材料與水有關(guān)的性質(zhì)、材料的熱工性能、耐久性能。工程材料的基本知識（1）密度材料在密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度——材料在密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3?！牧系母少|(zhì)量，g——材料的密實(shí)密度，g／cm3——包含少量封閉孔隙而不含開口孔隙的顆粒體積，cm3——顆粒堆積材料的干質(zhì)量，g——顆粒堆積材料的表觀密度，g/cm3(2)表觀密度材料在自然狀態(tài)下不含開口孔隙時單位體積的質(zhì)量稱為材料的表觀密度材料的物理性質(zhì)一1.密度思考題：比較密度和表觀密度的大小？課堂思考：如何求材料的密度和表觀密度？——材料自然狀態(tài)下的體積(自然體積)，cm3或m3——材料的體積密度，g/cm3或kg/m3——材料的質(zhì)量，g或kg；（3）體積密度材料(塊體或顆粒)在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為體積密度?！牧系亩逊e體積，cm3或m3——材料的質(zhì)量，g或kg——材料的堆積密度，g／cm3或kg／m3（4）堆積密度顆粒材料(或纖維材料)在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度材料的物理性質(zhì)一1.密度*自然狀態(tài)下的體積vo=密實(shí)狀態(tài)下的體積v+孔隙體積v孔課堂思考：如何求材料的體積密度和堆積密度？體積密度：對于形狀規(guī)則的材料，如磚、石塊等：用游標(biāo)卡尺可定材料的自然體積；對于六面體，測定長、寬、高；對于圓柱體，測定其直徑和高；測定材料的自然體積Vo，分兩種情況：砂堆積密度的測定:將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積采用容量升來測定砂子、石子的堆積體積，方法如下：

a）砂子采用1L、5L的容量升來測堆積體積；

b）石子采用10L、20L、30L的容量升來測定其堆積體積（1）密實(shí)度密實(shí)度是指在材料的自然體積中，被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度。用材料中固體物質(zhì)的體積占總體積的百分?jǐn)?shù).采用材料的密實(shí)密度和體積密度計(jì)算——材料的密實(shí)度，％。(2)孔隙率孔隙率是指在材料的自然體積中，孔隙體積所占的比例?！牧系目紫堵?，％。材料的許多性質(zhì)，如材料的體積密度、強(qiáng)度、吸水性、抗凍性、抗?jié)B性、導(dǎo)熱性、吸聲性、耐蝕性等，都與材料孔隙率的大小和孔隙特征有直接關(guān)系。材料的孔隙特征包括孔隙構(gòu)造和孔隙粗細(xì)兩個方面，孔隙的構(gòu)造是指孔隙是封閉的或是開口連通的，孔隙粗細(xì)是指孔隙是粗大的或是細(xì)微的。2.密實(shí)度和孔隙率密實(shí)度和孔隙率反映了材料的致密程度。一般來說，同一種材料，孔隙率越小，連接孔隙越少，則：其強(qiáng)度越高；吸水越少；抗?jié)B性和抗凍性越好；但是導(dǎo)熱性差課堂練習(xí)：燒結(jié)普通磚的尺寸為240*115*53mm，其干燥質(zhì)量為2487g，孔隙率為37%，求其密度和體積密度？(1)填充率：填充率是指在顆粒材料(或纖維材料)的堆積體積中，被顆粒(或纖維)所填充的程度?！牧系奶畛渎?，％。(2)空隙率：

空隙率是指顆粒材料(或纖維材料)的堆積體積中，顆粒(或纖維)間的空隙體積所占的百分率?！牧系目障堵剩?。3.填充率和空隙率空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒之間相互填充的致密程度思考：空隙率與孔隙率有什么區(qū)別？1.2.2材料的力學(xué)性質(zhì)材料抵抗外力(荷載)破壞的能力稱為材料的強(qiáng)度。圖1-1材料的幾種受力狀態(tài)(a)抗壓(b)抗拉

(c)抗剪

(d)抗彎(抗折)材料的強(qiáng)度分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗彎(抗折)強(qiáng)度四種

材料的力學(xué)性能二1.材料的強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(1)強(qiáng)度材料試驗(yàn)中，常采用矩形截面試件，在兩支點(diǎn)正中作用一個集中荷載材料的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度計(jì)算材料的抗彎強(qiáng)度(又稱抗折強(qiáng)度)與材料的截面和受力情況有關(guān)，不同形狀大小的試件，不同的受力情況，其計(jì)算不同

強(qiáng)度等級的定義：大多數(shù)建筑材料根據(jù)其極限強(qiáng)度的大小，把材料劃分為若干不同的等級，稱為材料的強(qiáng)度等級；材料強(qiáng)度等級劃分的標(biāo)準(zhǔn)：(a)脆性材料主要根據(jù)其抗壓強(qiáng)度來劃分強(qiáng)度等級，如混凝土、水泥、粘土磚等；例：混凝土的強(qiáng)度等級劃分為14級：

C15，C20~C80;(b)韌性材料主要根據(jù)其抗拉強(qiáng)度來劃分強(qiáng)度等級，如鋼材等(2)強(qiáng)度等級比強(qiáng)度：是指材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值；比強(qiáng)度的意義：（a）衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)；（b）選用比強(qiáng)度高的材料或者提高材料的比強(qiáng)度，對大跨度、超高層建筑十分有利；普通混凝土、低碳鋼、松木的比強(qiáng)度分別為0.012，0.053，0.069(3)比強(qiáng)度彈性——材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力撤消時，變形隨之消失，這種性質(zhì)稱為彈性。塑性——材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力撤消后，仍保持已發(fā)生的變形，這種性質(zhì)稱為塑性。

單純彈性的材料是沒有的。有的材料(如鋼材)在受力不太大時表現(xiàn)為彈性，超過彈性限度之后便出現(xiàn)塑性變形。許多材料(如混凝土等)在受力后，彈性變形和塑性變形同時發(fā)生，若撤消外力，其彈性變形將消失，但塑性變形仍殘留著(稱為殘余變形)。這種既有彈性又有塑性的變形稱為彈塑性變形。2.彈性與塑性低碳鋼的σ～ε曲線分段的彈性變形和塑性變形材料受力時，發(fā)生較大變形尚不斷裂的性質(zhì)稱為韌性。具有這種性質(zhì)的材料稱為韌性材料。如鋼材、木材、塑料、橡膠等屬于韌性材料。材料受力時，在沒有明顯變形的情況下突然斷裂的性質(zhì)稱為脆性。具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料。如生鐵、混凝土、磚、石、玻璃、陶瓷等均屬于脆性材料。一般來說，脆性材料的抗壓強(qiáng)度較高，而抗拉強(qiáng)度卻很低，比其抗壓強(qiáng)度低得多。3.韌性與脆性材料抵抗外物壓入或刻劃的性質(zhì)稱為硬度。木材、金屬等韌性材料的硬度，往往采用壓入法來測定。壓入法硬度的指標(biāo)有布氏硬度和洛氏硬度，他等于壓入荷載值除以壓痕的面積或密度。而陶瓷、玻璃等脆性材料的硬度往往采用刻劃法來測定，稱為莫氏硬度，根據(jù)刻劃礦物（滑石、石膏、磷灰石、正長石、硫鐵礦、黃玉、金剛石等）不同分為10級。材料抵抗外物磨損的性質(zhì)稱為耐磨性。硬度大、強(qiáng)度高的材料，其耐磨性好。鐵路的鋼軌和用于路面、地面、橋面、階梯等部位的材料，都要求使用耐磨性好的材料。4.硬度與耐磨性1.2.3材料與水有關(guān)的性質(zhì)少數(shù)材料的表面對水的吸附力較小，由于水的內(nèi)聚力作用，水在材料表面收攏成珠狀[潤濕角0≥90°，材料表面不易被潤濕，材料中的微細(xì)孔隙不會將水吸入，材料的這種性質(zhì)稱為憎水性，具有這種性質(zhì)的材料稱為憎水性材料。瀝青、石蠟等材料屬于憎水性材料。大多數(shù)材料的表面對水的吸附力較大，水在材料表面呈攤開狀[潤濕角0＜90°，材料表面能被水潤濕，材料中的開口微孔能將水吸入，材料的這種性質(zhì)稱為親水性，具有這種性質(zhì)的材料稱為親水性材料。工程上常見的有木材、磚、石、混凝土等。材料與水接觸時，根據(jù)材料表面對水的吸附程度，有親水與憎水兩種不同情況。憎水性材料常用作防水材料，或?qū)τH水性材料表面作防水處理。材料與水有關(guān)的性質(zhì)三1.材料的親水性與憎水性材料在水中吸水的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用質(zhì)量吸水率或體積吸水率表示。材料在吸水飽和狀態(tài)下，所吸收水分的質(zhì)量與材料干質(zhì)量比值的百分率稱為材料的質(zhì)量吸水率(簡稱為吸水率)對于輕質(zhì)多孔材料的吸水性，可用體積吸水率表示。材料在吸水飽和狀態(tài)下，所吸水分的體積與材料自然狀態(tài)體積比值的百分率稱為材料的體積吸水率。2.吸水性材料吸水性的強(qiáng)弱，取決于材料的親水性、孔隙率和孔隙特征。一般說來，孔隙率較大的親水性材料，其吸水率大，吸水性強(qiáng)，但如果是封閉的孔隙，則不能進(jìn)水。粗大孔隙雖易進(jìn)水，卻不易存留。因而一般具有大量開口連通細(xì)微孔隙的親水性材料(如木材、磚、多孔混凝土等)，其吸水性是很強(qiáng)的。材料在潮濕環(huán)境中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸濕性用含水率表示。材料在自然狀態(tài)下，所含水分的質(zhì)量與材料于質(zhì)量比值的百分率稱為材料的含水率。材料含水率的大小，除與材料的親水性、孔隙率、孔隙特征有關(guān)之外，還隨著周圍環(huán)境的溫度、濕度而變化。當(dāng)周圍環(huán)境較為潮濕時，材料將吸入水分，使含水率增大；反之，當(dāng)周圍環(huán)境較為干燥時，材料中的水分蒸發(fā)，使含水率下降，直至與外界濕度達(dá)到平衡為止。達(dá)到平衡時材料的含水率稱為平衡含水率。3.吸濕性

例:在100g含水率為3％的濕砂中，其中水的質(zhì)量為（）。A.3.0g;B.2.5g;C.3.3g;D.2.9g;課堂練習(xí)：材料在長期飽和水作用下保持其原有性質(zhì)的能力稱為耐水性。結(jié)構(gòu)材料的耐水性主要指材料吸水飽和后強(qiáng)度的變化,用軟化系數(shù)表示材料的軟化系數(shù)在0～1之間。越接近于1，材料的耐水性越好。凡用于受水浸泡或潮濕環(huán)境的重要材料，要求≥0.85；用于受潮濕較輕或次要部位的材料，要求≥0.70。通常＞0.85的材料，可認(rèn)為是耐水材料。4.耐水性材料抵抗壓力水(或其他液體)滲透的能力稱為抗?jié)B性。材料抗?jié)B性能的好與差，主要由材料的孔隙率和孔隙特征決定，增大材料的密實(shí)性或使材料內(nèi)部形成一定量的封閉孔隙，能提高材料的抗?jié)B性能。材料的抗?jié)B性，可用抗?jié)B等級Pn表示。其中的“P”是抗?jié)B等級的代號，其數(shù)碼代表材料在不發(fā)生滲透的前提下所能承受的最大水壓?！癙6”代表材料按標(biāo)準(zhǔn)方法作抗?jié)B試驗(yàn)時，在0.6MPa的水壓作用下不發(fā)生滲透。5.抗?jié)B性

如：C30P8表示的含義材料在吸水飽和狀態(tài)下，抵抗凍融循環(huán)破壞的能力稱為材料的抗凍性。由于水結(jié)冰時體積膨脹大約9％，材料孔隙內(nèi)的飽和水結(jié)冰膨脹，將對材料的孔壁產(chǎn)生很大的壓力，而使材料產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。都會使材料產(chǎn)生內(nèi)外裂紋、表面剝落、強(qiáng)度下降，引起凍融破壞，而且凍融循環(huán)次數(shù)越多，凍融破壞就越嚴(yán)重。材料的抗凍性，用抗凍等級Fn表示，其中的“F”是抗凍等級的代號，其數(shù)值代表凍融循環(huán)次數(shù)。如“F25”代表材料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，質(zhì)量損失不大于5％、強(qiáng)度損失不大于25％，所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)最多為25次。6.抗凍性材料抗凍性的好與差取決于材料的強(qiáng)度、孔隙率和孔隙特征。增大材料的密實(shí)性或使材料內(nèi)部形成一定數(shù)量的封閉孔隙，均能提高材料的抗凍性能。(1)材料的導(dǎo)熱性：是指材料存在溫差時，熱量能從材料的一面通過材料本身傳到另一面的性質(zhì)，稱為導(dǎo)熱性；導(dǎo)熱性一般用導(dǎo)熱系數(shù)表示！

(a)導(dǎo)熱系數(shù)越小，材料的隔熱保溫性能越好；

（b）金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)；（c）細(xì)小而封閉的孔隙，導(dǎo)熱系數(shù)越??；開口而粗大、連通的孔隙，導(dǎo)熱系數(shù)越大。材料的熱工性能四1.導(dǎo)熱性是指材料受熱時吸收熱量、冷卻時放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。*什么叫比熱：是指單位質(zhì)量的材料，在溫度升高或下降1K時，吸收或放出的熱量。2.熱容量與比熱（1）熱變形性：

材料隨溫度的升降而產(chǎn)生熱脹冷縮變形的性質(zhì)，稱為材料的熱變形性，亦稱為溫度變形；