1.材料的基本性質.ppt

1、第一章 建筑材料的基本性質,本章內容,第一節(jié) 材料的物理性質 第二節(jié) 材料與水有關的性質 第二節(jié) 材料的力學性質 第四節(jié) 材料的熱工性質 第五節(jié) 材料的耐久性,前 言,在建筑物中，建筑材料要承受各種不同的作用，因而要求建筑材料具有相應的不同性質，如防水、絕熱、吸聲、耐熱、耐腐蝕等，因此必須熟悉和掌握各種材料的基本性質。,第一節(jié) 材料的物理性質,固體物質,閉口孔隙,開口孔隙,材料體積組成示意圖,一、材料的密度、表觀密度和堆積密度,定義 指材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量。 公式 式中： 密度，g/cm m材料在干燥狀態(tài)下(105+5 烘干至恒重）的質量，g v材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，cm

2、 測試方法 將可研磨的材料粉碎磨細，干燥后用李氏瓶測定體積，材料磨得越細越好，測得的體積越接近真實體積。,密度,定義 指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質量。 公式 式中：0表觀密度，g/cm或Kg/m m材料的質量，g或Kg （可能干燥也可能不干燥） v0材料自然狀態(tài)下的體積，cm或m 測試方法 對于規(guī)則形狀的材料，可直接用量具測得其體積； 對于不規(guī)則形狀的材料，可采用蠟封法先在表面封閉其孔隙，然后再用排液法測量其體積。,表觀密度,注意： 當材料的含水狀態(tài)變化時，其質量和體積均發(fā)生變化，故測定材料的表觀密度時，一定注明含水狀態(tài)。 通常所指的表觀密度是指材料在空氣中的干燥的表觀密度。用 表示。 材

3、料在烘干狀態(tài)下的表觀密度，用 表示。 材料在吸水飽和狀態(tài)下的表觀密度，用 表示。,定義 粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質量。 公式 式中：o堆積密度，Kg/m m 材料的質量，Kg vo 材料的堆積體積，m 測試方法 將干燥的散粒材料試樣裝入規(guī)定尺寸的容器來測定的。不同的裝料方式，顆粒排列的松緊程度不同，材料的堆積密度又可分為自然堆積密度、緊密堆積密度。,堆積密度,三個密度所用的體積的區(qū)別： 1.密實體積v ： v只包括固體物質的體積； 2.表觀體積v0 ： v0包括固體物質的體積+內部全部孔隙的體積 3.堆積體積vo vo包括固體物質的體積+顆粒內部孔隙的體積+顆粒之間空隙的體積,

4、常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度,密實度,定義 材料體積中固體物質充實的程度。 公式 密實度反映材料的密實程度，D越大，材料越密實，含有孔隙的材料，密實度均小于1。,二、材料的密實度和孔隙率,孔隙率,定義 材料體積中孔隙體積所占的比例。 公式 孔隙率與密實度的關系：P+D=1 材料的密實度和孔隙率是從不同方面反映材料的密實程度，通常采用孔隙率表示。,注意兩點： 1.密度 和表觀密度 單位統(tǒng)一 2.,孔隙特征 孔隙構造 連通的孔： 彼此連通且與外界相通 封閉的孔： 相互獨立且與外界隔絕 孔隙大小 微孔、細孔、大孔,建筑材料的許多工程性質與材料的密實程度有關，孔隙的大小及孔隙特征對其影響很大

5、。 一般來說，同一種材料，孔隙率越小，其強度越高，吸水性越小，抗?jié)B性和抗凍性越好，但是導熱性增大。 連通孔隙越多，容易形成對流傳熱，導熱性增大。,填充率,定義 散粒材料在某種堆積體積內被其顆粒填充的程度。 公式,三、材料的填充率和空隙率,定義 散粒材料在某種堆積體積內，顆粒之間的空隙體積所占的比例。 公式 空隙率與填充率的關系：P+D=1 空隙率的大小反映了散粒材料顆粒間相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂量的依據。,空隙率,基本性質例1：某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680 kg/m3，計算此石子的孔隙率與空隙

6、率？,解1:石子的孔隙率P為： 石子的空隙率P為： 評注 材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？障堵适侵干⒘２牧显谄涠鸭w積中, 顆粒之間的空隙體積所占的比例。計算式中密度；0材料的表觀密度；，材料的堆積密度。,例2： 有一塊燒結普通磚，在吸水飽和狀態(tài)下重2900g，其絕干質量為2550g。磚的尺寸為24011553mm，經干燥并磨成細粉后取50g，用排水法測得絕對密實體積為18.62 cm3 。試計算該磚的吸水率、密度、孔隙率。,材料在空氣中與水接觸時，根據材料表面被水潤濕的情況，分親水性材料和憎水性材料兩類。 當材料分子與水分子間的吸引力大于水分子之間的內聚力時，材料表

7、面就會被水所潤濕。此時在材料、水和空氣的三相交點處，沿水滴表面所作切線與水和材料接觸的表面之間所成夾角稱為 “ 潤濕角 ” 。 當90，這種材料屬于親水性材料。,第二節(jié) 材料與水有關的性質,親水性與憎水性,材料潤濕邊角,如果材料分子與水分子間的吸引力小于水分子之間的內聚力，則表示材料不能被水潤濕。此時，潤濕角90180，這種材料稱為憎水性材料。 憎水材料具有較好的防水性、防潮性、抗?jié)B性，常用作防潮防水材料, 也可用于親水性材料的表面處理，以減少吸水率，提高抗?jié)B性。 大多數建筑材料，如石材、磚瓦、陶器、混凝土、木材等都屬于親水性材料，而瀝青、石蠟和某些高分子材料屬于憎水性材料。,吸水性是指材料在

8、水中能吸收水分的性質。吸水性的大小用吸水率表示。 吸水率為材料浸水后在規(guī)定時間內吸入水的質量（或體積）占材料干燥質量（或干燥時體積）的百分比。吸水率有兩種表示方法： 質量吸水率：,吸水性,材料吸水飽和狀態(tài)下的質量，g 材料干燥狀態(tài)下的質量，g,體積吸水率：,材料吸水率的大小與材料的孔隙率和孔隙構造特征有關。,質量吸水率和體積吸水率的關系 注意： 是材料在 絕干狀態(tài)下的表觀密度。 常用的建筑材料，其吸水率一般用質量吸水率表示。 對多孔吸水材料，其質量吸水率往往超過100，此時用體積吸水率表示；材料受潮后導熱性增大，故保溫隔熱材料需保持干燥狀態(tài)。 一般材料的孔隙率越大，吸水性越強。,材料在潮濕的空

9、氣中吸收空氣中水分的性質稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示。 含水率為材料所含水的質量占材料干燥質量的百分比。計算式為：,吸濕性,注意 材料在與空氣濕度相平衡時的含水率稱為平衡 含水率, 建筑材料在正常狀態(tài)下, 均處于平衡含水率狀態(tài),對于質量吸水率和含水率： 在潮濕空氣中： 吸水飽和時： ,材料在長期飽和水作用下不被破壞，其強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數 表示。 計算式為： 材料的軟化系數； 材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度； 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度。,耐水性,工程中將 0.85 的材料稱為耐水材料。經常位于水中或受潮嚴重的重要結構, 不宜小于0.85；受潮較輕或

10、次要結構所用材料， 不宜小于0.75 。,抗?jié)B性是指材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性質。材料的抗?jié)B性可用滲透系數表示。,抗?jié)B性,工程上(混凝土、砂漿等)也常用抗?jié)B等級Pn來表示抗?jié)B性。,其中n 為該材料所能承受的最大水壓(0.1Mpa)，如P2 、P4 、P6 、P8 等分別表示材料最大能承受0.2、0.4、0.6、0.8 MPa 的水壓力而不滲水。,抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經受多次凍結和融化作用(凍融循環(huán))而不被破壞，強度也無顯著降低的性能。 材料的抗凍性用抗凍等級Fn表示。n表示材料試件經n次凍融循環(huán)試驗后，質量損失不超過5%，抗壓強度降低不超過25%。n的數值越大，說明抗凍性愈

11、好。 如F25、F50、F100 等。,抗凍性,材料在凍融循環(huán)作用下破壞的原因： 由于材料內部毛細孔中的水結冰時體積膨脹（約9%）, 對材料孔壁產生巨大壓力，使材料內部產生微裂縫，循環(huán)往復以致強度下降。,材料傳導熱量的性能稱為導熱性。材料的導熱性用導熱系數表示。 導熱系數的物理意義是指，單位厚度的材料，當兩個相對側面溫差為1K時，在單位時間內通過單位面積的熱量。,第三節(jié) 材料的熱工性質,導熱性,式中：材料的導熱系數(W/(mK)。 Q傳導的熱量(J)。 d材料的厚度(m)。 A材料傳熱的面積(m2)。 z傳熱時間(s)。 t1t2材料兩側的溫度差(K)。 材料的導熱系數越小，其熱傳導能力越差，

12、絕熱性能越好。工程上把0.175W/(mK)的材料稱為絕熱材料。,一般金屬材料的導熱系數大于非金屬材料的導熱系數。 孔隙率越大，導熱系數越小。這是因為材料的導熱系數由材料固體物質的導熱系數和材料孔隙中空氣的導熱系數所決定的，而空氣的導熱系數很低，所以孔隙率大的材料其導熱系數小。 材料受潮或受凍后，水和冰的導熱系數比空氣大很多，故材料含水或含冰時，其導熱系數會急劇增加。所以工程中對保溫材料應特別注意防潮。,材料加熱時吸收熱量、冷卻時放出熱量的性質，稱為熱容量。熱容量用比熱表示，1g材料溫度升高或降低1K時，所吸收或放出的熱量稱為比熱。比熱的計算式為： 式中：Q材料的熱容量(J)。 C材料的比熱容

13、，J/(gK)。 m材料的質量(g)。 t1t2材料受熱或冷卻前后的溫差(K)。,熱容量,比熱容與材料質量的乘積，稱為材料的熱容量，即材料溫度上升1K須吸收的熱量或溫度降低1K所放出的熱量。 熱容量大, 則材料在吸熱或放熱時,其自身的溫度變化小,即有利于保證室內溫度相對穩(wěn)定為保證建筑物室內溫度穩(wěn)定性,在設計圍護結構(墻體、屋面等）時，應選擇導熱系數較小，熱容量較大的材料。 常用材料的熱性質見下表。,常用材料的熱性質指標,材料在溫度變化時產生的體積變化。一般材料在溫度升高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。 溫度變形在單向尺寸上的變化稱為線膨脹或線收縮，材料的熱變形性常用線膨脹系數來衡量，其計算式如

14、下：,熱變形性,式中：線膨脹系數(1/K)。 L材料的變形量(mm)。 t2t1材料在升、降溫前后的溫度差(K)。 L材料原來的長度(mm)。 材料的線膨脹系數一般都較小，但由于土木工程結構的尺寸較大，溫度變形引起的結構體積變化仍是關系其安全與穩(wěn)定的重要因素。工程上常用預留伸縮縫的辦法來解決溫度變形問題。,第四節(jié) 材料的力學性質,材料在外力(荷載)作用下抵抗破壞的能力，稱為強度。 當材料承受外力作用時，內部就產生應力。隨著外力逐漸增加，應力也相應增大。直至材料內部質點間的作用力不能再抵抗這種應力時，材料即破壞，此時的極限應力值就是材料的強度。,強度,根據外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓

15、、抗剪和抗彎(抗折)強度。,材料受力示意圖,(a)拉力；(b)壓力；(c)剪切；(d)彎曲,材料的抗拉、抗壓和抗剪強度的計算式為：,式中：f材料的抗壓、抗拉、抗剪強度，MPa F材料承受的最大荷載， A材料的受力面積，mm2,式中：f材料的抗彎(折)強度，MPa F材料承受的最大荷載， L兩支點之間的距離，mm b材料受力截面的寬度，mm h材料受力截面的高度，mm,材料的抗彎強度的計算式為：,材料的強度主要取決于它的組成和結構。一般說材料孔隙率越大，強度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，強度也不相同。,強 度 等 級 概念：為便于應用，按材料強度值高低劃分的若 干等級。脆性材料主要抗

16、壓強度來劃分，如水泥、 混凝土、磚等，塑性材料和韌性材料主要以抗拉強 度來劃分，如鋼材等。 強度等級與強度的異同：二者都是描述材料抵抗 外力作用時的破壞能力, 而前者是按強度大小確定 的等級, 后者是概念性名詞。,比 強 度 概念：是指材料強度與體積密度的比值（f /0）。 意義：比強度是衡量材料輕質高強性能的一項重要指 標。選用比強度大的材料對增加建筑高度、減輕結構自 重、降低工程造價等具有重大意義。,材料在外力作用下產生變形，若除去外力后變形隨即消失，這種性質稱為彈性。這種可恢復的變形稱為彈性變形。 材料在外力作用下產生變形，若除去外力后仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產生裂縫的性質稱為塑

17、性。不能恢復的變形稱為塑性變形。,彈性與塑性,材料的塑性變形曲線,材料受力破壞時，無顯著的變形而突然斷裂的性質稱為脆性。在常溫、靜荷載下具有脆性的材料稱為脆性材料。 在沖擊、振動荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時也能產生一定的變形而不致破壞的性質稱為韌性或沖擊韌性。,脆性與韌性,韌性材料的特點是塑形變形大，抗拉、抗壓強度都較高。 建筑工程中，對承受沖擊荷載和有抗震要求的結構，如吊車梁、橋梁、路面等均應考慮材料的韌性 。,第五節(jié) 材料的耐久性,材料的耐久性是指其在長期的使用過程中，能抵抗環(huán)境的破壞作用，并保持原有性質不變、不破壞的一項綜合性質。 由于環(huán)境作用因素復雜，耐久性也難以用一個參數來衡量。工程上通常用材料抵抗使用環(huán)境中主要影響因素的能力來評價耐久性，如抗?jié)B性、抗凍性、抗老化和抗碳化等性質。,環(huán)境對材料的破壞作用，可分為物理作用、化學作用和生物作用，不同材料受到的環(huán)境作用及程度也不相同。