绪论第一章PPT课件

理论 75分 第3 10周 共40学时实验 25分 8个学时 每次实验2个学时 每周一次 共4次 时间 国庆后 具体时间待定 地点 望江校区建筑料实验室 水电学院B楼后面 土木 理论 75分 第5 13周 共36学时实验 25分 12个学时 每次实验2个学时 每周一次 共6次 时间 具体时间待定地点 建筑料实验室 水电学院B楼后面 水电 绪论 一 建筑材料的定义二 建筑材料的分类三 建筑材料在建筑工程中的地位和作用四 建筑材料的发展概况和发展方向五 建筑材料的标准化 一 建筑材料的定义 建筑材料指建筑工程中使用的各种材料及制品 它是一切建筑工程的物质基础 如常见的砖 石材 石灰 木材 水泥 混凝土 钢材 沥青 玻璃 涂料等 二 建筑材料的分类 1 按材料组成分类 无机材料 有机材料 复合材料 金属材料 非金属材料 天然有机材料 合成有机材料 有机与无机复合 金属与非金属复合 有色金属 黑色金属 无机材料 金属材料 黑色金属 钢铁 不锈钢有色金属 铝 铜 铝合金非金属材料 天然石材 砂 石等烧土制品 粘土砖 瓦 陶瓷胶凝材料 石灰 石膏 水泥无机纤维材料 玻璃纤维 碳纤维 有机材料 植物材料 木材 竹材 植物纤维等沥青材料 石油沥青 煤沥青和页岩沥青合成高分子材料 橡胶 塑料 涂料 胶粘剂 合成纤维 复合材料 有机 无机非金属 树脂混凝土 玻璃纤维增强塑料等金属 非金属 钢筋混凝土 钢纤维混凝土金属 无机材料 PVC钢板 塑钢等 2 按功能和使用部位分类 结构材料 构成建筑物受力构件 梁 板 柱 基础 框架 和结构所用的材料 常用石材 混凝土 钢材 钢筋混凝土等 墙体材料 构成建筑物内外和分隔室内空间所用的材料 砖 砌块 复合板材等 建筑功能材料 具有某种特殊功能的非承重材料 如防水材料 吸声材料 装饰材料等 三 建筑材料在建筑工程中的地位和作用 是一切建筑工程的物质基础与建筑结构与施工相互促进相互依存决定建筑物的功能和使用寿命建筑材料的质量直接关系到建筑工程的质量决定工程的造价 四 建筑材料的发展概况和发展方向 历史上传统建筑材料的应用建国以来建材及建材工业的发展我国建材工业的现状及发展方向 历史上我国建筑材料的应用我国的建筑材料主要是天然石材 木材 砖 石灰等一些材料 古代劳动人民在建筑材料的生产和使用方面 取得了许多重大成就 例如 万里长城福建泉州的洛阳桥山西五台山木结构的佛光寺大殿河北赵州桥 建国以来建材及建材工业的发展 解放后 建材工业的发展随着国民经济的发展而迅猛发展 发展方向 加强材料的耐久性设计和研究 建设具有中国特色的新技术结构 发展新技术 新工艺 新产品 建设高效益的新产业结构 产品的技术含量和档次进一步提高 建筑材料向轻质 高强 多功能方向发展 充分利用工业废料 能耗低 可循环使用 不破坏生态平衡 有效保护天然资源 五建筑材料的标准化1 建筑材料的标准及其作用 建材工业企业必须严格按技术标准进行设计 生产 以确保产品质量 生产出合格的产品 建筑材料的使用者必须按技术标准选择 使用质量合格的材料 使设计 施工标准化 以确保工程质量 加快施工进度 降低工程造价 我国的现有标准 建筑材料的技术标准分为 国家标准行业标准地方标准企业标准 国家标准和行为标准分为强制性标准和推荐性标准 强制性标准 强制性标准是保障人体健康 人身 财产安全的标准和法律 行政法规规定强制执行的标准 强制性标准一经颁布 必须贯彻执行 国家标准 标准化法 规定 对需要在全国范围内统一的技术要求 应当制定国家标准 例 建筑工程施工质量验收统一标准 GB50300 2001 工程建设施工企业质量管理规范 GB T50430 2007 行业标准 标准化法 规定 对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求 可以制定行业标准 在公布国家标准之后 该项行业标准即行废止 地方标准 标准化法 规定 对没有国家标准和行业标准而又需要在省 自治区 直辖市范围内统一的工业产品的安全 卫生要求 可以制定地方标准 地方标准不得与国家标准和行业标准相抵触 在公布国家标准或者行业标准之后 该项地方标准即行废止 企业标准 标准化法 规定 企业生产的产品没有国家标准和行业标准的 应当制定企业标准 作为组织生产的依据 已有国家标准或者行业标准的 国家鼓励企业制定严于国家标准或者行业标准的企业标准 在企业内部使用 标准的表现方式 标准 规范 规程 如 标准 规范 规程 当针对产品 方法 符号 概念等基础标准时 一般采用 标准 如 道路工程标准 建筑抗震鉴定标准 当针对勘察 规划 设计 施工等通用的技术事项作出规定时 一般采用 规范 如 混凝土结构设计规范 住宅建筑设计规范 建筑设计防火规范 等 当针对操作 工艺 管理等专用技术要求时 一般采用 规程 如 建筑安装工程工艺及操作规程 建筑机械使用安全操作规程 标准的表示方法 标准名称 标准代号 发布顺序号和批准年份等 水工混凝土试验规程DL T5150 2001 普通混凝土拌和物性能试验方法标准GB T50080 2002 1建筑材料基本性质 所要求的功能要求的材料性能 承受荷载长期可靠性防水 隔热隔声 防火采光 绝缘不污染环境 强度 刚度耐久性物理性能安全性 1建筑材料基本性质 1 材料的物理性质2 材料的基本力学性质3 材料的耐久性4 材料的组成 结构 构造对材料性质的影响 1 材料的物理性质ThePhysicalPropertiesofBuildingMaterials 1 材料的基本物理性质 2 材料与水有关的性质 3 材料与热有关的性质 1 材料的基本物理性质 1密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量用 表示 按下式计算 材料的绝对密实体积是指不包括材料孔隙在内的体积 钢材 玻璃等少数密实材料可根据外形尺寸求得体积 大多数有孔隙的材料 在测定材料的密度时 应把材料磨成细粉 干燥后用李氏瓶测定其体积 材料磨得越细 测得的密度数值就越精确 材料的密度值随外界环境 如温度 湿度等 的变化 会不会发生改变 不会 2表观密度材料在自然状态下单位体积的质量称为表观密度 用表示 按下式计算 材料在自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙的体积 当材料孔隙内含有水分时 其质量和体积 可以忽略 均有所变化 故测定表观密度时 须注明其含水情况 按照含水状态分为 干表观密度 气干表观密度和饱和表观密度 孔隙的构造 开口孔隙闭口孔隙 V 干表观密度 干燥状态 V 气干表观密度 与空气湿度平衡时的状态 饱和表观密度 吸水饱和状态 3堆积密度散粒或粉状材料 如砂 石子 水泥等 在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度 用表示 按下式计算 思考题 比较密度 和干表观密度 的大小 并找出原因 3孔隙率在材料自然体积内孔隙体积所占的比例 称为材料的孔隙率 用 表示 按下式计算 孔隙率 开口孔隙率 闭口孔隙率 开口孔隙率Pk 闭口孔隙率Pb 5空隙率散粒材料自然堆积体积中颗粒之间的空隙体积所占的比例称为散粒材料的空隙率 用下式计算 材料空隙率示意图 五材料的压实度与相对密度 较少使用 2 材料与水有关的性质 1材料的亲水性与憎水性亲水性 材料能被水润湿的性质亲水性材料 砖 木材 混凝土憎水性 材料不能被水润湿的性质憎水性材料 石蜡 沥青 油漆 塑料 a 亲水性材料 b 憎水性材料 2吸水性和吸湿性吸水性 材料浸入水中吸收水的能力称为材料的吸水性 常用质量吸水率表示 m 材料干燥状态下的质量m1 材料吸水饱和状态下的质量 体积吸水率 指材料吸水饱和时 所吸水分的体积占自然状态体积的百分率 吸水饱和状态时 吸入水的体积等于材料内开口孔隙的体积 因此体积吸水率等于开口孔隙率 质量吸水率与体积吸水率的关系为 工程中常用质量吸水率表示材料的吸水性 同一材料的吸水率基本是一固定值 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性 吸湿性常用含水率来表示 即 平衡含水率 材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时的含水率 称为平衡含水率 3材料的耐水性 定义 材料在长期饱和水作用下 其强度也不显著降低的性质 称为耐水性 其衡量指标为 软化系数越小 说明材料吸水饱和后的强度降低越多 其耐水性越差 材料的耐水性用软化系数表示 其数值通常为 A小于零B大于lC0 lD任意值 材料软化系数的要求 工程对材料软化系数的要求 对经常处于水中或受潮严重的重要结构物 如地下构筑物 基础 水工结构 的材料 其K软 0 85 受潮较轻的或次要结构物的材料 其K软 0 75 K软 0 85的材料 一般称为耐水材料 衡量指标 渗透系数k 单位cm sk越大 材料的抗渗性越差 4材料的抗渗性 定义 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性 Q 影响材料抗渗性的因素 孔隙率 孔隙特征 地下建筑 地铁 人防建筑 地下室 水工结构 防水材料等均要求较高的抗渗性 5材料的抗冻性 定义 材料在吸水饱和状态下 能经受多次冻融循环作用而不破坏 强度也不显著降低的性质 衡量指标 抗冻性指标用抗冻等级Fn F50 F100 F150 表示 表示经过n次冻融循环次数后 质量损失不超过5 强度损失不超过25 冻融破坏的原因 材料有孔且孔隙含水 水 冰 体积膨胀9 结冰压力高达100MPa 结冰压力超过材料的抗拉强度时 材料开裂 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度 饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏 反复多次加剧破坏 最终材料崩溃 严寒地区道路 桥梁 水坝 堤防 海上钻井平台 跨海大桥等均需考虑冻融破坏 影响材料抗冻性的因素 1 孔隙率 孔隙特征 2 材料的强度 韧性 3 材料的软化系数 4 冻结条件 冻结温度 冻结速度 冻融循环作用的频繁程度 1 某轻质板材 其密度为2 80g cm3 干燥状态时表观密度为800kg m3 测得其体积吸水率为66 4 试计算该板的 1 质量吸水率 Wm 2 闭口孔隙率 Pb 1 质量吸水率Wm为 2 材料的孔隙率P为 材料的体积吸水率即为材料的开口孔隙率 因此闭口孔隙率为 Pb P Pk 71 4 66 4 5 三 材料与热有关的性质 一 导热性 材料传导热量的能力称为导热性 其大小用导热系数 表示 式中 导热系数 W m K Q 传导的热量 J A 热传导面积 m2 d 材料的厚度 m t 热传导时间 s T2 T1 材料两侧温差 K 越大保温性能越差 导热系数 的物理意义 表示单位厚度的材料 当两侧温差为1K时 在单位时间内通过单位面积的热量 材料的组成与结构孔隙率及孔隙特征含水情况 影响材料导热系数的因素有 2热容量与比热材料加热时吸收热量 冷却时放出热量的性质 称为热容量 大小用比热表示公式Q cm T2 T1 式中Q 材料吸收或放出的热量 J c 材料的比热 J g K m 材料的质量 g T2 T1 材料受热或冷却前后的温差 K 1 应选择导热系数和热容量是什么样 较大还是较小 的材料做保温隔热材料 导热系数较小热容量较大 3材料的温度变形性材料的温度变形性是指温度升高或降低时体积变化的性质 几种材料的比热和导热系数及线膨胀系数 2 材料的力学性质 材料的力学性质指材料在外力作用下的变形性质和抵抗破坏的能力 1 材料的强度 比强度 理论强度和强度等级 2 弹塑性变形 3 脆性与韧性 4 硬度与耐磨性 2 材料的力学性质 材料的力学性质指材料在外力作用下的变形性质和抵抗破坏的能力 1 材料的强度 比强度 理论强度和强度等级 2 弹塑性变形 3 脆性与韧性 4 硬度与耐磨性 1 强度与比强度 强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力根据荷载种类与作用方向 强度有 抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度 抗压强度测试 单位 MPa 1MPa 1N mm2 直接拉伸测试 四点弯曲试验 劈裂拉伸测试 2影响材料强度的外界因素 1 试件的形状相同底面积的试件 高度越大 强度值越小 2试件尺寸 强度测定值逐渐减小 大于 3 加荷速度加荷速度越快 测定的强度值越大4 试验环境的温湿度 4材料的强度等级 按强度值的高低划分为若干等级 即材料的强度等级 脆性材料按抗压强度划分 如岩石 砖和混凝土等 钢材按抗拉屈服强度划分 石材按极限抗压强度分9个等级 MU10 MU100 烧结普通砖按抗压强度分5个等级 MU10 MU30 普通混凝土按抗压强度分12个等级 C7 5 C60 碳素结构钢按抗拉屈服强度分5个牌号 Q195 Q275 5比强度材料的强度与其表观密度比值 是衡量材料轻质高强性能的重要指标 2 弹性与塑性 弹性 变形可完全恢复 加载 卸载 弹性当撤去外力或外力恢复到原受力状态 材料能够完全恢复原来变形的性质称为弹性 具有这种性质的材料称为弹性材料 根据其应力 应变曲线 有 线弹性和非线弹性 线弹性特征 应力与应变成正比 应力 应变曲线是一条直线应力与应变之比 直线斜率 是弹性模量 为常数 非线性特征 应力 应变曲线不是直线而是曲线应力与应变之比 弹性模量不是常数 塑性 变形不可恢复或部分恢复 加载 卸载 A B A B O O 1脆性材料在外力作用下 当外力达一定值时 材料发生突然破坏 且破坏时无明显的塑性变形 这种性质称为脆性 具有这种性质的材料称脆性材料 3 脆性和韧性 2脆性材料特性抗压强度大于抗拉强度破坏时应变小承受冲击和震动能力差宜做承压构件 如砖 石材 混凝土等 3韧性材料在冲击或震动荷载作用下能承受较大变形不致破坏的性质 韧性材料的变形能力大 且抗拉强度几乎与抗压强度相等 如低碳钢 低合金钢等属于韧性材料 1硬度硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力 莫氏硬度 HM 采用刻划法 并与十个硬度标准比较 确定硬度 4 硬度与耐磨性 布氏硬度 HB 采用压入法 用压痕单位面积上所受的压力表示 肖氏硬度 HS 采用回弹法 用重锤的回弹高度作硬度的相对值 2耐磨性材料表面抵抗磨损和磨耗的能力叫做材料的耐磨性 小结 强度 材料抵抗外力破坏的能力 比强度 材料强度与质量之比 弹性 材料在荷载作用下的变形可以恢复的性能 塑性 荷载作用下的变形不可恢复的性能 脆性 材料破坏前 不产生明显变形而突发破坏 韧性 材料破坏前 能产生较大变形或吸收较大能力 硬度 材料抵抗刻划 擦伤 磨损的能力 3 材料的耐久性TheDurabilityofMaterials 耐久性是材料在长期使用过程中 抵抗自身及环境因素长期破坏作用 保持原有性能而不变质 不破坏的能力 耐久性是一个综合性概念 针对不同的破坏因素 耐久性有不同的内容 物理作用 温度变化 干湿变化 冻融循环作用化学作用 酸 碱 盐等溶液的侵蚀机械作用 持续荷载生物作用 菌类 昆虫 金属材料 锈蚀沥青及高分子材料 老化木材 植物 腐蚀 腐朽混凝土 碳化 碱集料反应等 提高耐久性的意义耐久性良好的建筑材料 才能保证建筑物的耐久性 提高材料的耐久性 对节约建筑材料 保证建筑物长期正常使用 减少维修费用 延长建筑物使用寿命等均有十分重要的意义 提高耐久性的措施减轻介质对材料的破坏作用提高材料密实度对材料进行憎水或防腐处理在材料表面设置保护层 4 材料的组成 结构和构造对材料性质的影响Theinfluenceofmaterialcomposition structure constitutiontomaterialproperties 1 材料的组成 化学组成 矿物组成 2 结构 宏观结构 亚微观结构和微观结构 3 构造 材料的宏观组织状况 1 材料的组成 1化学组成指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量 如锌铝合金 锌97 铝3 水泥化合物组成 SiO220 24 CaO62 67 Fe2O32 5 6 0 AL2O34 7 MgO 5 化学组成直接决定材料的化学性质 物理性质 力学性质等重要因素 2矿物组成 矿物 指无机非金属材料中具有特定的化学成分 晶体结构和物理力学性质的物质 如 3CaO SiO22CaO SiO2长石石英云母方解石 矿物组成指构成材料的矿物种类和数量 如水泥的矿物组成 花岗岩的矿物组成 3CaO SiO237 60 长石石英云母角闪石2CaO SiO215 37 玄武岩的矿物组成 3CaO AL2O37 15 斜长石橄榄石辉石4CaO AL2O3 Fe2O310 18 2 材料的结构 1宏观结构2亚微观结构3微观结构 1宏观结构 构造 常见的宏观结构有 2亚微观结构用光学显微镜能观察到的材料组织 尺寸范围在10 3mm以上 主要研究组成物质的单个粒子的形貌 3微观结构微观结构是指组成材料的原子 分子层次的结构 可用电子显微镜来分析研究该层次上的结构特征 微观结构的尺寸范围在10 6 10 10m 微观结构分为 1 晶体结构 2 非晶体结构 玻璃体 3 胶体结构 1 晶体结构内部质点 离子 原子 分子 在空间上按特定规则呈周期性排列时的结构 2 晶体结构特点单晶体 1 质点在空间上呈周期性排列 2 具有特定的几何外形 3 具有各向异性的性质 4 具有固定的熔点和化学稳定性多晶体 单晶体聚集 各向同性 3 晶体结构分类 原子晶体 石英 金刚石 离子晶体 CaCl2 NaCl 金属晶体 钢铁 铝 镁 分子晶体 合成高分子材料 原子晶体结合 原子以共价键结合 特性 较高的强度 硬度和密度 电 热的不良导体种类 石英 刚玉 金刚石等 离子晶体结合 正负离子以离子键结合而成 特性 较高的强度 硬度和熔点 电 热的不良导体种类 氯化钠 氯化钙等 分子晶体结合 分子间的分子键结合 特性 较高的变形性能 强度 硬度较低 电 热的不良导体种类 石蜡 合成高分子材料等 金属晶体结合 自由电子与金属阳离子间的金属键结合 特性 较高的强度和塑性变形 电 热的良导体种类 各种金属 2 非晶体结构又称为玻璃体结构或无定形结构 如无机玻璃 玻璃体的结合键为共价键和离子键 1 非晶体结构特点 质点在空间上呈非周期性排列 没有特定的几何外形 具有各向同性的性质 没有固定的熔点 具有较高的化学活性 是一种不稳定结构 2 非晶体的形成与性质具有一定化学成分的熔融物急速冷却 质点来不及按一定规则排列 便凝固成固体 此时则得到玻璃体结构 玻璃体是一种不稳定的结构 容易与其它物质起化学作用 例如火山灰 炉渣 粒化高炉矿渣等就是玻璃体 在混凝土中掺入这些材料 正是利用了它们的化学活性 活性氧化硅和活性氧化铝 来改善混凝土的性能 提高后期强度 3材料构造 材料的构造是材料的宏观组织状况 如岩石的层理和混凝土中的孔隙等 2 孔隙对材料性质的影响 孔隙增多 1 材料的表观密度减小 2 材料受力的有效面积减小 强度降低 3 导热系数减小 4 透气性 透水性 吸水性变大 练习 一 名词解释密度 表观密度 堆积密度 材料的孔隙率 吸水性 吸湿性 耐水性 抗渗性 抗冻性 材料的强度 塑性变形 材料的耐久性 矿物 晶体结构 二 填空题1 材料的吸湿性是指材料在 的性质 2 材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的 来表示 3 水可以在材料表面展开 即材料表面可以被水浸润 这种性质称为 三 选择题1 材料在水中吸收水分的性质称为 A 吸水性B 吸湿性C 耐水性D 渗透性2 材料的孔隙率增大时 其性质保持不变的是 A 表观密度B 堆积密度C 密度D 强度3 材料的组成的概念包括 A化学组成 物理组成B化学组成 晶体组成C化学组成 矿物组成D矿物组成 物