第一章 建筑材料基本+性质

1、建筑材料建筑材料（建筑材料的基本性质）（建筑材料的基本性质）本章教学目标 土木工程的功能 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土木工程要求材料具备哪些性能土木工程材料如何满足性能要求？本章内容u第一节 材料的基本物理性质u第二节 材料的力学性质u第三节 材料的耐久性u第四节 材料的组成、结构和构造名称名称定义定义表达式表达式单位单位备注备注密密 度度表观密度表观密度堆积密度堆积密度00vmvmvom0（一）材料的密度、表观密度与堆积密度一、材料与质量有关的基本物理性质材料在绝对密实状态下材料在绝对密实状态下, ,单位

2、体积的质量。单位体积的质量。材料在自然状态下，单材料在自然状态下，单位体积的质量。位体积的质量。材料在堆积状态下，单材料在堆积状态下，单位体积的质量。位体积的质量。g/cmg/cm3 3/m/m3 3/m/m3 3或或g/cmg/cm3 3（二）密实度与孔隙率材料孔隙示意图材料孔隙示意图 000100%) 100%VVPV(1-（二）密实度与孔隙率材料孔隙示意图材料孔隙示意图 00100%100%VDV材料空隙率示意图材料空隙率示意图00000100%(1) 100%1VVPDV （三）填充率与空隙率（三）填充率与空隙率0000100%100%VDV材料空隙率示意图材料空隙率示意图（一）材料的

3、亲水性与憎水性二、材料与水有关的性质（二）吸水性u定义：吸水性是指材料在水中吸收水分的性质，其大小用吸水率表示。 %100 mmmWbmu影响吸水性的因素：u材料的孔隙率；u材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；u孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等 。质量吸水率体积吸水率（三）吸湿性100%m-mmWshu定义：材料在空气中，吸收空气中水分的性质，称为吸湿性。其大小用含水率表示。 u材料的孔隙率；u材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；u孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等；u周围空气的温度和湿度 。 影响吸湿性的因素：平衡含水率（四）材料的耐水性u定义：材料在长期水作用下，其强度也不显著降低的

4、性质，称为耐水性。其衡量指标为：gbRffK u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。 软化系数对经常处于水中或受潮严重的重要结构物的材料，其KR0.85； 受潮较轻的或次要结构物的材料，其KR0.75； 越大，材料的抗渗性越差。（五）材料的抗渗性QAdH对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级表示。混凝土的抗渗等级以每组六个试件中四个试件未出现渗水时的最大水压力计算，其计算式为： Pn =10H1 H六个试件中三个渗水时的水压力，MPa。 AtHQdKs影响材料抗渗性的因素有哪些？（六）材料的抗冻性u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

5、降低的性质。u衡量指标：抗冻性指标用抗冻等级Fn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%。u冻融破坏的原因及过程：孔隙及孔隙水孔隙水结冰材料开裂饱水程度增加开裂加剧材料冻融破坏三、材料的热工性质三、材料的热工性质导热性材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导率，又称导热系数（）表示。12QdA TTt12(T -T ) AQdt At2t1Q 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） u 热传导性与导热系数热传导性与导热系数 u 比热容与热容比热容与热容

6、u 线膨胀系数线膨胀系数u 最高使用温度最高使用温度材料线膨胀系数的测量线膨胀系数的单位：/C材料的线膨胀系数与组成和结构有关：有机材料金属材料无机非金属材料非晶体材料晶体材料材料导热性的测量材料的导热性用导热系数或热阻表示导热系数与组成、结构和孔隙率、孔隙特征有关：金属非金属；多孔材料密实材料封闭孔隙开口连通孔隙三、材料的热工性质三、材料的热工性质u强度与比强度u弹性与塑性u脆性与韧性u硬度与耐磨性工程材料的力学性质Mechanical Properties of Engineering materialsMechanical Properties of Engineering materi

7、alsu工程结构设计以承受最大荷载(强度)，而有最小的变形(刚度)u为了工程应用效率最优，应按照材料的强度和刚度，选择材料u材料的力学性质指材料在荷载(外力)作用下的强度与刚度(形变)u荷载、应力、应变1、强度与比强度u强度材料抵抗荷载作用下的变形，保持原有形状(不发生形变)或抵抗破坏的性能量度u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u工程设计所涉及的材料强度。u强度等级土木工程材料常根据其极限强度值的大小，人为划分的若干“强度等级”u比强度材料强度与材料的表观密度之比抗压强度测试直接拉伸测试劈裂拉伸测试四点弯曲试验弹性极限强度：材料应力应变曲线上的弹性区最大

8、应力极限强度: 材料应力应变曲线上的最大应力破坏(断裂)强度: 材料破坏(断裂)时的强度0f比强度 几种材料的强度比较材材 料料表观密度表观密度(kg/m(kg/m3 3) )强度强度f f (MPa)(MPa)比强度（比强度（f/f/o o）低碳钢低碳钢786078604154150.0530.053松松 木木50050034.334.30.0590.059混凝土混凝土2400240060600.0250.025材料的比强度衡量材料轻质高强的一个指标，材料的强度与其表观密度之比，即：0f比强度2、弹性与塑性 卸载后材料的变形行为：u变形可完全恢复u变形不可恢复或部分恢复u弹性 当撤去外力或外

9、力恢复到原受力状态，材料能够完全恢复原来变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。u塑性 当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料仍保持变形后形状和当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料仍保持变形后形状和尺寸、并不发生裂缝的性质称为塑性尺寸、并不发生裂缝的性质称为塑性； 具有这种性质的材料称为塑性材料； 其应力应变曲线是非线性的，且不连续，每一点的应力与应变之比都不相同。2、弹性与塑性 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)

10、是弹性模量，为常数。E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刚度与弹性模量u刚度: 材料抵抗变形能力的量度u弹性模量：应力与应变之比-曲线上的斜率u刚度用弹性模量来测量u例如: 对拉伸构件EAPLPPEAE=ddE3. 脆性和韧性(Brittleness and Ductility)u脆性 材料在外力作用下，不发生明显的变形而突然破坏的一种性能，称为脆性； 特点：其应力应变曲线下的面积很小。 具有这种性质的材料称为脆性材料u韧性 材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受较大的变形而不至于破坏的性能，称为韧性。 特点：其应力应变曲线下的面积较大，这个面积就

11、是其破坏前吸收的总能量。 具有这种性质的材料称为韧性材料u对于脆性材料，极限强度与破坏强度是一致的。u对于韧性材料，极限强度高于破坏（断裂）强度。2.耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。用磨损率表示。12mmNA磨损率m1试件磨损前的质量（g）；m2试件磨损后的质量（g）；A试件受磨面积（cm2）。测定方法：刻划法、回弹法、压入法。 1.硬度指材料表面的坚硬程度，是抵抗其他物体刻划、压入其表面的能力。小结u强度材料抵抗外力，不变形或破坏的能力；u比强度材料强度与质量之比；u弹性材料能恢复荷载作用下的变形的性能；u塑性不可恢复荷载作用下的变形的性能；u脆性材料破坏前，不产生明显变形而突发破坏；u韧性材料破坏前，能产生较大变形或吸收较大能力；u硬度材料抵抗刻划、擦伤、磨损的能力；一、概念材料