[工学]第1章 建筑材料基本性质ppt课件

1、第第1 1章章 土木工程资料根本性质土木工程资料根本性质 密度、表观密度、体积密度和堆积密度既有联络密度、表观密度、体积密度和堆积密度既有联络又有差别。又有差别。 密度是指资料在绝对密实形状下单位体积的质量。密度是指资料在绝对密实形状下单位体积的质量。 表观密度是资料在包括闭口孔隙条件下单位体积表观密度是资料在包括闭口孔隙条件下单位体积的质量。的质量。 体积密度是指资料在自然形状下，包括资料实体体积密度是指资料在自然形状下，包括资料实体及其开口与闭口孔隙条件下的单位体积的质量。及其开口与闭口孔隙条件下的单位体积的质量。 堆积密度是指散粒或纤维状资料在堆积形状下单堆积密度是指散粒或纤维状资料在堆

2、积形状下单位体积的质量。位体积的质量。 孔隙率是指资料内孔隙率是指资料内部孔隙的体积占资料总部孔隙的体积占资料总体积的百分率。体积的百分率。 空隙率那么是指散空隙率那么是指散粒状资料在堆积体积形粒状资料在堆积体积形状下颗粒固体物质间空状下颗粒固体物质间空隙体积隙体积( (开口孔隙与间隙开口孔隙与间隙之和之和) )占堆积体积的百分占堆积体积的百分率。资料的孔隙有闭口率。资料的孔隙有闭口和开口，其特征形状对和开口，其特征形状对资料的性质有重要影响，资料的性质有重要影响，见右图。见右图。 根底知识根底知识 资资料的力学学性质质指资资料在外力作用下所引起的变变化的性质质。这这些变变化包括资资料的变变形

3、和破坏。资资料的变变形指在外力的作用下，资资料经过经过外形的改动来动来吸收能量。根据变变形的特点，分为弹为弹性变变形和塑性变变形。资资料的破坏指当当外力超越资资料的接受极极限时时，资资料出现断现断裂等丧丧失运运用功能的变变化。根据破坏方式的不同，资资料可分为为脆性资资料和韧韧性资资料。在外力作用下，资资料抵抗破坏的才干称为称为强度。 资料在外力作用下产生变形，当外力去资料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始外形的性质称为弹性。除后能完全恢复到原始外形的性质称为弹性。资料在外力作用下产生变形，当外力去除后，资料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为资

4、料的有一部分变形不能恢复，这种性质称为资料的塑性。弹性变形与塑性变形的区别在于，前者塑性。弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。为可逆变形，后者为不可逆变形。 资料受外力作用，当外力达一定值时，资料受外力作用，当外力达一定值时，资料发生忽然破坏，且破坏时无明显的塑性变资料发生忽然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。资料在冲击或振动荷形，这种性质称为脆性。资料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 资料另一个重要的力学性质是硬度。它是

5、资料另一个重要的力学性质是硬度。它是指资料外表抵抗硬物压入或刻划的才干。金属指资料外表抵抗硬物压入或刻划的才干。金属资料等的硬度常用压入法刻痕，如布氏硬度法，资料等的硬度常用压入法刻痕，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等资料常用刻划法测定。普通情况下，硬度大等资料常用刻划法测定。普通情况下，硬度大的资料强度高、耐磨性较强，但不易加工。所的资料强度高、耐磨性较强，但不易加工。所以，工程中有时用硬度来间接推算资料的强度。以，工程中有时用硬度来间接推算资料的强度。 压入法实验压入法实验刻划法实验刻划法实验察看与讨论察看与讨论脆性资料与韧性

6、资料脆性资料与韧性资料 察看以下两动画，请对比分析韧性资料与脆性资料的差别。察看以下两动画，请对比分析韧性资料与脆性资料的差别。讨论讨论讨论讨论 具有脆性性质的资料称脆性资料。脆性资料的具有脆性性质的资料称脆性资料。脆性资料的抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍，脆性资料抵抗冲击载荷或振动作用的才干较差，倍，脆性资料抵抗冲击载荷或振动作用的才干较差，脆性资料只适宜用作承压构件。土木工程资料中大脆性资料只适宜用作承压构件。土木工程资料中大部分无机非金属资料均为脆性资料，如烧结普通砖、部分无机非金属资料均为脆性资料，如烧结普通砖、混凝土等。混凝

7、土等。 具有韧性性质的资料称韧性资料。在建筑工程具有韧性性质的资料称韧性资料。在建筑工程中，对于要求接受冲击载荷和有抗震要求的构造，中，对于要求接受冲击载荷和有抗震要求的构造，如吊车梁、桥梁、路面等所用的资料，均应具有较如吊车梁、桥梁、路面等所用的资料，均应具有较高的韧性。土木工程常用的低碳钢、有色金属等都高的韧性。土木工程常用的低碳钢、有色金属等都是韧性资料。是韧性资料。 工程实实例分析(1) (1) 测试强度与加荷速度测试强度与加荷速度 (2) (2) 砖浸水后强度下降砖浸水后强度下降 景象景象缘由分析缘由分析(1) (1) 测试强度与加荷速度测试强度与加荷速度 人们在测试混凝土等资料的强

8、度时可察看到，人们在测试混凝土等资料的强度时可察看到，同一试件，加荷速度过快，所测值偏高。同一试件，加荷速度过快，所测值偏高。缘由分析缘由分析(1) (1) 测试强度与加荷速度测试强度与加荷速度 资料的强度除与其组成构造有关外，资料的强度除与其组成构造有关外，还与其测试条件有关，包括加荷速度、还与其测试条件有关，包括加荷速度、温度、试件大小和外形等。当加荷速度温度、试件大小和外形等。当加荷速度较快时，荷载的增长速度大于资料的变较快时，荷载的增长速度大于资料的变形速度形速度 ，测出的数值就会偏高。为此，测出的数值就会偏高。为此，在资料的强度测试中，普通都规定其加在资料的强度测试中，普通都规定其加

9、荷速度范围。荷速度范围。 景象景象缘由分析缘由分析(2) (2) 砖浸水后强度下降砖浸水后强度下降 某地发生历史上某地发生历史上稀有的洪水。洪水退稀有的洪水。洪水退后，许多砖房倒塌，后，许多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未其砌筑用的砖多为未烧透的多孔的红砖，烧透的多孔的红砖，见右图。见右图。缘由分析缘由分析(2) (2) 砖浸水后强度下降砖浸水后强度下降 这些红砖没有烧透，砖内开口孔隙率大，这些红砖没有烧透，砖内开口孔隙率大，吸水率高。吸水后，红砖强度下降，特别是吸水率高。吸水后，红砖强度下降，特别是当有水进入砖内时，未烧透的粘土遇水分散，当有水进入砖内时，未烧透的粘土遇水分散，强度下降更大，不能

10、接受房屋的分量，从而强度下降更大，不能接受房屋的分量，从而导致房屋倒塌。导致房屋倒塌。 1 1亲水性与憎水性亲水性与憎水性 资料与水接触时由于水在固体外表润湿形状不同，表现为亲资料与水接触时由于水在固体外表润湿形状不同，表现为亲水与憎水两种不同的性质。陶瓷、金属资料、石材等无机资料等水与憎水两种不同的性质。陶瓷、金属资料、石材等无机资料等为亲水性资料；沥青、塑料等为憎水性资料。为亲水性资料；沥青、塑料等为憎水性资料。 2 2资料的吸水性与吸湿性资料的吸水性与吸湿性 资料的吸水性是指资料在水中吸收水分的性质。吸湿性指资资料的吸水性是指资料在水中吸收水分的性质。吸湿性指资料在潮湿空气中吸收水分的性

11、质，以含水率表示。料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示。 3. 3. 耐水性耐水性 耐水性指资料长期在水的作用下，抵抗其破坏的才干。耐水性指资料长期在水的作用下，抵抗其破坏的才干。 4. 4. 抗渗性抗渗性 资料抵抗压力水浸透的性质。资料抵抗压力水浸透的性质。 5. 5. 抗冻性抗冻性 资料在含水形状下能忍受多次冻融循环而不破坏，强度也不资料在含水形状下能忍受多次冻融循环而不破坏，强度也不显著下降的性质。显著下降的性质。 某施工队原运用普通烧结粘土砖，后改为多孔、某施工队原运用普通烧结粘土砖，后改为多孔、体积密度仅体积密度仅700 kg/ m3 700 kg/ m3 的加气混凝土砌块。在

12、抹灰的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同样方式往墙上浇水，觉察原运用的普通烧结前采用同样方式往墙上浇水，觉察原运用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块外表看上去浇粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块外表看上去浇水不少，但实践吸水不多。水不少，但实践吸水不多。 景象景象缘由分析缘由分析缘由分析缘由分析 加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为墨水加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为墨水瓶构造，肚大口小，毛细管作用差，只需少数孔是水瓶构造，肚大口小，毛细管作用差，只需少数孔是水分蒸发构成的毛细孔，故吸水及导湿均缓慢。资料的分蒸发构成的毛细孔，故吸水及导湿均缓慢。资料的吸水性不仅要看孔数量的多少，

13、还需看孔的构造。吸水性不仅要看孔数量的多少，还需看孔的构造。根底知识根底知识 资料在长期运用过程中，能坚资料在长期运用过程中，能坚持其原有性能而不蜕变、不破坏的持其原有性能而不蜕变、不破坏的性质，统称为耐久性，它是一种复性质，统称为耐久性，它是一种复杂的、综合的性质杂的、综合的性质, ,包括资料的抗包括资料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。资料在运用过程中，除遭蚀性等。资料在运用过程中，除遭到各种外力作用外，还要遭到环境到各种外力作用外，还要遭到环境中各种自然要素的破坏作用，这些中各种自然要素的破坏作用，这些破坏作用可分为物理作用、化学作破坏作用可分为物理

14、作用、化学作用和生物作用。要根据资料所处的用和生物作用。要根据资料所处的构造部位和运用环境等要素，综合构造部位和运用环境等要素，综合思索其耐久性，并根据各种资料的思索其耐久性，并根据各种资料的耐久性特点合理地选用。耐久性特点合理地选用。 土木工程资料的环境协调问题日益遭到土木工程资料的环境协调问题日益遭到注重。资料的环境协调性是指资料在消费、注重。资料的环境协调性是指资料在消费、运用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负运用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负荷，包括消费中废物的利用、减少三废的产荷，包括消费中废物的利用、减少三废的产生，运用中减少对环境的污染，废弃时有较生，运用中减少对环境的污染，

15、废弃时有较高的可回收率。高的可回收率。19941994年设立中国环境标志产年设立中国环境标志产品认证委员会，据此土木工程资料中首先对品认证委员会，据此土木工程资料中首先对水性涂料实行环境标志，制定环境标志的评水性涂料实行环境标志，制定环境标志的评定规范。定规范。 察看与讨论与讨论(1) (1) 酸雨腐蚀建筑物酸雨腐蚀建筑物 (2) (2) 路面磨损裂纹路面磨损裂纹(1) (1) 酸雨腐蚀建筑物酸雨腐蚀建筑物 以下图为某大楼的外表，从中可见墙壁发黑，以下图为某大楼的外表，从中可见墙壁发黑，在有的地方可见白色流迹线。在有的地方可见白色流迹线。 景象景象讨论讨论(1) (1) 酸雨腐蚀建筑物酸雨腐蚀

16、建筑物 由于吸附了以碳为主的煤烟状悬浮颗粒物由于吸附了以碳为主的煤烟状悬浮颗粒物使其建筑物外表变黑，而且由于酸雨的冲洗，使其建筑物外表变黑，而且由于酸雨的冲洗，使石材显露新外表，从而构成流迹线。同时，使石材显露新外表，从而构成流迹线。同时，石灰质碱性岩容易与酸起反响，石材本身被硫石灰质碱性岩容易与酸起反响，石材本身被硫酸溶解，出现外表凸凹不平，故出现了建筑物酸溶解，出现外表凸凹不平，故出现了建筑物的外表腐蚀。的外表腐蚀。讨论讨论(2) (2) 路面磨损裂纹路面磨损裂纹 经过几年的运用，某水泥混凝土路面出现露石景象。经过几年的运用，某水泥混凝土路面出现露石景象。 景象景象讨论讨论(2) (2)

17、路面磨损裂纹路面磨损裂纹讨论讨论 路面由于年年遭到车辆及行人的磨损，路面由于年年遭到车辆及行人的磨损，外表水泥砂浆层剥落，导致露石。主要缘由是外表水泥砂浆层剥落，导致露石。主要缘由是水泥混凝土的耐磨性不够。水泥混凝土的耐磨性不够。 1热热容量和比热热 资资料的热热容量是指资资料在温温度变变化时时吸收和放出热热量的才干。资资料比热热容的物理意义义是指1kg重的资资料，在温温度每改动动1K时时所吸收或放出的热热量。 2导热导热性 当资当资料两侧两侧存在温温度差时时，热热量将将由温温度高的一侧经过资侧经过资料传传送到温温度低的一侧侧，资资料的这这种传导热种传导热量的才干，称为导热称为导热性。资资料的

18、导热导热性可用导热导热系数来数来表示。资资料的导热导热系数数愈小，表示其绝热绝热性能愈好。 3. 耐燃性 资资料对对火焰和高温温的抵抗才干称为资称为资料的耐燃性。建筑资资料分为为三类类：1非熄灭资灭资料，如钢铁钢铁、石等；2难难燃资资料，如经过经过防火处处置的刨刨花板；3可燃资资料 ，如普通木材。 察看与讨论与讨论孔隙对资料性质的影响孔隙对资料性质的影响 某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种资料的剖面。请问选择何种资料适宜？ 讨论讨论AB讨论讨论 保温层的目的是减少外界温度变化对住保温层的目的是减少外界温度变化对住户的影响。资料保温性能的主要描画目的为户的影响。资料保温性能的主要描画目的为导热

19、系数和热容量，其中导热系数越小越好。导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。察看两种资料的剖面，可见察看两种资料的剖面，可见A A资料为多孔构资料为多孔构造，造，B B资料为密实构造，多孔资料的导热系资料为密实构造，多孔资料的导热系数较小，适于作保温层资料。数较小，适于作保温层资料。 资料的组成是指资料的化学成分和矿物组成。资料组成资料的组成是指资料的化学成分和矿物组成。资料组成是资料性质的根底，它对资料的性质起着决议性的作用。资是资料性质的根底，它对资料的性质起着决议性的作用。资料化学组成一样但矿物组成不同也会导致性质的宏大差别。料化学组成一样但矿物组成不同也会导致性质的宏大差别。如以下图所

20、示，、为两种钢材的金相照片，两者化学组如以下图所示，、为两种钢材的金相照片，两者化学组成接近，主要差别是碳含量不同，小于成接近，主要差别是碳含量不同，小于0.20.2和那么为和那么为0.0.2 20.40.4，但矿物组成那么差别较大。两种钢材性能差别，但矿物组成那么差别较大。两种钢材性能差别较大，其中具有较好的冷、热变形等工艺性能，但强度较较大，其中具有较好的冷、热变形等工艺性能，但强度较低，而那么强度较高。低，而那么强度较高。1. 1. 宏观构造宏观构造2. 2. 亚微观构造亚微观构造3. 3. 微观构造微观构造1. 1. 宏观构造宏观构造 资料的宏观构造是指可用肉眼能察看到的外部资料的宏观

21、构造是指可用肉眼能察看到的外部和内部的构造。土木工程资料常见的构造方式有：和内部的构造。土木工程资料常见的构造方式有：密实构造、多孔构造、纤维构造、层状构造、散粒密实构造、多孔构造、纤维构造、层状构造、散粒构造、纹理构造。构造、纹理构造。 密实构造的资料内部根本上无孔隙，构造致密。密实构造的资料内部根本上无孔隙，构造致密。这类资料的特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗这类资料的特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差。如钢材、渗和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差。如钢材、天然石材、玻璃钢等。天然石材、玻璃钢等。 多孔构造的资料有加气混凝土、石膏制品、烧多孔构造的资料

22、有加气混凝土、石膏制品、烧结普通砖等。结普通砖等。 2. 2. 亚微观构造亚微观构造 亚微观构造是指用光学显微镜和普通扫描透射所亚微观构造是指用光学显微镜和普通扫描透射所能察看到的构造，是介于宏观和微观之间的构造。其能察看到的构造，是介于宏观和微观之间的构造。其尺度范围在尺度范围在10103 310109 m9 m。资料的显微构造根据其。资料的显微构造根据其尺度范围，还可分为显微构造和纳米构造。其中，显尺度范围，还可分为显微构造和纳米构造。其中，显微构造是指用光学显微镜所能察看到的构造，其尺度微构造是指用光学显微镜所能察看到的构造，其尺度范围在范围在10103 310107 m7 m。土木工程

23、资料的显微构造，。土木工程资料的显微构造，应根据详细资料分类研讨。对于水泥混凝土，常研讨应根据详细资料分类研讨。对于水泥混凝土，常研讨水泥石的孔隙构造及界面特性等构造；对于金属资料水泥石的孔隙构造及界面特性等构造；对于金属资料，通常是研讨其金相组织，即晶界及晶粒尺寸等。，通常是研讨其金相组织，即晶界及晶粒尺寸等。 3. 3. 微观构造微观构造 资料的微观构造是指物相种类、形状、大小及其分资料的微观构造是指物相种类、形状、大小及其分布特征。它与资料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导布特征。它与资料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性、导热性等重要性质有着亲密的关系。土木工程电性、导热性等重要性质有着亲

24、密的关系。土木工程资料的运用形状均为固体，固体资料的相构造根本上资料的运用形状均为固体，固体资料的相构造根本上可分为晶体、非晶体两类，不同构造的资料，各具不可分为晶体、非晶体两类，不同构造的资料，各具不同特性。同特性。 资料的构造是指具有特定性质的资料构造单资料的构造是指具有特定性质的资料构造单元间的相互搭配组合情况。构造这一概念与构造元间的相互搭配组合情况。构造这一概念与构造相比，更强调了一样资料或不同资料间的搭配组相比，更强调了一样资料或不同资料间的搭配组合关系。如资料的孔隙、岩石的层理、木材的纹合关系。如资料的孔隙、岩石的层理、木材的纹理、疵病等，这些构造的特征、大小、尺寸及形理、疵病等

25、，这些构造的特征、大小、尺寸及形状，决议了资料特有的一些性质。如孔隙是开口、状，决议了资料特有的一些性质。如孔隙是开口、细微且连通的，那么资料易吸水、吸湿，耐久性细微且连通的，那么资料易吸水、吸湿，耐久性较差；假设孔隙是封锁的，其吸水性会大大下降，较差；假设孔隙是封锁的，其吸水性会大大下降，抗渗性那么提高。所以，对同种资料来讲，其构抗渗性那么提高。所以，对同种资料来讲，其构造越密实、越均匀，强度越高，表观密度越大。造越密实、越均匀，强度越高，表观密度越大。 察看与讨论与讨论讨论讨论AB两种石材性能对比两种石材性能对比 以下图为同一栋楼外墙所用的两种不同材质的装饰石材，运以下图为同一栋楼外墙所用

26、的两种不同材质的装饰石材，运用时间一样。大理石石材颜色已变暗且出现裂痕，而花岗岩石材用时间一样。大理石石材颜色已变暗且出现裂痕，而花岗岩石材完好如新。请从资料的组成构造角度分析二者性能差别的缘由。完好如新。请从资料的组成构造角度分析二者性能差别的缘由。 讨论讨论两种石材性能对比两种石材性能对比 大理石主要成分是方解石碳酸钙和碳酸镁，大理石主要成分是方解石碳酸钙和碳酸镁，呈弱碱性。在酸雨等腐蚀介质作用下，发生化学反呈弱碱性。在酸雨等腐蚀介质作用下，发生化学反响，颜色变暗淡，板材的构造逐渐疏松，并开展为响，颜色变暗淡，板材的构造逐渐疏松，并开展为裂痕。而花岗岩主要为石英结晶二氧化硅、长裂痕。而花岗

27、岩主要为石英结晶二氧化硅、长石架状铝硅酸盐及少量云母片状铝硅酸盐，石架状铝硅酸盐及少量云母片状铝硅酸盐，为酸性石材，构造致密具有高抗酸腐蚀的才干。为酸性石材，构造致密具有高抗酸腐蚀的才干。 工程实实例分析景象景象缘由分析缘由分析 某工程灌浆资料采用水泥净浆，为了到达较好某工程灌浆资料采用水泥净浆，为了到达较好的施工性能，配合比中要求参与硅粉，并对硅粉的的施工性能，配合比中要求参与硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要求。但施工单位将硅粉了解化学组成和细度提出要求。但施工单位将硅粉了解为磨细石英粉，消费中参与的磨细石英粉的化学组为磨细石英粉，消费中参与的磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实践

28、运用中效果不好，水成和细度均满足要求，在实践运用中效果不好，水泥浆体成分不均。泥浆体成分不均。资料微观构造对性能的影响资料微观构造对性能的影响缘由分析缘由分析 硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组成为品，其化学组成为SiO2SiO2，微观构造为外表光滑的，微观构造为外表光滑的玻璃体，能改善水泥净浆施工性能。磨细石英粉玻璃体，能改善水泥净浆施工性能。磨细石英粉的化学组成也为的化学组成也为SiO2SiO2，微观构造为晶体，外表粗，微观构造为晶体，外表粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨细石英粉虽然

29、化学成分一样，但细度不同，微观细石英粉虽然化学成分一样，但细度不同，微观构造不同，导致资料的性能差别明显。构造不同，导致资料的性能差别明显。 常见问题及解答常见问题及解答 1-1 1-1 测定含大量开口孔隙的资料表观密度时，直接测定含大量开口孔隙的资料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该资料的质量与所测得的体用排水法测定其体积，为何该资料的质量与所测得的体积之比不是该资料的体积密度？积之比不是该资料的体积密度？ 1-2 1-2 一样组成资料的性能为何不一定是一样的？一样组成资料的性能为何不一定是一样的？ 1-3 1-3 孔隙率越大，资料的抗冻性能否越差？孔隙率越大，资料的抗冻性能否越差？ 1-1 1-1 解答解答1-2 1-2 解答解答1-3 1-3 解答解答常见