第一章基本性质

第一章基本性质1第1页，课件共75页，创作于2023年2月第一章建筑材料的基本性质Chapter1BasicPropertiesofBuildingMaterials2第2页，课件共75页，创作于2023年2月基本性质为什么要学习建筑材料的基本性质?(why)

建筑材料的基本性质所包括的内容?(what)各基本性质的指标和测试方法如何？(how)三问：What?How?Which?

3第3页，课件共75页，创作于2023年2月基本性质（1）明辨建筑材料的各种基本性质（物理性质、力学性质、耐久性等）的含义、衡量指标、影响因素；（2）可以初步判断材料的性能和应用场合，为以后工作中正确选择和合理使用建筑材料打下基础。教学目的Why4第4页，课件共75页，创作于2023年2月建筑材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。

what什么是建筑材料的基本性质？5第5页，课件共75页，创作于2023年2月what第一章章节安排材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性建筑材料基本性质包括什么？6第6页，课件共75页，创作于2023年2月材料的物理性质基本物理性质与水有关性质与热有关性质1第节7第7页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质材料的密度材料的表观密度材料的堆积密度材料的空隙率材料的孔隙率8第8页，课件共75页，创作于2023年2月材料与水有关的性质材料的亲水性和憎水性材料的吸水性材料的吸湿性材料的耐水性材料的抗冻性材料的抗渗性9第9页，课件共75页，创作于2023年2月材料的力学性质材料的强度弹性塑性脆性韧性硬度耐磨性2第节10第10页，课件共75页，创作于2023年2月[了解]了解与热有关的性质。[熟悉]

熟悉与水有关的性质及其指标，力学性质，耐久性的概念。[掌握]材料的基本物理性质、指标及其测试方法。教学要求11第11页，课件共75页，创作于2023年2月基本物理性质与水有关性质与热有关性质各基本性质的指标和测试方法如何？12第12页，课件共75页，创作于2023年2月基本物理性质的指标及测定方法材料的密度材料的表观密度材料的堆积密度材料的空隙率材料的孔隙率13第13页，课件共75页，创作于2023年2月材料的密度、表观密度、堆积密度的指标及测定14第14页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质ρ

密度（视密度）ρ0表观密度ρ0′

堆积密度实体mv闭口孔隙开口孔隙vk空隙V空mv0′ρ0′mv0ρ0mv+vb

ρ微粒内孔隙微粒间空隙针对散粒材料绝对体积v（v+vb）表观体积v0

堆积体积v0′vb干燥状态下的材料15第15页，课件共75页，创作于2023年2月材料的“密度”测量时，材料必须是绝对密实状态。

含内部开口和闭口孔的体积.随孔内含水率,m.v0均变化,须注明含水。一般指气干表观密度。针对粉状或粒状材料而言，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。材料的基本物理性质绝对密实状态下单位体积的质量自然状态下单位体积的质量，表观密度，俗称“容重”

散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量16第16页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质怎样测量材料的密度、表观密度和堆积密度？体积的测试方法17第17页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质密度、表观密度和堆积密度的测量方法密度的测量：对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等直接以排水法或直接测量作为密实态体积近似值对某些致密材料（卵石、碎石等）直接以颗粒为试样，用排水法测定其体积，即为视密度或近似密度，通常也称为密度。。对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材磨成细粉，注意液体必须与所测粉末不反应。如：测水泥密度时，用无水煤油。18第18页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质密度、表观密度和堆积密度的测试方法表观密度的测量：外观规则的材料直接按外形尺寸计算出体积外形不规则的材料加工成规则外形后求出体积或封蜡后排水法测量（蜡封法）为什么？19第19页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质密度、表观密度和堆积密度的测试方法堆积密度的测量：需借助容器来测量

体积的测量20第20页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质1材料的孔隙率指材料自然体积内孔隙体积占材料总体积的百分率。ρ密度

ρ0

材料的表观密度v材料的绝对密实体积

v0

材料的表观体积孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率大，材料的表观密度小、强度低。孔隙率只能反映材料内部的孔隙总量，并不能反映孔径分布状况和孔隙特征：即孔是封闭的还是连通的。意义：21第21页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质如何反映出孔隙特征和孔径分布状况？研究其有何意义？22第22页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质2材料的孔隙特征开口孔隙率是指材料中能被水所饱和的孔隙体积与材料在自然状态下的体积百分率：m—干燥状态下材料的质量,gmsat—水饱和状态下材料的质量,gρw—水的密度，常温下可取1g/cm3

闭口孔隙率为总孔隙率与开口孔隙率之差23第23页，课件共75页，创作于2023年2月材料内部的孔隙特征开口、连通孔封闭孔24第24页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质3材料的孔径分布孔径按尺寸大小分：微细孔（0.01mm以下）、毛细孔（1.0mm以下）和粗大孔（1.0mm以上）。25第25页，课件共75页，创作于2023年2月材料内部的孔径分布大孔毛细孔微细孔26第26页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质4研究孔径特征及分布的意义开口孔隙、粗大孔隙水分易于渗透，渗透性最大；微细孔隙水分易充满，但不易在其中流动，渗透性最小；毛细孔介于两者之间，

水分既易充满，又易在其中渗透，对材料的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性均有极不利的影响。封闭的孔隙

有利于提高材料的保温隔热性，提高抗冻性；但孔径较大时，降低强度。

？27第27页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质块体材料中的孔隙情况采用了孔隙率来体现，那么散粒材料中的空隙如何表示呢？28第28页，课件共75页，创作于2023年2月

ρ0表观密度ρ0

′材料的堆积密度5

材料的空隙率空隙率是指材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙所占的体积。v0

材料的自然状态下体积

v0

′

材料的自然堆积体积材料的基本物理性质意义：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。029第29页，课件共75页，创作于2023年2月材料与水有关的性质材料的亲水性和憎水性材料的吸水性材料的吸湿性材料的耐水性材料的抗冻性材料的抗渗性1第节30第30页，课件共75页，创作于2023年2月材料的基本物理性质亲水性材料憎水性材料31第31页，课件共75页，创作于2023年2月亲水性与憎水性材料的特征：

水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。32第32页，课件共75页，创作于2023年2月材料与水有关的性质材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。用参数润湿角θ表示。亲水性材料憎水性材料当材料的润湿角θ≤

９０˚时，即为亲水性材料；当材料的润湿角θ＞９０˚时，为憎水性材料;33第33页，课件共75页，创作于2023年2月材料与水有关的性质1质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比。

2体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率。

m1吸水饱和状态下质量m

干燥状态下的质量V0自然状态下的体积

ρw水的密度常温下取ρ=1.0g/cm3

式中34第34页，课件共75页，创作于2023年2月材料与水有关的性质材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥过程吸湿过程材料在任一条件下含水的多少，以Ｗh表示:材料的含水率1mh

材料吸湿状态下的质量m

材料在干燥状态下的质量

平衡含水率1在空气中，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。35第35页，课件共75页，创作于2023年2月软化系数材料的耐水性即材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.70。KR反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。材料与水有关的性质36第36页，课件共75页，创作于2023年2月材料与水有关的性质抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能低压水高压水渗透、腐蚀介质材料中的成分37第37页，课件共75页，创作于2023年2月材料与水有关的性质渗透系数K越小，材料抗渗性越强。影响抗渗性因素12亲水性材料抗渗性差；含粗大孔隙的材料抗渗性最差；毛细孔抗渗性较差。38第38页，课件共75页，创作于2023年2月材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，称为抗冻等级。

材料的抗冻等级可分为Ｆ15、F25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。抗冻性材料与水有关的性质39第39页，课件共75页，创作于2023年2月材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。抗冻性材料与水有关的性质冻融破坏原因40第40页，课件共75页，创作于2023年2月三、热学性质

热传导性与导热系数比热容与热容线膨胀系数1第节41第41页，课件共75页，创作于2023年2月材料的力学性质材料的强度弹性塑性脆性韧性硬度耐磨性2第节42第42页，课件共75页，创作于2023年2月材料的强度在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测,将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。

材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载材料在外力作用下抵抗破坏的能力43第43页，课件共75页，创作于2023年2月材料的强度f------材料强度，MPa

P---材料破坏时的最大荷载，N

A------试件受力面积，mm2ff------材料的抗弯强度，MPa

P---材料受弯破坏时的最大荷载，N

L------两支点的间距，mm

b、h---试件横截面的宽及高，mmabcd44第44页，课件共75页，创作于2023年2月针对不同种类的材料具有抵抗不同形式力的作用特点，将材料按其相应极限强度的大小，划分为若干不同的强度等级。对于水泥、石材、砖、混凝土、砂浆等在建筑物中主要用于承压部位的材料以其抗压强度来划分强度等级。而建筑钢材在建筑物中主要用于承受拉力荷载，所以以其屈服强度作为划分强度等级的依据。研究材料强度等级的意义45第45页，课件共75页，创作于2023年2月

a.材料强度的大小理论上取决于材料内部质点结合力的强弱，实际上与材料中结构缺陷有直接关系。b.组成相同的材料其强度决定于其孔隙率的大小。与材料强度有关的因素46第46页，课件共75页，创作于2023年2月材料的比强度材料的强度与其表观密度之比，是衡量材料轻质高强的重要指标。以较小的截面尺寸满足强度要求，同时较大幅度减小结构体的自重。高比强度优点定义47第47页，课件共75页，创作于2023年2月材料的比强度几种常见材料的比强度材料低碳钢普通混凝土（抗压）松木（顺纹抗拉）玻璃钢粘土砖（抗压）表观密度（kg/m3)7850240050020001700强度（MP)3604010045010比强度0.0450.0170.20.2250.00648第48页，课件共75页，创作于2023年2月材料的力学性质材料的强度弹性塑性脆性韧性硬度耐磨性2第节49第49页，课件共75页，创作于2023年2月卸载后材料的变形行为：变形可完全恢复变形不可恢复或部分恢复弹性与塑性50第50页，课件共75页，创作于2023年2月弹性与塑性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；对应的变形称为弹性变形。应力—应变成正比（直线），加载和卸载完全重合的材料服从虎克定律:。es=E51第51页，课件共75页，创作于2023年2月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；对应的变形称为塑性变形（或称为永久变形）。弹性与塑性52第52页，课件共75页，创作于2023年2月如钢材，在受到不超过弹性极限的外力时，卸载后变形可完全恢复；超过弹性极限的外力时，卸载后变形一部分可完全恢复，而一部分变形不能恢复。实例实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形53第53页，课件共75页，创作于2023年2月

钢材拉伸的应力－应变曲线

Strain()(e/Lo)41235Stress(F/A)弹性阶段塑性阶段应变硬化极限拉伸强度

UTS斜率=E颈缩屈服强度

y54第54页，课件共75页，创作于2023年2月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韧性材料在冲击或动力荷载作用下，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。特点：其应力—应变曲线下的面积较大，这个面积就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。对于脆性材料，极限强度与破坏强度是一致的。对于韧性材料，极限强度高于破坏（断裂）强度。脆性与韧性55第55页，课件共75页，创作于2023年2月脆性材料在受压下的破坏形式

FailureofBrittleMaterials56第56页，课件共75页，创作于2023年2月韧性材料受压下的破坏形式

“Failure”ofDuctileMaterial?PP摩擦力Frictionforces鼓起bulge鼓起bulge57第57页，课件共75页，创作于2023年2月材料的力学性质材料的强度弹性塑性脆性韧性硬度耐磨性2第节58第58页，课件共75页，创作于2023年2月硬度与耐磨性材料表面抵抗被刻划、擦伤和磨损的能力，称为硬度。按测定方法分为：刻划法、压入法、回弹法。混凝土表面陶瓷砖砂浆回弹法刻划法滑石石膏方解石萤石磷灰石长石石英黄晶刚玉金刚石硬度天然矿物

压入法用布氏硬度值表示。将硬物压入材料表面，用压力除以压痕面积所得到的值即为布氏硬度值硬度59第59页，课件共75页，创作于2023年2月耐磨性是材料表面抵抗磨损和磨耗的能力。磨损即指材料与其他物体由于表面磨摩擦作用使质量和体积减少的现象；磨耗是指材料同时受到摩擦和冲击两种作用而使质量和体积减少的现象。硬度与耐磨性耐磨性60第60页，课件共75页，创作于2023年2月材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。

物理作用化学作用机械作用生物作用干湿变化、温度变化及冻融变化等大气、环境水、酸、碱、盐等液体或有害气体使用荷载、交变荷载菌类、昆虫等对材料的腐朽、蛀蚀材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的注意：3第节61第61页，课件共75页，创作于2023年2月材料的组成、结构、构造

对材料性质的影响组成化学组成矿物组成相组成结构微观结构细观结构宏观结构4第节62第62页，课件共75页，创作于2023年2月材料均由各种物相组成每种物相由化合物或元素组成，即化学组成材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相材料的化学组成：元素化合物1材料的组成63第63页，课件共75页，创作于2023年2月化学组成

化学组成——化学成分是指材料中各物相所含元素或化合物的种类和总含量。例如：钢材中四种矿物相所含的化学元素是：Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn、Ni等）；生石灰的化学组成是：CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2；水泥中四种矿物相所含的化学组成（化合物）是：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。64第64页，课件共75页，创作于2023年2月化学组成相同，材料性能一定相同吗？不一定，想想看？矿物组成呢？65第65页，课件共75页，创作于2023年2月矿物指具有特定晶体结构、特定物理力学性能的组织结构。矿物组成

土木工程材料中的矿物种类及其含量。例如：矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物相有：硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙钢材中的矿物相有：奥氏体铁素体渗碳体珠光体决定材料性质的主要因素66第66页，课件共75页，创作于2023年2月化学组成与矿物组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相同；例如：半水石膏的化学成分为CaSO4

0.5H2O，但它有-、-、-等3种矿物相。不同的矿物相，其化学组成可能相同。例如：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种不同矿物相的化学成分均是CaO和SiO2。矿物组成相同，其化学组成一定相同。67第67页，课件共75页，创作于2023年2月材料的结构材料中所含各物相的类型、尺寸、形状、数量及其分布。材料结构层次（根据分辨率的大小分）宏观构造细观结构微观结构尺寸为～10-3m(肉眼可分辩)尺寸为10-6~10-3m(光学显微镜可辩)尺寸为＜10-6m(电子显微镜)尺寸为10-10~10-8m(高倍电镜)2材料的结构68第68页，课件共75页，创作于2023年2月以混凝土为例混凝土内部的宏观结构：由大小不等、形状各异的砂、石颗粒与孔隙以及水分布在水泥浆体中而构成硬化水泥浆体的细观结构：孔隙、水分布于由水泥矿物水化物、未水化的水泥颗粒构成的固体连续相组成水泥浆体的微观结构：由晶体态水化物、非晶态水化物和微小孔隙及孔隙中的水构成69第69页，课件共75页，创作于2023年2月1.宏观构造

材料构造是指宏观的组织状态和具有特定性质的材料单元的组合情况，其尺寸范围在10-3m以上，肉眼可分辨。如：材料内部的孔隙特征和孔结构；混凝土中砂、石和水泥石的堆积和分布情况；纤维增强复合材料中的纤维