第一章 材料的基本性质

第一章材料的基本性质

第一节材料的物理性质第二节材料的力学性质第三节材料的耐久性第四节材料的组成、结构、构造及对材料性质的影响第一节材料的物理性质一、材料的密度、表观密度、堆积密度二、密实度、孔隙率三、填充率、空隙率四、与水有关的性质一、材料的密度、表观密度、堆积密度

材料的密度表观密度堆积密度一、材料的密度、表观密度、堆积密度1、定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。2、公式

=m/v（kg/m3）

式中

——密度

m——材料的干燥质量，kg。v——材料在绝对密实状态下的体积，m3。

3、测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。

表观密度堆积密度材料的密度一、材料的密度、表观密度、堆积密度1、定义：材料在自然状态下单位体积的质量:干表观密度、湿表观密度及饱和表观密度。2、公式：。=m/v。

式中:

。——表观密度kg/m3

m——材料的质量，kg。V。——材料在自然状态下的体积，m3。3、测定方法：排水法、几何法。注意：须注明含水状态

材料的密度表观密度堆积密度一、材料的密度、表观密度、堆积密度

1、定义：散粒材料在堆积状态下单位体积的质量。

2、公式：。`=m/v。`（kg/m3）

式中

。`——堆积密度

m——材料的质量，kg。v。`——材料在堆积状态下的体积，m3。

材料的密度表观密度堆积密度二、密实度、孔隙率1、密实度：材料体积内被固体物质充实的程度。

D=

v/v。

100%=。/

100%

ρ。：须用材料的干表观密度。2、孔隙率：材料体积内孔隙体积所占的比例。

P=（v。-

v）/v。

100%=（1-。/）

100%D+P=1三、填充率、空隙率

1、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。

D′=v。/v。′

100%

=。′/。

100%2、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例

P`=（v。′-

v。）/v。′

100%

=(1-。′/。）

100%

D′+P′=1四、与水有关的性质

1、亲水性和憎水性2、吸水性和吸湿性3、材料的耐水性4、材料的抗渗性5、材料的抗冻性6、材料的导热性1、亲水性和憎水性(1)润湿角(接触角

)：气、固、液三相的交点沿液面切线与液相和固相相接触的方向所成的角。1、亲水性和憎水性

a、亲水性材料90º亲水性=0º完全润湿

b、憎水性材料>90º憎水性=180º完全不润湿

1、θ≤９０度时，水的内聚力小于材料与水的作用力，水被材料所吸收，称为亲水性材料。不宜用于防水部位。如砂浆、砼、粘土砖等。2、θ＞９０度时，水的内聚力大于材料与水的作用力，水不被材料所吸收，称为憎水性水性材料。宜用于防水材料。如沥青、橡胶等。2、吸水性和吸湿性(1)、吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。用吸水率表示。表观密度越大、密实度越大、孔隙率越小、材料的吸水性越差。封闭孔隙＜粗大连通的孔隙＜微小连通的孔隙质量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时，吸入水的质量占材料干燥质量的百分率。体积吸水率：材料在水中吸水达到饱和时，吸入水的体积占材料自然状态下体积的百分率(2)、吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率表示。材料中的水分与周围空气的湿度、温度达到平衡，此时，材料的含水率称为平衡含水率。含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。计算举例：1、已知某材料表观体积为200cm3，密度2.5g/cm3，干表观密度为1500kg/m3，现在空气中测得其质量为315g，在饱水状态下测得其质量为360g。计算：材料的密实度、孔隙率、质量吸水率和体积吸水率、含水率。2、已知某材料密实度为65%，该材料的含水率为10%，湿表观密度为1450kg/m3，计算：材料的密度。2.033、已知某材料密实度为70%，该材料的体积吸水率为25%，饱和表观密度为1800kg/m3，计算：材料的密度。2.213、材料的耐水性耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数Ｋｓ表示。

软化系数越大，耐水性越好。表观密度越大、密实度越大、孔隙率越小、材料的耐水性越好。

当软化系数大于0.85时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造4、材料的抗渗性

材料的抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性用渗透系数K表示：

QdK—渗透系数，cm/h；A—透水面积，cm2；

K=——Q—透水量，cm3；t—时间，h；

AtHd—试件厚度，cm；H—静水压力水头,cm。

对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级P来表示：如P8、P10，分别表示承0.8MPa、1MPa水压力不渗透。表观密度越大、密实度越大、孔隙率越小、材料的抗渗性越好封闭孔隙率的材料，抗渗性较连通孔隙好。5、材料的抗冻性材料的抗冻性：是指材料在水饱和状态下，能经反复冻融而不破坏的能力。材料的抗冻性用抗冻等级F表示，如F50表示经过50次冻融循环，质量损失不超过5%，强度损失不超过25%。封闭孔隙＞粗大连通的孔隙＞微小连通的孔隙6、材料的导热性导热性：当材料两面存在温差时，热量从材料的一面通过材料传导到材料的另一面的性质。用导热系数表示。建筑材料的导热系数一般为0.02～3.00W／(m·K)。

通常把λ≤0.23W／(m·K)的材料作保温材料。λ=

λ=

粗大连通的孔隙＞微小连通的孔隙＞封闭孔隙当材料的含水率增大时，导热系数也随之增大水的导热系数为0.58W／(m·K)空气的导热系数为0.023W／(m·K)冰的导热系数为2.3W／(m·K)(二)热容量热容量是指材料在受热时吸收热量、冷却时放出热量的能力。质量为1kg材料升降10C的热容量，称为该材料的比热容C。

比热容是反映不同材料热容性差别的参数，砼的比热容约为1×103，钢0.48×103，松木为2.72×103，粘土砖为0.88×103，水4.19×10。在房屋建筑中，用比热容大的材料，对保持室内温度稳定第二节材料的基本力学性质一、材料的强度二、弹性和塑性三、脆性和韧性一、材料的理论强度材料的理论抗压强度可表示为：

E

ft=

d

式中ft--理论抗压强度；

E--纵向弹性模量；

--单位表面能；d--原子间的距离。二、材料的强度强度：指材料受外力作用直至破坏时，单位面积上所承受的最大荷载。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。影响因素：1、内因。指组成、结构的影响。2、外因。包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿度等因素。强度公式:抗拉、抗压、抗剪强度

fF/A抗弯强度

f3FL/2bh2

单位:1N/mm2=1MPa(二)比强度定义：按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比.衡量材料轻质高强的一项重要指标。比强度越大，材料质量越小、强度越高。轻质高强的材料是未来建筑材料发展的主要方向。如塑钢、玻璃钢、木材等。三、弹性和塑性1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。四、脆性和韧性1、脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。具有这样性质的材料称为脆性材料，如石料、混凝土、生铁、石膏、陶瓷等。2、韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。如低碳钢、木材等荷载变形弹塑性材料的变形曲线脆性材料的变形曲线变形荷载AA图示五、材料的硬度、磨损及磨耗(一)硬度材料抵抗其他较硬物体压入的能力，称为硬度。硬度大的材料耐磨性较好，但不易加工。一般说，硬度较大的材料，强度也较高。硬度指标有布氏、洛氏、维氏、莫氏硬度等。(二)磨损及磨耗材料受摩擦作用而减少质量和体积的现象称为磨损。材料同时受摩擦和冲击作用而减少质量和体积的现象称为磨耗。硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材料，抗磨性较好。第三节材料的耐久性材料的耐久性：是指材料在长期使用过程中，抵抗其自身环境因素长期破坏作用，保持其原有的性能而不变质、不破坏的能力。这些破坏作用包括物理作用、化学作用及生物作用。物理作用~包括干湿变化、温度变化及冻融变化。干湿变化及温度变化引起材料胀缩，并导致内部裂缝扩展，长此以往材料就会破坏。在寒冷地区，冻融变化对材料的破坏作用更为明显。化学作用~主要是酸、碱、盐等物质的水溶液及气体对材料的侵蚀作用，使材料变质而破坏。生物作用~是指昆虫、菌类对材料的蛀蚀，使材料产生腐朽等破坏作用。材料的耐久性是一项综合性质，它反映了材料的抗渗性、抗冻性、抗风化性、抗化学侵蚀性、抗碳化性、大气稳定性及耐磨性等。第五节材料的组成、结构和构造一、材料的组成化学组成：------化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。-----金属材料常以各化学元素含量表示-----无机非金属材料常以各氧化物含量表示-----有机材料常以各化合物的含量表示矿物组成：矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量，它是决定无机非金属材料化学、物理、力学等性质的重要因素。材料的化学组成不同，则材料的矿物组成就不同材料的化学组成相同，可以有不同的矿物组成二、材料的结构与构成宏观构成（结构）亚微观结构（显微或细观结构）微观结构第一节材料的组成、结构和构造精细结构肉眼1、宏观结构（构造）指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。1、宏观结构（构造）材料的宏观结构及其相应的主要特征宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔

径分按构成形态分宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分致密结构多孔结构微孔结构宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分粗大孔隙结构细小孔隙结构极微细孔隙结构宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分聚集结构纤维结构层状结构散粒结构2、亚微观结构（显微或细观结构）指