学习材料性质的原因.ppt

1、学习材料性质的原因,建筑材料在使用过程中，承受着各种不同的作用，因而要求具有相应的不同性质。 例如 1：受力结构的材料必需具有良好的力学性能； 2、防水材料必须具有抗渗防水能力； 3、墙体材料必须具有隔热保温、吸声隔音性能； 4、北方水工建筑物，许多材料必须具有良好的抗渗性和抗冻性； 5、材料必须经受住风吹日晒等，因此必须具有良好的耐久性。 因此，学习材料的性质对我们了解材料的性能，正确选择、使用、材料有着很好的理论基础。,物理性质：密度、表观密度、堆积密度；孔隙率和空隙率; 力学性质：材料的强度、强度等级、比强度、弹性和塑性、脆性与韧性； 材料与水有关的性质：吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和

2、抗冻性； 材料的热工性能：比热、导热性、热变形性、耐燃性； 材料的耐久性能； 材料的组成结构、构造与材料性质的关系。 教学重点、难点： 材料的物理、力学性质,第二章 建筑材料的基本性质,教学目的与要求：,2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响,2.1.1 材料的组成 材料的组成包括化学组成和矿物组成； （1）化学组成： 定义：化学组成是指构成材料的化学成分。 化学组成对材料性质的影响：不同化学组成的材料其性质不同； 例如：钢中的含碳量越多，硬度越大，但塑性、韧性越差。,含碳量C%,1,硬度,抗拉强度,断面收缩率,伸长率,冲击韧性,例：化学元素碳对钢材性质的影响如下图：,1.4,（2 矿物组成

3、 许多无机非金属材料都是由各种矿物组成的。 相同的化学成分组成的材料，不同矿物的矿物成分，材料的性质也是不同的。 例如：硅酸盐水泥熟料中，铝酸三钙、硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙的性能都是不同的；,2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响,2.1.2 材料的结构和构造,（1）宏观结构（2）细观结构（3）微观结构,（1）宏观结构：用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织； （2）细观结构：用光学显微镜观察到的微米级的组织结构； （3）微观结构：用电子显微镜、X光射线衍射仪等手段来研究材料分子、原子级的微观组织，称为微观结构；,2.2 材料的物理性质,1 、密度: 指的是材料在绝对密实状态下，

4、单位体积的干质量， 计算公式为：,上式中， 密度（g/cm3),m材料在干燥状态下的质量（g）；,v材料在绝对密实状态下的体积（cm3);,2.2.1密度、表观密度和堆积密度,关于密度计算中的体积问题,注意：材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的实体积 对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很容易测定； 但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下材料是含有一些孔隙的。,有孔隙材料的体积测定方法： 一般采用李氏瓶测定有孔材料的实体积 ？思考题： 如何测量有孔隙材料的密度？,关于密度计算中的体积问题,*测量有孔隙材料密度的方法与步骤：,2、表观密度,指的是材料在自然状态

5、下，单位体积的干质量；,表观密度的计算公式为：,上式中，, 表观密度（kg/m3),m材料在干燥状态下的质量（kg）；,vo材料在自然状态下的体积（m3);,*自然状态下的体积vo= 密实状态下的体积v +孔隙体积v孔,思考题：比较密度和表观密度的大小？,？思考题：如何 测定材料的表观密度？,取材料样品,烘 干,烘箱1050C1100C,冷却到室温,干燥器,称量质量 m,天平,一、测定材料的干质量m:,二、测定材料的自然体积Vo-分两种情况：,（1）对于形状规则的材料，如砖、石块等： 用游标卡尺可定材料的自然体积； 对于六面体，测定长、宽、高； 对于圆柱体，测定其直径和高； （2）对于形状不规

6、则的材料，如卵石、碎石等，采用排液法确定其自然体积；,*排液法测定不规则材料自然体积V石：,3 堆积密度： 指的是颗粒状或粉状材料在堆积状态下，单位体积的质量 * 计算公式为：, 堆积密度（kg/m3) m材料在干燥状态下的质（kg）； 材料在堆积状态下的体积（m3);,？思考题：如何测定砂和石子的堆积密度？,（1）首先采用前述方法测定其干质量m; （2）然后采用容量升来测定砂子、石子的堆积体积，方法如下： a）砂子采用1L、5L的容量升来测堆积体积； b）石子采用10L、20L、30L的容量升来 测定其堆积体积； （3）利用公式计算堆积密度：,2.2.2 材料的密实度和孔隙率,一、材料的密实

7、度和孔隙率：,1、材料的密实度：,是指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体体积占总体积的比例，用D来表示。,2 孔隙率：,是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率，用P表示。 孔隙可分为闭口孔和开口孔。,P=（V0-V）/V0*100%,=（1-V/V0）*100%,材料内部孔隙示意,密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。,一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越少,则：,其强度越高；,吸水越少；,抗渗性和抗冻性越好；,但是保温性差；导热性越好,P9 表2.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度和 孔隙率,2.2.3 材料的填充率与空隙率：,1、填充率 填充率是指散粒材料（如砂子、石子

8、等）在堆积体积中，被其颗粒填充的程度。 填充率一般用D来表示，按下式计算：,或,2.、空隙率,空隙率是指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率，用P表示：,空隙率的大小反映了散粒 材料的颗粒之间相互填充的致密程度；,思考：空隙率与孔隙率有什么区别？,堆积密度、空隙率指标在工程中的应用,例如：在砼中，砂石间的空隙需要水泥浆填充。 其空隙越大，拌制砼所需的水泥浆量越多，如果要节约水泥，减少砼的成本，就需要采用空隙率尽可能小的砂石，而孔隙率与表现密度和堆积密度有关。因此，建筑用卵石、碎石GB/T14658-2001中规定，表观密度大于2500千克/立方米，堆积密度大于1350千克

9、/立方米，空隙率小于47%。,课堂练习：,烧结普通砖的尺寸为240*115*53，其干燥质量为2487g，孔隙率为37%，求其密度和表观密度？,总结及作业,总结: 本节主要讲述表观密度、堆积密度、孔隙率、空隙率。应该注重于材料的表观密度、堆积密度的测定，以上四个指标在工程中具体应用。 作业： P19 1、2、3,over,2.2.4 材料与水有关的性质,1、材料的亲水性和憎水性 （1）亲（憎）水性： 材料在空气中与水接触时，能被水湿润的，称为亲水性，否则为憎水性； （2）亲（憎）水性材料： 具有亲水性的材料称为亲水性材料，如木材、砖、混凝土、石等；反之为憎水性材料，如沥青，石蜡、塑料等； ？思

10、考：防水防潮材料应优先选用哪种材料？,2、材料的吸水性和吸湿性,（1）材料吸湿性及含水率 材料的吸湿性是指材料吸收空气中水分的性质.用含水率表示 含水率是指材料中所含水的质量占其干质量的百分率，用W h表示； 计算公式如下：,含水率在工程中的应用,例如:拌制砼所用材料质量是指干质量.但现场的砂石都不同程度有水存在.因此在称量上应该考虑到砂石的含水情况. 己知每拌制1m3混凝土需要干砂606Kg ,测得施工现场的含水率砂为7% ,则现场需要称取多少湿砂?,砂用量：S=S（1+Ws）=606(1+7%)=648Kg,知识延伸,干燥的材料,吸收空气中的水分,潮 湿 的 材 料,平衡含水率,平衡含水率

11、：当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率,释放水分,（2）吸水性与吸水率 吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质，吸水性的大小用吸水率表示，吸水率用两种表示方式。 1）质量吸水率：,2）体积吸水率： 材料在吸水饱和状态下，所吸收水的体积占材料自然体积的百分率。,思考：材料的吸水性和吸湿性有什么区别？,3、材料的耐水性,耐水性：是指材料长期在水的作用下，其强度也没有显著下降的性质； 一般用软化系数K表示： KR0.85的为耐水材料 .,4、抗渗性,抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质；,抗渗性的表示方法有两种:,一、渗透系数K 土一般采用 K越大，说明抗渗性越差。 二、抗渗等级P 砼和砂浆一

12、般采用。 等级越高，说明抗渗性越好。 用P6、P8、P10等表示 如：P6表示材料的最大渗水压力为0.6MPa,5、抗冻性,定义：指材料在含水状态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。 表示：抗冻等级F 表示。 如F10，表示在标准试验条件下，材料强度下降不大于25，质量损失不大于5，所能经受的冻融循环次数最多为10次。 原因：1、结冰体积膨胀 2、溶解由外向内进行，引起内外温度应力差。 影响因素：外因和内因。 注意：质量和强度损失都不超过标准规定的范围,二、 材料的热工性能：比热、导热性；,(1)材料的导热性：是指材料存在温差时，热量能从材料的一面 通过材料本身传到另一面的性

13、质，称为导热性；,导热性一般用 导热系数 表示！,(1)导热系数越小，材料的隔热保温性能越好；,（2）金属材料的导热系数大于非金属材料的导热系数；,（3）细小而封闭的孔隙，导热系数越小； 开口而粗大、连通的孔隙，导热系数越大；,(2)材料的热容量：,定义：是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。表示：比热C,解释一下，为什么滨海城市冬暖夏凉？,（3）热变形性：,材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质，称为材料的热变形性，亦称为温度变形；,温度变形一般用热膨胀系数 表示,（4）耐燃性,材料在空气中遇火不着火不燃烧的性能，称为耐燃性,2.3力学性质：,2.3.1 材料的强度和强

14、度等级,1，材料的强度,材料的强度是指材料在外力作用下不破坏时所能承受的最大应力；,2，材料的强度等级,强度等级的定义： 大多数建筑材料根据其极限强度的大小，把材料划分为若干不同的等级，称为材料的强度等级； 材料强度等级划分的标准： a)脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级，如混凝土、水泥、粘土砖等； 例：混凝土的强度等级划分为9级： C15，C20C55; b)韧性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级，如钢材等； 如钢材分为Q195,215,235,255,275等；,3，比强度,比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值； 比强度的意义： （1）衡量材料轻质高强性能的一项重要指标； （2

15、）选用比强度高的材料或者提高材料的比强度，对大跨度、高高度建筑十分有利； 普通混凝土、低碳钢、松木的比强度分别为0.012，0.053，0.069。,2.3.2 材料的弹性和塑性,1，弹性： 是指材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复原形状的性质，称为弹性； 2，塑性： 是指材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质，称为塑性；,低碳钢的曲线,分段的弹性变形和塑性变形,2.3.3 材料的脆性和韧性,1，脆性： 是指材料在外力作用下，直到破坏前无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质，称为脆性，如玻璃、混凝土、水泥等； 2，韧性： 是指材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质，称为韧性，如钢材、木材、橡胶等； 问题：脆性材料和塑性材料的主要区别是什么？,2.3.4 材料的硬度和耐磨性,1，硬度： 是指材料表面抵抗较硬物体压入或刻划的能力； 2，耐磨性: 是指材料抵抗磨损的能力；