第1章建筑材料的基本性质精.ppt

第1章建筑材料的基本性质第1页，本讲稿共47页绪论 定义:构成建筑物的各种材料。分类:按化学成分：无机材料 有机材料 复合材料 按功能：承重材料和非承重材料 保温和隔热材料 吸声和隔声材料 防火材料 装饰材料等下课第2页，本讲稿共47页分类:结构材料 墙体材料按用途分 屋面材料 地面材料 饰面材料等 下课第3页，本讲稿共47页第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质内容：材料的基本物理性质 材料的基本力学性质 材料的耐久性材料的装饰性能材料的组成、结构和构造下课第4页，本讲稿共47页1.1 材料的基本物理性质内容：材料的状态参数 材料与水有关的性质 材料的热工性质下课第5页，本讲稿共47页一、材料的状态参数1、密度定义：材料在绝对密实状态下单位体积 的质量。公式：下课第6页，本讲稿共47页实际密度的测量绝对密密实状状态下的体下的体积是指不包括材是指不包括材料内部孔隙在内的体料内部孔隙在内的体积。实际密度的密度的测量：量：1）对近于近于绝对密密实的材料：金属、玻璃等的材料：金属、玻璃等 量量测几何体几何体积称重代入公式称重代入公式 2）对有孔隙的材料：有孔隙的材料：砖、混凝土、石材、混凝土、石材 磨成磨成细粉粉 李氏比重瓶法李氏比重瓶法测试下课第7页，本讲稿共47页2、表观密度定义：材料在自然状态下单位体积质量。公式：下课第8页，本讲稿共47页表观密度的测量自然状自然状态下的体下的体积是指包含材料内部孔隙在内是指包含材料内部孔隙在内的体的体积。材料内部孔隙含有水分。材料内部孔隙含有水分时，其，其质量和体量和体积均均发生生变化。注明含水情况化。注明含水情况 表表观密度的密度的测量：量：1）对形状形状规则的材料：的材料：砖、混凝土、石材混凝土、石材 烘干量烘干量测几何体几何体积称重称重代入公式代入公式 2）对形状不形状不规则的材料：的材料：烘干蜡封浮力天平烘干蜡封浮力天平下课第9页，本讲稿共47页3、堆积密度定义：散粒料在规定装填条件下单位体积质量。公式：下课第10页，本讲稿共47页堆积密度的测量堆堆积体体积是指包含是指包含颗粒粒内部孔隙内部孔隙和和颗粒之粒之间的空隙的空隙在内的体在内的体积。堆堆积密度的密度的测量：量：1）容器法：）容器法：散散粒材料装入容器量粒材料装入容器量测体体积称称净重重代入公式代入公式 2）自然堆）自然堆积法：法：堆堆积成一定形状成一定形状量量测几何体几何体积称重代入公式称重代入公式 下课第11页，本讲稿共47页4、孔隙率定义：材料中孔隙的体积占材料总体积的百分率。公式：下课第12页，本讲稿共47页5、密实度定义：密实度指材料体积内固体物质所充实的程度。下课第13页，本讲稿共47页6、空隙率定义：散粒材料在自然堆积状态下，其中的空隙体积与散粒材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：下课第14页，本讲稿共47页例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40立方厘米，质量为85.50克，吸水饱和后的质量为89.77克，烘干后的质量为82.30克。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率、含水率。解：密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40（1-0.24）=2.7克/立方厘米开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-82.3）1/40=0.187 闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053 表观密度=干质量/表观体积=82.3/40（1-0.187）=2.53 含水率=水的质量/干重=（85.5-82.3）/82.3=0.039下课第15页，本讲稿共47页二、材料与水有关的性质：1、亲水性：当水与材料接触时，材料分子与水分子之间的作用力（吸附力）大于水分子之间的作用力（内聚力），材料表面吸附水分，即被水润湿，表现出亲水性，这种材料称为亲水材料。亲水性材料 90 2、憎水性：当水与材料接触时，材料分子与水分子之间的作用力（吸附力）小于水分子之间的作用力（内聚力），材料表面不吸附水分，即不被水润湿，表现出憎水性，这种材料称为憎水材料。憎水性材料 90 下课第16页，本讲稿共47页润湿角示意湿角示意图下课第17页，本讲稿共47页3、吸水性定义：材料吸收水分的能力称为吸水性，用吸水率表示。吸水率有两种表示方法：质量吸水率 体积吸水率质量吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的质量与材料在绝对干燥状态下的质量之比。体积吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的体积与材料在自然状态下的体积之比。公式：下课第18页，本讲稿共47页影响吸水率大小的因素：影响吸水率大小的因素：材料的本性材料的本性亲水性或憎水性材料水性或憎水性材料 材料的孔材料的孔结构孔径大小、开口与构孔径大小、开口与 否、孔隙率大否、孔隙率大小等小等 下课第19页，本讲稿共47页吸水性吸水性对材料的影响：材料的影响：导热性增大、性增大、热阻降低阻降低对围护结构材料不利构材料不利 强度降低、体度降低、体积膨膨胀下课第20页，本讲稿共47页4、吸湿性定义：材料在空气中吸收空气中水分的性质。用含水率表示。公式：式中 W含材料的质量含水率（）m湿材料含水时的质量（）m干材料烘干到恒重的质量（）下课第21页，本讲稿共47页影响含水率大小的因素：材料的本性材料的本性亲水性或憎水性材料水性或憎水性材料 环境温度、湿度气温越低、相境温度、湿度气温越低、相对湿度越大，材料的含水率越高湿度越大，材料的含水率越高 吸水性对材料的影响：导热性增大、性增大、热阻降低阻降低对围护结构材料不利构材料不利 体体积膨膨胀对木木结构和木制品不利构和木制品不利湿湿胀干干缩 与周与周围环境平衡的平衡含水率境平衡的平衡含水率下课第22页，本讲稿共47页5、耐水性定义：材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。公式：下课第23页，本讲稿共47页材料软化系数的要求软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软0.85；受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.85；K软0.80的材料，一般称为耐水的材料下课第24页，本讲稿共47页6、抗渗性定义：材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质称抗渗性。用渗透系数K表示。公式：达西定律 式中K材料的渗透系数（ml/cm2.s）W透过材料试件的水量（ml）t透水时间（s）A透水面积（cm2）H净水压力（cm）d试件的厚度（cm）下课第25页，本讲稿共47页三、耐久性冻融破坏的原因材料有孔且孔隙含水 水冰体积膨胀9，结冰压力高达100MPa 结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度 饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏 反复多次进一步加剧最终材料崩溃 严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏下课第26页，本讲稿共47页冻融破坏的桥梁下课第27页，本讲稿共47页大贝尔特海峡工程大贝尔特海峡工程（Denmark 丹丹 麦）麦）下课第28页，本讲稿共47页海上钻井平台下课第29页，本讲稿共47页Highway Bridge in Service of 20 Years 使用使用2020年的高速公路桥梁年的高速公路桥梁下课第30页，本讲稿共47页四、材料的四、材料的热工性工性质1、导热性材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导率（）表示。公式 式中 热导率（W/m.K）热阻 R=1/Q传导的热量（J）A热传导面积（m2）材料的厚度（m）t热传导时间（s）(T2-T1)材料两侧温差（K）下课第31页，本讲稿共47页热工性工性质材料的热导率越小，绝热性能越好。影响热导率的因素：材料内部的孔隙构造密闭的空气使降 材料的含水情况含水、结冰使增 常见热导率参数：泡沫塑料 0.035 水 0.58 大理石 3.5 冰 2.2 钢材 58 空气 0.023 混凝土 1.51 松木 1.170.35 下课第32页，本讲稿共47页热工性工性质2、热容量材料加容量材料加热时吸收吸收热量，冷却量，冷却时放出放出热量的性量的性质，称称为热容量。大小用比容量。大小用比热容（比容（比热）表示）表示 公式公式 Q=cm(T2T1)式中式中 Q材料吸收或放出的材料吸收或放出的热量（量（J）c材料的比材料的比热(J/g.K)m材料的材料的质量（量（g）(T2T1)材料受材料受热或冷却前后的温差（或冷却前后的温差（K)下课第33页，本讲稿共47页比比热的建筑物理意的建筑物理意义材料的 比热对保持建筑物内部温度稳定有很大关系，比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不匀时，缓和室内温度的波动。常见材料的比热（单位 J/g.K）钢材 c=0.48 空气 c=1.00 木材 c=2.72 水 c=4.18下课第34页，本讲稿共47页2.2 材料的基本力学性材料的基本力学性质内容：材料的强度 材料的弹性与塑性 材料的脆性与韧性 材料的硬度与耐磨性下课第35页，本讲稿共47页一、材料的一、材料的强度、比度、比强度度强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。依受力形式有：抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度等 不同材料的承载特点是不同的：混凝土、石材、砖抗压强度高 钢材、各类纤维抗拉强度高下课第36页，本讲稿共47页强度等度等级建筑材料常根据极限建筑材料常根据极限强度的大小，划分度的大小，划分为不同的不同的强度等度等级或或标号。号。如如 混凝土按抗混凝土按抗压强度划分度划分为 C7.5C60 水泥按抗水泥按抗压和抗拉和抗拉强度划分度划分为325#725#砂砂浆按抗按抗压强度划分度划分为M2.5M2.5M20M20六个等六个等级 热轧钢筋按屈服筋按屈服强度划分度划分、级 下课第37页，本讲稿共47页二、材料的二、材料的弹性与塑性性与塑性弹性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。弹性模量 E=/塑性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。下课第38页，本讲稿共47页分段的弹性变形和塑性变形低碳低碳钢的的曲曲线下课第39页，本讲稿共47页 同时进行的弹性变形和塑性变形混凝土的混凝土的曲曲线下课第40页，本讲稿共47页1.脆性在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。2.韧性在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大的变形也不致破坏的性能称为韧性。如钢材、木材、纤维等。桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等 材料的脆性与材料的脆性与韧性性下课第41页，本讲稿共47页材料的硬度与耐磨性材料的硬度与耐磨性硬度是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。莫氏硬度（10级）1滑石 2石膏 3方解石 4 萤石 5磷石灰 6正长石 7 石英 8黄玉 9刚玉 10金刚石 肖氏硬度 布氏硬度（HB）下课第42页，本讲稿共47页定定义：材料在使用：材料在使用过程中能抵抗周程中能抵抗周围各种介各种介质的侵的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的而不破坏，也不易失去其原有性能的性性质。包括：抗包括：抗冻性混凝土、性混凝土、砖、石材、石材 抗抗风化性陶瓷、化性陶瓷、砖 抗老化性有机建材抗老化性有机建材 耐化学腐耐化学腐蚀金属材料金属材料3 材料的耐久性材料的耐久性下课第43页，本讲稿共47页物理介质温度、湿度、冻融、阳光、辐射 化学介质酸、碱、盐的溶液或气体、水、大气 生物介质昆虫、菌类、白蚁 机械介质荷载、冲击、震动、磨损、磨耗 如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等等 侵侵蚀介介质下课第44页，本讲稿共47页耐久性的特点耐久性的特点长期性、后期加期性、后期加剧作用；作用；多种介多种介质同同时作用；作用；材料劣化材料劣化结构失效服构失效服务寿命降低寿命降低下课第45页，本讲稿共47页西直西直门桥下课第46页，本讲稿共47页冻融破坏的水融破坏的水库坝面面下课第47页，本讲稿共47页