第一章-材料基本属性要点优秀PPT.ppt

学习材料性质的缘由学习材料性质的缘由n建筑材料在运用过程中，承受着各种不同的作用，因而要求具建筑材料在运用过程中，承受着各种不同的作用，因而要求具有相应的不同性质。有相应的不同性质。n例如例如 1：受力结构的材料必需具有良好的力学性能；：受力结构的材料必需具有良好的力学性能；n 2、防水材料必需具有抗渗防水实力；、防水材料必需具有抗渗防水实力；n 3、墙体材料必需具有隔热保温、吸声隔音性能；、墙体材料必需具有隔热保温、吸声隔音性能；n 4、北方水工建筑物，很多材料必需具有良好的抗渗性、北方水工建筑物，很多材料必需具有良好的抗渗性和抗冻性；和抗冻性；n 5、材料必需经受住风吹日晒等，因此必需具有良好的、材料必需经受住风吹日晒等，因此必需具有良好的耐久性。耐久性。n 因此，学习材料的性质对我们了解材料的性能，正确选因此，学习材料的性质对我们了解材料的性能，正确选择、运用、材料有着很好的理论基础。择、运用、材料有着很好的理论基础。o物理性质：密度、表观密度、积累密度；孔隙率和空隙率物理性质：密度、表观密度、积累密度；孔隙率和空隙率;o力学性质：材料的强度、强度等级、比强度、弹性和塑性、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；脆性与韧性；o材料与水有关的性质：吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和材料与水有关的性质：吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性；抗冻性；o材料的热工性能：比热、导热性、热变形性、耐燃性；材料的热工性能：比热、导热性、热变形性、耐燃性；o材料的耐久性能；材料的耐久性能；o材料的组成结构、构造与材料性质的关系。材料的组成结构、构造与材料性质的关系。o教学重点、难点：教学重点、难点：o 材料的物理、力学性质材料的物理、力学性质o 其次章其次章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质v教学目的与要求：教学目的与要求：2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响材料组成、结构及构造对性质的影响 2.1.1 材料的组成材料的组成材料的组成包括材料的组成包括化学组成化学组成和和矿物组成矿物组成；1、化学组成：、化学组成：（1）定义：化学组成是指构成材料的化学成分。定义：化学组成是指构成材料的化学成分。（2）表示方法：）表示方法：金属材料金属材料-以化学元素含量百分数表示以化学元素含量百分数表示 无机非金属材料无机非金属材料-以元素的氧化物含量表示以元素的氧化物含量表示 有机高分子材料有机高分子材料-以低分子化合物表示以低分子化合物表示2、矿物组成矿物组成（1）定义：组成材料的矿物种类。）定义：组成材料的矿物种类。（2）性质：相同的化学成分组成的材料，不同）性质：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。矿物的矿物成分，材料的性质也是不同的。例如：花岗岩、石灰岩例如：花岗岩、石灰岩2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响材料组成、结构及构造对性质的影响2.1.2 材料的结构和构造材料的结构和构造1、宏观结构宏观结构（1）定义：用肉眼能看到的结构。）定义：用肉眼能看到的结构。（2）分类及特征：）分类及特征：致密结构致密结构 多孔结构多孔结构 纤维结构纤维结构 层状结构层状结构 散粒结构散粒结构2、亚微观结构亚微观结构（1）定义：是指用光学显微镜可以视察到的材）定义：是指用光学显微镜可以视察到的材料内部结构，一般可辨别范围料内部结构，一般可辨别范围110-3mm。（2）留意事项：）留意事项：材料内部各组成的性质影响整体性质。材料内部各组成的性质影响整体性质。3、微观结构微观结构（1）定义：是指用电子显微镜、扫描电子显微镜、）定义：是指用电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪视察原子、分子的排列方式和结合方射线衍射仪视察原子、分子的排列方式和结合方式。一般可辨别范围可达式。一般可辨别范围可达“埃埃”。（2）分类：）分类：A）晶体晶体是由离子、原子或分子等质点在空间按确定方式重是由离子、原子或分子等质点在空间按确定方式重复排列而成的固体，有特定的外形、有规则排列。复排列而成的固体，有特定的外形、有规则排列。a）原子晶体原子晶体是由中性原子以共价键构成的晶体。是由中性原子以共价键构成的晶体。b）离子晶体）离子晶体由正、负离子以离子键构成的晶体由正、负离子以离子键构成的晶体c）金属晶体）金属晶体由金属阳离子组成晶格，自由电子运动其间，阳离由金属阳离子组成晶格，自由电子运动其间，阳离子和自由电子形成的库伦引力的晶体。子和自由电子形成的库伦引力的晶体。d）分子晶体）分子晶体以分子键（范德华力）构成的晶体。以分子键（范德华力）构成的晶体。B）玻璃体）玻璃体 凝固时没有结晶放热过程，在内部蓄积着大量凝固时没有结晶放热过程，在内部蓄积着大量内能，是一种不稳定结构。内能，是一种不稳定结构。化学性质不稳定，但具有较高的化学活性，易与其化学性质不稳定，但具有较高的化学活性，易与其他物质反应；他物质反应；无固定的熔点和几何外形；无固定的熔点和几何外形；导热性和导电性差。导热性和导电性差。C）胶体）胶体 粒径为粒径为10-6-10-4mm的颗粒在介质中形成的分的颗粒在介质中形成的分散体系。散体系。2.2 材料的物理性质材料的物理性质1、密度、密度:（1）定义：指的是材料在确定密实状态下，单）定义：指的是材料在确定密实状态下，单位体积的干质量。位体积的干质量。计算公式为：计算公式为：上式中，上式中，密度（密度（g/cm3)m材料在干燥状态下的质量（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（材料在绝对密实状态下的体积（cm3);2.2.1 密度、表观密度和积累密度密度、表观密度和积累密度关于密度计算中的体积问题关于密度计算中的体积问题留意：材料在致密状态下的体积指的是不包含材留意：材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的密实体积料内部孔隙的密实体积1、对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内、对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很简洁测定；部是不含孔隙的，故体积很简洁测定；2、但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下、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。材料是含有一些孔隙的。n有孔隙材料的体积测定方法：有孔隙材料的体积测定方法：n 一般接受李氏瓶测定有孔材料的实体体积一般接受李氏瓶测定有孔材料的实体体积n？思索题：？思索题：如何测量有孔隙材料的密度？如何测量有孔隙材料的密度？关于密度计算中的体积问题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：测量有孔隙材料密度的方法与步骤：2、表观密度、表观密度（1）定义：指的是材料在自然状态下，单位体）定义：指的是材料在自然状态下，单位体积的干质量。积的干质量。表观密度（表观密度（kg/m3)m材料在干燥状态下的质量（材料在干燥状态下的质量（kg）；）；vo材料在自然状态下的体积（材料在自然状态下的体积（m3);*自然状态下的体积自然状态下的体积Vo=密实状态下的体积密实状态下的体积V+孔隙孔隙体积体积V孔孔思索题：比较密度和表观密度的大小？思索题：比较密度和表观密度的大小？思索题：如何测定材料的表观密度？思索题：如何测定材料的表观密度？取材料样品取材料样品烘烘 干干烘箱烘箱1050C1100C冷却到室温冷却到室温干燥器干燥器称量质量称量质量 m天平天平1、测定材料的干质量、测定材料的干质量m:2 2、测定材料的自然体积、测定材料的自然体积Vo-Vo-分两种状况：分两种状况：（1）对于形态规则的材料，如砖、石块等：）对于形态规则的材料，如砖、石块等：用游标卡尺可定材料的自然体积；用游标卡尺可定材料的自然体积；对于六面体，测定长、宽、高；对于六面体，测定长、宽、高；对于圆柱体，测定其直径和高；对于圆柱体，测定其直径和高；（2）对于形态不规则的材料，如卵石、碎石等，）对于形态不规则的材料，如卵石、碎石等，接受排液法确定其自然体积；接受排液法确定其自然体积；*排液法测定不规则材料自然体积排液法测定不规则材料自然体积V V石石：3、积累密度：、积累密度：（1）定义：指的是颗粒状或粉状材料在）定义：指的是颗粒状或粉状材料在积累状态下，单位体积的质量积累状态下，单位体积的质量 *计算公式为：计算公式为：堆积密度（堆积密度（kg/m3)m材料在干燥状态下的质（材料在干燥状态下的质（kg）；）；材料在堆积状态下的体积（材料在堆积状态下的体积（m3);？思索题：如何测定砂和石子的积累密度？思索题：如何测定砂和石子的积累密度？（1）首先接受前述方法测定其干质量）首先接受前述方法测定其干质量m;（2）然后接受容量升来测定砂子、石子的）然后接受容量升来测定砂子、石子的积累体积，方法如下：积累体积，方法如下：a）砂子接受）砂子接受1L、5L的容量升来测积累的容量升来测积累体积；体积；b）石子接受）石子接受10L、20L、30L的容量的容量升来升来 测定其积累体积；测定其积累体积；（3）利用公式计算积累密度：）利用公式计算积累密度：2.2.2 材料的密实度和孔隙率材料的密实度和孔隙率1、材料的密实度：、材料的密实度：（1）定义：是指材料体积内被固体物质充溢的程）定义：是指材料体积内被固体物质充溢的程度，也就是固体体积占总体积的比例。度，也就是固体体积占总体积的比例。（2）表示方法：用）表示方法：用D来表示。来表示。2、孔隙率孔隙率（1）定义：是指材料体积内，孔隙体积占总体）定义：是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。积的百分率。（2）表示方法：用）表示方法：用P表示。表示。孔隙可分为闭口孔和开口孔。孔隙可分为闭口孔和开口孔。P=（V0-V）/V0*100%=（1-V/V0）*100%材料内部孔隙示意材料内部孔隙示意 v密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。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，连接孔隙一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越少越少,则：则：其强度越高；其强度越高；吸水越少；吸水越少；抗渗性和抗冻性越好；抗渗性和抗冻性越好；但是保温性差；导热性越好但是保温性差；导热性越好（1）定义：空隙率是指散粒材料在积累体积中，颗粒之间的空隙体积占积累体积的百分率。（2）表示方法：用P表示：v空隙率的大小反映了散粒空隙率的大小反映了散粒 材料的颗粒之间相互材料的颗粒之间相互填充的致密程度；填充的致密程度；思索：空隙率与孔隙率有什么区分？思索：空隙率与孔隙率有什么区分？2.2.3 材料的空隙率材料的空隙率2.2.4 2.2.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质1、材料的亲水性和憎水性、材料的亲水性和憎水性（1）亲（憎）水性：）亲（憎）水性：材料在空气中与水接触时，能被水潮湿的，材料在空气中与水接触时，能被水潮湿的，称为亲水性，否则为憎水性；称为亲水性，否则为憎水性；（2）亲（憎）水性材料：）亲（憎）水性材料：具有亲水性的材料称为亲水性材料，如木材、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，如沥砖、混凝土、石等；反之为憎水性材料，如沥青，石蜡、塑料等；青，石蜡、塑料等；？思索：防水防潮材料应优先选用哪种材料？思索：防水防潮材料应优先选用哪种材料？2 2、材料的吸水性和吸湿性、材料的吸水性和吸湿性（1）材料吸湿性及含水率）材料吸湿性及含水率定义：是指材料吸取空气中水分的性质。定义：是指材料吸取空气中水分的性质。表示方法：用含水率表示。表示方法：用含水率表示。含水率在工程中的应用含水率在工程中的应用n例如例如:拌制砼所用材料质量是指干质量。但现场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。因此在称量上应当的砂石都不同程度有水存在。因此在称量上应当考虑到砂石的含水状况。考虑到砂石的含水状况。n 己知每拌制己知每拌制1m3混凝土须要干砂混凝土须要干砂606Kg，测，测得施工现场的含水率砂为得施工现场的含水率砂为7%，则现场须要称，则现场须要称取多少湿砂取多少湿砂?n 砂用量：S=S（1+Ws）=606(1+7%)=648Kg 学问延长学问延长平衡含水率：平衡含水率：当材料中所含水分与空气湿度达到当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率相对平衡时的含水率干干燥燥的的材材料料吸收空气吸收空气中的水分中的水分潮潮湿湿的的材材料料平衡含水率平衡含水率释放水分释放水分（2）吸水性与吸水率）吸水性与吸水率 吸水性是指材料与水接触吸取水分的性质。吸水性是指材料与水接触吸取水分的性质。用吸水率表示，吸水率有两种表示方式。用吸水率表示，吸水率有两种表示方式。1）质量吸水率：）质量吸水率：2）体积吸水率：）体积吸水率：思索：材料的吸水性和吸湿性有什么区分？思索：材料的吸水性和吸湿性有什么区分？3、耐水性耐水性（1）定义：是指材料长期在水的作用下，其强）定义：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；度也没有显著下降的性质；（2）表示方法：一般用软化系数）表示方法：一般用软化系数K表示：表示：4、抗渗性、抗渗性材料反抗压力水渗透的性质。材料反抗压力水渗透的性质。达西定律：水在材料中渗透速度与试样两端面间达西定律：水在材料中渗透速度与试样两端面间的水位差成正比，与材料的厚度成反比。的水位差成正比，与材料的厚度成反比。V=KpHdW=VtA=KpHAtd Kp=Wd HAt抗渗性的表示方法有两种抗渗性的表示方法有两种:1、渗透系数、渗透系数K 土一般接受土一般接受 K越大，说明抗渗性越差。越大，说明抗渗性越差。2、抗渗等级、抗渗等级P 砼和砂浆一般接受。砼和砂浆一般接受。等级越高，说明抗渗性越好。等级越高，说明抗渗性越好。用用P4、P6、P8、P10等表示。等表示。5、抗冻性、抗冻性（1 1）定义：指材料在含水饱和状态下能忍受多次）定义：指材料在含水饱和状态下能忍受多次冻融循环而不破坏冻融循环而不破坏,强度也不显著下降的性质。强度也不显著下降的性质。（2 2）表示方法：抗冻等级）表示方法：抗冻等级F F表示。表示。如如F10F10，表示在标准试验条件下，材料强度下，表示在标准试验条件下，材料强度下降不大于降不大于2525，质量损失不大于，质量损失不大于5 5，所能经受，所能经受的冻融循环次数最多为的冻融循环次数最多为1010次。次。（3 3）缘由：结冰体积膨胀）缘由：结冰体积膨胀（4 4）影响因素：外因和内因。）影响因素：外因和内因。留意：质量和强度损失都不超过标准规定的范围留意：质量和强度损失都不超过标准规定的范围三、材料的热工性能三、材料的热工性能（一）导热性（一）导热性 当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质。用导热系数过材料传导至另一面的性质。用导热系数 表示。表示。意义：材料的导热系数越小，其热传导实力越差，意义：材料的导热系数越小，其热传导实力越差，绝热性能越好。绝热性能越好。主要影响因素：主要影响因素：1 1、材料的化学组成与结构、材料的化学组成与结构 2 2、孔隙率、孔隙率 3 3、孔隙特征、孔隙特征（二）热容量和比热容（二）热容量和比热容 材料加热时吸取热量、冷却时放出热量的性材料加热时吸取热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。质，称为热容量。用比热容表示。用比热容表示。材料比热容对保持室内温度稳定作用很大，比热容大的材料能在热流变更、采暖、空调不均衡时，缓和室内温度的波动；屋面材料也宜选用比热容大的材料。其次节其次节 材料的力学性能材料的力学性能一、一、材料强度材料强度 （一）材料的强度（一）材料的强度1 1、定定义义：材材料料在在外外力力(荷荷载载)作作用用下下反反抗抗破破坏坏的的实实力。力。2 2、原原理理：当当材材料料承承受受外外力力作作用用时时，内内部部就就产产生生应应力力。随随着着外外力力渐渐渐渐增增加加，应应力力也也相相应应增增大大。直直至至材材料料内内部部质质点点间间的的作作用用力力不不能能再再反反抗抗这这种种应应力力时时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。3 3、分类、分类 P P P P P P材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：式中：式中：f材料的抗压、抗拉、抗剪强度，材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPa P材料承受的最大荷载，材料承受的最大荷载，A材料的受力面积，材料的受力面积，mm2（二）强度等级（二）强度等级n强度等级的定义：强度等级的定义：n 大多数建筑材料依据其极限强度的大小，把大多数建筑材料依据其极限强度的大小，把材料划分为若干不同的等级。材料划分为若干不同的等级。n材料强度等级划分的标准：材料强度等级划分的标准：na)a)脆性材料主要依据其抗压强度来划分强度等级，脆性材料主要依据其抗压强度来划分强度等级，n 如：混凝土、水泥、粘土砖等；如：混凝土、水泥、粘土砖等；n 例：混凝土的强度等级划分为例：混凝土的强度等级划分为1414级：级：n C15 C15、C20C20等等;nb)b)韧性材料主要依据其抗拉强度来划分强度等级，韧性材料主要依据其抗拉强度来划分强度等级，如钢材等；如钢材等；n 如钢材分为如钢材分为Q195,215,235,255,275Q195,215,235,255,275等等二、比强度二、比强度n比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；n比强度的意义：比强度的意义：n1 1、衡量材料轻质高强性能的一项重要指标；、衡量材料轻质高强性能的一项重要指标；n2 2、选用比强度高的材料或者提高材料的比强度，、选用比强度高的材料或者提高材料的比强度，对大跨度、超高度建筑特别有利。对大跨度、超高度建筑特别有利。三、三、弹性和塑性弹性和塑性|材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全复原原来形态的性质称为弹性。这种完全复完全复原原来形态的性质称为弹性。这种完全复原的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。原的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。|材料在外力作用下产生变形，假如外力取消后，材料在外力作用下产生变形，假如外力取消后，仍能保持变形后的形态和尺寸，并且不产生裂缝仍能保持变形后的形态和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能复原的变形称为塑性的性质称为塑性。这种不能复原的变形称为塑性变形（或永久变形）。变形（或永久变形）。四、四、脆性和韧性脆性和韧性n 材料受力达到确定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如自然石材，烧结一般砖、陶瓷、玻璃、一般混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中运用时，应留意发挥这类材料的特性。n在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸取较大的能量，同时也能产生确定的变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击韧性。n 问题：脆性材料和塑性材料的主要区分是什么？n 第三节第三节 材料的耐久性材料的耐久性n定义：定义：n 泛指材料在运用条件下，受各种内在或外来泛指材料在运用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能许久地保持其运自然因素及有害介质的作用，能许久地保持其运用性能的性质。用性能的性质。|化学作用包括大气、环境水以及运用化学作用包括大气、环境水以及运用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。材料的侵蚀作用。|机械作用包括运用荷载的持续作用，机械作用包括运用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲惫，冲击、磨损、交变荷载引起材料疲惫，冲击、磨损、磨耗等。磨耗等。|生物作用包括菌类、昆虫等的作用而生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。使材料腐朽、蛀蚀而破坏。砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会渐渐老化而使材料变脆或开裂。1，新建的房屋保暖性差，到了冬季更甚，新建的房屋保暖性差，到了冬季更甚，这是为什么？这是为什么？（提示：从导热系数的影响因素考虑）（提示：从导热系数的影响因素考虑）2，同种材料，如孔隙率越大，则材料的强度，同种材料，如孔隙率越大，则材料的强度 ，保温性越，保温性越 ，吸水率，吸水率 。3，软化系数表示材料的软化系数表示材料的 A,抗渗性；抗渗性；B,抗冻性；抗冻性；C，耐水性；，耐水性；D，吸湿性，吸湿性4，在在100g含水率为含水率为3的湿砂中，其中水的的湿砂中，其中水的质量为质量为 A，3.0g;B，2.5g;C，3.3g;D，2.9g;本本 章章 结结 束束