第一章建筑材料的基本性质课件.ppt

第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质概概 述述o 学习内容与要求学习内容与要求o 学习重点与难点学习重点与难点学习内容与要求学习内容与要求学习内容学习内容将具有将具有共同性和比较重要共同性和比较重要的材料性质的材料性质作为基本性质进行重点学习，其它性质将作为基本性质进行重点学习，其它性质将在有关章节中学习。在有关章节中学习。学习内容与要求学习内容与要求学习要求学习要求了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求了解材料的组成、结构和构造了解材料的组成、结构和构造了解材料性质与其组成、结构、构造的关系了解材料性质与其组成、结构、构造的关系掌握掌握材料的物理性质、力学性质、与水有关的材料的物理性质、力学性质、与水有关的性质和耐久性性质和耐久性了解材料热学性质的一般概念了解材料热学性质的一般概念学习重点与难点学习重点与难点重重 点点 材料的物理性质、力学性质、与水有关的材料的物理性质、力学性质、与水有关的性质和耐久性。性质和耐久性。难难 点点 基本物理性质相互之间的关系；材料组成、基本物理性质相互之间的关系；材料组成、结构、构造对材料性质的影响。结构、构造对材料性质的影响。第一节第一节材料的组成材料的组成、结构及构造结构及构造一、材料的组成一、材料的组成化学组成化学组成 指组成材料的化学元素及化合物的种类和指组成材料的化学元素及化合物的种类和数量。数量。矿物组成矿物组成 指组成材料的矿物种类和数量。指组成材料的矿物种类和数量。矿物矿物指具有一定化学成分和一定结构，以指具有一定化学成分和一定结构，以及物理力学性质的物质或单质。及物理力学性质的物质或单质。化学组成化学组成化学组成的表示方法化学组成的表示方法 金属材料金属材料 化学元素含量百分数化学元素含量百分数 无机非金属材料无机非金属材料 元素的氧化物含量元素的氧化物含量 有机高分子材料有机高分子材料 构成高分子材料的单体构成高分子材料的单体材料的化学组成材料的化学组成 直接影响材料的化学性质直接影响材料的化学性质 决定材料物理性质和力学性质的重要因素决定材料物理性质和力学性质的重要因素 海南省八所港码头钢板桩所用钢的化学成海南省八所港码头钢板桩所用钢的化学成分（）如下：分（）如下：葛州坝工程局水泥厂生产的一水泥的化学葛州坝工程局水泥厂生产的一水泥的化学成分（）如下：成分（）如下：CMnCuPSSi0.370.500.280.0210.0560.08SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O21.424.686.1563.781.881.080.190.53矿物组成矿物组成矿矿物物是是构构成成岩岩石石和和各各类类无无机机非非金金属属材材料料的的基本单元。基本单元。花岗岩的矿物组成主要是石英和长石花岗岩的矿物组成主要是石英和长石 石灰岩的矿物组成为方解石石灰岩的矿物组成为方解石 硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸钙、铝硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸钙、铝酸钙等酸钙等材料的矿物组成直接影响无机非金属材料材料的矿物组成直接影响无机非金属材料的性质。的性质。材料的结构是指材料的内部组织情材料的结构是指材料的内部组织情况，可分为况，可分为:宏观结构宏观结构 细观结构细观结构 微观结构微观结构 三个层次。三个层次。二、材料的结构二、材料的结构（一）宏观结构（一）宏观结构宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织，其尺寸在大组织，其尺寸在1010-3-3m m级（毫米级）级（毫米级）以上。以上。材料的宏观结构可按其特征分为：材料的宏观结构可按其特征分为：致密结构（钢材、玻璃等）致密结构（钢材、玻璃等）多孔结构（泡沫塑料、加气混凝土等）多孔结构（泡沫塑料、加气混凝土等）纤维结构（竹材、纤维板等）纤维结构（竹材、纤维板等）层状结构（胶合板等）层状结构（胶合板等）（二）细观结构（二）细观结构 细观结构是指用光学显细观结构是指用光学显微镜所能观察到的材料结构，微镜所能观察到的材料结构，其尺寸范围在其尺寸范围在1010-3-31010-6-6m m（微米级）。微米级）。如：金属材料的金相组织；如：金属材料的金相组织；木材的木纤维、导管、木材的木纤维、导管、髓线等组织。髓线等组织。材料细观特征、数量、材料细观特征、数量、分布和界面性质对材料性能分布和界面性质对材料性能由重要影响。由重要影响。（三）微观结构（三）微观结构 微观结构是原子分子层次的结构，可用电子微观结构是原子分子层次的结构，可用电子显微镜或显微镜或X X射线衍射仪来分析研究该层次的结构特射线衍射仪来分析研究该层次的结构特征，其尺寸范围在征，其尺寸范围在1010-6-61010-10-10m m（级，级，1 1=10=10-1-1nmnm）。）。材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、导热、导电性等都是由微观结构所决定的。导热、导电性等都是由微观结构所决定的。材料在微观结构层次上可分为材料在微观结构层次上可分为晶体、玻璃体晶体、玻璃体和胶体和胶体。1 1、晶、晶 体体 晶晶体体是是由由质质点点（原原子子、离离子子或或分分子子）在在三三维维空空间间作作有规律的周期性重复排列有规律的周期性重复排列（远程有序）（远程有序）而形成的固体。而形成的固体。特征：具有固定的几何外形，各向异性，在一定的特征：具有固定的几何外形，各向异性，在一定的压力下具有固定的熔点，受到外力作用时可产生弹性变压力下具有固定的熔点，受到外力作用时可产生弹性变形。形。NaClNaCl晶体中晶体中NaNa+、ClCl-离子离子有规则排列有规则排列方方解解石石石英石英菱菱锰锰矿矿晶体分类晶体分类 按组成晶体的质点及化学键的不同，晶体按组成晶体的质点及化学键的不同，晶体可分为：可分为：原子晶体，如石英原子晶体，如石英 离子晶体，如离子晶体，如CaClCaCl2 2分子晶体，如有机化合物分子晶体，如有机化合物金属晶体，如钢铁材料金属晶体，如钢铁材料2 2、玻璃体、玻璃体玻璃结构上玻璃结构上近程有序，远程无序近程有序，远程无序；其有序范；其有序范围只有有序单位尺寸的几倍距离。围只有有序单位尺寸的几倍距离。特征：无一定的几何外形，无熔点而只有软特征：无一定的几何外形，无熔点而只有软化现象，各向同性，化学性质不稳定。化现象，各向同性，化学性质不稳定。钠硅钠硅玻璃结构玻璃结构粉煤灰中的玻璃微珠粉煤灰中的玻璃微珠3 3、胶、胶 体体 胶胶体体是是指指粒粒径径为为1010-7 7-10-10-9-9m m的的颗颗粒粒在在介介质质中中形成的分散体系。形成的分散体系。溶溶 胶胶 在胶体结构中，介质对胶体的在胶体结构中，介质对胶体的物理力学性能起决定作用。物理力学性能起决定作用。凝凝 胶胶 胶粒数量较多或在物理化学作胶粒数量较多或在物理化学作用下，胶粒相互吸附凝聚而形成网状结构，胶用下，胶粒相互吸附凝聚而形成网状结构，胶体反映出胶粒的物理力学性质。体反映出胶粒的物理力学性质。3 3、胶、胶 体体溶胶溶胶 凝胶凝胶第二节第二节材料的密度、表观密度和孔隙率材料的密度、表观密度和孔隙率一、密一、密 度度密度是指材料在密度是指材料在绝对密实状态绝对密实状态下单位体积的质量。下单位体积的质量。材料的密度可按下式计算：材料的密度可按下式计算：式中：式中：密度，密度，g/cmg/cm3 3m m 材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，g gV V 干燥干燥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，cm cm3 3 每种材料的密度是固定不变的。每种材料的密度是固定不变的。二、表观密度二、表观密度表观密度（俗称容重）是指材料在自然状态下表观密度（俗称容重）是指材料在自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量。材料的表观密度可（包含孔隙）单位体积的质量。材料的表观密度可按下式计算：按下式计算：式中式中 表观密度，表观密度，g/cm3(kg/m3)；m材料的质量，材料的质量，g(kg)；V0材料在自然状态下的体积，材料在自然状态下的体积，cm3(m3)。材料的表观密度通常是指在气干状态下的表观密度材料的表观密度通常是指在气干状态下的表观密度.三三.孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。材料的孔隙率可按下式计算：材料的孔隙率可按下式计算：Vp V0 V 孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙的构造特征孔隙的构造特征 材料中的孔隙，可分为与外界连通的开口材料中的孔隙，可分为与外界连通的开口孔和与外界隔绝的闭口孔。孔隙本身又按尺寸孔和与外界隔绝的闭口孔。孔隙本身又按尺寸大小分为极细孔隙（大小分为极细孔隙（D0.01mm）、）、细小孔隙细小孔隙（D1.0mm）。）。闭口孔开口孔几种常用材料的密度、表观密度及孔隙率几种常用材料的密度、表观密度及孔隙率材材 料料密度密度(g/cmg/cm3 3)表观密度表观密度(kg/mkg/m3 3)孔隙率孔隙率(%)(%)建筑钢建筑钢7.857.85785078500 0铝合金铝合金2.2.71-271-2.90.902700-29002700-29000 0花岗岩花岗岩2.2.60-260-2.90.902500-28002500-28000.0.5-15-1.0.0石灰岩石灰岩2.2.45-245-2.75.752200-26002200-26000.0.5-55-5.0.0普通粘土砖普通粘土砖2.2.50-250-2.80.801500-18001500-180020-4020-40松木松木1.551.55380-700380-70055-7555-75普通玻璃普通玻璃2.2.50-250-2.60.602500-26002500-26000 0普通混凝土普通混凝土2300-25002300-25003-203-20石油沥青石油沥青0.0.95-195-1.10.10沥青混凝土沥青混凝土2200-24002200-24002-62-6天然橡胶天然橡胶0.0.91-091-0.93.93910-930910-9300 0聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂1.1.33-133-1.45.451330-14501330-14500 0四、散粒材料的视密度、堆积密度及空隙率四、散粒材料的视密度、堆积密度及空隙率（一）视密度（一）视密度（）散粒材料密度试验常采用排液置换法测定颗粒的散粒材料密度试验常采用排液置换法测定颗粒的体积，测得的体积包含颗粒内部的闭口孔体积。体积，测得的体积包含颗粒内部的闭口孔体积。此时计算得密度视密度（此时计算得密度视密度（）。）。石料水闭口孔闭口孔开口孔开口孔（二）堆积密度（二）堆积密度 散粒材料在堆积状态下，单散粒材料在堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度。堆位体积的质量称为堆积密度。堆积密度可按下式计算：积密度可按下式计算：根据散粒材料堆放的紧密程根据散粒材料堆放的紧密程度，堆积密度可分为度，堆积密度可分为疏松堆积密疏松堆积密度度、振实堆积密度振实堆积密度和和紧密堆积密紧密堆积密度度三种。三种。（三）空隙率（三）空隙率 散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例称为空隙率。空隙率（占的比例称为空隙率。空隙率（P）可按下式计算：可按下式计算：空隙率的大小反映散粒材料的颗粒相互填充空隙率的大小反映散粒材料的颗粒相互填充的致密程度。的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。砂率的依据。第三节第三节 材料的力学性质材料的力学性质 材料的力学性质是指材料在外力作用下的有关材料的力学性质是指材料在外力作用下的有关变形性质和抵抗破坏的能力。变形性质和抵抗破坏的能力。材料的变形性质材料的变形性质 材料的强度材料的强度第三节材料的力学性质第三节材料的力学性质一、材料的变形性质一、材料的变形性质 材料的变形性质是指材料在荷载作用下发生形材料的变形性质是指材料在荷载作用下发生形状及体积变化的有关性质。状及体积变化的有关性质。（一）弹性变形与塑性变形（一）弹性变形与塑性变形 弹性变形是指在外荷载作用下产生、卸荷后可弹性变形是指在外荷载作用下产生、卸荷后可以自行消失的变形。以自行消失的变形。塑性变形是指在外力去除后，材料不能自行恢塑性变形是指在外力去除后，材料不能自行恢复到原来的形状而保留的变形，也称残余变形。复到原来的形状而保留的变形，也称残余变形。（二）徐变与应力松弛（二）徐变与应力松弛 固体材料在外力作用固体材料在外力作用下，变形随时间的延长而下，变形随时间的延长而逐渐增长的现象称为逐渐增长的现象称为徐变徐变。材料在荷载作用下，材料在荷载作用下，若所产生的变形因受约束若所产生的变形因受约束而不能发展时，其应力将而不能发展时，其应力将随时间的延长而逐渐减小，随时间的延长而逐渐减小，这一现象称为这一现象称为应力松弛应力松弛。二、材料的强度二、材料的强度 材料的强度是指材料抵抗外力（荷载）作用材料的强度是指材料抵抗外力（荷载）作用引起的破坏的能力。引起的破坏的能力。（一）材料的静力强度（一）材料的静力强度 在在静荷载静荷载作用下，材料达到破坏前所承受的作用下，材料达到破坏前所承受的应力极限值，称为材料的应力极限值，称为材料的静力静力强度（简称材料强强度（简称材料强度）或极限强度。度）或极限强度。根据作用荷载的不同，材料强度可分为抗压根据作用荷载的不同，材料强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）和抗强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）和抗剪强度等。剪强度等。材料强度的测定材料强度的测定 材料强度的测定常用破坏性试验方法来进行。材料强度的测定常用破坏性试验方法来进行。即将材料制成试件，置于试验机上，按即将材料制成试件，置于试验机上，按规定的速规定的速度均匀度均匀地加荷，直到试件破坏，由试件破坏时的地加荷，直到试件破坏，由试件破坏时的荷载值，按相应计算公式，可求得材料强度。荷载值，按相应计算公式，可求得材料强度。抗压、抗拉及抗剪强度的计算抗压、抗拉及抗剪强度的计算式中式中f材料强度，材料强度，MPa；F破坏时荷载，破坏时荷载，N；A试件受力断面面积，试件受力断面面积，mm2。抗弯强度的计算抗弯强度的计算 抗弯强度的计算公式分别为：抗弯强度的计算公式分别为：（中间加一个集中荷载）和（中间加一个集中荷载）和在跨度的三分点上作用两个集中荷载）在跨度的三分点上作用两个集中荷载）式中式中fm抗弯强度，抗弯强度，MPa；F破坏荷载，破坏荷载，N；L梁的跨度，梁的跨度，mm；b、h梁断面的宽与高，梁断面的宽与高，mm。影响材料强度测定结果的主要因素影响材料强度测定结果的主要因素（）材料本身的组成、结构和构造（）材料本身的组成、结构和构造不同品种的材料，强度不同。即使同种材料，其不同品种的材料，强度不同。即使同种材料，其内部孔隙率、构造等不同时，强度也不相同。内部孔隙率、构造等不同时，强度也不相同。（）试件的形状和尺寸（）试件的形状和尺寸多数情况下，材料的强度随试件尺寸的增加而降多数情况下，材料的强度随试件尺寸的增加而降低，当尺寸大到一定程度后，强度不再下降，这一现低，当尺寸大到一定程度后，强度不再下降，这一现象称为尺寸效应。试件的形状也会对材料的强度结果象称为尺寸效应。试件的形状也会对材料的强度结果产生影响。以脆性材料的单轴抗压强度为例，采用棱产生影响。以脆性材料的单轴抗压强度为例，采用棱柱体或圆柱体试件测得的强度要比采用立方体试件测柱体或圆柱体试件测得的强度要比采用立方体试件测得的强度小得的强度小。（）试件的表面状态（）试件的表面状态试件的表面状态同样会对强度结果产生影试件的表面状态同样会对强度结果产生影响。试件表面（受压面）凹凸不平或有掉角等响。试件表面（受压面）凹凸不平或有掉角等缺损时，会引起应力集中而缺损时，会引起应力集中而降低降低强度测定值。强度测定值。原因：课本原因：课本P10（）试件端部的约束情况）试件端部的约束情况 试件试件端部的约束情况端部的约束情况不同，压板与试件承压不同，压板与试件承压面之间的摩擦力，测定的强度也不同。出现正摩面之间的摩擦力，测定的强度也不同。出现正摩擦时，强度偏高，负摩擦时，强度偏低。脆性材擦时，强度偏高，负摩擦时，强度偏低。脆性材料立方体试件在有（正摩擦）无摩擦时的破坏特料立方体试件在有（正摩擦）无摩擦时的破坏特征。征。（）试验加荷速度（）试验加荷速度试验时，若加荷速度较快，则由试验时，若加荷速度较快，则由应力引起的材应力引起的材料变形料变形的增长速度落后于应力增长速度，破坏时的的增长速度落后于应力增长速度，破坏时的强度值偏高；反之，强度试验值偏低。强度值偏高；反之，强度试验值偏低。（）其它因素（）其它因素 除了上述因素外，试验时试件的温度、湿度、除了上述因素外，试验时试件的温度、湿度、含水状态及试验装置等也会对材料强度测定结果产含水状态及试验装置等也会对材料强度测定结果产生影响。生影响。（二）材料的理论强度（二）材料的理论强度 固体材料的强度取决于结构中各质点（原子、固体材料的强度取决于结构中各质点（原子、离子、分子）之间的相互作用力。离子、分子）之间的相互作用力。材料的理论抗拉强度可按下式计算：材料的理论抗拉强度可按下式计算：fm材料理论抗拉强度；材料理论抗拉强度；E材料的弹性模量；材料的弹性模量；材料的表面能；材料的表面能；d0组成材料质点间的距离。组成材料质点间的距离。（三）材料的实际强度（三）材料的实际强度 在自然界中，各种材料都有结构及构造缺在自然界中，各种材料都有结构及构造缺陷，如晶格缺陷、孔隙、微裂纹等。由于缺陷陷，如晶格缺陷、孔隙、微裂纹等。由于缺陷的存在，材料的实际强度要比理论强度小得多的存在，材料的实际强度要比理论强度小得多（通常相差（通常相差1001000倍）。倍）。举例：课本举例：课本P12（四）材料的持久强度及疲劳极限（四）材料的持久强度及疲劳极限 材料在承受材料在承受持久荷载持久荷载下的强度，称为下的强度，称为持久强度持久强度。静力强度静力强度是材料在承受是材料在承受短期荷载短期荷载条件下具有的条件下具有的强度，也称强度，也称暂时强度暂时强度。实际结构物中材料承受的荷载大多为持久荷载。实际结构物中材料承受的荷载大多为持久荷载。材料在持久荷载作用下会产生徐变，使塑性变形增材料在持久荷载作用下会产生徐变，使塑性变形增加，故材料的持久强度一般低于暂时强度。加，故材料的持久强度一般低于暂时强度。材料承受的材料承受的荷载随时间而交替变化荷载随时间而交替变化时，其应时，其应力也随时间而交替变化。这种交变应力超过某一力也随时间而交替变化。这种交变应力超过某一极限、且多次反复作用后，即会导致材料破坏，极限、且多次反复作用后，即会导致材料破坏，该应力极限值称为该应力极限值称为疲劳极限疲劳极限。疲劳极限与静力破。疲劳极限与静力破坏不同，它常在没有显著变形的情况下，突然断坏不同，它常在没有显著变形的情况下，突然断裂。疲劳极限远低于静力强度，甚至低于裂。疲劳极限远低于静力强度，甚至低于屈服强屈服强度度。三、材料的冲击韧性三、材料的冲击韧性 材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能，称为材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能，称为冲击韧性冲击韧性。冲击韧性以试件受冲击时，单位体积或。冲击韧性以试件受冲击时，单位体积或单位面积内所能吸收的冲击功来表示。单位面积内所能吸收的冲击功来表示。脆性材料受冲击后易碎裂；强度低的材料不能脆性材料受冲击后易碎裂；强度低的材料不能承受较大的冲击荷载。故材料冲击韧性可反映材料承受较大的冲击荷载。故材料冲击韧性可反映材料既有一定强度，又有良好受力变形的综合性能。既有一定强度，又有良好受力变形的综合性能。桥梁、路面、桩及有抗震要求的结构所用的材桥梁、路面、桩及有抗震要求的结构所用的材料需考虑冲击韧性。料需考虑冲击韧性。四、材料的硬度、磨损及磨耗四、材料的硬度、磨损及磨耗 材料抵抗其它较硬物体压入的能力称为材料抵抗其它较硬物体压入的能力称为硬度硬度。材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象称为积损失的现象称为磨损磨损。材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成的材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成的质量和体积损耗现象称为质量和体积损耗现象称为磨耗磨耗。第四节第四节 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 固体材料在空气中与水接触时，按其是否易被固体材料在空气中与水接触时，按其是否易被水湿润分为水湿润分为亲水性材料亲水性材料和和憎水性材料憎水性材料两类。两类材两类。两类材料与水接触时，界面上有着不同的状态。料与水接触时，界面上有着不同的状态。一、亲水性与憎水性一、亲水性与憎水性气固气固、气液气液及及液固液固分别表示气固、气液及液分别表示气固、气液及液固界面间的界面张力，固界面间的界面张力，为接触角。当三力达到平为接触角。当三力达到平衡时具有以下关系：衡时具有以下关系：气固气固=液固液固+气液气液cos1.当当气固气固液固液固=气液气液时，时，cos=1，=0,液液体体 完全湿润固体；完全湿润固体；2.当当0气固气固液固液固 气液气液时，时，0 cos 1，90，液体能湿润固体；液体能湿润固体；3.当当气固气固液固液固 0时，时，90，液体不能湿润液体不能湿润固体。固体。举例：课本举例：课本P14二、吸水性二、吸水性 材料吸收水分的性质称为材料吸收水分的性质称为吸水性吸水性。材料中所含水的质量与材料材料中所含水的质量与材料干燥质量干燥质量的百分比为的百分比为含水率含水率。材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时，材材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时，材料处于气干状态，此时材料的含水率称为料处于气干状态，此时材料的含水率称为平衡含水率平衡含水率。材料吸水达到材料吸水达到饱和饱和状态时的含水率称为材料的状态时的含水率称为材料的吸吸水率水率。吸水率可用质量吸水率和体积吸水率两种方。吸水率可用质量吸水率和体积吸水率两种方式表达。式表达。质量吸水率的计算式为：质量吸水率的计算式为：体积吸水率的计算式为：体积吸水率的计算式为：Wv与与Wm的关系为：的关系为：式中式中 G1材料吸水饱和状态下的质量；材料吸水饱和状态下的质量；G材料干燥状态下的质量；材料干燥状态下的质量；水水水的密度；水的密度；V 0材料在自然状态下的体积；材料在自然状态下的体积；材料的干表观密度。材料的干表观密度。三、耐水性三、耐水性 材料受水的作用材料受水的作用 不会损坏，其强度也不显著降不会损坏，其强度也不显著降低的性质称为低的性质称为耐水性耐水性。材料的耐水性以软化系数。材料的耐水性以软化系数K软软表示。软化系数表示的是材料浸水后强度降低的程表示。软化系数表示的是材料浸水后强度降低的程度。度。有时耐水材料是选择材料的重要依据。经常位有时耐水材料是选择材料的重要依据。经常位于水中或受潮严重的重要结构，其材料的软化系数于水中或受潮严重的重要结构，其材料的软化系数 不宜小于不宜小于0.850.90；受潮较轻或次要结构，材料软；受潮较轻或次要结构，材料软化系数也不宜小于化系数也不宜小于0.700.85。四、抗渗性四、抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性能称为材料抵抗压力水渗透的性能称为抗渗性抗渗性。材料。材料的抗渗性与材料的孔隙率及的抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征孔隙特征有关。有关。材料的抗渗性可用材料的抗渗性可用渗透系数渗透系数或或抗渗等级抗渗等级来表示。来表示。式中式中 K渗透系数，渗透系数，ml/（cm2s）或或/s；Q透水量，透水量，ml；A透水面积，透水面积，cm2；H水头差，；水头差，；t透水时间，透水时间，s。第五节第五节 材料的耐久性材料的耐久性一、常见材料的主要破坏原因一、常见材料的主要破坏原因1.1.1.1.材料在使用过程中所受到的破坏作用材料在使用过程中所受到的破坏作用材料在使用过程中所受到的破坏作用材料在使用过程中所受到的破坏作用 物理作用：干湿变化、温度变化及冻融作用物理作用：干湿变化、温度变化及冻融作用等。等。化学作用：酸、碱、盐等物质的水溶液或气化学作用：酸、碱、盐等物质的水溶液或气体对材料的侵蚀破坏。体对材料的侵蚀破坏。生物及生物化学作用：昆虫、菌类等蛀蚀及生物及生物化学作用：昆虫、菌类等蛀蚀及腐朽。腐朽。2.2.2.2.常见材料的主要破坏原因常见材料的主要破坏原因常见材料的主要破坏原因常见材料的主要破坏原因(1)一般矿物质材料（如石料、砖及混凝土等）：一般矿物质材料（如石料、砖及混凝土等）：当暴露于大气中或处于水位变化区时，主要发当暴露于大气中或处于水位变化区时，主要发生物理破坏作用；当处于水中时，除物理作用生物理破坏作用；当处于水中时，除物理作用还发生还发生化学侵蚀化学侵蚀作用。作用。(2)金属材料：主要是化学腐蚀及电化学腐蚀作用；金属材料：主要是化学腐蚀及电化学腐蚀作用；(3)沥青质及合成高分子材料：主要是阳光、空气沥青质及合成高分子材料：主要是阳光、空气及热的作用。及热的作用。工程中所指的材料耐久性，是指材料在所处环工程中所指的材料耐久性，是指材料在所处环境条件下，保持其原有性能，抵抗所受破坏作用的境条件下，保持其原有性能，抵抗所受破坏作用的能力。能力。材料的耐久性包含抗渗、抗冻等许多方面。材料的耐久性包含抗渗、抗冻等许多方面。抗冻性抗冻性是指材料在水饱和状态下，能经受多次是指材料在水饱和状态下，能经受多次冻融而不产生宏观破坏，同时微观结构不明显劣化、冻融而不产生宏观破坏，同时微观结构不明显劣化、强度也不严重降低的性能强度也不严重降低的性能。二、材料的耐久性二、材料的耐久性（一）冰冻对材料破坏作用（一）冰冻对材料破坏作用 冰冻对材料的破坏作用与材料组织结构及其冰冻对材料的破坏作用与材料组织结构及其含水状况有关。水结冰时体积增大含水状况有关。水结冰时体积增大9%，其破坏作，其破坏作用可概括为用可概括为冰胀压力作用、水压力作用冰胀压力作用、水压力作用及及显微析显微析冰冰作用三种。作用三种。.冰胀压力作用冰胀压力作用 当材料孔隙中充满水并快速冰结时，在孔隙内当材料孔隙中充满水并快速冰结时，在孔隙内将产生很大的冰胀压力，使毛细管壁受到拉应力，将产生很大的冰胀压力，使毛细管壁受到拉应力，导致材料破坏。冰胀压力的大小及破坏作用程度，导致材料破坏。冰胀压力的大小及破坏作用程度，取决于材料孔隙的水饱和程度及材料的变形能力。取决于材料孔隙的水饱和程度及材料的变形能力。水结冰时的破坏作用，主要发生在充满了水的水结冰时的破坏作用，主要发生在充满了水的较粗孔隙内和毛细孔隙内。孔隙中水的冰点随孔径较粗孔隙内和毛细孔隙内。孔隙中水的冰点随孔径减小而降低，故极细孔隙中的水，在一般情况下不减小而降低，故极细孔隙中的水，在一般情况下不会结冰。粗大气孔，水易进易出，不易充满其中。会结冰。粗大气孔，水易进易出，不易充满其中。当其受冻降温时，不同直径的孔隙内的水逐当其受冻降温时，不同直径的孔隙内的水逐渐结冰，并伴随着体积增加，在某些孔隙内已结渐结冰，并伴随着体积增加，在某些孔隙内已结冰的水的体积膨胀，迫使尚未结冰的多余水移向冰的水的体积膨胀，迫使尚未结冰的多余水移向附近气泡或试件边缘。在这一过程中产生水压力，附近气泡或试件边缘。在这一过程中产生水压力，使孔壁受到拉应力，造成材料体积膨胀。当冰融使孔壁受到拉应力，造成材料体积膨胀。当冰融化时，材料体积收缩，但会留下部分残余变形。化时，材料体积收缩，但会留下部分残余变形。经多次冻融后，材料将会遭到破坏。经多次冻融后，材料将会遭到破坏。.水压力作用水压力作用 材料孔隙中的水，一般为盐类的稀溶液，一材料孔隙中的水，一般为盐类的稀溶液，一旦结冰，则析出纯冰并使溶液浓度提高。此时，旦结冰，则析出纯冰并使溶液浓度提高。此时，若相邻较细孔中尚未结冰并仍存在着原浓度的溶若相邻较细孔中尚未结冰并仍存在着原浓度的溶液，即产生了浓度差，水则向已结冰区域迁移并液，即产生了浓度差，水则向已结冰区域迁移并迅速结冰。同时，对纯水而言，当温度下降时其迅速结冰。同时，对纯水而言，当温度下降时其表面张力增大，也会向孔径较大的孔隙转移，并表面张力增大，也会向孔径较大的孔隙转移，并使已结的冰晶增大，称为析冰现象。使已结的冰晶增大，称为析冰现象。当材料中所含孔隙较少并已充满水时，析冰当材料中所含孔隙较少并已充满水时，析冰作用使水向较粗一级的孔隙内迁移，使较粗毛细作用使水向较粗一级的孔隙内迁移，使较粗毛细孔隙内水分增多、冰晶增大，致使冻胀压力和水孔隙内水分增多、冰晶增大，致使冻胀压力和水压力作用更为严重，此时析冰现象使冻融破坏作压力作用更为严重，此时析冰现象使冻融破坏作用加剧。用加剧。.显微析冰作用显微析冰作用4.4.影响冰冻破坏的因素影响冰冻破坏的因素 某一材料是否容易被冰冻破坏，与某一材料是否容易被冰冻破坏，与冻结温度、冻结温度、冻结速度及冻融频繁程度冻结速度及冻融频繁程度等因素有关。温度越低、等因素有关。温度越低、降温越快、冻融间隔时间越短，材料越易破坏。处降温越快、冻融间隔时间越短，材料越易破坏。处于建筑物水位变化区的材料，在寒冷季节交替地受于建筑物水位变化区的材料，在寒冷季节交替地受到水饱和和冻融作用，其破坏最为严重。此时建筑到水饱和和冻融作用，其破坏最为严重。此时建筑物的耐久性主要取决于材料的抗冻性。物的耐久性主要取决于材料的抗冻性。（二）材料的抗冻性（二）材料的抗冻性 材料的抗冻性用抗冻等级表示。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是指抗冻等级是指标准尺寸标准尺寸的材料试件，在水的材料试件，在水饱和饱和状态下，经受状态下，经受标准标准的冻融作用后，其强度不严重降的冻融作用后，其强度不严重降低、质量不显著损失、性能不明显下降时，所经受低、质量不显著损失、性能不明显下降时，所经受的冻融的冻融循环次数循环次数。影响因素材料抵抗冻融破坏作用的能力，与其影响因素材料抵抗冻融破坏作用的能力，与其孔隙率及孔隙特征和孔隙内的充水状况孔隙率及孔隙特征和孔隙内的充水状况有关，并受有关，并受到材料变形能力、抗拉强度及耐水性的影响。到材料变形能力、抗拉强度及耐水性的影响。第六节第六节 材料与热有关的性质材料与热有关的性质一、导热性一、导热性 材料传导热量的性质称为材料传导热量的性质称为导热性导热性。材料导热性。材料导热性的大小用导热系数表示：的大小用导热系数表示：式中式中 导热系数，导热系数，W(mK)；Q通过材料的热量，通过材料的热量，J；d材料厚度或传导的距离，材料厚度或传导的距离，m；A材料传热面积，材料传热面积，m2；Z导热时间，导热时间，s；t材料两侧的温度差，材料两侧的温度差，K。孔隙率孔隙率 材料的孔隙中含有空气，而空气的导热材料的孔隙中含有空气，而空气的导热 性很小，所以材料的孔隙率愈大，导热性愈低。性很小，所以材料的孔隙率愈大，导热性愈低。孔隙特征孔隙特征 空气在粗大和连通的孔隙中较易对空气在粗大和连通的孔隙中较易对 流，使导热性增大，故具有细微或封闭孔隙的材流，使导热性增大，故具有细微或封闭孔隙的材 料，比具有粗大或连通孔隙的材料导热性低。料，比具有粗大或连通孔隙的材料导热性低。含水率含水率 水的导热性大大超过空气，所以当材料水的导热性大大超过空气，所以当材料 的含水率增大时其导热性也相应提高。若水结冰，的含水率增大时其导热性也相应提高。若水结冰，其导热性进一步其导热性进一步 增大。增大。对于纤维结构的材料，顺纤维方向的导热性对于纤维结构的材料，顺纤维方向的导热性 比横纤维方向的大。比横纤维方向的大。影响材料导热性的因素影响材料导热性的因素 当材料温度升高当材料温度升高(或降低或降低)1K时所吸收时所吸收(或放出或放出)的的热量，称为该材料的热量，称为该材料的热容量热容量(JK)。l kg材料的热容材料的热容量，称为该材料的量，称为该材料的比热比热J(K)。表示方法：表示方法：式中式中 Q材料吸收或放出的热量，材料吸收或放出的热量，J C材料的比热，材料的比热，J(kgK)；G材料的质量，材料的质量，kg；t2-t1 材料受热（或冷却）前后的温度差，材料受热（或冷却）前后的温度差，K。二、比热及热容量二、比热及热容量材料材料导热系数导热系数w/(mk)比热比热102J/(K)材料材料导热系数导热系数w/(mk)比热比热102J/(K)钢钢584.6松松木木顺纹顺纹0.3525花岗岩花岗岩2.803.498.5横纹横纹0.17普通混凝土普通混凝土1.501.868.8泡沫塑料泡沫塑料0.030.041317普通粘土砖普通粘土砖0.420.638.4石膏板石膏板0.190.24911泡沫混凝土泡沫混凝土0.120.2011.0水水0.5542普通玻璃普通玻璃0.700.808.4密闭空气密闭空气0.2610几种材料的导热系数及比热几种材料的导热系数及比热复习思考题复习思考题v 材料的密度、表观密度、堆积密度有何差别？材料的密度、表观密度、堆积密度有何差别？v材料的孔隙率、孔隙状态、孔隙尺寸对材料的性质材料的孔隙率、孔隙状态、孔隙尺寸对材料的性质 （强度、抗渗、抗冻等）有何影响？（强度、抗渗、抗冻等）有何影响？v材料孔隙率和空隙率的含义如何？如何测定？材料孔隙率和空隙率的含义如何？如何测定？v如何区分亲水性材料和憎水性材料？如何区分亲水性材料和憎水性材料？v某岩石在气干、绝干和水饱和情况下测得的抗压强某岩石在气干、绝干和水饱和情况下测得的抗压强 度分别为度分别为172172、178178、168168MPaMPa。求该岩石的软化系数求该岩石的软化系数 并指出该岩石可否用于水下工程？并指出该岩石可否用于水下工程？v 为什么材料的实际强度较理论强度低许多？为什么材料的实际强度较理论强度低许多？v 影响材料强度测定结果的试验条件有哪些？影响材料强度测定结果的试验条件有哪些？v 含水率为含水率为10%10%的的100100g g湿砂，其中干砂的质量湿砂，其中干砂的质量 为多少克？为多少克？v 什么是材料的耐久性？为什么对材料要有耐什么是材料的耐久性？为什么对材料要有耐 久性要求？久性要求？