第一章-材料基本性质分析课件.ppt

1、第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质建筑材料第一节第一节 材料的基本物理参数材料的基本物理参数 1.1 1.1 基本物理性质基本物理性质 1.1.1 材料的体积构成及含水状态 1.1.1.1 材料的体积构成 块状材料在自然状态下的体积是由固体物质体积及其内部孔隙体积组成的。材料内部的孔隙按孔隙特征又分为开口孔隙和闭口孔隙。闭口孔隙不进水，开口孔隙与材料周围的介质相通，材料在浸水时易被水饱和。见图1-1。 散粒材料是指具有一定粒径材料的堆积体，如工程中常用的砂、石子等。其体积构成包括固体物质体积、颗粒内部孔隙体积及固体颗粒之间的空隙体积。见图1-2。1.1.1.2 材料的含水状态

2、材料在大气中或水中会吸附一定的水分，根据材料吸附水分的情况，将材料的含水状态分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态及湿润状态4种，见图13。材料的含水状态会对材料的多种性质产生一定影响。 干燥状态 气干状态 饱和面干燥状态 湿润状态 图 1-3 材料含水状态饱和水 表面水饱和水 表面水 干燥状态 气干状态 饱和面干燥状态 湿润状态 图 1-3 材料含水状态l 密度密度：n定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 n表达式： p=m/v （g/cm3 ） m材料干燥时的质量（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 ） 即不包括任何孔隙在内的体积。 n意义：反映材料

3、的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。nV的测定： a. 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积； b. 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用密度瓶测其实际体积；密度表观密度堆积密度是否存在绝对密实的材料？1.1.2 1.1.2 密度、表观密度与堆积密度密度、表观密度与堆积密度l 表观密度表观密度l定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。 l表达式： （g/cm3 ）或(kg/m3 ) m材料的质量（g 或kg） v0材料在自然状态自然状态下的体积，也称表观体积(cm3 或 m3 )。包括材料孔隙在内的体积，既包括开口孔隙

4、，也包括闭口孔隙。l意义：反映材料轻重的量，也与材料的强度有关，是选择结构材料和承重材料的依据。 lV0的测量：对形状规则的材料，直接测量； 对形状不规则的材料，蜡封蜡封后用排水法测量。00Vm密度表观密度堆积密度l 堆积密度堆积密度 定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在堆堆积状态积状态下，单位体积的质量。 表达式： （kg/m3 ） m材料的质量（kg） 堆积体积（m3 ） 的特点：包括了材料间的空隙体积。包括了材料间的空隙体积。 的测定：用既定容积的容器测定。 0V0V0V密度表观密度堆积密度00Vml 密实度密实度 定义：在材料体积内，固体物质的体积占总 体积的比例。 表达式：密实

5、度孔隙率1.1.2.11.1.2.1%100%100000mmVVDl 孔隙率孔隙率l定义：材料体积内，孔隙体积占总体积的比例。 l表达式： 孔隙率与密实度的关系？孔隙率与密实度的关系？ 孔隙率与材料性质的关系？孔隙率与材料性质的关系？ 材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。 两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？密实度孔隙率%1001%1001%1000000P材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关。材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关。孔的特征：包括开口孔和

6、闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度等。观察与讨论某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？ AB讨论：保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。 %100%1000000VVD填充率空隙率l填充率填充率 定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积占总体积的比例。 表达式：1.1.2.2DP1%1001%1001%1000000000填充率空隙率l空隙率空隙率 定义：在散粒材料的堆积

7、体积中，颗粒体积的空隙占总体积的比例。 表达式：试题练习试题练习 石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？ 建筑红砖能否用作防水材料？ 长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？ 与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。性。2.2 2.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质2.2.1 2.2.1 亲水性与憎水性亲水性与憎水性l根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为 亲水性材料：润湿角90 憎水性材料：润湿角90180 亲水性憎水性l 建筑中大部分材料属于亲水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防

8、水材料，也可用于亲水材料的表面处理。2.2.2 2.2.2 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性 材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性。 材料的吸水性能，不仅取决于材料本身是否具有亲水性，还与其空隙率的大小及空隙的构造有关。l 吸水性吸水性%100-干干湿质mmmW%1001-0水干湿体VmmWl材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性（潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分）。l材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水重占材料干重的百分率。l 吸湿性吸湿性%100干水含mmWl材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。l材料中所

9、含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。l选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？ 2.2.3 2.2.3 耐水性耐水性 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。用软化系数表示。 干饱软ffK）的抗压强度（：材料吸水饱和状态下饱MPaf）压强度（：材料干燥状态下的抗干MPaf 一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。例如：石膏和混凝土。 因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，但有不同程度的。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强

10、度的严重降低。 软化系数的范围波动在01之间，当软化系数大于0.80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.材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质称为抗渗性。用渗透系数或抗渗等级表示（一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量），抗渗等级是在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pi”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水压力而不渗透。抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性抗冻性和抗侵蚀性抗侵蚀性）。材料的抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与

11、材料的增水性和亲水性有关，憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料。地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。2.2.4 2.2.4 抗渗性抗渗性 材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。 用抗冻等级表示。抗冻等级Fi，i表示冻融循环的次数。2.2.5 2.2.5 抗冻性抗冻性F150混凝土混凝土该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为150次次材料吸水后，在负温作用条件下，

12、水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。冻融循环 冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强度降低。 冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成压力。 厨房的瓷砖有剥落现象，试分析原因，如何解决？ 抗冻性实验通常是将规定的标准试件浸水饱和后，在零下15条件下冻结一定时间，然后在室温的水中融化，进行反复冻融，试件强度降低及质量损失不超过规定值（质量损失不大于5%，强度损失不大于25%），材料表面不明显损伤，所对应的最大循环次数，定为该材料的抗冻等级。思考题:孔隙率越大，

13、材料的抗冻性是否越差？ 孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？解答：材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的解答：材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水越多，进入孔隙的水越多，材料的抗冻性越差材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔隙中。若材。水较难进入材料的闭口孔隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料内部的

14、水分也不会很多。在这样的情况下，材料的抗冻料内部的水分也不会很多。在这样的情况下，材料的抗冻性不会差。性不会差。l 定义定义：材料传导热量的能力（冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料阻碍热量传入室内）。l 表示方法表示方法：用导热系数表示，导热系数的物理意义是：厚度为1 m的材料，当温度每改变1 K时，在l h时间内通过1 m2面积的热量。用公式表示为 式中 材料的导热系数，w/（mK）；Q 传导的热量，J；a 材料的厚度，m；A 材料传热的面积，m2；Z 传热时间，h；（t1-t2）材料两侧温度差，K l 在建筑工程中的意义：判断材料的保温隔热性能（在建筑工程中的意义：判断材料的保温隔热性能

15、（ 越大，传热越快，越大，传热越快，保温性越差）保温性越差）。2.2.6 2.2.6 导热性导热性)(12ttFZQd棉袄浸水后保暖性变差？棉袄浸水后保暖性变差？孔多的材料保温性能好？孔多的材料保温性能好？3.1 3.1 强度与比强度强度与比强度l 强度强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。 在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，

16、计算材料的强度。3 3 材料的力学性质材料的力学性质 材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：AFfmaxf-材料强度， MPaFmax-材料破坏时的最大荷载，NA-试件受力面积，mm2 材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：2max23bhLFfw式中 fw-材料的抗弯强度， MPaFmax-材料受弯破坏时的最大荷载，NA-试件受力面积，mm2L-两支点的间距，mmb、h-试件横截面的宽及高，mm3.2 弹性与塑性弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性弹

17、性。 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性塑性。 弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。3.3 脆性与韧性脆性与韧性l脆性：脆性： 材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。 砖、石材、玻璃、混凝土等都是脆性材料。 l韧性：韧性： 材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 建筑钢材、木材、塑料等是较典型的韧性材料。 路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。 4 材料的耐久性材料的耐久性 材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，统称之为耐久性。耐久性。 耐久性是一种复杂的、综合的性质,包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。 材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中各种自然因素的破坏作用，这些破坏作用可分为物理作用、化学作用和生物作用。 要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素，综合考虑其耐久性，并根据各种材料的耐久性特点，合理地选用。 4.1 耐久性耐久性n材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。