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第一章 建筑材料的基本性质,本章提要,本章主要介绍了建筑材料的基本性质 掌握材料的密度、与水有关的性质、耐久性 了解热工性和硬度,第一章 内容简介,材料的组成、结构与构造 材料的基本物理性质 材料的力学性质 材料的耐久性,1 材料的组成、结构与构造,材料的宏观性能是由其组成及其内部微观结构 所决定的! 材料的组成 材料的结构 材料的构造,一、材料的组成,材料是由分子、原子组成 材料的组成包括化学组成和矿物组成 化学组成:组成材料的化学元素种类和数量 表示方法: 金属以化学元素含量百分数表示 无机非金属材料以元素的氧化物含量表示 有机高分子材料构成他的一种或几种低分子化合物(单体)表示 矿物组成:指组成材料的矿物种类和数量,一、材料的组成,组成与结构的关系 材料的组成决定了材料性能(高铝水泥与硅酸盐水泥) 组成相同时,结构决定性能金刚石与石墨,二、材料的结构,宏观结构 亚微观结构:1mm0.001mm 微观结构:构成材料基本微粒的排列方式,晶体、非晶体、胶体,三、材料的构造,材料的宏观组织状况 主要研究材料的孔隙 致密材料钢材 多孔材料无机非金属材料 孔隙的特征参数: 多少孔隙率P 孔隙大小孔半径r 孔隙结构孔隙的分布 孔隙形状开口孔与闭口孔,2 材料的基本物理性质,材料与质量有关的性质 材料与水有关的性质 材料与热有关的性质,1.1 材料与质量有关的性质,材料的体积构成 体积是材料占有 的空间尺寸。由于材 料具有不同的物理状 态,因此表现出不同 的体积,1.1材料的结构构成,1.固体(实体) 2.闭口孔隙 3.开口孔隙,材料的体积组成,材料的固体物质体积 材料的孔隙体积,VK,VB,微孔,细孔,大孔,孤立孔,连通孔,绝对密实体积,自然体积,粉状、散粒状材料在堆积状态下的体积用堆积体积表示,散粒材料堆积体积,(一 )材料的密度,密度(Density) : 指材料在绝对密实状态下单位体积的干质量。,密度的测量,测试时,材料必须处于干燥状态。 含孔材料磨细后采用排液方法测定体积。 可以直接采用密度计算的材料有:钢材、玻璃、沥青等。,1.4 李氏瓶,(一 )材料的密度,表观密度: (Apprent density) 材料在自然状态下单位体积的质量。,(一 )材料的密度,体积密度: (Apprent density) 材料在自然状态下单位体积的质量。,(一 )材料的密度,由于自然体积包含了材料的孔隙,因此,材料的孔隙状态、孔隙多少以及孔隙含水状态等,都直接影响材料的质量、 自然体积和体积密度。 通常所指的体积密度,都是指材料在干燥状态下的体积密度。,体积密度的测量,大多数土木工程材料要以体积密度进行计算,如混凝土、 砂浆、砖及烧结制品、木材及其制品等等。 对于外形规则的材料,其自然体积可直接量取,对于无规则外形的材料,通常采用蜡封法测得表观体积。,(一 )材料的密度,堆积密度 散粒状材料单位堆积体积(开口+闭口+实体+间隙)的质量。,反映散粒堆积的紧密(压实)程度及可能的堆放空间。,(一 )材料的密度,堆积密度的计算公式,堆积密度的测量,讨论材料堆积密度必须指明其堆积状态和干湿状态,(一 )材料的密度,几种密度的特点: 相同点:指单位体积质量。(质量/体积) 区别:测试方法不同,获得体积大小不同 体积的测试方法: 体积 李氏比重瓶法(粉末) 自然体积 排液法 堆积体积(实体闭口开口间隙)密度筒法,(二 )材料的密实度和孔隙率,孔隙率 密实度,(三)材料的空隙率和填充率,空隙率 填充率,孔隙率与空隙率的区别,孔隙多少和孔隙特征对材料性能的影响:,材料的状态特征,如密度、体积等; 材料的力学性质,如强度、耐磨性等; 材料与水有关的性质,如吸湿性、吸水性。抗渗性、抗冻性 等; 材料的热容性质,如保温性; 材料的声学性质,如吸声性等。,1.2 材料与水有关的性质,亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性 耐水性,抗渗性 抗冻性,亲水性和憎水性,1 材料的亲水性与憎水性,亲水性-材料在空气中与水接触时,能被水润湿的性质 润湿角小于90度的材料 憎水性-材料在空气中与水接触时,不能被水润湿的性质 润湿角大于90度的材料 憎水性材料的作用能阻止水分进入毛细孔中 可单独用作防水材料也可用于亲水性材料的表面处理。,1 材料的亲水性与憎水性,1 材料的亲水性与憎水性,因材料分子结构不同引起的。 亲水性材料与水分子之间的分子亲合力大 于水分子本身之间的内聚力;反之,憎水性材料与水分子 之间的亲合力小于水分子本身之间的内聚力。 在亲水性材料表面,水分子可以铺展开,且能通过毛 细管作用进入材料内部;在憎水性材料表面,水分子难以铺展开,更难以渗入材料的毛细管中。,材料的含水状态,2. 吸水性,材料吸收水分的能力称为材料的吸水性。吸水的大小以 吸水率来表示。 (1)质量吸水率 材料在吸水饱和时,所吸水量占材料在干燥状态下的质 量百分比,以 Wm表示:,2. 吸水性(续),(2)体积吸水率 体积吸水率指材料吸水饱和时,吸水体积占材料自然 体积的百分率,以 W表示:,哪些材料的吸水性强,亲水性材料 孔隙率大的材料 具有开口而连通毛细孔,影响因素,亲水材料还是憎水材料 孔隙率和孔隙特征,3 吸湿性,指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 用含水率表示 在空气中,某一材料的含水多少是随空气的 湿度变化的。,3 吸湿性,影响因素,材料的孔隙率和孔隙特征 外界环境,吸水率与含水率的区别,4 耐水性,材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏,强度也不显著降低的性质。 软化系数 KR: 是衡量材料耐水性的指标,KR 材料的软化系数; fb 材料在饱和吸水状态下的抗压强度, MPa fg 材料在干燥状态下的抗压强度, MPa,软化系数,软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度,是材料吸 水后性质变化的重要特征之一。 一般材料吸水后,水分会分散在材料内微粒的表面,削弱其内部结合力,使材料强度有不同程度的降低。 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,造成强度严重降低。,软化系数特点,材料软化系数范围在 0至1 之间。 软化系数越小,材料的耐水性越差,其使用环境将受到很大限制。 软化系数 0.85 的材料称为耐水性材料,耐水材料可用在水中或潮湿环境中以及重要工程中。 即使用于一般受潮较轻或次要的工程部位时,材料的软 化系数也不得小于 0.75,5 抗渗性,抗渗性: 指材料抵抗压力水渗透的性质 表示:渗透系数越大,抗渗性越差 抗渗性等级越大,抗渗性越好 要求:地下、水工、防水材料,要具有一定的抗渗性,抗渗等级,材料抗渗等级: P4 P6 P8 P10 P15 P20 P25 P30 材料 能承受的透水压力: 0.4MPa 0.6MPa 0.8MPa 1.0MPa 1.5MPa ,影响因素,6 抗冻性,抗冻性是指材料在吸水饱和状态下,能经受反复冻融循环作用而不破坏,强度也不显著降低的性能。,冻融破坏,抗冻性等级,抗冻等级:指试件不被破坏时能经受的冻融循环次数 抗冻等级标号越高,抗冻性越好 15 25 50 100 200 材料可承受的冻融循环次数: 15 次、 25 次、 50 次、 100 次、 200 次。 符号F后面的数值表示:可经受冻融循环次数的数值。,影响材料抗冻性的因素:,1.3 材料的导热性,导热性:材料传导热量的能力 0.23 ,绝热材料,密闭空气:0.023 水:0.58 冰:2.20,影响导热性的因素:,化学组成(几乎所有的多原子的固体化合物的热容都大于水的。几乎所有的C5以上有机化合物的热容大于水的) 空隙率及孔隙特征 含水状况 环境温度状况,水在材料中的不良影响,体积密度大(重) 隔热保温性能降低 强度降低 体积膨胀较大 抗冻性较差,思考题,问题:为什么新建的房屋隔热保温性能很差,尤其在冬季?,硬度与耐磨性,硬度与耐磨性,硬度与耐磨性的关系,特点:硬度高,耐磨性强,但不易加工。,1.4 材料的力学性质,材料的强度、比强度 弹性和塑性 脆性和韧性 硬度和耐磨性,1 强度 (Strength),抗压(Compressive)强度 抗拉(Tensile)强度 抗剪(Shearing)强度,材料抵抗外力破坏的能力。,2.比强度(Strength-weight ratio),指材料强度与其表观密度之比。 意义:反映材料轻质高强的指标。 值越大,材料越轻质高强,3 材料的弹性和塑性,弹性(Elasticity)外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。,2.塑性(Mould) 外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复,意义:E表示材料抵抗变形的指标,E值越大,材料 越不易变形,即抵抗变形的能力越强。,指标:弹性模量,三、韧性(Fragility)和脆性(Tenacity),1.脆性无明显塑性变形,突然破坏。 脆性材料:石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 2.韧性产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。 韧性材料:低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用冲击试验测定。,四 耐久性,耐久性概念 指材料在所处环境条件下,抵抗所受破坏作用,在规定的时间内,不变质、不损坏保持其原有性能的性质!,耐久性是衡量材料乃至结构在长期使用条件下的安全性能,四 耐久性,物理作用 主要有干湿变化、温度变化及冻融变化等。 化学作用 包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或 有害气体对材料的侵蚀作用。 机械作用 包括使用荷载的持续作用,交变荷载引起材料疲劳,冲 击、磨损、磨耗等。 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。,提高耐久性的措施,材料的耐久性,问题:材料的结构密实程度和材料性质之间有什么关系?,
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