学习材料性质的原因

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,学习材料性质的原因,建筑材料在使用过程中，承受着各种不同的作用，因而要求具有相应的不同性质。,例如 1：受力结构的材料必需具有良好的力学性能；,2、防水材料必须具有抗渗防水能力；,3、墙体材料必须具有隔热保温、吸声隔音性能；,4、北方水工建筑物，许多材料必须具有良好的抗渗性和抗冻性；,5、材料必须经受住风吹日晒等，因此必须具有良好的耐久性。,因此，学习材料的性质对我们了解材料的性能，正确选择、使用、材料有着很好的理论基础。,1,物理性质：密度、表观密度、堆积密度；孔隙率和空隙率;,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；,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；,材料的热工性能：比热、导热性、热变形性、耐燃性；,材料的耐久性能；,材料的组成结构、构造与材料性质的关系。,教学重点、难点：,材料的物理、力学性质,第二章 建筑材料的基本性质,教学目的与要求：,2,2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响,2.1.1 材料的组成,材料的组成包括,化学组成,和,矿物组成,；,（1）化学组成：,定义：化学组成是指构成材料的化学成分。,化学组成对材料性质的影响：不同化学组成的材料其性质不同；,例如：钢中的含碳量越多，硬度越大，但塑性、韧性越差。,3,含碳量C%,1,硬度,抗拉强度,断面收缩率,伸长率,冲击韧性,例：化学元素碳对钢材性质的影响如下图：,1.4,4,（2 矿物组成,许多无机非金属材料都是由各种矿物组成的。,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。,例如：硅酸盐水泥熟料中，,铝酸三钙、硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙,的性能都是不同的；,2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响,5,2.1.2 材料的结构和构造,（1）宏观结构（2）细观结构（3）微观结构,（1）宏观结构：用肉眼或放大镜能够分辨的,毫米级,以上的粗大组织；,（2）细观结构：用光学显微镜观察到的微,米级,的组织结构；,（3）微观结构：用电子显微镜、X光射线衍射仪等手段来研究材料分子、原子级的微观组织，称为微观结构；,6,2.2 材料的物理性质,1 、密度:,指的是材料在,绝对密实状态,下，单位体积的,干质量,，,计算公式为：,上式中， 密度（g/cm,3,),m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（cm,3,);,2.2.1密度、表观密度和堆积密度,7,关于密度计算中的体积问题,注意：,材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的实体积,对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很容易测定；,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。,8,有孔隙材料的体积测定方法,：,一般采用,李氏瓶,测定有孔材料的实体积,？思考题： 如何测量有孔隙材料的密度？,关于密度计算中的体积问题,9,*测量有孔隙材料密度的方法与步骤：,10,2、表观密度,指的是材料在自然状态下，单位体积的干质量；,表观密度的计算公式为：,上式中，,表观密度（kg/m,3,),m材料在干燥状态下的质量（kg）,；,v,o,材料在自然状态下的体积（m,3,);,*自然状态下的体积,v,o,= 密实状态下的体积,v,+孔隙体积,v,孔,思考题：比较密度和表观密度的大小？,11,？思考题：如何 测定材料的表观密度？,取材料样品,烘 干,烘箱105,0,C110,0,C,冷却到室温,干燥器,称量质量 m,天平,一、测定材料的干质量m:,12,二、测定材料的自然体积V,o,-,分两种情况：,（,1）对于形状规则的材料，如砖、石块等：,用,游标卡尺,可定材料的自然体积；,对于六面体，测定长、宽、高；,对于圆柱体，测定其直径和高；,（,2,）对于,形状不规则的材料,，如卵石、碎石等，采用,排液法,确定其自然体积；,13,*,排液法测定不规则材料自然体积V,石,：,14,3 堆积密度：,指的是颗粒状或粉状材料在,堆积状态,下，单位体积的质量,* 计算公式为,：, 堆积密度（kg/m,3,),m材料在干燥状态下的质（kg）；,材料在堆积状态下的体积（m,3,);,15,？思考题：如何测定砂和石子的堆积密度,？,（1）首先采用前述方法测定其干质量m;,（2）然后采用容量升来测定砂子、石子的堆积体积，方法如下：,a）,砂子采用1L、5L的容量升,来测堆积体积；,b）,石子采用10L、20L、30L的容量升,来 测定其堆积体积；,（3）利用公式计算堆积密度：,16,2.2.2 材料的密实度和孔隙率,一、材料的密实度和孔隙率：,1、材料的密实度：,是指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体体积占总体积的比例，用D来表示。,17,2 孔隙率：,是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率，用P表示。,孔隙可分为闭口孔和开口孔。,P=（V,0,-V）/V,0,*100%,=（1-V/V,0,）*100%,材料内部孔隙示意,18,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，连接孔隙越少,则：,其强度越高；,吸水越少；,抗渗性和抗冻性越好；,但是保温性差；导热性越好,P9 表2.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度和 孔隙率,19,2.2.3 材料的填充率与空隙率：,1、填充率,填充率是指散粒材料（如砂子、石子等）在堆积体积中，被其颗粒填充的程度。,填充率一般用D,来表示，按下式计算：,或,20,2.、空隙率,空隙率是指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率，用P,表示：,空隙率的大小反映了散粒 材料的颗粒之间相互填充的致密程度；,思考：空隙率与孔隙率有什么区别？,21,堆积密度、空隙率指标在工程中的应用,例如：在砼中，砂石间的空隙需要水泥浆填充。,其空隙越大，拌制砼所需的水泥浆量越多，如果要节约水泥，减少砼的成本，就需要采用空隙率尽可能小的砂石，而孔隙率与表现密度和堆积密度有关。因此，建筑用卵石、碎石GB/T14658-2001中规定，表观密度大于2500千克/立方米，堆积密度大于1350千克/立方米，空隙率小于47%。,22,课堂练习：,烧结普通砖的尺寸为240*115*53，其干燥质量为2487g，孔隙率为37%，求其密度和表观密度？,23,总结及作业,总结:,本节主要讲述表观密度、堆积密度、孔隙率、空隙率。应该注重于材料的表观密度、堆积密度的测定，以上四个指标在工程中具体应用。,作业：,P19 1、2、3,24,over,25,2.2.4 材料与水有关的性质,1、材料的亲水性和憎水性,（1）亲（憎）水性：,材料在空气中与水接触时，能被水湿润的，称为亲水性，否则为憎水性；,（2）亲（憎）水性材料：,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，如沥青，石蜡、塑料等；,？思考：防水防潮材料应优先选用哪种材料？,26,2、材料的吸水性和吸湿性,（,1）材料吸湿性及含水率,材料的吸湿性是指材料吸收空气中水分的性质.用含水率表示,含水率是指材料中所含水的质量占其干质量的百分率,，用W,h,表示；,计算公式如下：,27,含水率在工程中的应用,例如: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.因此在称量上应该考虑到砂石的含水情况.,己知每拌制1m,3,混凝土需要干砂606Kg,测得施工现场的含水率砂为7%,则现场需要称取多少湿砂?,砂用量：S,=S（1+W,s,）=606(1+7%)=648Kg,28,知识延伸,干燥的材料,吸收空气中的水分,潮,湿,的,材,料,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相对平衡时的含水率,释放水分,29,（2）吸水性与吸水率,吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质，吸水性的大小用吸水率表示，吸水率用两种表示方式。,1）质量吸水率：,30,2）体积吸水率：,材料在吸水饱和状态下，所吸收水的体积占材料自然体积的百分率。,思考：材料的吸水性和吸湿性有什么区别？,31,3、材料的耐水性,耐水性：,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,；,一般用软化系数,K,表示：,K,R,0.85的为耐水材料,.,32,4、抗渗性,抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质；,33,抗渗性的表示方法有两种:,一、渗透系数K,土一般采用,K越大，说明抗渗性越差。,二、抗渗等级P,砼和砂浆一般采用,。,等级越高，说明抗渗性越好。,用P6、P8、P10等表示,如：,P6表示材料的最大渗水压力为0.6MPa,34,5、抗冻性,定义：,指材料在含水状态下能忍受多次冻融循环而不破坏,强度也不显著下降的性质。,表示：,抗冻等级F,表示。,如F10，表示在标准试验条件下，材料强度下降不大于25，质量损失不大于5，所能经受的冻融循环次数最多为10次。,原因：,1、结冰体积膨胀,2、溶解由外向内进行，引起内外温度应力差。,影响因素：,外因和内因,。,注意：质量和强度损失都不超过标准规定的范围,35,二、 材料的热工性能：比热、导热性；,(1)材料的导热性：,是指材料存在温差时，热量能从材料的一面,通过材料本身传到另一面的性质，称为导热性；,导热性一般用 导热系数 表示！,(1),导热系数越小，材料的隔热保温性能越好；,（2）,金属材料的导热系数大于非金属材料的导热系数；,（3）,细小而封闭的孔隙，导热系数越小；,开口而粗大、连通的孔隙，导热系数越大；,36,(2)材料的热容量：,定义：是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。表示：比热C,解释一下，为什么滨海城市冬暖夏凉？,37,（3）热变形性：,材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质，称为材料的热变形性，亦称为温度变形；,温度变形一般用热膨胀系数 表示,（4）耐燃性,材料在空气中遇火不着火不燃烧的性能，称为耐燃性,38,2.3力学性质：,2.3.1 材料的强度和强度等级,1，材料的强度,材料的强度是指材料在外力作用下,不破坏时所能承受的最大应力,；,39,2，材料的强度等级,强度等级的定义：,大多数建筑材料根据其,极限强度,的大小，把材料划分为若干不同的等级，称为材料的强度等级；,材料强度等级划分的标准：,a)脆性材料,主要根据其,抗压强度,来划分强度等级，如混凝土、水泥、粘土砖等；,例：混凝土的强度等级划分为9级：,C15，C20C55,;,b)韧性材料,主要根据其,抗拉强度,来划分强度等级，如钢材等；,如钢材分为Q195,215,235,255,275等；,40,3，比强度,比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；,比强度的意义：,（1）衡量材料轻质高强性能的一项重要指标；,（2）选用比强度高的材料或者提高材料的比强度，对大跨度、高高度建筑十分有利；,普通混凝土、低碳钢、松木的比强度分别为0.012，0.053，0.069。,41,2.3.2 材料的弹性和塑性,1，弹性：,是指材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复原形状的性质，称为弹性；,2，塑性：,是指材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质，称为塑性；,42,43,低碳钢的曲线,分段的弹性变形和塑性变形,44,2.3.3 材料的脆性和韧性,1，脆性：,是指材料在外力作用下，直到破坏前无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质，称为脆性，如玻璃、混凝土、水泥等；,2，韧性：,是指材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质，称为韧性，如钢材、木材、橡胶等；,问题：脆性材料和塑性材料的主要区别是什么？,45,2.3.4 材料的硬度和耐磨性,1,，硬度：,是指材料表面抵抗较硬物体压入或刻划的能力；,2,，耐磨性,:,是指材料抵抗磨损的能力；,*一般用磨损率来表示，计算公式如下：,46,2.4 材料的装饰性,装饰材料：,主要指用于建筑物内、外墙面、柱面、地面和顶棚等处的饰面材料；,装饰效果主要取决于以下三个方面：,（1）色彩；,（2）质感；,（3）线形；,47,2.5 材料的耐久性,耐久性：,材料在使用过程中，能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不失去其原有性能的性质，称为耐久性；,48,本章作业：,P19,1、2、3、4,49,课后思考题,50,1，,新建的房屋保暖性差，到了冬季更甚，,这是为什么？,（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,，保温性越 ，吸水率 。,3，,软化系数表示材料的,A,抗渗性； B,抗冻性； C，耐水性；D，吸湿性,4，,在100g含水率为3的湿砂中，其中水的,质量为,A，3.0g; B，2.5g; C，3.3g; D，2.9g;,51,本 章 结 束,52,