工程材料基本性质

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,*,第,1,章 土木工程材料的基本性质,1,1.1,材料的物理性质,1.2,材料的力学性质,1.3,耐久性与环境协调性,1.4,材料的组成、结构、构造及其,对性能的影响,第,1,章 土木工程材料的基本性质,2,1.1,材料的物理性质,1.1.1,物理常数,物理常数：是材料内部组成结构状态的反映参数。,1.,固体（实体）,2.,闭口孔隙,3.,开口孔隙,3,1.,几种密度,（,1,）密度,(Density),：,材料在绝对密实状态下，单位,实体体积的干质量。,（,2,）表观密度,(,Apprent,density),：,材料单位表观体积（闭口,+,实体）的干质量。,V V,0,V,4,三种密度区别：,m,为,材料的烘干质量；,v,不同，可为,实体体积，表观体积，毛体积,。,密度 表观密度,毛体积密度,（,3,）毛体积密度,(,容积密度、容重）,(Bulk density),：,材料单位毛体积（闭口,+,开口,+,实体）的干质量。,(,测试方法不同，获得体积大小不同）,若,m,为自然气干质量，则称为体积密度。,5,反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。,（,4,）堆积密度,(Loose density),：,散粒状材料单位堆积体积（开口,+,闭口,+,实体,+,间隙）,的质量。,6,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：,实体体积,李氏比重瓶法,(,粉末,),表观体积,(,实体闭口,),排水法,(,水中重法,),毛体积,（实体闭口开口）,规则试件：计算法；,不规则试件：饱和排水法,堆积体积,(,实体闭口开口间隙,),密度筒法,7,2.,孔隙率,(Porosity),和空隙率,(,Peecenbagee,of void),（,1,）孔隙率与密实度,(,对应概念,),单块材料,孔隙率,密实度,同理，可计算出开口闭口孔隙率，实用意义不大。,8,（,2,）空隙率与填充率,散粒状材料,空隙率,填充度,9,1.1.2,材料与水有关的性质,1,.,亲水性,与憎水性,(Water affinity,、,Water repellency),亲水性材料：,润湿角,90,水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力,憎水性材料：,润湿角,90,水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力,10,2,.,吸水性,(Absorption),与吸湿性,(,Hygroscopicity,),（,1,）吸水性,饱水状态（吸水饱和）,恒值,质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率,体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率,（,2,）吸湿性,自然状态,变值,含水率：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率,m,1,材料湿质量，,g,m,o,材料干质量，,g,11,3.,耐水性,(Water resistance),材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质,指标：,软化系数,f,b,材料饱水状态抗压强度，,MPa,f,g,材料干燥状态抗压强度，,MPa,注意：,随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。,K,R,0.85,，,称为耐水材料,12,4.,抗渗性,(Water tightness),抵抗压力水渗透的性质,（,1,）渗透系数,（,2,）抗渗等级,指石料、砼或砂浆所能,承受的最大水压力。,如：最大承水压力为,0.2MPa,，,表示为,P,2,，另有,P,4,、,P,6,、,P,8,、,P,10,渗透系数：,透水量：,K,s,的意义：,抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。,13,5.,抗冻性,(Freeze-thaw durability),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。,因素：,水、负温度,抗冻等级：,能经受冻融循环的,最大次数,，,记为,F50,、,F100,、,F200,、,F300 ,14,1.2,材料的力学性质,1.2.1,强度,(Strength),材料抵抗外力破坏的能力。,1.,几种强度,（,1,）抗压,(Compressive),、抗拉,(Tensile),、抗剪,(Shearing),强度,（,MPa,）,F,破坏时的最大荷载，,N,A,受力截面面积，,mm,2,15,（,2,）抗弯强度（抗折强度,Bending strength,）,单点加荷：,三分点加荷：,不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲,L,/2,L,/2,16,2.,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,17,1.2.2,弹性,(Elasticity),和塑性,(Mould),1.,弹性,外力作用产生变形,外力取消能,完全恢复,。,指标：,弹性模量,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。,2.,塑性,外力作用产生变形,外力取消变形,不能恢复,18,1.2.3,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。,19,1.2.4,硬度,(Hardness),和耐磨性,(,Abradability,),1.,硬度,抵抗外物压入或刻划的能力。,可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；,布氏、洛氏硬度（金属材料）。,特点：,硬度高，耐磨性强，但不易加工。,2.,耐磨性,材料表面抵抗磨损的能力。,（路面材料要求）,20,1.3,耐久性与环境协调性,1.3.1,耐久性,(Durability),材料抵抗外力破坏的能力。,耐久性为综合性质：,(,抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨性等,),不同环境中，应考虑相应的性质。,1.3.2,环境协调性,对资源和能源消耗少，对环境污染小，循环再生,利用率高。,目前，提倡“绿色建材”,21,1.4,材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,1.4.1,材料的组成对性质的影响,1.,化学组成,构成材料的化学元素及化合物的种类与数量。,2.,矿物组成,矿物种类和数量。天然的，人工烧制的。,3.,相,组织均匀的物质。,22,1.4.2,材料的结构对性质的影响,1.,宏观结构,2.,亚微观结构,（细观） 包括纳米微观结构,3.,微观结构,晶体,按一定的规则在空间呈有规律的排列。,非晶体,不定形。,原因：,熔融物质急冷，来不及成晶而成。,如玻璃体,(,粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰,),，,化学潜能大，一定条件下发生化学反应。,23,1.4.3,材料的构造对性能的影响,具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。,与结构的区别,：,构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。,如材料的,(,孔隙、层理、纹理、疵病等,),24,作 业：,P18 1,、,2,、,3,、,4,注意：,定义的给定条件和含义,25,The end of this Part.,Thanks !,26,