材料的基本物理性质.ppt

1 2 1材料与质量有关的性质密度 表观密度 堆积密度孔隙率 空隙率与密实度 填充率1 2 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 1 2材料的物理性质 一 密度1 定义 材料在绝对密实状态下单位体积的质量 式中 材料的密度 g cm3 m 材料的质量 干燥至恒重 g V 材料在绝对密实状态下的体积 cm3 2 计算公式 1 2 1材料与质量有关的性质 绝对密实状态下的体积 不包括材料内部孔隙的固体物质的实体积 对近于绝对密实的材料 如金属 玻璃等 量测几何体积 称重 代入公式中计算 对有孔隙的材料 如砖 混凝土磨成细粉 通过0 2mm或900孔 cm2方孔筛 用李氏密度瓶测量V 排水法 实验 3 密度的测定 二 表观密度1 定义 材料在自然状态下 单位体积的质量 式中 0 材料的表观密度 kg m3或g cm3 m 材料的质量 干燥至恒重 kg或g V0 材料在自然状态下的体积或表观体积 2 计算公式 自然状态下的体积 包括材料实体积和内部孔隙 闭口和开口 的外观几何形状的体积 测定方法 材料在包含孔隙条件下的体积可采用排液置换法或水中称重法测量 3 表观密度的测定 实验 对形状规则的材料 烘干 量测几何体积 称重 代入公式计算对形状不规则的材料 表观密度的测量 三 堆积密度 实验 1 定义 粉状或粒状材料在堆积状态下 单位体积的质量 干堆积密度 湿堆积密度 式中 0 堆积密度 kg m3 m 材料的质量 kg V 0 材料的堆积体积 m3 V 0 V Vbk Vkk V空 2 计算公式 工程意义 建筑工程中在计算材料用量 构件自重 配料 材料堆场体积或面积以及计算运输材料的车辆等时 均需要用到材料的上述状态参数 具体来说 可用来计算材料的孔隙率 进行混凝土的配合比计算 表观密度建立了材料自然体积与质量之间的关系 可用来计算材料的用量 构件自重 确定材料堆放空间等 密度 表观密度 堆积密度的大小关系 三个密度之间的大小关系及工程意义 四 密实度与孔隙率1 密实度1 定义 材料自然状态体积内被固体物质充实的程度 2 计算公式 2 孔隙率1 定义 材料的孔隙体积占表观体积的百分比2 计算公式 或 D P 1 二者关系 3 开口孔隙率 Pk 和闭口孔隙率 Pb 1 开口孔隙率 Pk 材料在常温 20mmHg真空条件下能被水进入的孔隙体积与材料自然状态体积之比的百分数 m1 材料真空条件下 达到吸水饱和面干时的质量 m 材料干燥状态下的质量 2 闭口孔隙率 Pb 材料内部孔隙构造分 连通的与封闭的两种 连通孔隙不仅彼此贯通且与外界相通 而封闭空隙则不仅彼此不连通而且与外界隔绝 孔隙按尺寸分 极微细孔隙 细小孔隙 较粗大孔隙孔隙率的大小 分布及特征直接反映材料的致密程度 对材料的物理 力学性质均有影响 1 定义 散粒材料堆积体积中 颗粒填充的程度 2 空隙率1 定义 散粒材料堆积体积中 颗粒之间的空隙体积所占的比例 2 计算公式 或 五 填充率与空隙率 2 计算公式 1 填充率 二者关系 D P 1 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒相互填充的致密程度 空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据 混凝土施工中采用空隙率较小的砂 石骨料可以节约水泥 提高混凝土的密实度使混凝土的强度和耐久性得到提高 常用材料的密度 表观密度 堆积密度及空隙率如P11表1 1所示 表1 1常用建筑材料的密度 表观密度和堆积密度 亲水性与憎水性吸水性与吸湿性耐水性抗冻性抗渗性 1 2 2材料与水有关的性质 润湿角 a 亲水性材料 090 1 定义 当材料与水接触时被水湿润的性质 一 亲水性与憎水性 演示实验 实验证明 当 90 时 材料表面吸附水 材料能被水润湿而表现出亲水性 这种材料称亲水性材料 当 90 时 材料表面不吸附水 称憎水性材料 当 0 时 表明材料完全被水润湿 称为铺展 1 吸水性 1 定义 材料在水中能吸收水分的性质 2 度量指标 吸水率3 吸水率 材料在没有压力的水中吸水达到饱和面干状态时的含水率 质量吸水率 体积吸水率 式中 材料质量吸水率 m 材料干燥状态下质量 g m1 材料吸水饱和面干状态下质量 质量吸水率 材料吸入水的质量占材料干燥状态下质量的百分率 二 吸水性与吸湿性 封闭孔隙较多的材料 吸水率不大时通常用质量吸水率公式进行计算 对一些轻质多孔材料 如加气混凝土 木材等 由于质量吸水率往往超过100 故用体积吸水率计算 体积吸水率 材料吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率 4 材料的饱水率定义 材料在常温 20mmHg真空条件下 在水中吸至饱和面干时的含水率 度量指标 质量饱水率 体积饱水率饱水系数 体积吸水率与体积饱水率的比 体积吸水率与体积饱水率与孔隙率的关系 5 材料的吸水性与孔隙的关系材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关 对于细微连通孔隙 孔隙率愈大 则吸水率愈大 闭口孔隙水分不能进去 而开口大孔虽然水分易进入 但不能存留 只能润湿孔壁 所以吸水率仍然较低 各种材料的吸水率很不相同 差异很大 如花岗岩的吸水率只有0 5 0 7 混凝土的吸水率为2 3 粘土砖的吸水率达8 20 而木材的吸水率可超过100 2 吸湿性1 定义 材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力2 度量指标 含水率3 含水率 材料所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比 式中 材料含水率 m1 材料含水时的质量 g m 材料干燥状态下的质量 g 材料吸湿性作用一般是可逆的 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 材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率 称为平衡含水率 1 定义 材料抵抗水破坏作用的性质 2 度量指标 软化系数 即 式中 K软 材料的软化系数 f饱 材料在吸水饱和状态下的抗压强度 MPaf干 材料在干燥状态的抗压强度 MPa 三 耐水性 K软值越小 材料的耐水性 材料的软化系数的范围在0 1之间 通常软化系数大于等于0 85的材料称为耐水材料用于水中 潮湿环境中的重要结构材料 必须选用软化系数不低于0 85的材料 用于受潮湿较轻或次要结构的材料 则不宜小于0 70 0 85 1 定义 材料抵抗压力水渗透的性质 2 工程意义 当材料两侧存在不同水压时 一切破坏因素 如腐蚀性介质 都可通过水或气体进入材料内部 然后把所分解的产物带出材料 使材料逐渐破坏 如地下建筑 基础 压力管道 水工建筑等经常受到压力水或水头差的作用 故要求所用材料具有一定的抗渗性 对于各种防水材料 则要求具有更高的抗渗性 四 抗渗性 3 材料的抗渗性指标 渗透系数 4 渗透系数的测定 在一定时间t内 透过材料试件的水量Q 与试件的渗水面积A及水头差成正比 与渗透距离 试件的厚度 d成反比 演示实验 式中K 材料的渗透系数 cm h Q 渗透水量 cm3 d 材料的厚度 cm A 渗水面积 cm2 t 渗水时间 h H 静水压力水头 cm K值愈大 表示材料渗透的水愈多 即抗渗性愈差 抗渗性是决定材料耐久性的主要指标 5 工程度量指标 抗渗等级抗渗等级 试件在透水前所能承受的最大水压力 表示方式 以符号 P 和材料透水前的最大水压力的0 1MPa表示 如P4 P6 P8等分别表示材料能承受0 4 0 6 0 8MPa的水压而不渗水 用公式表示 S 10H 1式中 S 抗渗等级 H 试件开始渗水时的压力 MPa 6 材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征的关系 细微连通的孔隙 水容易渗入 故这种孔隙愈多 材料的抗渗性愈差 闭口孔隙 水不能渗入 因此闭口孔隙率大的材料 其抗渗性仍然良好 开口大孔 水最易渗入 故其抗渗性最差 材料的抗渗性还与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 材料的耐久性与材料抗渗性的有着密切的关系 1 定义 材料在水饱和状态下 能经受多次冻融循环 保持其原有性质或不明显降低原有性质的能力 2 工程度量指标 抗冻标号3 试验测试指标 质量损失率 不超过5 强度损失率 不超过25 用符号 Dn 表示 其中n即为最大冻融循环次数 如D25 D50等 五 抗冻性 4 材料抗冻标号的选择 根据结构物的种类 使用条件 气候条件等来决定的 烧结普通砖 陶瓷面砖 轻混凝土等墙体材料 一般要求其抗冻标号为D15或D25 用于桥梁和道路的混凝土应为D50 D100或D200 水工混凝土要求高达D500 5 材料受冻融破坏主要原因 孔隙中的水结冰所致 水结冰时体积增大约9 若材料孔隙中充满水 则结冰膨胀对孔壁产生很大应力 当此应力超过材料的抗拉强度时 孔壁将产生局部开裂 随着冻融次数的增多 材料破坏加重材料的抗冻性取决于其孔隙率 孔隙特征及充水程度 1 如果孔隙不充满水 即远末达饱和 具有足够的自由空间 则即使受冻也不致产生很大冻胀应力 2 极细的孔隙 虽可充满水 但因孔壁对水的吸附力极大 吸附在孔壁上的水其冰点很低 它在 般负温下不会结冰 3 粗大孔隙一般水分不会充满其中 对冰胀破坏可起缓冲作用 4 闭口孔隙水分不能渗入 而毛细管孔隙既易充满水分 又能结冰 故其对材料的冰冻破坏作用影响最大 另外 从外界条件来看 材料受冻融破坏的程度 与冻融温度 结冰速度 冻融频繁程度等因素有关 环境温度愈低 降温愈快 冻融愈频繁 则材料受冻破坏愈严重 冻融破坏的大坝坝面 使用20年的高速公路桥梁