绪论+材料基本性质ppt课件.ppt

建筑材料,课堂要求：,1、上课不迟到早退，有特殊情况要提前请假 2、上课必须带上课本、纸和笔，上课期间手机调为静音 3、按时完成作业,各教学环节占总分比例：期末考试成绩占70%；作业完成情况实验占20%；出勤情况占10%。,绪 论,绪 论一、建筑材料与土木工程定义：广义角度：土木工程材料是指在土木建筑工程中所应用的各种材料的总称，包括：构成建筑物本身的材料，如钢材、木材、水泥、石灰、砂石玻璃、防水材料、红砖等；施工过程中所用的材料，如钢、木模板及脚手杆、跳板等；各种建筑器材，如排水设备、采暖通风设备、空调、电气、电信、消防设备等。 狭义角度：土木工程材料是指构成建筑物本身的材料，也称为建筑材料。本书中主要介绍此类材料。,建筑材料的发展趋势,世界土木工程材料的发展趋势：,1、轻质高强材料发展的永恒主题；2、绿色环保材料发展的基本理念；3、节能节水社会发展的必然选择；4、部品化、组装话材料施工的基本要求；5、充分利用地方资源生产低成本土木工程材料可持续 发展的基本要求。,返回键,二、我国建筑材料的发展1、土木工程材料与文明发展的关系 土木工程材料是随着人类的进化而发展的,它和人类文明有着十分密切的关系, 人类历史发展的各个阶段, 土木工程材料都是显示它的文化的主要标志之一。,原始社会：,古代社会：,在隋唐时期，中国古土木工程材料的发展已经较为成熟，砖的应用逐步增多，砖墓、砖塔的数量增加；琉璃的烧制比南北朝进步，使用范围也更为广泛。金属材料的应用也仅限于一些农具以及装饰品等小范围之内。,近代与现代：,泰姬陵,迪拜塔,土木工程材料应具有四大特点：使用、耐久、量大和价廉。理想的土木工程材料的特点：高耐久性、高性能、多功能化、绿色环保、智能化等。三、建筑材料的分类：根据化学成分土木工程材料可分为无机材料，有机材料和复合材料。见表1土木工程材料按化学成分分类按功能可以分为建筑结构材料，墙体材料和建筑功能材料以及建筑器材等。见表2土木工程材料按功能分类,表1按化学建筑材料分类,返回键,表2土木工程材料按功能分类,2、土木工程材料在工程中的重要作用土木工程材料是建筑工程的物质基础。 不论是高达420.5m的上海金贸大厦，还是普通的一幢临时建筑，都是由各种散体土木工程材料经过缜密的设计和复杂的施工最终构建而成。土木工程材料的物质性还体现在其使用的巨量性，一幢单体建筑一般重达几百至数千t甚至可达数万、几十万t ，这形成了土木工程材料的生产、运输、使用等方面与其他门类材料的不同。土木工程材料的发展赋予了建筑物以时代的特性和风格。 西方古典建筑的石材廊柱、中国古代以木架构为代表的宫廷建筑、当代以钢筑混凝土和型钢为主体材料的超高层建筑，都呈现了鲜明的时代感。,建筑设计理论不断进步和施工技术的革新不但受到土木工程材料发展的制约，同时亦受到其发展的推动。 大跨度预应力结构、薄壳结构、悬索结构、空间网架结构、节能型特色环保建筑的出现无疑都是与新材料的产生而密切相关的。土木工程材料的正确、节约、合理的运用直接影响到建筑工程的造价和投资。 在我国，一般建筑工程的材料费用要占到总投资的5060%，特殊工程这一比例还要提高，对于中国这样一个发展中国家，对土木工程材料特性的深入了解和认识，最大限度地发挥其效能，进而达到最大的经济效益，无疑具有非常重要的意义。,3、土木工程材料的资源化问题,目前，随着国家可持续战略的实行，土木工程材料的发展在资源化利用方面面临着诸多需要解决的问题，如何从根本上改变我国建材工业发展中存在的高投入、低产出、高消耗、低效益的粗放式生产方式，选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式，把建材的发展和资源利用、生态保护、污染治理有机地结合起来，是21世纪我国土木工程材料发展的战略目标。 土木工程材料的资源化问题发展趋势：用废弃物或回收物代替部分或全部天然资源，采用传统工艺制作生态建材：用粉煤灰、煤矸石、页岩、矿渣、煤渣等工业废渣中之一种或两种，代替全部粘土或掺少量粘土仍采用烧结法制造空心砖或实心砖；用化学石膏(磷石膏、氟石膏、排烟脱硫石膏)代替天然石膏制造石膏制品。,用废弃物或回收物代替部分或全部天然资源，采用新工艺制作生态建材。利用固体废弃物为原料，采用免烧或低温烧成技术，生产建筑砌块、多功能墙体材料、绿化铺地材料及水泥等生态建材是节能、保护土地、变废物为有用资源，综合治理环境污染，从而实现经济、社会、资源和环境协调发展的极好途径。采用高新技术制作有益于人体健康、多功能的生态建材：高新技术生态建材，包括常温远红外建筑陶瓷、灭菌健康建筑卫生陶瓷、电磁波屏蔽材料，防辐射内墙涂料及电致自然光发生材料等；工业废渣的综合利用：粉煤灰综合利用、城市固体废弃物的综合利用、磷石膏及脱硫石膏等的应用；建材生产的生态化，它包括：建材生产中富氧煅烧技术，废气净化与利用，建材环境负担与性能评价系和数据库，“绿色标志”建材论证体系。,四、建筑材料的技术标准与工程建设规范,本课程重要依据的是国内标准。,（2）部委行业标准。建工标准 JG，建行标准JC，冶金行业标准YB，交通行业标准JT，铁道部标准TB（3）地方标准DB和企业标准QB,（1）国家标准 。国家标准有强制性标准(代号GB)，推荐标准,五、本课程的学习目的及方法,本课程的学习目的是掌握土木工程材料基本知识和试验的基本性能，为学习有关基础技术课程打下基础，并在工程实践中，具有选择与使用土木工程材料的能力。 在理论学习方面，要重点掌握材料的基础知识，基本性质，基本技能及外界因素对材料性质的影响和应用原则，各种材料都应遵循这一主线来学习。,第一章 建筑材料的基本性质,1-2 材料的物理性质,1-3 材料的力学性质,1-4 材料的耐久性、装饰性、环保性,1-1 材料的组成与结构与性质的关系,基本知识点,材料的组成、结构，材料的密度等基本结构特征参数、计算公式、测试方法及相互关系亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性热工性质等物理性质，相关确定和计算方法材料的受力变形、强度公式和计算、脆性与韧性等力学性质材料的耐久性,基本要求,重点：材料的密度等基本结构参数的概念、计算公式、测试方法及相互关系；掌握材料亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性的概念，以及吸水率的计算公式；掌握材料强度公式和计算以及实验方法。难点：材料性质之间的关系。例如根据材料的孔隙率及其构造分析判断材料的强度、隔热保温性、吸声性实验：材料的密度、表观密度、吸水率,1-1 材料的组成、结构和构造与性质的关系,一、材料的组成 材料的组成包括化学组成、矿物组成，决定材料各种性质的重要因素 1）化学组成是指构成材料的化学元素及化学的种类及数量，材料化学组成的不同是造成其性能各异的主要原因。 2）材料的矿物组成：金属元素和非金属元素按一定化学组成构成具有一定的分子结构和性质的物质称为矿物；,几种常见土木工程材料的化学组成,二、材料的结构,（一）材料的微观结构 材料的微观结构主要是指材料在原子、分子层次的材料内部组织状态。可分为晶体结构、玻璃体结构和胶体结构三种。,金刚石晶体，属于立方晶系,抗压强度高，耐磨性能好，而且具有抗腐蚀、抗辐射等优良性能。是天然存在最硬的物质。,碳原子以平面三角形的成键方式组成由六元环拼接的无限平面层形分子，这些分子再堆叠成石墨晶体。层间易于滑动，很软，是良好的固体润滑剂,氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：-Al2O3、-Al2O3 、-Al2O3 。 -Al2O3属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，在1600转变为-Al2O3 。 -Al2O3 属于六方系，稳定性好，在熔点2050 之前不发生晶型转变。,-Al2O3的结构(a)晶格结构 (b)密堆积模型,晶体： 组成物质的微观离子在空间 的排列有确定的几何位置关系。 具有强度高、硬度较大、有确 定的熔点、力学性质各向异性。 材料的微观结构 ： 玻璃体： 组成物质的微观离子在空间 的排列呈无序状态，具有化 学活性高、无确定的熔点、 力学性质各向同性 胶体： 极细微的固体颗粒均匀分 布在液体中所形成，呈分散 相和网状结构两种结构形式 称溶胶和凝胶 。,土木工程材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和胶体等形式。,（二）亚微观结构 亚微观结构也称细观结果，是指用光学显微镜观测手段研究的结构层次，它包括晶体粒子、玻璃体、胶体及材料内孔隙的形态、大小、分布等结构情况。（三）材料的构造 材料在宏观可见层次上的组成形式称为构造。 按照材料的孔隙尺寸可将材料的宏观结构分为以下类型： 1）致密结构：如金属、玻璃、致密的天然石材等； 2）微孔结构：如水泥制品、石膏制品及粘土砖瓦等； 3）多孔结构：如加气混凝土、泡沫塑料等。 按照材料的构成形态可将材料的宏观结构分为以下类型： 1）聚集结构：由骨料与胶凝材料胶结成的结构，如水泥混凝土、砂浆沥青混凝土、烧土制品、塑料等； 2）纤维结构：其内部具有方向性，纵向较密实而横向较疏松，组织中存在相当多的孔隙，如玻璃纤维、矿棉、棉麻等纤维状材料； 3）层状结构：将材料叠合成层状，以粘结或其他方法结合成为整体的结构，如胶合板、纸面石膏等； 4）散粒结构：松散颗粒状结构，如砂、石、珍珠岩等； 5）纹理结构：天然材料在生长或形成过程中自然造就天然纹理，如大理石等。,49,1-2 、材料的物理性质,(一)材料的体积： 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，因而表现出不同的体积。,一、材料与质量有关的性质,绝对密实体积 干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示。 一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。视体积 对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。一般以V ,表示。,材料的自然体积 材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0 表示。 形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。材料的堆积体积 粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以 表示。,表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。 因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。,工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积,（二） 材料的密度,材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。按下式进行计算：,式中：密度, 单位是g/cm3； m 材料的质量，单位是g； V 材料的绝对密实体积，单位是cm3。,对于固体块状材料而言，绝对密实状态下的体积指的是不包括孔隙在内的体积；对于固体散粒材料则指的是不包括其空隙在内的体积。这种材料实际上是不存在的。为了研究问题方便起见, 常将密实度较高的材料, 如钢材、玻璃和4 的水看成是绝对密实的。绝对密实状态的近似值称为视密度。,（2） 材料的表观密度(又称作体积密度),表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式进行计算：,式中：0表观密度, 单位是g/cm3； m 材料的质量，单位是g； V0自然状态下的体积或表观体积，单位是cm3。,材料在自然状态下的体积, 若只包括孔隙在内而不含有水分,此时计算出来的表观密度称为干表观密度; 若既包括材料内的孔隙, 又包括孔隙内所含的水分, 则计算出来的表观密度称为湿表观密度。,材料的密度和表观密度常用来计算材料的密实度、孔(空) 隙率、材料和构件自重、运输量以及在一定空间中不同材料的堆放量等。,几种密度的比较,（二） 材料的密实度与孔隙率,密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下： 式中： 密度； 0材料的表观密度。 对于绝对密实材料， 因 0 = ，故密实度D =1 或100%。对于大多数土木工程材料， 因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。,（1）密实度,凡具有孔隙的固体材料, 其密实度都小于1。材料的密度与表观密度越接近, 材料就越密实。材料的密实度大小与其强度、耐水性和导热性等很多性质有关。,例,普通粘土砖0 = 1900kg/ m3 ,= 2500kg/ m3 , 试求砖的密实度。,解：,故普通粘土砖的密实度为76%。,材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：式中：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3； V0材料的表观体积，cm3 或 m3； 0材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。,（2）孔隙率,材料实体内部和实体间常常部分被空气所占据，一般称材料实体内部被空气所占据的空间为孔隙，而材料实体之间被空气所占据的空间称为空隙。 材料的孔隙状况由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来说明。 孔隙率是指孔隙在材料中所占的比例，一般孔隙率越大，材料的密度越低、保温隔热性越好、吸声隔声能力越高。 孔隙按其连通性可分为连通孔和封闭空。前者指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的空隙；后者指孔隙之间、孔隙和外界之间都不连通的孔隙。 孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、极细微孔三类。粗大孔指直径大于毫米级的孔隙，其主要影响材料的密度、强度等性能；毛细孔指直径 在微米到毫米级的孔隙，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能；极细微孔直径在微米级以下的孔隙，其直径微小，对材料的性能影响反而不大。,（三）材料的填充率和空隙率,填充率是指粉状或颗粒状材料在其堆积体积中,被固体颗粒填充的程度。填充率 按下式计算： 式中：V0材料所有颗粒体积之总和，m3； 材料的堆积体积， m3 。,（1）材料的填充率,（2）空隙率,空隙率是指散粒材料在其堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率 按下式计算： 式中：0材料的体积密度； 材料的堆积密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。 填充率和空隙率是从两个不同侧面反映粉状或颗粒状材料的颗粒相互填充的疏密程度，二者之和等于1。,孔隙率与空隙率的区别,同种材料: 密度视密度容积密度堆积密度,1,返回键,66,1. 亲水性与憎水性,全润湿 润湿 不润湿,憎水性：材料与水接触时不能被水润湿的性质。,亲水性：材料与水接触时能被水润湿的性质。,二、与水有关的性质,当固体材料与水接触时，由于水分与材料表面之间的相互作用不同，会产生如图所示情况。图中在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿边角。,亲水性材料的含水状态可分为如图所示四种基本状态：干燥状态材料的孔隙中不含水或含水极微；气干状态材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡；饱和面干状态材料表面干燥，而孔隙中充满水达饱和；湿润状态材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜。除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态之间的过渡状态中。 （a）干燥状态（b）气干状态（c）饱和面干状态（d）湿润状态,1,SWU,亲水性与憎水性材料的特征：,材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。,水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。,水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。,1）吸水性吸水性定义：是指材料在水中吸水的性质。材料的吸水性用吸水率表示，它有以下两个定义：质量吸水率材料吸水饱和时，吸收的水分质量占材料干燥时重量的百分率。计算式：,式中 材料的质量吸水率（%） m 1常压下材料吸水达到饱和面干状态时的质量（g） m材料在干燥状态下的质量（g）,2材料的吸水性和吸湿性,式中h2o=1g/cm3为水在常温下的密度 o -块体材料的表观密度材料的开口孔越多，吸水量越多。虽然水分很易进入开口的大孔，但无法存留，只能润湿孔壁，所以吸水率不大。而开口细微连通孔越多，吸水量就越大。,体积吸水率材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状态时体积的百分率，计算式：,影响因素：亲水性、孔隙率、孔特征。 亲水性、孔隙率、微细连通孔吸水性,2）吸湿性吸湿性定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示，含水率计算公式：,式中W材料含水率（%） m1材料在含水状态下的质量； m材料在干燥状态下的质量。,1,1,平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。材料开口的微孔越多，吸湿性越强。影响因素：亲水性、孔隙率、孔特征,含水率表示材料在某一状态的含水能力，随环境温度和空气湿度的变化而变化。,吸水性和吸湿性,材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料的亲水性或憎水性密切相关： 材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。 亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。,1、为什么房屋一楼潮湿？2、如何解决？,1、地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，技术措施？对材料中的毛细管壁进行憎水处理,（二）材料与水有关的性质,吸水率与含水率的区别,(三)耐水性定义：材料的耐水性是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。耐水性用软化系数表示，如下式：,式中：K软材料的软化系数 f饱材料在饱和吸水状态下的抗压强度（MPa） f干材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）一般材料吸水后，强度均会有所降低，强度降低越多，软化系数越小，说明该材料耐水性越差。材料的KR在01之间，工程中将KR0.85的材料，称为耐水材料。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须KR0.85，次要结构中不宜小于0.75。,1,（四） 材料的抗渗性,材料的抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。,材料的抗渗性可用抗渗等级来表示, 即用材料抵抗压力水渗透的最大水压力值来确定, 其抗渗等级越高, 则表明材料的抗渗性能越好。材料的抗渗性还可用渗透系数K表示, 渗透系数的计算方法如下式:,式中: K 渗透系数, cm/ h ; Q 透水量, cm3 ; d 试件厚度, cm; F 透水面积, cm2 ; t 时间, h; H 静水压力水头, cm。,材料的渗透系数越大, 表明材料的透水性越好, 抗渗性越差。建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。,材料抗渗性能的好坏, 主要决定于材料本身孔隙率的大小及孔隙的特征。密实材料, 具有封闭口孔或极微细孔的材料, 一般是不会透水的;具有较大孔隙率, 且孔径大并且开口连通孔的材料,其抗渗性往往较差。,79,是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。多以抗冻等级F表示。抗冻等级用材料在吸水饱和状态下（最不利状态），经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，或动弹性模量满足要求时所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。 F25：表示材料在经受25次的冻融循环后仍可满足使用要求。,（五） 材料的抗冻性,材料与水有关的性质,影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率） 密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征 开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度 强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性 耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小 吸水量越大则其抗冻性越差。,三、材料与热有关的性质,1导热性定义：材料的导热性是指材料两侧有温差时，热量由高温侧流向低温侧传递的能力，常用导热系数表示。计算公式：,式中导热系数（W/m.k）； Q传导热量（J）； d材料厚度（m）； A材料传热面面积（m2）； T1T2材料两侧温差（K）； t传热时间（S）材料的导热性与孔隙特征有关，增加封闭孔隙能降低材料的导热能力。的影响因素：组成、结构，孔隙率、孔隙特征、受潮、受冻绝热材料定义： 0.23 w/mk,通常将0.23 W /（mK）的材料称为绝热材料。如：矿棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等,82,影响材料导热系数的主要因素有： （1）材料的组成与结构：通常金属材料的导热系数大于非金属材料；固体的大于液体；气体的最小。 （2）材料的孔隙率P：孔隙率P越大，即材料越轻（越小），导热系数越小。 （3）含水率：材料含水或含冰时，会使导热系数急剧增加。 （4）温度：温度越高，材料的导热系数越大（金属除外）。,热阻 热量通过材料时所受到的阻力，定义为材料层厚度与导热系数的比值热阻（单位：m2K/W） ：,（二）热容（量）和比热容同种材料的热容性差别，常用热容量比较，热容量定义：热容量是指材料在温度变化时的吸收或放出热量的能力。计算公式：,式中：Q热量（kJ） m材料的质量（kg） T1T2材料受热或冷却前后的温差（K）； C材料的比热容（kJ/kgK）是指单位质量的材料升高单位温度时所需热量。不同材料间的热容性，可用比热作比较。,三、材料的耐热性和耐燃性,1耐热性：材料长期在高温作用下，不失去使用功能的性能称为耐热性。,2耐燃性：在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质称为耐燃性，材料的耐燃性按耐火要求规定分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。,85,四. 吸声性和隔声性1、吸声性材料能吸收声音的性质称为吸声性。,吸声系数, 影响因素：频率、入射方向,常用频率：125、250、500、1000、2000、4000Hz。, 0.20,吸声材料,86,影响多孔吸声材料吸声效果的主要因素：（1）材料的孔隙率或体积密度 对同一吸声材料，孔隙率P越低或体积密度越大，则对低频声音的吸收效果越好，而对高频声音的吸收有所降低。（2）材料的孔隙特征 开口孔隙越多、越细小，则吸声效果越好。（3）材料的厚度 增加多孔材料的厚度，可提高对低频声音的吸收效果，而对高频声音没有多大的效果。,87,2. 隔声性是指材料隔绝声音的性质。,声音,传播途径,空气声,固体声,隔空气声,隔固体声,密实、沉重的材料,不连续的结构处理,88,1. 强度：是指材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。, 按外力作用方式：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度。,压 拉 弯曲 剪切,一、强度与比强度,（极限强度）,1-3 材料的力学性质,抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度工程设计所涉及的材料强度。强度等级土木工程材料常根据其极限强度值的大小，人为划分的若干“强度等级”比强度材料强度与材料的表观密度之比,抗压强度测试,直接拉伸测试,劈裂拉伸测试,四点弯曲试验,弹性极限强度：材料应力应变曲线上的弹性区最大应力极限强度: 材料应力应变曲线上的最大应力破坏(断裂)强度: 材料破坏(断裂)时的强度,90,材料强度的计算公式,（1）抗拉、抗压、抗剪强度：,f材料的强度 ，N/mm2或MPa；Fmax材料破坏时的最大荷载，N；A受力截面面积；,（2）抗弯强度：,单点集中加荷：,三分点加荷：,f材料的抗弯强度 N/mm2或MPa；Fmax破坏时的最大荷载N；L两支点的间距mm ；b、h试件横截面的宽与高mm。,91,常用土木工程材料的强度（ N/mm2或MPa ）,材料强度的影响因素：, 材料组成与结构、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、表面状况。,92,材料强度与表观密度之比。衡量材料轻质高强性能的主要指标。,钢材、木材和混凝土的强度比较,2. 比强度,弹性与塑性,材料在外力作用下产生变形, 外力去掉后, 变形能完全消失的性能称为弹性。材料在外力作用下产生变形, 外力去掉后, 变形不能完全恢复、并且材料也不即行破坏的性质, 称为塑性。材料不能恢复的残留变形, 叫塑性变形。,（二）材料在荷载作用下的,94,b a 变形,荷载,0,A,ab弹性变形,ob塑性变形,材料的弹塑性变形曲线,应该说明, 在外力作用下工程材料中单纯的弹性变形是不存在的。一些材料在外力不大的情况下, 外力与变形成正比，产生弹性变形；当外力超过一定数值后, 接着便出现塑性变形, 如建筑钢材中的低碳钢；也有些材料受到外力作用后，弹性变形和塑性变形同时发生，如混凝土。,95,1. 脆性：外力达到一定限度材料突然破坏（无明显塑性变形）,脆性材料的变形曲线, 常见脆性材料：砖、玻璃、铸铁、普通混凝土、陶瓷、石材、砂浆,2. 韧性：冲击、振动荷载作用材料吸收较大的能量而不发生破坏,四、脆性和韧性,96,1. 硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。,五、硬度与耐磨性,天然矿物：刻划（莫氏硬度）金属、木材等：压入法（布氏、洛氏、维氏硬度）混凝土、砂浆等：重锤下落回弹高度, 按试验方法可分为压痕硬度、冲击硬度、回弹硬度、刻痕硬度等。,97,块体材料,散粒材料,Q材料的耐磨硬度（g/cm2）或磨损率（%）G1、G2材料耐磨性试验前后的质量（g）A试件受磨面积（cm2）,2. 耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。 通常用耐磨硬度或磨损率表示：,1-4 材料的耐久性、装饰性、环保性,1,耐久性：是指材料在长期使用过程中，抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏的性质。材料的耐久性是材料的一项综合性质，一般包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、抗碳化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性、耐光性等许多项。,一、材料的耐久性,99,影响材料耐久性的主要因素,外因,内因,材料的组成与结构（孔隙率及孔隙特征）,二、材料的装饰性,1光学性质材料的光学性质包括颜色、光泽和透明性，主要取决于材料的组成和结构，不同的颜色给人不同的感受，用具有较好光泽和透明性的材料进行装饰的环境，使人产生轻快感、豪华感和大空间感。2、材料的表面性质材料的表面性质是指材料便民的粗细程度、软硬程度、凸凹程度、纹理构造、花纹图案等构造特征和材料表面的导热性质与化学性质。如：混凝土给人以粗犷、脆硬的感觉；木材、石材给人以返璞归真的感受等等。3、几何性质材料的几何性质是指建筑装饰材料的几何形状与尺寸以及装饰物的空间造型等。,1,材料的装饰性主要取决于材料的光学性质、表面性质和几何性质。,定义材料能够美化环境、协调人工环境与自然环境之间的关系、增加环境情趣的性能。,101,三、 材料的环保性,统筹考虑土木工程材料在全寿命周期内，不仅具有满意的使用性能，所用的资源和能源的消耗量最少，而且在生产与使用过程中对生态环境的影响最小，再生循环率最高。 绿色材料是环境负荷最小的一类土木工程材料。,绿色材料,102,绿色土木工程材料要满足四个目标：1）基本目标：功能、质量、寿命、经济性2）环保目标：从环境角度考核3）健康目标：对使用者健康无毒无害4）安全目标：燃烧性能及燃烧时释放气体的安全性,103,2. 材料的环境负荷性及其使用的健康安全性 满足国家产业政策的要求 就地取材 （例如：水泥厂建水泥粉磨站，将熟料生产与水泥生产分开） 选材时考虑循环利用性能 3R 原理（Reduce、Reuse、Recycle） 采用废弃物生产的土木工程材料,补充：孔隙及孔隙特征对材料性质的影响,1、孔隙对材料技术性质的影响是全方位的和多层次的，影响与孔隙率和孔隙特征有关。2、主要规律孔隙率大，材料的密度小，强度降低，耐久性也一般下降 ；开口孔隙和毛细孔道含量高，则材料的吸水性好，耐水性和抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性，以及在潮湿状态下的保温性都比较差。闭口孔隙率高的材料一般具有较好的保温性能和抗冻性能。而表面微孔结构的材料一般具有较好的吸声性能 。,谢谢！,106,练习题： 一块普通粘土砖尺寸为240mm115mm53mm，烘干后质量为2425g，吸水饱和后为2640g，将其烘干磨细后取50g用李氏瓶测其体积为19.2cm3，求该砖的密度、表观密度、容积密度、开口孔隙率、闭口孔隙率及密实度。,107,解：该砖的宏观外形体积为：,开口孔的体积为：,则该砖的密度为：,表观密度为：,容积密度为：,108,开口孔隙率为：,总孔隙率为：,闭口孔隙率为：,密实度为：,