材料基本性质.ppt

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1、建筑材料的基本性质,建筑物,砂、石子,砖、石,水泥,钢材,玻璃,木材,沥青,塑料,水,学习目的是什么？学习那些内容？,建筑材料及其在建设工程中的地位,材料直接影响建筑设计方案 材料是建设工程的物质基础 与结构和施工之间存在着相互促进的关系 影响构筑物的功能和使用寿命 影响建设工程的质量 影响构筑物的可靠度评价,建筑材料的现状和发展趋势,充分利用工业废料、能耗低、可循环利用 生产和使用过程不产生环境污染 产品可再生循环和回收利用 产品性能要求轻质、高强、多功能、无害 加强材料的耐久性研究和设计 主产品和配套产品同步发展,建筑材料的分类,按土木工程材料的使用性能分类 承重结构材料：梁、板、柱、基础

2、、墙体 钢材、混凝土、砖、砌块、墙板、楼板、屋面板和石材 非承重结构材料：框架结构的填充墙、内隔墙、围护材料 功能材料：防水、防火、装饰、保温、吸声（隔 声）、采光、防腐,建筑材料的分类,按建筑材料的使用部位分类 结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料、基础材料,建筑材料的分类,按材料的工程使用类别 建筑材料 道路建筑材料 港工材料 水工材料 市政材料、军工材料、核工业材料,建筑材料的分类,按建筑材料的化学组成分类,无机材料,有机材料,复合材料,金属材料,非金属材料,钢、铝、铜、铝合金、不锈钢,砂、石、砖、石膏、陶瓷、水泥,植物材料,沥青材料,高分子材料,木材、竹材、植物纤维,煤沥青

3、、石油沥青,塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶,有机与无机非金属,金属与无机非金属,金属与有机材料,聚合物混凝土、增强塑料,钢筋混凝土,PVC钢板、有机涂层合金板,建筑材料的主要学习内容,原材料,生产工艺,结构及构造,性能及应用,检验及验收,运输及储存,各章分别主要讲述:各类土建结构的品种、基本组成、组成设计、技术性能和技术指标,建筑材料的主要学习内容,国家标准(GB),部颁标准,地方标准,国际标准（ISO）,美国材料试验协会标准（ASTM）,企业标准,技术标准,建筑材料的主要学习内容 材料基本性质（4）无机胶凝材料（2）硅酸盐水泥（2）混凝土（4）建筑钢材（2）建筑塑料 功能材料,1 建筑材料的基

4、本性质,无机材料,有机材料,复合材料,建筑工程,道路工程,桥梁工程,地下工程,岩土工程,服务,创新,材料的基本性质,1 建筑材料的基本性质,材料的基本性质,物理性质,力学性质,耐久性,密度,孔隙率,与水的关系,热工性质,强度,弹性塑性,韧性脆性,硬度,耐久性定义,环境协调性,遮风挡雨耐热隔声耐腐防冻,承重抗震各种外力,长期使用性能退化,1 建筑材料的基本性质,特别提示,本章节新概念及重点,表观密度,孔隙率,空隙率,抗渗性,吸湿性,吸水性,耐水性,抗冻性,耐燃性,韧性脆性,耐久性,1 建筑材料的基本性质,1.1 材料的基本物理性质 1.2 材料的力学性质 1.3 材料的耐久性与环境协调性1.4

5、材料的组成、结构、构造及其对性 能的影响,1.1 材料的基本物理性质,1.1.1 密度相关1.1.2 材料的孔隙率和空隙率 1.1.3 与水有关的性质 1.1.4 热工性质,1.1.1 密度相关,真实密度,表观密度,单位体积的质量,材料的绝对密实状态,包括材料实体与内部孔隙,密度,1.1.1 密度相关,真实密度,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,测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，再用李氏瓶测定其绝对密实体积,1.1.1 密度相关,常见近似无孔隙材料,钢、玻璃,常见有孔隙材料,1.1.1 密度相关,表观密度,0 材料

6、的体积密度，g/cm3；m 材料的质量，g；V0 材料包含开闭口孔隙条件下的体积，cm3,对于规则形状材料的体积，可用量具测得。对于不规则形状材料的体积，可用封蜡排液法测得,1.1.1 密度相关,堆积密度,材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的 紧密程度及材料可能的堆放空间！,散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量,堆积体积,绝对体积,内部开闭孔体积,颗粒间空隙体积,1.1.1 密度相关,测量材料密度、表观密度、体积密度和堆积密度的目的,计算材料用量、构件自重、配料、材料堆放的体积或面积,1.1.2 材料的孔隙率和空隙率,孔隙率,材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率,内部孔隙,闭口孔隙,开口孔

7、隙,1.1.2 材料的孔隙率和空隙率,空隙率,堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积占堆积体积的百分率,1.1.2 材料的孔隙率和空隙率,材料的孔隙率,孔隙率的大小直接反映了材料的密实程度,材料的密实度D,材料内被固体所填充的程度,P+D=1,1.1.2 材料的孔隙率和空隙率,材料的孔隙率,材料内部除了孔隙的多少以外，孔隙的特征状态也是影响其性质的重要因素之一,孔隙特征：开口或闭口、粗孔或细孔,与材料的强度、吸水性、抗渗性、抗冻性和导热性等都有密切关系,一般而言，孔隙率较小，且与外部连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗渗性和抗冻性较好。,1.1.2 材料的孔隙率和空隙率,材料的空隙率,反

8、映了散粒材料的颗粒之间相互填充的密实程度,工程应用：在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制混凝土中骨料级配与计算混凝土含砂率时的重要依据,1.1.3 与水有关的性质,1、亲水性与憎水性2、吸水性与吸湿性3、耐水性4、抗渗性5、抗冻性,1.1.3 与水有关的性质,1、亲水性与憎水性,亲水性,憎水性,材料能被水润湿,材料不能被水润湿,1.1.3 与水有关的性质,1、亲水性与憎水性,亲水性,憎水性,水能通过毛细管作用而渗入材料内部,材料能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水,水泥、混凝土、砂、石、砖、木材,沥青、石蜡及某些塑料,常用作防水材料，或覆面层，以提高其防水、防潮性能,1.1.3 与水

9、有关的性质,2、吸水性与吸湿性,吸水性,吸湿性,材料能在水中吸收水分,材料在潮湿空气中吸收水分,质量吸水率体积吸水率,含水率质量吸水率,1.1.3 与水有关的性质,2、吸水性与吸湿性,吸水性,开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多,对于细微连通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。封闭的孔隙内水分不易进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不易存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。,孔隙率,1.1.3 与水有关的性质,2、吸水性与吸湿性,吸湿性,当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率较大，反之则小,材料中所含水分与周围空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。当材料吸湿达到饱和状态时的含水率即为吸水率

10、。,微小开口孔隙,空气湿度环境温度,具有微小开口孔隙的材料，吸湿性特别强，在潮湿空气中能吸收很多水分,1.1.3 与水有关的性质,吸水性与吸湿性产生的不利影响,材料吸水后会导致其自重增大、导热性增大、强度和耐久性将产生不同程度的下降。材料干湿交替还会引起其形状尺寸的改变而影响使用,1.1.3 与水有关的性质,吸水性与吸湿性案例,某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同析方式往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。,1.1.3 与水有关的性质,3、耐水性,材料长期在水

11、作用下不破坏，强度也不显著降低的性质,耐水性用软化系数,KR的大小表明材料在浸水饱和强度降低的程度。,KR值愈小，表示材料吸水饱和后强度下降愈多，即耐水性愈差。,1.1.3 与水有关的性质,3、耐水性,一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。这是因为水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒间的结合力。,材料的软化系数在01之间 工程中将KR0.85的材料，通常认为是耐水的材料,1.1.3 与水有关的性质,4、抗渗性-材料抵抗压力水渗透的性质,渗透系数,在一定厚度的材料，一定水压力下，单位时间内 透过单位面积的水量,Ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。抗渗性是决定材料

12、耐久性的主要指标。,1.1.3 与水有关的性质,影响抗渗性的因素,开口孔隙率,憎水性和亲水性,开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差,憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料,地下结构、压力管道、压力容器等结构，均要求其所用材料具有一定的抗渗性能。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。,1.1.3 与水有关的性质,5、抗冻性,材料在吸水饱和状态下，经受多次冻融循环作用而重量损失不大，强度也无显著降低的性质,因其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,1.1.3 与

13、水有关的性质,影响抗冻性的原因-内部原因,孔隙率及孔隙特征,孔隙不充满水,极细的孔隙,粗大孔隙,闭口孔隙,毛细管孔隙,有足够的自由空间，不产生很大冻胀应力,孔壁吸附力作用，冰点低，负温下不结冰,水分不会充满其中，缓冲冰胀破坏,水分不能渗入,冰冻破坏作用影响最大,1.1.3 与水有关的性质,影响抗冻性的原因-外部原因,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,材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落，逐渐向内部深入发展,1.1.3 与水有关的性质,5、抗冻性,抗冻标号用符号“Dn”表示，其中“n”即为最大冻融循环

14、次数，如 D25、D50等,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而水工混凝土要求高达D500。,材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高一般认为软化系数小于0.85的材料，其抗冻性较差,1.1.4 热工性质,降低建筑物的使用能耗为生产和生活创造适宜的条件阻止冷空气，维持室内温度,目的,1.1.4 热工性质,热容导热性耐燃性,1.1.4 热工性质,热容,材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质,比热,反映材料的吸热或放热能力大小的物理量,1.1.4 热工性质,指单位质量的材料升高单位温度所需的热量,比热,不同材料的热容，可用比热进行比

15、较,材料的比热，对保持建筑物内部温度稳定有很大意义。比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。,1.1.4 热工性质,导热性,材料传导热量的能力,材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。,孔隙粗大或贯通，由于对流作用，材料的导热系数反而增高,材料的孔隙率较大者其导热系数较小,1.1.4 热工性质,热容与导热性,材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋盖）进行热工计算时的重要参数，设计时应选用导热系数较小而热容量较大的土木工程筑材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。同时，导热系数也是工业窑炉热工计算和确定冷藏绝热层厚度的重要数据。,1.1.4 热工性质,

16、耐燃性-材料对火焰和高温度抵抗能力,非燃烧材料,难燃材料,可燃材料,不起火、不碳化不微燃,难起火、难微燃难碳化,立即起火或微燃,高温,火烧,高温,火烧,高温,火烧,钢铁、砖、石 玻璃,防火处理的 木材和刨花板,木材,1.1.4 热工性质,耐燃性,钢铁、铝、玻璃等材料受到火烧或高温作用会发生变形、熔融，所以虽然是非燃烧材料，但不是耐燃的材料,1.1.4 热工性质,耐燃性,本节回顾,密度,孔隙率,空隙率,抗渗性,吸湿性,吸水性,耐水性,抗冻性,耐燃性,表观密度,堆积密度,亲水性,憎水性,热容,导热性,1.2 材料的力学性质,材料的力学性质是指材料在外力作用下的变形及抵抗破坏的性质。,变形,破坏,弹

17、性变形,塑性变形,脆性材料,韧性材料,强度,1.2 材料的力学性质,1.2.1 强度1.2.2 弹性与塑性 韧性与脆性 硬度及耐磨性,1.2.1 强度,在外力作用下，材料抵抗破坏的能力,外力,内部质点结合力极限,变形,外力,内部质点结合力极限,破坏,从本质上来说，材料的强度应是其内部质点间结合力的表现！,外力在材料内部产生的极限应力，称为材料的强度,1.2.1 强度,根据所受外力的作用形式不同,材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总称为静力强度,1.2.1 强度,材料的静力强度是通过标准试件的破坏试验而测得,1.2.1 强度,孔隙率愈大,强度愈低,影响材料强度的几个因素,1.材料的强度与其

18、组成及结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不同。,1.2.1 强度,影响材料强度的几个因素,2.材料的强度也与其含水状态有关，含有水分的材料，其强度较干燥时的低,3.材料的强度也与其温度有关一般温度高时，材料的强度将降低,例如：沥青混凝土，钢铁,1.2.1 强度,影响材料强度的几个因素,4.材料的强度与其测试所用的试件形状、尺寸有关，也与试验时加荷速度及试件表面形状有关,相同材料采用小试件测得的强度比大试件的高,加荷速度快者，强度值偏高,试件表面不平或表面涂润滑剂的，强度值偏低,1.2.1 强度,由此可知，材料的强度是在特定条件下测定的数值,必须严格按照规定的试验方法进行,影响材料

19、强度的几个因素,1.2.1 强度,材料强度的划分等级,各种材料的强度差别甚大，建筑材料按其强度值的大小划分为若干个强度等级,烧结普通砖分为5个强度等级MU10MU30硅酸盐水泥分为6个强度等级42.5(R),52.5(R),62.5(R)普通混凝土分为12个强度等级C7.5C60,1.2.1 强度,材料强度划分等级的意义,生产者在控制质量时有据可依，保证产品质量,利于使用者掌握材料的性能指标，以便于合理选用材料，正确地进行设计和控制工程施工质量,1.2.1 强度,比强度,对不同强度的材料进行比较,目的,反映材料单位体积质量的强度,材料强度,与其表观密度,比强度,=,f（MPa）,(kg/m3)

20、,1.2.1 强度,引入比强度的意义,比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标,优质的结构材料，必须具有较高的比强度,玻璃钢木材,低碳钢,普通混凝土,普通混凝土是表观密度大而比强度相对较低的材料，所以努力促进普通混凝土向轻质、高强发展是一项十分重要的工作！,1.2.2 弹性与塑性,材料在外力作用下产生变形，当外力取消后变形即可消失并能完全恢复到原始形状的性质称为弹性,什么是弹性和弹性变形？,材料的这种可恢复的变形称为弹性变形,弹性变形属可逆变形，其数值大小与外力成正比，其比例系数E称为弹性模量,常数,1.2.2 弹性与塑性,弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标,引入弹性模量的意义,弹性模量愈

21、大，材料愈不易变形，亦即刚度愈好,弹性模量是结构设计的重要参数,1.2.2 弹性与塑性,材料在外力作用下产生变形，当外力取消后变形不能完全恢复到原始形状的性质称为塑性,什么是塑性和塑性变形？,材料的这种不可恢复的变形称为塑性变形,1.2.2 弹性与塑性,实际上，纯弹性变形的材料是没有的，大多数材料称之为弹塑性材料,例如：低碳钢受拉时应力应变图,1.2.2 弹性与塑性,许多材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时产生，这种材料当外力取消后，弹性变形即可恢复，而塑性变形不能消失,例如：混凝土,1.2.3 韧性与脆性,当外力达到一定值时，材料突然破坏，而无明显的塑性变形的性质称为脆性,在冲击或振动荷载作

22、用下，能吸收较大能量，同时产生较大变形而不破坏的性质称为韧性,脆性材料,韧性材料,1.2.3 韧性与脆性,脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍,脆性材料抵抗冲击荷载或振动作用的能力很差，只适合用作承压构件,大部分无机非金属材料均为脆性材料,天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土,1.2.3 韧性与脆性,冲击韧性指标是指用带缺口的试件做冲击破坏试验时，断口处单位面积所吸收的能量,工程中，要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，应具有较高的韧性。,1.2.4 硬度及耐磨性,材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力,硬度,硬度与键性有关，一般共价键，离子键及某些金

23、属键结合的材料的硬度较大,1.2.4 硬度及耐磨性,莫氏硬度：非均等差异的十个等级,布氏硬度（HB）测量较软的材料洛氏硬度（HRC）测量硬度较高的材料,硬度测量方法,HB与HRC可以查表互换，通常情况：1HRC1/10HB,1.2.4 硬度及耐磨性,材料表面抵抗磨损的能力,耐磨性,一般材料的强度较高、材料密实硬度较大，则其耐磨性愈好,材料的耐磨性与材料的组成成分、结构、强度、硬度等因素有关,工程中，对于用作踏步、台阶、地面、路面等部位的材料，应具有较高的耐磨性,本节回顾,强度,弹性,塑性,耐磨性,硬度,影响因素,划分等级,比强度,韧性,脆性,1.3 材料的耐久性,建筑物不同部位的材料,外力作用

24、,自身变化,环境因素,材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质,什么是耐久性？,建筑材料除具有良好的使用性能外还要提高材料使用寿命,为什么要提出耐久性？,1.3 材料的耐久性,1.3 材料的耐久性,材料的一项综合性质,抗冻性,抗风化性,抗老化性,耐化学腐蚀性,自然因素的破坏,物理作用,化学作用,生物作用,1.3 材料的耐久性,物理作用,化学作用,生物作用,干湿交替温度变化冻融循环,体积产生膨胀或收缩导致内部裂缝的扩展,材料受到酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀,使材料的组成成分发生质的变化,菌类、昆虫等的侵害,导致材料发生腐朽、蛀蚀等破坏,1.3 材料的耐

25、久性,生物作用:白蚁,北自辽宁丹东、大连；南至海南省的西、南中沙群岛；东自台湾；西至西藏均有白蚁分布。除吉林、黑龙江、内蒙古、青海、宁夏和新疆等省、自治区至今未发现白蚁,据国家建设部门调查，由白蚁造成的损失每年达十几亿元。在杭州，受蚁害得住户比例高达，新建楼房受蚁害竟高达,1.3 材料的耐久性,白蚁的危害：,1.3 材料的耐久性,白蚁的危害：,1.3 材料的耐久性,材料耐久性的测定,最可靠的判断,长期的观察和测定,使用条件,费时！,快速检验法,模拟实际使用条件,实验室,干湿循环,冻融循环,碳化,加湿,紫外线干燥循环,盐溶液浸渍,干燥循环,化学介质浸渍,1.3 材料的耐久性,提高材料耐久性的重要

26、意义,选用建筑材料时，必须考虑材料耐久性问题。采用耐久性良好的建筑材料，对节约材料、保证建筑物长期正常使用、减少维修费用、延长建筑物使用寿命等，均具有十分重要的意义。,1.3 材料的耐久性,提高材料耐久性的措施,减轻大气或周围介质对材料的破坏作用,降低湿度，排除侵蚀性物质等,提高材料本身对外界作用的抵抗性,提高材料的密度，采取防腐措施等,用其它材料保护主体材料免受破坏,覆面、抹灰、刷涂料等,1,2,3,1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,内因,物理性质,力学性质,耐久性,外,因,1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,什么是内因呢？,材料的组成、结构、构造对材料性质的影响,

27、1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,材料的组成,化学组成,矿物组成,构成材料的化学元素及化学物的种类及数量,构成材料的矿物种类和数量,与自然环境接触发生化学变化,决定其材料性质的主要因素,不仅影响着材料的化学性质，而且也是决定材料物理力学性质的重要因素,1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,材料,酸、碱、盐类侵蚀,火焰的耐燃、耐火性能,锈蚀,化学组成,化学作用,化学成分（或组成）是材料性质的基础，它对材料的性质起着决定性作用！,材料的组成,1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,材料化学组成相同但矿物组成不同也会导致性质的巨大差异,矿物组成,材料的组成,1.4 材

28、料的组成、结构、构造及其对性能的影响,从宏观组成层次讲，人工复合的材料如混凝土、建筑涂料等是由各种原材料配合而成的，因此影响这类材料性质的主要因素是其原材料的品质及配合比例。,1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,材料的结构,微观结构,强度、硬度、弹塑性、熔点、导热性、导电性等,宏观结构,孔隙特征,构造特征,密实结构,多孔结构,纤维,层状,纹理,粒状,堆聚,1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,材料的结构,密实结构,多孔结构,纤维,层状,纹理,粒状,堆聚,钢材、天然石材、玻璃,加气混凝土、石膏制品、烧结普通砖,木材、玻璃纤维、石棉,胶合板、纸面石膏板、塑料贴面板,木材、大理石、花岗石,砂子、石子、膨胀珍珠岩,水泥混凝土、砂浆、沥青混凝土,1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响,材料的构造,指具有特定性质的材料结构单元相互组合搭配情况,强调了相同材料或不同材料的搭配组合关系,节能墙板,隔热保温、隔声吸声、防火抗震、坚固耐久,2,本节回顾,耐久性,测定方法,改进措施,物理作用,化学作用,生物作用,材料组成,材料结构,材料构造,章节思考,材料的孔隙从哪几个方面影响材料的性能？,了解材料的组成和结构有何意义？,材料从高温的熔融的状态下冷却后，不同的冷却速度将使其耐久性产生何种影响？,