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1、,第二讲材料的基本性质(I),1.1 材料的物理性质41.1.1 密度41.1.2 与水有关的性质231.1.3 与热有关的性质471.1.4 小结491.1.5 思考题50,1.1.1 密度,与密度相关的内容:1.1.1.1 密度、表观密度、堆积密度 1.1.1.2 密实度与孔隙率 1.1.1.3 填充率与空隙率,材料在绝对密实状态下单位体积的质量,1.1.1 密度,密度,工程上还经常用到比重的概念,比重又称相对密度,是用材料的质量与同体积水(4)的质量的比值表示,无单位,其值与材料密度相同(g/cm3)。,材料在自然状态下,单位体积的质量。,1.1.1 密度,表观密度,材料在自然状态下,单
2、位体积的质量。,体积密度,1.1.1 密度,表观密度,体积密度,自然状态下体积示意图,1.1.1 密度,表观密度,视密度:材料在近似密实状态时单位体积的质量。所谓近似密实状态下的体积,是指包括材料内部闭口孔隙体积和固体物质实体积。,体积密度,材料在堆积状态下单位体积质量。紧堆积密度及松堆积密度之分。,V0V+Vkk+VbkVk,1.1.1 密度,堆积密度,测定散粒材料的体积可通过已标定容积的容器计量而得。测定砂子、石子的堆积密度即用此法求得。若以捣实体积计算时,则称紧密堆积密度。,密度、表观密度和堆积密度的关系,1.1.1 密度,关联,差异,单位体积的质量,产生差异的原因是什么?,密度、表观密
3、度和堆积密度的测定,1.1.1 密度,密度的测定,近于绝对密实的材料,多孔隙的材料,测量几何体积,称重,代入公式,李氏密度瓶测量,不规则形状,规则形状,1.1.1 密度,有孔材料密度的测定,1.1.1 密度,密度、表观密度和堆积密度的测定,1.1.1 密度,表观密度的测定,对形状不规则材料排液置换法或水中称重法测量,对形状规则的材料,烘干,称重m,封蜡,空气中称重m1,水中称重m2,烘干,称重m,测量V,代入公式,密度、表观密度和堆积密度的测定,1.1.1 密度,堆积密度的测定,紧堆积密度松堆积密度,材料体积内被固体物质充实的程度,材料体积内,孔隙体积所占的比例,或,孔隙率,密实度+孔隙率=1
4、或D+P=1,1.1.1.2 密实度与孔隙率,密实度,孔隙率大小反映了材料的致密程度,对材料的物理、力学性质均有影响。,1.1.1.2 密实度与孔隙率,孔隙的大小及其分布、特征对材料的性能影响较大。,材料内部孔隙的构造,可分为连通的与封闭的两种。孔隙按尺寸分为极微细孔隙、细小孔隙、较粗大孔隙。,1.1.1.2 密实度与孔隙率,某材料密度为2.65g/cm3,表观密度为2.4g/cm3,将表观体积为367cm3、重量为929g的该材料浸入水中,吸水饱和后称得重量为957g,问此材料的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率各为多少?,孔隙率,解答,1.1.1.2 密实度与孔隙率,某材料密度为2.65g/c
5、m3,表观密度为2.4g/cm3,将表观体积为367cm3、重量为929g的该材料浸入水中,吸水饱和后称得重量为957g,问此材料的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率各为多少?,孔隙率:10.42%,开口孔隙率,解答,1.1.1.2 密实度与孔隙率,某材料密度为2.65g/cm3,表观密度为2.4g/cm3,将表观体积为367cm3、重量为929g的该材料浸入水中,吸水饱和后称得重量为957g,问此材料的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率各为多少?,解答,闭口孔隙率,孔隙率:10.42%,开口孔隙率:7.63%,散粒材料堆积体积中,颗粒填充的程度。,散粒材料空隙体积占堆积体积的比例,或,1.1.1.2
6、 填充度与空隙率,填充率,空隙率,D+P=1或填充率+空隙率=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。,小 结,在绝对密实状态,在自然状态,在堆积状态,密度,表观密度,堆积密度,孔隙率,1.1.2 材料与水有关的性质,1.1.2.1 亲水性与憎水性1.1.2.2 吸水性与吸湿性1.1.2.3 耐水性1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,1.1.2.1 亲水性与憎水性,润湿角(a)亲水性材料 90(b)完全亲水材料180(c)憎水性材料 90,1.1.2.1 亲水性与憎水性,1.1.2.1 亲水性与憎水性,1.1.2.2 吸水性与吸湿
7、性,1,吸水性,质量吸水率,体积吸水率,吸水率,封闭孔较多的材料,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%,用体积吸水率进行计算。,材料吸水性与材料孔隙率和孔隙特征的关系?,1.1.2.2 吸水性与吸湿性,例题,有甲乙两种材料,密度(比重)均为2.5g/cm3,甲材的干容重(干表观密度)1400kg/m3,重量吸水率为10%,乙材吸水饱和后的湿容重为1875kg/m3,其体积吸水率为47.5%。求:(1)甲材的孔隙率和体积吸水率;(2)乙材的干容重和孔隙率。,解答,(1)甲材的孔隙率 甲材的体积吸水率 1.410%=14
8、%(2)乙材的干容重为1875-475=1400 kg/m3乙材的孔隙率,1.1.2.2 吸水性与吸湿性,1,吸湿性,含水率,平衡含水率,1.1.2.3 耐水性,软化系数,fw-材料在吸水饱和状态下的抗压强度,MPa,f-材料在干燥状态的抗压强度,MPa。,材料的软化系数的范围在01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0.700.85。,1.1.2.3 耐水性,例题,某材料的抗压强度为28.0MPa,在水中吸水饱和后测得其强度为21.3MPa,问该材料能否用于长
9、期与水接触的环境中?,解答,结果讨论:?,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,1,抗渗性,抗渗等级,or,渗透系数,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H成正比,与渗透距离(试件的厚度)d成反比。,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,渗透系数,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,抗渗等级,在标准试验方法下进行透水试验,以规定的试件在透水前所能承受的最大水压力来确定。,or,渗透系数,1,抗渗性,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,抗渗等级,P=10H-1,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,2,抗冻性,其强度降低不超过规定值,无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数用符号“Dn”表示,
10、n即为最大冻融循环次数,如D25。,抗冻标号,强度损失率(不超过25)质量损失率(不超过5%),材料抗冻标号的选择,足根据结构物的种类、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。,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,冻融破坏的大坝坝面,使用20年高速公路桥,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,1.1.2.4 抗渗性与抗冻性,1.1.3 材料的热工性质,导热系数,1,材料的导热性,1.1.3 材料的热工性质,比热容,2,材料的
11、热容量,1.1.4 小 结,孔隙率,密度,亲水性,吸水性,抗冻性,抗渗性,耐水性,表观密度,堆积密度,?,?,?,1.1.5 思考题,1 材料的软化系数越大,则其 A)耐水性越好 B)耐水性越差 C)抗冻性越好 D)抗冻性越差2 干燥的石材试样重500g,浸入水中吸水饱和后排出水的体积是190cm3,取出后抹干再浸入水中排开水的体积是200cm3,求此石材的表观密度、体积吸水率和重量吸水率。,3 材料的开口孔隙率越多,则其。A)耐水性越好 B)耐水性越差 C)抗渗性越好 D)抗渗性越差材料吸水后,将使材料的 提高。A)耐久性 B)强度 C)保温 D)导热系数,1.1.5 思考题,1.1.5 思考题,5 干燥石材试样重964g,浸入水中吸水饱和后,取出抹干再浸入水中排出水的体积是370cm3,取出后称得重量为970g,磨细后烘干再浸入水中排出水的体积是356cm3。求:(1)该石材的密度和表观密度;(2)开口孔隙率和闭口孔隙率。,
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