建筑材料基本性质.ppt

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1、第一章 土木工程材料 的基本性质,材料是构成土木工程建筑物的物质基础。直接关系建筑物的安全性、功能性以及使用寿命和经济成本。一般来说，材料的性质可分为四个方面：(1)物理性质 包括表示材料物理状态特征及与各种物理过程有关的性质。(2)力学性质 指材料在应力作用下,有关抵抗破坏和变形的能力的性质。(3)化学性质 指材料发生化学变化的能力及抵抗化学腐蚀的稳定性。(4)耐久性 指材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力。,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质二、与水有关的性质三、与热有关的性质,任何材料均有质量和体积，材料根据形状可分为：块状材料，如：砖、石块、混凝土散状材料，如：水

2、泥、砂、石子等,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质,常压下吸不到水，但当水压力较大时，水可通过材料内部的毛细通道进入其中。,可见，材料的质量是相对确定的，但体积有多种，因而出现了以下几种密度。,1.密度,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质,(1)定义：密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。,(2)计算公式：,(3)测定方法：磨细、烘干、称量、排水法测体积。,（g/cm3）,2.视密度,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质,(1)定义：包括闭口孔隙在内的单位体积的质量。,(2)计算公式：,(3)适用范围及测定方法：已经是粒状的材料，如：砂、石子

3、、水泥等,不再磨细，直接用排水法测定其体积。,（g/cm3）,3.表观密度,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质,(1)定义：自然状态下单位体积的质量。,(2)计算公式：,(3)测定方法：规则材料,测量外形尺寸，计算体积;不规则材料表面封蜡，排水法测体积。,（kg/m3或g/cm3）,4.堆积密度,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质,(1)定义：散粒状或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。,(2)计算公式：,(3)测定方法：有松散法和紧堆法。,（kg/m3）,反映块状材料密实程度的二个指标：,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质,5.密实度D,

4、6.孔隙率P,显然，D+P=1。,反映散状材料填充程度和空隙率的指标：,第一节 材料的物理性质,一、与质量和体积有关的性质,7.填充率D,8.空隙率P,1.亲水性与憎水性,第一节 材料的物理性质,二、与水有关的性质,常用的二种判断方法示意图:,形成亲水性与憎水性的原因：水分子相互间的作用力作用力1水分子与材料分子间作用力作用力2亲水性：作用力2 作用力1憎水性：作用力1 作用力2,2.吸水性,第一节 材料的物理性质,二、与水有关的性质,材料在水中吸收水分的能力，取决于材料的亲水性和憎水性及孔隙率和孔隙特征。有二种表示方法：(1)质量吸水率(2)体积吸水率质量吸水率与体积吸水率的关系为,体积吸水

5、率适用于轻质、吸水能力较强的材料。体积吸水率实为材料的开口孔隙率，不可能大于100%。,3.吸湿性,第一节 材料的物理性质,二、与水有关的性质,材料在潮湿的空气中吸收水分的性质,称为吸湿性。用含水率表示：,影响材料吸湿性的因素有：(1)自身的特性(亲水性、孔隙率和孔隙特征)。(2)周围环境条件的影响，气温越低，相对湿度越大，材料的含水率就越大。(3)材料最终达到与环境湿度保持相对平衡时的含水率，称为平衡含水率。,4.耐水性,第一节 材料的物理性质,二、与水有关的性质,材料长期在饱和水作用下而不破坏,强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示：,软化系数一般在01间波动，其值越

6、小，材料耐水性越差。软化系数大于0.80的材料，通常可以认为是耐水材料。,材料的耐水性主要取决于其组成成分在水中的溶解度和材料内部开口孔隙率的大小。一般随溶解度增大，开口孔隙增多而变小。溶解度很小或不溶的材料以及具有较多封闭孔隙的材料，软化系数一般较大，而材料的耐水性较好。,5.抗渗性,第一节 材料的物理性质,二、与水有关的性质,材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(不透水性)。,材料的抗渗性可用以下两种方法表示:,(1)渗透参数K渗透系数越大,表明材料的透水性越好而抗渗性越差。,(2)抗渗等级是指材料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p(MPa)来确定。P

7、越大,材料的抗渗性越好。影响材料抗渗性的因素：与材料的亲水性有关，更取决于材料的孔隙率及孔隙特征。孔隙率很小而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性。,6.抗冻性,第一节 材料的物理性质,二、与水有关的性质,材料抵抗冻融循环而不破坏，也不显著降低强度的性质，称为抗冻性。,(1)冻融循环破坏的原因：材料有孔隙，孔隙中的水在结冰时体积膨胀9%。(2)冻融循环试验破坏的判定：以质量损失超过5%，或强度下降超过25%。(3)抗冻等级：破坏前所能经受的最大冻融循环次数来确定。用符号“F”和最大冻融循环次数表示。如F15、F15、F50、F100等。(4)材料冻融循环下破坏的过程(5)影响材料抗冻性的因素:a

8、.材料的强度b.材料的孔隙率及孔隙特征（材料孔隙的充水程度 Ks=Vw/Vk=P开/P）,1.导热性,第一节 材料的物理性质,三、与热有关的性质,材料传导热量的能力称为导热性。导热性的大小用热导率表示:,显然，热导率越小，材料的隔热性能越好。,材料的热导率决定于：(1)材料的化学组成、结构、构造；(2)孔隙率与孔隙特征、含水状况导热时的温度。,2.热容量,第一节 材料的物理性质,三、与热有关的性质,材料加热时吸收热量,冷却时放出热量的性质称为热容量。热容量的大小用比热容来表示。比热容在数值上等于1g材料，温度升高或降低1K时所吸收或放出的能量Q。,工程中应选用热导率小、热容大的材料。可以节约能

9、耗并长时间地保持室内温度的稳定。,第二节 材料的力学性质,一、强度二、弹性与塑性三、脆性与韧性,第二节 材料的力学性质,一、强度,材料抵抗在应力作用下破坏的性能称为强度。材料的强度包括:1.抗压强度2.抗拉强度3.抗剪强度4.抗弯强度(1)抗弯强度(2),影响材料强度的主要因素：(1)材料的组成与结构;(2)试件尺寸的大小;(3)试验环境与方法（试验机的刚度、加荷速度、温度、试件的湿度等）。,第二节 材料的力学性质,二、弹性与塑性,1.弹性应力与应变成正比。外力作用下产生变形，外力取消后，变形消失。2.塑性外力作用下产生变形，外力取消后，不能恢复的变形为塑性变形。3.弹塑性材料纯弹性和纯塑性材

10、料并不存在。如钢材。随着应力的增大，分别呈弹性、塑性、弹塑性。,第二节 材料的力学性质,三、脆性与韧性,1.脆性材料在外力作用下，无明显变形而突然破坏。如：天然石材、砖、玻璃、普通混凝土。力学特点：抗压强度远高于抗拉强度，不宜承受振动和冲击荷载。,2.韧性材料在振动和冲击荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形，而不致破坏的性能。如：木材、建筑钢材、沥青混合料等。力学特点：抗拉强度接近或高于抗压强度。,第三节 材料的耐久性,定义：材料在使用过程中抵抗各种自然因素有其他有害物质长期作用，能长久保持其原有性质的能力。包括：(1)抗冻性（抵抗冻融循环的能力）(2)抗渗性（抵抗水等侵蚀性液体及CO2等气体向材料内部渗透的能力）(3)抗风化性（抵抗物理风化、化学风化、生物风化的能力）(4)抗老化性能（材料在大气、阳光、水份等综合作用下性能的降低）(5)抗腐蚀性（化学腐蚀，如酸碱盐类水溶液；生物腐蚀，如菌类、昆虫的侵害）材料的耐久性直接关系到建筑物的安全性和经济性，已成为建筑设计中首要考虑的指标。,