土木工程材料基本性质-土木工程材料.ppt

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1、第1章 土木工程材料基本性质,南华大学杨建明教授,2023/10/11,2.1 材料的组成、结构构造与性质,工程上把能用于结构、机器、器件或其他产品的具有某些性能的物质，称为材料。如金属、陶瓷、超导体、塑料、玻璃等。,2023/10/11,一、材料的组成材料的组成包括材料的化学组成、矿物组成和相组成1、化学组成，指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。2、矿物组成，具有特定的晶体结构，具有特定的物理力学性质的组织结构的物质称为矿物。矿物组成是构成材料的矿物种类和数量。3、相组成，固、液、气。,2023/10/11,二、材料的结构材料结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构1、宏观结构指用肉眼或

2、放大镜能够分辨的粗大组织。按其孔隙特征可分为：（1）致密结构金属材料、石材、玻璃、塑料、橡胶,2023/10/11,（2）多孔结构加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料（3）微孔结构石膏、低温烧结粘土按其组织特征可分：（1）堆聚结构如水泥混凝土、砂浆、沥青混合料（2）纤维结构木材、玻璃钢、岩棉（3）层状结构胶合板、蜂窝板、纸面石膏板（4）散粒结构砂石、粉煤灰、细砂,2023/10/11,2、细观结构光学显微镜观察到的结构只能针对具体材料分如钢铁可分为铁素体、渗碳体、珠光体,碳溶于Fe晶格中的固溶体，铁素体晶格原子间的间隙较小，其溶碳能力较低，室温下仅能溶入小于0.005%的碳。由于溶碳少而且晶格中滑

3、移而较多，故其强度低，塑性较好。,铁与碳的化合物，分子式Fe2C,含碳量为6.67%，其晶体结构复杂，性质硬脆，是钢中的主要强化组分。,铁素体和渗碳体相间形成的机械混合物。,2023/10/11,3、微观结构指原子、分子层结构电子显微镜或X射线来分析按微观结构可分为晶体、玻璃体、胶体（1）晶体，原子晶体（金刚石、石英）、离子晶体（氯化钠、石膏、石灰岩）、分子晶体（蜡、斜方硫）、金属晶体（铁、钢、铜、铝及合金）（2）玻璃体-非晶体玻璃体是化学不稳定的结构，容易与其他物质起化学反应。化学活性较高，如火山灰、炉渣、粒化高炉矿渣能与石灰或水泥在有水条件下起水化、硬化作用。,2023/10/11,（3）

4、胶体10-710-10m固体颗粒。通常分为溶胶结构、凝胶结构、溶胶凝胶结构材料的构造材料的构造是指特定性质的材料结构单元相互搭配情况。,2023/10/11,三、材料内部孔隙与性质1、内部孔隙来源与产生2、孔隙分类闭口孔隙、开口孔隙孔隙、裂隙和溶隙3、孔隙对材料性质的影响,2023/10/11,2.2 材料的物理性质,一、材料的体积组成开口孔、闭口孔块状材料：（1）材料绝对密实体积V；（2）材料孔体积VP（开口VK、闭口VB）；（3）材料自然状态下体积V0。,2023/10/11,散粒材料：颗粒间体积Vj,2023/10/11,二、材料的密度、表观密度与堆积密度密度是指物质单位体积的质量，单位

5、为g/cm3或kg/m3。1、密度真实密度是指材料在规定条件（1055烘干至恒重，温度20）绝对密实状态下（绝对密度状态是指不包括任何孔隙在内的体积）单位体积的具有的质量。,2023/10/11,2、表观密度表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量。气干表观密度，烘干状态下称干表观密度。3、堆积密度堆积密度是指粉状、粒状或纤维在自然堆积状态下单位体积（包括了颗粒的孔隙及颗粒之间的空隙）所具有的质量。,2023/10/11,三、材料的密实度与孔隙度1、密实度密实度是指材料体积被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积Vs占总体积的比例。2、孔隙率孔隙率是指材料孔隙体积（包括不吸水的闭口孔隙

6、，能吸水的开口孔隙）与总体积之比。,2023/10/11,四、材料填充率与空隙率1、填充率填充率是指某堆积体积中，被散粒材料颗粒所填充的程度。2、空隙率空隙率是指在某堆积体积中，散粒材料颗粒之间的空隙体积所占的比例,2023/10/11,五、材料与水有关的性质1、亲水性与憎水性 润湿角90的材料为亲水性材料。反之90表明该材料为憎水性材料。,图2-1 材料润湿示意图(a)亲水性材料；(b)憎水性材料,2023/10/11,2、吸水性材料在浸水状态下吸入水分的能力为吸水性。用吸水率表示。质量吸水率 体积吸水率 如花岗岩等致密岩石的吸水率仅为0.5%0.7%,普通混凝土吸水率为2%3%，粘土砖的吸

7、水率为8%20%，而木材或其他轻质材料吸水率常大于100%。,2023/10/11,3、吸湿性材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。用含水率表示。吸湿作用一般是可逆的，也就是说材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。材料与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。,2023/10/11,4、耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力称为材料耐水性。材料耐水性应包括水对材料的力学性质、光学性质、装饰性质等方面的性质的劣化作用。用软化系数表示。强度降低的原因：水分进入材料，材料表面张力作用，产生劈裂破坏作用；吸水膨胀，材料开裂破坏；物质发生溶解。对于经常位于水中或受潮严重的重要结构物的材

8、料，其软化系数不宜小于0.85。,2023/10/11,5、抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，可用渗透系数KS表示。抗渗等级常用Pn表示，P6表示材料最大能承受0.6Mpa水压力而不渗水。6、抗冻性材料在饱水状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。通常采用-15的温度到20水中融化。常用Fn表示。,2023/10/11,五、材料的热工性质常用热工性质有导热性、热容量、比热容。1、导热性材料传导热量的能力称为导热性。用热导率（）表示。热导率在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对表面的温度差为1K时，其单位面积（1m2）单位时间（1s）所

9、通过的热量,2023/10/11,2、比热容和热容量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（简称比热）表示。比热容表示1g材料升高1K时所吸收的热量，或降低1K时放出的热量。,2023/10/11,3、耐火性指材料在长期高温作用下，保持其结构和工作性能的基本稳定，而不损坏的性能。用耐火度表示。1）耐火材料1580，耐火砖2）难熔材料135015803）易熔材料1350，粘土砖、玻璃,2023/10/11,4、耐燃性1）不燃材料2）难燃材料3）易燃材料5、温度变形线膨胀系数,2023/10/11,2.3 建筑材料的力学性质,一、材料受力状态压力、拉力、弯曲（折）

10、、剪切二、材料的强度1、强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度,2023/10/11,2、比强度指单位体积质量材料所具有的强度，即材料的强度与其表观密度的比值（f/0）3、材料的弹性与塑性1）弹性与弹性变形弹性模量,2023/10/11,2）塑性与塑性变形图2-2 弹塑性材料变形曲线,2023/10/11,4、材料的脆性和韧性在外力作用下，当外力达到一定限度后材料突然破坏，无明显的塑性变形的性质称为脆性。在冲击、震动荷载作用下，材料能承受较大的变形且不致被破坏的性能称为韧性。用aK表示，冲击韧性值，即材料受冲击时单位断面所吸收能量来衡量。,2023/10

11、/11,5、材料的硬度与耐磨性1）硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。按刻划法：1、滑石；2、石膏；3、方解石；4、萤石；5、磷灰石；6、正长石；7、石英；8、黄玉；9、刚玉；10、金刚石。布氏硬度（钢球压入法）HB,2023/10/11,2）耐磨性是材料具有的抵抗磨损的能力，常用磨损率（G）表示。,2023/10/11,2.4 建筑材料的耐久性,材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵蚀而不破坏，且不易失去原有性能的性质称为耐久性。如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性。1、环境对材料的作用（1）物理作用,2023/10/11,（2）化学作用（3）机械作用（4）生物作用2、材料耐久性的测定,