1建筑材料的基本性质（课件）- 《建筑材料》同步教学（电工版·2016版）

1.建筑材料的基本性质 1.1 材料的基本状态参数 1.4 材料的热性质 1.2 材料的力学性质 1.5 材料的耐久性 1.3 材料与水有关的性质 1.1 材料的基本状态参数 材料的密度、表观密度和堆积密度 材料的孔隙和空隙 2 1.密度（ ρ） 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 ρ——密度，g/cm3； m——材料的质量，g； V——材料在绝对密实状态下的体积，cm3。 一、材料的密度、表观密度和堆积密度 绝对密实:不包括孔隙。 如何测？ 磨成细粉，用李氏瓶； 排液置换法。 李氏密度瓶 实际上，自然界完全密实的材料不存在（近似密度）。 2. 表观密度（ρ0） 材料在自然状态下，单位体积的质量。 ρ0——表观密度，g/cm3或kg/m3； m——材料的质量，g或kg； V0——材料在自然状态下的体积，或称 表观体积，cm3或m3。 表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。 如何测？ 排液、蜡封 4 3. 堆积密度（ ρ0/ ） 粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。 ρ0/——堆积密度，kg/m3； m——材料的质量，kg； V0/——材料的堆积体积，cm3或m3。 堆积体积:散粒材料填充容器的体积。 固体体积＋孔隙体积＋颗粒间空隙。 一般针对粉状或粒状材料。 如何测？ 5 常用土木工程材料的密度、表观密度及堆积密度 材料 密度ρ/g·cm-3 表观密度ρ0/kg·m-3 堆积密度ρ/0 /kg·m-3 石灰岩 2.60 1800~2600 — 花岗岩 2.80 2500~2900 — 碎石（石灰岩） 2.60 — 1400~1700 砂 2.60 — 1450~1650 普通粘土砖 2.50 1600~1800 — 空心粘土砖 2.50 1000~1400 — 水泥 3.20 — 1200~1300 普通混凝土 — 2100~2600 — 轻集料混凝土 — 800~1900 — 木材 1.55 400~800 — 钢材 7.85 7850 — 泡沫塑料 — 20~50 — 密度的应用 干粉砂浆生产线 密实度（D） ：表观体积中固体物质充实的程度。 或 孔隙率（P） ：表观体积（V0）中孔隙体积（VP）占的比例。 即 密实度+孔隙率=1 二、材料的孔隙和空隙 1.材料的孔隙 孔隙率 反映 孔隙多少 或 致密程度 孔隙增多 强度降低 导热性能降低 透气性，透水性，吸水性变大 抗冻性一般提高。 体积密度减小 尺寸：微孔、细孔、大孔 孔隙特征 封闭孔（VB）、连通孔（开口）（VK） 孔隙特征对材料性能影响很大 2.（散粒）材料的空隙 填充率（P/ ） 。堆积体积中，颗粒填充的程度。 或 或 填充率+空隙率=1 空隙率（P/ ）：堆积体积（V0/）中空隙体积（VS）占的比例。 1.建筑材料的基本性质 1.1 材料的基本状态参数 1.4 材料的热性质 1.2 材料的力学性质 1.5 材料的耐久性 1.3 材料与水有关的性质 1.2 材料的力学性质 强度与比强度 弹性与塑性 硬度与耐磨性 脆性与韧性 材料的强度：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。 抗压 抗拉 抗弯 抗剪 一、强度、比强度 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。 常用土木工程材料的强度（ N/mm2或MPa ） 材料 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 花岗岩 100～250 5～8 10～14 普通粘土砖 10～30 — 2.6～5.0 混凝土 10～100 1～8 3.0～10.0 松木（顺纹） 30～50 80～120 60～100 建筑钢材 240～1500 240～1500 — 材料强度的影响因素： 材料组成、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、表面状况。 比强度 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 材料 表观密度/kg·m-3 抗拉强度/MPa 比强度 低碳钢 7800 420 0.053 松木 500 35（顺纹） 0.070 普通混凝土 2400 30 0.012 1.弹性： 弹性变形：可完全恢复的变形 材料的弹性变形曲线 外力作用→变形 外力除去→ 变形保持 塑性变形：不能恢复的变形 材料的塑性变形曲线 二、弹性与塑性 外力作用→变形 外力除去→变形完全恢复 2.塑性： 真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料不存在。 3.弹塑性变形： 材料的弹塑性变形曲线 外力作用→变形；卸载后→弹性变形恢复，塑性变形保留。 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、生铁、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 三、脆性和韧性 1.硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。 回弹法测混凝土的抗压强度。 2.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。 四、硬度和耐磨性 莫氏硬度（刻划，测定天然矿物） 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度（压入法） 1.建筑材料的基本性质 1.1 材料的基本状态参数 1.4 材料的热性质 1.2 材料的力学性质 1.5 材料的耐久性 1.3 材料与水有关的性质 1.3 材料与水有关的性质 材料的亲水性与憎水性 材料的含水状态 耐水性 材料的吸湿性和吸水性 抗冻性 抗渗性 亲液材料、憎液材料 一、材料的亲水性和憎水性 亲水性 （θ≤900） 憎水性（θ＞900） 亲水性材料：砖、木、混凝土 憎水性材料：沥青、石蜡 θ：湿润边角 二、材料的含水状态 干燥状态 气干状态 饱和面干状态 湿润状态 三、材料的吸湿性和吸水性 平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。 1.吸湿性：材料在空气中吸收水分的性质。 含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。 Wh——材料的含水率，%； ms——材料在吸湿状态下的质量，g； mg——材料在干燥状态下的质量，g； 练习：含水率为10％的100g湿砂，其中干砂多少？ 2.吸水性：材料与水接触时吸收水分的性质。 吸水率：材料吸水达到饱和面干时的含水率。 Wm——材料的（质量）吸水率，%； mb——材料吸水饱和面干状态下的质量，g。 mg——材料在干燥状态下的质量，g； 材料吸水 体积膨胀 导热性能增加 表观密度变大 强度降低（少数除外，如混凝土） 吸水性的影响因素：材料成分（亲水、憎水）、孔隙率大小、孔隙特征（细微连通、粗大或封闭）。 材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。 水分 分散于材料内微粒的表面 削弱结合力 降低强度 四、耐水性 耐水性用软化系数KR表示： fb——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。 fg——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa 。 0＜KR＜1; 常位于水中或潮湿环境的重要结构： KR ≥0.85（耐水材料）； 受潮较轻或次要结构： KR ≥0.75。 材料抵抗压力水（或液体）渗透的性质。 压力水的渗透 影响工程的使用 带入腐蚀性介质 带出某些成分 常用渗透系数（K）或抗渗等级（P）来评价。 五、抗渗性 材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。 材料吸水 负温作用 水冻结成冰，体积膨胀 材料局部破坏 冻融循环 破坏逐步加剧 （冻融破坏） 常用抗冻等级（F）来评价。 六、抗冻性 1.建筑材料的基本性质 1.1 材料的基本状态参数 1.4 材料的热性质 1.2 材料的力学性质 1.5 材料的耐久性 1.3 材料与水有关的性质 1.4 材料的热性质 热容性 导热性 热变形性 一、热容性 热容量（C）：材料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。 比热容（c）：单位质量材料温度升高1K时所需热量。 导热系数（λ）：在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对两侧表面温度差为1K时，经单位面积（1m2）单位时间（1s）所通过的热量。 二、导热性 λ ——导热系数 ， ； Q ——传导热量，J； d ——材料厚度，m； A ——材料传热面积，m2； Z ——热传导时间，s； t1-t2——材料两侧温差，K。 三、热变形性 线膨胀系数： 1.建筑材料的基本性质 1.1 材料的基本状态参数 1.4 材料的热性质 1.2 材料的力学性质 1.5 材料的耐久性 1.3 材料与水有关的性质 材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的性质。 土木工程材料耐久性与破坏因素有关。 破坏因素包括物理作用、化学作用和生物作用。如抗渗性、抗冻性、冲磨气蚀、碳化、化学侵蚀、老化、钢筋锈蚀、碱集料反应、腐朽、虫柱、耐热、耐火等。 1.5 材料的耐久性 材料的耐久性： 西直门立交桥承台的破坏 离岸式码头钢筋混凝土柱的腐蚀 外墙面砖的腐蚀 混凝土中钢筋的锈蚀 现代工程中，对耐久性的要求愈来愈高，提出耐久性指标的工程设计也愈来愈多。对材料的质量评定也应逐渐由强度指标发展为耐久性指标。未来工程设计中将用耐久性设计取代目前按强度进行的设计。 本 课 节 程 全 部 结 束！ $$