第一章材料的基本性质.ppt

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1、第一章 建筑材料的基本性质,第一节 材料的组成、结构和构造,第二节 材料的基本物理性质,第三节 材料的基本力学性质,第四节 材料的耐久性,第一节 材料的组成、结构和构造,材料的组成,化学组成： -化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。 -金属材料常以各化学元素含量表示 -无机非金属材料常以各氧化物含量表示 -有机材料常以各化合物的含量表示,矿物组成： 矿物是具有一定化学成分和 结构特征的单质或化合物。矿物组成 是指构成材料的矿物的种类和数量， 它是决定无机非金属材料化学、物理 、力学等性质的重要因素。,材料的化学组成不同，则材料的矿物组成就不同 材料的化学组成相同，可以有不同的矿

2、物组成,材料的组成、结构和构造,材料的结构与构成,宏观构成（结构）,亚微观结构（显微或细观结构）,微观结构,宏观结构（构造）,指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。,材料的宏观结构及其相应的主要特征,返回,宏观结构（构造）,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,宏观结构（构造）,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,致密结构 多孔结构 微孔结构,宏观结构（构造）,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,粗大孔隙结构 细小孔隙结构 极微细孔隙结构,宏观结构（构造）,按孔隙特征分,按 孔 径 分,按构成形态分,聚集结构 纤维结构 层状结构 散粒结构,亚微观结构

3、（显微或细观结构）,指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-310-6m。,该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。,返回,微 观 结 构,指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-6-10-10m。,晶体,非晶体（玻璃体）,返回,12,第二节 材料的基本物理性质,一、材料的密度、表观密度、堆积密度 二、密实度、孔隙率 三、填充率、空隙率 四、与水有关的性质,物理常数：是材料内部组成结构状态的反映参数。 1.固体（实体） 2.闭口孔隙 3.开口孔隙,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,材料的密度,表

4、观密度,堆积密度,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,材料在绝对密实状态下单位体积的重量。 = m/v （kg/m3） 式中 密度 m 材料的质量，kg。 v 材料在绝对密实状态下的体积，m3。 测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。,材料的密度,表观密度,堆积密度,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,1、块体材料在自然状态下单位体积的重量。 。 = m/v。 式中 。 表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，kg。 V。 材料在自然状态下的体积，m3。 2、散粒材料包括封闭孔在内的单位体积的重量。 = m/v 式中 表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，kg。 v包括封闭孔在内的体积，m3。

5、,材料的密度,堆积密度,表观密度,一、材料的密度、表观密度、堆积密度,散粒材料在堆积状态下单位体积的重量。 。 = m/v。 （kg/m3） 式中： 。 堆积密度 m 材料的质量，kg。 v。 材料在堆积状态下的 体积，m3。,材料的密度,表观密度,堆积密度,几种密度的特点： 相同点：指单位体积质量。（质量/体积） 不同点：测试方法不同，获得体积大小不同 体积的测试方法： 实体体积李氏比重瓶法(粉末) 表观体积(实体闭口) 排水法(水中重法) 毛体积（实体闭口开口）规则试件：计算法； 不规则试件：饱和排水法 堆积体积(实体闭口开口间隙)密度筒法,二、密实度、孔隙率,1、密实度：是指材料体积内被

6、固体物质充实的程度。 D = v/v。100% = 。/ 100% 2、孔隙率：是指材料体积内孔隙体积所占的比例。 P =（ v。- v）/v。100% = （1- 。/ ） 100%,D + P = 1,三、填充率、空隙率散粒状材料,1、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。 D = v。/v。100% = 。/ 。 100% 2、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例 P =（ v。- v。）/v。100% = (1- 。/ 。） 100%,D +P = 1,四、与水有关的性质,1、亲水性和憎水性 2、吸水性和吸湿性 3、材料的耐水性 4、材料的抗

7、渗性 5、材料的抗冻性 6、材料的导热性,1、亲水性和憎水性,润湿角(接触角 )：是气、固、液三相的交点沿液面切线与液相和固相相接触的方向所成的角。 产生的原因是由水分子和固体材料表面之间的相互作用不同引起的。 a、当水分子的内聚力 水分子与固体分子间的吸引力时,材料表现为憎水性。,1、亲水性和憎水性,a、亲水性材料 90 亲水性 = 0 完全润湿,b、憎水性材料 90 憎水性 =180 完全不润湿,2、吸水性和吸湿性,1、吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。用吸水率表示。 重量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时，吸入水的重量占材料干重的百分率。 体积吸水率：材料在水中吸水达到饱和时，吸入水的体

8、积占材料自然状态下体积的百分率。,2、吸水性和吸湿性,2、吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率表示。 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。,3、材料的耐水性,耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。 材料吸水饱和状态下的抗压强度(MPa) 软化系数 = 材料干燥状态下的抗压强度(MPa) 软化系数的范围波动在01之间，当软化系数大于0.80时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造。,4、材料的抗渗性,材料的抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性用渗透系数

9、表示： 式中 Qd K 渗透系数，cm/h； A 透水面积，cm2； K = Q 透水量，cm3； t时间，h； AtH d 试件厚度，cm； H 静水压力水头，cm。 对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级来表示： S = 10H - 1 式中 S 抗渗等级； H 试件开始渗水时的水压力,5、材料的抗冻性,材料的抗冻性：是指材料在水饱和状态下，能经反复冻融而不破坏的能力。用冻融循环次数表示 因素：水、负温度 抗冻等级：能经受冻融循环的最大次数， 记为F50、F100、F200、F300 ,6、材料的导热性,导热性：当材料两面存在温差时，热量从材料的一面通过材料传导到材料的另一面的性质。用导

10、热系数表示。,第三节 材料的基本力学性质,一、材料的理论强度 二、材料的强度 三、弹性和塑性 四、脆性和韧性,一、材料的理论强度,材料的理论抗压强度可表示为： E ft = d 式中 ft-理论抗压强度； E-纵向弹性模量； -单位表面能； d-原子间的距离。,二、材料的强度(Strength),强度：是指材料受外力作用直至破坏时，单位面积上所承受的最大荷载。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。 影响因素： 内因：指组成、结构的影响。 外因：包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿度等因素。,1、抗压(Compressive)、抗拉(Tensile)、抗剪(Shearing)强度,（MPa

11、） F破坏时的最大荷载，N A受力截面面积，mm2,2、抗弯强度（抗折强度 Bending strength）,单点加荷：,三分点加荷：,不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲,3、比强度(Strength-weight ratio),指材料在断裂点的强度（通用拉伸强度）与其密度之比，用厘米表示。 意义：反映材料轻质高强的指标。 值越大，才能尽量以较小的截面满足强度要求，同时可以大幅度减小结构体本身的自重。 常用建筑材料的比强度： 低碳钢0.045 普通混凝土0.017 粘土砖0.006 松木（顺纹抗拉）0.2,三、弹性(Elasticity)和塑性(Mould),1、弹性：材

12、料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。 2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。,图示,1.弹性外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。,指标：弹性模量,意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料 越不易变形，即抵抗变形的能力越强。,2.塑性外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复。,四、脆性(Tenacity)和韧性(Fragility),1.脆性无明显塑性变形，突然破坏。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁

13、等 2.韧性产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。 韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用冲击试验测定。,1.2.4 硬度(Hardness)和耐磨性(Abradability) 1.硬度抵抗外物压入或刻划的能力。 可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏、洛氏硬度（金属材料）。 特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。 2.耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。 （路面材料要求）,荷载,变形,弹塑性材料的变形曲线,脆性材料的变形曲线,变形,荷载,A,A,图 示,五、硬度(Hardness)和耐磨性(Abradability),1.硬度抵抗外物压入或刻划的能力。 可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏、洛氏硬度（金属材料）。 特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。 2.耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。 （路面材料要求）,第四节 材料的耐久性,材料的耐久性：是指材料在长期使用过程中，抵抗其自身几环境因素长期破坏作用，保持其原有的性能而不变质、不破坏的能力。,一、耐久性(Durability),1.材料抵抗外力破坏的能力。 2.耐久性为综合性质： (抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨性等) 不同环境中，应考虑相应的性质。,二、环境协调性,对资源和能源消耗少，对环境污染小，循环再生利用率高。 目前，提倡“绿色建材”,