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文檔簡介
1、2021-6-14南華大學楊建明教授2021-6-141.1 材料的組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造與性質(zhì) 工程上把能用于結(jié)構(gòu)、機器、器件或其他產(chǎn)品的具有某些性能的物質(zhì),稱為材料。如金屬、陶瓷、超導體、塑料、玻璃等。2021-6-14 一、材料的組成 材料的組成包括材料的化學組成、礦物組成和相組成 1、化學組成,指構(gòu)成材料的化學元素及化合物的種類和數(shù)量。 2、礦物組成,具有特定的晶體結(jié)構(gòu),具有特定的物理力學性質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)的物質(zhì)稱為礦物。礦物組成是構(gòu)成材料的礦物種類和數(shù)量。 3、相組成,固、液、氣。2021-6-14 二、材料的結(jié)構(gòu) 材料結(jié)構(gòu)可分為宏觀結(jié)構(gòu)、細觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu) 1、宏觀結(jié)構(gòu) 指用肉眼或放大鏡能夠分
2、辨的粗大組織。 按其孔隙特征可分為: (1)致密結(jié)構(gòu)金屬材料、石材、玻璃、塑料、橡膠2021-6-14 (2)多孔結(jié)構(gòu)加氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料 (3)微孔結(jié)構(gòu)石膏、低溫燒結(jié)粘土 按其組織特征可分: (1)堆聚結(jié)構(gòu)如水泥混凝土、砂漿、瀝青混合料 (2)纖維結(jié)構(gòu)木材、玻璃鋼、巖棉 (3)層狀結(jié)構(gòu)膠合板、蜂窩板、紙面石膏板 (4)散粒結(jié)構(gòu)砂石、粉煤灰、細砂2021-6-14 2、細觀結(jié)構(gòu) 光學顯微鏡觀察到的結(jié)構(gòu) 只能針對具體材料分 如鋼鐵可分為鐵素體、滲碳體、珠光體碳溶于碳溶于Fe晶格中的固溶晶格中的固溶體,鐵素體晶格原子間的間體,鐵素體晶格原子間的間隙較小,其溶碳能力較低,隙較小,其溶碳能
3、力較低,室溫下僅能溶入小于室溫下僅能溶入小于0.005%的碳。由于溶碳少而且晶格的碳。由于溶碳少而且晶格中滑移而較多,故其強度中滑移而較多,故其強度低,塑性較好。低,塑性較好。鐵與碳的化合物,分子式鐵與碳的化合物,分子式Fe2C,含碳量為含碳量為6.67%,其晶體結(jié)構(gòu)復雜,性質(zhì)其晶體結(jié)構(gòu)復雜,性質(zhì)硬脆,是鋼中的主要強硬脆,是鋼中的主要強化組分?;M分。鐵素體和滲碳體相間形成的鐵素體和滲碳體相間形成的機械混合物。機械混合物。2021-6-14 3、微觀結(jié)構(gòu) 指原子、分子層結(jié)構(gòu) 電子顯微鏡或X射線來分析 按微觀結(jié)構(gòu)可分為晶體、玻璃體、膠體 (1)晶體,原子晶體(金剛石、石英)、離子晶體(氯化鈉、石
4、膏、石灰?guī)r)、分子晶體(蠟、斜方硫)、金屬晶體(鐵、鋼、銅、鋁及合金) (2)玻璃體-非晶體 玻璃體是化學不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),容易與其他物質(zhì)起化學反應?;瘜W活性較高,如火山灰、爐渣、?;郀t礦渣 能與石灰或水泥在有水條件下起水化、硬化作用。2021-6-14 (3)膠體 10-710-10m固體顆粒。通常分為溶膠結(jié)構(gòu)、凝膠結(jié)構(gòu)、溶膠凝膠結(jié)構(gòu) 材料的構(gòu)造 材料的構(gòu)造是指特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元相互搭配情況。2021-6-14 三、材料內(nèi)部孔隙與性質(zhì) 1、內(nèi)部孔隙來源與產(chǎn)生 2、孔隙分類 閉口孔隙、開口孔隙 孔隙、裂隙和溶隙 3、孔隙對材料性質(zhì)的影響2021-6-141.2 材料的物理性質(zhì) 一、材料的體積
5、組成 開口孔、閉口孔 塊狀材料: (1)材料絕對密實體積V; (2)材料孔體積VP(開口VK、閉口VB); (3)材料自然狀態(tài)下體積V0。BKPPVVVVVV02021-6-14 散粒材料: 顆粒間體積VjjPjVVVVVV002021-6-14 二、材料的密度、表觀密度與堆積密度 密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量,單位為g/cm3或kg/m3。 1、密度 真實密度是指材料在規(guī)定條件(1055烘干至恒重,溫度20)絕對密實狀態(tài)下(絕對密度狀態(tài)是指不包括任何孔隙在內(nèi)的體積)單位體積的具有的質(zhì)量。Vm2021-6-14 2、表觀密度 表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下,單位體積的質(zhì)量。 氣干表觀密度,烘干狀態(tài)
6、下稱干表觀密度。 3、堆積密度 堆積密度是指粉狀、粒狀或纖維在自然堆積狀態(tài)下單位體積(包括了顆粒的孔隙及顆粒之間的空隙)所具有的質(zhì)量。00Vm00Vm2021-6-14 三、材料的密實度與孔隙度 1、密實度 密實度是指材料體積被固體物質(zhì)所充實的程度,也就是固體物質(zhì)的體積Vs占總體積的比例。 2、孔隙率 孔隙率是指材料孔隙體積(包括不吸水的閉口孔隙,能吸水的開口孔隙)與總體積之比。%100%10000VVD1%100)1 (%100000DPVVVP2021-6-14 四、材料填充率與空隙率 1、填充率 填充率是指某堆積體積中,被散粒材料顆粒所填充的程度。 2、空隙率 空隙率是指在某堆積體積中,
7、散粒材料顆粒之間的空隙體積所占的比例%100%1000000VVD1%100)1 (%10000000DPVVVP2021-6-14 五、材料與水有關(guān)的性質(zhì) 1、親水性與憎水性 潤濕角90的材料為親水性材料。反之90表明該材料為憎水性材料。 圖1-1 材料潤濕示意圖( a )親水性材料;(b)憎水性材料2021-6-14 2、吸水性 材料在浸水狀態(tài)下吸入水分的能力為吸水性。用吸水率表示。 質(zhì)量吸水率 體積吸水率 如花崗巖等致密巖石的吸水率僅為0.5%0.7%,普通混凝土吸水率為2%3%,粘土磚的吸水率為8%20%,而木材或其他輕質(zhì)材料吸水率常大于100%。%100ggbmmmmW%10010w
8、gbvVmmW2021-6-14 3、吸濕性 材料在潮濕的空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)稱為吸濕性。用含水率表示。 吸濕作用一般是可逆的,也就是說材料既可吸收空氣中的水分,又可向空氣中釋放水分。 材料與空氣濕度達到平衡時的含水率稱為平衡含水率。%100ggshmmmW2021-6-14 4、耐水性 材料抵抗水的破壞作用的能力稱為材料耐水性。 材料耐水性應包括水對材料的力學性質(zhì)、光學性質(zhì)、裝飾性質(zhì)等方面的性質(zhì)的劣化作用。 用軟化系數(shù)表示。 強度降低的原因:水分進入材料,材料表面張力作用,產(chǎn)生劈裂破壞作用; 吸水膨脹,材料開裂破壞; 物質(zhì)發(fā)生溶解。 對于經(jīng)常位于水中或受潮嚴重的重要結(jié)構(gòu)物的材料,其軟化
9、系數(shù)不宜小于0.85。gbRffK 2021-6-14 5、抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性,可用滲透系數(shù)KS表示。 抗?jié)B等級常用Pn表示,P6表示材料最大能承受0.6Mpa水壓力而不滲水。 6、抗凍性 材料在飽水狀態(tài)下,能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用(凍融循環(huán))而不破壞,同時也不嚴重降低強度的性質(zhì)稱為抗凍性。通常采用-15的溫度到20水中融化。常用Fn表示。2021-6-14)(12TTAtQ 五、材料的熱工性質(zhì) 常用熱工性質(zhì)有導熱性、熱容量、比熱容。 1、導熱性 材料傳導熱量的能力稱為導熱性。用熱導率()表示。熱導率在數(shù)值上等于厚度為1m的材料,當其相對表面的溫度差為1K時,其單位面積
10、(1m2)單位時間(1s)所通過的熱量2021-6-14 2、比熱容和熱容量 材料加熱時吸收熱量,冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為熱容量。熱容量的大小用比熱容(簡稱比熱)表示。比熱容表示1g材料升高1K時所吸收的熱量,或降低1K時放出的熱量。)()(1212TTmQcTTcmQ2021-6-14 3、耐火性 指材料在長期高溫作用下,保持其結(jié)構(gòu)和工作性能的基本穩(wěn)定,而不損壞的性能。 用耐火度表示。 1)耐火材料 1580,耐火磚 2)難熔材料 13501580 3)易熔材料 1350,粘土磚、玻璃2021-6-14 4、耐燃性 1)不燃材料 2)難燃材料 3)易燃材料 5、溫度變形 線膨脹系數(shù)2021-
11、6-141.3 建筑材料的力學性質(zhì) 一、材料受力狀態(tài) 壓力、拉力、彎曲(折)、剪切 二、材料的強度 1、強度 材料在外力(荷載)作用下抵抗破壞的能力稱為強度。 抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度2021-6-14 2、比強度 指單位體積質(zhì)量材料所具有的強度,即材料的強度與其表觀密度的比值(f/0) 3、材料的彈性與塑性 1)彈性與彈性變形 彈性模量 2021-6-14 2)塑性與塑性變形 圖1-2 彈塑性材料變形曲線 2021-6-14 4、材料的脆性和韌性 在外力作用下,當外力達到一定限度后材料突然破壞,無明顯的塑性變形的性質(zhì)稱為脆性。 在沖擊、震動荷載作用下,材料能承受較大的變形且不致被破壞的性能稱為韌性。用aK表示,沖擊韌性值,即材料受沖擊時單位斷面所吸收能量來衡量。2021-6-14 5、材料的硬度與耐磨性 1)硬度 是材料表面能抵抗其他較硬物體壓入或刻劃的能力。 按刻劃法:1、滑石;2、石膏;3、方解石;4、螢石;5、磷灰石;6、正長石;7、石英;8、黃玉;9、剛玉;10、金剛石。 布氏硬度(鋼球壓入法)HB2021-6-14 2)耐磨性
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