第二章建筑材料的基本性質(zhì)PPT課件

1、一、材料的狀態(tài)參數(shù)一、材料的狀態(tài)參數(shù)1、實際密度（密度）材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3或kg/m3。 公式： 式中 實際密度（ g/cm3 ） m材料的質(zhì)量（g） V材料在絕對密實狀態(tài)下的體積（cm3）Vm第1頁/共50頁實際密度的測量實際密度的測量絕對密實狀態(tài)下的體積是指不包括材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。實際密度的測量： 1）對近于絕對密實的材料：金屬、玻璃等 量測幾何體積稱重代入公式 2）對有孔隙的材料：磚、混凝土、石材 磨成細粉 李氏比重瓶法測試 第2頁/共50頁狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)2、表觀密度（容重）材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3或kg/m3。 公式： 式中

2、 o表觀密度（ g/cm3 ） m材料的質(zhì)量（g） Vo材料在自然狀態(tài)下的體積（cm3）ooVm第3頁/共50頁表觀密度的測量表觀密度的測量 自然狀態(tài)下的體積是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。材料內(nèi)部孔隙含有水分時，其質(zhì)量和體積均發(fā)生變化。注明含水情況表觀密度的測量： 1）對形狀規(guī)則的材料：磚、混凝土、石材 烘干量測幾何體積稱重代入公式 2）對形狀不規(guī)則的材料： 烘干蠟封浮力天平第4頁/共50頁狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)3、堆積密度（松散容重）散粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3或kg/m3。 公式： 式中 /o堆積密度（ g/cm3 ） m材料的質(zhì)量（g） V/o材料的堆積體積（cm

3、3）ooVm/第5頁/共50頁堆積密度的測量堆積密度的測量 堆積體積是指包含顆粒內(nèi)部孔隙和顆粒之間的空隙在內(nèi)的體積。堆積密度的測量： 1）容器法： 散粒材料裝入容器量測體積稱凈重代入公式 2）自然堆積法： 堆積成一定形狀量測幾何體積稱重代入公式第6頁/共50頁常用材料的狀態(tài)參數(shù)常用材料的狀態(tài)參數(shù)見教材P5表11第7頁/共50頁二、材料的狀態(tài)參數(shù)二、材料的狀態(tài)參數(shù)1、密實度指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度。反映材料的致密程度。 公式 影響材料的： 強度 吸水性 耐久性 導(dǎo)熱性%100ooVVD第8頁/共50頁狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)2、孔隙率指材料體積內(nèi)，孔隙體積與總體積之比。直接反映材料的致密程度。

4、 公式 孔隙率與密實度的關(guān)系 P+D=1 孔結(jié)構(gòu)孔隙率孔徑尺寸開口形狀 影響材料的：強度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性%100)1 (1ooooVVVVVP第9頁/共50頁狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)3、填充率指散粒材料在某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度。反映散粒材料堆積的致密程度。 公式: %1000/0/ooVVD第10頁/共50頁狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)4、空隙率散粒材料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占總體積的比率。 公式 空隙率與填充率的關(guān)系 P/+D/=1 %100)1 (1/oooooooVVVVVP第11頁/共50頁三、材料與水有關(guān)的性質(zhì)三、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1、親水性與憎水性 材料在空氣

5、中與水接觸時，根據(jù)其是否能被水潤濕，將材料分為親水性和憎水性兩大類。常用潤濕角表示。 親水性材料 90 憎水性材料 90 第12頁/共50頁 圖1-7液滴在平滑表面上的接觸角SVSLLV(a)固體蒸汽液體蒸汽液體固體固體液體蒸汽(b)(c)潤濕角潤濕角第13頁/共50頁與水有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性質(zhì)2、吸水性材料在浸水情況下吸入水分的能力。用吸水率表示。 公式 式中 W質(zhì)材料的質(zhì)量吸水率（） m濕材料吸水飽和后的質(zhì)（） m干材料烘干到恒重的質(zhì)（） 干干濕質(zhì)100mmmW第14頁/共50頁 影響吸水率大小的因素： 材料的本性親水性或憎水性材料 材料的孔結(jié)構(gòu)孔徑大小、開口與否、孔隙率大小等 吸水性對

6、材料的影響： 導(dǎo)熱性增大、熱阻降低對圍護結(jié)構(gòu)材料不利 強度降低、體積膨脹第15頁/共50頁與水有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性質(zhì)3、吸濕性材料在空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)。用含水率表示。 公式 式中 W含材料的質(zhì)量含水率（） m含材料含水時的質(zhì)量（） m干材料烘干到恒重的質(zhì)（） 干干含含100mmmW第16頁/共50頁 影響含水率大小的因素影響含水率大小的因素： 材料的本性親水性或憎水性材料 環(huán)境溫度、濕度氣溫越低、相對濕度越大，材料的含水率越高 吸水性對材料的影響吸水性對材料的影響： 導(dǎo)熱性增大、熱阻降低對圍護結(jié)構(gòu)材料不利 體積膨脹對木結(jié)構(gòu)和木制品不利 濕脹干縮與周圍環(huán)境平衡的平衡 含水率第17頁/共

7、50頁與水有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性質(zhì)4、耐水性材料長期在飽水作用下不破壞，其強度也不顯著降低的性質(zhì)。用軟化系數(shù)表示。 公式 式中 K軟材料的軟化系數(shù)（K軟01） f飽材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強度（MPa） f干材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）干飽軟ffK第18頁/共50頁材料軟化系數(shù)的要求材料軟化系數(shù)的要求 軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差。 對經(jīng)常處于水中或受潮嚴重的重要結(jié)構(gòu)物（如地下構(gòu)筑物、基礎(chǔ)、水工結(jié)構(gòu)）的材料，其K軟0.85； 受潮較輕的或次要結(jié)構(gòu)物的材料，其K軟0.75； K軟0.80的材料，一般稱為耐水的材料。第19頁/共50頁與水有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性

8、質(zhì)5、抗?jié)B性材料抵抗有壓介質(zhì)（水、油、氣）滲透的性質(zhì)稱抗?jié)B性。用滲透系數(shù)K表示。 依達西定律 式中 K材料的滲透系數(shù)（ml/cm2.s） W透過材料試件的水量（ml） t透水時間（s） A透水面積（ cm2 ） H靜水壓力水頭（cm） d試件的厚度（cm）AtHWdK 第20頁/共50頁抗?jié)B等級抗?jié)B等級 滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差。 對于混凝土和砂漿，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(S)表示： S=10H1 H試件開始滲水時的水壓力（MPa） 影響材料抗?jié)B性的因素：孔隙率、孔隙特征 地下建筑（地鐵、人防建筑、地下室）、水工結(jié)構(gòu)、防水材料等均要求較高的抗?jié)B性。第21頁/共50頁與水有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性

9、質(zhì)6、抗凍性材料在吸水飽和的狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性質(zhì)稱為抗凍性。用抗凍標號D表示。 第22頁/共50頁凍融破壞的原因凍融破壞的原因 材料有孔且孔隙含水 水冰體積膨脹9，結(jié)冰壓力高達100MPa 結(jié)冰壓力超過材料的抗拉強度時，材料開裂 裂縫的增加也進一步增加了材料的飽水程度 飽水程度的增加進一步加劇了凍融破壞 反復(fù)多次進一步加劇最終材料崩潰 嚴寒地區(qū)道路、橋梁、水壩、堤防、海上鉆井平臺、跨海大橋等均需考慮凍融破壞第23頁/共50頁凍融破壞的橋梁凍融破壞的橋梁第24頁/共50頁海上鉆井平臺海上鉆井平臺第25頁/共50頁大貝爾特海峽工程大貝爾特海峽工程（D

10、enmark 丹 麥）第26頁/共50頁Highway Bridge in Service of 20 Years 使用使用2020年的高速公路橋梁年的高速公路橋梁第27頁/共50頁四、材料的熱工性質(zhì)四、材料的熱工性質(zhì)1、導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。其大小用熱導(dǎo)率（）表示。 公式 式中 熱導(dǎo)率（W/m.K） 熱阻 R=1/ Q傳導(dǎo)的熱量（J） A熱傳導(dǎo)面積（m2） 材料的厚度（m） t熱傳導(dǎo)時間（s） (T2-T1)材料兩側(cè)溫差（K） )(12TTAtQ第28頁/共50頁熱工性質(zhì)熱工性質(zhì) 材料的熱導(dǎo)率越小，絕熱性能越好。 影響熱導(dǎo)率的因素： 材料內(nèi)部的孔隙構(gòu)造密閉的空氣使降 材料的含水

11、情況含水、結(jié)冰使增 常見熱導(dǎo)率參數(shù)： 泡沫塑料 0.035 水 0.58 大理石 3.5 冰 2.2 鋼材 58 空氣 0.023 混凝土 1.51 松木 1.170.35 第29頁/共50頁熱工性質(zhì)熱工性質(zhì)2、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。大小用比熱容（比熱）表示 公式 Q=cm(T2T1) 式中 Q材料吸收或放出的熱量（J） c材料的比熱(J/g.K) m材料的質(zhì)量（g） (T2T1) 材料受熱或冷卻前后的溫差（K)第30頁/共50頁比熱的建筑物理意義比熱的建筑物理意義 材料的 比熱對保持建筑物內(nèi)部溫度穩(wěn)定有很大關(guān)系，比熱大的材料，能在熱流變動或采暖設(shè)備供熱不

12、勻時，緩和室內(nèi)溫度的波動。 常見材料的比熱（單位 J/g.K ） 鋼材 c=0.48 空氣 c=1.00 木材 c=2.72 水 c=4.18第31頁/共50頁材料的熱工要求材料的熱工要求保溫防止室內(nèi)熱量的散失隔熱防止外部熱量的進入 統(tǒng)稱為絕熱 為構(gòu)筑舒適的室內(nèi)空間，對材料要求熱阻（R1/）要大，即熱導(dǎo)率要小、比熱要大。窯洞（生土建筑）第32頁/共50頁2.22.2 材料的基本力學(xué)性質(zhì)材料的基本力學(xué)性質(zhì)內(nèi)容： 2.21、材料的強度、比強度 2.22、材料的彈性與塑性 2.23、材料的脆性與韌性 2.24、材料的硬度與耐磨性第33頁/共50頁2.212.21、材料的強度、比強度、材料的強度、比強

13、度 強度材料在外力（荷載）作用下抵抗破壞的能力稱為強度。 依受力形式有： 抗拉強度 抗壓強度 抗彎強度 抗剪強度等 不同材料的承載特點是不同的： 混凝土、石材、磚抗壓強度高 鋼材、各類纖維抗拉強度高第34頁/共50頁強度等級與比強度強度等級與比強度 建筑材料常根據(jù)極限強度的大小，劃分 為不同的強度等級或標號。如 混凝土按抗壓強度劃分為 C7.5C60 水泥按抗壓和抗拉強度劃分為325#725# 砂漿按抗壓強度劃分為M2.5M20六個等級 熱軋鋼筋按屈服強度劃分、級第35頁/共50頁比強度比強度 比強度材料的強度與其表觀密度的比值（fc/o）。用于評價材料輕質(zhì)高強幾種材料的強度比較材 料表觀密度

14、(kg/m3)強度fc(MPa)比強度（fc/o）低碳鋼78604150.053松 木50034.30.059混凝土2400600.025碳纖維第36頁/共50頁2.222.22、材料的彈性與塑性、材料的彈性與塑性 彈性材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)。 彈性模量 : E=/ 塑性材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)。 實際的材料并不存在理想的彈性變形和塑性變形。第37頁/共50頁低碳鋼的低碳鋼的曲線曲線=P/A L/L = b p s A B C D 低碳鋼受拉時應(yīng)力-應(yīng)變曲線 0 分段的

15、彈性變形和塑性變形第38頁/共50頁混凝土的曲線 同時進行的彈性變形和塑性變形第39頁/共50頁2.232.23、材料的脆性與韌性、材料的脆性與韌性1. 脆性在外力作用下，當(dāng)外力達到一定限度后，材料突然破壞而又無明顯的塑性變形的性質(zhì)。 脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗沖擊或震動荷載的能力很差。2. 韌性在沖擊、震動荷載的作用下，材料承受很大的變形也不致破壞的性能稱為韌性。如鋼材、木材、纖維等。 橋梁、牛腿柱、電梯井、高層建筑等第40頁/共50頁2.242.24、材料的硬度與耐磨性、材料的硬度與耐磨性 硬度是材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。 莫氏硬度（10級） 1滑石 2石膏 3

16、方解石 4螢石 5磷石灰 6正長石 7石英 8黃玉 9剛玉 10金剛石 肖氏硬度 布氏硬度（HB）第41頁/共50頁耐磨性耐磨性 耐磨性材料表面抵抗磨損的能力。常用磨損率（B）表示。 公式 式中 m1、m2試件被磨損前后的質(zhì)量（g） A試件受磨損的面積（cm2） 道路、地面、踏步、水庫泄洪道、縊流面等AmmB21第42頁/共50頁2.32.3 材料的耐久性材料的耐久性 定義：材料在使用過程中能抵抗周圍各種介質(zhì)的侵蝕而不破壞，也不易失去其原有性能的性質(zhì)。 包括：抗凍性混凝土、磚、石材 抗風(fēng)化性陶瓷、磚 抗老化性有機建材 耐化學(xué)腐蝕金屬材料第43頁/共50頁侵蝕介質(zhì)侵蝕介質(zhì) 物理介質(zhì)溫度、濕度、凍融、陽光、輻射 化學(xué)介質(zhì)酸、堿、鹽的溶液或氣體、水