建筑材料课件第01章-建基本性质.ppt

第一章建筑材料的基本性能 1.1材料的组成、结构及性能材料科学与工程主要研究材料的组成、结构和性能三个方面，如图1.1。 1.2材料的组成化学组成常用氧化物含量来反映。Cao等矿物组成材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能。相组成材料中具有相接近结构和相同性质的均匀分布的种类和数量。如砼。 1.3材料的结构材料的性质除与材料组成有关外，还与其结构和构造有密切关系。材料的结构和构造是指材料各组成部分之间的结合方式及其在空间排列的规律。如图1.2给出了不同构造尺度范围的照片，帮助我们认识材料微观结构、宏观结构与建筑物之间的关系。 钢筋混凝土大厦 混凝土取芯断面 混凝土微观结构 龙门架和斗车 混凝土取芯和回弹 1.3材料的结构1.3.1宏观结构（肉眼和放大镜）材料宏观结构和构造分类表1.11.3.2亚微观结构（光学显微镜等）1.3.3微观结构（原子或分子层次的结构）晶体图1.3玻璃体 1.4材料的物理性质1.4.1密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度图1.61.密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。ρ——材料的密度，g/cm3；m——材料在干燥状态下的质量，g；V——干燥材料在绝对密实状态下的体积，cm3。 密度的测定在李氏瓶中注入煤油至突颈下部，记下刻度数。将李氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温为20℃。称取60～90g经烘干的试样，用漏斗将试样逐渐送入李氏瓶内，使液面上升至接近20cm3的刻度为止。再称剩下的试样，计算送入李氏瓶中的试样质量m(g)。将注入试样后的李氏瓶液面的读数，减去未注前的读数，得试样得绝对体积V(cm3)。 2.表观密度材料的表观密度，g/cm3；m——材料的质量，g；V′——材料在包含闭口孔隙条件下的体积（即只含内部闭口孔，不含开口孔）。图1-1材料内部孔隙示意 3.毛体积密度（容重）ρ0——材料的毛体积密度，kg/m3或g/cm3；m——材料的质量，kg或g；V0——材料在自然状态下的体积，包括材料实体及其开口孔隙、闭口孔隙，m3或cm3。材料毛体积密度的大小与其含水情况有关。 4.堆积密度堆积密度是指散粒材料在自然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，是指既含颗粒内部的孔隙，又含颗粒之间空隙在内的总体积，m3。若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。 几种密度的比较比较项目实际密度表观密度毛体积密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态自然状态堆积状态材料体积计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算 表1-1常用材料的密度、表观密度及堆积密度材料名称密度（g/cm3）表观密度（kg/m3）堆积密度（kg/m3）钢7.857850花岗岩2.802500～2900碎石2650～27501400～1700砂2630～27001450～1700粘土2.601600～1800水泥3.101100～1300烧结普通砖2.701600～1900烧结空心砖（多孔砖）2.70800～1480红松木1.55400～800泡沫塑料20～50玻璃2.55普通混凝土2100～2600 材料的孔隙率和空隙率密实度材料内部固体物质填充的程度。D=V/Vo*100% 1.4.2材料的孔隙率和空隙率孔隙是指材料内部的空隙。按孔隙的构造特征，材料的孔隙可分为两种：开口孔不仅彼此贯通且与外界相通；闭口孔彼此不连通且与外界隔绝。按孔隙的尺寸大小，又可分为：微孔：孔径＜0.01mm细孔：孔径＜1mm大孔：孔径＞1mm。孔隙在材料内部的分布均匀程度也是孔隙在材料内部的特征表现。 1.材料的孔隙率材料的孔隙率是指，材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，它以P表示。孔隙率P的计算公式为：孔隙率的大小及孔隙特征与材料的许多重要性质都有密切关系，如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性和导热性等。密实度D：表示材料内被固体所填充的程度。D＝1－P。 2.材料的空隙率材料空隙率是指散粒或粉状材料颗粒间的空隙体积占其自然体积的百分率。空隙率P′的计算公式为：填充率D′：是指粉状或颗粒状材料在某堆积体积内被其颗粒填充的程度。D′=1－P′ 1.4.4与水有关的性质1.亲水性与憎水性材料被水湿润的情况可用润湿边角θ表示。当材料与水接触时，在材料、水以及空气三相的交点处，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿边角，θ角愈小，表明材料愈易被水润湿。当θ≤90°时，称亲水性材料。当θ＞90°时，称憎水性材料。当θ=0°时，称为铺展。 2.吸水性（1）质量吸水率Wm：式中m——材料在干燥状态下的质量，g；m1——材料在吸水饱和状态下的质量，g。（2）体积吸水率Wv：式中V0——干燥材料自然体积，cm3；ρw——水的密度，g/cm3。 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示：Wh——材料的含水率，％；ms——材料在吸湿状态下的重量，g；m——材料在干燥状态下的重量，g。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。 材料的耐水性材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示：KR——材料的软化系数；fb——材料在饱水状态下的抗压强度，MPa；fg——材料在干燥状态的抗压强度，MPa。工程中将KR＞0.80的材料，认为是耐水材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用KR＞0.85的建筑材料。对用于受潮较轻或次要结构物的材料，其KR值不宜小于0.75。 5.材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数表示。渗透系数的物理意义是：一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为：K——材料的渗透系数,cm／h；Q——渗透水量,cm3；d——材料的厚度,cm；A——渗水面积,cm2；t——渗水时间,h；H——静水压力水头,cm。 抗渗试验抗渗等级S6P60.6mpa 抗渗性也可用抗渗等级来表示。抗渗等级是在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pn”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水压力而不渗透。抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关。抗渗性与材料的耐久性有着密切的关系。 6.材料的抗冻性材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质，称为抗冻性。抗冻性用抗冻标号表示。以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数，以此作为抗冻标号，用符号“Dn”表示，其中“n”即为最大冻融循环次数，如D25、D50等。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9％。材料抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。从外界条件来看，材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关。 抗冻性试验 1.4.5材料与热有关的性质1.导热性当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧、通过材料传递到温度低的一侧，材料的这种传导热量的能力，称为导热性。材料的导热性可用导热系数来表示。导热系数的物理意义是：厚度为1m的材料，当温度每改变1K时，在lh时间内通过1m2面积的热量。用公式表示为：材料比热的物理意义是指1kg重的材料，在温度每改变1K时所吸收或放出的热量。 导热性试验 1.4.5材料与热有关的性质2.热容量和比热热容量是指材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质，可用下式表示： 材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料。常用的建筑材料热工性质指标见表。材料名称导热系数W/(m·K)比热J/(g·K)钢550.46铜3700.38花岗岩2.91～3.080.92普通混凝土1.28～1.510.88水泥砂浆0.930.84普通粘土砖0.4～0.70.84粘土空心砖0.640.92松木0.17～0.352.51泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.604.19静止空气0.025 3.耐燃性材料对火焰和高温度抵抗能力称为材料的耐燃性，是影响建筑物防火、建筑结构耐火等级的一项因素。（1）非燃烧材料。在空气中受到火烧或高温高热作用不起火、不碳化、不微燃的材料，如钢铁、砖、石等。用非燃材料制作的构件称非燃烧体。（2）难燃材料。在空气中受到火烧或高温高热作用时难起火、难微燃、难碳化，当火源移走后，已有的燃烧或微燃立即停止的材料，如经过防火处理的木材和刨花板。（3）可燃材料。在空气中受到火烧或高温高热作用时立即起火或微燃，且火源移走后仍继续燃烧的材料，如木材。用这种材料制作的构件称为燃烧体。 耐燃性试验 1.5材料的力学性质力学性质是指材料抵抗外力的能力及其在外力作用下的表现，通常以材料在外力作用下所表现的强度或变形特性来表示。 1.材料的静力强度材料抵抗静荷载产生应力的破坏能力，称为材料的静力强度。它是以材料在静荷载作用下达到破坏时的极限应力值来表示的。材料强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（抗折）强度、抗剪强度等。(ａ)抗压(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪材料的受力形式 常见建筑材料的强度/MPa材料抗压强度抗拉强度抗弯强度花岗岩100～2505～810～14普通烧结砖7.5～30—1.8～4.0普通混凝土7.5～601～4—松木(横纹)30～5080～12060～100建筑钢材235～1600235～1600— 比强度反映材料轻质高强的力学参数是比强度，比强度是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比（f/ρ0）。几种主要材料的比强度材料表观密度/(kg/m3)强度/MPa比强度低碳钢78504200.054普通混凝土（抗压）2400400.017松木（顺纹抗拉）5001000.200玻璃钢20004500.225烧结普通砖（抗压）1700100.006 1.5.2弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。材料的弹性变形（a）和塑性变形（b）曲线 弹性变形为可逆变形，其数值大小与外力成正比，其比例系数称为弹性模量，材料在弹性变形范围内，弹性模量为常数。即：σ——材料的应力（MPa）；ε——材料的应变；E——材料的弹性模量（MPa）。弹性模量愈大，材料愈不易变形，弹性模量是结构设计的重要参数。 1.5.3韧性与脆性材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 具有脆性性质的材料称脆性材料。脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍脆性材料抵抗冲击载荷或振动作用的能力较差脆性材料只适合用作承压构件。具有韧性性质的材料称韧性材料。在建筑工程中，对于要求承受冲击载荷和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。 1.5.4材料的粘弹性徐变应力松弛 混凝土徐变试验机 钢绞线应力松弛试验机 1.5.5硬度和耐磨性硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。工程中有时用硬度来间接推算材料的强度。 压入法（硬度计） 刻划法 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，常用磨损率（N）表示：m1、m2——试件被磨损前、后的质量（g）；A——试件受磨损的面积（cm2）。用于道路、地面、踏步等部位的材料均应考虑其硬度和耐磨性。一般说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。 路面磨损裂纹经过几年的使用，某水泥混凝土路面出现露石现象。出现露石的路面 耐磨性试验 1.6材料的耐久性与环境协调性材料在长期使用过程中，能抵抗周围各种介质侵蚀保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，统称之为耐久性，它是一种复杂的、综合的性质。材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中各种自然因素的破坏作用，这些破坏作用可分为：物理作用主要有干湿交替、温度变化、冻融循环等等，这些变化会使材料体积产生膨胀或收缩，或导致内部裂缝的扩展，长久作用后会使材料产生破坏。化学作用主要是指材料受到酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀作用，使材料的组成成分发生质的变化，而引起材料的破坏。如钢材的锈蚀等等。生物作用主要是指材料受到虫蛀或菌类的腐朽作用而产生的破坏。如木材常会受到这种破坏作用的影响。 酸雨腐蚀建筑物图为某大楼的外表，从中可见墙壁发黑，在有的地方可见白色流迹线。 生物作用 物理作用（冻裂）