第一章建筑材料的基本性質(zhì)PPT課件

1、一、材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)材料的密度材料的密度材料的密實度材料的密實度孔隙率孔隙率空隙率空隙率第1頁/共53頁一、材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì) 材料的體積構(gòu)成 體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。封閉孔隙（體積為Vb）開口孔隙（體積為Vk）固體物質(zhì)（體積為V）材料在自然狀態(tài)下總體積：V0V+Vp 孔隙體積：VpVb+VkVp孔隙體積第2頁/共53頁 絕對密實體積 干燥材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部固體物質(zhì)的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。一般以表示。 材料的自然體積 材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。一般以V0 表示。 材

2、料的堆積體積 粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下的總體外觀體積。松散堆積狀態(tài)下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。一般以 V0 表示。第3頁/共53頁（一）材料的密度 1. 密度 指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算： 式中：材料的密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料的質(zhì)量，g 或 kg； V材料的絕對密實體積，cm3 或 m3。mVr=第4頁/共53頁（一）材料的密度00mVr=2.表觀密度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。按下表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：式計算： 式中：式中：0材料的表觀密度材料的表觀密度, g/cm3 或或 kg

3、/m3； m 材料的質(zhì)量，材料的質(zhì)量，g 或或 kg； V0材料的自然體積，材料的自然體積，cm3 或或 m3。第5頁/共53頁（一）材料的密度00mVr=3. 堆積密度堆積密度 堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：體積的質(zhì)量。按下式計算： 式中：式中：0材料的堆積密度材料的堆積密度, g/cm3 或或 kg/m3； m 材料的質(zhì)量，材料的質(zhì)量，g 或或 kg； 材料的堆積體積，材料的堆積體積，cm3 或或 m3。V0 第6頁/共53頁顆粒材料空 隙 砂堆積密度的測定將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積第7

4、頁/共53頁（一）材料的密度 幾種密度的比較比較項目密度表觀密度堆積密度材料狀態(tài)絕對密實自然狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積VV0計算公式應(yīng)用判斷材料性質(zhì)用量計算、體積計算00mVr=mVr=00mVr=0V第8頁/共53頁（二） 材料的密實度 密實度是指材料體積內(nèi)固體物質(zhì)填充的程度。密實度的計算式如下： 式中： 密度； 0材料的表觀密度。 對于絕對密實材料， 因 0 = ，故密實度D =1 或100%。對于大多數(shù)土木工程材料， 因 0 ，故密實度D 1 或 D 100%。 00100100VDVrr=第9頁/共53頁 材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。孔隙率P按下式計算：式中：V材

5、料的絕對密實體積，cm3 或 m3；V0材料的自然狀態(tài)下的體積，cm3 或 m3； 0材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。0001001100VVPVrr-=- （） （三）孔隙率第10頁/共53頁（四）空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆積體積中, 顆粒之間的空隙體積所占的比例?？障堵?按下式計算：式中：0材料的表觀密度； 材料的堆積密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭??？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算砂率的依據(jù)。 000000010011001100VVVPVV （） （）rr -=-=-0rP 第11頁/共53頁 孔隙

6、率與空隙率的區(qū)別比較項目孔隙率空隙率適用場合個體材料內(nèi)部堆積材料之間作 用可判斷材料性質(zhì)可進行材料用量計算計算公式01100Prr=-（）001100Prr=-（）第12頁/共53頁 材料的親水性與憎水性 材料的吸水性 材料的吸濕性 材料的耐水性 材料的抗凍性 材料的抗?jié)B性二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)第13頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.材料的親水性與憎水性 與水接觸時，材料表面能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性；材料表面不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性。 具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子作用力，大于水分子相互之間的內(nèi)聚力；憎水性材料與水分子之間的作用力，小于水

7、分子相互之間的內(nèi)聚力。（）親水性材料 （）憎水性材料90q90q稱為潤濕角。第14頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)2.材料的吸水性 材料在水中吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率來表示。（1） 質(zhì)量吸水率 質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以Wm 表示。質(zhì)量吸水率Wm 的計算公式為：式中： mb材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）； mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。100%bgmgmmWm-=第15頁/共53頁（2） 體積吸水率 體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WV表示。體積吸水率WV

8、的計算公式為：式中:mb材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）；mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。V0 材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3 或 m3）；w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常溫下取 w =1.0 g/cm3。01100%bgvWmmWVr-=創(chuàng)二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)第16頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)（3）影響材料吸水性的因素 材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大。第17頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)3. 材料的吸濕性 材料的吸濕性是指材料在潮濕空

9、氣中吸收水分的性質(zhì)。用含水率h表示，其計算公式為：式中：ms材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg） mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。 當空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率稱為平衡含水率。100%sghgmmWm-=第18頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì) 吸水率與含水率的區(qū)別比較項目吸水率含水率適用場合在水中吸收水分在空氣中吸收水分表示方法吸收水分的質(zhì)量比或體積比吸收水分的質(zhì)量比吸收水量達到飽和與空氣中水分平衡通常小于吸水率第19頁/共53頁4. 材料的耐水性 材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性

10、質(zhì)。材料耐水性的指標用軟化系數(shù)KR表示：式中： KR 材料的軟化系數(shù)； fb 材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）； fg 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。bRgfKf=二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)第20頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì) 軟化系數(shù)反映了材料飽水后強度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。 一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強度則有不同程度的降低。當材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強度的嚴重降低。 軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將KR0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)

11、境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75 。 第21頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)5.材料的抗凍性 抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。 材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨脹所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。 抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失和強度損失不超過一定限度時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。 材料的抗凍等級可分為F15、F25、F50、F100、F200等，分別表

12、示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。第22頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)影響抗凍性的因素1.材料的密實度（孔隙率） 密實度越高則其抗凍性越好。2.材料的孔隙特征 開口孔隙越多則其抗凍性越差。3.材料的強度 強度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性 耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量大小 吸水量越大則其抗凍性越差。第23頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)6.材料的抗?jié)B性 抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級表示。（1）滲透系數(shù) 材料的滲透系數(shù)K可通過下式計算:式中：K滲透系數(shù),（cm / h）; Q滲水量， （cm3 ）；

13、 A滲水面積,（cm2 ）； H材料兩側(cè)的水壓差，（cm）； d試件厚度 （cm）；t滲水時間 （h）。材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強。Q dKA tH=第24頁/共53頁二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)（2） 抗?jié)B等級 材料的抗?jié)B等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水壓而不滲透。（3）影響材料抗?jié)B性的因素 材料親水性和憎水性 通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料； 材料的密實度

14、密實度高的材料其抗?jié)B性也較高； 材料的孔隙特征 具有開口孔隙的材料其抗?jié)B性較差。第25頁/共53頁三、材料的熱工性質(zhì)1.導熱性 當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面?zhèn)鲗е亮硪幻娴男再|(zhì)，稱為材料的導熱性。導熱性用導熱系數(shù)表示：式中：導熱系數(shù)，W/（mK）； Q傳導的熱量，J； d材料厚度，m； F熱傳導面積，m2； Z熱傳導時間，h；（t2t1）材料兩面溫度差，K。 物理意義：單位厚度（1m）的材料、兩面溫度差為1K時、在單位時間（1h）內(nèi)通過單位面積（1 m2 ）的熱量。21QdFZ ttl=-（）第26頁/共53頁2. 熱容量和比熱材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量

15、。用熱容量系數(shù)或比熱表示。比熱的計算式如下所示：式中：C材料的比熱，J/（gK）； Q材料吸收或放出的熱量(熱容量)； m材料質(zhì)量，g；（t2 t1）材料受熱或冷卻前后的溫差，K。21QCm tt=-（）三、材料的熱工性質(zhì)第27頁/共53頁三、材料的熱工性質(zhì)3.熱阻和傳熱系數(shù) 熱阻是材料層（墻體或其它圍護結(jié)構(gòu)）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計算式為： / 式中： R材料層熱阻，（m2K）/W； d材料層厚度，m； 材料的導熱系數(shù)，W/（mK）。 熱阻的倒數(shù)稱為材料層（墻體或其它圍護結(jié)構(gòu)）的傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)是指材料兩面溫度差為1時，在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。第28頁/共53頁三、材料的

16、熱工性質(zhì)4.材料的溫度變形性 材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。用線膨脹系數(shù)表示。 L =（t2 t1） L式中：L線膨脹或線收縮量 ，mm 或 cm；（t2t1）材料前后的溫度差，K； 材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)，1/K； L材料原來的長度，mm或m。 材料的線膨脹系數(shù)與材料的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。第29頁/共53頁四、材料的力學性質(zhì)1.材料的強度材料的強度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。 根據(jù)外力作用方式的不同，材料強度有、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等。FFFFFFlFl/2bh抗壓抗拉抗剪抗彎第30頁/共53頁四、材料的力學性質(zhì)

17、 抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度的計算：式中：f材料強度， MPa； Fmax材料破壞時的最大荷載，N； A試件受力面積，mm2。 抗彎強度的計算： 中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：式中：fw材料的抗彎強度， MPa；Fmax材料受彎破壞時的最大荷載，N；A試件受力面積，mm2；L 、b 、 h 兩支點的間距，試件橫截面的寬及高， mm。maxFfA=max232wFLfbh=第31頁/共53頁四、材料的力學性質(zhì)2.彈性和塑性（1）彈性 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。 （2）塑性

18、 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。第32頁/共53頁四、材料的力學性質(zhì)3.脆性和韌性 材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。第33頁/共53頁四、材料的力學性質(zhì)4.硬度和耐磨性（1）硬度 材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用

19、刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。 刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為10個硬度等級。 回彈法用于測定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強度；也用于測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的表面硬度并間接推算其強度。第34頁/共53頁（2)耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計算公式如下：式中： G 材料的磨耗率， （g/cm2）；m1材料磨損前的質(zhì)量，（g）；m2 材料磨損后的質(zhì)量，（g）； A材料試件的受磨面積 （cm2）。12mmGA-=四、材料的力學性質(zhì)第35頁/共53頁五、材料的

20、耐久性 材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長久地保持其使用性能的性質(zhì)。 材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。第36頁/共53頁五、材料的耐久性 物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。 化學作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。 機械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。 生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。第37頁/共53頁本章總結(jié)： 材料的基本物理性質(zhì)；

21、 材料的力學性質(zhì)； 材料的耐久性。第38頁/共53頁習題 1 一、填空題一、填空題 1 . 材 料 的 密 度 是 指 材 料 在 （材 料 的 密 度 是 指 材 料 在 （ ） 狀 態(tài) 下） 狀 態(tài) 下（ ）。用公式表示為（）。用公式表示為（ ）。）。 2.材料的表觀密度是指材料在（材料的表觀密度是指材料在（ ）狀態(tài)下）狀態(tài)下（ ）。用公式表示為（）。用公式表示為（ ）。）。 3.材料的外觀體積包括（材料的外觀體積包括（ ）和（）和（ ）兩部分。）兩部分。 答案：答案： 1. 絕對密實、單位體積的質(zhì)量、m/V 2.自然、單位體積的質(zhì)量 、0m/V0 3.固體物質(zhì) 、孔隙 第39頁/共53頁

22、 4.材 料 的 堆 積 密 度 是 指 （材 料 的 堆 積 密 度 是 指 （ ） 材 料 在 堆 積 狀 態(tài) 下 （） 材 料 在 堆 積 狀 態(tài) 下 （ ） 的 質(zhì) 量 ， 其 大 小 與 堆 積 的） 的 質(zhì) 量 ， 其 大 小 與 堆 積 的（ ）有關(guān)。）有關(guān)。 5.材料孔隙率的計算公式是（材料孔隙率的計算公式是（ ），式中），式中為材料的（為材料的（ ），），0為材料的（為材料的（ ）。）。 答案：答案： 4.散粒狀、纖維狀、 單位體積 、 緊密程度 5. 、密度 、 表觀密度01rrR =-第40頁/共53頁 6.材料內(nèi)部的孔隙分為（材料內(nèi)部的孔隙分為（ ）孔和（）孔和（ ）孔

23、。一般情況下，材料的）孔。一般情況下，材料的孔隙率越大，且連通孔隙越多的材料，則其強度越（孔隙率越大，且連通孔隙越多的材料，則其強度越（ ），吸水性、吸濕性越），吸水性、吸濕性越（ ）。）。 答案：答案： 6.開口 、閉口 、低 、大第41頁/共53頁 7.材料空隙率的計算公式為（材料空隙率的計算公式為（ ）。式）。式0 0中為材料的（中為材料的（ ）密度，）密度， 0 0 為材料的（為材料的（ ）密度。密度。 8.材料的耐水性用（材料的耐水性用（ ）表示，其值越大，則）表示，其值越大，則耐水性越（耐水性越（ ）。一般認為，（）。一般認為，（ ）大）大于（于（ ）的材料稱為耐水材料。）的材料稱

24、為耐水材料。 答案：答案： 7. 、表觀、堆積、表觀、堆積 8. 軟化系數(shù)、 好 、 軟化系數(shù) 、 0.85 001rrR =-第42頁/共53頁 9.材料的抗凍性用（材料的抗凍性用（ ）表示，抗?jié)B性一般用（）表示，抗?jié)B性一般用（ ）表示，材料的導熱性用（）表示，材料的導熱性用（ ）表示。）表示。 10.材料的導熱系數(shù)越小，則材料的導熱性越（材料的導熱系數(shù)越小，則材料的導熱性越（ ），保溫隔熱性能越（），保溫隔熱性能越（ ）。常將導熱系數(shù)）。常將導熱系數(shù)（ ）的材料稱為絕熱材料。）的材料稱為絕熱材料。 答案：答案： 9. 抗凍等級 、 抗?jié)B等級、 熱導率（導熱系數(shù)） 10. 差 、 好、小于0

25、.23W/(m.K)第43頁/共53頁二、名詞解釋二、名詞解釋 1.軟化系數(shù)軟化系數(shù) 2.材料的吸濕性材料的吸濕性 3.材料的強度材料的強度 4.材料的耐久性材料的耐久性 5.材料的彈性和塑性材料的彈性和塑性 答案：答案： 略略 第44頁/共53頁三、簡述題三、簡述題 1.材料的質(zhì)量吸水率和體積吸水率有何不同？什么情況下采用體積吸水率來材料的質(zhì)量吸水率和體積吸水率有何不同？什么情況下采用體積吸水率來反映材料的吸水性？反映材料的吸水性？ 體積吸水率是材料吸收水的體積與材料自然狀態(tài)下體積的比值。 一般輕質(zhì)、多孔材料常用體積吸水率來反映其吸水性。第45頁/共53頁 2.什么是材料的導熱性？材料導熱系

26、數(shù)的大小與哪些因素有關(guān)？什么是材料的導熱性？材料導熱系數(shù)的大小與哪些因素有關(guān)？ 3.材料的抗?jié)B性好壞主要與哪些因素有關(guān)？怎樣提高材料的抗?jié)B性？材料的抗?jié)B性好壞主要與哪些因素有關(guān)？怎樣提高材料的抗?jié)B性？ 4.材料的強度按通常所受外力作用不同分為哪幾個（畫出示意圖）？分別如何計算？單位如何？材料的強度按通常所受外力作用不同分為哪幾個（畫出示意圖）？分別如何計算？單位如何？ 第46頁/共53頁四、計算題四、計算題 1.某一塊材料的全干質(zhì)量為某一塊材料的全干質(zhì)量為100g，自然狀態(tài)下的體積為，自然狀態(tài)下的體積為40cm3，絕對密實狀態(tài)下的體積為，絕對密實狀態(tài)下的體積為33cm3，計算該材，計算該材料的密度、表觀密度、密實度和孔隙率。料的密度、表觀密度、密實度和孔隙率。 解： （1）該材料的密度為： （2）該材料的表觀表觀密度為： （3）該材料的密實度為： （4）該材料的孔隙率為：3m1003.03