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1、第二章 材料的基本物理性质第一页，本课件共有67页本章提要o本章主要介绍了建筑材料的基本性质o掌握材料的密度、与水有关的性质、耐久性o了解热工性和硬度第二页，本课件共有67页第一章 内容简介&材料的组成、结构与构造&材料的基本物理性质&材料的力学性质&材料的耐久性 第三页，本课件共有67页1 材料的组成、结构与构造材料的宏观性能是由其组成及其内部微观结构所决定的！o材料的组成o材料的结构o材料的构造第四页，本课件共有67页一、材料的组成o材料是由分子、原子组成o材料的组成包括化学组成和矿物组成化学组成：组成材料的化学元素种类和数量1表示方法：F金属以化学元素含量百分数表示F无机非金属材料以元素
2、的氧化物含量表示F有机高分子材料构成他的一种或几种低分子化合物（单体）表示矿物组成：指组成材料的矿物种类和数量第五页，本课件共有67页一、材料的组成o组成与结构的关系材料的组成决定了材料性能(高铝水泥与硅酸盐水泥）组成相同时，结构决定性能金刚石与石墨第六页，本课件共有67页二、材料的结构o宏观结构o亚微观结构：1mm0.001mmo微观结构：构成材料基本微粒的排列方式，晶体、非晶体、胶体第七页，本课件共有67页三、材料的构造材料的宏观组织状况o主要研究材料的孔隙n致密材料钢材n多孔材料无机非金属材料o孔隙的特征参数:多少孔隙率P孔隙大小孔半径r孔隙结构孔隙的分布孔隙形状开口孔与闭口孔第八页，本
3、课件共有67页2 材料的基本物理性质o材料与质量有关的性质o材料与水有关的性质o材料与热有关的性质第九页，本课件共有67页1.1 材料与质量有关的性质o材料的体积构成 体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因此表现出不同的体积1.11.1材料的结构构成材料的结构构成 1.固体（实体）2.闭口孔隙 3.开口孔隙 第十页，本课件共有67页材料的体积组成o材料的固体物质体积o材料的孔隙体积 VKVB微孔细孔大孔孤立孔连通孔绝对密实体积绝对密实体积自然体积自然体积第十一页，本课件共有67页o粉状、散粒状材料在堆积状态下的体积用堆积体积表示散粒材料堆积体积第十二页，本课件共有67页（一（
4、一）材料的密度）材料的密度o密度密度(Density)(Density)：指材料在绝对密实状态下单位体积的干质量。第十三页，本课件共有67页密度的测量n测试时，材料必须处于干燥状态。n含孔材料磨细后采用排液方法测定体积。可以直接采用密度计算的材料有：钢材、玻璃、沥青等。1.41.4 李氏瓶李氏瓶第十四页，本课件共有67页（一（一）材料的密度）材料的密度o表观密度：表观密度：(Apprent density)(Apprent density)o材料在自然状态下单位体积的质量。第十五页，本课件共有67页（一（一）材料的密度）材料的密度o体积密度：体积密度：(Apprent density)(App
5、rent density)o材料在自然状态下单位体积的质量。第十六页，本课件共有67页（一（一）材料的密度）材料的密度o由于自然体积包含了材料的孔隙，因此，材料的孔隙状态、孔隙多少以及孔隙含水状态等，都直接影响材料的质量、自然体积和体积密度。o通常所指的体积密度，都是指材料在干燥状态下的体积密度。第十七页，本课件共有67页体积密度的测量o大多数土木工程材料要以体积密度进行计算，如混凝土、砂浆、砖及烧结制品、木材及其制品等等。o对于外形规则的材料，其自然体积可直接量取，对于无规则外形的材料，通常采用蜡封法测得表观体积。第十八页，本课件共有67页（一（一）材料的密度）材料的密度o堆积密度o散粒状材
6、料单位堆积体积（开口+闭口+实体+间隙）的质量。反映散粒堆积的紧密（压实）程度反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。及可能的堆放空间。第十九页，本课件共有67页（一（一）材料的密度）材料的密度o堆积密度的计算公式第二十页，本课件共有67页堆积密度的测量堆积密度的测量讨论材料堆积密度必须指明讨论材料堆积密度必须指明其堆积状态和干湿状态其堆积状态和干湿状态第二十一页，本课件共有67页（一（一）材料的密度）材料的密度几种密度的特点：几种密度的特点：相同点：相同点：指单位体积质量。（质量指单位体积质量。（质量/体积）体积）区别：区别：测试方法不同，获得体积大小不同测试方法不同，获得体积大小不
7、同体积的测试方法：体积的测试方法：体积体积 李氏比重瓶法李氏比重瓶法(粉末粉末)自然体积自然体积 排液法排液法 堆积体积堆积体积(实体闭口开口间隙实体闭口开口间隙)密度筒法密度筒法第二十二页，本课件共有67页（二（二）材料的密实度和孔隙率）材料的密实度和孔隙率o孔隙率孔隙率 o密实度密实度第二十三页，本课件共有67页（三）材料的空隙率和填充（三）材料的空隙率和填充率率o空隙率空隙率 o填充率填充率第二十四页，本课件共有67页孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作 用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式第二十五页，本课件共有67页孔隙多少和孔隙特征对材料性
8、能的影响：孔隙多少和孔隙特征对材料性能的影响：p材料的状态特征，如密度、体积等；p材料的力学性质，如强度、耐磨性等；p材料与水有关的性质，如吸湿性、吸水性。抗渗性、抗冻性 等；p材料的热容性质，如保温性；p材料的声学性质，如吸声性等。第二十六页，本课件共有67页1.2 材料与水有关的性质o亲水性与憎水性o吸水性与吸湿性o耐水性o抗渗性o抗冻性第二十七页，本课件共有67页1 材料的亲水性与憎水性o亲水性-材料在空气中与水接触时，能被水润湿的性质 润湿角小于90度的材料o憎水性-材料在空气中与水接触时，不能被水润湿的性质 润湿角大于90度的材料o憎水性材料的作用能阻止水分进入毛细孔中 可单独用作防
9、水材料也可用于亲水性材料的表面处理。第二十九页，本课件共有67页1 材料的亲水性与憎水性第三十页，本课件共有67页1 材料的亲水性与憎水性o因材料分子结构不同引起的。o亲水性材料与水分子之间的分子亲合力大 于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子 之间的亲合力小于水分子本身之间的内聚力。o在亲水性材料表面，水分子可以铺展开，且能通过毛 细管作用进入材料内部；在憎水性材料表面，水分子难以铺展开，更难以渗入材料的毛细管中。第三十一页，本课件共有67页材料的含水状态第三十二页，本课件共有67页2.吸水性o材料吸收水分的能力称为材料的吸水性。吸水的大小以 吸水率来表示。（1）质量吸水率）质量
10、吸水率 o材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质 量百分比，以 Wm表示：第三十三页，本课件共有67页2.吸水性（续）（2）体积吸水率）体积吸水率o体积吸水率指材料吸水饱和时，吸水体积占材料自然 体积的百分率，以 W表示：第三十四页，本课件共有67页哪些材料的吸水性强o亲水性材料o孔隙率大的材料o具有开口而连通毛细孔第三十五页，本课件共有67页影响因素o亲水材料还是憎水材料o孔隙率和孔隙特征第三十六页，本课件共有67页3 吸湿性o指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。o用含水率表示o在空气中，某一材料的含水多少是随空气的 湿度变化的。第三十七页，本课件共有67页3 吸湿性第三十八页，本课
11、件共有67页影响因素o材料的孔隙率和孔隙特征o外界环境第三十九页，本课件共有67页吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法质量吸水率、体积吸水率吸收水分的质量比吸水状态达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率第四十页，本课件共有67页4 耐水性o材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。o软化系数 KR：是衡量材料耐水性的指标 KR 材料的软化系数；fb 材料在饱和吸水状态下的抗压强度，MPa fg 材料在干燥状态下的抗压强度，MPa 第四十一页，本课件共有67页软化系数o软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸
12、 水后性质变化的重要特征之一。o一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，使材料强度有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度严重降低。第四十二页，本课件共有67页软化系数特点o材料软化系数范围在 0至1 之间。o软化系数越小，材料的耐水性越差，其使用环境将受到很大限制。o软化系数 0.85 的材料称为耐水性材料，耐水材料可用在水中或潮湿环境中以及重要工程中。o即使用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料的软 化系数也不得小于 0.75 第四十三页，本课件共有67页5 抗渗性o抗渗性：抗渗性：指材料抵抗压力水渗透的性
13、质o表示：渗透系数越大，抗渗性越差 抗渗性等级越大，抗渗性越好o要求：地下、水工、防水材料，要具有一定的抗渗性第四十四页，本课件共有67页抗渗等级o材料抗渗等级：oP4 P6 P8 P10 P15 P20 P25 P30 o材料 能承受的透水压力：o0.4MPa 0.6MPa 0.8MPa 1.0MPa 1.5MPa 第四十五页，本课件共有67页影响因素第四十六页，本课件共有67页6 抗冻性o抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。第四十七页，本课件共有67页冻融破坏第四十八页，本课件共有67页抗冻性等级抗冻等级：指试件不被破坏时能经受的冻融循环
14、次数 抗冻等级标号越高，抗冻性越好 15 25 50 100 200材料可承受的冻融循环次数：15 次、25 次、50 次、100 次、200 次。符号F后面的数值表示：可经受冻融循环次数的数值。第四十九页，本课件共有67页影响材料抗冻性的因素：第五十页，本课件共有67页1.3 材料的导热性o导热性：材料传导热量的能力 o0.23,绝热材料o密闭空气：0.023 o水：0.58 o冰：2.20 第五十一页，本课件共有67页影响导热性的因素：o化学组成（几乎所有的多原子的固体化合物的热容都大于水的。几乎所有的C5以上有机化合物的热容大于水的）o空隙率及孔隙特征o含水状况o环境温度状况第五十二页，
15、本课件共有67页水在材料中的不良影响o体积密度大（重）o隔热保温性能降低o强度降低o体积膨胀较大o抗冻性较差第五十三页，本课件共有67页思考题o问题：为什么新建的房屋隔热保温性能很差，尤其在冬季？第五十四页，本课件共有67页硬度与耐磨性第五十五页，本课件共有67页硬度与耐磨性第五十六页，本课件共有67页硬度与耐磨性的关系特点：特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。硬度高，耐磨性强，但不易加工。第五十七页，本课件共有67页1.4 材料的力学性质l材料的强度、比强度l 弹性和塑性l 脆性和韧性l 硬度和耐磨性第五十八页，本课件共有67页1 1 强度强度 (Strength)(Strength)o抗压
16、抗压(Compressive)(Compressive)强度强度o抗拉抗拉(Tensile)(Tensile)强度强度o抗剪抗剪(Shearing)(Shearing)强度强度材料抵抗外力破坏的能力材料抵抗外力破坏的能力。第五十九页，本课件共有67页2.2.比强度比强度(Strength-weight ratio)(Strength-weight ratio)指材料强度与其表观密度之比。指材料强度与其表观密度之比。意义：意义：反映材料轻质高强的指标。反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强值越大，材料越轻质高强第六十页，本课件共有67页3 材料的弹性和塑性o弹性(Elasticity)外
17、力作用产生变形,外力取消能完全恢复。2.2.塑性塑性(Mould)外力作用产生变形外力作用产生变形,外力取消变形外力取消变形不能恢复不能恢复意义：意义：E E表示材料抵抗变形的指标，表示材料抵抗变形的指标，E E值越大，材料值越大，材料 越不易变形，即抵抗变形的能力越强。越不易变形，即抵抗变形的能力越强。指标：指标：弹性模量弹性模量 第六十一页，本课件共有67页三、韧性韧性(Fragility)(Fragility)和脆性和脆性(Tenacity)(Tenacity)1.1.脆性脆性无明显塑性变形，突然破坏。无明显塑性变形，突然破坏。脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等脆性材料：石、砖、砼
18、、陶瓷、玻璃、铸铁等 2.2.韧性韧性产生一定变形不破坏产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。能吸收较大的能量。韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用采用冲击试验冲击试验测定。测定。第六十二页，本课件共有67页四 耐久性o耐久性概念o指材料在所处环境条件下，抵抗所受破坏作用，在规定的时间内，不变质、不损坏保持其原有性能的性质！耐久性是衡量材料乃至结构在长期使用条件下的安全性能耐久性是衡量材料乃至结构在长期使用条件下的安全性能第六十三页，本课件共有67页四 耐久性o物理作用物理作用 主要有干湿变化、温度变化及冻融变化等。o化学作用化学作用 包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或 有害气体对材料的侵蚀作用。o机械作用机械作用 包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲 击、磨损、磨耗等。o生物作用生物作用 包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。第六十四页，本课件共有67页提高耐久性的措施第六十五页，本课件共有67页材料的耐久性o问题：材料的结构密实程度和材料性质之间有什么关系？第六十六页，本课件共有67页第六十七页，本课件共有67页