01建筑材料的基本性质（PPT65页)

主讲：王丽院系：泰山学院建筑与机械工程系CivilEngineeringMaterial第一章材料的基本性质课程引入不同的土木工程材料在工程结构物中起着不同的作用：梁板柱材料承受各种外力；结构材料承受上部荷载及其地下水与冰冻作用；路面、跑道遭受磨损；工业建筑可能受酸、碱、盐等介质的侵蚀。如何保证结构物的使用功能、安全性和耐久性？土木工程材料应具有抵御上述各种作用的性质。材料的基本性质是掌握材料知识、正确选择与合理使用土木工程材料的基础。第一章材料的基本性质第一章建筑材料的基本性质本章学习要求：了解土木工程材料的基本组成、结构和构造及其与材料基本性质的关系；掌握土木工程材料各种基本性质的概念、表示方法及有关的影响因素。第一章材料的基本性质1.1材料的物理性质1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度1.1.2材料的孔隙率与密实度1.1.3空隙率与填充率1.1.4材料与水有关的性质1.1.5材料的热工性质第一章材料的基本性质1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度材料的密度主要研究材料的体积与质量的关系。第一章材料的基本性质1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度补充1：材料的体积组成固体物质闭口孔隙开口孔隙材料体积组成示意图实体——固体孔隙——个体材料内部：连通孔隙—与外界连通的开口孔隙；封闭孔隙—不与外界连通的闭口孔隙空隙——堆积材料之间装在容器里的粒状、粉状或块状材料第一章材料的基本性质1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度(1)水分子的占据作用建筑材料加水拌和,用水量通常超过理论上的用水量,多余的水分占据的空间即为孔隙(2)外加的发泡作用如生产加气混泥土等的各种发泡剂,可在材料中形成大量的孔隙。(3)火山作用火山爆发时,喷到空中的岩浆,,冷却后在岩石中形成大量的孔隙(4)烧作用补充2：材料孔隙形成的原因第一章材料的基本性质①绝对密实体积v②表观体积v′③自然体积v0④堆积体积v0′vBvc1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度材料体积组成示意图闭口孔隙自然状态下的块状材料开口孔隙个体材料示意图装在容器里的粒状、粉状或块状材料堆积材料示意图补充3：材料的体积组成计算——材料占有的空间尺寸第一章材料的基本性质1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度比较项目实际密度表观密度体积密度堆积密度材料状态材料体积计算公式单位应用①绝干状态②绝对密实①绝干状态②含闭口孔隙①自然状态②含闭口、开口孔隙①自然堆积状态②含闭口、开口孔隙③含颗粒间的空隙VVV00VVm''Vm00Vm''00Vm㎏/m3或g/cm3g/cm3㎏/m3或g/cm3㎏/m3判断材料性质用量计算、体积计算一、材料的各类密度计算方法比较第一章材料的基本性质1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度1、密度1）测质量：烘干（烘箱）-干燥（干燥器）-称量（天平）；2）测体积：（a）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻璃等；（b）可研磨的非密实有孔隙材料，如砌块、石膏等，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。2、表观体积——直接用排水法测定其表观体积，如砂石材料。3、自然状态体积的测定：（1）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到；（2）外形不规则的，可采用封腊排水法测定体积。二、各类密度测定办法第一章材料的基本性质颗粒材料空隙1.1.1材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度4、砂堆积密度的测定——漏斗+容量筒将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积。二、各类密度测定办法第一章材料的基本性质1.1.2材料的密实度与孔隙率——单块材料1、密实度指材料体积内固体物质填充的程度。计算式如下：式中：ρ——密度；ρ0——材料的体积密度。注意：•对于绝对密实材料，因ρ0=ρ，故密实度D=1或100%。•对于大多数土木工程材料，因ρ0＜ρ，故密实度D＜1或D＜100%。％％10010000VVD第一章材料的基本性质2、孔隙率（真气孔率）指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。计算：式中：V——材料的绝对密实体积，cm3或m3；V0——材料的自然体积，cm3或m3；ρ0——材料的体积密度,g/cm3或kg/m3；ρ——密度,g/cm3或kg/m3。％）（％1001100000VVVP1.1.2材料的密实度与孔隙率——单块材料注意：密实度与孔隙率的关系：D+P=1第一章材料的基本性质1.1.2材料的密实度与孔隙率——单块材料3、孔隙特征a.孔种类：开口孔、闭口孔b.孔隙多少：密实度与孔隙率——反映了材料的致密程度c.孔尺寸：细孔、微孔、大孔d.连通性：连通孔、孤立孔e.分布状况封闭孔连通孔封闭孔连通孔第一章材料的基本性质4、孔隙率（或密实度）、孔隙特征在工程中的作用。a.影响材料的性质一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越少，则：强度越高，吸水性越小，抗渗性和抗冻性越好，但导热性越差。b.通过改变孔隙率和孔隙特征改善材料性能1.1.2材料的密实度与孔隙率——单块材料第一章材料的基本性质1.1.3材料的空隙率与填充率——散粒状材料1、空隙率指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算：式中：ρ0——材料的体积密度；——材料的堆积密度。空隙率大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。％）（％）（％10011001100000000VVVVVP0第一章材料的基本性质1.1.3材料的空隙率与填充率——散粒状材料小结：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％）（10010P％）（100100P第一章材料的基本性质1.1.3材料的空隙率与填充率——散粒状材料2、填充率指散粒材料在其堆积体积中，被其颗粒填充的程度。计算公式：0000VVD第一章材料的基本性质1-1加气混凝土砌块吸水分析工程实例分析某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同析方式往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。现象加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。原因分析第一章材料的基本性质1.1.4材料与水有关的性质1.1.4.1亲水性与憎水性1.1.4.2吸水性与吸湿性1.1.4.3耐水性1.1.4.4抗渗性1.1.4.5抗冻性第一章材料的基本性质1.1.4.1亲水性与憎水性一、含义与原因与水接触时，材料表面能否被水润湿的性质。亲水性材料能通过毛细管作用，将水分吸入材料内部；憎水性材料能阻止水分渗入毛细管，从而降低材料的吸水作用。根本原因——材料的分子结构，比较：•材料分子与水分子间的吸引力（亲合力）•水分子相互之间的内聚力第一章材料的基本性质1.1.4.1亲水性与憎水性二、判断在材料、水和空气三相交点处，沿水滴表面作切线，此切线和水与材料接触面所成的夹角θ称为“润湿角”。•润湿角θ≤90°时，材料表现为亲水性。•润湿角θ＞90°时，材料表现为憎水性。（ａ）亲水性材料（ｂ）憎水性材料扁圆特例：当=0º时，完全润湿；当=180º时，完全不润湿。第一章材料的基本性质1.1.4.1亲水性与憎水性三、意义憎水材料具有较好的防水性、防潮性、抗渗性，常用作防潮防水材料,也可用于亲水性材料的表面处理。混凝土、砖、石、木材、钢材等属于亲水性材料；大部分有机材料属于憎水性材料，如沥青、塑料、石蜡和有机硅等。第一章材料的基本性质一、吸水性1、概念：指材料在水中吸收水分的性质。2、表达式：•质量吸水率：•体积吸水率：对多孔吸水材料，其质量吸水率往往超过100％，此时用体积吸水率表示。3）影响材料吸水性的因素•材料的亲、憎水性•材料的孔隙率•材料的孔隙特征4）吸水性大小对材料性能的影响材料受潮后导热性增大，故保温隔热材料需保持干燥状态。1.1.4.2吸水性与吸湿性第一章材料的基本性质二、吸湿性1、概念——指材料在空气中吸收水气的性质。2、表达式——用含水率表示3、注意：材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率,建筑材料在正常状态下,均处于平衡含水率状态。4、吸水性与吸湿性的相互关系一般情况下，材料的含水率小于质量吸水率。当材料在空气中吸水饱和时，其含水率等于质量吸水率。1.1.4.2吸水性与吸湿性第一章材料的基本性质思考与练习【例题1-1】已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40立方厘米，质量为85.50克，吸水饱和后的质量为89.77克，烘干后的质量为82.30克。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率、含水率。解：密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40×（1-0.24）=2.7克/立方厘米开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-82.3）÷1/40=0.187闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053表观密度=干质量/表观体积=82.3/40×（1-0.187）=2.53含水率=水的质量/干重=（85.5-82.3）/82.3=0.039第一章材料的基本性质思考用什么指标来衡量材料对水的抵抗能力？耐水性抗渗性抗冻性第一章材料的基本性质1.1.4.3耐水性1、概念——指材料长期在水的作用下，保持其原有性质不变的能力，用软化系数K软表示。2、表达式：式中：f饱---材料吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。f干---材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。3、判断——软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。工程中将KP0.85的材料称为耐水材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构,K软不宜小于0.85；受潮较轻或次要结构所用材料，K软不宜小于0.70。干饱软ffK第一章材料的基本性质1.1.4.4抗渗性定义：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。用渗透系数或抗渗等级表示。判断：材料的渗透系数越小，抗渗性越好。影响因素：材料的孔隙率和孔隙特征。如绝对致密的材料或仅具有封闭孔隙的材料，水分难以透过。举例：抗渗等级P8混凝土——该混凝土能够抵抗的最大渗水压力为0.8MPa。第一章材料的基本性质1.1.4.5抗冻性定义：材料在吸水饱和状态下，经受多次冻融循环后，强度没有明显降低、质量没有明显损失的性质。表示方法：一般用抗冻等级F表示，如F150混凝土，表示在标准试验条件下，该混凝土材料强度下降不大于25％，质量损失不大于5％，所能经受的冻融循环次数最多为10次。冰冻破坏的原因：材料中含有水，水在结冰时体积膨胀约9%，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。影响因素：孔隙率、孔隙特征、吸水率及降温速度等。第一章材料的基本性质分析与总结：材料与水有关的性质与材料孔隙率以及孔隙特征的关系？第一章材料的基本性质1.1.5材料的热工性质1.1.5.1比热容及热容量1.1.5.2导热性1.1.5.3耐燃性第一章材料的基本性质1.1.5.1比热容及热容量热容量：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。表示方法：Q=mc（t1-t2）比热容c的物理意义：质量为1kg的材料，在温度每改变1K时所吸收或放出的热量。比热容c的选用：在建筑工程中，选择导热系数较小而热容量（比热容）大的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。第一章材料的基本性质1.1.5.2导热性定义：材料传导热量的性质，即当材料两侧有温度差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。表示方法：导热系数λ。λ值越小，材料的绝热性越好。作用：判断建筑材料的保温隔热性能。冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料阻碍热量