学习情境1--2建筑材料基本性质分析

学习情境12.建筑材料基本性质分析建筑材料基本性质物理性质与水有关性质与热有关性质与力有关性质1材料体积的组成2密度、表观密度、堆积密度3密实度与孔隙率、填充率与空隙率1亲水性、憎水性2吸水性、吸湿性3耐水性4抗冻性、抗渗性1材料导热性2.热容量1强度2材料弹性与塑性3材料脆性与韧性4硬度与耐磨性图1—4散粒材料的堆积状态示意图1—颗粒中固体物质；2—颗粒的开口孔隙；3—颗粒的闭口孔隙；4—颗粒间的空隙（Vs）一、物理性质1、材料体积组成分析2、密度密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。计算式为：绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。李氏瓶3、表观密度表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。计算式为：材料的表观体积是指包含孔隙的体积。一般是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的表观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度。0m0=V4、堆积密度堆积密度是指粉状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。计算式为：砂子、石子等散粒材料的堆积体积，是在特定条件下所填充的容量筒的容积。材料的堆积体积包含了颗粒之间或纤维之间的孔隙。密度、表观密度、堆积密度对比常见建筑材料的密度、表观密度、堆积密度孔隙率孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。计算式为：5、材料孔隙率与密实度、填充率与空隙率的认知密实度密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映材料的致密程度。计算式为：000100%100%mVDmV孔隙率与密实度的关系为：填充率填充率是指散粒材料在某种堆积体积内被其颗粒填充的程度。其计算式为：00100%VDV空隙率空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式为：空隙率与填充率的关系为：000100%VVPV例题分析1—1：某块材料在全干状态下称量，质量为150g，在自然状态下的体积为50cm3，绝对密实状态下的体积为40cm3，求其密度、表观密度、密实度和孔隙率。材料在空气中与水接触时，根据材料表面被水润湿的情况，分亲水性材料和憎水性材料两类。当材料分子与水分子间的相互作用力大于水分子间的作用力时，材料表面就会被水所润湿。此时在材料、水和空气的三相交点处，沿水滴表面所引切线与材料表面所成夹角θ≤90°，这种材料属于亲水性材料。亲水性与憎水性二、材料与水有关的性质如果材料分子与水分子间的相互作用力小于水本身分子间的作用力，则表示材料不能被水润湿。此时，润湿角90°＜θ＜180°，这种材料称为憎水性材料。大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。材料润湿边角吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体质量吸水率：吸水性()==100%bgzgmmWm体积吸水率：材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙构造特征有关。0w-1=100%bmmWV干体干材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。含水率为材料所含水的质量占材料干燥质量的百分比。计算式为：吸湿性-W=100%mmm含干含干材料在长期饱和水作用下不被破坏，其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。计算式为：耐水性软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将Kr＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.70。rg=bfKf抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。材料的抗渗性可用渗透系数表示。抗渗性材料的抗渗性也可以用抗渗等级PN来表示。P4、P6、P8sQdKAtH影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性---通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度---密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征---具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用(冻融循环)而不被破坏，强度也无显著降低的性能。材料的抗冻性用抗冻等级FN表示。N表示材料试件经N次冻融循环试验后，质量损失不超过5%，抗压强度降低不超过25%。N的数值越大，说明抗冻性愈好。抗冻性影响抗冻性的因素（1）材料的密实度（孔隙率）：密实度越高则其抗冻性越好。（2）材料的孔隙特征：开口孔隙越多则其抗冻性越差。（3）材料的强度：强度越高则其抗冻性越好。（4）材料的耐水性：耐水性越好则其抗冻性也越好。（5）材料的吸水量大小：吸水量越大则其抗冻性越差。某砂样500g,烘干后质量为480g,求它的含水率？质量为3.4kg，容积为10L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。若向筒内注入水，待石子吸水饱和后，为注满此筒共注入水4.27kg。将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总质量为18.6kg（含筒重）。求该石子的吸水率、表观密度、堆积密度及开口孔隙率。计算材料传导热量的性能称为导热性。材料的导热性用导热系数表示。导热系数的物理意义是指，单位厚度的材料，当两个相对侧面温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。计算式为：导热性12()QdAZtt三、材料与热有关的性质材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量，热容量用Q表示。1kg材料温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量称为比热容c。比热的计算式为：热容量21()QcGtt温度变形性材料的温度变形性是指材料随温度变化，体积发生变化的程度。一般材料都符合热胀冷缩属性。材料的温度变形性，常用表现在长度方向上的尺寸变化来表示，即膨胀系数（线膨胀和线收缩）。按下式计算：式中：α——线膨胀系数，1/K；L——材料原来的长度，mm；ΔL——材料的线变形量，mm；t2－t1——材料在温度升高或降低前后的温度差，K。材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力，称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。强度四、与力学有关的性质根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度。材料受力示意图(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲材料的强度主要取决于它的组成和结构。一般说材料孔隙率越大，强度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同。比强度是材料强度与表观密度的比值强度计算公式材料在外力作用下产生变形，若除去外力后变形随即消失，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。不能恢复的变形称为塑性变形。弹性与塑性图1-10弹簧变形图1—11钢筋弯曲材料受力破坏时，无显著的变形而突然断裂的性质称为脆性。在常温、静荷载下具有脆性的材料称为脆性材料。在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击韧性。脆性与韧性工字钢钢铁大桥和万吨巨轮为何断裂？？？1938年3月14日，比利时的哈塞尔特城，温度低达零下15℃横跨在阿尔伯运河上的阿尔伯大桥在寒冷中屹立着，显得格外雄伟、壮观。突然，从桥下传来惊天动地的金属断裂声，接着，桥身剧烈抖动，桥面出现裂缝，桥上的惊恐万状，争先恐后地向桥的两端奔逃，不到几分钟，大桥折成几段，坠入河中。1954年寒冬，在爱尔兰寒风凛冽的海面上，3万2千吨级英国油轮“世界协和号”正在航行，水手发现船体中部出现裂缝，立即向船长报告，话音未落，忽然一阵巨响，油轮裂成两段，迅速沉入海底。谁是这两起事件的罪魁祸首？经过有关专家的调查研究，终于真相大白，罪魁是藏在钢铁中的磷元素。钢铁中的磷元素含量过高，致使钢铁有冷脆性。寒冷的日子里，藏在钢铁中的磷使钢铁发脆，造成阿尔伯大桥断裂“世界协和号”油轮解体等严重恶性事故。为了防止类似恶性事故的再次发生，人们在炼钢时，除减少生铁中的磷含量外，还加入适量的氧化钙，使磷变成炉渣除去，以消除钢铁的冷脆性。硬度硬度指材料表面的坚硬程度，是抵抗其他物体刻划、压入其表面的能力。材料的硬度与其分子键的键性有关，一般共价键、离子键及某些金属键结合的材料硬度较大。硬度大的材料耐磨性较高，但不易加工。在工程中，常利用材料的硬度与强度间关系，间接测定材料强度。耐磨性材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象称为磨损。材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成的质量和体积损耗现象称为磨耗。材料的硬度较大、韧性较高、构造较密实时，其抗磨损及磨耗的能力较强。耐久性材料的耐久性是指其在长期的使用过程中，能抵抗环境的破坏作用，并保持原有性质不变、不破坏的一项综合性质。由于环境作用因素复杂，耐久性也难以用一个参数来衡量。工程上通常用材料抵抗使用环境中主要影响因素的能力来评价耐久性，如抗冻性、抗老化和抗腐蚀（碳化）等性质。环境对材料的破坏作用，可分为物理作用、化学作用和生物作用，不同材料受到的环境作用及程度也不相同。影响材料耐久性的内在因素很多，除了材料本身的组成结构、强度等因素外，材料致密程度、表面状态和孔隙特征对耐久性影响很大。工程上常用提高密实度、改善表面状态和孔隙结构的方法来提高耐久性。在建筑工程中，为提高材料的耐久性，根据材料本身的特性和受腐蚀的原因可采取以下措施：在材料的生产过程中：①降低材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率；②降低材料内部裂纹的数量和长度；③使材料的内部结构均质化；④对多相复合材料应增加相界面间的黏结力，如对混凝土材料，应增加砂、石与水泥石间的黏结力。在材料的使用过程中：①在材料表面加做保护层，如涂刷油漆、涂料、抹灰等；②减轻外部环境的腐蚀作用，如排除侵蚀性物质、降低温度等；③提高材料本身的密实度，如混凝土要注意搅拌机得选用和振捣方法。