第1章材料的基本性质

1第1章材料的基本性质第一节材料的组成、结构和构造一、材料的组成化学组成：------化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。-----金属材料常以各化学元素含量表示-----无机非金属材料常以各氧化物含量表示-----有机材料常以各化合物的含量表示矿物组成：矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量，它是决定无机非金属材料化学、物理、力学等性质的重要因素。相组成：材料中结构相近、性质相同的均匀部分。二、材料的结构与构造宏观结构亚微观结构（显微或细观结构）微观结构1、宏观结构（构造）指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。材料的宏观结构及其相应的主要特征按孔隙特征分致密结构多孔结构微孔结构按孔径分粗大孔隙结构细小孔隙结构极微细孔隙结构按构成形态分聚集结构纤维结构层状结构散粒结构2、亚微观结构（显微或细观结构）指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-3~10-6m。该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。3、微观结构指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在210-6-10-10m。微观结构微观材料常见材料主要特征晶体原子、离子或分子按一定规律排列金刚石、石英、石膏、石灰岩、钢、铁及部分有机化合物。有固定的几何外形和熔点，部分晶体的硬度、强度较高非晶体原子、离子或分子以共价键、离子键或分子键结合，但为无序排列（短程有序，长程无序）玻璃、粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰无固定的几何外形和熔点，强度、化学稳定性、导热性较差胶体1溶胶结构2凝胶结构：干凝胶材料的构造：材料结构单元的搭配与组合第二节材料的基本物理性质一、材料的密度、表观密度、堆积密度材料的密度材料在绝对密实状态下单位体积的重量。（kg/m3）式中：——密度m——材料的质量，kg。v——材料在绝对密实状态下的体积，m3。测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。表观密度材料在自然状态下单位体积的重量。式中：。—表观密度，kg/m3。m—材料的质量，kg。V。—材料在自然状态下的体积，m3。视密度散粒材料包括封闭孔在内的单位体积的重量。式中：`——表观密度，kg/m3。m——材料的质量，kg。v`——包括封闭孔在内的体积，m3。堆积密度散粒材料在堆积状态下单位体积的重量。（kg/m3）式中：。`—堆积密度m—材料的质量，kg。Vm00Vm//Vm/0/0Vm3v。`—材料在堆积状态下的体积，m3。二、密实度、孔隙率1、密实度：是指材料体积内被固体物质充实的程度。D=v/v。100%=。/100%2、孔隙率：是指材料体积内孔隙体积所占的比例。P=（v。-v）/v。100%=（1-。/）100%关系：D+P=1三、填充率、空隙率1、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。D`=v。/v。`100%=。`/。100%2、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例P`=（v。`-v。）/v。`100%=(1-。`/。）100%关系：D`+P`=1四、与水有关的性质1、亲水性和憎水性a、亲水性材料b、憎水性材料90º亲水性90º憎水性=0º完全润湿=180º完全不润产生的原因：是由水分子和固体材料表面之间的相互作用不同引起的。a、当水分子的内聚力水分子与固体分子间的吸引力时,材料表现为亲水性。b、当水分子的内聚力水分子与固体分子间的吸引力时,材料表现为憎水性。2、吸水性和吸湿性⑴吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。含水率：材料中含水的质量与干燥状态下质量之比。质量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时的含水率。体积吸水率：材料吸水达到饱和时，吸入水的体积占材料自然状态下体积的百分率。⑵吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。3、材料的耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数K表示。材料吸水饱和状态下的抗压强度(MPa)K=————————————————材料干燥状态下的抗压强度(MPa)通常，K=0-1，当K0.80时，为耐水性材料；受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用K0.85的材料建造.44、材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数表示：式中QdK—渗透系数，cm/h；A—透水面积，cm2；K=——Q—透水量，cm3；t—时间，h；AtHd—试件厚度，cm；H—静水压力水头，cm。对混凝土和砂浆，常用抗渗等级来表示：S=10H-1式中：S—抗渗等级；H—试件开始渗水时的水压力。5、材料的抗冻性指材料在水饱和状态下，能经反复冻融而不破坏的能力,同时也不严重降低强度的性质。用冻融循环次数表示.（1）试件在规定的标准试验条件下，经过一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻标号。有些建筑材料，如砼常用抗冻等级（记为Fn）表示。（2）冻融循环次数越多，抗冻标号越高，则材料抗冻性越好。（3）材料抗冻等级的选择是根据结构物的种类，使用条件及气候条件来决定的，烧结普通砖、陶瓷面砖、轻砼等墙体材料，一般要求F15或F25用在道路和桥梁的砼应为F50、F100或F200水工砼要求F500~~F1000（六）材料的导热性：指建筑材料传导热量的性质称为材料的导热性。当材料两面存在温差时，热量从材料的一面通过材料传导到材料的另一面的性质。用导热系数表示。（1）以导热率或导热系数λ表示。（2）导热系数的物理意义：面积为1平方米，厚度为1m的单层材料，当两侧温差为1k时，经1s所传递的热量。（3）导热系数愈小，材料的绝热性能愈好（4）无机材料必有机材料的λ大（金属材料的比非金属材料的λ大）（5）密闭空气的导热系数很小为0.023，一般材料的孔隙率大，λ小。细小而封闭的孔，孔隙率大，λ小。粗大、开口且连通的孔隙，容易形成对流传热，导致λ大。第三节材料的基本力学性质一、材料的理论强度5材料的理论抗压强度可表示为：Eft=—d式中：ft--理论抗压强度；E--纵向弹性模量；--单位表面能；d--原子间的二、材料的强度强度：指材料受外力作用下，抵抗破坏的能力。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。影响因素：1、内因。指组成、结构的影响。2、外因。包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿度等因素。三、弹性和塑性1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。四、脆性和韧性1、脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。2、韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，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。第四节材料的耐久性指材料在长期使用过程中，抵抗其自身环境因素长期破坏作用，保持其原有的性能而不变质、不破坏的能力。