第一章 材料的基本性质

第一章材料的基本性质1、材料的组成、结构和构造2、材料的基本物理性质3、材料的基本力学性质4、材料的耐久性第一节材料的组成、结构和构造一、材料的组成材料的组成包括化学组成、矿物组成、相组成1、化学组成化学元素和化合物的种类与数量2、矿物组成非金属材料具有的特定晶体结构数量与种类。3、相组成相同物理、化学性质的均匀部分的种类与数量二、材料的结构与构造决定材料性能得到重要因素，分为宏观、细观和微观结构。一）结构1、宏观结构（10-3m以上）孔隙（致密、多孔、微孔结构）存在状态分类（堆聚、纤维、层状、散粒）2、细观结构（10-3-10-6m）混凝土、钢材、木材等材料细观层次上的组织对性能影响很大。3、微观结构（10-6-10-10m）1）晶体结构2）玻璃体结构3）胶体结构二、构造具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况第二节材料的基本物理性质一、材料的密度、表观密度与堆积密度一）材料的密度材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。其中ρ—密度（g/cm3)V—绝对密实状态下的体积（cm3)Vm测定方法：密实材料（钢材等）多孔材料（混凝土＼砖）abc二）材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。其中ρ0—表观密度（g/cm3)V0—自然状态下的体积（cm3)00Vm三）材料的堆积密度粉状或颗粒状材料在堆积状态下，单位体积的质量。其中—堆积密度（Kg/m3)—堆积状态下的体积（m3)'00'Vm'0'0V二、材料的密实度与孔隙率1、密实度或0100%D0100%VVD2、孔隙率或0(1)100%P00()100%VVVP三、材料的填充率与空隙率1、填充率或0'0'100%VVD'00100%D2、空隙率或'00'0()'100%VVVP''00(1)100%P习题：1、烧结普通粘土砖尺寸为240╳115╳53mm，已知干燥质量为2467g，孔隙率为37%，试计算密度与密实度。2、某河流的河砂，堆积密度为1400kg/m3，该砂干燥后称取500g，进行排水试验，排水量为191ml，试计算该砂的表观密度和空隙率（不考虑表面孔隙）。四、材料与水有关的性质一）亲水性与憎水性Ф≤90º亲水性材料ФФ90º憎水性材料润湿边角（Ф）：在材料、水和空气的交叉点处，沿水滴表面切线与水和材料接触面所形成的夹角。二）吸水性与吸湿性1、含水率材料中含水的质量与干燥状态下质量之比。其中：W—材料的含水率（%）m—材料在干燥状态下的质量（g）m1—材料在含水状态下的质量（g）%100)(1mmmW2、吸水率吸水性：材料与水接触时吸收水分的性质。吸水率：材料吸水饱和状态时的含水率。其中：W0—材料的含水率（%）m—材料在干燥状态下的质量（g）m0—材料在吸水饱和状态下的质量（g）影响因素：1）连通孔含量；2）孔隙大小。%100)(00mmmW3、吸湿性吸湿性：材料在潮湿空气中，吸收水分的性质。一般可逆。吸湿性对材料性质影响较大（如保温材料、木材）平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。三）材料的耐水性耐水性：材料抵抗水的破坏作用的能力。如对力学性能、光学、装饰性的劣化。软化系数在0-1之间，长期浸水或长期处于潮湿环境下的重要建筑，软化系数不得低于0.85。通常大于0.8的可以认为耐水。干燥状态下的抗压强度强度吸水饱和状态下的抗压软化系数四）材料的抗渗性1）抗渗性抵抗压力水渗透的性质。表示方法有两种，即渗透系数与抗渗等级。2）表示方法其中：K—渗透系数(cm/h)；Q—渗透量(cm3)；d—试件厚度(cm)；A—透水面积(cm2)；t—时间(h)；H—静水压力水头(cm)AtHQdK抗渗等级：砂浆与混凝土的表示方法。S—抗渗等级H—试件开始渗水压力3）影响抗渗性的因素孔隙率和孔隙特征。110HS第三节材料的基本力学性质一、材料的理论强度与实际强度强度：在外力作用下抵抗破坏的能力。按格里费斯强度理论，理论上材料的强度很高。但是由于材料内部的缺陷，造成理论强度远高于实际强度。内部的缺陷：晶格错位；杂质；孔隙；微裂缝。二、材料的强度1、强度分类1）抗拉强度；2）抗压强度；3）抗剪强度；4）抗弯强度。2、影响强度因素1）材料的品质；2）材料的孔隙率；3）材料的构造特征。3、强度等级划分根据强度大小划分为若干个等级。三、弹性与塑性1、弹性材料在外力作用下产生变形，外力取消后能够完全恢复原来形状的性质。2、塑性材料在外力作用下产生变形，外力取消后仍能够保持变形后形状和尺寸的性质。荷载弹性变形塑性变形变形四、脆性与韧性1、脆性当外力达到一定限定后，材料突然破坏，而无明显的塑性变形的性质。如：砖、石材、陶瓷、混凝土、玻璃等为脆性材料。2、韧性在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时发生一定变形而不致破坏的性质。如：木材、钢材等为韧性材料。第四节材料的耐久性一、耐久性材料在长期使用过程中，抵抗自身及环境因素破坏作用，保持其原有性能而不变质，不破坏的能力。已拆除的西直门桥（运营20年）碱—骨料反应引起混凝土网状裂缝破坏的混凝土路面二、耐久性影响因素抗渗性、抗冻性、冲磨气蚀、耐热、耐火等物理与碳化、化学侵蚀、老化、锈蚀、碱骨料反应、腐蚀、虫拄等化学与生物作用。三、耐久性的意义重要的技术性质；明确的经济意义