第2讲-材料的基本性质

按组成物质和化学成分分类无机材料金属材料非金属材料有机材料复合材料金属与非金属复合无机与有机复合材料复合建筑材料的分类钢、铁石、水泥钢筋混凝土轻质金属夹芯板木材、石油、塑料铝、铜按材料来源天然材料人造材料按实用功能结构材料功能材料建筑材料的分类石、木、土塑料、玻璃梁、板、柱防水、保温（一）我国的建筑材料技术标准：（1）国家标准强制性标准（代号GB），推荐性标准（代号GB/T），它表示也可以执行其他标准，是非强制性的。（2）行业标准建筑工程行业标准（代号JG），建筑材料行业标准（代号JC）（3）地方标准（代号DB）和企业标准（代号QB）建筑材料的技术标准（二）国际标准及其他国家标准：（1）团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的标准如美国材料与实验协会标准（ASTM）等。（2）区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。（3）国际标准化组织标准（代号ISO）。例：国家标准（强制性）《混凝土结构设计规范》GB50010-2010建筑行业标准（推荐性）《建筑石灰》JC/T479-92GB—强制性国家标准代号50010—标准发布顺序号2010—标准发布年代其他标准只是前面的代号变，表示方式均与例子中表示一样。建筑材料的技术标准建筑材料的基本性质§1-1材料的基本物理性质§1-2材料的力学性质§1-3材料与水有关的性质§1-4材料的耐久性（※）§1-5材料的热工性质（※）§1-6材料的装饰性质（※）§1-7材料的组成、结构和构造（※）建筑材料的基本性质§1-1材料的基本物理性质§1-2材料的力学性质§1-3材料与水有关的性质§1-4材料的耐久性（※）§1-5材料的热工性质（※）§1-6材料的装饰性质（※）§1-7材料的组成、结构和构造（※）材料的基本物理性质密度表观密度堆积密度密度度空隙率孔隙率§1-1材料的物理状态参数1.密度：m----材料在干燥状态下的质量V----材料在绝对密实状态下的体积密度的测定：1）测质量：烘干（烘箱）——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）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，将其磨成细粉后，可由排水法测得。一、材料的密度、表观密度及堆积密度：绝对密实状态体积：不含有内部孔隙磨细排液法钢材玻璃表观密度的测定：质量测定用天平体积测定：外观形状是否规则2.表观密度：注意：1.V0=V+V闭孔2.表观密度一般注明含水状态00mV0V----材料的质量----材料在自然状态下的体积m§1-1材料的物理状态参数一、材料的密度、表观密度及堆积密度：自然状态体积：包含有内部孔隙封蜡排液法直接测量法形状规则形状不规则3.堆积密度：----材料的质量----材料在堆积状态下的体积00mV0Vm堆积密度的测定：一、材料的密度、表观密度及堆积密度：§1-1材料的物理状态参数堆积状态体积：包含有内部孔隙，以及颗粒之间的空隙砂石常用其所填充满的容器的标定容积来表示。1.密实度：材料体积内固体物质所填充的程度。常用符号D表示§1-1材料的物理状态参数二、材料的密实度、孔隙率、空隙率：000100%100%100%VmDVm2.孔隙率：材料中孔隙体积与自然状态下的体积之比的百分数。常用符号P表示。0000100%(1)100%(1)100%VVVPVV§1-1材料的物理状态参数二、材料的密实度、孔隙率、空隙率：密实度孔隙率§1-1材料的物理状态参数二、材料的密实度、孔隙率、空隙率：3.空隙率：散粒材料在堆积状态下，其颗粒之间的空隙体积与堆积体积之比的百分数。常用符号P000000100%(1)100%(1)100%VVVPVV（1）孔隙特征（2）孔隙状态：按照尺寸大小，分为微孔、细孔和大孔三种按照孔隙之间是否相互贯通，分为孤立孔、连通孔两种按照孔隙与外界是否连通，分为开口孔、封闭孔两种§1-1材料的物理状态参数二、材料的孔隙特征：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40cm3，质量为85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，烘干后的质量为82.30g。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率。§1-1材料的物理状态参数例题：已知条件0003000P=100%1100%40cm=82.30gVVVVmVmVm孔隙率:自然状态体积:密度：　　　　　表观密度：　　　　　　　质量：　1（）(2)(3)(4)(5)0043=VV除以，得解：5（）30040(1P)=40(1-24%)=30.4cmVV联立式(1)、(2)、(5)，得3300w102182.30==2.7gcm30.482.30(2)=2.06gcm4089.7782.3(3)P0.18740(4)PP-P0.240.1870.053mVmVmV(1)密度表观密度开口孔孔隙率闭口孔孔隙率质量为3.4kg，容积为10L的容量筒，装满绝干的石子后的总质量为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）。求该石子的表观密度、堆积密度、开口孔孔隙率、吸水率。§1-1材料的物理状态参数练习：建筑材料的基本性质§1-1材料的基本物理性质§1-2材料的力学性质§1-3材料与水有关的性质§1-4材料的耐久性（※）§1-5材料的热工性质（※）§1-6材料的装饰性质（※）§1-7材料的组成、结构和构造（※）材料的力学性质弹性塑性强度比强度脆性韧性硬度耐磨性(1)(2)(3)(4)§1-2材料的力学性质一、强度、强度等级和比强度1、强度：在外力作用下不破坏时能承受的最大应力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。PPPPPPP2/P2/P(ａ)抗压(ｂ)抗拉(ｃ)抗弯(ｄ)抗剪强度2、强度等级:大多数建筑材料根据其极限强度的大小，划分成若干不同等级，即强度等级。将建筑材料划分若干标号，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。塑性和韧性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行分级，如钢材分为Q235，Q255，Q275等；脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的，混凝土强度等级：C15、C20、C25、C30、C35、C40。§1-2材料的力学性质3、比强度：材料强度与其表观密度之比。是衡量材料是否轻质、高强的指标。钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度(kg/m3)抗压强度(MPa)比强度低碳钢78604150.053松木50034.3(顺纹)0.069普通混凝土240029.40.012ff§1-2材料的力学性质比强度木材是轻质高强的高效能材料，而普通混凝土为质量大而强度较低的材料，所以努力促进普通混凝土这一当代最重要的结构材料向轻质、高强方向发展，是一项十分重要的工作。二、材料的变形性质：1、弹性变形和塑性变形1)弹性变形：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称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形(或瞬时变形)。例：低碳钢拉伸实验2)塑性变形：在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，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。这种不能恢复的变形称为塑性变形(或永久变形)。§1-2材料的力学性质弹性与塑性2、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。脆性材料的抗压强度比其抗拉强度往往要高很多倍。它主要用于承受压力，例如石、铸铁等在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。§1-2材料的力学性质脆性与韧性脆性材料主要承受压力§1-2材料的力学性质3、材料的硬度和耐磨性：1、硬度：材料抵抗其他物体压入或刻划的能力。测定法：金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。矿物常用刻划法测定。2、耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。常用耐磨率表示（道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的部位，选择材料需考虑其耐磨性）。AmmM10M0m——耐磨率g/cm2，——磨前质量g1m——磨后质量g，A——试件受磨面积cm2，一般硬度越大耐磨性越好，工程上也常用硬度来换算出材料的耐磨性§1-2材料的力学性质建筑材料的基本性质§1-1材料的基本物理性质§1-2材料的力学性质§1-3材料与水有关的性质§1-4材料的耐久性（※）§1-5材料的热工性质（※）§1-6材料的装饰性质（※）§1-7材料的组成、结构和构造（※）§1-3材料与水有关的性质一、材料的亲水性与憎水性：材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现为亲水与憎水两种不同的性质。用润湿角判断。θ润湿角：90o＜θ≤180o憎水材料θ≤90o亲水材料亲水材料砖木混凝土憎水材料沥青石蜡塑料二、材料的吸水性与吸湿性：1、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。（1）质量吸水率:（2）体积吸水率:各种材料的吸水率相差很大，如花岗等致密岩石的吸水率（质量吸水率）仅为0.5%~0.7％，普通混凝土为2％~3％，粘土砖为8％~20％。而木材或其他轻质材料的吸水率则常大于100％。m1——吸水饱和后质量m——干燥状态下质量V0——干燥时自然体积——干燥时体积密度1100%mmmWm00100%bWVmmmWWV0§1-3材料与水有关的性质2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。材料的吸湿性用含水率表示。含水率吸湿作用一般是可逆的，也就是说材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。潮湿材料在干燥的空气中会放出水分，此称还湿性。%100ggshmmmWhW——含水率，%ms——吸湿状态下的质量mg——干燥状态下质量§1-3材料与水有关的性质二、材料的吸水性与吸湿性：平衡含水率：材料中所含水分与空气湿度达到平衡时的含水率。干燥的材料吸收空气中的水分潮湿的材料平衡含水率释放水分§1-3材料与水有关的性质§1-3材料与水有关的性质三、耐水性：材料长期处于水的作用下不破坏，其强度也不严重降低的性质。材料的耐水性用软化系数表示。软化系数:——材料在吸水饱和状态下的抗压强度fg——材料在干燥状态下的抗压强度（软化系数≥0.85的材料，认为是耐水的材料。）gbRffKbf§1-3材料与水有关的性质四、抗渗性：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。抗渗性的高低与材料的孔隙率及孔隙特征有关，绝对密实或具有封闭孔隙的材料，是不透水的。抗渗系数越小、抗渗等级越高抗渗性越好。对地下建筑、水工建筑物、压力管等，要求材料具有一定的抗渗性。AtHQdK抗渗系数:§1-3材料与水有关的性质建筑材料的基本性质§1-1材料的基本物理性质§1-2材料的力学性质§1-3材料与水有关的性质§1-4材料的耐久性（※）§1-5材料的热工性质（※）§1-6材料的装饰性质（※）§1-7材料的组成、结构和构造（※）一、耐久性的概念：材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素作用而不破坏，且能保持原有性质的性能。材料在使用过程中会受到各种外力的作用，还受到环境中各种自然因素的破坏作用如物理作用、化学作用、生物作用。§1-4材料的耐久性耐久性抗冻性抗渗性抗风化性抗碳化性抗化学腐蚀性§1-4材料的耐久性例：图为某大楼的外表面，从中可以看见墙壁发黑，在有些地方可见白色流迹线，还有凸凹不平的现象，试分析其原因§1-4材料的耐久性墙壁发黑是由于吸附以碳为主的煤烟状悬浮颗粒物造成的；白色流迹线是应为雨水中的硫酸侵蚀，使石材露出新的表面；凸凹不平的现象主要是其中的石灰质碱性岩与酸发生化学反应，石材本身被酸溶解而引起的（1）烧结