建筑材料与构造—材料的基本性质29页PPT

◇显微结构
指借助光学显微镜和电子显微镜观察到的结构, 它可分为结晶和无定型两种.结晶和无定型是同一物 质的不同状态,晶体呈稳定状态,而无定型则具有化学 活性。
◇微观结构
指原子排列结构,根据质子间键的特性分为原 子晶体,离子晶体,分子晶体
二、材料的微观结构
材料的微观结构只要是指材料在原子、粒子、 分子层次上的组成形式。
一.状态参数
（一）材料的密度
1、体积密度－材料在自然状态下单位体积的
质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式：
ρo =m/ Vo
Байду номын сангаас式中
ρo－表观密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g）
Vo－材料在自然状态下的体积（cm3）
体积密度的测量
自然状态下的体积－是指构成材料的固体物质的体积 与全部孔隙体积之和。根据材料在自然状态下含水情 况的不同，体积密度又可分为干燥体积密度、气干体 积密度（在空气中自然干燥）等几种。
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
四.材料的孔隙
（二）材料的孔隙状况由孔隙率、孔隙连通性和 孔隙直径三个指标说明
孔隙率：指孔隙在材料体积中所占的比例。 孔隙连通性：连通孔、封闭孔、半连通半封闭孔 孔隙直径：粗大孔：直径大于mm级的孔隙；
建筑材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和 胶体等形式。
二、材料的微观结构
晶体的微观结构特点是组成物质的微观粒子在空间的排 列有确定的几何位置关系。如金刚石和石墨，元素 组成都为碳，由于各自的晶体结构形式不同，性质 上反差巨大。
晶体物质具有强度高、硬度大、有确定的熔点、力 学性质各项异性的共性。

材料的孔隙特征
(2)周围环境条件的影响，空气的湿度大、温度低时，材 料的吸湿性大，反之则小。
4)材料吸水与吸湿后对其性质的影响：会产生不利的影响， 如材料吸水或吸湿后，使其质量增加，体积膨胀，导热性增 大，强度和耐久性下降。
有一块砖重2625g，其含水率为5% ，该湿砖所含水 量为多少？ 解：
（二）材料的吸水性与吸湿性
视密度
ρˊ ρˊ=m/vˊ
表观密度 ρ0
ρ0=m/ v0
堆积密度 ρ0ˊ ρ0ˊ=m/v0ˊ
①绝干状态②含闭口孔隙、 不含开口孔隙
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
二、密实度与孔隙率，填充率与空隙率
孔隙的特征 （1）按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为粗大孔和细小孔 （2）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、 封闭孔。 孔隙对材料的影响：（1）孔隙的多少（孔隙率）
观体积
表观体积是指包括内部封 闭孔隙在内的体积。其封 闭孔隙的多少，孔隙中是 否含有水及含水的多少， 均可能影响其总质量或体 积。
因此，材料的表观密 度与其内部构成状态及含 水状态有关。
材料四种含水状态
反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。
4.堆积密度（又称松散容重）
(1)定义：散粒状或粉状材料，在自然堆积状态
与质量有关的性质
物理性质 与水有关的性质
材 料 的 基 力学性质 本
与热有关的性质
强度 变形性 抗冲击性 表面性质
性
质 耐久性
抗压强度
抗拉强度
材 料
强度 抗剪强度 抗弯（折）强度
的
弹性变形
力 变形性 塑性变形
学
弹、塑性变形

实际密度的测量： 1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等 量测几何体积－称重－代入公式 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材 磨成细粉－ 李氏比重瓶法测试
2、表观密度（容重）－材料在自然状态下单 位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式：
o

m Vo
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中 ρo－表观密度（ g/cm3 ）
m－材料的质量（g）
建筑材料的基本性质
内容：
1.1 引言 1.2 基本状态参数(与质量有关的性质) 1.3 材料的基本力学性质 1.4 材料与水有关的性质 1.5 材料的热工性质 1.6 材料的耐久性
1.2 材料基本状态参数 (与质量有关的性质)
内容： 1.2.1 材料的密度、表观密度和堆积密度 1.2.2 材料的孔隙和空隙
散粒材料装入容器－量测体积－称净 重－代入公式 2）自然堆积法：
堆积成一定形状－量测几何体积－称 重－代入公式
1.2.2 孔隙和空隙
1、密实度－指材料体积内被固体物质所充 实的程度。反映材料的致密程度。
公式
DV o 10% 0 Vo
影响材料的： 强度
吸水性
耐久性
导热性
2、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体 积之比。直接反映材料的致密程度。
/o 10% 0
4、空隙率－散粒材料在某容器的堆积体 积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的 比率。 公式
P/ VoV / /oVo1V V oo/ (1/oo)10% 0
空隙率与填充率的关系
P/+D/=1
1.3.1 材料的弹性与塑性
• 弹性－材料在外力的作用下产生变形，当外力
取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来 形状的性质。

f = 3 FL / 2 b h2
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【材料课件】1建筑材料的基本性质
•
1.2 材料的力学性质
1.2.4 强 度 等 级 1. 概念 为便于应用，按材料强度值高低划分的若干等级。脆性材料主要抗 压强度来划分，如水泥、混凝土、砖等，塑性材料和韧性材料主要以抗 拉强度来划分，如钢材等 。 2. 强度等级与强度的异同 二者都是描述材料抵抗外力作用时的破坏能力, 而 前者是按强度大小确定的等级, 后者是概念性名词 。
a --- 材料的厚度，m 。
T1 - T2 --- 材料两侧的温差，k 。 A --- 材料传热面的面积，㎡。 t ---传热的时间，s 或 h 。
(3) 意义 通常把λ<0.23 W/(m·k) 的材料称为绝热材 料， 在运输、存放、施工及使用过程中，须保持干燥状态 。
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1.2.5 比 强 度 1. 概念 是指材料强度与体积密度的比值（f /ρ0） 。 2. 意义 比强度是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。选用比强度大的
材料对增加建筑高度、减轻结构自重、降低工程造价等具有重大意义 。
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【材料课件】1建筑材料的基本性质
•
1.2 材料的力学性质
绪
建筑材料在建筑物中，受到如下作用。
一. 周围介质作用
如水、蒸气、热、光、腐蚀性气体和液体等的物理和化学作用。
二. 荷载作用
上部构件传递或自重的荷载。 因此, 材料必须具有抵抗各种作用的能力，即应具备相应的基 本性质┄ 物理性质、化学性质(民用建筑中可忽略)、力学性质等。
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【材料课件】1建筑材料的基本性质

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。
材料受潮后导热性增大，故保温隔热材料需保持干燥状态。
第23页/共65页
1.1.4.2 吸水性与吸湿性
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
开口 孔隙
闭口 孔隙
固体 物质
材料体积组成示意图
第5页/共65页
装在容器 里的粒状、 粉状或块 状材料
1.1.1 材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度
补充2：材料孔隙形成的原因
(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
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 KP >0.85 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 不第宜27小页于/共065.页70。
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 ，

1.1.3 近似绝对密实体积
对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细， 直接用排开液体的方法测定的体积。一般以V 表示。
1.1 材料与质量有关的性质
工程中砂石材 料，直接用排 水法测定其表 观体积
近似绝对密实体积是指包 括内部封闭孔隙在内的体 积。其封闭孔隙的多少， 孔隙中是否含有水及含水 的多少，均可能影响其总 质量或体积。
1.3 材料的力学性质
（2)耐磨性
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力(包括磨损和磨耗)。 材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：
m1 m 2 G A
式中： G ——材料的磨耗率， （g/cm2）； m1——材料磨损前的质量，（g）； m2—— 材料磨损后的质量，（g）； A——材料试件的受磨面积 （cm2）。
h b
l
F
F
抗压
抗拉
抗剪
抗弯
1.3 材料的力学性质
抗压强度、抗拉强度、抗 剪强度的计算： 抗弯强度的计算： 中间作用一集中荷载， 对矩形截面试件，则其抗 弯强度用下式计算：
Fmax f A
式中：f——材料强度， MPa； Fmax——材料破坏时的最 大荷载，N； A——试件受力面积， mm2。
第1章 建筑材料的基本性质
the Basic Property of Construction Materials
1.1 材料与质量有关的性质
1.1.1 材料的体积构成
体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的 物理状态，因而表现出不同的体积。
封闭孔隙（体积为Vb） 开口孔隙（体积为Vk） 固体物质（体积为V）
Wm
mb m g mg
100 %
式中： mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。

建筑材料的基本性质
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２.２ 建筑材料的力学性质
• ２. 材料的强度等级、比强度 • 大多数建筑材料可根据其极限强度的大小划分为若干不同等级，称为
材料的强度等级。脆性材料如混凝土、水泥、石材等，主要根据其抗 压强度来划分等级；塑性材料如钢材等，主要根据其抗拉强度来划分 等级。 • 不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指标。比强度等于材料 的强度与其表观密度之比。比强度是评价材料是否轻质高强的指标。 表２-１所列是几种主要材料的比强度值。
• ５. 材料的抗渗性
建筑材料的基本性质
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２.１ 建筑材料的物理性质
• 材料的抗渗性是指其抵抗压力水渗透的性质。抗渗性用渗透系数表示， 渗透系数按照达西定律以下式表示：
• 渗透系数K反映水在材料中流动的速度。K值越大，说明水在材料中流 动的速度越快，其抗渗性能越差。
• 材料的抗渗性能也可用抗渗等级来表示，抗渗等级用材料抵抗最大水 压力来表示，如Ｐ６、Ｐ８、Ｐ１０、Ｐ１２等，分别表示材料可抵 抗０．６ＭＰａ、０．８ＭＰａ、１．０ＭＰａ和１．２ＭＰａ的水 压力而不渗水。
建筑材料的基本性质
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２.１ 建筑材料的物理性质
• 材料的抗渗性不仅与材料本身的亲水性和憎水性有关，而且还与孔隙 率及孔隙特征有关。材料的孔隙率越小且封闭孔隙越多，其抗渗性能 越强。地下建筑、水工建筑和防水工程所用的材料均要求有足够的抗 渗性，应根据所处环境的最大水力梯度提出不同的抗渗指标。
分率。
• 综上所述，含孔材料的体积组成如图２-１所示，散粒状材料的体积 组成如图２-２所示。
建筑材料的基本性质
6

L
L/3 P/2
h b
.
材料的“物尽其用”
砖、石、混凝土：抗压强度较高，抗拉强度较低。 钢材：抗压强度及抗拉强度均较高。 强度与孔隙率的关系：孔隙率越大，强度越-低----?。 同一种材料的强度分级： C30（强度为30MPa的混凝土），C50? HPB235（强度为235MPa的热轧光圆钢筋） HRB335（强度为335MPa. 的热轧带肋钢筋）。
软化系 材 数 材 料料 在在 吸干 水燥 饱状 的 和 压 态 抗 状 强 下 压 态 度 的 强 下 ffgb抗 度
.
7 材料的抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。抗渗性是决定材 料耐久性的主要指标。材料的抗渗性通常用渗透系数表示。
渗透系数的物理意义是：
一定厚度的材料，在一 定水压力下，在单位时 间内透过单位面积的水 量。
S=10H-1
式中：S---抗渗等级； H ---试件开始渗水时的压力，MPa.
.
8 材料的抗冻性
材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循 环，保持其原有性质或不明显降低原有性 质的能力。
.
材料受冻融破坏主要原因：孔隙中的水结冰所致。 • 水结冰时体积增大约9％，若材料孔 隙中充满水，则结
冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的抗拉 强度时，孔壁将产 生局部开裂。随着冻融次数的增多， 材料破坏加重。 • 材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。 1）如果孔隙不充满水，即远末达饱和，具有足够的自由空 间，则即使受冻也不致产生很大冻胀应力。
2 比强度
• 比强度是指按单位重量计算的材料强
度它等于材料的强度与表观密度之比
：
f
0
• 它是评价材料的是否轻质高强的指标