材料的基本物理性质公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

第一章 建筑材料基本性质第第1页页第第1页页本章提纲o本章主要简介了建筑材料基本性质o掌握材料密度、与水相关性质、耐久性o理解热工性和硬度第第2页页第第2页页第一章 内容简介o材料构成、结构与结构o材料基本物理性质o材料力学性质o材料耐久性 第第3页页第第3页页1 材料构成、结构与结构材料宏观性能是由其构成及其内部微观结构所决定！o材料构成o材料结构o材料结构第第4页页第第4页页一、材料构成o材料是由分子、原子构成o材料构成包括化学构成和矿物构成n化学构成：构成材料化学元素种类和数量o表示办法：o金属以化学元素含量百分数表示o无机非金属材料以元素氧化物含量表示o有机高分子材料构成他一个或几种低分子化合物（单体）表示n矿物构成：指构成材料矿物种类和数量第第5页页第第5页页一、材料构成o构成与结构关系n材料构成决定了材料性能(高铝水泥与硅酸盐水泥）n构成相同时，结构决定性能金刚石与石墨第第6页页第第6页页二、材料结构o宏观结构o亚微观结构：1mm0.001mmo微观结构：构成材料基本微粒排列方式，晶体、非晶体、胶体第第7页页第第7页页三、材料结构材料宏观组织情况o主要研究材料孔隙n致密材料钢材n多孔材料无机非金属材料o孔隙特性参数:n多少孔隙率Pn孔隙大小孔半径rn孔隙结构孔隙分布n孔隙形状开口孔与闭口孔第第8页页第第8页页2 材料基本物理性质o材料与质量相关性质o材料与水相关性质o材料与热相关性质第第9页页第第9页页1.1 材料与质量相关性质o材料体积组成o 体积是材料占有o空间尺寸。因为材o料含有不同物理状o态，因此表现出不同o体积1.11.1材料结构构成材料结构构成 1.固体（实体）2.闭口孔隙 3.开口孔隙 第第10页页第第10页页材料体积构成o材料固体物质体积o材料孔隙体积 VKVB微孔细孔大孔孤立孔连通孔绝对密实体积绝对密实体积自然体积自然体积第第11页页第第11页页o粉状、散粒状材料在堆积状态下体积用堆积体积表示散粒材料堆积体积第第12页页第第12页页（一（一）材料密度）材料密度o密度密度(Density)(Density)：指材料在绝对密实状态下单位体积干质量。第第13页页第第13页页密度测量o测试时，材料必须处于干燥状态。o含孔材料磨细后采用排液办法测定体积。能够直接采用密度计算材料有：钢材、玻璃、沥青等。1.41.4 李氏瓶李氏瓶第第14页页第第14页页（一（一）材料密度）材料密度o表观密度：表观密度：(Apprent density)(Apprent density)o材料在自然状态下单位体积质量。第第15页页第第15页页（一（一）材料密度）材料密度o体积密度：体积密度：(Apprent density)(Apprent density)o材料在自然状态下单位体积质量。第第16页页第第16页页（一（一）材料密度）材料密度o由于自然体积包括了材料孔隙，因此，材料孔隙状态、孔隙多少以及孔隙含水状态等，都直接影响材料质量、自然体积和体积密度。o通常所指体积密度，都是指材料在干燥状态下体积密度。第第17页页第第17页页体积密度测量o大多数土木工程材料要以体积密度进行计算，如混凝土、砂浆、砖及烧结制品、木材及其制品等等。o对于外形规则材料，其自然体积可直接量取，对于无规则外形材料，通常采用蜡封法测得表观体积。第第18页页第第18页页（一（一）材料密度）材料密度o堆积密度o散粒状材料单位堆积体积（开口+闭口+实体+间隙）质量。反应散粒堆积紧密（压实）程度反应散粒堆积紧密（压实）程度及也许堆放空间。及也许堆放空间。第第19页页第第19页页（一（一）材料密度）材料密度o堆积密度计算公式第第20页页第第20页页堆积密度测量堆积密度测量讨论材料堆积密度必须指讨论材料堆积密度必须指明其堆积状态和干湿状态明其堆积状态和干湿状态第第21页页第第21页页（一（一）材料密度）材料密度o几个密度特点：o 相同点：指单位体积质量。（质量/体积）o 区分：测试方法不同，取得体积大小不同o体积测试方法：o 体积 李氏比重瓶法(粉末)o 自然体积 排液法o 堆积体积(实体闭口开口间隙)密度筒法第第22页页第第22页页（二（二）材料密实度和孔隙率）材料密实度和孔隙率o孔隙率孔隙率 o密实度密实度第第23页页第第23页页（三）材料空隙率和填充（三）材料空隙率和填充率率o空隙率空隙率 o填充率填充率第第24页页第第24页页孔隙率与空隙率区别比较项目比较项目孔隙率孔隙率空隙率空隙率o合用场合个体材料内部个体材料内部堆积材料之间堆积材料之间作作 用用可判断材料性质可判断材料性质可进行材料用量计算可进行材料用量计算计算公式计算公式第第25页页第第25页页孔隙多少和孔隙特性对材料性能影响：孔隙多少和孔隙特性对材料性能影响：o材料状态特性，如密度、体积等；o材料力学性质，如强度、耐磨性等；o材料与水相关性质，如吸湿性、吸水性。抗渗性、抗冻性 等；o材料热容性质，如保温性；o材料声学性质，如吸声性等。第第26页页第第26页页1.2 材料与水相关性质o亲水性与憎水性o吸水性与吸湿性o耐水性o抗渗性o抗冻性第第27页页第第27页页1 材料亲水性与憎水性o亲水性-材料在空气中与水接触时，能被水润湿性质 润湿角小于90度材料o憎水性-材料在空气中与水接触时，不能被水润湿性质 润湿角不小于90度材料o憎水性材料作用能制止水分进入毛细孔中 可单独用作防水材料也可用于亲水性材料表面处理。第第29页页第第29页页1 材料亲水性与憎水性第第30页页第第30页页1 材料亲水性与憎水性o因材料分子结构不同引发。o亲水性材料与水分子之间分子亲合力大 于水分子本身之间内聚力；反之，憎水性材料与水分子 之间亲合力小于水分子本身之间内聚力。o在亲水性材料表面，水分子能够铺展开，且能经过毛 细管作用进入材料内部；在憎水性材料表面，水分子难以铺展开，更难以渗透材料毛细管中。第第31页页第第31页页材料含水状态第第32页页第第32页页2.吸水性o材料吸取水分能力称为材料吸水性。吸水大小以 吸水率来表示。（1）质量吸水率）质量吸水率 o材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下质 量百分比，以 Wm表示：第第33页页第第33页页2.吸水性（续）（2）体积吸水率）体积吸水率o体积吸水率指材料吸水饱和时，吸水体积占材料自然 体积百分率，以 W表示：第第34页页第第34页页哪些材料吸水性强o亲水性材料o孔隙率大材料o含有开口而连通毛细孔第第35页页第第35页页影响原因o亲水材料还是憎水材料o孔隙率和孔隙特性第第36页页第第36页页3 吸湿性o指材料在潮湿空气中吸取水分性质。o用含水率表示o在空气中，某一材料含水多少是随空气 湿度改变。第第37页页第第37页页3 吸湿性第第38页页第第38页页影响原因o材料孔隙率和孔隙特性o外界环境第第39页页第第39页页吸水率与含水率区别比较项目比较项目吸水率吸水率含水率含水率o合用场合o在水中吸取水分o在空气中吸取水分o表示办法质量吸水率、体积质量吸水率、体积吸水率吸水率o吸取水分质量比吸水状态吸水状态o达到饱和与空气中水分平衡通与空气中水分平衡通常小于吸水率常小于吸水率第第40页页第第40页页4 耐水性o材料耐水性是指材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也不明显减少性质。o软化系数 KR：是衡量材料耐水性指标 KR 材料软化系数；fb 材料在饱和吸水状态下抗压强度，MPa fg 材料在干燥状态下抗压强度，MPa 第第41页页第第41页页软化系数o软化系数反应了材料饱水后强度降低程度，是材料吸 水后性质改变主要特性之一。o普通材料吸水后，水分会分散在材料内微粒表面，减弱其内部结合力，使材料强度有不同程度降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入水还可能溶解部分物质，造成强度严重降低。第第42页页第第42页页软化系数特点o材料软化系数范围在 0至1 之间。o软化系数越小，材料耐水性越差，其使用环境将受到很大限制。o软化系数 0.85 材料称为耐水性材料，耐水材料可用在水中或潮湿环境中以及主要工程中。o即使用于普通受潮较轻或次要工程部位时，材料软 化系数也不得小于 0.75 第第43页页第第43页页5 抗渗性o抗渗性：抗渗性：指材料抵抗压力水渗入性质o表示：渗入系数越大，抗渗性越差 抗渗性等级越大，抗渗性越好o要求：地下、水工、防水材料，要含有一定抗渗性第第44页页第第44页页抗渗等级o材料抗渗等级：oP4 P6 P8 P10 P15 P20 P25 P30 o材料 能承受透水压力：o0.4MPa 0.6MPa 0.8MPa 1.0MPa 1.5MPa 第第45页页第第45页页影响原因第第46页页第第46页页6 抗冻性o抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受重复冻融循环作用而不破坏，强度也不明显减少性能。第第47页页第第47页页冻融破坏第第48页页第第48页页抗冻性等级抗冻等级：指试件不被破坏时能经受冻融循环次数 抗冻等级标号越高，抗冻性越好 15 25 50 100 200材料可承受冻融循环次数：15 次、25 次、50 次、100 次、200 次。符号F后面数值表示：可经受冻融循环次数数值。第第49页页第第49页页影响材料抗冻性原因：第第50页页第第50页页1.3 材料导热性o导热性：材料传导热量能力 o0.23,绝热材料o密闭空气：0.023 o水：0.58 o冰：2.20 第第51页页第第51页页影响导热性原因：o化学构成（几乎所有多原子固体化合物热容都不小于水。几乎所有C5以上有机化合物热容不小于水）o空隙率及孔隙特性o含水情况o环境温度情况第第52页页第第52页页水在材料中不良影响o体积密度大（重）o隔热保温性能减少o强度减少o体积膨胀较大o抗冻性较差第第53页页第第53页页思考题o问题：为何新建房屋隔热保温性能很差，尤其在冬季？第第54页页第第54页页硬度与耐磨性第第55页页第第55页页硬度与耐磨性第第56页页第第56页页硬度与耐磨性关系特点：特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。硬度高，耐磨性强，但不易加工。第第57页页第第57页页1.4 材料力学性质o材料强度、比强度o 弹性和塑性o 脆性和韧性o 硬度和耐磨性第第58页页第第58页页1 1 强度强度(Strength)(Strength)o抗压抗压(Compressive)(Compressive)强度强度o抗拉抗拉(Tensile)(Tensile)强度强度o抗剪抗剪(Shearing)(Shearing)强度强度材料抵抗外力破坏能力材料抵抗外力破坏能力。第第59页页第第59页页2.2.比强度比强度(Strength-weight ratio)(Strength-weight ratio)指材料强度与其表观密度之比。指材料强度与其表观密度之比。意义：意义：反应材料轻质高强指标。反应材料轻质高强指标。值越大，材料越轻质高强值越大，材料越轻质高强第第60页页第第60页页3 材料弹性和塑性o弹性(Elasticity)外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。2.2.塑性塑性(Mould)外力作用产生变形外力作用产生变形,外力取消变形外力取消变形不能恢复不能恢复意义：意义：E E表示材料抵抗变形指标，表示材料抵抗变形指标，E E值越大，材料值越大，材料 越不易变形，即抵抗变形能力越强。越不易变形，即抵抗变形能力越强。指标：指标：弹性模量弹性模量 第第61页页第第61页页三、韧性韧性(Fragility)(Fragility)和脆性和脆性(Tenacity)(Tenacity)1.1.脆性脆性无明显塑性变形，忽然破坏。无明显塑性变形，忽然破坏。脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 2.2.韧韧性性产产生生一一定定变变形形不不破破坏坏,能能吸吸取取较较大大能能量。量。韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用采用冲击试验冲击试验测定。测定。第第62页页第第62页页四 耐久性o耐久性概念o指材料在所处环境条件下，抵抗所受破