第一章  建筑材料的基本性质
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第一章 建筑材料的基本性质. 本章教学目标. 掌握:材料各种基本性质的概念、指标的计算。. 熟悉:主要技术性质的物理意义、影响因素及 对其它性质的影响。. 了解:材料的各性质在工程实践中的意义 。. 本章内容. 第一节 材料的基本物理性质. 第二节 材料的力学性质. 第三节 材料的耐久性. 建筑材料的分类. 按化学组成分为:无机材料、有机材料及复合材料。. 按材料的使用功能:结构材料、墙体材料、装饰材料及其他功能材料。. 第一节 材料的基本物理性质. 一、材料与质量有关的基本物理性质. (一)材料的密度、表观密度与堆积密度.

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第一章 建筑材料的基本性质

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第一章 建筑材料的基本性质


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本章教学目标

掌握:材料各种基本性质的概念、指标的计算。

熟悉:主要技术性质的物理意义、影响因素及

对其它性质的影响。

了解:材料的各性质在工程实践中的意义。


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本章内容

  • 第一节 材料的基本物理性质

  • 第二节 材料的力学性质

  • 第三节 材料的耐久性


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建筑材料的分类

  • 按化学组成分为:无机材料、有机材料及复合材料。

  • 按材料的使用功能:结构材料、墙体材料、装饰材料及其他功能材料。


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第一节 材料的基本物理性质


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一、材料与质量有关的基本物理性质

(一)材料的密度、表观密度与堆积密度

材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。

g/cm3

㎏/m3或g/cm3

材料在自然状态下,单位体积的质量。

材料在堆积状态下,单位体积的质量。

㎏/m3


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请看密度试验动画


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请看堆积密度试验动画


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(二)密实度与孔隙率

  • 密实度

密实度是指材料体

积内,被固体物质

所充实的程度。

图1-1 材料孔隙率示意图


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(二)密实度与孔隙率

  • 孔隙率

孔隙率是指材料体

积内,孔隙体积占

总体积的百分率。

图1-1 材料孔隙率示意图


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(三)填充率与空隙率

  • 填充率

填充率是指散粒材料

在其堆积体积中,被

其颗粒填充的程度 。

图1-2 材料空隙率示意图


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(三)填充率与空隙率

  • 空隙率

空隙率是指散粒材料在

其堆积体积中,颗粒之

间的空隙体积占材料堆

积体积的百分率 。

图1-2 材料空隙率示意图


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(一)材料的亲水性与憎水性

二、材料与水有关的性质

(a) 亲水性材料

(b) 憎水性材料


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请看亲水性与憎水性动画演示


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(二)吸水性

  • 定义:吸水性是指材料在水中吸收水分的性质,其大小用吸水率表示。


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影响吸水性的因素

影响吸水性的因素:

  • 材料的本身的性质,如亲水性或憎水性;

  • 材料的孔隙率;

  • 孔隙构造特征,如孔径大小、开口与否等 。


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(三)吸湿性

  • 定义:材料在空气中,吸收空气中水分的性质,称为吸湿性。其大小用含水率表示。


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影响吸湿性的因素

影响吸湿性的因素:

  • 材料的本身的性质,如亲水性或憎水性;

  • 材料的孔隙率;

  • 孔隙构造特征,如孔径大小、开口与否等;

  • 周围空气的温度和湿度 。


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(四)材料的耐水性

  • 定义:材料在长期饱和水作用下,其强度也不显著降低的性质,称为耐水性。其衡量指标为:

  • 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。


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材料软化系数的要求

工程对材料软化系数的要求

  • 对经常处于水中或受潮严重的重要结构物(如地下构筑物、基础、水工结构)的材料,其K软≥0.85;

  • 受潮较轻的或次要结构物的材料,其K软≥0.75;

  • K软≥0.80的材料,一般称为耐水的材料。


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H

A

d

(五)材料的抗渗性

Q

  • 定义:材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。

衡量指标:

①渗透系数k,单位cm/h

k越大,材料的抗渗性越差。

②抗渗等级Pn


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抗渗等级

  • 对于混凝土和砂浆,抗渗性常用抗渗等级(S)表示:

    S=10H-1

    H-试件开始渗水时的水压力(MPa)

  • 影响材料抗渗性的因素:孔隙率、孔隙特征

  • 地下建筑(地铁、人防建筑、地下室)、水工结构、防水材料等均要求较高的抗渗性。


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(六)材料的抗冻性

  • 定义:材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环作用而不破坏,强度也不显著降低的性质。

  • 衡量指标:抗冻性指标用抗冻等级Fn表示,表示经过n次冻融循环次数后,质量损失不超过5%,强度损失不超过25%。


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冻融破坏的原因

  • 材料有孔且孔隙含水;

  • 水→冰,体积膨胀9%,结冰压力高达100MPa,

    结冰压力超过材料的抗拉强度时,材料开裂;

  • 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度,

    饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏;

  • 反复多次加剧破坏,最终材料崩溃;

  • 严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。


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Q

t1

t2

A

三、材料的热工性质-导热性

导热性-材料传导热量的能力称为导热性。其大小用

热导率(λ)表示。

式中 λ-导热系数(W/m.K)

Q-传导的热量(J)

A-热传导面积(m2)

d-材料的厚度(m)

t-热传导时间(s)

(T2-T1)-材料两侧温差(K)


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导热系数λ的物理意义:表示单位厚度的材料,当两侧温差为1K时,在单位时间内通过单位面积的热量。

材料的组成与结构

孔隙率及孔隙特征

含水情况

影响材料导热系数的因素有:


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第二节 材料的力学性质


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第二节 材料的力学性质

一、材料的强度与强度等级

请看材料受拉破坏动画演示


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第二节 材料的力学性质

一、材料的强度与强度等级

请看材料受压破坏动画演示


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第二节 材料的力学性质

一、材料的强度与强度等级

请看材料受弯破坏动画演示


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第二节 材料的力学性质

一、材料的强度与强度等级

请看材料受剪破坏动画演示


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第二节 材料的力学性质

一、材料的强度与强度等级

  • 强度--指材料抵抗破坏的能力。

  • 材料的抗压、抗拉、抗剪强度。

    单位:MPa,1MPa=1N/mm2

  • 材料的抗弯强度


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比强度

二、材料的比强度

衡量材料轻质高强的一个指标,材料的强度与其

表观密度之比,即:

比强度材料的强度与其表观密度的比值(f/ρo),

它是评价材料是否轻质高强的指标。

几种材料的强度比较


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σ

ε

三、弹性与塑性

  • 材料在外力作用下产生变形,外力撤掉后变形能完全恢复的性质,称为弹性。

  • 材料在外力作用下产生变形,若除去外力后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。


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四、材料的脆性与韧性

1.脆性-在外力作用下,当外力达到一定限度后,

材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。

脆性材料(如混凝土、玻璃、石材)抵抗冲击或震动荷载的能力很差。

2.韧性-在冲击、震动荷载的作用下,能吸收较大能量而不破坏的性质称为韧性。如钢材、木材、纤维等。

桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等处所用的材料须有较好的韧性。


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请看材料脆性、韧性破坏动画演示


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五、硬度和耐磨性

1.硬度-指材料表面的坚硬程度,是抵抗其他物体

刻划、压入其表面的能力。

测定方法:刻划法、回弹法、压入法。


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五、硬度和耐磨性

请看压入法测材料硬度动画演示


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五、硬度和耐磨性

2.耐磨性-材料表面抵抗磨损的能力。用磨损率表示。

m1--试件磨损前的质量(g);

m2--试件磨损后的质量(g);

A--试件受磨面积(cm2)。


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第三节 材料的耐久性


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第三节 材料的耐久性

一、概念

材料的耐久性是指材料在使用期间,受到各种内在的

或外来因素的影响,能经久不变质不破坏,能保持原

有性能不影响使用的性质。这是一个综合性指标。

二、提高耐久性的措施

  • 减轻介质对材料的破坏作用

  • 提高材料密实度

  • 对材料进行憎水或防腐处理

  • 在材料表面设置保护层


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