建筑材料基本性质教学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

施工员专业基础知识施工员专业基础知识曾恒江 13923673603第1页第一章第一章 建筑材料基本性质建筑材料基本性质建筑材料第2页第一节第一节 材料基本物理参数材料基本物理参数 1.1 1.1 基本物理性质基本物理性质 1.1.1 材料体积组成及含水状态 1.1.1.1 材料体积组成 自然界中材料，因为其单位体积中所含孔隙形状及数量不一样，因而其基本物理性质参数单位体积质量也由差异。块状材料在自然状态下体积是由固体物质体积及其内部孔隙体积组成。材料内部孔隙按孔隙特征又分为开口孔隙和闭口孔隙。闭口孔隙不进水，开口孔隙与材料周围介质相通，材料在浸水时易被水饱和。见图1-1。散粒材料是指含有一定粒径材料堆积体，如工程中惯用砂、石子等。其体积组成包含固体物质体积、颗粒内部孔隙体积及固体颗粒之间空隙体积。见图1-2。第3页第4页1.1.1.2 材料含水状态 材料在大气中或水中会吸附一定水分，依据材料吸附水分情况，将材料含水状态分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态及湿润状态4种，见图13。材料含水状态会对材料各种性质产生一定影响。干燥状态 气干状态 饱和面干燥状态 湿润状态 图 1-3 材料含水状态饱和水 表面水饱和水 表面水 干燥状态 气干状态 饱和面干燥状态 湿润状态 图 1-3 材料含水状态第5页l密度密度：n定义：材料在绝对密实状态下，单位体积质量。n表示式：p=m/v（g/cm3）m材料干燥时质量（g）v材料在绝对密实状态下体积材料在绝对密实状态下体积（cm3）即不包含任何孔隙在内体积。n意义：反应材料结构状态，比如：用密度控制玻璃生产。nV测定：a.比较密实材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积；b.普通多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用密度瓶测其实际体积；密度表观密度堆积密度是否存在绝对密实材料？1.1.2 密度、表观密度与堆积密度第6页l表观密度表观密度l定义：材料在自然状态下，单位体积质量。l表示式：（g/cm3）或(kg/m3)m材料质量（g 或kg）v0材料在自然状态自然状态下体积，也称表观体积(cm3 或 m3)。包含材料孔隙在内体积，既包含开口孔隙，也包含闭口孔隙。l意义：反应材料轻重量，也与材料强度相关，是选择结构材料和承重材料依据。lV0测量：对形状规则材料，直接测量；对形状不规则材料，蜡封蜡封后用排水法测量。密度表观密度堆积密度第7页l堆积密度堆积密度 定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在堆积状态堆积状态下，单位体积质量。表示式：（kg/m3）m材料质量（kg）堆积体积（m3）特点：包含了材料间空隙体积。包含了材料间空隙体积。测定：用既定容积容器测定。密度表观密度堆积密度第8页l密实度密实度定义：在材料体积内，固体物质体积占总 体积百分比。表示式：密实度孔隙率1.1.2.11.1.2.1第9页l孔隙率孔隙率l定义：材料体积内，孔隙体积占总体积百分比。l表示式：孔隙率与密实度关系？孔隙率与密实度关系？孔隙率与材料性质关系？孔隙率与材料性质关系？材料强度、材料表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。两个孔隙率相同同种同体积材料吸水率是否一定相同？两个孔隙率相同同种同体积材料吸水率是否一定相同？密实度孔隙率材料性质除了与孔多少相关外，还与孔特征、孔形状相关。材料性质除了与孔多少相关外，还与孔特征、孔形状相关。孔特征：包含开口孔和闭口孔，孔隙尺寸大小、孔形状、孔隙在材料内部分布均匀程度等。第10页观察与讨论某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料剖面。请问选择何种材料？AB第11页讨论：保温层目标是外界温度改变对住户影响，材料保温性能主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料导热系数较小，适于作保温层材料。第12页填充率空隙率l填充率填充率定义：在散粒材料堆积体积中，颗粒体积占总体积百分比。表示式：1.1.2.2第13页填充率空隙率l空隙率空隙率定义：在散粒材料堆积体积中，颗粒体积空隙占总体积百分比。表示式：试题练习试题练习第14页石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？建筑红砖能否用作防水材料？长久与水接触建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？与水相关性质包含：亲水性和憎水性；吸亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。2.2 2.2 材料与水相关性质材料与水相关性质第15页2.2.1 2.2.1 亲水性与憎水性亲水性与憎水性l依据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为 亲水性材料：润湿角90 憎水性材料：润湿角90180 亲水性憎水性l 建筑中大部分材料属于亲水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料表面处理。第16页2.2.2 2.2.2 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性材料在浸水状态下吸收水分能力称为吸水性。材料吸水性能，不但取决于材料本身是否含有亲水性，还与其空隙率大小及空隙结构相关。l 吸水性吸水性第17页l材料在潮湿空气中吸收水分性质称为吸湿性（潮湿材料在干燥空气中也会放出水分）。l材料吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水重占材料干重百分率。l 吸湿性吸湿性l材料吸湿性随空气湿度和环境温度改变而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料含水率就大，反之则小。l材料中所含水分与空气湿度相平衡时含水率，称为平衡含水率。l选择瓷砖和木材要关注材料吸水率还是含水率？选择瓷砖和木材要关注材料吸水率还是含水率？第18页2.2.3 2.2.3 耐水性耐水性耐水性是指材料长久在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低性质。用软化系数表示。第19页普通材料吸水后，强度降低，但降低程度不一样，比如：石膏和混凝土。比如：石膏和混凝土。因为水分会分散在材料内微粒表面，减弱其内部结协力，则有不一样程度。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。软化系数范围波动在01之间，当软化系数大于0.80时，认为是耐水性材料。受水浸泡或处于潮湿环境建筑物，则必须选取软化系数不低于0.85材料建造.第20页材料抵抗压力水或其它液体渗透性质称为抗渗性。用渗透系数或抗渗等级表示（一定厚度材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积水量），抗渗等级是在要求试验方法下材料所能抵抗最大水压力，用“Pi”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa水压力而不渗透。抗渗性是决定材料耐久性主要指标（抗冻性抗冻性和抗侵蚀性抗侵蚀性）。材料抗渗性与材料内部空隙率尤其是开口孔隙率相关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料抗渗性还与材料增水性和亲水性相关，增水性材料抗渗性优于亲水性材料。地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水作用，所用材料应含地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水作用，所用材料应含有一定抗渗性。对于防水材料则应含有好抗渗性。有一定抗渗性。对于防水材料则应含有好抗渗性。2.2.4 2.2.4 抗渗性抗渗性第21页材料饱水状态下，能经受屡次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降性质。用抗冻等级表示。抗冻等级Fi，i表示冻融循环次数。2.2.5 2.2.5 抗冻性抗冻性 F150混凝土混凝土该混凝土能够抵抗最大冻融循环次数为该混凝土能够抵抗最大冻融循环次数为150次次比如比如思索题:孔隙率越大，材料抗冻性是否越差？第22页 抗冻性试验通常是将要求标准试件浸水饱和后，在零下15条件下冻结一定时间，然后在室温水中融化，进行重复冻融，试件强度降低及质量损失不超出要求值（质量损失小于5%，强度损失小于25%），材料表面不显著损伤，所对应最大循环次数，定为该材料抗冻等级。第23页材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生冻胀压力造成材料内应力，会使材料遭到局部破坏。伴随冻融循环重复，材料破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。冻融循环冻融破坏表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强度降低。冻融破坏原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成压力。厨房瓷砖有剥落现象，试分析原因，怎样处理？第24页孔隙率越大，材料抗冻性是否越差？孔隙率越大，材料抗冻性是否越差？解答：材料孔隙包含开口孔隙和闭口孔隙两种，材料孔隙解答：材料孔隙包含开口孔隙和闭口孔隙两种，材料孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破坏主率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中水结冰所致。进入孔隙水越多，材料抗冻要是因其孔隙中水结冰所致。进入孔隙水越多，材料抗冻性越差。水较难进入材料闭口孔隙中。若材料孔隙主要是性越差。水较难进入材料闭口孔隙中。若材料孔隙主要是闭口孔隙，即使材料孔隙率大，进入材料内部水分也不会闭口孔隙，即使材料孔隙率大，进入材料内部水分也不会很多。在这么情况下，材料抗冻性不会差。很多。在这么情况下，材料抗冻性不会差。第25页l定义定义：材料传导热量能力（冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料妨碍热量传入室内）。l表示方法表示方法：用导热系数表示，导热系数物理意义是：厚度为1 m材料，当温度每改变1 K时，在l h时间内经过1 m2面积热量。用公式表示为 式中 材料导热系数，w/（mK）；Q 传导热量，J；a 材料厚度，m；A 材料传热面积，m2；Z 传热时间，h；（t1-t2）材料两侧温度差，K l在建筑工程中意义：判断材料保温隔热性能（在建筑工程中意义：判断材料保温隔热性能（越大，传热越快，保温越大，传热越快，保温性越差）性越差）。2.2.6 2.2.6 导热性导热性棉袄浸水后保暖性变差？棉袄浸水后保暖性变差？孔多材料保温性能好？孔多材料保温性能好？第26页3.1 3.1 强度与比强度强度与比强度l强度强度材料强度是材料在应力作用下抵抗破坏能力。通常情况下，材料内部应力多由外力（或荷载）作用而引发，伴随外力增加，应力也随之增大，直至应力超出材料内部质点所能抵抗极限，即强度极限，材料发生破坏。在工程上，通常采取破坏试验法对材料强度进行实测。将预先制作试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，依据试件尺寸和破坏时荷载值，计算材料强度。3 3 材料力学性质材料力学性质第27页材料抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：f-材料强度，MPaFmax-材料破坏时最大荷载，NA-试件受力面积，mm2第28页材料抗弯强度与受力情况相关，普通试验方法是将条形试件放在两支点上，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：式中 fw-材料抗弯强度，MPaFmax-材料受弯破坏时最大荷载，NA-试件受力面积，mm2L-两支点间距，mmb、h-试件横截面宽及高，mm第29页3.2 弹性与塑性弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状性质称为弹性弹性。材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料塑性塑性。弹性变形与塑性变形区分在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。第30页3.3 脆性与韧性脆性与韧性l脆性：脆性：材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无显著塑性变形，这种性质称为脆性。砖、石材、玻璃、混凝土等都是脆性材料。第31页l韧性：韧性：材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，同时产生较大变形而不破坏，这种性质称为韧性。建筑钢材、木材、塑料等是较经典韧性材料。路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求结构都要考虑材料韧性。第32页4 材料耐久性材料耐久性材料在长久使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏性质，统称之为耐久性。耐久性。耐久性是一个复杂、综合性质,包含材料抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中各种自然原因破坏作用，这些破坏作用可分为物理作用、化学作用和生物作用。要依据材料所处结构部位和使用环境等原因，综合考虑其耐久性，并依据各种材料耐久性特点，合理地选取。4.1 耐久性耐久性第33页n材料耐久性指标是依据工程所处环境条件来决定。处于冻融环境工程，所用材料耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。比如比如第34页第36页