3材料的基本性质.pptx

1建筑材料的基本性质学习重点（1）密度、表观密度、堆积密度（2）孔隙率、空隙率（3）含水率、吸水率、软化系数（4）抗压、抗拉、抗剪、抗弯强度（5）弹性、塑性；脆性、韧性学习难点密度、表观密度、堆积密度的区分，孔隙率、空隙率的计算。2一、建筑材料的物理性质密度、表观密度和堆积密度密度、表观密度和堆积密度密实度和孔隙率密实度和孔隙率填充率和空隙率填充率和空隙率亲水性和憎水性亲水性和憎水性吸水性和吸湿性吸水性和吸湿性耐水性耐水性抗渗性和抗冻性抗渗性和抗冻性3（1）密度 1 材料的密度、表观密度和堆积密度1.固体固体2.闭口孔隙闭口孔隙3.开口孔隙开口孔隙绝对密实状态下（不含孔隙情绝对密实状态下（不含孔隙情况下），单位体积的干质量。况下），单位体积的干质量。如何测量？如何测量？4李氏瓶测定“绝对密实体积”密度：绝对密实状态下（不含孔隙情况下），单密度：绝对密实状态下（不含孔隙情况下），单位体积的干质量。位体积的干质量。5近似密度砂石等材料用排液置换法测量近似密度时，对应的体积是？1.固体固体2.闭口孔隙闭口孔隙3.开口孔隙开口孔隙6表观密度计算表观密度对应的体积是？1.固体固体2.闭口孔隙闭口孔隙3.开口孔隙开口孔隙对于规则形状材料的体积，可用量具测得。对于对于规则形状材料的体积，可用量具测得。对于不规则形状材料的体积，可用封蜡排液法测得。不规则形状材料的体积，可用封蜡排液法测得。包含：包含：实体体积实体体积闭口体积闭口体积开口体积开口体积7堆积密度指散粒或粉状材料在堆积状态下单位体积的质量，包含了颗粒之间的“空隙”材料堆积体积包括：材料堆积体积包括：实体体积实体体积+孔隙体积（闭口孔隙体积孔隙体积（闭口孔隙体积+开口孔隙开口孔隙体积）空隙体积体积）空隙体积材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的紧密材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的紧密程度及材料可能的堆放空间。程度及材料可能的堆放空间。8三种密度的比较密度密度表观密度表观密度堆积密度堆积密度对应对应体积体积实体体积实体体积实体体积实体体积开口、闭口开口、闭口孔隙体积孔隙体积实体体积实体体积开口、闭口开口、闭口孔隙体积孔隙体积空隙体积空隙体积对应质量是什么？对应质量是什么？干重！干重！92材料的密实度与孔隙率（1 1）密实度：）密实度：表示材料内被固体所填充的程度。（2 2）孔隙率：）孔隙率：材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。103 材料的填充率与空隙率（1 1）填充率：填充率：表观体积（包括颗粒的固体、开口 闭口孔隙）与堆积体积的比值。（2 2）空隙率：）空隙率：空隙体积与堆积体积的比值。空隙率可作为控制混凝土骨料的级配及计算砂率的依据。空隙率可作为控制混凝土骨料的级配及计算砂率的依据。114亲水性和憎水性12 润湿边角：润湿边角：当材料与水接触时，在材料、水以及空气三相的交点处，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿边角，角愈小，表明材料愈易被水润湿。亲水性材料（亲水性材料（9090），），如砖、石材、混凝土、钢材、木材等。憎水性材料（憎水性材料（9090），），如沥青、石蜡等。135 材料的吸水性与吸湿性1)1)吸水性吸水性材料与水材料与水接触接触吸收水分的性质称为吸水性。吸收水分的性质称为吸水性。吸水率吸水率材料吸水材料吸水饱和饱和时的含水率称为吸水率。时的含水率称为吸水率。质量吸水率：体积吸水率材料具有细微而连通的孔隙，则其吸水率较大；封闭或粗大的材料具有细微而连通的孔隙，则其吸水率较大；封闭或粗大的孔隙材料，其吸水率较低。不同材料的吸水率差别很大。孔隙材料，其吸水率较低。不同材料的吸水率差别很大。142 2）吸湿性）吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。含水率含水率（衡量吸湿性的指标）（衡量吸湿性的指标）例：例：100g土中含水土中含水20g，该土的含水率为，该土的含水率为20，对吗？，对吗？木材的吸湿性特别明显。木材的吸湿性特别明显。（X）当材料吸水饱和时的含水率即为吸水率！当材料吸水饱和时的含水率即为吸水率！一般，气温越低，相对湿度较大，材料的含水率越大。一般，气温越低，相对湿度较大，材料的含水率越大。156 材料的耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力称为材料的耐水性。狭义耐水性指水对材料力学性质及结构性质的劣化作用。定向吸附，劈裂破坏；吸水膨胀，开裂破坏；物质溶解，孔隙增大。16在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用软化系数0.85的材料。177 材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。抗渗性是决定材抗渗性是决定材料耐久性的主要指标。料耐久性的主要指标。材料的抗渗性通常用渗透系数表示。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渗透系数的物理意义是：一定厚度的材料，在一一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水间内透过单位面积的水量。量。18式中式中K材料的渗透系数材料的渗透系数,cmh；Q渗透水量渗透水量,cm3；d材料的厚度材料的厚度,cm；A渗水面积渗水面积,cm2；t渗水时间渗水时间,h；H静水压力水头静水压力水头,cm。K值愈大，表示材料渗透的水愈多，即抗渗性愈差。值愈大，表示材料渗透的水愈多，即抗渗性愈差。抗渗性是决定抗渗性是决定材料耐久性材料耐久性的主要指标。的主要指标。19材料的抗渗性与材料内部的材料的抗渗性与材料内部的孔孔隙率特别是隙率特别是开口孔开口孔隙率隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。抗渗性越差。地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。料则应具有好的抗渗性。20工程度量指标：工程度量指标：抗渗等级抗渗等级 抗渗等级：试件在透水前所能承受的最大水压力。抗渗等级：试件在透水前所能承受的最大水压力。表示方式：以符号表示方式：以符号“P”和材料透水前的最大水压力的和材料透水前的最大水压力的0.1MPa表示，如表示，如P4、P6、P8等分别表示材料能承受等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不渗水。用公式表示：的水压而不渗水。用公式表示：S=10H-1 式中：式中：S-抗渗等级；抗渗等级；H-试件开始渗水时的压力，试件开始渗水时的压力，MPa.218 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。22材料受冻融破坏主要原材料受冻融破坏主要原因因：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。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。232）极细的孔隙，虽可充满水，但因孔壁对水的吸附力极大，吸附在孔壁上的水其冰点很低，它在般负温下不会结冰。3）粗大孔隙一般水分不会充满其中，对冰胀破坏可起缓冲作用。4）闭口孔隙水分不能渗入；而毛细管孔隙既易充满水分，又能结冰,故其对材料的冰冻破坏作用影响最大。另外，从外界条件来看，材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关。环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁、则材料受冻破坏愈严重。242526冻融破坏的大坝坝面冻融破坏的大坝坝面使用使用2020年的高速公路桥梁年的高速公路桥梁2728练 习某材料的密度为2.68g/cm3，干表观密度为1680Kg/m3，现将一重930g的该材料浸入水中，吸水饱和后取出称重为1035g，试求该材料的孔隙率、吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。吸水率吸水率10/930=11.3%2930二、材料的基本力学性质材料的强度和比强度材料的强度和比强度弹性和塑形弹性和塑形脆性和韧性脆性和韧性耐久性耐久性31应力【1】材料发生形变时内部产生了大小材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为定义单位面积上的这种反作用力为应力应力（Stress）。）。【2】应力应力是受力杆件某一截面上一微是受力杆件某一截面上一微小单元处的内力大小的集度。小单元处的内力大小的集度。32应力应力（应力（Stress）：）：其值等于单位面积上所受的外力，其值等于单位面积上所受的外力，即即单位：牛顿单位：牛顿/米米2，即，即N/m2，又写为，又写为Pa名义应力：真实应力：，A0为材料受力前的面积，A为材料受力后的面积33应变当材料在外力作用下不能产生位移当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为化，这种形变称为应变（应变（Strain）34应变应变（Strain）：对于各向同性的材料，有三种基本应变 类型：拉伸应变拉伸应变 /epsln/埃普西龙 剪切应变剪切应变 /gm/伽玛 压缩应变压缩应变 /delt/得尔塔 351）拉伸应变拉伸应变是指材料受到垂直垂直于截面积的大小相等、方向相反并作用在同一条直线上的两个拉伸应力时材料发生的形变 一根长度为l0的材料，在拉应力的作用下被拉长到l1，则在小伸长时，其拉伸应变为真实应变T362）剪切应变剪切应变 是指材料受到平行平行于截面积的大小相等、方向相反的两个剪切力时发生的形变 =tan 在小剪切力应变时0373）压缩应变压缩应变是指材料周围受到均匀应力应力P时,其体积从开始时的V0变化为V1(V1=V0-V)的 形变:38应力集中【1】材料的实际强度往往远小于理论强度，为什么？原因：材料性质不均匀，缺陷：微裂纹，微孔隙。【2】“千里之堤，溃于蚁穴。”这种现象称为这种现象称为应力集中应力集中效应。效应。39二、材料的基本力学性质材料的力学性质：材料的力学性质：材料在外力作用下所引起的变材料在外力作用下所引起的变化的性质。这些变化包括材料的化的性质。这些变化包括材料的变形和破坏变形和破坏。变形：变形：在外力的作用下，材料通过形状的改变来在外力的作用下，材料通过形状的改变来吸收能量吸收能量弹性变形和塑性变形。弹性变形和塑性变形。破坏：破坏：当外力超过材料的承受极限时，材料出现当外力超过材料的承受极限时，材料出现断裂等丧失使用功能的变化。断裂等丧失使用功能的变化。401 材料的强度1、定义、定义：材料抵抗破坏的能力称为：材料抵抗破坏的能力称为强度强度。2、材料的强度、材料的强度：抗压强度、抗拉强度、抗弯抗压强度、抗拉强度、抗弯(折折)强度及抗剪强度强度及抗剪强度等。等。材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总称为称为静力强度静力强度。材料的静力强度是通过标准试件。材料的静力强度是通过标准试件的破坏试验而测得。的破坏试验而测得。41材料的抗压、抗拉、抗剪强度计算公式：式中式中f 材料的抗压、抗拉或抗剪强度，材料的抗压、抗拉或抗剪强度，MPa；Pmax材料破坏时的最大荷载，材料破坏时的最大荷载，N；A受力截面面积，受力截面面积，mm2。42例题饱水抗压强度饱水抗压强度185/(0.115*0.12)=13406kPa=13.4MPa干燥抗压强度干燥抗压强度207/(0.115*0.12)=15000kPa=15MPa软化系数软化系数13.4/15=0.8930.85，故可用于常与水接触的工程，故可用于常与水接触的工程结构物。结构物。某材料底面尺寸某材料底面尺寸115mm120mm，其在饱水和，其在饱水和干燥时的分别能抵抗干燥时的分别能抵抗185N和和207N的压力，试的压力，试判断该材料是否能用于水下工程。判断该材料是否能用于水下工程。43抗弯强度计算公式（两分点弯曲）：b hLPP/2P/2式中式中fm抗弯强度，抗弯强度，MPa；Pmax弯曲破坏时的最大荷载弯曲破坏时的最大荷载,N；b，h试件横截面的宽和高试件横截面的宽和高,mm；L两支点间的距离，两支点间的距离，mm。44抗弯强度计算公式（三分点弯曲）：LP/2P/2bhPL/3L/3L/345材料的“物尽其用”砖、石、混凝土：砖、石、混凝土：抗压强度较高，抗拉强度较低。抗压强度较高，抗拉强度较低。钢材：钢材：抗压强度及抗拉强度均较高。抗压强度及抗拉强度均较高。强度与孔隙率的关系：强度与孔隙率的关系：孔隙率越大，强度越孔隙率越大，强度越-?。同一种材料的强度分级：同一种材料的强度分级：C30（强度为（强度为30MPa的混凝土），的混凝土），C50?HPB235（强度为（强度为235MPa的热轧光圆钢筋）的热轧光圆钢筋）HRB335（强度为（强度为335MPa的热轧带肋钢筋）。的热轧带肋钢筋）。低低462 比强度比强度是指按单位重量计算的材料强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：度它等于材料的强度与表观密度之比：它是评价材料的是否轻质高强的指标它是评价材料的是否轻质高强的指标47几种材料的强度比较材料表观密度（kg/m3）强度f（MPa）比强度（f/0）低碳钢78604150.053松木50034.30.059混凝土2400600.025481.3.3 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的性质称为始形状的性质称为弹性弹性。可完全恢复的变形称为。可完全恢复的变形称为弹性变形弹性变形。材料在外力作用下，当应力超过一定限值时产生显著变形，材料在外力作用下，当应力超过一定限值时产生显著变形，且不产生裂缝或发生断裂且不产生裂缝或发生断裂，外力取消后，仍保持变形后的形状，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质称为和尺寸的性质称为塑性塑性。不可恢复的变形称为。不可恢复的变形称为塑性变形塑性变形。实际上，单纯的弹性材料是没有的，大多数材料在受力不大实际上，单纯的弹性材料是没有的，大多数材料在受力不大的情况下表现为弹性，受力超过一定限度后则表现为塑性，所的情况下表现为弹性，受力超过一定限度后则表现为塑性，所以可称之为弹塑性材料。以可称之为弹塑性材料。491.3.4 脆性与韧性材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性脆性。材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性韧性。501.4 材料的耐久性耐久性耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗各种环境因素的破是指材料在长期使用过程中，抵抗各种环境因素的破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的性质。它是材料坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的性质。它是材料的一种复杂的、综合的性质，包括的一种复杂的、综合的性质，包括抗渗性、抗冻性、碳化、老抗渗性、抗冻性、碳化、老化、锈蚀、腐朽化、锈蚀、腐朽等性能。等性能。宁波北仑港码头混凝土梁开裂宁波北仑港码头混凝土梁开裂51本章小结（1）密度、表观密度、堆积密度（2）孔隙率、空隙率（3）含水率、吸水率、软化系数（4）抗压、抗拉、抗剪、抗弯强度（5）弹性、塑性；脆性、韧性