nullnull力学性质:材料的强度、弹性和塑性、脆性与韧性;
材料与水有关的性质:亲水性和疏水性、吸水性和吸湿性;耐水性;抗渗性和抗冻性;
材料的热工性能:比热、导热性;
材料的耐久性能;
材料的组成结构、构造与材料性质的关系;
(2)教学重点、难点:材料的物理、力学性质
(3)课堂讲授: 2 课时+0.5课时习题课+实验2课时第二章 建筑材料的基本性质(1)教学目的与要求: 物理性质:密度、
表
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观密度、堆积密度; 孔隙率、填充率度和空隙率
2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响 2.2.1 材料的组成
材料的组成包括化学组成和矿物组成;
(1)化学组成:
定义:化学组成是指构成材料的化学成分。
化学组成对材料性质的影响:
不同化学组成的材料其性质不同;
null含碳量C%1硬度抗拉强度断面收缩率伸长率冲击韧性例:化学元素碳对钢材性质的影响如下图:1.4
(2 矿物组成
许多无机非金属材料都是由各种矿物组成的。
相同的化学成分组成的材料,不同矿物的矿物成分,材料的性质也是不同的。
例如:硅酸盐水泥熟料中,铝酸三钙、硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙的性能都是不同的; 2.1.2 材料的结构和构造
2.1.2 材料的结构和构造
(1)宏观结构;(2)细观结构;(3)微观结构(1)宏观结构:用肉眼或放大镜能够分辨的
毫米级以上的粗大组织;null(2)细观结构:用光学显微镜观察到的
微米级的组织结构;(3)微观结构:用电子显微镜、X光射线
衍射仪等手段来研究材料分子、原子级的
微观组织,称为微观结构;null 微观结构可分晶体和非晶体两类;2.2 材料的物理性质2.2 材料的物理性质1 密度:
指的是材料在绝对密实状态下,单位体积的干质量,
计算公式为:上式中, — 密度(g/cm3)m—材料在干燥状态下的质量(g); v—材料在绝对密实状态下的体积(cm3);2.2.1密度、表观密度和堆积密度*材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的实体积;*材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的实体积;
对于致密材料(如钢材、玻璃等)而言,内部是不含孔隙的,故体积很容易测定;
但是对于绝大多数材料而言,在自然状态下材料是含有一些孔隙的;
null有孔隙材料的体积测定方法:
一般采用李氏瓶测定有孔材料的实体积
?思考题: 如何测量有孔隙材料的密度?*测量有孔隙材料密度的方法与步骤:*测量有孔隙材料密度的方法与步骤:null2表观密度: 指的是材料在自然状态下,单位体积的干质量;表观密度的计算公式为:上式中,— 表观密度(kg/m3)m—材料在干燥状态下的质量(kg);vo—材料在自然状态下的体积(m3);*自然状态下的体积vo= 密实状态下的体积v +孔隙体积v孔思考题:比较密度和表观密度的大小??思考题:如何 测定材料的表观密度??思考题:如何 测定材料的表观密度?取材料样品磨 细烘 干烘箱1050C~1100C冷却到室温干燥器称量质量 m天平一、测定材料的干质量m:二、测定材料的自然体积Vo,分两种情况:二、测定材料的自然体积Vo,分两种情况:(1)对于形状规则的材料,如砖、石块等:
用游标卡尺可定材料的自然体积;
对于六面体,测定长、宽、高;
对于圆柱体,测定其直径和高;
(2)对于形状不规则的材料,如卵石、碎石等,采用排液法确定其自然体积;*排液法测定不规则材料自然体积V石:*排液法测定不规则材料自然体积V石:三、计算材料的表观密度 :三、计算材料的表观密度 :?思考题:如何测量木材的表观密度??思考题:如何测量木材的表观密度?3 堆积密度:
指的是颗粒状或粉状材料在堆积状态下,单位体积的质量;
* 计算公式为:
— 堆积密度(kg/m3)
m—材料在干燥状态下的质量(kg);
—材料在堆积状态下的体积(m3);
?思考题:如何测定砂和石子的堆积密度??思考题:如何测定砂和石子的堆积密度?(1)首先采用前述方法测定其干质量m;
(2)然后采用容量升来测定砂子、石子的堆积体积 ,方法如下:
a)砂子采用1L、5L的容量升来测堆积体积;
b)石子采用10L、20L、30L的容量升来 测定其堆积体积;
(3)利用公式计算堆积密度:
课堂练习:课堂练习:烧结普通砖的尺寸为240*115*53,其干燥质量为2487g,孔隙率为37%,求其密度和表观密度?2.2.2 材料的密实度和孔隙率2.2.2 材料的密实度和孔隙率一、材料的密实度和孔隙率:1、材料的密实度: 是指材料体积内被固体物质充实的程度,也就是固体体积占总体积的比例,用D来表示。(2.4)null2 孔隙率: 是指材料体积内,孔隙体积占总体积的百分率,用P表示。P=(V0-V)/V0*100%=(1-V/V0)*100%(2.5)null密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。一般来说,同一种材料,孔隙率越小,
连接孔隙越少,则:其强度越高;吸水越少;抗渗性和抗冻性越好;但是导热性差;P9 表2.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度和
孔隙率2.2.3 材料的填充率与空隙率:2.2.3 材料的填充率与空隙率:1、填充率
填充率是指散粒材料(如砂子、石子等)在堆积体积中,被其颗粒填充的程度。
填充率一般用D’来表示,按下式计算:
或(2.6)null2.、空隙率空隙率是指散粒材料在堆积体积中,颗粒之间
的空隙体积占堆积体积的百分率,用P’表示:(2.7)空隙率的大小反映了散粒 材料的颗粒之间
相互填充的致密程度;思考:空隙率与孔隙率有什么区别?2.2.4 材料与水有关的性质2.2.4 材料与水有关的性质1、材料的亲水性和疏水性
(1)亲(憎)水性:
材料在空气中与水接触时,能被水湿润的,称为亲水性,否则为憎水性;
(2)亲(憎)水性材料:
具有亲水性的材料称为亲水性材料,如木材、砖、混凝土、石等;反之为憎水性材料,如沥青,石蜡、塑料等;
?思考:1)材料亲水和憎水的原因是什么?
2)防水防潮材料应优先选用哪种材料?2、材料的吸水性和吸湿性2、材料的吸水性和吸湿性(1)含水率
是指材料中所含水的质量占其干质量的百分率,用W h表示;
计算公式如下:(2.8)null(2)吸水率
是指材料与水接触吸收水分的性质,吸水性的大小用吸水率表示,吸水率用两种表示方式。
1)质量吸水率:(2.9)null2)体积吸水率:
材料在吸水饱和状态下,所吸收水的体积占材料自然体积的百分率。(2.10)思考:材料的亲水性和吸水性有什么区别?3)材料的吸湿性3)材料的吸湿性吸湿性是指材料吸收空气中水分的性质;干燥的材料吸收空气中的水分潮
湿
的
材
料平衡含水率平衡含水率:当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率释放水分3、材料的耐水性3、材料的耐水性耐水性:是指材料长期在水的作用下,其强度也没有显著下降的性质;
一般用软化系数表示:
4、抗渗性4、抗渗性抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质;
null二、 材料的热工性能:比热、导热性;(1)材料的导热性:是指材料存在温差时,热量能从材料的一面
通过材料本身传到另一面的性质,称为导热性;导热性一般用 导热系数 表示!(1)导热系数越小,材料的隔热保温性能越好;(2)金属材料的导热系数大于非金属材料的导热系数;(3)细小而封闭的孔隙,导热系数越小;
开口而粗大、连通的孔隙,导热系数越大;null(2)材料的热容量:是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质,称为热容量*什么叫比热:是指单位质量的材料,在温度升高或下降1K时,吸收或放出的热量**P14 几种常见材料的导热系数和比热null(3)热变形性: 材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质,称为材料的热变形性,亦称为温度变形;温度变形一般用热膨胀系数 表示(4)耐燃性材料在空气中遇火不着火不燃烧的性能,称为耐燃性null2.3力学性质:2.3.1 材料的强度和强度等级1,材料的强度材料的强度是指材料在外力作用下
不破坏时所能承受的最大应力;(2.19)课堂练习:P19习题2-52,材料的强度等级2,材料的强度等级强度等级的定义:
大多数建筑材料根据其极限强度的大小,把材料划分为若干不同的等级,称为材料的强度等级;
材料强度等级划分的标准:
a)脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级,如混凝土、水泥、粘土砖等;
例:混凝土的强度等级划分为9级:
C15,C20~C55;
b)韧性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级,如钢材等;3,比强度3,比强度比强度:是指材料的强度与其表观密度的比值;
比强度的意义:
(1)衡量材料轻质高强性能的一项重要指标;
(2)选用比强度高的材料或者提高材料的比强度,对大跨度、高高度建筑十分有利;
普通混凝土、低碳钢、松木的比强度分别为0.012,0.053,0.069;
2.3.2 材料的弹性和塑性2.3.2 材料的弹性和塑性1,弹性:
是指材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,能完全恢复原形状的性质,称为弹性;
2,塑性:
是指材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,仍保持变形后的形状和尺寸的性质,称为塑性;
例如:低碳钢为弹塑性材料; null低碳钢的σ~ε曲线低碳钢的σ~ε曲线分段的弹性变形和塑性变形2.3.3 材料的脆性和韧性2.3.3 材料的脆性和韧性1,脆性:
是指材料在外力作用下,直到破坏前无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质,称为脆性,如玻璃、混凝土、水泥等;
2,韧性:
是指材料在冲击或震动荷载的作用下,能吸收较大能量,并产生较大变形而不发生破坏的性质,称为韧性,如钢材、木材、橡胶等;
问题:脆性材料和塑性材料的主要区别是什么?null2.3.4 材料的硬度和耐磨性1,硬度:
是指材料表面抵抗较硬物体压入或刻划的能力;
2,耐磨性: 是指材料抵抗磨损的能力;
**一般用磨损率来表示,计算公式如下:
2.4 材料的装饰性2.4 材料的装饰性装饰材料:
主要指用于建筑物内、外墙面、柱面、地面和顶棚等处的饰面材料;
装饰效果主要取决于以下三个方面:
(1)色彩;
(2)质感;
(3)线形;2.5 材料的耐久性2.5 材料的耐久性耐久性:
材料在使用过程中,能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏,也不失去其原有性能的性质,称为耐久性;
作 业作 业P19 习题2.3
(说明:视密度是表观密度的又一种称呼)nullnull1,新建的房屋保暖性差,到了冬季更甚,
这是为什么?(提示:从导热系数的影响因素考虑)null本 章 结 束