23土木工程材料的基本性质教程.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,严谨 自强 求是 创新,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,严谨 自强 求是 创新,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,严谨 自强 求是 创新,第二章 土木工程材料的基本性质,主要内容,第一节 材料的基本物理性质,第二节 材料的基本力学性质,第三节 材料与水有关的性质,第四节 材料的耐久性,第五节 材料的组成与结构,材料的体积构成,体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。,2-1,材料的基本物理性质,（一）,密度,思考：体积如何测定？,一、密度、表观密度与堆积密度,（二）,表观密度,：材料在自然状态下单位体积的质量。,2-1,材料的基本物理性质,（三）,堆积密度,：,指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。,同种材料：密度表观密度堆积密度,2-1,材料的基本物理性质,例如：石灰岩,=2600kg/m,3,0,=2400 kg/m,3,0,=1300 kg/m,3,例：砂堆积密度的测定,将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积,2-1,材料的基本物理性质,名称,含义,体积状态,体积计算,密度,单位体积质量,绝对密实,自身体积,表观密度,自然密实,外形体积,堆积密度,堆积状态,容器体积,2-1,材料的基本物理性质,（一）,密实度,：材料体积（自然状态）内固体物质的充实程度。,含有孔隙的材料，密实度均小于,1,二、密实度和孔隙率,2-1,材料的基本物理性质,（二）,孔隙率,：指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率。,结论：,D+P=1,2-1,材料的基本物理性质,三、空隙率和填充率,（一）空隙率：,散粒材料在堆积状态下颗粒固体物质间空隙体积占堆积体积的百分率。,2-1,材料的基本物理性质,2-1,材料的基本物理性质,三、空隙率和填充率,（二）填充率：,散粒材料在堆积体积中，被固体,颗粒填充的程度。,2-1,材料的基本物理性质,空隙与孔隙区别？,散粒材料堆积及体积示意图,1,固体物质,2,空隙,3,孔隙,一、材料的理论强度,定义：材料在理想状态下所应具有的强度,决定因素：质点间作用力,键能高理论强度大,键能低理论强度低,理论与现实差距的原因：缺陷的存在 应力集中,2-2,材料的力学性质,二、强度与比强度,（一）强度,定义：,分类：,影响因素：,抵抗外力破坏的最大应力值,抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度,内因：材料组分、结构,外因：试件(尺寸、形状、含水率)、温度、加荷速度等,2-2,材料的力学性质,P,P,P,2-2,材料的力学性质,P,2-2,材料的力学性质,（二）比强度,定义：强度,/,体积密度,作用：材料轻质高强的指标,实例：,材料,体积密度（,kg/m,3,）,抗压强度（,MPa,）,比强度,低碳钢,7850,420,0.053,松木,500,35,0.070,混凝土,2400,30,0.013,2-2,材料的力学性质,三、弹性和塑性,弹性,能完全恢复原来形状的性质。,塑性,不能自动恢复原来形状,且不产生裂缝的性质。,弹性模量,E,抵抗变形的能力,实际材料,较小外力作用下，表现为弹性变形；,受力超过限度后，表现为塑性变形。,受力后，弹性变形与塑性变形同时产生,2-2,材料的力学性质,四、脆性和韧性,脆性,在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质。,韧性,在冲击或振动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。,2-2,材料的力学性质,四、脆性和韧性,脆性材料,f,拉,f,压,：,大部分无机非金属材料均属脆性材料，如水泥、砼、砂浆、石材、砖、陶瓷、玻璃等。,特点：,f,压,高而,f,拉,、,f,折,低，抗冲击、振动能力较差，主要用于承受压力。在使用时，应注意发挥这类材料的特性。,韧性材料,f,拉,f,压,：,抗拉、压、折强度相近，既可承受拉力，又可承受压力及弯曲。如钢材、木材、沥青砼等。,2-2,材料的力学性质,五、硬度和耐磨性,（一）硬度材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力。,测定：,刻划法,（,常用于天然矿物硬度,）,：按,1,滑石、,2,石膏、,3,方解石、,4,萤石、,5,磷灰石、,6,长石、,7,石英、,8,黄晶、,9,刚玉、,10,金刚石的顺序，分为,10,个硬度等级。,压力法,（常用于测定金属材料硬度）：用压痕单位面积上所受的压力表示。,2-2,材料的力学性质,五、硬度和耐磨性,（二）耐磨性,定义：材料表面抵抗磨损和磨耗的能力叫做材料的耐磨性。,K=,（,m,o,-m,1,）,/A,2-2,材料的力学性质,2-3,材料与水有关的性质,一、亲水性和憎水性,（）亲水性材料 （）憎水性材料,2-3,材料与水有关的性质,从空气中吸收水分的能力,含水率，,亲水性、孔隙率、孔特征,二、吸水性和吸湿性,1、吸湿性：,表示方法：,影响因素：,2-3,材料与水有关的性质,2.,吸水性,定义：材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。,吸水性的大小以吸水率来表示。,质量吸水率：,是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的质量与材料在绝对干燥状态下的质量之比。,2-3,材料与水有关的性质,2.,吸水性,体积吸水率：,是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的体积与材料在自然状态下的体积之比。,2-3,材料与水有关的性质,影响材料吸水性的因素,:,材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其空隙特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。,2-3,材料与水有关的性质,例,1,：,某材料的密度为,2.68g/cm,3,，体积密度为,2.34g/cm,3,，,720g,绝干的该材料浸水饱和后擦干表面并测得质量为,740g,。求该材料的孔隙率、质量吸水率。,2-3,材料与水有关的性质,例2,：,一块普通粘土砖，外形尺寸240*115*53（mm），从室外取来称得重量为2550g，烘干后称得重量为2500g，吸水饱和后称得重量为2900g，其密度为2.7g/cm,3,。求该砖的表观,密度、孔隙率、,质量吸水率、含水率。,2-3,材料与水有关的性质,（三）材料的耐水性,软化系数大于0.85的材料是耐水材料,定义：指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数表示。,K,R,表示,：,2-3,材料与水有关的性质,（四）材料的抗渗性,定义：抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。,表示方法：,1,、渗透系数,2-3,材料与水有关的性质,渗透系数越大，表明材料的透水性越大而抗渗性越差。,（四）,材料的抗渗性,2、抗渗等级：材料在标准试验条件下所能承受的最大水压力，用P表示（以0.1MPa为单位）。,孔隙率与孔隙特征对抗渗性的影响：,孔隙率 抗渗性,开口孔,（不论,孔隙率大小）抗渗性,闭口孔,抗渗性,不变,2-3,材料与水有关的性质,（五）抗冻性,定义：材料在使用环境中抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。,材料受冻破坏的原因：水结冰体积膨胀,9%,，产生很大的内应力。,表示方法：抗冻标号,Fn,例：,F200,表示材料能经受,200,次冻融循环而不破坏。,2-3,材料与水有关的性质,1.,材料的,密实度,（孔隙率）：密实度越高则其抗冻性越好。,2.,材料的,孔隙特征,：开口孔隙越多则其抗冻性越差。,3.,材料的,强度,：强度越高则其抗冻性越好。,4.,材料的,耐水性,：耐水性越好则其抗冻性也越好。,5.,材料的,吸水量大小,：吸水量越大则其抗冻性越差。,影响抗冻性的因素：,2-3,材料与水有关的性质,定义：,破坏作用：,耐久性试验,材料在长期使用过程中，,能保持原有性能的性质。,物理作用温湿度、冻融、流水、紫外线,化学作用酸碱盐水溶液、有害气体、水,生物作用虫、菌,机械作用-持续荷载，交变荷载作用,（快速模拟试验）,干湿循环、冻融循环、化学介质浸渍等。,2-4,材料的耐久性,耐久性试验室,2-4,材料的耐久性,2-5,材料的组成及结构,环境是影响材料性质的外因，而组成与结构是影响材料性质的内在因素，也是主要因素。,一、组成,化学,组成：如水泥组成以,CaO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,Fe,2,O,3,等氧化物百分含量表示。,矿物,组成：如水泥熟料以硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等矿物的百分含量表示。,元素,组成：如高分子材料以,C,、,H,、,O,、,N,等元素含量表示。,二、结构,结构层次,分辨工具,分辨尺寸,/mm,宏观,肉眼、放大镜,10,0,细观（亚微观）,光学显微镜,10,-3,微观,电子显微镜,10,-7,2-5,材料的组成及结构,（一）宏观结构,宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大结构。其尺寸为毫米级，或者更大尺寸。,孔隙特征致密结构、微孔结构、多孔结构,结构越密实，越均匀，强度越高,2-5,材料的组成及结构,按形态分类,纤维,层状,散粒,聚集,实例,玻璃纤维,胶合板,石子,混凝土,2-5,材料的组成及结构,（二）细观结构,亚微观结构也称为细观结构。可分辨出材料的矿物组成、空隙分布及大小等。材料内部各种组成的差异性，对建筑材料的整体性质影响较大。,实例：木材的细胞组织,岩石的矿物组织,2-5,材料的组成及结构,（三）,微观结构,微观结构是指物质的原子、分子层次的结构，分辨时需要借助电子显微镜，扫描电子显微镜（,SEM,）和,X-,射线衍射仪（,XRD,）等仪器。,微观结构根据质点的分布状态又可分为晶体与非晶体。,1,、晶体内部质点规则排列，内能最小，稳定性最高。,2-5,材料的组成及结构,NaCl晶体结构,2-5,材料的组成及结构,2、非晶体,结构特征：内部质点排列没有一定的规律,材料特性：不规则性,热力学不稳定性,实例：高炉矿渣,慢冷晶 体 化学活性低,快冷玻璃体 化学活性高,2-5,材料的组成及结构,课后作业,P16 第一题和第二题,