材料科学概论公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第一章第一章 墙体材料基本性质墙体材料基本性质学习目的：学习目的：（1 1）掌握墙体材料密度、孔隙率等物理量；）掌握墙体材料密度、孔隙率等物理量；（2 2）掌握墙体材料基本力学性质；）掌握墙体材料基本力学性质；（4 4）掌握墙体材料热性质概念；）掌握墙体材料热性质概念；（5 5）掌握材料孔隙对材料基本性质影响。）掌握材料孔隙对材料基本性质影响。第1页第1页第一节第一节 相关物理量相关物理量密度密度Q真密度真密度Q表观密度表观密度Q堆积密度堆积密度密实度与孔隙率密实度与孔隙率吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性第2页第2页一、密度一、密度真密度（密度）真密度（密度）（g/cmg/cm3 3或或Kg/mKg/m3 3）：材料在绝对密实状态下单位体积质量。材料在绝对密实状态下单位体积质量。相对密度（比密度）相对密度（比密度）与水之比与水之比第3页第3页表观密度（表观密度（g/cmg/cm3 3或或Kg/mKg/m3 3）：）：材料在自然状态下单位体积质量，俗称容重。材料在自然状态下单位体积质量，俗称容重。V V0 0=V+VV+V孔孔体积密度体积密度含所有孔含所有孔视密度（假密度）视密度（假密度）仅含闭口孔仅含闭口孔 一、密度一、密度第4页第4页 堆积密度（堆积密度（g/cmg/cm3 3或或Kg/mKg/m3 3）：）：散散粒粒（包包括括粉粉状状）材材料料在在自自然然堆堆积积状状态态下下单单位位体体积积质量。下列式计算质量。下列式计算 =V+VV+V孔孔+V+V空空一、密度一、密度第5页第5页 材料孔隙特性材料孔隙特性 按按孔隙尺寸孔隙尺寸大小：微孔、细孔、大孔。大小：微孔、细孔、大孔。按按孔孔隙隙之之间间是是否否互互相相贯贯穿穿：孤孤立立孔孔、连连通通孔。孔。按孔隙按孔隙与外界是否连通与外界是否连通：开口孔、闭口孔：开口孔、闭口孔二二.密实度与孔隙率密实度与孔隙率 第6页第6页二二.密实度与孔隙率密实度与孔隙率 密实度密实度：材料体积内固体材料：材料体积内固体材料充实程度充实程度孔隙率孔隙率：材料体积内孔隙体积所占百分比。：材料体积内孔隙体积所占百分比。第7页第7页材料亲水性与憎水性材料亲水性与憎水性 为为接接触触角角，当当9090时时，亲亲水水性性材材料料（图图a a）；当）；当9090时，憎水性材料（图时，憎水性材料（图b b）。三三.吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性第8页第8页 材料含水状态材料含水状态 干燥状态：含水率等于或靠近于零（图干燥状态：含水率等于或靠近于零（图a a）；）；气干状态：含水率与大气湿度相平衡（图气干状态：含水率与大气湿度相平衡（图b b）；）；饱和面干状态：表面干燥而内部孔隙含水饱和（图饱和面干状态：表面干燥而内部孔隙含水饱和（图c c）；）；湿润状态：内部孔隙含水饱和，表面还附有一层水膜（图湿润状态：内部孔隙含水饱和，表面还附有一层水膜（图d d）。三三.吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性第9页第9页吸湿性吸湿性 材材料料在在潮潮湿湿空空气气中中吸吸取取水水分分性性质质。材材料料吸吸湿湿性用含水率表示性用含水率表示.平平衡衡含含水水率率大大小小随随环环境境温温度度、湿湿度度改改变变而而改变。改变。材料开口微孔越多，吸湿性越强。材料开口微孔越多，吸湿性越强。三三.吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性第10页第10页吸水性吸水性 材料在水中吸取水分性质。用吸水率表示材料在水中吸取水分性质。用吸水率表示质量吸水率质量吸水率体积吸水率体积吸水率三三.吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性第11页第11页 材材料料吸吸水水率率大大小小主主要要取取决决于于材材料料孔孔隙隙率率和和孔孔隙隙特特性性。含含有有细细微微而而连连通通孔孔隙隙且且孔孔隙隙率率大大材材料料吸水率较大；吸水率较大；材料含水后，自重增长，强度减少，保温材料含水后，自重增长，强度减少，保温隔热能力下降，抗冻性能变差。另外材料干湿隔热能力下降，抗冻性能变差。另外材料干湿交替还会引起材料形状、尺寸改变交替还会引起材料形状、尺寸改变三三.吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性第12页第12页w墙体材料作用w承重w围护w不同部位，其它作用第二节第二节 墙体材料主要性能墙体材料主要性能 第13页第13页一一.力学性能力学性能 材料力学性能是指材料在外力作用下材料力学性能是指材料在外力作用下变形及变形及抵抗破坏抵抗破坏性质。性质。荷载（荷载（P P）：）：对材料施加、使材料发生变形力称为对材料施加、使材料发生变形力称为外力或荷载；外力或荷载；应力（应力（）：）：作用在材料外表面或内部单位面积上作用在材料外表面或内部单位面积上力，力，P/A P/A。应变（应变（）：）：材料在作用力方向单位长度上发生变材料在作用力方向单位长度上发生变形量，形量，L/LL/L0 0；缺点造成实际强度远远小于理论强度缺点造成实际强度远远小于理论强度 第14页第14页v强度强度材料在外力作用下，抵抗破坏能力。材料在外力作用下，抵抗破坏能力。极限应力极限应力。形形式式：抗抗压压强强度度、抗抗拉拉强强度度、抗抗弯弯（折折）强强度度、抗抗剪剪强度强度 一一.力学性能力学性能 第15页第15页 材料抗拉强度、抗压强度和抗剪强度计算材料抗拉强度、抗压强度和抗剪强度计算 提醒：提醒：f(MPa)f(MPa)；P Pmaxmax(N)(N)；A(mmA(mm2 2)第16页第16页抗弯强度计算抗弯强度计算三点弯曲：三点弯曲：提醒：提醒：f ff f（MPaMPa）；Pmax Pmax（N N）；）；b b、h h、L L（mmmm）第17页第17页 材料强度影响原因材料强度影响原因：主要取决于材料构成和结构主要取决于材料构成和结构,材料孔材料孔隙率增长，强度减少。隙率增长，强度减少。试验条件对测定强度大小影响：试验条件对测定强度大小影响：试件形状、尺寸；试件形状、尺寸；加荷速度；加荷速度；试件表面情况、含水状态；试件表面情况、含水状态；环境温度环境温度第18页第18页工程实例分析工程实例分析1 1 现象：人们在测试混凝土等材料强度现象：人们在测试混凝土等材料强度时可观测到，同一试件，加荷速度过快，时可观测到，同一试件，加荷速度过快，所测值偏高。所测值偏高。原因分析：材料强度与测试条件相原因分析：材料强度与测试条件相关，当加荷速度过快时，荷载增长速度关，当加荷速度过快时，荷载增长速度不小于材料裂缝扩展速度，测出数值就不小于材料裂缝扩展速度，测出数值就会偏高。为此，在材料强度测试中，普会偏高。为此，在材料强度测试中，普通都要求其加荷速度范围。通都要求其加荷速度范围。第19页第19页 工程实例分析工程实例分析2 2 现象：某地发生特大洪水，洪水退去现象：某地发生特大洪水，洪水退去后，许多砖房坍毁，其砌筑用砖多为未烧后，许多砖房坍毁，其砌筑用砖多为未烧透多孔红砖。透多孔红砖。原因分析：这些红砖没有烧透，砖内原因分析：这些红砖没有烧透，砖内开口孔隙率大，吸水率高。吸水后，红砖开口孔隙率大，吸水率高。吸水后，红砖强度下降，尤其是当水进入砖内时，未烧强度下降，尤其是当水进入砖内时，未烧透粘土遇水分散，强度下降更大，不能承透粘土遇水分散，强度下降更大，不能承受房屋重量，造成房屋坍毁。受房屋重量，造成房屋坍毁。第20页第20页v弹性与塑性弹性与塑性 1.1.弹性与塑性弹性与塑性 弹性变形弹性变形可逆可逆 塑性变形塑性变形不可逆不可逆第21页第21页v脆性与韧性脆性与韧性 脆性材料变形曲线脆性材料变形曲线 韧性材料变形曲线韧性材料变形曲线 脆性脆性忽然破坏忽然破坏 韧性韧性有明显塑性变形有明显塑性变形 第22页第22页 w导热系数导热系数 材材料料导导热热能能力力大大小小可可用用导导热热系系数数来来表表示示。用用公式表示为：公式表示为：导热系数单位导热系数单位：（：（W/m.KW/m.K）材材料料导导热热系系数数愈愈小小，表表示示其其保保温温隔隔热热能能力力愈愈好好。二二.隔热性能隔热性能 第23页第23页w导热系数影响原因导热系数影响原因（1）物质构成）物质构成 金属金属 无机非金属无机非金属 有机有机（2）孔隙结构）孔隙结构 P，；孔径；孔径，。（3）湿度）湿度 ，（4）温度）温度 ，（5）热流方向）热流方向 平行平行 垂直垂直第24页第24页 热阻（绝缘系数）热阻（绝缘系数）热阻是墙体保温隔热性能特性值，是衡量其保热阻是墙体保温隔热性能特性值，是衡量其保温隔热性能主要指标。温隔热性能主要指标。热阻越大，传出墙体相同热阻越大，传出墙体相同热量所需时间越长，保温效果越好。热量所需时间越长，保温效果越好。传热系数：传热系数：二二.隔热性能隔热性能 第25页第25页比热容：衡量材料温度升高时，吸取热量多少，比热容：衡量材料温度升高时，吸取热量多少，即储热能力大小。即储热能力大小。导温系数：当材料一侧温度波动时，另一侧各导温系数：当材料一侧温度波动时，另一侧各点达到相同温度快慢点达到相同温度快慢二二.隔热性能隔热性能 第26页第26页导温系数外界影响原因：温度有利，湿度不定导温系数外界影响原因：温度有利，湿度不定导温系数越大，材料热稳定性越好导温系数越大，材料热稳定性越好在不稳定传热条件下（外界温度波动大），衡在不稳定传热条件下（外界温度波动大），衡量墙体绝热能力不但要考虑热阻值还要考虑材量墙体绝热能力不但要考虑热阻值还要考虑材料热稳定性，以减少室内温度波动。料热稳定性，以减少室内温度波动。二二.隔热性能隔热性能 第27页第27页w声波传播w透射系数 小者为隔声材料w反射系数 小者为吸声材料w吸声系数三三.隔声性能隔声性能 第28页第28页三三.隔声性能隔声性能吸声系数吸声系数越大，材料吸声效果越好。越大，材料吸声效果越好。u隔声隔声透射系数透射系数越大，隔声能力越好越大，隔声能力越好隔声量（隔声量（dBdB）隔声量越大，材料对空气声隔绝能力越好隔声量越大，材料对空气声隔绝能力越好第29页第29页工程上惯用工程上惯用1251254000Hz64000Hz6个倍频带吸声系数、隔声个倍频带吸声系数、隔声量来表示材料吸声、隔声能力（对空气声）量来表示材料吸声、隔声能力（对空气声）w质量定律：拟定建材制品隔声能力（对空气声）质量定律：拟定建材制品隔声能力（对空气声）其中：其中：R R为（透射损失）隔声量；为（透射损失）隔声量；m m为单位面积隔板质量；为单位面积隔板质量；f f为声波频率为声波频率三三.隔声性能隔声性能第30页第30页w隔声办法隔声办法w空气声：采用密实、沉重材料；空气声：采用密实、沉重材料；w固体声：采用不连续结构处理，如采用软固体声：采用不连续结构处理，如采用软木等材料做垫层。木等材料做垫层。三三.隔声性能隔声性能第31页第31页w材料防火性材料防火性w燃烧性能：材料着火难易程度，火焰传播速度以及燃烧时燃烧性能：材料着火难易程度，火焰传播速度以及燃烧时发热量等；发热量等；w耐火极限：在原则试验条件下建筑物各部结构从受到火作耐火极限：在原则试验条件下建筑物各部结构从受到火作用开始，到失去稳定性、完整性时间；用开始，到失去稳定性、完整性时间；w燃烧毒性：材料燃烧时，受热分解产生物质对人体毒害程燃烧毒性：材料燃烧时，受热分解产生物质对人体毒害程度度w燃烧发烟性：在燃烧及受热分解过程中，产生固体悬浮物燃烧发烟性：在燃烧及受热分解过程中，产生固体悬浮物及液体微粒，这些烟雾造成能见度下降，并能使人窒息及液体微粒，这些烟雾造成能见度下降，并能使人窒息四四.防火性能防火性能第32页第32页u材料耐燃性：材料对火焰和高温抵抗能力材料耐燃性：材料对火焰和高温抵抗能力不燃性材料。如钢铁、砖、石等。不燃性材料。如钢铁、砖、石等。难燃材料。如石膏板、石棉板、纤维板。难燃材料。如石膏板、石棉板、纤维板。可燃材料。大部分有机材料。可燃材料。大部分有机材料。易燃材料。如有机玻璃、泡沫塑料易燃材料。如有机玻璃、泡沫塑料。u防火机理防火机理隔绝可燃物、氧气、火源隔绝可燃物、氧气、火源 四四.防火性能防火性能第33页第33页五五.耐久性能耐久性能 材料在使用过程中，抵抗各种内在或外部材料在使用过程中，抵抗各种内在或外部环境原因破坏作用，长期保持其原有性能，不环境原因破坏作用，长期保持其原有性能，不变质，不破坏性质称为耐久性。变质，不破坏性质称为耐久性。物理作用物理作用冷热、干湿、冻融循环作用冷热、干湿、冻融循环作用 化化学学作作用用酸酸、碱碱、盐盐侵侵蚀蚀作作用用，日日光光中紫外线等作用中紫外线等作用 机械作用机械作用荷载连续作用或交变作用荷载连续作用或交变作用 生物作用生物作用菌类、昆虫侵害作用菌类、昆虫侵害作用第34页第34页u耐水性：材料长期在饱水作用下不破坏，强度也耐水性：材料长期在饱水作用下不破坏，强度也不明显减少性质不明显减少性质 K KR R在在0 01 1之间。软化系数越小，材料越不耐水。之间。软化系数越小，材料越不耐水。工程中将工程中将K KR R0.850.85材料看作是耐水材料。材料看作是耐水材料。五五.耐久性能耐久性能 第35页第35页w抗渗性：材料抵抗压力水渗入能力抗渗性：材料抵抗压力水渗入能力 其中：K渗入系数，cm/h；Q透水量，cm3；d试件厚度，cm；A透水面积，cm2；t透水时间，h；H水头高度，cm。K越小，表明材料抗渗性越好。五五.耐久性能耐久性能 第36页第36页w抗冻性：材料抵抗多次冻融循环而不破坏能力抗冻性：材料抵抗多次冻融循环而不破坏能力w碳化稳定性（抗碳化稳定性）碳化稳定性（抗碳化稳定性）碳化系数：试件碳化后强度与碳化前强度之比碳化系数：试件碳化后强度与碳化前强度之比 五五.耐久性能耐久性能 第37页第37页碱骨料反应 北京三元立交桥 个别地方发生“人字形”裂纹 第38页第38页碱骨料反应产生网状裂纹第39页第39页第40页第40页抗冻融问题抗冻融问题第41页第41页作业作业w简朴分析材料密度、表观密度、堆积密度之间联系简朴分析材料密度、表观密度、堆积密度之间联系与区别。与区别。w材料吸湿性概念，平衡含水率决定原因材料吸湿性概念，平衡含水率决定原因w材料含水后性能改变材料含水后性能改变（包括密度、表观密度、强度、保温隔热能力、抗（包括密度、表观密度、强度、保温隔热能力、抗冻性、尺寸等）冻性、尺寸等）第42页第42页