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1、Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,*,*,,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,內(nèi) 容,◎ 材料的基本物理性質(zhì),◎ 材料的基本力學(xué)性質(zhì),◎ 材料的耐久性,◎ 材料的組成、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造與材料性質(zhì)的關(guān)系,,,第,2,章 土木工程材料的基本性質(zhì),2.1,材料的基本物理性質(zhì),內(nèi)容：,☆ 材料的狀態(tài)參數(shù),☆ 材料的結(jié)構(gòu)參

2、數(shù),☆ 材料與水有關(guān)的性質(zhì),☆ 材料的熱工性質(zhì),一、材料的狀態(tài)參數(shù),內(nèi)容：,材料的實(shí)際密度（密度）,材料的表觀密度,材料的堆積密度,,,用途：,計(jì)算材料的用量，,構(gòu)件的自重，,配料計(jì)算,確定材料的堆積空間等,,,,（一）材料的密度,1,、實(shí)際密度（密度）－,材料在,絕對(duì)密實(shí)狀態(tài),下單位體,積的質(zhì)量。,單位,g/cm,3,或,kg/m,3,。,,公式：,,,式中：,,ρ,－實(shí)際密度（,g/cm,3,,）,,m,－材料的質(zhì)量（,g,）,,V,－材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積（,cm,3,）,,絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積,－是指不包括材料內(nèi)部孔隙在內(nèi),的體積。,,實(shí)際密度的測(cè)量,1,）對(duì)近于絕對(duì)密實(shí)的材料

3、：金屬、玻璃等量測(cè),幾何體積,→,稱重,→,代入公式,,2,）對(duì)有孔隙的材料： 磚、混凝土、石材等,磨成細(xì)粉,→,李氏比重瓶法測(cè)試,,P285-286,,（二）材料的表觀密度,1,、,表觀密度（容重）－,材料在,自然狀態(tài)下單位體積,的質(zhì)量。,單位,g/cm,3,或,kg/m,3,。,公式：,,,式中,：,ρ,o,－表觀密度（,g/cm,3,,）,,m,－材料的質(zhì)量（,g,）,,V,o,－材料在自然狀態(tài)下的體積（,cm,3,）,自然狀態(tài)下的體積,－是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體,積。材料內(nèi)部孔隙含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積均發(fā)生,變化。注明含水情況。,表觀密度的測(cè)量,1,）對(duì)形狀規(guī)則的材料：磚、混凝土

4、等,烘干,→,量測(cè)幾何體積,→,稱重,→,代入公式,,2,）對(duì)形狀不規(guī)則的材料： 砂、石等,烘干,→,蠟封,→,浮力天平,,（三）材料的堆積密度,1,、堆積密度（松散容重）－,散粒狀材料在自然堆積狀態(tài),下單位體積的質(zhì)量。,單位,g/cm,3,或,kg/m,3,。,公式：,,,式中：,,ρ,/,o,－堆積密度（,g/cm,3,,）,,m,－材料的質(zhì)量（,g,）,,V,/,o,－材料的堆積體積（,cm,3,）,堆積體積,－指包含顆粒內(nèi)部孔隙和顆粒之間的空隙在內(nèi)的,體積。,,堆積密度的測(cè)量,1,）容器法：,散粒材料裝入容器→量測(cè)體積→稱凈重 →代入公式,,2,）自然堆積法：,堆積成→定形狀→量測(cè)幾

5、何體積→稱重→代入公式,,常用材料的狀態(tài)參數(shù),見教材,P9,－表,1-1,思考：,※,,顆粒材料的密度為,ρ,，表觀密度,ρ′,，堆積容重為,ρ,0,′,，則存在下列關(guān)系,(,,),。,,,a,、,ρ>ρ,0,′>ρ′,,,b,、,ρ′>ρ>ρ,0,′,c,、,ρ>ρ′>ρ,0,′,二、材料的結(jié)構(gòu)參數(shù),內(nèi)容：,,◎,密實(shí)度,,◎,孔隙率,,◎,填充率,,◎,空隙率,（一）密實(shí)度,密實(shí)度,－指材料,體積內(nèi),被固體物質(zhì)所充實(shí),的程度。反映材料的致密程度。,,公式,:,,影響材料的： 強(qiáng)度,吸水性,耐久性,（二）孔隙率,孔隙率,－指材料,體積內(nèi),，孔隙體積與總體積,之比。,直接反映材料的致

6、密程度。,,公式,:,,,孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系,:,P+D=1,,內(nèi)部孔隙,:,連通和封閉,1,、,連通孔隙,不僅彼此連通而且與外界連通；,2,、,封閉孔隙,不僅彼此封閉而且與外界隔絕。,材料內(nèi)部孔隙示意圖,自然狀態(tài)下體積示意圖,1-,固體；,2-,閉口空隙；,3-,開口空隙,（三）填充率,填充率－,指,散粒材料,在某容器的堆積體積,中，被其顆粒填充的程度。,,反映散粒材料堆積的致密程度。,,公式：,,,（四）空隙率,空隙率－,散粒材料,在某容器的堆積體積中， 顆,粒之間的空隙體積占總體積的比率。,,公式：,,,,空隙率與填充率的關(guān)系：,P,/,+D,/,=1,,例,1-1,,某工地所用卵石材

7、料的密度為,2.65g/cm,3,、表觀密度為,,2.61g/cm,3,、堆積密度為,1680 kg/m,3,，,計(jì)算此石子的孔隙,率與空隙率？,解,:,石子的孔隙率,P,為：,,,,石子的空隙率,P,/,為,：,,,三、材料與水有關(guān)的性質(zhì),,內(nèi) 容：,1,、材料的親水性與憎水性,,2,、材料的吸水性與吸濕性,,3,、材料的耐水性,,4,、材料的抗?jié)B性,,5,、材料的抗凍性,,,（一）親水性與憎水性,1,、親水性材料,：,當(dāng),θ≤90°,時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料,表面分子之間的相互吸引力，材料表面可以被水浸濕。,,如：木材等。,2,、,憎水性材料：,當(dāng),θ>90°,時(shí)，水分

8、子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料,表面分子之間的相互吸引力，材料表面可以被水浸濕。,,如：防水材料等。,,潤(rùn)濕角,θ,,,潤(rùn)濕角示意圖,θ,（二）材料的吸水性與吸濕性,1,、吸水性－,材料在浸水情況下吸入水分的能力，用,吸水率表示。,公式：,,,式中 ：,W,質(zhì)－材料的質(zhì)量吸水率（％）,,m,濕－材料吸水飽和后的質(zhì)量（,g,）,,m,干－材料烘干到恒重的質(zhì)量（,g,）,,◎,,影響吸水率大小的因素：,1,、,材料的本性－親水性或憎水性材料,2,、材料的孔結(jié)構(gòu)－孔徑大小、開口與否,細(xì)微且連通的孔隙,---,吸水率較大,,◎,,吸水性對(duì)材料的影響：,體積膨脹、強(qiáng)度降低，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料不利,,（二）材

9、料的吸水性與吸濕性,2,、吸濕性,－材料在空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)，,用含水率表示。,公式：,,,式中：,W,含,－材料的質(zhì)量含水率（％）,,m,濕,－材料含水時(shí)的質(zhì)量（,g,）,,m,干,－材料烘干到恒重的質(zhì)量（,g,）,,◎,影響含水率大小的因素：,1,、材料的本性－親水性或憎水性材料,2,、環(huán)境溫度、濕度,◎ 吸水性對(duì)材料的影響：,體積膨脹－對(duì)木結(jié)構(gòu)和木制品不利,濕脹干縮,,木制門窗在潮濕環(huán)境下往往不易開關(guān),（三）材料的耐水性,耐水性,－材料長(zhǎng)期在飽水作用下不破壞，其強(qiáng)度也不,顯著降低的性質(zhì)，用軟化系數(shù)表示。,,公式：,,,式中：,K,軟,－材料的軟化系數(shù)（,K,軟,＝,0,～,1,）

10、,,f,飽,－材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（,MPa,）,,f,干,－材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（,MPa,）,材料軟化系數(shù)的要求,軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后的強(qiáng)度降低,越多，其耐水性越差；,對(duì)經(jīng)常處于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)物,（如地,下構(gòu)筑物、基礎(chǔ)、水工結(jié)構(gòu)）,的材料，其,K,軟,≥,0.85,；,受潮較輕的或次要結(jié)構(gòu)物的材料，其,K≥0.80,；,,K,軟,≥,0.80,的材料，一般稱為耐水的材料。,1,2,3,4,例,1-2,,某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測(cè)得的抗,壓強(qiáng)度分別為,174,、,178,、,165 MPa,，求該石材,的軟化系數(shù)，并判斷該石材可否用于水下工程,?,解

11、,:,該石材的軟化系數(shù)為,:,,,,由于該石材的軟化系數(shù)為,0.93,，大于,0.85,，故該石材可用于水下工程。,（四）材料的抗?jié)B性,抗?jié)B性,－材料抵抗有壓介質(zhì)（水、油、氣）滲透的性,質(zhì)稱抗?jié)B性。用滲透系數(shù),K,表示。,依達(dá)西定律：,,,式中：,K,－材料的滲透系數(shù)（,ml/cm,2,.s,）,,W,－透過材料試件的水量（,ml,）,,t,－透水時(shí)間（,s,）,,A,－透水面積（,cm,2,,）,,H,－凈水壓力（,cm,）,,d,－試件的厚度（,cm,）,抗 滲 等 級(jí),◎,滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差；,◎,對(duì)于混凝土和砂漿，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(jí),(S),表示：,,S=10H,－,1,；

12、,,H,－試件開始滲水時(shí)的水壓力（,MPa,）,◎,影響材料抗?jié)B性的因素：孔隙率、孔隙特征；,◎,地下建筑（地鐵、人防建筑、地下室）、水工結(jié),構(gòu)、防水材料等均要求較高的抗?jié)B性。,,（五）材料的抗凍性,抗凍性,：,材料在吸水飽和的狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)稱為抗凍性。,用抗凍標(biāo)號(hào),D,表示。,,,凍融破壞的原因,,材料有孔且孔隙含水，水→冰體積膨脹,9,％，結(jié),冰壓力高達(dá),100MPa,，結(jié)冰壓力超過材料的抗拉強(qiáng)度,時(shí)，材料開裂，裂縫的增加也進(jìn)一步增加了材料的飽,水程度，飽水程度的增加進(jìn)一步加劇了凍融破壞，反,復(fù)多次→進(jìn)一步加劇→最終材料崩潰。,,嚴(yán)寒地

13、區(qū),道路、橋梁、水壩、堤防、海上鉆井平臺(tái)、跨海大橋,等均需考慮凍融破壞。,凍融破壞的橋梁,凍融破壞的道面,凍融破壞的混凝土芯樣,凍融破壞的水庫(kù)壩面,凍融破壞的西直門橋,四、材料的熱工性質(zhì),1,、導(dǎo)熱性,－材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。其大,小用熱導(dǎo)率（,λ,）表示。,公式：,,,式中：,,λ,－熱導(dǎo)率（,W/m.K,） 熱阻,R=1/ λ,Q,－傳導(dǎo)的熱量（,J,）,,A,－熱傳導(dǎo)面積（,m,2,）,,δ,－材料的厚度（,m,）,,t,－熱傳導(dǎo)時(shí)間（,s,）,,(T,2,-T,1,),－材料兩側(cè)溫差（,K,）,,熱工性質(zhì),◎,材料的熱導(dǎo)率越小，絕性能越好。,◎ 影響熱導(dǎo)率的因素：,材料內(nèi)部的

14、孔隙構(gòu)造－密閉的空氣使,λ,降,材料的含水情況－含水、結(jié)冰使,λ,增,◎ 常見熱導(dǎo)率參數(shù)：,材料,λ,材料,λ,泡沫塑料,0.035,水,0.58,,大理石,3.5,,冰,2.2,鋼材,58,空氣,0.023,,混凝土,1.51,松木,1.17,～,0.35,,2.2,材料的基本力學(xué)性質(zhì),,內(nèi) 容：,,◎,材料的強(qiáng)度、比強(qiáng)度,,◎,材料的彈性與塑性,,◎,材料的脆性與韌性,,一、材料的強(qiáng)度、比強(qiáng)度,1,、定義：,強(qiáng)度－,材料在外力（荷載）作用下抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。,,2,、分類,:,(,ａ,),抗壓,(,ｂ,),抗拉,(,ｃ,),抗折,(,ｄ,),抗剪,材料的受力形式,◎,不同材料的承載

15、特點(diǎn)是不同的：,例：木材與鋼材,◎,相同種類的材料，隨著其孔隙率及構(gòu)造,特征的不同，各種強(qiáng)度也有明顯差異。,,,強(qiáng) 度 等 級(jí),◎,建筑材料常根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，劃分為不同的強(qiáng)度等級(jí)或標(biāo)號(hào)。,◎,混凝土按抗壓強(qiáng)度劃分為,C7.5,～,C60,（,12,個(gè)）,◎,水泥按抗壓和抗折強(qiáng)度劃分為,32.5,、,32.5R 42.5,、,,42.5R,、,52.5,、,52.5R,,六個(gè)等級(jí),◎,砂漿按抗壓強(qiáng)度劃分為,M2.5,、,M5,、,M7.5,、,M10,、,,M15,、,M20,六個(gè)等級(jí),比 強(qiáng) 度,比強(qiáng)度－,材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值（,f,c,/ρ,o,）。,用于評(píng)價(jià)材料輕質(zhì)高強(qiáng),,幾種

16、材料的強(qiáng)度比較：,材 料,表觀密度,(kg/m,3,),強(qiáng)度,f,c,,(MPa),比強(qiáng)度（,f,c,/ρ,o,）,低碳鋼,7860,415,0.053,松 木,500,34.3,0.059,混凝土,2400,60,0.025,二、材料的彈性與塑性,◎,彈性,－材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)。,彈性模量：,E=σ/ε,◎,塑性,－材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)。,,實(shí)際的材料并不存在理想的彈性變形和塑性變形。,低碳鋼的,σ,～,ε,曲線,分段的彈性變形和塑性變形,混凝土的,σ

17、,～,ε,曲線,,同時(shí)進(jìn)行的彈性變形和塑性變形,三、材料的脆性與韌性,1,、脆性,－在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材,料突然破壞而又無(wú)明顯的塑性變形的性質(zhì)。,☆,脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗沖擊,或震動(dòng)荷載的能力很差。,2,、韌性,－在沖擊、震動(dòng)荷載的作用下，材料承受很大,的變形也不致破壞的性能稱為韌性。如鋼材、,木材、纖維等。,,橋梁、牛腿柱、電梯井、高層建筑等,,2.3,材料的耐久性,定義：,材料在使用過程中能抵抗周圍各種介 質(zhì)的侵,蝕而不破壞，也不易失去其原有性能的性質(zhì)。,包括：,,抗凍性－混凝土、磚、石材,抗風(fēng)化性－陶瓷、磚,抗老化性－有機(jī)建材,耐化學(xué)腐蝕－金屬材料,侵

18、蝕 介 質(zhì),◎,,物理介質(zhì)－溫度、濕度、凍融、陽(yáng)光、輻射,◎,,化學(xué)介質(zhì)－酸、堿、鹽的溶液或氣體、水、大氣,◎,生物介質(zhì)－昆蟲、菌類、,白蟻,◎,,機(jī)械介質(zhì)－荷載、沖擊、震動(dòng)、磨損、磨耗,,如瀝青的老化、木材的腐蝕、鋼材的腐蝕等等,耐久性的特點(diǎn),◎,長(zhǎng)期性、后期加劇作用；,◎多種介質(zhì)同時(shí)作用；,◎材料劣化－結(jié)構(gòu)失效－服務(wù)壽命降低。,2.4,材料組成、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造與材料性質(zhì)的關(guān)系,◎,組成決定材料的化學(xué)性能,◎ 結(jié)構(gòu)決定材料的物理性能,◎ 構(gòu)造決定材料的工程性質(zhì),一、材料的成分（組成）,化學(xué)組成：,構(gòu)成材料的基本化學(xué)元素或化合物的種類和數(shù)量；,,礦物組成：,無(wú)機(jī)非金屬材料中具有特定的晶體結(jié),構(gòu)、

19、特定的物理力學(xué)性能的組成結(jié)構(gòu)；,,相組成：,材料中有相同物理化學(xué)性質(zhì)的均勻部分成為相。,二、材料的結(jié)構(gòu),1,、晶體：,,雪花晶體,錫石晶體,晶體的規(guī)則外形,二、材料的結(jié)構(gòu),2,、玻璃體,,,二、材料的結(jié)構(gòu),3,、膠體：,材料的構(gòu)造,—,指具有特質(zhì)性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的,相互組合搭配情況。,三、材料的構(gòu)造,孔隙率對(duì)材料物理力學(xué)化學(xué)性能影響,孔隙率,,P,,密度,表觀密度,強(qiáng)度,吸水性,吸濕性,抗?jié)B性,抗凍性,耐水性,導(dǎo)熱性,吸聲性,P,,增加,,,,,,,,,,,,P,,一定,開孔多,,,,,,,,,,,P,,一定,閉孔多,,,,,,,,,,,公式,,ρ,ρ,o,f,W,W,含,,P,F,K,λ

20、,a,,,,謝謝觀看,/,歡迎下載,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,內(nèi)容總結(jié),內(nèi) 容。材料的實(shí)際密度（密度）。1、實(shí)際密度（密度）－材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體。自然狀態(tài)下的體積－是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體。1、堆積密度（松散容重）－散粒狀材料在自然堆積狀態(tài)。1、連通孔隙不僅彼此連通而且與外界連通。2、封閉孔隙不僅彼此封閉而且與外界隔絕。2.61g/cm3、堆積密度為1680 kg/m3，計(jì)算此石子的孔隙。率與空隙率。當(dāng)θ≤90°時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料。表面分子之間的相互吸引力，材料表面可以被水浸濕。當(dāng)θ>90°時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料。2、吸濕性－材料在空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)，。耐水性－材料長(zhǎng)期在飽水作用下不破壞，其強(qiáng)度也不。解:該石材的軟化系數(shù)為:。◎ 對(duì)于混凝土和砂漿，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(jí)(S)表示：。冰壓力高達(dá)100MPa，結(jié)冰壓力超過材料的抗拉強(qiáng)度。1、導(dǎo)熱性－材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。材料的含水情況－含水、結(jié)冰使λ增。謝謝觀看/歡迎下載,