01材料基本性质.

kkkkkk土木工程材料----土木工程绪论2014版版权所有，侵权必究！广州大学土木工程学院廖原电话：[phone]Email：[e-mail]开场白下列材料中抗拉强度最大的是（）。A.普通混凝土B.木材C.建筑钢材D.花岗石1广州大学廖原第2页，共108页因地制宜用材的万里长城万里长城飞越崇山峻岭，是我国古代劳动人民的杰作，也是建筑史上的丰碑。万里长城选用材料因地制宜，堪称典范。居庸关、八达岭一段，采用砖石结构。墙身用条石砌筑，中间填充碎石黄土，顶部再用三四层砖铺砌，以石灰作砖缝材料，坚固耐用。平原黄土地区缺乏石料，则用泥土磊筑长城，将泥土夯打结实，并以锥刺夯打土检查是否合格。在西北玉门关一带，既无石料又无黄土，以当地芦苇或柳条与砂石间隔铺筑，共铺20层。万里长城因地制宜使用建筑材料，展现了我国劳动人民的勤劳、智慧和创造力。广州大学廖原第3页，共108页按化学组成分类建筑材料无机材料有机材料复合材料金属材料黑色金属：钢、铁、不锈钢有色金属：铝、铜等及其合金非金属材料天然石材：毛石、料石、石板、砂、石烧土制品：烧结砖（瓦）、陶瓷熔融制品：玻璃、岩棉、铸石胶凝材料：石灰、石膏、各种水泥混凝土类：混凝土、砂浆、硅酸盐制品植物材料：木材、竹材等沥青材料：石膏沥青、煤沥青及其制品合成高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶等金属与非金属复合：钢纤维混凝土有机与无机复合：玻璃纤维增强度塑料、沥青混凝土、聚合物混凝土、水泥刨花板广州大学廖原第4页，共108页按功能分类建筑材料结构材料：构成基础、梁、板、柱等承重系统的材料。如：混凝土、钢材、木材、石材、砖等墙体材料：构成建筑物或构筑物承重墙体及非承重墙体的材料。如：砖类、砌块类、墙板类等功能材料：不用于承受荷载，但具有某种特殊功能的材料。装饰材料（涂料、玻璃、陶瓷等）光学材料（镭射玻璃、镜面玻璃等）如声学材料（吸声石膏板、纤维织物等）防水材料（防水卷材、防水涂料、防水油膏等）保温隔热材料（膨胀珍珠岩、聚苯乙烯泡沫塑料等）广州大学廖原第5页，共108页按使用部位分类基础材料结构材料墙体材料屋面材料地面材料饰面材料其他广州大学廖原第6页，共108页例题建筑材料分为无机材料、有机材料和复合材料的依据是（）。A.材料用途B.材料强度C.材料化学组成D.材料物理性质答案：C广州大学廖原第7页，共6页讨论在建筑造价中，材料费所占比例越大越好还是越小越好？理由呢？kkkkkk土木工程材料----土木工程第1章土木工程材料基本性质2012版版权所有，侵权必究！广州大学廖原第9页，共108页本章内容1.材料科学的基本理论2.材料的物理性质3.材料的力学性质4.材料的耐久性5.材料的环境协调性广州大学廖原第10页，共108页1.1材料科学的基本理论1.材料的组成2.材料的结构3.材料的表面现象4.孔广州大学廖原第11页，共108页1.1.1材料的组成定义：材料的组成–是指材料的化学成份或矿物成份。意义–它不仅影响着材料的化学性质，而且也是决定材料物理力学性质的重要因素。广州大学廖原第12页，共108页1.材料的组成及其对性能的影响化学组成–定义：化学组成•所谓化学组成，是指构成材料的化学元素及化合物的种类与数量。–化学组成决定材料性质示例•混凝土受到酸、盐类物质的侵蚀作用；•木材遇到火焰时的耐燃、耐火性能；•钢材和其它金属材料的锈蚀等等都属于化学作用。广州大学廖原第13页，共108页1.材料的组成及其对性能的影响矿物组成–定义：矿物组成•矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。–定义：矿物•矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。–矿物组成决定材料性质示例•硅酸盐水泥中，熟料矿物硅酸三钙含量高，则其硬化速度较快，强度较高。广州大学廖原第14页，共108页1.1.2材料的结构定义：材料的结构–材料的结构是指从原子、分子尺度直至宏观肉眼可见的各层次的结构状态。材料的结构大体上可分为：–微观结构；–亚微观结构；–宏观结构（又称为宏观构造）。广州大学廖原第15页，共108页1.1.2材料的结构宏观结构–材料的宏观结构是指用肉眼或普通放大镜下即可分辨的粗大组织。–尺寸范围：在10-3m级以上。–这个层次的结构也可称为宏观构造。广州大学廖原第16页，共108页1.1.2材料的结构宏观结构--分类（按其孔隙特征及构成形态分）–致密结构–多孔结构–纤维结构–层状结构–散粒结构–纹理结构广州大学廖原第17页，共108页1.1.2材料的结构微观结构–微观结构是指原子、分子层次的结构。在微观结构层次上的观察和研究，需借助电子显微镜、X射线、振动光谱和光电子能谱等来分析研究该层次上的结构特征。–尺寸范围：10-6～10-10m。–在微观结构层次上，固体材料可分为：•晶体、玻璃体、胶体等。广州大学廖原第18页，共108页广州大学廖原第19页，共108页广州大学廖原第20页，共108页1.1.2材料的结构晶体–定义：晶体•晶体是指材料的内部质点（离子、原子、分子）呈现规则排列的、具有一定结晶形状的固体。–特性：•各向异性：因其各个方向的质点排列情况和数量不同，如石英晶体。•各向同性：许多晶体材料是由大量排列不规则的晶粒组成，因此，所形成的材料整体又具有各向同性的性质，如钢材。广州大学廖原第21页，共108页1.1.2材料的结构按晶体质点及结合键的特性，可将晶体分为–原子晶体–离子晶体–分子晶体–金属晶体广州大学廖原第22页，共108页1.1.2材料的结构玻璃体–玻璃体是熔融的物质经急冷而形成的无定形体。结构特征与一般性质–质点排列无规律。–各向同性–没有固定的熔点–熔融时只出现软化。–即具有潜在的化学活性示例–粉煤灰、火山灰、粒化高炉矿渣等都含有大量玻璃体成份。图1-1晶体与非晶体结构广州大学廖原第23页，共108页1.1.2材料的结构胶体–胶体是指粒径约10-7~10-9m的固体颗粒作为分散相（称为胶粒），分散在连续相介质中所形成的分散体系。–溶胶结构–凝胶结构纳米结构–1nm=10-9m广州大学廖原第24页，共108页1.1.2材料的结构亚微观结构–亚微观结构又称为细观结构，一般指用光学显微镜所能观察到的材料结构。–尺寸范围：10-3～10-6m。–应用：•可分析金属材料晶粒的粗细及其金相组织；•可分析木材的木纤维、导管、髓线等组织；•可分析混凝土的水泥石相、骨料相、界面和孔隙等。广州大学廖原第25页，共108页1.1.3材料的表面现象1.润湿现象2.材料的亲水性和憎水性3.毛细现象广州大学廖原第26页，共108页水黾[měng]轻功:人类水上行走成为可能广州大学廖原第27页，共108页表面张力广州大学廖原第28页，共108页表面张力F=2Lγ润湿cosLVSLSV广州大学廖原第30页，共108页亲水性和憎水性广州大学廖原第31页，共108页亲水性与憎水性定义：润湿边角–指当水与材料接触时，在材料、水和空气三相交点处,沿水表面的切线与水和固体接触面所成的夹角θ。–θ越小，浸润性越好。θθ(a)亲水性材料(b)憎水性材料广州大学廖原第32页，共108页1.亲水性与憎水性定义：亲水性材料–指当润湿边角θ≤90℃时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力，这种材料称为亲水性材料。–例：水泥制品、玻璃、陶瓷、金属材料、石材等无机材料和部分木材。定义：憎水性材料–当润湿边角＞90℃时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力，则材料表面不会表面不会被水浸润，这种材料称为憎水性材料。–例：沥青、油漆、塑料、防水油膏等。θθ(a)亲水性材料(b)憎水性材料广州大学廖原第33页，共108页例题1问题：下列各材料中，是亲水性材料。A、沥青B、石蜡C、不锈钢D、聚乙烯塑料答案：C广州大学廖原第34页，共108页例题2问题：下列关于材料亲水性和憎水性的叙述，不合理的是。A、亲水性材料的润湿边角θ≤90ºB、不锈钢是憎水性材料C、一般木材是亲水性材料D、亲水性材料表面做憎水处理，可提高其防水性能答案：B广州大学廖原第35页，共108页毛细现象ghrPLV12grhLVcos2广州大学廖原第36页，共108页参考：表面张力广州大学廖原第37页，共108页毛细现象广州大学廖原第38页，共108页1.1.4孔孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。空隙率则是指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)占堆积体积的百分率。材料的孔隙有闭口和开口，其特征状态对材料的性质有重要影响，见右图。广州大学廖原第39页，共108页1.1.4孔孔隙率–是指材料体积内，孔隙体积所占的比例，用符号P表示。孔隙率按下式计算：%100%10000VVD•密实度–指材料体积内被固体物质充实的程度，用符号D表示，按下式计算：％）（％1001100000VVVP广州大学廖原第40页，共108页(a)材料的自然体积构成(b)材料的堆积体积构成材料的体积构成广州大学廖原第41页，共108页1.1.2孔隙率与空隙率定义：孔隙特征–孔的种类（开口孔与闭口孔）–孔径的大小–孔的分布是否均匀。孔隙率大小和孔隙特征对材料性能影响–强度–热工性质–声学性质–吸水性和吸湿性–抗渗性和抗冻性KBPPP广州大学廖原第42页，共108页例题一种材料的孔隙率增大时，以下性质中一定下降。①密度②表观密度③吸水率④强度⑤抗冻性A①②③B①③C②④D①②④答案：C广州大学廖原第43页，共108页1.2材料的物理性质1.与密实程度有关–密度–体积密度–表观密度–堆积密度–空隙率与填充率2.与水有关的性质–吸湿性与吸水性–耐水性–抗渗性–冻性3.与热有关的性质–热容量–导热性–耐热性与耐燃性广州大学廖原第44页，共108页1.密度定义：密度–是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。–按下式计算：vm式中ρ——材料的密度，g/cm3；m——材料的质量（干燥至恒重），g；V——材料在绝对密实状态下（不含任何孔）的体积，cm3。广州大学廖原第45页，共108页1.密度密度测定方法–在测定有孔隙材料（如砖、石等）的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，用李氏瓶测定其绝对密实体积。–材料磨得越细，测得的密实体积数值就越精确。图1-1李氏瓶•相对密度–相对密度又称比重，是用材料的质量与同体积水（4℃）的质量的比值表示，无单位。实验多媒体广州大学廖原第46页，共108页2.体积密度定义：体积密度–是指材料在自然状态下,单位体积的质量，俗称容重。按下式计算：式中ρ0——材料的体积密度，kg/m3或g/cm3；m——材料的质量，kg或g；V0——材料在自然状态下（含内部所有孔）体积，m3或cm3。00vm(a)材料的自然体积构成(b)材料的堆积体积构成材料的体积构成广州大学廖原第48页，共108页2.体积密度闭口孔–建筑材料中，常以规定的条件下水能否进入孔中来区分开口孔与闭口孔。–开口孔即指在规定的条件下水能进入的孔，否则为闭口孔。含水对表观密度的影响–测定表观密度时，应注明其含水情况。–工程中一般指材料在气干状态（长期在空气中干燥）的表观密度。–实验室中通常为烘干状态下的表观密度，用“干表观密度”表示。广州大学廖原第49页，共108页2.体积密度孔隙率与体积密度的关系–孔隙率按下式计算：%100%10000VVD•密实度与体积密度的关系–按下式计算：％）（％1001100000VVVP广州大学廖原第50页，共108页3.表观密度指材料体积只包括材料绝对体积和闭口孔的体积。按下式计算：式中ρ′——材料的视密度，kg/m3或g/cm3；m——材料的质量，kg或g；V′——材料在自然状态下（只含内部闭口孔，不含开口孔）体积，这里称为视体积，m3或cm3。–如：砂、石在拌制混凝土时，因其内部的开口孔被水占据。''vm实验多媒体广州大学廖原第51页，共108页(a)材料的自然体积构成(b)材料的堆积体积构成材料的体积构成广州