土木工程材料,一切建筑的基礎(chǔ),緒 論 第一部分 土木工程材料的性質(zhì) 第二部分 基本材料 第三部分 建筑功能材料 第四部分 土木工程材料試驗(yàn) 結(jié)束語,緒 論,土木工程材料的定義： 土木工程材料是指用于土木建筑結(jié)構(gòu)物的所有材料的總稱，是建筑物與構(gòu)筑物的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。,土木工程材料是發(fā)展建筑業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料費(fèi)用一般占建筑工程總造價(jià)的50-70%；,1.土木工程材料發(fā)展概況,土木工程材料是隨著人類社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)水平的提高而逐步發(fā)展起來的。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人類由挖土、鑿石為洞，伐木搭竹為棚，利用天然材料建造非常簡(jiǎn)陋的房屋等到能夠用粘土燒制磚、瓦，用巖石燒制石灰、石膏之后，土木工程材料由天然材料進(jìn)入了人工生產(chǎn)階段，為大規(guī)模建造土木工程創(chuàng)造了條件。 古代人類最初是“穴居巢處”。 火的利用使人類學(xué)會(huì)了燒制磚、瓦、陶瓷與石灰。 鐵器時(shí)代以后有了簡(jiǎn)單的工具，工程材料（木材、磚、石等）才由天然材料進(jìn)入人工生產(chǎn)階段，為較大規(guī)模的土木工程和人類需要的其他建筑物建立了基本條件。 在漫長(zhǎng)的封建社會(huì)中，生產(chǎn)力停滯不前，土木工程材料的發(fā)展也極為緩慢，長(zhǎng)期限于磚、石、木材作為結(jié)構(gòu)材料。,18 、19世紀(jì)，鋼材、水泥、混凝土及其他材料的相繼問世，為現(xiàn)代土木工程建筑奠定了基礎(chǔ)。資本主義的興起，城市的擴(kuò)大，工業(yè)的迅速發(fā)展，交通的日益發(fā)達(dá)，需要建造大規(guī)模的建筑物構(gòu)筑物和建筑設(shè)施，例如大跨度的工業(yè)廠房，高層的公用建筑以及橋梁、港口等，推動(dòng)了土木工程材料的前進(jìn)。 18世紀(jì)中葉鋼材、水泥 (J.Aspdin,1824） 19世紀(jì)鋼筋混凝土（1890-1892）； 中國(guó)，1898 進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著材料科學(xué)以及高分子科學(xué)的快速發(fā)展，土木工程材料不僅在性能和質(zhì)量上不斷得到改善，而且品種不斷增加，一些具有特殊功能的材料，如絕熱、吸聲、隔聲、各種裝飾材料、耐熱防火、防水抗?jié)B材料以及耐磨、耐腐蝕、防爆、防輻射材料和其他環(huán)保材料等應(yīng)運(yùn)而生。 20世紀(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土、高分子材料 21世紀(jì)輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能、高性能綠色建材 人民生活水平的提高，對(duì)建筑物修飾的要求愈來愈高，于是各種裝飾材料層出不窮。,1.土木工程材料發(fā)展概況,1.土木工程材料發(fā)展概況,土木工程材料是土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)，土木工程材料的發(fā)展與土木工程技術(shù)的進(jìn)步有著不可分割的聯(lián)系，它們相互制約、相互依賴和相互推動(dòng)。新型土木工程材料的誕生推動(dòng)了土木工程設(shè)計(jì)方法和施工工藝的變化，而新的土木工程設(shè)計(jì)方法和施工工藝對(duì)土木工程材料品種和質(zhì)量提出更高和多樣化的要求。,2.土木工程材料的發(fā)展趨勢(shì),在原材料方面要最大限度地節(jié)約有限的資源，充分利用再生資源及工農(nóng)業(yè)廢料； 在生產(chǎn)工藝方面要大力引進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)，改造或淘汰陳舊設(shè)備，降低原材料及能源消耗，減少環(huán)境污染； 在材料的性能方面要求輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久、多功能及結(jié)構(gòu)與功能的一體化； 在產(chǎn)品型式方面積極發(fā)展預(yù)制技術(shù)，逐步提高構(gòu)件化、單元化的水平。 具有自感知、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)能力的土木工程材料的開發(fā)研制以及各種機(jī)敏或智能材料在土木工程中應(yīng)用的研究正在蓬勃發(fā)展。,必須恰當(dāng)選擇和合理使用原材料 材料質(zhì)量的優(yōu)劣，配制是否合理，選用是否恰當(dāng)直接影響建筑工程質(zhì)量 發(fā)展綠色建材,2.土木工程材料的發(fā)展趨勢(shì),安全性：土木工程材料必須具備足夠的強(qiáng)度，能夠安全地承受設(shè)計(jì)荷載； 自重?。和聊竟こ滩牧献陨淼闹亓恳暂p為宜，以減少下部結(jié)構(gòu)和地基的負(fù)荷； 耐久性：具有與使用環(huán)境相適應(yīng)的耐久性，以便減少維修費(fèi)用； 裝飾性：用于裝飾的材料，應(yīng)能美化建筑、房屋并產(chǎn)生一定的藝術(shù)效果； 特殊性：用于特殊部位的材料，應(yīng)具有相應(yīng)的特殊功能。如屋面材料要能隔熱、防水；樓板和內(nèi)墻材料要能隔音等。 此外，土木工程材料在生產(chǎn)過程中還應(yīng)盡可能保證低能耗、低物耗及環(huán)境良好。,3.土木工程對(duì)材料的基本要求,4.土木工程材料的分類,土木工程材料可按不同的原則進(jìn)行分類： 根據(jù)材料來源不同，可分為天然材料及人造材料； 根據(jù)組成物質(zhì)的種類及化學(xué)成分的不同，將土木工程材料分為無機(jī)材料、有機(jī)材料和復(fù)合材料三大類。見表1建筑材料分類； 根據(jù)其功能的不同，可分為結(jié)構(gòu)材料、墻體材料、功能材料（防水材料、絕熱材料）等。見表2建筑材料分類。,5.土木工程材料的標(biāo)準(zhǔn),制訂標(biāo)準(zhǔn)的意義 材料標(biāo)準(zhǔn)的類別 在我國(guó)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為四級(jí)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布的全國(guó)性的指導(dǎo)技術(shù)文件，其代號(hào)為GB； 部標(biāo)準(zhǔn)也是全國(guó)性的指導(dǎo)技術(shù)文件，但它由主管生產(chǎn)部（或總局）發(fā)布，其代號(hào)按部門而定，如建材標(biāo)準(zhǔn)的代號(hào)為JC，建工標(biāo)準(zhǔn)的代號(hào)為JG； 地方標(biāo)準(zhǔn)是地方主管部門發(fā)布的地方性指導(dǎo)技術(shù)文件； 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)僅適用于本企業(yè)，其代號(hào)為QB。,5.土木工程材料的標(biāo)準(zhǔn),此外，還常常涉及到一些與土木工程材料關(guān)系密切的國(guó)際或外國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，主要有： 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為ISO； 美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為ASTM； 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為JIS； 德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為DIN； 英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為BS； 法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為NF等。,6.本課程的作用、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法,a.作用 為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供必要的知識(shí)，為今后從事專業(yè)技術(shù)工作時(shí)，合理選擇和使用建筑材料打下基礎(chǔ)。 b.任務(wù) 了解材料在建筑物上所起的作用和要求，了解常用材料的生產(chǎn)、成分和構(gòu)造，掌握常用材料的技術(shù)性質(zhì)，以及影響材料性質(zhì)的主要因素及其相互關(guān)系，掌握常用材料的標(biāo)準(zhǔn)，熟悉其分類、分等和規(guī)格，熟悉常用材料的測(cè)試儀器，掌握測(cè)試方法和技術(shù)，掌握常用材料的選用原則和方法，掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解這些材料的施工注意事項(xiàng),c.學(xué)習(xí)方法 重點(diǎn)掌握材料的基本理論、基本知識(shí)、基本技能 常用材料水泥、砼、石灰、石膏、砂石、玻璃、鋼材、木材、瀝青、高分子材料 主要的水泥、（混凝土）砼、鋼材、砂石 每種材料：原料生產(chǎn)工藝組成成分構(gòu)造性質(zhì)應(yīng)用檢驗(yàn)儲(chǔ)存以及它們之間的相互關(guān)系 重點(diǎn)：性質(zhì)和應(yīng)用， 質(zhì)檢的基本原理（引起材性變化的內(nèi)因和外因）,6.本課程的作用、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法,學(xué)習(xí)材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GB-國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBJ-建筑工程國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) JGJ-建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC-國(guó)家建材局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YB-冶金部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ-交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SD-水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB-國(guó)家級(jí)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 重視學(xué)好試驗(yàn) 學(xué)習(xí)常用建筑材料的檢驗(yàn)方法合格性判斷和驗(yàn)收 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判別 培養(yǎng)從事科學(xué)研究的能力,6.本課程的作用、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法,布達(dá)拉宮宮體主樓13層，高117.2米,東西長(zhǎng)360米，全部為石木結(jié)構(gòu)，宮墻厚達(dá)25米，墻身全部用花崗巖砌筑,僅五世達(dá)賴靈塔就用黃金11萬9千兩，大小珍珠4000多顆。 返回鍵,石材、石灰砂漿,胡夫金字塔高146.59m, 底部232m建方，用 230多萬塊、每塊重2.5T的巖石砌成,萬里長(zhǎng)城 條石、大磚、石灰砂漿,羅馬斗獸場(chǎng) 石材、石灰砂漿,悉尼海上歌劇院是悉尼的標(biāo)志，世界最豪華的文化建筑之一。這座“船帆屋頂劇院”是從66個(gè)國(guó)家233位設(shè)計(jì)師的藍(lán)圖中，選中丹麥喬恩-厄特宗的作品，從1959年施工到1973年，耗資1.04億美元才得完成。,土木工程材料的應(yīng)用范圍：,公路,鐵路,橋梁,車站,地下工程,機(jī)場(chǎng),土木工程材料的應(yīng)用范圍：,大豐港碼頭工程,消浪的砼扭工字塊護(hù)坡,第一部分 土木工程材料的基本性質(zhì),材料是構(gòu)成土木工程建筑物的物質(zhì)基礎(chǔ)。直接關(guān)系建筑物的安全性、功能性以及使用壽命和經(jīng)濟(jì)成本。 一般來說，材料的性質(zhì)可分為四個(gè)方面： (1)物理性質(zhì) 包括表示材料物理狀態(tài)特征及與各種物理過程有關(guān)的性質(zhì)。 (2)力學(xué)性質(zhì) 指材料在應(yīng)力作用下,有關(guān)抵抗破壞和變形的能力的性質(zhì)。 (3)化學(xué)性質(zhì) 指材料發(fā)生化學(xué)變化的能力及抵抗化學(xué)腐蝕的穩(wěn)定性。 (4)耐久性 指材料在使用過程中能長(zhǎng)久保持其原有性質(zhì)的能力。,第一節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì),1.1 材料的組成 化學(xué)組成化學(xué)元素及化合物種類 （金屬、無機(jī)非金屬、有機(jī)物） 礦物組成晶體和非晶體結(jié)構(gòu)及種類 （石英、云母、硅酸三鈣、鋁 酸三鈣、金剛石等） 相 組 成相同物理、化學(xué)的均勻物相 （建筑材料大都為多相固體）,1.2材料的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造,1 微觀結(jié)構(gòu)指原子、分子層次 晶體材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)按特定規(guī)律在空間呈周期性重復(fù)排列的固體。 硅酸鹽礦物晶體由硅氧四面體單元與其它金屬離子的結(jié)合。有鏈狀結(jié)構(gòu)的石棉、層狀結(jié)構(gòu)的云母及立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石英。,氧原子,硅原子,原子晶體（共價(jià)鍵結(jié)合）金剛石、石英、剛玉、碳化硅（強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)高、脆） 離子晶體（離子鍵結(jié)合）氯化鈉、石膏、石灰?guī)r（強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較高，但波動(dòng)大，部分可溶）,分子晶體（分子鍵結(jié)合）部分有機(jī)化合物、冰（強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較低，密度?。?金屬晶體（庫倫引力、電子氣結(jié)合）金屬類（強(qiáng)度、硬度較高，變形能力強(qiáng)，導(dǎo)電、導(dǎo)熱）,構(gòu)成晶體的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子）是按一定的規(guī)則在空間呈有規(guī)律的排列，因此晶體具有一定的幾何外形，顯示各向異性，但實(shí)際應(yīng)用的晶體材料，通常是由許多細(xì)小的晶粒雜亂排列組成，故晶體材料在宏觀上顯示為各向同性。,構(gòu)成材料的化學(xué)組成相同，但結(jié)構(gòu)不同，性能會(huì)有很大差異。大家熟知的金剛石和石墨、石英和硅藻土。,材料的化學(xué)成分相同,晶體結(jié)構(gòu)不同,性能存在差異,SiO2,晶體結(jié)構(gòu)和無定型結(jié)構(gòu),石英和硅藻土,石英硬度高,硅藻土多孔，強(qiáng)度低,熔融物因冷卻速度太快，凝固時(shí)粘度很大，質(zhì)點(diǎn)來不及按規(guī)律排列所形成的質(zhì)點(diǎn)無序排列的固體（如無定形SiO2） 特點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)未能到達(dá)能量最低位置，大量化學(xué)能未能釋放，化學(xué)穩(wěn)定性較差，易與其它物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。（如：火山灰、?；郀t礦渣、粉煤灰等）,（2）玻璃體,(3)膠體,作為分散相的粒子粒徑在10-710-10 m，分散在分散介質(zhì)中形成的分散體系稱為膠體。 分散介質(zhì)可以是氣體、液體和固體，相應(yīng)行成氣溶膠、溶膠和凝膠。 膠體因比表面積大，表面能大，吸附力強(qiáng)，具有較大粘結(jié)力（如瀝青、硅酸鹽凝膠等）,水泥凝膠體,膠體中分散的微粒作布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種膠體稱溶膠。 溶膠具有較大的流動(dòng)性，建筑材料中的涂料就是利用這一性質(zhì)配制而成的。 當(dāng)溶膠脫水或微粒產(chǎn)生凝聚，使分散質(zhì)點(diǎn)不能再按布朗運(yùn)動(dòng)自由移動(dòng)時(shí)，稱為凝膠。 凝膠具有觸變性，即將凝膠攪拌或振動(dòng)，又能變成溶膠。 水泥漿、新拌混凝土、膠粘劑等均表現(xiàn)有觸變性。當(dāng)凝膠完全脫水則成干凝膠體，它具有固體的性質(zhì)，即產(chǎn)生強(qiáng)度。硅酸鹽水泥主要水化產(chǎn)物的最后形式就是凝膠體。,2.細(xì)觀結(jié)構(gòu),指材料內(nèi)部晶粒、界面，礦物的大小、形態(tài)，孔隙、微裂紋的大小及分布。 對(duì)于同樣組成的材料，細(xì)觀結(jié)構(gòu)的不同將對(duì)材料的強(qiáng)度及耐久性有很大影響。如熱處理前后的鋼材，使用和未使用減水劑的水泥混凝土等。 一般而言，晶粒越細(xì)小，分布越均勻，界面粘結(jié)越好，則材料的強(qiáng)度和耐久性就越好。,3.宏觀結(jié)構(gòu),指用肉眼或放大鏡能夠分辨的粗大組織。如：密實(shí)程度、孔隙狀態(tài)、紋理、層理、纖維狀態(tài)、粒度、均勻度、聚集狀態(tài)、復(fù)合狀態(tài)等。 宏觀結(jié)構(gòu)與材料的組成及生產(chǎn)工藝有關(guān)。宏觀結(jié)構(gòu)較易改變，復(fù)合材料的生產(chǎn)和使用就是取其長(zhǎng)補(bǔ)其短的常用方法。如：鋼筋混凝土、玻璃鋼、纖維石膏板和纖維水泥混凝土板等。,材料的組成是指材料的化學(xué)成分和礦物組成。材料組成是材料性質(zhì)的基礎(chǔ)，它對(duì)材料的性質(zhì)起著決定性的作用。 材料化學(xué)組成相同但礦物組成不同也會(huì)導(dǎo)致性質(zhì)的巨大差異。如圖1-9，、為兩種鋼材的金相照片，兩者化學(xué)組成接近，主要差別是碳含量不同，小于0.2和則為0.20.4，但礦物組成則差別較大。兩種鋼材性能差別較大，其中具有較好的冷、熱變形等工藝性能，但強(qiáng)度較低，而則強(qiáng)度較高。,A,B,從宏觀組成層次講，人工復(fù)合的材料如混凝土、建筑涂料等是由各種原材料配合而成的，因此影響這類材料性質(zhì)的主要因素是其原材料的品質(zhì)及配合比例。,材料的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)材料性質(zhì)的影響,材料的化學(xué)組成相同，微觀結(jié)構(gòu)的差別將導(dǎo)致材料性能的差異。如圖1-10化學(xué)組成相同的水泥熟料，由于的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)育良好，則不然，結(jié)果在比表面積相似的情況下，熟料的3d、28 d抗壓強(qiáng)度分別比熟料高10.7 MPa和6.8 MPa。,材料的宏觀構(gòu)造及其對(duì)性能的影響,材料的宏觀構(gòu)造是指可用肉眼能觀察到的外部和內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。土木工程材料常見的構(gòu)造形式有：密實(shí)構(gòu)造、多孔構(gòu)造、纖維構(gòu)造、層狀構(gòu)造、散粒構(gòu)造、紋理構(gòu)造。,密實(shí)構(gòu)造,密實(shí)構(gòu)造的材料內(nèi)部基本上無孔隙，結(jié)構(gòu)致密。這類材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度較高，吸水性小，抗?jié)B和抗凍性較好，耐磨性較好，絕熱性差。如鋼材、天然石材、玻璃、玻璃鋼等。,大理巖的致密表面,多孔構(gòu)造,多孔構(gòu)造的材料其內(nèi)部存在大體上呈均勻分布的獨(dú)立的或部分相通的孔隙，含孔率較高，孔隙又有大孔和微孔之分。具有多孔構(gòu)造的材料，其性質(zhì)決定于孔隙的特征、多少、大小及分布情況，一般來說，這類材料的強(qiáng)度較低，抗?jié)B性和抗凍性較差，絕熱性較好。如加氣混凝土、石膏制品、燒結(jié)普通磚等。,加氣混凝土砌塊的多孔構(gòu)造,纖維構(gòu)造,纖維構(gòu)造的材料內(nèi)部組成有方向性，縱向較緊密而橫向疏松，組織中存在相當(dāng)多的孔隙，這類材料的性質(zhì)具有明顯的方向性，一般平行纖維方向的強(qiáng)度較高，導(dǎo)熱性較好。如木材、竹、玻璃纖維、石棉等。,竹的纖維構(gòu)造,層狀構(gòu)造,層狀構(gòu)造的材料具有疊合結(jié)構(gòu)，它是用膠結(jié)料將不同的片材或具有各向異性的片材膠合而成整體，其每一層的材料性質(zhì)不同，但疊合成層狀構(gòu)造的材料后，可獲得平面各向同性，更重要的是可以顯著提高材料的強(qiáng)度、硬度、絕熱或裝飾等性質(zhì)，擴(kuò)大其使用范圍。如膠合板、紙面石膏板、塑料貼面板等。,膠合板的層狀構(gòu)造,散粒構(gòu)造,散粒狀構(gòu)造指呈松散顆粒狀的材料，有密實(shí)顆粒與輕質(zhì)多孔顆粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密，強(qiáng)度高，適合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨脹珍珠巖等，因具多孔結(jié)構(gòu)，適合做絕熱材料。粒狀構(gòu)造的材料顆粒間存在大量的空隙，其空隙率主要取決于顆粒大小的搭配。用作混凝土骨料時(shí)，要求緊密堆積，輕質(zhì)多孔粒狀材料用作保溫填充料時(shí)，則希望空隙率大一些好。,陶粒的粒狀構(gòu)造,紋理構(gòu)造,天然材料在生長(zhǎng)或形成過程中，自然造成的天然紋理，如木材、大理石、花崗石等板材，或人工制造材料時(shí)特意造成的紋理，如瓷質(zhì)彩胎磚、人造花崗石板材等，這些天然或人工造成的紋理，使材料具有良好的裝飾性。為了提高建筑材料的外觀美，目前廣泛采用仿真技術(shù)，已研制出多種紋理的裝飾材料。,大理石的紋理結(jié)構(gòu),1.3 孔隙與空隙,空隙,孔隙,材料的內(nèi)部密實(shí)而沒有孔隙,材料的內(nèi)部有許多孔隙,堆積材料顆粒之間存在許多空隙,堆積材料顆粒的內(nèi)部有許多孔隙,孔隙特征(構(gòu)造): 孔隙率 開口孔與閉口孔 孔的大小,1.3.1 孔隙分類,1.3.2 孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響,1.3.3 材料內(nèi)部孔隙的來源與產(chǎn)生,第2節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì) 二、與水有關(guān)的性質(zhì) 三、與熱有關(guān)的性質(zhì),任何材料均有質(zhì)量和體積，材料根據(jù)形狀可分為： 塊狀材料，如：磚、石塊、混凝土 散狀材料，如：水泥、砂、石子等,第2節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì),常壓下吸不到水，但當(dāng)水壓力較大時(shí)，水可通過材料內(nèi)部的毛細(xì)通道進(jìn)入其中。,可見，材料的質(zhì)量是相對(duì)確定的，但體積有多種，因而出現(xiàn)了以下幾種密度。,1.密度,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì),(1)定義：密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,(2)計(jì)算公式：,(3)測(cè)定方法：磨細(xì)、烘干、稱量、排水法測(cè)體積。,（g/cm3）,2.視密度,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì),(1)定義：包括閉口孔隙在內(nèi)的單位體積的質(zhì)量。,(2)計(jì)算公式：,(3)適用范圍及測(cè)定方法：已經(jīng)是粒狀的材料，如：砂、石子、水泥等,不再磨細(xì)，直接用排水法測(cè)定其體積。,（g/cm3）,3.體積密度,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì),(1)定義：自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,(2)計(jì)算公式：,(3)測(cè)定方法：規(guī)則材料,測(cè)量外形尺寸，計(jì)算體積;不規(guī)則材料表面封蠟，排水法測(cè)體積。,（kg/m3或g/cm3）,4.堆積密度,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì),(1)定義：散粒狀或粉狀材料，在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,(2)計(jì)算公式：,(3)測(cè)定方法：有松散法和緊堆法。,（kg/m3）,反映塊狀材料密實(shí)程度的二個(gè)指標(biāo)：,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì),5.密實(shí)度D,6.孔隙率P,顯然，D+P=1。,反映散狀材料填充程度和空隙率的指標(biāo)：,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、與質(zhì)量和體積有關(guān)的性質(zhì),7.填充率D,8.空隙率P,1.親水性與憎水性,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),二、與水有關(guān)的性質(zhì),常用的二種判斷方法示意圖:,形成親水性與憎水性的原因： 水分子相互間的作用力作用力1 水分子與材料分子間作用力作用力2 親水性：作用力2 作用力1 憎水性：作用力1 作用力2,2.吸水性,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),二、與水有關(guān)的性質(zhì),材料在水中吸收水分的能力，取決于材料的親水性和憎水性及孔隙率和孔隙特征。有二種表示方法： (1)質(zhì)量吸水率 (2)體積吸水率 質(zhì)量吸水率與體積吸水率的關(guān)系為,體積吸水率適用于輕質(zhì)、吸水能力較強(qiáng)的材料。 體積吸水率實(shí)為材料的開口孔隙率，不可能大于100%。,3.吸濕性,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),二、與水有關(guān)的性質(zhì),材料在潮濕的空氣中吸收水分的性質(zhì),稱為吸濕性。 用含水率表示：,影響材料吸濕性的因素有： (1)自身的特性(親水性、孔隙率和孔隙特征)。 (2)周圍環(huán)境條件的影響，氣溫越低，相對(duì)濕度越大，材料的含水率就越大。 (3)材料最終達(dá)到與環(huán)境濕度保持相對(duì)平衡時(shí)的含水率，稱為平衡含水率。,4.耐水性,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),二、與水有關(guān)的性質(zhì),材料長(zhǎng)期在飽和水作用下而不破壞,強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。 材料的耐水性用軟化系數(shù)表示：,軟化系數(shù)一般在01間波動(dòng)，其值越小，材料耐水性越差。 軟化系數(shù)大于0.80的材料，通?？梢哉J(rèn)為是耐水材料。,材料的耐水性主要取決于其組成成分在水中的溶解度和材料內(nèi)部開口孔隙率的大小。 一般隨溶解度增大，開口孔隙增多而變小。溶解度很小或不溶的材料以及具有較多封閉孔隙的材料， 軟化系數(shù)一般較大，而材料的耐水性較好。,5.抗?jié)B性,第2節(jié) 材料的物理性質(zhì),二、與水有關(guān)的性質(zhì),材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性(不透水性)。,材料的抗?jié)B性可用以下兩種方法表示:,(1)滲透參數(shù)K 滲透系數(shù)越大,表明材料的透水性越好而抗?jié)B性越差。,(2)抗?jié)B等級(jí) 是指材料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下進(jìn)行透水試驗(yàn),以規(guī)定的試件在透水前所能承受的最大水壓力p(MPa)來確定。P 越大,材料的抗?jié)B性越好。 影響材料抗?jié)B性的因素： 與材料的親水性有關(guān)，更取決于材料的孔隙率及孔隙特征。 孔隙率很小而且是封閉孔隙的材料具有較高的抗?jié)B性。,6.抗凍性,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),二、與水有關(guān)的性質(zhì),材料抵抗凍融循環(huán)而不破壞，也不顯著降低強(qiáng)度的性質(zhì)，稱為抗凍性。,(1)凍融循環(huán)破壞的原因：材料有孔隙，孔隙中的水在結(jié)冰時(shí)體積膨脹9%。 (2)凍融循環(huán)試驗(yàn)破壞的判定：以質(zhì)量損失超過5%，或強(qiáng)度下降超過25%。 (3)抗凍等級(jí)：破壞前所能經(jīng)受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來確定。用符號(hào)“F”和最大凍融循環(huán)次數(shù)表示。如F15、F15、F50、F100等。 (4)材料凍融循環(huán)下破壞的過程 (5)影響材料抗凍性的因素: a.材料的強(qiáng)度 b.材料的孔隙率及孔隙特征（材料孔隙的充水程度 Ks=Vw/Vk=P開/P）,1.導(dǎo)熱性,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),三、與熱有關(guān)的性質(zhì),材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性的大小用熱導(dǎo)率表示:,顯然，熱導(dǎo)率越小，材料的隔熱性能越好。,材料的熱導(dǎo)率決定于： (1)材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造； (2)孔隙率與孔隙特征、含水狀況導(dǎo)熱時(shí)的溫度。,2.熱容量,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),三、與熱有關(guān)的性質(zhì),材料加熱時(shí)吸收熱量,冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)稱為熱容量。 熱容量的大小用比熱容來表示。 比熱容在數(shù)值上等于1g材料，溫度升高或降低1K時(shí)所吸收或放出的能量Q。,工程中應(yīng)選用熱導(dǎo)率小、熱容大的材料。 可以節(jié)約能耗并長(zhǎng)時(shí)間地保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。,基本性質(zhì)例1-1 某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為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？解石子的孔隙率P為：石子的空隙率P，為： 評(píng)注 材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？障堵适侵干⒘２牧显谄涠鸭w積中, 顆粒之間的空隙體積所占的比例。計(jì)算式中密度；0材料的表觀密度；，材料的堆積密度。,例1-2 有一塊燒結(jié)普通磚，在吸水飽和狀態(tài)下重2900g，其絕干質(zhì)量為2550g。磚的尺寸為24011553mm，經(jīng)干燥并磨成細(xì)粉后取50g，用排水法測(cè)得絕對(duì)密實(shí)體積為18.62 cm3 。試計(jì)算該磚的吸水率、密度、孔隙率、飽水系數(shù)。 解 該磚的吸水率為 該磚的密度為 表觀密度為 孔隙率為 評(píng)注 質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比。,例1-3 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、165MPa，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 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。 評(píng)注 軟化系數(shù)為材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度與材料在絕對(duì)干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度之比。與材料在氣干狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度無關(guān)。,例1-4 影響材料強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的試驗(yàn)條件有那些？ 解答:影響材料強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的因素很多。如小尺寸試件測(cè)試的強(qiáng)度值高于大尺寸試件；加載速度快時(shí)測(cè)得的強(qiáng)度值高于加載速度慢的；立方體試件的測(cè)得值高于棱柱體試件；受壓試件與加壓鋼板間無潤(rùn)滑作用的（如未涂石蠟等潤(rùn)滑物時(shí)），測(cè)得的強(qiáng)度值高于有潤(rùn)滑作用；表面平整試件的測(cè)得值高于表面不平整的等。,例1-5 選擇題：選擇正確的答案填在括號(hào)內(nèi)。 當(dāng)材料的潤(rùn)濕邊角為（ ）時(shí)，稱為憎水性材料。 a. 90 b. .90c.0 解答: b:90 評(píng)注 材料的潤(rùn)濕邊角90為親水性材料；材料的潤(rùn)濕邊角90時(shí)為憎水性材料。,1.一燒結(jié)普通粘土磚的外形尺寸為24011553mm,吸水飽和后重為2940g,烘干至恒重為2580g.今將該磚磨細(xì)并烘干后取50g,用李氏瓶測(cè)得其體積為18.58cm3.試求該磚的密度、表觀密度、孔隙率、重量吸水率、開口孔隙率及閉口孔隙率.試評(píng)價(jià)其抗凍性. 2.某石灰?guī)r的密度為2.62g/cm3 ,孔隙率為1.20%,今將該石灰?guī)r破碎成碎石,碎石的堆積密度為1580 kg/m3 ,求此碎石的表觀密度和空隙率.,3甲、乙二同組成墻體材料，密度均為2.7g/cm3，甲干燥表現(xiàn)密度1400kg/m3，質(zhì)量吸水率17%。乙吸水飽和后表觀密度1850kg/m3，體積吸水率45%。 求甲的孔隙率和體積吸水率；乙絕干體積密度和孔隙率；評(píng)價(jià)甲、乙二種材料抗凍性，指出哪種不宜做外墻板。,