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1第一章-基本性质


第一章 建筑材料的基本性质
第一节 建筑材料的基本物理性质

第二节
第三节 第四节

建筑材料的力学性质
建筑材料的耐久性 建筑材料的组成与结构

§1-1物理性质 一、密度、表观密度与堆积密度

名 称 密 度 表观密度 堆积密度

含 义 单位

体积 重 量

体积状态 绝对密实 自然状态 堆积状态

体积计算 自身体积 外形体积 容器容积

密度算式:
m ?? V

思考:体积如何测定?

同种材料:

密度>表观密度>堆积密度

二、孔隙和空隙 1、孔隙…… 材料内部的空隙 材料外形体积中, 孔隙率: 孔隙体积所占的比例。
V0 ? V ? ?0 ? ? ? 100% P? ? ?1 ? ? V0 ? ? ? ?

孔特征: 连通性、孔径、孔分布
2、空隙…… 材料颗粒间的空隙

三、亲水性和憎水性

?
亲水性材料

?
憎水性材料

接触角……材料表面对水的吸附程度

水与材料接触时
水 关系 水与材料 状态 < 内聚力 吸引力 水被吸附 > 内聚力 吸引力 水不被吸附
接触角 材料 性状 <90 亲水性 >90 憎水性 材料 表面 可浸润 不可浸润 水进入 毛细管 自动 在压力下 毛细管 水 凹液面 凸液面 材料 举例 玻璃 石蜡

四、吸水性和吸湿性 1、吸水性… 材料在水中吸收水分的能力 ? 表示方法: 吸水率,%

mw ? md w? md
? 影响因素:亲水性、孔隙率、孔特征
亲水性↑、孔隙率↑、微细连通孔↑→吸水性↑

材料 钢铁,玻璃 花岗岩 混凝土 粘土砖 木材 0 0.5~0.7 2~3 8~20 >100 吸水率

2、吸湿性… 从空气中吸收水分的能力 ? 表示方法: 含水率,%

mw ? md w? md
吸附 RH↓、T↑ RH↑、T↓ 解吸

? 影响因素: 亲水性、孔隙率、孔特征

五、耐水性、抗渗性和抗冻性 1、耐水性 破坏原因: 水的溶解、劈裂作用→R↓ 表示方法: 软化系数 R


K软 =

干 耐水材料:K>0.85

R

2、抗渗性

? 定义:抵抗压力水渗透的能力。
? 表示方法:1、渗透系数 2、抗渗标号 ? 影响因素:孔隙率、孔径、孔的连通性

3、抗冻性
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. 温差应力.

表示方法: 抗冻标号
影响因素: 孔隙率、孔特征、孔隙充水程度 材料强度 冻结温度、冻融循环次数

六、导热性和热容量
? 冬天:室内热量→室外,室内温度↓ ? 夏天:室外热量→室内,室内温度↑

绝热性好、热容量大→室内冬暖夏凉
传热的三种方式:

传导换热、 对流换热、辐射换热

1、导热系数和热阻 导热系数λ —— 材料传递热量的能力.

Q? ?? ?? 1 ? ? 2 ? FZ
λ的影响因素: 组成、结构,孔隙率、 孔隙特征、受潮、受冻 绝热材料定义: λ≤0.23 w/m·k

热阻含义 —— 热量通过材料时所受到的阻力

热阻计算

? R? ?

2、比热和热容量 比热 ——单位质量材料温度升高1℃所需要的热量。

热容量 ——材料温度升高1℃所需要的热量。
材料热容量大,室内温度波动小。

七、吸声性和隔声性
1、吸声系数
E1 ? ? E0
被材料吸收的声能 入射总声能

2、吸声材料 ? 定义: 吸声系数 > 0.2的材料 ? 选择: 分析环境噪声的频率特征

3、隔声量
E0 R ? 10 lg E2

入射总声能 透过材料的声能

室内隔声效果取决于: 材料 、结构

§1-2 力学性质
一、强度与比强度

1、强度 定义:抵抗外力破坏的最大应力值 分类:抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度
影响因素: 材料内因……组分、结构 试验条件……试件(尺寸、形状、含水率) 温度、加荷速度等

P

P

P

P

110 105

砼相度强度

100 95 90 85 80 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

圆柱体试件直径, mm

2.5

2

混凝土相对强度

1.5

1

0.5

0 0 1 2 3 4 5

圆柱体试件高径比

140

干燥状态试验
120

混凝土相对强度

100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12

潮湿状态试验

龄期,月

2、比强度 ? 定义: 强度/表观密度 ? 作用: 轻质高强的指标 ? 实例:
材料 低碳钢 松木 混凝土 表观密度 kg/m3 7850 500 2400 抗压强度 MPa 420 35 30 比强度 0.053 0.070 0.013

二、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? 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

应力

变形

应力

变形

应力

弹塑性材料

变形

三、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。

应力

脆性材料

变形

§1-3耐久性
? 定义-

材料在长期使用过程中, 能保持原有性能的性质。

? 破坏作用

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
? 耐久性试验(快速模拟试验)

干湿循环、冻融循环、化学介质浸渍等。

耐候性试验室

§1-4 组成与结构
一、组成 ? 化学组成 化学组成不同→材料性质不同
? 矿物组成

矿物…具有一定化学成份和 一定结构特征的化合物或单质。 矿物组成不同,即使化学组成相同 → 材料性质也不同(金刚石、石墨)

二、结构
结构分类 尺度,mm 观察工具 0 10 宏观 肉眼、 放大镜 -3 细观 10 光学显微镜 -7 微观 10 电子显微镜

(一)微观结构
1、晶体 结构特征: 内部质点规则排列 晶体特征:

各向异性 最小内能、最大稳定性
实际材料:

大量晶粒无规律排列 → 各向同性 晶粒越小,分布越匀 → 材料强度越高

金刚石晶体结构

石墨晶体结构

NaCl晶体结构

2、玻璃体 结构特征: 内部质点排列没有一定规律 材料特性: 各向同性 热力学不稳定 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

(二)、细观结构
? 实例:木材的细胞组织

岩石的矿物组织
? 作用:

各种组织的性质、数量、分布及其结合情况

→材料整体性质

(三)宏观结构
? 分类

按孔径分类 实例

致密结构 平板玻璃

多孔结构 泡沫玻璃

微孔结构 粘土砖

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

结构越密实,越均匀→强度越高


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