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1、Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,Klicken Sie,um die Formate des Vorlagentextes zu bearbeiten,Zweite Ebene,Dritte Ebene,Vierte Ebene,Fnfte Ebene,*,第二章建筑材料的基本性質(zhì),土木工程材料,的基本性質(zhì),是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時,通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因為土木建筑材料所處建(構(gòu))筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同,所起的作用就不同,要求的性質(zhì)也就有所不同。,第一節(jié),材料的物理性質(zhì),
2、1.材料的密度,材料的密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量,按下式計算:,=m/v,式中:,密度,g/cm,3,或,kg/m,3,m,材料的質(zhì)量,,g,或,kgV,材料的絕對密實體積,,cm,3,或,m,3,測試時,材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細后采用排開液體的方法來測定其體積。,2.材料的表觀密度,表觀密度(俗稱,“,容重,”,)是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算:,式中,0,材料的表觀密度,g/cm,3,或,kg/m,3,m,材料的質(zhì)量,,g,或,kgV,0,材料的表觀體積,,cm,3,或,m,3,材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因為大多數(shù)材料的表觀
3、體積中包含有內(nèi)部孔隙,其孔隙的多少,孔隙中是否含有水及含水的多少,均可能影響其總質(zhì)量(有時還影響其表觀體積)。因此,材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外,還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān),3.,材料的堆積密度,堆積密度是指粉狀或粒狀材料,在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。,按下式計算:,式中,0,,,材料的堆積密度,g/cm,3,或,kg/m,3,m,材料的質(zhì)量,,g,或,kgV,0,,,材料的堆積體積,,cm,3,或,m,3,粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)量,其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此,材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。,在土木建筑工程中,計算材料用量、構(gòu)件的
4、自重,配料計算以及確定堆放空間時經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。,4.材料的密實度,密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度。密實度的計算式如下:,對于絕對密實材料,,因,0,=,,,故密實度,D=1,或,100%,。對于大多數(shù)土木工程材料,,因,0,,,故密實度,D,1,或,D,100%,。,密度;,0,材料的表觀密度,5.,孔隙率,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??紫堵?P,按下式計算:,V,材料的絕對密實體積,,cm,3,或,m,3,V,0,材料的表觀體積,,cm,3,或,m,3,0,材料的表觀密度,g/cm,3,或,kg/m,3,密度,g/cm,
5、3,或,kg/m,3,6.,空隙率,空隙率是指散粒材料在其堆集體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例??障堵?P,,,按下式計算:,0,材料的表觀密度;,0,,,材料的堆積密度,空隙率的大小反映了散粒材料的顆?;ハ嗵畛涞闹旅艹潭取?障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂率的依據(jù)。,第二節(jié)材料與水有關(guān)的性質(zhì),一,.,材料的親水性與憎水性,與水接觸時,有些材料能被水潤濕,而有些材料則不能被水潤濕,對這兩種現(xiàn)象來說,前者為親水性,后者為憎水性。,材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力,大于水分子本身之間的內(nèi)聚力;反之,憎水性材料與水分子之間的親合力,小于
6、水分子本身之間的內(nèi)聚力。,工程實際中,材料是親水性或憎水性,通常以潤濕角的大小劃分,潤濕角為在材料、水和空氣的交點處,沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角,愈小,表明材料愈易被水潤濕。當材料的潤濕角,時,為親水性材料;當材料的潤濕角,時,為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開,且能通過毛細管作用自動將水吸入材料內(nèi)部;水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開,而且水分不能滲入材料的毛細管中,,見,圖,-1,圖1 材料潤濕示意圖()親水性材料;()憎水性材料,二.,材料的吸水性,材料能吸收水分的能力,稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。,質(zhì)量吸水率,質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽
7、和時,所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比,并以,m,表示。質(zhì)量吸水率,m,的計算公式為:,式中,m,b,材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量(或,kg)m,g,材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(或,kg)。,體積吸水率,體積吸水率是指材料在吸水飽和時,所吸水的體積占材料自然體積的百分率,并以,W,表示。體積吸水率,W,的計算公式為,:,式中,m,b,材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量(或,kg)m,g,材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(或,kg)。V,0,材料在自然狀態(tài)下的體積,(,cm,3,或,m,3,),w,水的密度,(,g/cm,3,或,kg/m,3,),,常溫下取,w,=1.0 g/cm,3,材料的吸水率與其孔隙率有關(guān),更
8、與其孔特征有關(guān)。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細微孔隙愈多,其吸水率就愈大。,三.,材料的吸濕性,材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時,便會吸收空氣中的水分;而當較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時,便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程,后者是材料的干燥過程。由此可見,在空氣中,某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。,材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率,并以,h,表示,其計算公式為:,式中,m,s,材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量(或,kg)m,g,材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(或,kg)。,顯然,材料的含水率受所處
9、環(huán)境中空氣濕度的影響。當空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時,材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài),此時材料的含水率保持不變,其含水率叫作材料的平衡含水率。,四,.材料的耐水性,材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞,強度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標是材料的軟化系數(shù),K,R,:,式中,K,R,材料的軟化系數(shù),f,b,材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度(,MPa)。f,g,材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度(,MPa),軟化系數(shù)反映了材料飽水后強度降低的程度,是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。一般材料吸水后,水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面,削弱其內(nèi)部結(jié)合力,強度則有不同程度的降低。當材料內(nèi)含有可溶性物
10、質(zhì)時(如石膏、石灰等),吸入的水還可能溶解部分物質(zhì),造成強度的嚴重降低。,材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境,軟化系數(shù)小的材料耐水性差,其使用環(huán)境尤其受到限制。軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將,0.85的材料稱為耐水性材料,可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時,材料軟化系數(shù)也不得小于0.75,。,五,.,材料的抗?jié)B性,抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷,當材料兩側(cè)的水壓差較高時,水可能從高壓側(cè)通過內(nèi)部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側(cè)。這種壓力水的滲透,不僅會影響工程的使用,而且滲入的水還會帶入
11、能腐蝕材料的介質(zhì),或?qū)⒉牧蟽?nèi)的某些成分帶出,造成材料的破壞。,.1,滲透系數(shù),材料的滲透系數(shù)可通過下式計算,:,式中,K,滲透系數(shù),(,cm/h,),;w,滲水量,,(,cm,3,),A,滲水面積,(,cm,2,),H,材料兩側(cè)的水壓差,(,cm,),d,試件厚度,(,cm,),t,滲水時間,(,h,),材料的滲透系數(shù)越小,說明材料的抗?jié)B性越強。,5,.2,抗?jié)B等級,材料的抗?jié)B等級是指用標準方法進行透水試驗時,材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力,并以字母,P,及可承受的水壓力(以,0.1,MPa,為單位)來表示抗?jié)B等級。,如,P4,、,P6,、,P8,、,P10,等,表示試件能承受逐步增
12、高至,0.4,MPa,、,0.6MPa,、,0.8MPa,、,1.0MPa,的水壓而不滲透。,6.,抗凍性,材料吸水后,在負溫作用條件下,水在材料毛細孔內(nèi)凍結(jié)成冰,體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力,會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復,材料的破壞作用逐步加劇,這種破壞稱為凍融破壞。,抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下,能經(jīng)受反復凍融循環(huán)作用而不破壞,強度也不顯著降低的性能。,抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失、外形變化或強度降低不超過一定限度時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示,或稱為抗凍等級。,材料的抗凍等級可分為,15,、,25,、,50,、,100,、,200,等,分別表示此材料可承受,1
13、5,次、,25,次、,50,次、,100,次、,200,次的凍融循環(huán)。材料的抗凍性與材料的強度、孔結(jié)構(gòu)、耐水性和吸水飽和程度有關(guān)。,第三節(jié),材料的力學性質(zhì),1.材料的強度,材料的強度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下,材料內(nèi)部的應(yīng)力多由外力(或荷載)作用而引起,隨著外力增加,應(yīng)力也隨之增大,直至應(yīng)力超過材料內(nèi)部質(zhì)點所能抵抗的極限,即強度極限,材料發(fā)生破壞。,在工程上,通常采用破壞試驗法對材料的強度進行實測。將預先制作的試件放置在材料試驗機上,施加外力(荷載)直至破壞,根據(jù)試件尺寸和破壞時的荷載值,計算材料的強度。,根據(jù)外力作用方式的不同,材料強度有,抗拉、抗壓、抗剪、抗彎(抗折)強度
14、等,。材料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下:,式中,f-,材料強度,,MPaF,max,-,材料破壞時的最大荷載,,NA-,試件受力面積,,mm,2,材料的抗彎強度與受力情況有關(guān),一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上,中間作用一集中荷載,對矩形截面試件,則其,抗彎強度,用下式計算:,式中,f,w,-,材料的抗彎強度,,MPaF,max,-,材料受彎破壞時的最大荷載,,NA-,試件受力面積,,mm,2,L-,兩支點的間距,,mmb、h-,試件橫截面的寬及高,,mm,2.,彈性和塑性,材料在外力作用下產(chǎn)生變形,當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形(或瞬時
15、變形)。材料在外力作用下產(chǎn)生變形,如果外力取消后,仍能保持變形后的形狀和尺寸,并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形(或永久變形)。,3.,脆性和韌性,材料受力達到一定程度時,突然發(fā)生破壞,并無明顯的變形,材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料,如天然石材,燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時,應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。,第四節(jié),.,材料的熱工性質(zhì),1.,導熱性,當材料兩面存在溫度差時,熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質(zhì),稱為材料的導熱性。導熱性用導熱系數(shù),表示。導熱系數(shù)的定義
16、和計算式如下所示:,式中,導熱系數(shù),();傳導的熱量,&材料厚度,;,A,熱傳導面積,,m,2,t,一熱傳導時間,,h;(T,2,-T,1,),材料兩面溫度差,,K,在物理意義上,導熱系數(shù)為單位厚度(1,m),的材料、兩面溫度差為1時、在單位時間(1,s),內(nèi)通過單位面積(1)的熱量。,2.,熱容量和比熱,材料在受熱時吸收熱量,冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低1所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。比熱的計算式如下所示:,式中,C-,材料的比熱,,J/(gK)Q-,材料吸收或放出的熱量(,熱容量),m-,材料質(zhì)量,,g(t,2,-t,1,)-,材料受熱或冷卻前后的溫差,,K,材料的溫度變形性,材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。,除個別材料以外,多數(shù)材料在溫度升高時體積膨脹,溫度下降時體積收縮。這種變化表現(xiàn)在單向尺寸時,為線膨脹或線收縮,相應(yīng)的技術(shù)指標為線膨脹系數(shù)(,)。,第五節(jié),材料的耐久性,材料的耐久性,是泛指材料在使用條件下,受各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用,能長久地保持其使用性能的性質(zhì)。,材料在建筑物之中,除要受到各種外力