土木工程材料基本性质PPT课件

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1.4.2 材料的微观结构及其对材料性质的影响
➢ 材料的微观结构( <10-9m )是指物相的种类、形态、大小及其分布特征。 它与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性、导热性等重要性质有着密 切的关系。土木工程材料的使用状态均为固体,固体材料的相结构基本上可 分为晶体、玻璃体、胶体三类,不同结构的材料,各具不同特性。

解:
ρ
/ o
=3500/2=1750kg/m3
• P/=(1- ρo//ρ0)×100%

=(1-1.75/2.6)×100%=32.7%
• S=2×32.7%×1500=980.8 kg
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• 例2 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密
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1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响
1.4.1 材料的组成及其对材料性质的影响 1.4.2 材料的微观结构及其对材料性质的影响 1.4.3 材料的宏观构造及其对性能的影响
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1.4.1 材料的组成及其对材料性质的影 响
➢ 材料的组成是指材料的化学 成分和矿物组成。材料组成是 材料性质的基础,它对材料的 性质起着决定性的作用。材料 化学组成相同但矿物组成不同 也会导致性质的巨大差异。
问题与思考
• 1 测定含大量开口孔隙的材料表观密度时,直接用排水法测定其体积,为何该材料的质量与所测得的体积 之比不是该材料的表观密度?
• 2 相同组成材料的性能为何不一定是相同的? • 3 孔隙率越大,材料的抗冻性是否越差?
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补充习题
I.
某岩石试样经烘干后其质量为482克,将其投入盛水的量筒中,此时
可燃性 GB8626-88
易燃性
不检测
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燃烧性能指标
• GB/T2406-93 塑料燃烧性能试验方法(氧指数法) • 正常空气中含氧量为21% • 燃烧性能与氧指数的关系
等级 B1 B2
氧指数 ≥32 ≥27
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1.2 材料的力学性质
1.2.1 强度 1.2.2 弹性与塑性 1.2.3 韧性与脆性 1.2.4 硬度
耐久性
导热性
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2、孔隙率-指材料体积内,孔隙体积与总体积之比。直接反映材料的致密程度。 公式
P V 孔隙率与密实度的关系o P+VD=1 1 V (1 o ) 100%
V V 孔结构-孔隙率+孔径尺寸+o 开口形状
o
影响材料的:强度、 吸水性、耐久性、 导热性
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3、填充率-指散粒材料在某容器的堆积体积中,被其颗粒填充的程度。反映 散粒材料堆积的致密程度。
Wm——质量吸水率,%; mb——材料在干燥状态下的质量,g; mg——材料在吸水饱和状态下的质量,g。
1.1.1 密度 、表观密度和堆积密度
密度是指材料在绝对密实状态下单位 体积的质量。
表观密度是指材料在自然状态下的体 积,包括材料实体及其开口与闭口孔 隙条件下的单位体积的质量。
堆积密度是指散粒或纤维状材料在堆 积状态下单位体积的质量。密度、表 观密度、体积密第1度页/共和59页堆积密度既有联
1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度
材料的热容指材料在温度变化时吸 收和放出热量的能力。 导热性指当材料两侧有温度差时热 量由高温侧向低温侧传递的能力,用 导热系数来表示。 材料对火焰和高温度抵抗能力称为 材料的耐燃性。
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材料燃烧性能分级
等级 A B1 B2 B3
燃烧性能 检测方法
不燃性 GB5464-85
难燃性 GB8625-88
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。
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孔隙和空隙
1、密实度-指材料体积内被固体物质所充实的程度。反映材料的致密程度。 公式
影响材料的:
强D度 V o 100% V 吸水性 o
内部都有一些孔隙。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。
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(2)表观密度——材料在自然状态下单

体积具有的质量。
ρ′—— 材料的表观密度,kg/m3或g/cm3; m —— 材料的质量,kg或g; V′—— 材料在包含闭口孔隙条件下的体积(包含 实体体积、内部封闭孔、开口孔体积)。
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1.3.2 材料的环境协调性
➢材料的环境协调性是指材料在生产、使 用和废弃全寿命周期中要有较低的环境 负荷,包括生产中废物的利用、减少三 废的产生,使用中减少对环境的污染, 废弃时有较高可回收率。1994年制订了 GB 6566-2001《建筑材料放射性核素限 量》以及关于室内装饰装修材料有害物 质限量等10项国家标准,提出了有关控 制要求,并已于2002年1月1日开始实施。
水的体积由452cm3增为630cm3,取出试样称重,质量为487克,试
求:

该岩石的开口孔隙率?

表观密度是多少?
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补充习题
2. 已知某批粘土砖的干容重为1450kg/m3,密度为2.5g/cm3,质量吸水率为18%, 试求:
① 砖的孔隙率? ② 体积吸水率? ③ 视密度?
(注:视密度----单位表观体积{绝对密实体积+ 闭口孔隙体积}的材料所具有的质量)
原因分析:混凝土一般由砂、石、水泥等材料经拌和、凝 固形成了复杂的物相体系,由于受到火灾,在高温下,混 凝土的水化产物分解后又产生了新的物相,导致混凝土微 观结构破坏。
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The end
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⑴ 密度 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:
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的体积,cm3。 除了钢材,玻璃等少数材料外,绝大多数材料
度为1680
k
g
/
m
3 ,














• 解:
• 石子的孔隙率P为:
P V0 V 1 V 1 0 1 2.61 1.51%
V0
V0
2.65
石子的空隙率P为:
P V0 V0 1 V0 1 0 1 1.68 35.63%
V0
V0
0
2.61
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1.1.3 与水有关的性质
公式
v D/
0
Vo /
/o
100%
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4、空隙率-散粒材料在某容器的堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体 积的比率。
公式
空隙率与填充率的关系
P/
Vo/ PV/o+D/=11 V /o
Vo Vo /
(1 /o ) 100% o
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例题
• 1.已知卵石的表观密度为2.6 g/cm3,把它装入一个2m3 的车厢内,装平时共用 3500kg。求该卵石的空隙率为多少?若用堆积密度为1500kg/m3的砂子,填充上 述车内卵石的全部空隙,共需砂子多少kg?
通常,材料在包含闭口孔隙条件下的体积式采 用排液置换法或水中称重法测的材料所具有的质量。
式中
—— 堆积密度,kg/m3;
m —— 材料的质量,kg;
—— 材料的堆积体积,m3。
材料的堆积体积包括材料绝对体积、 内部所有孔体积和颗粒间的空隙体积。材 料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的紧 密程度及材料可能的堆放空间。其测定方 法在实验部分有专门介绍。
材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态 不同,表现为亲水与憎水 两种不同的性质;
材料在潮湿空气中或水中吸收水分的性质, 分别称为吸水性与吸湿性;
材料耐水性指材料长期在水的作用下不破坏、 强度不明显下降的性质;
抗渗性 指抵抗压力水渗透的性质; 抗冻性指材料在含水状态下能忍受多次冻融
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1.1.4 热工性质
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单元练习
练习A
练习B
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工程实例分析
(1)加气混凝土砌块吸水分析 某施工队原使用普通烧结粘土砖,后改为多孔、
容重仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用 同样方式往墙上浇水,发觉原使用的普通烧结粘土 砖易吸足水量,但加气混凝土砌块表面看来浇水不 少,但实则吸水不多,请分析原因。
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1.4.3 材料的宏观构造及其对性能的影响
材料的亚微观结构(10-5~10-9m)— —金相组织、木纤维、导管、髓线 等的研究。
材料的宏观构造(>10-5m)是指可用 肉眼能观察到的外部和内部的结构。 土木工程材料常见的构造形式有: 密实构造、多孔构造、纤维构造、
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材料的亲水性与憎水性
(a) 亲水性材料
(b) 憎水性材料
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材料的吸水性
吸水性————材料在水中能吸收水分的性质称为 吸水性。材料的吸水性用吸水率表示,吸水率有质 量吸水率和体积吸水率两种表示方法。
A. 质量吸水率Wm:是指材料吸水饱和时,所吸收水分 的质量占干燥材料质量的百分数,用下式表示:
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摩氏硬度
• 硬度-是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻 划的能力。
• 莫氏硬度(10级)
• 1-滑石
2-石膏
3-方解石
• 4 -萤石
5-磷石灰 6-正长石
• 7- 石英
8-黄玉
9-刚玉
• 10-金刚石
指甲-2.5 小刀-5.5 玻璃-6 铜钥匙-3
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1.3 材料的耐久性与环境协调 性
1.3.1 材料的耐久性 1.3.2 材料的环境协调性
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1.3.1 材料的耐久性
➢ 材料在长期使用过程中,能保持其原有 性能而不变质、不破坏的性质,统称之为 耐久性,它是一种复杂的、综合的性质,包 括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和 耐腐蚀性等。材料在使用过程中,除受到 各种外力作用外,还要受到环境中各种自 然因素的破坏作用,这些破坏作用可分为 物理作用、化学作用和生物作用。要根据 材料所处的结构部位和使用环境等因素, 综合考虑其耐久性,并根据各种材料的耐 久性特点,合理地选用。
原因分析:加气混凝土砌块虽多孔,但其气孔大多数为 “墨水瓶”结构,肚大口小,毛细管作用差,只有少数 孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢,材 料的吸水性不仅要看孔数量多少,还需看孔的结构。
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工程实例分析
(2)火灾中混凝土的破坏 某在建住宅楼不慎发生火灾,混凝土被破坏,见
下图,请分析原因。
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1.2.3 韧性与脆性
脆性——材料受外力作用,当外 力达一定值时,材料发生突然破 坏,且破坏时无明显的塑性变形, 这种性质称为脆性。 韧性——材料在冲击或振动荷载 作用下,能吸收较大的能量,同 时产生较大的变形而不破坏,这 种性质称为韧性。
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1.2.4 硬度
➢ 材料另一个重要的力学性能是硬度。它是指材料表面抵抗硬物压入或刻划 的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定 ,如布氏硬度法,是以单位压痕 面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定 。一般情况下,硬度 大的材料强度高、耐磨性较强,但不易加工。所以,工程中有时用硬度来间 接推算材料的强度。
名称
定义
表达式 单位 备注
密度
材料在绝对密实状态下, 单位体积的质量。
m
v
g/cm3
表观密度 堆积密度
材料在自然状态下,单 位体积的质量。
材料在堆积状态下,单 位体积的质量。
v 0 m o
㎏/m3或 g/cm
3
0
m v0 '
㎏/m3
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1.1.2 材料的孔隙率和空隙率
孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。
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1.2.1 强度
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1.2.2 弹性与塑性
弹性——材料在外力作用下产生变 形,当外力去除后能完全恢复到原始 形状的性质称为弹性。 塑性——材料在外力作用下产生变 形,当外力去除后,有一部分变形不 能恢复,这种性质称为材料的塑性。 弹性变形与塑性变形的区别在于,前 者为可逆变形,后者为不可逆变形。
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硬度的分类
• 布氏硬度(HB)→瑞典人布林南尔
• 适用于橡胶、塑料、HB=8~450的金属材料
• 维氏硬度(HV) →英国科学家维克斯
• 适用各种金属材料
• 洛氏硬度(HR) →美国冶金学家洛克威尔
• 适用于各种金属材料
• 肖氏硬度(HS) →英国人肖尔
• 适用于橡胶、塑料、金属材料
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