(土木工程材料课件)第一章材料的基本性能

➢ 物相或化合物中各离子、原子、分子与超细颗粒等 质点的堆积方式和几何形状，以及纤维的排布等。
❖ 材料结构层次：
➢ 宏观构造
尺寸为＜10-6m
(电子显微镜)
➢ 细观结构
➢ 微观结构
尺寸为10-10~10-8m
(高倍电镜)
Summary
❖ 材料的结构——材料所含各物相 (固、液、气)的形态、尺寸、堆积 方式和分布情况；构成各物相的质 点的堆积方式和分布情况；
3) D=1－P=90.376%
P’=[1－ρ0’/ρ0] ×100% =(1－1.35/2.404)=43.8% D’=1－P’=1－43.8%=56.2%
3、含水率、吸水率、平衡含水率
❖ 含水率 材料所含水的质量与干燥状态下质量之比：
w = m1’－m ×100% m
式中：m—材料干燥状态下的质量，g; m1’—材料在含水状态下的质量，g。
❖
量。
材料的组成结构
某块材料在温度
最高使用温度 ❖
热容
升降 1K 时所吸收 或放出的热量。
C=cm
材料的比热容 与质量
线膨胀 系数
材料由于温度上 升或下降 1C 时， 所引起的线长度 与它在 0C 时的线 长度之比。
材料导热性的测量 材料的组成结构
材料的导热性用导热系数或热阻表示 导热系数与组成、结构和孔隙率、孔隙
堆积体积＝自然状态体 积＋堆积空隙体积
轻原子组成的材料，其密度较小，如铝Al
重原子组成的材料，其密度较大，如铁Fe
材料密度排序：
材料密度与组成、结组构成材的料关的化系➢合金物属或材矿料物的摩
❖ 原子的质量
尔质量越大，➢其无密机度非越金大属材料 ➢ 高分子材料
❖ 固体相的摩尔质量 晶体相的密➢度纤大维于复非合晶材体料相 ❖ 固体相的微观结构 胶晶体体相相的的密密➢度度木小取材于决玻于璃晶体体结构 ❖ 固体相的堆聚结构—孔隙率 ➢ 泡沫材料
❖ 纯➢组铁不成强同；度的不矿高物且相较，柔其软化，学而组钢成较可强能韧相，同生铁较硬脆， 其主
❖ ❖
材要聚在➢料原氯组矿可因乙成物组以是烯上组成通它树,成前与过们脂相者性的[改同的-C能含，变大H的C其2分材-量C化关子料H百学系链C的分l组上-]之组n成含与几成一C聚的l定来¯乙微离相改烯小子同善醇差，[材别-而C；料后H2者的-C含H性OO能HH-。¯]n离，
❖ 生石灰的化学组成是：CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2； ❖ 水泥中四种矿物相所含的化合物是：
CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。 ❖ 聚氯乙烯塑料的化学组成有：
PVC树脂（[-CH－CHCl-]n）、二丁酯、CaCO3等。
化学组成与矿物组成的关系
❖ 化学组成相同，其矿物组成不一定相同；
(土木工程材料课件)第一章材料的基 本性能
三问：What ? How ? Which ?
❖ 土木工程要求材料具备什么性能（What）? ❖ 土木工程材料如何满足工程要求（How）? ❖ 本章学习哪些内容（Which）?
土木工程要求材料具备哪些性能？
土木工程的功能 承受荷载
长期可靠性
防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘
➢ 堆积密度ρ0’ ——松散堆积状态下，m’/V0’
密度、表观密度和堆积密度测量方法
排除任何孔隙后，材料的绝
❖ 密度为什么要蜡封？ 对密实体积
试样— 粉末；体积测量自—然排状液态法下。体积＝绝对密实体
❖ 表观密度
积＋孔隙(开口与闭口)体积
试样 — 块体；体积测量—直接测、蜡封排液法。
❖ 堆积密度
试样—颗粒；质量测量—固定体积法
❖ 每种物相由化合物组成
❖ 化合物由分子组成
❖ 分子由原子组成
材料的化学组成： 元素 化合物
物相组成
❖ 固相
矿物 化合物
➢ 连续相
➢ 分散相：纤维与颗粒
❖ 气相
Hale Waihona Puke 分布的孔隙及其含量❖ 液相
包含的液体种类与含量
矿物组成
❖ 矿物
具有一定化学组成和结构特征的天然化合物或单质，也
指具有特定晶体结构、特定物理力学性能，类似于天然 矿物的物相或化合物。
什么是视密度？如何测量？
2、孔隙率（P）与密实度（D）的计算
1) 孔隙率
定义：材料中的孔隙体积与总体积的百分比称为 孔隙率P。
P= V0-V ×100% V0
如果材料处于干燥状态：
P=[1－
ρ0 ρ
]×100%
2) 密实度
定义：材料体积中被固体物质充实的程度D，
D= V ×100% = 1－P
❖ 根据分辨率的大小，材料结构分为 宏观、细观和微观三个层次；
❖ 材料的结构取决其组成和制造工艺 及其条件(温度、压力等)；
❖ 相同组成的材料可以有不同的结构；
❖ 相同结构的材料可以有不同的组成。
水泥混浆凝体土的内微部观的结宏构观：结构：
以混凝土为例 硬化由水由晶泥大体浆小态体不水的等化细、物观形、结状非构各晶：异态水 化物孔的和隙砂微、、小水石孔分颗隙布粒及于与孔由孔隙水隙中泥以的矿及水物构 水成化水物分、布未在水水化泥的浆水体泥中颗而粒构构成 的固成体连续相组成
土木工程材料的技术性能及其测试方法
物理性质
Physical Properties
密度
Density
热学性质
Thermal Properties
电与磁性质 Electrical and magnetic Properties
声学性质
Acoustical Properties
光学性质
Optical Properties
例如：半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，但它有-、 -、- 等3种矿物相。
❖ 不同的矿物相，其化学组成可能相同。
例如：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种不同矿物相 的化学成分均是CaO和SiO2。
❖ 矿物组成相同，其化学组成一定相同。
Summary ❖材材料料组 成物相与性化能合的物或关元系素
❖
热传导性与导热系数 热传导性
非晶体材料＞晶体材料 热 量 从 温 度 较 高
的 一 面 传 导 到 温➢
度较低的一面，这 种性质称为热传 导性，用导热系数
λ= Q·D/Z·A·⊿t
材料的组成、密度和 孔隙特征
比热容与热容 来表示
❖
单位质量材料，在
线膨胀系数 比热容
温度升降 1K 时所 吸收或放出的热
V0
材料的密实度越大，则强度越高、吸水率越 小、导热性越大。
例题
某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥， 用一个10升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是13.50Kg； 再从桶中取出1000g的碎石，让其吸水饱和后用布擦干， 称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水注满这 广口瓶，连盖称重为1411g，水温为25C，将碎石倒出后， 这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g；另外从洗净完全 干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，称取 50g，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。请问？
要求的材料性能 强度、刚度 耐久性
物理性能
不污染环境
安全性
土木工程材料如何满足性能要求？
❖ 材料的组成 ❖ 材料的结构 ❖ 材料的构造 ❖ 材料的复合
组成
结构
性能
材料的组成—结构—性能关系
材料组成、结构与性能之关系 ——现代材料科学的核心
本章主要内容
❖ 材料的组成与结构 ❖ 材料的技术性能及其测试方法 ❖ 材料组成、结构与性能间的关系
物理化学性质 Physicochemical Properties
力学性质
Mechanical Properties
耐久与安全性质 Durability and innoxious
§1.2 土木工程材料的物理性质
General Properties of Civil Engineering Materials
学习目的
通过本章学习，掌握各类土木工程材料 的“来龙去脉”，为自己成为一名称职的 “土木材工料程的师组成”与打结下构工程材料学基础。
材料在服役环境下的行为——性能
➢ 力学性能 ➢ 物理性能 ➢ 耐久与安全性
材料组成、结构、性能与施工工艺间的关系
本章主要内容
❖ 材料的组成与结构 ❖ 材料的技术性能及其测试方法 ❖ 材料组成、结构与性能间的关系
特征有关：
➢金属＞非金属；
➢多孔材料＜密实材料 ➢封闭孔隙＜开口连通孔隙
三、声学性质
❖ 吸声性与吸声系数
➢ 声能穿透材料和被材料消耗的性质称为吸声性； ➢ 工程材料的吸声性用吸声系数表示。
❖ 隔声性
➢ 隔空气声 隔绝由空气传播的声能 ➢ 隔固体声 隔绝由于声源撞击固体材料，引起固体材
料受迫振动而发出的声能。 ➢ 材料的隔声能力用隔声量R表示，单位为dB。
❖ 吸水率 材料吸水饱和面干时的含水率：
＝ m2’－m ×100% m
式中： m1’—材料在吸水饱和状态下的质量，g。 ❖ 平衡含水率 材料在一定湿度的环境下吸湿，与环境中湿度
达到平衡时的含水率。
材料线膨胀系数的测量
线膨胀系数的单位：/C
二、热学性质 性 能
材料的线膨胀系数与组成和结构有关： 定 义 ➢有机公材料式 ＞金属影材响料因＞素无机非金属材料
子➢ ，材因料而组，成后微者小是差水别溶就性可的引，起而材前料者性不能是根。本的改变
…➢ 材…料等中等物。相含量的变化就可导致材料质的突变
二、 材料的结构
尺寸为～ 10-3m (肉眼可分辩)
❖ 材料的结构
➢ 材料中所含各物相的类型、尺寸、尺形寸状为、1数0量-6 及~1其0-3m