看第一章-基本性质.ppt

三三 材料的结构和构造材料的结构和构造q材料的结构：宏观结构 指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织 (1)致密结构：石材、金属材料等孔隙特征 (2)多孔结构：加气混凝土等 (3)微孔结构：石膏板等 (1)堆聚结构：混凝土、砂浆等组织构造 (2)纤维结构：木材、玻璃等 (3)层状结构：稻草板等 (4)散粒结构：粉煤灰、细砂等细观结构细观结构(亚微观结构亚微观结构)q指可用光学显微镜观察到的结构 不同工程材料，其分类是不相同的天然岩石可分为矿物、晶体颗粒、非晶体组织木材可分为木纤维、导管髓线、树脂道钢铁可分为铁素体、渗碳体、珠光体铁素体的晶体组织钢材的晶体组织珠光体的晶体组织铁素体和珠光体珠光体与渗碳体球状珠光体微观结构微观结构q指原子、分子层次的结构 可以分为晶体、玻璃体、胶体三大类q1、晶体：质点(离子、原子、分子)在空间上按特定的 规则，呈周期性周期性排列时所形成的结构 1)原子晶体：方石英(SiO2) 2)离子晶体：NaCl、CaCl2 3)分子晶体：CO2 4)金属晶体：原子晶体原子晶体[方石英方石英(SiO2) ]离子晶体离子晶体碳氧分子分子晶体晶体（（CO2））金属晶体2、玻璃体、玻璃体q质点在空间上呈非周期性排列，其结合键为共价键及离子键。

q对玻璃体结构的认识，目前有如下三种观点（1）构成玻璃体的质点呈无规则空间网络结构此为无规则网络结构学说无规则网络结构学说2）构成玻璃体的微观组织为微晶子，微晶子之间，通过变形和扭曲的界面彼此相连此为微晶子学说微晶子学说3）构成玻璃体的微观结构为近程有序、远程无序此为近程有序、远程无序学说近程有序、远程无序学说3、胶体、胶体 以胶粒(粒径为10-7一10-10m的固体颗粒)作为分散相，分散在连续相介质(如水、气、溶剂)中，形成的分散体系称为胶体 溶胶结构 凝胶结构 溶胶—凝胶结构一 材料的密度、表观密度和堆积密度v(一) 密 度（Density）v1、定义 材料在绝对密实状态绝对密实状态下单位体积的质量单位g/cm3或kg/m3 v公式： vρ－实际密度（ g/cm3 ）vm－材料的质量（g）vV－材料在绝对密实绝对密实状态下的体积(cm3)§1.2 材料的物理性质2、密度的测量v绝对密实状态下的体积－是指不包括不包括材料内部孔隙在内的体积 v实际密度的测量： v(1)对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等量测几何体积－称重－代入公式 v(2)对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材等。

磨成细粉－ 李氏比重瓶法测试1、定义：在自然状态下，单位体积材料的干质量q公式：q —体积密度（ g/cm3 ）q m－材料的质量（g） V0－材料在包含闭口孔条件下体积(cm3) (二二) 表观密度表观密度(Apparent density)2、表观密度的测量v自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化注明含水情况表观密度的测量： v(1)对形状规则的材料：砖、混凝土、石材烘干－量测几何体积－称重－代入公式 v(2)对形状不规则的材料： 烘干－蜡封－浮力天平混凝土表观密度测定混凝土表观密度测定（三）堆积密度（三）堆积密度(Bulk density)v1、定义 散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量单位g/cm3或kg/m3 v公式： vρ‘0－堆积密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g） V‘0－材料的堆积体积（cm3）2、堆积密度的测量v堆积体积－是指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的体积。

堆积密度的测量： v(1)容器法：散粒材料装入容器－量测体积－称净重－代入公式 v(2)自然堆积法：堆积成一定形状－量测几何体积－称重－代入公式 q砂堆积密度的测定砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积密度、表观密度、堆积密度之间的关系密度、表观密度、堆积密度之间的关系Ì在工程中，计算材料和构件的自重、材料的用量，以及计算配料、运输台班和堆放场地时，经常要用到材料的密度、表观密度以及堆密度等数据二 材料的孔隙和空隙v（一）密实度（Solidity）：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v公式 v对于绝对密实材料， 因 ρ0 =ρ ，故密实度D =1 或100%对于大多数土木工程材料， 因 ρ0 ＜ρ ，故密实度D ＜ 1 或 D ＜ 100%（二）孔隙率（（二）孔隙率（Porosity））v定义：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 v公式 v影响材料的：强度、 吸水性、耐久性、 导热性（三）填充率（三）填充率v定义：指散粒材料自然状态体积占堆积体积的百分率。

反映散粒材料堆积的致密程度 v公式 （四）空隙率（Voidage）v定义 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v公式 q孔隙率与空隙率的区别孔隙率与空隙率的区别三 材料与水有关的性质v一、亲水性与憎水性v材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类常用润湿角θ表示v亲水性材料 θ≤90°水泥、混凝土 石材、陶瓷、砖 v憎水性材料 θ＞90 沥青、油漆、石蜡 塑料、防水油膏 润湿角示意湿角示意图θ二 材料的吸湿性和吸水性v1、吸湿性：材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性质用含水率表示 v W— 材料含水率，%；v m1 —材料吸湿状态下的重量，g；v m0 —材料干燥状态下的重量，g1、吸湿性（、吸湿性（Hygroscopic））v材料的含水率随环境的温度和湿度变化而变，在环境湿度增大，温度降低时，材料含水率变大；反之，变小。

v平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率2、吸水性（Water-absorbing quality）吸水性：吸水性：指材料在水中吸水的性质用吸水率表示： 质量(Wm)吸水率：指材料吸水饱和时,吸收的水分重量占材料干燥时的百分率. Wm=(mb –mg )/mg×100％2、吸水性 体积吸水率(Wv)：材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥时体积的百分率 Wv=(mb–mg )/(Vg′×w) ×100％ w—水在常温下的密度，1000kg/m³q吸水率与含水率的区别吸水率与含水率的区别三、耐水性（三、耐水性（Water resistance））q定义：材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质用软化系数表示 三、耐水性三、耐水性材料软化系数的要求q软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差q粘土KR=0，而金属KR =1q对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其KR≥0.85；三、耐水性三、耐水性材料软化系数的要求q受潮较轻的或次要结构物的材料，其KR≥0.75； qKR>0.85的材料，一般称为耐水的材料。

四、抗渗性（Permeability）q定义：材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质称抗渗性q1、渗透系数KS KS越大，材料的抗渗性越差 依达西定律 1、渗透系数KsKS－材料的渗透系数（cm/h） Q－透过材料试件的水量（cm³） t－透水时间（s） A－透水面积（ cm2 ） H－净水压力（cm） H=P/d－试件的厚度（cm）AQHT（h） d2 2、抗渗等级、抗渗等级q对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示：S=10H-1qH－试件开始渗水时的水压力（MPa） q影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征q地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结构、防水材料等均要求较高的抗渗性试验过程试验过程五、五、抗冻性（Frost-resistance）q定义：材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性用抗冻标号F表示如：材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环西直西直门桥冻融破坏的融破坏的桥梁梁冻融融破破坏坏的的水水库坝面面使使用用2020年年的的高高速速公公路路桥桥梁梁三三 材料的耐燃性材料的耐燃性 材料的耐燃性是指建筑物失火时，材料能经受高温与火的作用不破坏，强度不严重下降的性能。

(1)不燃烧类不燃烧类材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，如混凝土三、材料的热工性质三、材料的热工性质(2)难燃烧类难燃烧类材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，只有在火源存在时继续燃烧阴燃，火焰熄灭后，而停止燃烧或阴燃，如沥青混凝土 (3)易燃类易燃类材料遇火遇高温而起火或阴燃，在火源扑灭后，能继续燃烧或阴燃，如木材四四 材料的耐火性材料的耐火性是指材料长期高温作用下，保持不溶性并能工作的性能1)耐火材料耐火材料耐火度≮580℃的材料，如耐火砖中硅砖2)难溶材料难溶材料耐火度在1350 ℃─1580 ℃，如耐火混凝土(3)易溶材料易溶材料耐火度＜1350 ℃，如普通粘土砖§1.3材料的力学性质一、材料的理论强度 指材料在理想状态下应具有的强度 取决于质点间的作用力以共价键、离子键形成的结构，其理论强度较高；而以分子键形成的结构，其理论强度较低 实际材料中存在许多缺陷，故材料的理论强度远远大于其实际强度二、材料的强度（Strength）、比强度v1、强度：材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力 v依受力形式有：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等 v不同材料的承载特点是不同的： 混凝土、石材、砖－抗压强度高 钢材、各类纤维－抗拉强度高抗压、抗拉、抗剪：抗弯：（中点）三分之一点抗压抗拉抗剪抗弯强度等级强度等级2、比强度、比强度•比强度：材料的强度与其表观密度的比值（fc/ρo）。

用于评价材料轻质高强二、材料的弹性与塑性二、材料的弹性与塑性1、弹性（Elasticity）：材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质 n弹性模量 E=σ/ε(衡量材料抵抗变形能力) 2、塑性（Plasticity）：材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形弹塑性材料的变形曲线弹塑性材料的变形曲线ab为可恢复的弹性变形，bo为不可恢复的塑性变形3、虎克定律v材料在弹性范围内，其应力与应变之间符合如下法则： =Ev—应力，MPa;v —应变；vE —弹性模量， MPav 弹性模量是材料刚度的度量，反映了材料抵抗变形的能力， E，变形，刚度愈好低碳钢的低碳钢的σ～～ε曲线曲线分分段段的的弹弹性性变变形形和和塑塑性性变变形形三、材料的脆性与韧性三、材料的脆性与韧性v1、脆性（Brittleness）：在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质 脆性材料：抵抗冲击或震动荷载的能力很差的材料。

如混凝土、玻璃、石材 2、韧性（、韧性（Toughness））v韧性：在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大的变形也不致破坏的性能称为韧性v如钢材、木材、纤维等 v桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等四、材料的硬度与耐磨性v1、硬度v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（划痕法） 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－金刚石肖氏硬度（HS） 布氏硬度—压入法（HB）2、、耐磨性耐磨性q耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力q常用磨损率（M）表示 q公式 qm0、m1－试件被磨损前后的质量（g） qA－试件受磨损的面积（cm2）2、、耐磨性耐磨性 道路、地面、踏步、水库泄洪道、缢流面等处需要考滤耐磨性 耐磨性与组成、成分、结构强度、硬度有关 一般说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好 §1.4材料的耐久性（Durability）q1、定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质。

q包括：抗冻性－混凝土、砖、石材 抗风化性－陶瓷、砖 抗老化性－有机建材 耐化学腐蚀－金属材料2 2、侵蚀介质、侵蚀介质q物理介质：温度、湿度、冻融、阳光、辐射q化学介质：酸、碱、盐的溶液或气体、水、大气q生物介质：昆虫、菌类、白蚁 q机械介质：荷载、冲击、震动、磨损、磨耗 如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀 等等.3 3、、提高材料耐久性的重要意义提高材料耐久性的重要意义 q在设计选用土木工程材料时，必须考虑材料的耐久性问题采用耐久性良好的土木工程材料，对节约材料、保证建筑物长期正常使用、减少维修费用、延长建筑物使用寿命等，均具有十分重要的意义 第一章第一章。