土木工程材料材料基本性质
火烧
难碳化
防火处理的 木材和刨花板
可燃材料
高温 火烧
立即起火 或微燃
木材
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1.1.4 热工性质
• 耐燃性
钢铁、铝、玻璃等材料受到火烧或高温作 用会发生变形、熔融,所以虽然是非燃烧
材料,但不是耐燃的材料
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1.1.4 热工性质
• 耐燃性
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1.1.4 热工性质
• 耐燃性案例
某在建住宅楼不慎发生火灾,混凝土被破坏
组成相同,其构造不同,强度也不同。
孔隙率愈大
强度愈低
53 6-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
2. 材料的强度也与其含水状态有关, 含有水分的材料,其强度较干燥时的低
3. 材料的强度也与其温度有关 一般温度高时,材料的强度将降低
例如:沥青混凝土,钢铁
54 7-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
• 耐水性
材料长期在水作用下不破坏,强度也不显著降低的性质
耐水性用 软化系数
KR的大小表明材料在浸 水饱和强度降低的程度。
KR值愈小,表示材料吸水饱和后 强度下降愈多,即耐水性愈差。
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1.1.3 与水有关的性质
• 耐水性
一般来说,材料被水浸湿后,强度均会有所降低。这是 因为水分被组成材料的微粒表面吸附,形成水膜,削弱
对于细微连通的孔隙,孔隙率愈大,则吸水率愈大。 封闭的孔隙内水分不易进去,而开口大孔虽然水分易进入,
但不易存留,只能润湿孔壁,所以吸水率仍然较小。
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1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
空气湿度 环境温度
吸湿性
微小开口孔隙
当空气湿度较大且温度较低时, 材料的含水率较大,反之则小
具有微小开口孔隙的材料,吸湿性特 别强,在潮湿空气中能吸收很多水分
采用排液置换法或水中称重法测量。
11
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度 体积密度
0
m V0
ρ0 —— 材料的体积密度,g/cm3; m —— 材料的质量,g; V0 —— 材料包含开闭口孔隙条件下的体积,cm3
对于规则形状材料的体积,可用量具测得。 对于不规则形状材料的体积,可用封蜡排液法测得
计时应选用导热系数较小而热容量较大的土木工 程筑材料,有利于保持建筑物室内温度的稳定性。 同时,导热系数也是工业窑炉热工计算和确定冷 藏绝热层厚度的重要数据。
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1.1.4 热工性质
• 耐燃性----材料对火焰和高温度抵抗能力
非燃烧材料
高温 不起火、不碳化
火烧
不微燃
钢铁、砖、石 玻璃
难燃材料
高温 难起火、难微燃
•亲水性与憎水性 •吸水性与吸湿性 •耐水性 •抗渗性 •抗冻性
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1.1.3 与水有关的性质
•亲水性与憎水性
亲水性
材料能被水润湿
憎水性
材料不能被水润湿
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1.1.3 与水有关的性质
•亲水性与憎水性
亲水性
憎水性
水能通过毛细管作 用而渗入材料内部
材料能阻止水分渗入毛细管 中,从而降低材料的吸水
水泥、混凝土、砂、 石、砖、木材
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1.1.4 热工性质
• 热容 • 导热性 • 耐燃性
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1.1.4 热工性质
• 热容
材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质
• 比热
反映材料的吸热或放热能力大小的物理量
材料的比热,对保持建筑物内部温度稳定有很大意义。 比热大的材料,能在热流变动或采暖设备供热不均匀时, 缓和室内的温度波动。
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沥青、石蜡 及某些塑料
常用作防水材料,或覆面层, 以提高其防水、防潮性能
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1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
吸水性
吸湿性
材料能在水 中吸收水分
材料在潮湿空 气中吸收水分
质量吸水率 体积吸水率
开口孔隙率
质量吸水率
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1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
吸水性
孔隙率
开口孔隙率愈大,则 材料的吸水量愈多
9
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度
常见近似无孔隙材料 常见有孔隙材料
钢、玻璃
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1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度 表观密度
/
m V/
ρ′—— 材料的表观密度,g/cm3; m —— 材料的质量,g; V′ —— 材料包含闭口孔隙条件下的体积,cm3
通常,材料在包含闭口孔隙条件下的体积式
硬度
耐久性
耐久性定义 环境协调性
3
第一章 土木工程材料的基本性质
• 本章新概念及重点
表观密度 孔隙率 空隙率 抗渗性 吸湿性 吸水性 耐燃性 韧性脆性 耐久性
耐水性
抗冻性
4
第一章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的基本物理性质 1.2 材料的力学性质 1.3 材料的耐久性与环境协调性 1.4 材料的组成、结构、构造及其对性
了微粒间的结合力。
• 材料的软化系数在0~1之间 • 工程中将KR>0.85的材料,通常认为是耐水的材料
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1.1.3 与水有关的性质
•抗渗性----材料抵抗压力水渗透的性质
渗透系数
在一定厚度的材料, 一定水压力下, 单位时间内 透过单位面积的水量
Ks值愈大,表示材料渗透的水量愈多,即抗渗性愈差。 抗渗性是决定材料耐久性的主要指标。
• 影响抗冻性的原因----外部原因
材料受冻融破坏的程度,与冻融温度、结冰速度、 冻融频繁程度等因素有关
环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁, 则材料受冻破坏愈严重
材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落, 逐渐向内部深入发展
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1.1.3 与水有关的性质
• 抗冻性
抗冻标号用符号“Fn”表示,其中“n”即为最大冻融 循环次数,如 F25、F50等
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度
真实密度
m
V
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
测定有孔隙材料的密度时,应把材料磨成细粉, 干燥后,再用李氏瓶测定其绝对密实体积
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1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度 • 李氏瓶及测定步骤
1.2.1 强度 1.2.2 弹性与塑性 1.2.3 韧性与脆性 1.2.4 硬度及耐磨性
49 2-23
1.2.1 强度
在外力作用下,材料抵抗破坏的能力
外力 < 内部质点结合力极限
变形
外力 > 内部质点结合力极限
破坏
外力在材料内部产生的极限应力,称为材料的强度
从本质上来说,材料的强度应是其
内部质点间结合力的表现!
50 3-23
1.2.1 强度
根据所受外力的作用形式不同
材料的这些强度是通过静力试验来测定的,
故总称为静力强度
51 4-23
1.2.1 强度
材料的静力强度是通过标准试件的破坏试验而测得
抗压、抗拉和抗剪的计算公式
抗弯极限强度的计算公式
52 5-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素 1. 材料的强度与其组成及结构有关,即使材料的
4. 材料的强度与其测试所用的试件形状、尺寸有关, 也与试验时加荷速度及试件表面形状有关
相同材料采用小试件测得的强度比大试件的高 加荷速度快者,强度值偏高
试件表面不平或表面涂润滑剂的,强度值偏低
55 8-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素 由此可知,材料的强度是在特定条件下测定的数值
必须严格按照规定的试验方法进行
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1.1.3 与水有关的性质
•抗冻性
材料在吸水饱和状态下,经受多次冻融循环作用 而重量损失不大,强度也无显著降低的性质
因其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9%, 若材料孔隙中充满水,则结冰膨胀对孔壁产生很大 应力,当此应力超过材料的抗拉强度时,孔壁将产 生局部开裂。随着冻融次数的增多,材料破坏加重
1.1.4 热工性质
• 导热性
材料传导热量的能力
材料的导热系数愈小,表示其绝热性能愈好。
材料的孔隙率较大者其导热系数较小
孔隙粗大或贯通,由于对流作用, 材料的导热系数反而增高
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1.1.4 热工性质
• 热容与导热性
材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构
(墙体、屋盖)进行热工计算时的重要参数,设
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本节回顾
密度 孔隙率 亲水性 耐水性
热容
表观密度 体积密度 堆积密度 空隙率 憎水性 吸水性 吸湿性 抗渗性 抗冻性 导热性 耐燃性
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47
1.2 材料的力学性质
材料的力学性质是指材料在外力作用下的变
形及抵抗破坏的性质。
变形
弹性变形 塑性变形
脆性材料 韧性材料
破坏
Байду номын сангаас
强度
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1.2 材料的力学性质
• 材料中所含水分与周围空气的湿度相平衡时的含水率, 称为平衡含水率。
• 当材料吸湿达到饱和状态时的含水率即为吸水率。
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1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性产生的不利影响
材料吸水后会导致其自重增大、导热性增大、 强度和耐久性将产生不同程度的下降。材料 干湿交替还会引起其形状尺寸的改变而影响使用
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1.1.3 与水有关的性质
• 影响抗冻性的原因----内部原因
孔隙率及孔隙特征
孔隙不充满水 极细的孔隙 粗大孔隙 闭口孔隙 毛细管孔隙