第一章材料的基本性質(2)

1、1.2 材料與水有關的性質1.2.1 材料的親水性與憎水性當材料與水接觸時可以發(fā)現(xiàn)，有些材料能被水潤濕，有些材料則不能被水潤濕，前者稱材料具有親水性，后者稱具有憎水性。潤濕角（a）親水性材料 90 （b）完全親水材料180 （c）憎水性材料 90 實驗證明:w當90時，材料表面吸附水，材料能被水潤濕而表現(xiàn)出親水性，這種材料稱親水性親水性材料。w當90時，材料表面不吸附水，此稱憎水性憎水性材料。w當= 0時，表明材料完全被水潤濕，稱為鋪展。上述概念也適用于其它液體對固體的潤濕情況，相應稱為親液材料和憎液材料。1.2.2 材料的吸水性與吸濕性w材料在水中能吸收水分的性質稱為吸水性吸水性。材料的吸水

2、性用吸水率吸水率表示，即%100*1mmmW式中：W -材料質量吸水率，%； m- 材料干燥狀態(tài)下質量，g; m1- 材料吸水飽和狀態(tài)下質量， 吸水也可以用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積占材料自然狀態(tài)體積的百分率 封閉孔隙較多的材料，吸水率不大時通常用質量吸水率公式進行計算，對一些輕質多孔材料，如加氣混凝土、木材等，由于質量吸水率往往超過100%, 故可用體積吸水率進行計算。w材料的吸水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關。對于細微連通孔隙，孔隙率愈大，則吸水率愈大。閉口孔隙水分不能進去，而開口大孔雖然水分易進入，但不能存留，只能潤濕孔壁，所以吸水率仍然較小。w各種材料的吸水率很不相同，差異很大

3、，如花崗巖的吸水率只有0.50.7，混凝土的吸水率為23，粘土磚的吸水率達820，而木材的吸水率可超過100 w材料在一定溫度和濕度下吸附水分的能力稱為吸濕性吸濕性，用含水率表示，即%100*mmmW含含式中：W- 材料含水率，%; m含-材料含水時的質量，g； m-材料干燥狀態(tài)下的質量,g。w材料吸濕性作用一般是可逆的，材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變，當空氣濕度較大且溫度較低時，材料的含水率就大，反之則小。w材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時的含水率，稱為平衡含水率 1.2.3 耐水性 材料抵抗水破壞作用的性質稱為耐水性耐水性，用軟化系數(shù)表示，即ffKwp式中：KP -材料的

4、軟化系數(shù)； fw -材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度,MPa f -材料在干燥狀態(tài)的抗壓強度，MPa 。 材料的軟化系數(shù)的范圍在01之間。w用于水中、潮濕環(huán)境中的重要結構材料，必須選用軟化系數(shù)不低于0.85的材料；w用于受潮濕較輕或次要結構的材料，則不宜小于0.700.85。w通常軟化系數(shù)大于等于0.85的材料稱為耐水材料 1.2.4材料的抗?jié)B性w抗?jié)B性抗?jié)B性：材料抵抗壓力水滲透的性質，或稱不透水性。w當材料兩側存在不同水壓時，一切破壞因素(如腐蝕性介質)都可通過水或氣體進入材料內部，然后把所分解的產(chǎn)物代出材料，使材料逐漸破壞，如地下建筑、基礎、壓力管道、水工建筑等經(jīng)常受到壓力水或水頭差的作用，

5、故要求所用材料具有一定的抗?jié)B性，對于各種防水材料，則要求具有更高的抗?jié)B性。 w材料的抗?jié)B性通常用兩種指標表示：滲透系數(shù)和抗?jié)B等級。w對一些抗?jié)B、防水材料，如油氈、瓦、水工瀝青混凝土等，其防水性用滲透系數(shù)表示 。w滲透系數(shù)的物理意義是：在一定時間t內，透過材料試件的水量Q，與試件的滲水面積A及水頭差成正比，與滲透距離(試件的厚度)d成反比，用公式表示為 式中K材料的滲透系數(shù),cmh；Q滲透水量,cm3；d材料的厚度,cm；A滲水面積,cm2；t滲水時間,h；H靜水壓力水頭,cm。 K值愈大，表示材料滲透的水最愈多，即抗?jié)B性愈差?？?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標。QdKAtHw建筑工程中大量使用的

6、砂漿、混凝土材料的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示。w抗?jié)B等級是指材料在標準試驗方法下進行透水試驗，以規(guī)定的試件在透水前所能承受的最大水壓力來確定。以符號“P”和材料透水前的最大水壓力的0.1MPa表示，如P4、P6、P8等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不滲水。用公式表示： S=10H-1 式中：S-抗?jié)B等級； H -試件開始滲水時的壓力，MPa.1.2.5 材料的抗凍性w材料的抗凍性抗凍性:材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴重降低強度的性質。w材料的抗凍性用抗凍標號抗凍標號表示?？箖鰳颂柺且砸?guī)定的試件，在規(guī)定試驗條件下，測得其強度降低不超過規(guī)定值，并無明顯

7、損壞和剝落時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)，以此作為抗凍標號， 用符號“Dn”表示，其中n ”即為最大凍融循環(huán)次數(shù)， 如D25、D50等。w常用的兩個參數(shù)是：質量損失率(不超過5%)，強度損失率(不超過25)。 w材料抗凍標號的選擇，足根據(jù)結構物的種類、使用條件、氣候條件等來決定的。w燒結普通磚、陶瓷面磚、輕混凝土等墻體材料，一般要求其抗凍標號為D15或D25；w用于橋梁和道路的混凝土應為D50、D100或D200 。w水工混凝土要求高達D500。w材料受凍融破壞主要原因：其孔隙中的水結冰所致。水結冰時體積增大約9，若材料孔 隙中充滿水，則結冰膨脹對孔壁產(chǎn)生很大應力，當此應力超過材料的抗拉強度時，孔壁

8、將產(chǎn) 生局部開裂。隨著凍融次數(shù)的增多，材料破壞加重。所以材料的抗凍性取決于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充滿水，即遠末達飽和，具有足夠的自由空間，則即使受凍也不致產(chǎn)生很大凍脹應力。w極細的孔隙，雖可充滿水，但因孔壁對水的吸附力極大，吸附在孔壁上的水其冰點很低，它在般負溫下不會結冰。粗大孔隙一般水分不會充滿其中，對冰脹破壞可起緩沖作用。閉口孔隙水分不能滲入。而毛細管孔隙既易充滿水分，又能結冰,故其對材料的冰凍破壞作用影響最大。材料的變形能力大、強度高、軟化系數(shù)大時，其抗凍性較高w另外，從外界條件來看，材料受凍融破壞的程度，與凍融溫度、結冰速度、凍融頻繁程度等因素有關。環(huán)境溫度愈低、降溫

9、愈快、凍融愈頻繁、則 材料受凍破壞愈嚴重。w材料的凍融破壞作用是從外表面開始產(chǎn)生剝落，逐漸向內部深入發(fā)展。 抗凍性良好的材料，對于抵抗大氣溫度變化、干濕交替等風化作用的能力較強，所以抗凍性常作為考查材料耐久性的一項指標。在設計寒冷地區(qū)及寒冷環(huán)境(如冷庫)的建筑物時，必須要考慮材料的抗凍性。處于溫暖地區(qū)的建筑物，雖無冰凍作用，但為抵抗大氣的風化作用，確保建筑物的耐久性，也常對材料提出定的抗凍性要求。1.3.1 材料的強度在外力作用下，材料抵抗破壞的能力稱為強度強度。根據(jù)外力作用方式的不同，材料的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度（或抗折強度）及抗剪強度等形式。材料的這些強度是通過靜力試驗來測定的

10、，故總稱為靜力強度靜力強度。材料的靜力強度是通過標準試件的破壞試驗而測得。1.3 材料的力學性質a.壓力 b.拉力c.彎曲 d.剪切混凝土路面磚抗折強度試驗混凝土路面磚抗壓強度試驗強度的計算v材料的抗壓、抗拉、抗剪強度可直接由下式計算： AFfmax 式中 f 材料的抗壓、抗拉或抗剪強度，MPa； Fmax材料破壞時的最大荷載，N； A受力截面面積，mm2。w對于抗彎強度，有兩種計算方式。將抗彎試件放在兩支點上，當外力為作用在試件中心的集中荷載，且試件截面為矩形時，抗彎強度（也稱抗折強度）可用下式計算： 2max23bhLFfm 式中fm抗彎強度，MPa；Fmax彎曲破壞時的最大荷載,N；b，

11、h 試件橫截面的寬和高,mm。 L 兩支點間的距離，mm。影響材料強度的因素1.材料的組成、結構與構造：材料的強度與其組成及結構有關，即使材料的組成相同，其構造不同，強度也不一樣。w2.孔隙率與孔隙特征：材料的孔隙率愈 大，則強度愈小。對于同一品種的材料，其強度與孔隙率之間存在近似直線的反比關系。 一般表觀密度大的材料，其強度也大。這些是材料的內部因素。還與測試條件和方法等外部因素有關。w3.試件的形狀和尺寸：受壓時，立方體試件的強度值要高于棱柱體試件的強度值，相同材料采用小試件測得的強度較大試件高。 w4.加荷速度：當加荷速度快時，由于變形速度落后于荷載增長的速度，故測得的強度值偏高，反之，

12、因材料有充裕的變形時間，測得的強度值偏低。w5.試驗環(huán)境的溫度、濕度：溫度高、濕度大時，試件會有體積膨脹，材料內部質點距離加大，質點間的作用力減弱，測得的強度值偏低。w6.受力面狀態(tài)：受力面的平整度，潤滑情況等。試件表面不平或表面涂潤滑劑時，所測強度值偏低。 強度等級：建筑材料常根據(jù)極限強度的大小，劃分為不同的強度等級或標號。 如混凝土按抗壓強度劃分為 C10C60 ; 水泥按抗壓和抗拉強度劃分為32.562.5, 砂漿按抗壓強度劃分為M2.5M20六個等級,熱軋鋼筋按屈服強度和抗拉強度劃分四級。強度和強度等級的區(qū)別與聯(lián)系：區(qū)別：a.強度與強度等級的定義不同。強度是實測值，強度等級是人為規(guī)定的

13、強度范圍。b.強度指的是材料的極限值，是唯一的，每一強度等級則包含一系列強度值。聯(lián)系：某一材料強度等級的確定必須以其極限強度值為依據(jù)。比強度：材料的強度與其表觀密度的比值（fc/o）。用于評價材料是否輕質高強。 1.3.3材料的脆性或韌性w材料受外力作用，當外力達一定值時，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時無明顯的塑性變形，這種性質稱為脆性脆性。w材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大的能量，同時產(chǎn)生較大的變形而不破壞，這種性質稱為韌性韌性。1.3.2 材料的變形性能w材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后能完全恢復到原始形狀的性質稱為彈性彈性，這種可恢復的變形稱彈性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當

14、外力去除后，有一部分變形不能恢復，這種性質稱為材料的塑性塑性，這種不可恢復的變形稱為塑性變形。u黏彈性：一些非晶體材料，在受力時可以同時表現(xiàn)出彈性和黏性，稱為黏彈性或彈塑性。 徐變：材料在恒定應力下，其變形隨時間而增長的現(xiàn)象。 應力松弛：材料在恒定應變情況下，其應力隨時間而減小的現(xiàn)象。1.3.4材料的硬度與耐磨性硬度：材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力 莫氏硬度（10級）石材 肖氏硬度 石材 布氏硬度（HB）鋼材維氏硬度和韋氏硬度 :鋁合金AmmKw10AmmKw10AmmKw10AmmKw10耐磨性：材料表面抵抗磨損的能力。 耐磨性通常以磨損前后單位表面的質量損失，即磨耗率Kw來表示

15、：AmmKw10m0 試件磨損前的質量，g;m1 -試件磨損后的質量，g;A 試件受磨損的面積,cm2。1.4材料的熱學、聲學、光學及耐久性、裝飾性1.4.1 材料的熱物理性質導熱性：材料傳遞熱量的性質稱為導熱性導熱性，以導熱系數(shù)導熱系數(shù)表示，即)(12TTAtQa 式中：材料的導熱系數(shù)，w/（mK）； Q 總傳熱量，J； a 材料厚度，m； A 熱傳導面積，m2； Z 熱傳導時間，h；T2-T1材料兩側溫度差，K。w材料的導熱系數(shù)愈大，起傳導的熱量就愈多。w影響材料導熱系數(shù)的主要因素有材料的物質構成、微觀結構、孔隙構造、濕度、溫度和熱流方向等。傳熱系數(shù)：導熱系數(shù)與材料厚度的比，定義式如下：d

16、KK材料的傳熱系數(shù)，W/(m2.K)D材料層的厚度，m。材料的熱容量 w熱容量熱容量是指材料受熱時吸收熱量和冷卻時放出熱量的性質，用比熱容比熱容表示，即12()QCm tt式中C 材料的比熱容，kJ(kgK)。 Q 材料的熱容量，kJ； m 材料的重量，kg； t1-t2 材料受熱或冷卻前后的溫度差，K； 材料比熱比熱的物理意義是指1kg重的材料，在溫度每改變1K時所吸收或放出的熱量。w材料中熱容量最大的是水，為C=4.19 J(kgK).1.4.2 材料的聲學性質w吸聲性 聲能穿透材料和被材料消耗的性質稱為材料的吸吸聲性聲性，評價指標為吸聲系數(shù)。w影響材料的吸聲效果因素有：材料的表觀密度材料

17、的孔隙構造材料的厚度等w隔聲性: 隔空氣聲 隔固體聲 1.4.3 材料的光學性質w光是一種電磁波,材料的光學性能是指材料對電磁波輻射、特別是對可見光的反應，主要是用材料對電磁波的吸收，反射和透射特性來衡量。w例如當一束強度為I的光入射到玻璃中時，在材料的表面會發(fā)生光的反射，另外光也會透過玻璃，常常透過的光的強度小于入射強度，這往往是由于玻璃會吸收一部分光。 1.4.4 材料的耐久性w耐久性耐久性: :材料在長期使用過程中，能保持其原有性能而不變質、不破壞的性質，統(tǒng)稱之為，它是一種復雜的、綜合的性質,包括材料的抗凍性、耐熱性、大氣穩(wěn)定性和耐腐蝕性等。w材料在使用過程中，除受到各種外力作用外，還要

18、受到環(huán)境中各種自然因素的破壞作用，這些破壞作用可分為物理作用、化學作用和生物作用。w物理作用主要有干濕交替、溫度變化、凍融循環(huán)等等，這些變化會使材料體積產(chǎn)生膨脹或收縮,或導致內部裂縫的擴展，長久作用后會使材料產(chǎn)生破壞w化學作用主要是指材料受到酸、堿、鹽等物質的水溶液或有害氣體的侵蝕作用，使材料的組成成分發(fā)生質的變化，而引起材料的破壞。如鋼材的銹蝕等等。w生物作用主要是指材料受到蟲蛀或菌類的腐朽作用而產(chǎn)生的破壞。如木材等一類的有機質材料，常會受到這種破壞作用的影響。1.4.5 材料的裝飾性對裝飾材料的要求：材料的顏色、光澤、透明性花紋圖案、形狀、尺寸質感一、 材料的組成 1、化學組成：化學成分 2、礦物組成：礦物是具有一定化學成分和結構特征的單質或化合物1.5 材料的組成、結構與構造對材料性質的影響（一） 微觀結構：利用電子顯微鏡等觀測到的結構 1、晶體：按一定規(guī)律在空間重復排列的固體，具有特定的幾何外形和固定的熔點。 2、非晶體：質點不按規(guī)律排列的固體，沒有固定的熔點和幾何外形。 3、膠體：物體以極小的質點作為分散