給排水工程材料的基本性質(zhì)課件

第一章給排水工程材料的基本性質(zhì)第一節(jié)材料的物理性質(zhì)一、

材料的體積構(gòu)成及含水狀態(tài)

1、材料的體積構(gòu)成

(1)塊狀材料V0=V+V孔

孔隙按照特征分為開口孔隙和閉口孔隙(2)散粒材料2、材料的含水狀態(tài)干燥狀態(tài)、氣干狀態(tài)、飽和面干狀態(tài)、潤濕狀態(tài)

二、

材料的密度、表觀密度、體積密度與堆積密度密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量。

1、實(shí)際密度

材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量。式中：ρ—實(shí)際密度（g/cm3）

m—材料的質(zhì)量（g）

V—材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積（cm3

）3、體積密度式中ρ0—材料的體積密度（g/cm3或kg/m3

）

m—材料的質(zhì)量（g或kg)V’—材料在自然狀態(tài)下的體積，

包含內(nèi)部空隙和外部空隙在內(nèi)的體積材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，俗稱容重4、堆積密度

式中ρ1—散粒材料的堆積密度（g/cm3或kg/m3）m—散粒材料的質(zhì)量（g或kg）V1—材料在自然狀態(tài)下的堆積體積（cm3或m3）思考：實(shí)際密度、表觀密度、體積密度和堆積密度之間的大小關(guān)系如何？計(jì)算材料的堆放空間散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的重量稱為堆積密度?？捎孟率奖硎救?、材料的孔隙率和空隙率1、孔隙率和密實(shí)度

孔隙率：材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率，稱為材料的孔隙率（P）?？捎孟率奖硎荆好軐?shí)度：材料的固體物質(zhì)部分的體積占總體積的比例，說明材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式計(jì)算：

四、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.親水性與憎水性（1）概念親水性：材料能被水潤濕的性質(zhì)，如磚、混凝土等。材料產(chǎn)生親水性的原因是因其與水接觸時，材料與水分子之間的親合力大于水分子之間的內(nèi)聚力所致。當(dāng)材料與水接觸，材料與水分子之間的親合力小于水分子之間的內(nèi)聚力時，材料則表現(xiàn)為憎水性。憎水性材料如瀝青、石油等。當(dāng)材料與水接觸時，在材料、水、空氣三相的交界點(diǎn)，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤濕角。（2）潤濕角材料被水濕潤的情況可用潤濕角θ來表示。（3）親水性材料與憎水性材料

θ角愈小，表明材料愈易被水潤濕。當(dāng)θ＜90°時，材料表面吸附水，材料能被水潤濕而表現(xiàn)出親水性，這種材料稱親水性材料。θ>90°時，材料表面不吸附水，此稱憎水性材料。當(dāng)θ=0°時，表明材料完全被水潤濕。式中Wv——材料的體積吸水率（％）；V——干燥材料在自然狀態(tài)下的體積ρw——水的密度（g/cm3）②體積吸水率：材料在吸水飽和時，其內(nèi)部所吸水分的體積占干燥材料自然體積的百分率。材料的吸水性與其親水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有關(guān)。花崗巖的吸水率：0.5%~0.7%；混凝土的吸水率：2%~3%；粘土磚的吸水率：8%~20%；木材的吸水率：可達(dá)到100%?；◢弾r式中W—材料的含水率（％）

m1—材料含水時的質(zhì)量（ｇ）m0—材料干燥至恒重時的質(zhì)量（ｇ）材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變。（2）吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。潮濕材料在干燥的空氣中也會放出水分，此稱還濕性。材料的吸濕性用含水率表示。含水率系指材料內(nèi)部所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率。解：因m干=482g,m飽=487g，V=630-452=178cm3

巖石試件經(jīng)完全干燥后，其質(zhì)量為482g，將放入盛有水的量筒中，經(jīng)一定時間巖石吸水飽和后，量筒的水面由原來的452cm3上升至630cm3。取出巖石，擦干表面水分后稱得質(zhì)量為487g。試求該巖石的密度及質(zhì)量吸水率？(假設(shè)巖石內(nèi)無封閉空隙)

例題23、材料的耐水性式中:kR

——材料的軟化系數(shù)；

fb——材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）；

fg——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。材料長期在水作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。關(guān)于耐水性不正確的[]。A、材料的耐水性用軟化系數(shù)表示B、材料的軟化系數(shù)在0～1之間波動C、軟化系數(shù)大于0.85的材料稱為耐水材料。D、軟化系數(shù)小于0.85的材料稱為耐水材料。E、軟化系數(shù)越大，材料吸水飽和后強(qiáng)度降低越多，耐水性越差答案：DE4、材料的抗?jié)B性式中ks——材料的滲透系數(shù)（cm/h）；

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）。材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性，或稱不透水性一定厚度材料，一定水壓力下，在單位時間內(nèi)透過單位面積的水量材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和空隙特征有關(guān)系。材料的抗?jié)B性也可用抗?jié)B等級表示。

抗?jié)B等級是以規(guī)定的試件、在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下所能承受的最大水壓力來確定，以符號Pn表示，其中n為該材料所能承受的最大水壓力的十倍的MPa數(shù)?；炷恋目?jié)B等級劃分為P4、P6、P8、P10、P12等五個等級。相應(yīng)表示混凝土抗?jié)B試驗(yàn)時一組6個試件中4個試件未出現(xiàn)滲水時的最大水壓力。材料的抗凍性用抗凍等級表示?？箖龅燃墸阂砸?guī)定的試件，在規(guī)定試驗(yàn)條件下，測得其強(qiáng)度降低不超過規(guī)定值，并無明顯損壞和剝落時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)。材料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。如混凝土抗凍等級Ｆ15是指所能承受的最大凍融次數(shù)是15次(在-15℃的溫度凍結(jié)后，再在20℃的水中融化，為一次凍融循環(huán))，這時強(qiáng)度損失率不超過25％，質(zhì)量損失不超過5％?；炷量箖龅燃塅15號中的15是指()。

A．承受凍融的最大次數(shù)為15次

B．凍結(jié)后在15℃的水中融化

C．最大凍融次數(shù)后強(qiáng)度損失率不超過15％

D．最大凍融次數(shù)后質(zhì)量損失率不超過15％幾種典型材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)材料導(dǎo)熱系數(shù)（w／（m·K））比熱（J／（kg·K））鋼580.48花崗巖3.490.92普通混凝土1.510.84燒結(jié)普通磚0.800.88松木（橫紋）0.170.352.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.584.18靜止空氣0.0231.00影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導(dǎo)熱系數(shù)愈小導(dǎo)熱系數(shù)與孔隙形態(tài)特征的關(guān)系,認(rèn)為有微細(xì)而封閉孔隙組成的材料,導(dǎo)熱系數(shù)小,反之大；材料的含水率增加,導(dǎo)熱系數(shù)也增加。3、耐燃性材料對火焰和高溫的抵抗能力稱為材料的耐燃性（1）非燃燒材料在空氣中受到火燒或高溫高熱作用不起火、不碳化、不微燃的材料稱為非燃燒材料（2）難燃材料在空氣中受到火燒或高溫高熱作用難起火、難碳化、難微燃，當(dāng)火源移走后，已有的燃燒或微燃立即停止的材料稱為難燃材料（3）可燃材料在空氣中受到火燒或高溫高熱作用立即起火或微燃，且火源移走之后仍然繼續(xù)燃燒的材料稱為可燃材料第二節(jié)材料的力學(xué)性質(zhì)一、材料的強(qiáng)度

材料在外力作用下抵抗破壞的能力，稱為材料的強(qiáng)度根據(jù)外力作用形式的不同，材料的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度等，均以材料受外力破壞時單位面積上所承受的力的大小來表示。材料的力學(xué)性質(zhì)系指材料在外力作用下的變形性和抵抗破壞的性質(zhì)。材料的強(qiáng)度分類及受外力作用示意圖強(qiáng)度類別受力作用示意圖強(qiáng)度計(jì)算式附注抗壓強(qiáng)度fc(MPa)F——破壞荷載(N);A——受荷面積(mm2);l——跨度(mm);b——斷面寬度(mm);h——斷面高度(mm)抗拉強(qiáng)度ft(MPa)抗剪強(qiáng)度fv(MPa)抗彎強(qiáng)度ftm(MPa)二、材料的比強(qiáng)度材料表觀密度（g/cm3）強(qiáng)度（MPa）比強(qiáng)度低碳鋼78504200.054普通混凝土（抗壓）2400400.017松木（順紋、抗拉）5001000.200玻璃鋼20004500.225燒結(jié)普通磚（抗壓）1700100.006比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。三、材料的彈性與塑性彈性：外力→變形→卸外力→變形完全恢復(fù)塑性：外力→變形→卸外力→變形不完全恢復(fù)

四、材料的脆性與韌性脆性：材料在外力作用下至破壞前無明顯塑性變形而突然破壞的性質(zhì)。脆性材料抗拉能力差，但抗壓強(qiáng)度高。如磚、混凝土、玻璃等。韌性：在沖擊、振動荷載作用下，材料能承受很大變形也不致破壞的性能。如鋼材、木材等。五、硬度和耐磨性1、硬度材料的硬度是材料表面的堅(jiān)硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法、回彈法和壓入法測定材料的硬度。

回彈法用于測定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強(qiáng)度；也用于測定陶瓷、磚、砂漿、塑料、橡膠、金屬等的表面硬度并間接推算其強(qiáng)度。2、耐磨性G------材料的磨耗率，（g/cm2）

m1----材料磨損前的質(zhì)量，（g）

m2-----材料磨損后的質(zhì)量，（g）

A------材料試件的受磨面積（cm2）耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計(jì)算公式如下：第三節(jié)材料的耐久性與環(huán)境協(xié)調(diào)性一、材料的耐久性1、概念

材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在環(huán)境的多種因素作用下不變質(zhì)、不破壞，長久地保持其使用性能的性質(zhì)。

2、環(huán)境影響因素（1）物理作用

使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展。時間長久之后即會使材料逐漸破壞。（2）化學(xué)作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。（3）機(jī)械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。（4）生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞二、材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性請你結(jié)合實(shí)際談?wù)劜牧檄h(huán)境協(xié)調(diào)性的重要性第四節(jié)材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其對性能的影響一、材料的組成及其對性能的影響1、概念

材料的組成是指材料的化學(xué)成分或礦物組成

2、化學(xué)組成

構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類與數(shù)量3、礦物組成構(gòu)成材料的礦物的種類和數(shù)量二、材料的結(jié)構(gòu)及其對性能的影響1、宏觀結(jié)構(gòu)

密實(shí)結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、散粒結(jié)構(gòu)、紋理結(jié)構(gòu)

2、亞微觀結(jié)構(gòu)3、微觀結(jié)構(gòu)晶體和非晶體三、材料的構(gòu)造及其對性能的影響具有特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的相互組合搭配情況習(xí)題一、填空題1、材料的吸濕性是指材料在（）的性質(zhì)；2、材料的抗凍性以材料在吸水飽和狀態(tài)下所能抵抗的（）來表示；3、水可以在材料表面展開，即材料表面可以被水浸潤，這種性質(zhì)稱為（）；二、選擇題1、孔隙率增大，材料的（）降低A密度