土木工程材料基本性質(zhì)土木工程材料.ppt

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1、第1章土木工程材料基本性質(zhì)南華大學(xué)楊建明教授2021/8/302.1材料的組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造與性質(zhì)工程上把能用于結(jié)構(gòu)、機(jī)器、器件或其他產(chǎn)品的具有某些性能的物質(zhì)，稱(chēng)為材料。如金屬、陶瓷、超導(dǎo)體、塑料、玻璃等。2021/8/30一、材料的組成材料的組成包括材料的化學(xué)組成、礦物組成和相組成1、化學(xué)組成，指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類(lèi)和數(shù)量。2、礦物組成，具有特定的晶體結(jié)構(gòu)，具有特定的物理力學(xué)性質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)的物質(zhì)稱(chēng)為礦物。礦物組成是構(gòu)成材料的礦物種類(lèi)和數(shù)量。3、相組成，固、液、氣。2021/8/30二、材料的結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)可分為宏觀結(jié)構(gòu)、細(xì)觀

2、結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)1、宏觀結(jié)構(gòu)指用肉眼或放大鏡能夠分辨的粗大組織。按其孔隙特征可分為：（1）致密結(jié)構(gòu)　金屬材料、石材、玻璃、塑料、橡膠2021/8/30（2）多孔結(jié)構(gòu)　加氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料（3）微孔結(jié)構(gòu)　石膏、低溫?zé)Y(jié)粘土按其組織特征可分：（1）堆聚結(jié)構(gòu)　如水泥混凝土、砂漿、瀝青混合料（2）纖維結(jié)構(gòu)　木材、玻璃鋼、巖棉（3）層狀結(jié)構(gòu)　膠合板、蜂窩板、紙面石膏板（4）散粒結(jié)構(gòu)砂石、粉煤灰、細(xì)砂2021/8/302、細(xì)觀結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡觀察到的結(jié)構(gòu)只能針對(duì)具體材料分如鋼鐵可分為鐵素體、滲碳體、珠光體碳溶于α—Fe晶格中的固溶體，鐵

3、素體晶格原子間的間隙較小，其溶碳能力較低，室溫下僅能溶入小于0.005%的碳。由于溶碳少而且晶格中滑移而較多，故其強(qiáng)度低，塑性較好。鐵與碳的化合物，分子式Fe2C,含碳量為6.67%，其晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)硬脆，是鋼中的主要強(qiáng)化組分。鐵素體和滲碳體相間形成的機(jī)械混合物。2021/8/303、微觀結(jié)構(gòu)指原子、分子層結(jié)構(gòu)電子顯微鏡或X射線來(lái)分析按微觀結(jié)構(gòu)可分為晶體、玻璃體、膠體（1）晶體，原子晶體（金剛石、石英）、離子晶體（氯化鈉、石膏、石灰?guī)r）、分子晶體（蠟、斜方硫）、金屬晶體（鐵、鋼、銅、鋁及合金）（2）玻璃體--非晶體玻璃體是化學(xué)不

4、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，容易與其他物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)活性較高，如火山灰、爐渣、?；郀t礦渣能與石灰或水泥在有水條件下起水化、硬化作用。2021/8/30（3）膠體10-7~10-10m固體顆粒。通常分為溶膠結(jié)構(gòu)、凝膠結(jié)構(gòu)、溶膠－凝膠結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)造材料的構(gòu)造是指特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元相互搭配情況。2021/8/30三、材料內(nèi)部孔隙與性質(zhì)1、內(nèi)部孔隙來(lái)源與產(chǎn)生2、孔隙分類(lèi)閉口孔隙、開(kāi)口孔隙孔隙、裂隙和溶隙3、孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響2021/8/302.2材料的物理性質(zhì)一、材料的體積組成開(kāi)口孔、閉口孔塊狀材料：（1）材料絕對(duì)密實(shí)體積V；（2）材料孔體

5、積VP（開(kāi)口VK、閉口VB）；（3）材料自然狀態(tài)下體積V0。2021/8/30散粒材料：顆粒間體積Vj2021/8/30二、材料的密度、表觀密度與堆積密度密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量，單位為g/cm3或kg/m3。1、密度真實(shí)密度是指材料在規(guī)定條件（105℃±5℃烘干至恒重，溫度20℃）絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（絕對(duì)密度狀態(tài)是指不包括任何孔隙在內(nèi)的體積）單位體積的具有的質(zhì)量。2021/8/302、表觀密度表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。氣干表觀密度，烘干狀態(tài)下稱(chēng)干表觀密度。3、堆積密度堆積密度是指粉狀、粒狀或纖維在自然堆積狀態(tài)下單

6、位體積（包括了顆粒的孔隙及顆粒之間的空隙）所具有的質(zhì)量。2021/8/30三、材料的密實(shí)度與孔隙度1、密實(shí)度密實(shí)度是指材料體積被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度，也就是固體物質(zhì)的體積Vs占總體積的比例。2、孔隙率孔隙率是指材料孔隙體積（包括不吸水的閉口孔隙，能吸水的開(kāi)口孔隙）與總體積之比。2021/8/30四、材料填充率與空隙率1、填充率填充率是指某堆積體積中，被散粒材料顆粒所填充的程度。2、空隙率空隙率是指在某堆積體積中，散粒材料顆粒之間的空隙體積所占的比例2021/8/30五、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1、親水性與憎水性潤(rùn)濕角θ≤90°的材料為親水

7、性材料。反之θ>90°表明該材料為憎水性材料。圖2-1材料潤(rùn)濕示意圖(a)親水性材料；(b)憎水性材料2021/8/302、吸水性材料在浸水狀態(tài)下吸入水分的能力為吸水性。用吸水率表示。質(zhì)量吸水率體積吸水率如花崗巖等致密巖石的吸水率僅為0.5%~0.7%,普通混凝土吸水率為2%~3%，粘土磚的吸水率為8%~20%，而木材或其他輕質(zhì)材料吸水率常大于100%。2021/8/303、吸濕性材料在潮濕的空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)稱(chēng)為吸濕性。用含水率表示。吸濕作用一般是可逆的，也就是說(shuō)材料既可吸收空氣中的水分，又可向空氣中釋放水分。材料與空氣

8、濕度達(dá)到平衡時(shí)的含水率稱(chēng)為平衡含水率。2021/8/304、耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力稱(chēng)為材料耐水性。材料耐水性應(yīng)包括水對(duì)材料的力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、裝飾性質(zhì)等方面的性質(zhì)的劣化作用。用軟化系數(shù)表示。強(qiáng)度降低的原因：①水分進(jìn)入材料，