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1、第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质2/73概概 述述一、学习目的与内容一、学习目的与内容二、本章的学习要求、重点和难点二、本章的学习要求、重点和难点3/73一、学习目的与内容一、学习目的与内容 了解建筑材料基本性质，以便按要求正确选用了解建筑材料基本性质，以便按要求正确选用材料。材料。将具有共同性和比较重要的材料性质作为基本将具有共同性和比较重要的材料性质作为基本性质进行重点讲述，其它性质将在有关章节中介绍性质进行重点讲述，其它性质将在有关章节中介绍4/73 了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求；了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求；熟练掌握材料的物理性质、力学性质、与水有
2、熟练掌握材料的物理性质、力学性质、与水有 关的性质和耐久性；关的性质和耐久性；了解材料热学性质的一般概念；了解材料热学性质的一般概念；了解材料的组成、结构和构造；了解材料的组成、结构和构造；了解材料性质与其组成、结构、构造的关系。了解材料性质与其组成、结构、构造的关系。5/73 重重 点：材料的物理性质、力学性质、与水点：材料的物理性质、力学性质、与水 有关的性质和耐久性。有关的性质和耐久性。难难 点：基本物理性质相互之间的关系；点：基本物理性质相互之间的关系；材料组成、结构、构造对材料性质的影响。材料组成、结构、构造对材料性质的影响。6/73第一节第一节材料的组成、结构及构造材料的组成、结构
3、及构造 材料的组成是指材料的材料的组成是指材料的化学组成化学组成和和矿物组成矿物组成 材料的化学组成是指组成材料的材料的化学组成是指组成材料的化学元素种类化学元素种类和和数量数量 材料的化学组成，直接影响材料的化学性质，也是决定材材料的化学组成，直接影响材料的化学性质，也是决定材料料 物理性质和力学性质的重要因素物理性质和力学性质的重要因素 材料材料化学组成的表示：化学组成的表示：金属：金属：以以化学元素含量百分数化学元素含量百分数表示表示 无机非金属材料：以元素的无机非金属材料：以元素的氧化物含量氧化物含量表示表示 有机高分子材料：以构成高分子材料的有机高分子材料：以构成高分子材料的单体单体
4、表示表示8/73 材料中具有特定化学成分、特定结构和特定物理材料中具有特定化学成分、特定结构和特定物理力学性能的物质或单质称为力学性能的物质或单质称为矿物矿物 材料的材料的矿物组成矿物组成是指构成材料的是指构成材料的矿物种类和数量矿物种类和数量 矿物是构成岩石和各类无机非金属材料的基本矿物是构成岩石和各类无机非金属材料的基本单元。单元。如：如：花岗岩的矿物组成主要是石英和长石；花岗岩的矿物组成主要是石英和长石；石灰岩的矿物组成为方解石；石灰岩的矿物组成为方解石；硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸钙、铝酸钙硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸钙、铝酸钙 材料的矿物组成直接影响无机非金属材料的性质材料的矿物
5、组成直接影响无机非金属材料的性质9/73 材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相称为相 凡是由两相或两相以上物质组成的材料称为凡是由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料复合材料 建筑材料大多数是多相固体，可以看作复合建筑材料大多数是多相固体，可以看作复合 材料材料,如混凝土如混凝土 材料的结构是指材料的材料的结构是指材料的内部组织内部组织情况，可分为情况，可分为:微观结构微观结构 显微结构显微结构 宏观结构宏观结构 11/73 微观结构是原子分子层次的结构，可用电子微观结构是原子分子层次的结构，可用电子显微镜或显微镜或X射线衍射仪来分析研究该层次
6、的结构特射线衍射仪来分析研究该层次的结构特征，寸范围在征，寸范围在10-1010-6m（级，级，1=10-1nm）。）。材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、导热、导电性等都是由微观结构所决定的。导热、导电性等都是由微观结构所决定的。材料在微观结构层次上可分为材料在微观结构层次上可分为晶体、非晶体晶体、非晶体。12/73 晶体是由原子、离子或分子等质点在空间按一晶体是由原子、离子或分子等质点在空间按一定方式重复排列而成的固体定方式重复排列而成的固体.具有固定的几何外形，各向异性，具有固定的几何外形，各向异性，在一定的压力下具有固定的熔点，受到外力作用时在一
7、定的压力下具有固定的熔点，受到外力作用时可产生弹性变形可产生弹性变形NaCl晶体中Na+、Cl-离子有规则排列方方解解石石石英石英菱菱锰锰矿矿13/7314/73 按组成晶体的按组成晶体的质点及化学键质点及化学键的不同，晶的不同，晶体可分为：体可分为：原子原子晶体，如石英晶体，如石英 离子离子晶体，如晶体，如CaCl2分子分子晶体，如有机化合物晶体，如有机化合物金属金属晶体，如钢铁材料晶体，如钢铁材料15/73肖特基缺陷(a)、弗伦克尔缺陷(b)置换型杂质(a)、间隙型杂质(b)16/7317/73非晶体结构又称无定形结构或玻璃体结构。非晶体结构又称无定形结构或玻璃体结构。上近程有序，远程无序
8、。其有序范围只有有序单上近程有序，远程无序。其有序范围只有有序单位尺寸的几倍距离。位尺寸的几倍距离。玻璃体的特点是无一定的几何外形，无熔点而玻璃体的特点是无一定的几何外形，无熔点而只有软化现象，各向同性，化学性质不稳定。只有软化现象，各向同性，化学性质不稳定。钠硅玻璃结构粉煤灰中的玻璃微珠18/73 显微结构是指用光学显微镜所能观察到的材显微结构是指用光学显微镜所能观察到的材料结构，其尺寸范围在料结构，其尺寸范围在10-610-3m（微米级）（微米级）如：金属材料的金相组织；木材的木纤维如：金属材料的金相组织；木材的木纤维;水泥水泥水化产物形貌等水化产物形貌等 材料细观特征、数量、分布和界面性
9、质对材材料细观特征、数量、分布和界面性质对材料性能有重要影响料性能有重要影响19/73de20/73 宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织，其尺寸在大组织，其尺寸在10-3m级（毫米级）以上。级（毫米级）以上。材料的宏观结构可按其特征分为：材料的宏观结构可按其特征分为：致密结构（钢材、玻璃等）致密结构（钢材、玻璃等）多孔结构（泡沫塑料、加气混凝土等）多孔结构（泡沫塑料、加气混凝土等）纤维结构（竹材、纤维板等）纤维结构（竹材、纤维板等）层状结构（胶合板等）层状结构（胶合板等）21/7322/73粒径在粒径在10-710-4m间的各种矿物或者金属粉末，
10、间的各种矿物或者金属粉末，通常属于散粒的显微层次通常属于散粒的显微层次 粒径在粒径在10-910-7m间的各种微粒，一般大于微观间的各种微粒，一般大于微观尺度的原子团，小于通常的微粉尺度的原子团，小于通常的微粉由它可构成各种纳米材料由它可构成各种纳米材料 23/73胶体是指粒径为胶体是指粒径为10-710-9m的颗粒在介质中形成的颗粒在介质中形成的分散体系。的分散体系。溶胶溶胶在胶体结构中，介质对胶体的物理力学性在胶体结构中，介质对胶体的物理力学性能起决定作用。能起决定作用。凝胶凝胶胶粒数量较多或在物理化学作用下，胶粒胶粒数量较多或在物理化学作用下，胶粒相互吸附凝聚而形成网状结构，胶体反映出胶
11、粒的相互吸附凝聚而形成网状结构，胶体反映出胶粒的物理力学性质。物理力学性质。溶胶 凝胶24/7325/73 密度是指材料在密度是指材料在绝对密实状态下绝对密实状态下单位体积的质量。单位体积的质量。材料的密度可按下式计算：材料的密度可按下式计算：式中式中 密度，密度，g/cm3；m材料的质量，材料的质量，g；V材料在绝对密实状态下的体积，材料在绝对密实状态下的体积，g/cm3。每种材料的密度是固定不变的。每种材料的密度是固定不变的。Vm26/73表观密度（俗称容重）是指材料在表观密度（俗称容重）是指材料在自然状态下自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量。材料的表观密度可（包含孔隙）单位体积的质量。
12、材料的表观密度可按下式计算：按下式计算：式中式中 表观密度，表观密度，g/cm3(kg/m3)；m材料的质量，材料的质量，g(kg)；V0材料在自然状态下的体积，材料在自然状态下的体积，cm3(m3)。材料的表观密度通常是指在气干状态下的表观密度材料的表观密度通常是指在气干状态下的表观密度.0Vm27/73 孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。材料的孔隙率可按下式计算：材料的孔隙率可按下式计算：Vp V0 V 孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。%100)1(%10000VVVP28/73 材料中的孔隙，可
13、分为与材料中的孔隙，可分为与外界连通外界连通的开口的开口孔和与外界隔绝的孔和与外界隔绝的闭口孔闭口孔。孔隙本身又按尺寸。孔隙本身又按尺寸大小分为大小分为极细孔隙极细孔隙（D0.01mm）、）、细小孔隙细小孔隙（D1.0mm）闭口孔开口孔29/73材料材料密度密度(g/cm3)表观密度表观密度(kg/m3)孔隙率孔隙率(%)建筑钢建筑钢7.8578500铝合金铝合金2.712.90270029000花岗岩花岗岩2.602.90250028000.51.0石灰岩石灰岩2.452.75220026000.55.0普通粘土砖普通粘土砖2.502.80150018002040松木松木1.55380700
14、5575普通玻璃普通玻璃2.502.60250026000普通混凝土普通混凝土23002500320石油沥青石油沥青0.951.10沥青混凝土沥青混凝土2200240026天然橡胶天然橡胶0.910.939109300聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂1.331.4513301450030/73 材料的力学性质是指材料在外力作用下的有关材料的力学性质是指材料在外力作用下的有关变形性质和抵抗破坏的能力。变形性质和抵抗破坏的能力。材料的变形性质材料的变形性质 材料的强度材料的强度31/73 材料的变形性质是指材料在荷载作用下发生形材料的变形性质是指材料在荷载作用下发生形状及体积变化的有关性质。状及体积变化的
15、有关性质。弹性变形是指在外荷载作用下产生、卸荷后可弹性变形是指在外荷载作用下产生、卸荷后可以自行消失的变形。以自行消失的变形。塑性变形是指在外力去除后，材料不能自行恢塑性变形是指在外力去除后，材料不能自行恢复到原来的形状而保留的变形，也称残余变形。复到原来的形状而保留的变形，也称残余变形。32/7333/73 材料受拉伸或者压缩时，除了产生轴向变材料受拉伸或者压缩时，除了产生轴向变形外，还产生横向变形。受压时轴向缩短而横形外，还产生横向变形。受压时轴向缩短而横向膨胀；受拉时，则与之相反向膨胀；受拉时，则与之相反材料受拉伸或者压缩时，会发生体积变化材料受拉伸或者压缩时，会发生体积变化34/73
16、固体材料在外力作用固体材料在外力作用下，变形随时间的延长而下，变形随时间的延长而逐渐增长的现象称为逐渐增长的现象称为徐变徐变材料在荷载作用下，材料在荷载作用下，若所产生的变形因受约束若所产生的变形因受约束而不能发展时，其应力将而不能发展时，其应力将随时间的延长而逐渐减小，随时间的延长而逐渐减小，这一现象称为这一现象称为应力松弛应力松弛35/73 材料的强度是指材料抵抗外力（荷载）作用材料的强度是指材料抵抗外力（荷载）作用引起的破坏的能力引起的破坏的能力 在在静荷载静荷载作用下，材料达到破坏前所承受的作用下，材料达到破坏前所承受的应力极限值，称为材料的应力极限值，称为材料的静力静力强度（简称材料强强度（简称材料强度）或极限强度度）或极限强度 根据作用荷载的不同，材料强度可分为抗压根据作用荷载的不同，材料强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）和抗强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）和抗剪强度等剪强度等36/73 材料强度的测定常用破坏性试验方法来进行。材料强度的测定常用破坏性试验方法来进行。即将材料制成试件，置于试验机上，按即将材料制成试件，置于试验机上，按规定的速规定的速
