1土木工程材料的基本性质剖析.ppt

例1 某工地所用卵石密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680kg/m3，计算石子孔隙率与空隙率？ 石子的空隙率： 解： 石子的孔隙率： 1.2.4 与水有关的性质 1) 亲水性与憎水性 (Hydrophilic and Hydrophobic Properties) 材料与水接触时，在材料、水以及空气三相的交点处，作水滴表面的切线，与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿角。 θ愈小，表明材料愈易被水润湿。 憎水性材料：90°＜θ≤ 180°时，表面不能被水湿润。 根据润湿角θ的大小，有： 亲水性材料：0≤θ≤ 90°，表面可被水湿润。 材料的表面，水自动收缩成珠，对工程防水有利。 材料的表面水自动散开和铺展，并自发地润湿表面。 有机材料一般憎水，无机材料都亲水。 2) 吸水性(water absorption)：材料在水中吸收水分的能力。 1）质量吸水率： 式中m——干燥状态下的质量，g； 　　　 m1——吸水饱和状态下的质量，g。 2）体积吸水率： 式中V0——干燥材料自然体积，cm3； 　　　ρw——水的密度，g/cm3。 3) 吸湿性 (water-absorption)：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 Wh——材料的含水率，％； ms——材料在吸湿状态下的重量，g； m——材料在干燥状态下的重量，g。 状态量，水分与空气湿度相平衡时，即为平衡含水率。 吸水(湿)性与材料孔结构与亲(憎)水性密切相关： 开口孔多，吸水率大；孔径小，毛细管作用强，易吸水； 亲水性材料的吸水(湿)性比憎水性材料强。 思考： 1. 为什么房屋一楼潮湿？ 答：地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。 2. 如何解决？ 答：阻塞毛细通道，对材料中毛细管壁进行憎水处理 1.2.5 热工性质(Thermal roperties) 1.热容量(heat capacity)：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。 2.导热性 (heat conduction)：材料两侧存在温差时，热量由高温侧传递到低温侧的传导能力。 金属＞非金属； 密实材料＞多孔材料； 连通孔隙＞封闭孔隙 λ愈小，绝热性能愈好。绝热材料：λ＜0.23 W／(m·K) 材料名称 导热系数W/(m·K) 比热J/(g·K) 钢 55 0.46 铜 370 0.38 花岗岩 3.49 0.92 普通混凝土 28 0.88 水泥砂浆 0.93 0.84 普通粘土砖 0.81 0.84 粘土空心砖 0.64 0.92 松木 0.17～0.35 2.51 泡沫塑料 0.03 1.30 冰 2.20 2.05 水 0.60 4.19 静止空气 0.025 ? 常用土木工程材料的热工性质指标 (p13) 【讨论】：孔隙对材料性质的影响 某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？ 固体材料的导热系数远大于空气的导热系数，当固体与空气构成“复合材料”即多孔材料时，显然会降低导热系数。也就是材料中所含的孔洞越多（孔洞里面一般都是空气，包含的空气也就越多），孔隙率就越大，密度就越小，导热系数也就越小了。 1.3 材料的力学性质(Mechanical property ) 1.3.1 强度和强度等级 1）强度(strength)：材料抵抗静荷载的破坏能力，以极限应力值表示。分为抗压强度、抗拉强度、抗弯(抗折)强度、抗剪强度等。 常见土木工程材料的强度 /MPa 材料 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 花岗岩 100～250 5～8 10～14 普通烧结砖 7.5～30 — 1.8～4.0 普通混凝土 7.5～60 1～4 — 松木(横纹) 30～50 80～120 60～100 建筑钢材 235～1600 235～1600 — 2）强度等级 (strength grade) 材料的强度与其组成及结构有关。 孔隙率愈大，强度愈低。同一品种的材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。 强度与孔隙率的关系 强度 孔隙率 按强度值的大小划分为若干个强度等级。 硅酸盐水泥按抗压强度和抗折强度分为4个强度等级； 普通混凝土按其抗压强度分为19个强度等级。 3）比强度(specific strength): 反映材料轻质高强的力学参数。 单位体积质量材料强度，强度与表观密度之比（f /ρ0）。 材料 表观密度 /kg/m3 强度 /MPa 比强度 低碳钢 7 850 420 0.054 普通混凝土/抗压 2 400 40 0.017