材料员基础知识.ppt
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1、材料员基础知识建筑材料的分类建筑材料的分类 1.通常按材料的组成分为三大类:无机材料无机材料金属材料金属材料非金属材料非金属材料(矿物质材料矿物质材料)黑色金属黑色金属 有色金属有色金属天然石材天然石材烧土制品烧土制品 胶凝材料胶凝材料 混凝土及硅酸盐制品混凝土及硅酸盐制品有机材料有机材料植物材料植物材料沥青材料沥青材料高分子材料高分子材料复合材料复合材料无机非金属材料与有机材料复合无机非金属材料与有机材料复合 金属材料与无机非金属材料复合金属材料与无机非金属材料复合 金属材料与有机材料复合金属材料与有机材料复合建建筑筑材材料料22.2.按材料在建筑物中的功能可分为按材料在建筑物中的功能可分为
2、承重材料承重材料保温隔热材料保温隔热材料吸声隔声材料吸声隔声材料防水材料防水材料装饰材料装饰材料建建筑筑材材料料3结构材料结构材料墙体材料墙体材料屋面材料屋面材料地面材料地面材料饰面材料饰面材料3.3.按材料的使用部位分为按材料的使用部位分为建建筑筑材材料料4材料的基本性质5材料的体积 体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态,因而表现出不同的体积。6 1.密度(干燥状态干燥状态)指材料在绝对密实状态下单位体积的质量,按下式计算:式中:实际密度,g/cm3 或 kg/m3;m材料的质量,g 或 kg;V材料的绝对密实体积,cm3 或 m3。每种材料的密度是固定不变的。每种材料的密度
3、是固定不变的。72.表观密度 表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算:式中:0材料的表观密度,g/cm3 或 kg/m3;m 材料的质量,g 或 kg;V0材料的自然体积,cm3 或 m3。表观密度通常是指在气干状态下(长期在空气中存放的干燥状态)的表观密度,表观密度通常是指在气干状态下(长期在空气中存放的干燥状态)的表观密度,材料在烘干状态下测得的表观密度,称为干表观密度;材料在潮湿状态下测得的表材料在烘干状态下测得的表观密度,称为干表观密度;材料在潮湿状态下测得的表观密度,称为湿表观密度。观密度,称为湿表观密度。8大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问的,可以询问和交流大家
4、有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流9 表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少,孔隙中是否含有水及含水的多少,均可能影响其总质量或体积。因此,材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。工程中砂石材料,直接用排水法测定其表观体积103.堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料,在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算:式中:0材料的堆积密度,g/cm3 或 kg/m3;m 材料的质量,g 或 kg;材料的堆积体积,cm3 或 m3。11 由于散粒材料堆放的紧密程度不同,堆积表观密度又可分为疏松堆积表观密度、紧密堆积表观密度二种。利用材料
5、孔隙率可计算散粒材料的空隙率。其中材料的表观密度以堆积表观密度代入,密度以视密度(包括闭口孔隙体积)代入。所得结果是颗粒之间的空隙和开口孔隙占总体积的百分率。12孔隙率孔隙率 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。密实度 (压实度)(压实度)D D P=1P=113空隙率空隙率 散粒材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所散粒材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例称为空隙率。空隙率(占的比例称为空隙率。空
6、隙率(P)可按下式计算:)可按下式计算:空隙率的大小反映散粒材料的颗粒相互填充空隙率的大小反映散粒材料的颗粒相互填充的致密程度。的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。砂率的依据。14孔隙率与空隙率的区别15材料与水有关的性质材料与水有关的性质 亲水性与憎水性亲水性与憎水性 与水接触时,材料表面能被水润湿的性质称为亲水性;材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力,大于水分子相互之间的内聚力;憎水性材料与水分子之间的作用力,小于水分子相互之间的内聚力。16材
7、料的四种含水状态与材料的四种含水状态与含水率含水率 1.1.干燥状态:材料中所有的孔隙中无水;干燥状态:材料中所有的孔隙中无水;2.2.气干状态:材料中部分的孔隙中含水;气干状态:材料中部分的孔隙中含水;(其含水量用平衡含水率来表示,其大小与环境有关)(其含水量用平衡含水率来表示,其大小与环境有关)3.3.饱和面干状态:材料中所有的孔隙中充满水;饱和面干状态:材料中所有的孔隙中充满水;(其含水量用吸水率来表示,其大小与孔隙率有关,(其含水量用吸水率来表示,其大小与孔隙率有关,吸水率的大小可以反映材料的致密程度。)吸水率的大小可以反映材料的致密程度。)17材料的四种含水状态与材料的四种含水状态与
8、含水率含水率4.4.湿润状态:除材料中所有的孔隙中充满水湿润状态:除材料中所有的孔隙中充满水之外,其表面还含有表面水;之外,其表面还含有表面水;(其含水量用表面含水率来表示,其大小与(其含水量用表面含水率来表示,其大小与湿润程度有关湿润程度有关,表面含水率可为负值)表面含水率可为负值)18吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性 材料(在水中)吸收水分的性质称为吸水性。材料(在水中)吸收水分的性质称为吸水性。材料(在空气中)吸收水分的性质称为吸湿性。材料(在空气中)吸收水分的性质称为吸湿性。材料中的含水量与其干燥质量的百分比称为含水率材料中的含水量与其干燥质量的百分比称为含水率 材料中的水分与周围空气的湿
9、度达到平衡时(材料材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时(材料 处于气干状态)的含水率称为平衡含水率处于气干状态)的含水率称为平衡含水率。材料在饱和面干状态时的含水率称为吸水率材料在饱和面干状态时的含水率称为吸水率。吸水率可用质量或体积吸水率两种方式表达。吸水率可用质量或体积吸水率两种方式表达。19 质量吸水率的计算式为:质量吸水率的计算式为:式中:式中:mb材料吸水饱和状态下的质量;材料吸水饱和状态下的质量;mg材料在干燥状态下的质量。材料在干燥状态下的质量。20体积吸水率的计算式为:体积吸水率的计算式为:式中式中:mb材料吸水饱和状态下的质量;材料吸水饱和状态下的质量;mg材料在干燥状态下
10、的质量。材料在干燥状态下的质量。V0 材料在自然状态下的体积;材料在自然状态下的体积;w 水的密度水的密度,常温下取常温下取1.0 g/cm3。21Wv与与Wm的关系为:的关系为:式中式中 G1材料吸水饱和状态下的质量;材料吸水饱和状态下的质量;G材料干燥状态下的质量;材料干燥状态下的质量;水水水的密度;水的密度;V 0材料在自然状态下的体积;材料在自然状态下的体积;材料的干表观密度。材料的干表观密度。22吸水率与含水率的区别23材料的耐水性材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏,强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数KR表示:式中:KR 材料的软化系数;fb
11、 材料吸水饱和状态下的抗压强度;fg 材料在干燥状态下的抗压强度。经常位于水中或受潮严重的重要结构,其K软不宜小 于0.850.90;受潮较轻或次要结构,其K软也不宜小于0.70.85。24抗渗性抗渗性 材材料料抵抵抗抗压压力力水水渗渗透透的的性性能能称称为为抗抗渗渗性性。材材料料的的抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征有关。抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征有关。材料的抗渗性可用渗透系数或抗渗等级来表示。材料的抗渗性可用渗透系数或抗渗等级来表示。式式中中:K渗渗透透系系数数,ml/(cm2s);Q透透水水量量,ml;d试试件件厚厚度度(cm);A透透水水面面积积,cm2;H水水头差,;头差,;t透水时
12、间,透水时间,s。25材料的抗冻性材料的抗冻性1.1.材材料料的的抗抗冻冻性性,是是指指材材料料在在水水饱饱和和状状态态下下,能能经经受受多多次次冻冻融融而而不不产产生生宏宏观观破破坏坏,同同时时微微观观结结构构不不明明显显劣化、强度也不严重降低的性能。劣化、强度也不严重降低的性能。2.2.材料的抗冻性用抗冻等级来表示材料的抗冻性用抗冻等级来表示,如如F F15153.3.抗抗冻冻等等级级,是是指指材材料料的的标标准准试试件件,在在水水饱饱和和状状态态下下,经经受受冻冻融融循循环环作作用用后后,其其强强度度不不严严重重降降低低、质质量量不不显显著著损损失失、性性能能不不明明显显下下降降时时,所
13、所经经受受的的冻冻融融循循环环的的次数。次数。26影响抗冻性的因素影响抗冻性的因素材材料料的的密密实实度度(孔孔隙隙率率):密密实实度度越越高高则则其其抗抗冻冻性越好。性越好。材料的孔隙特征:开口孔隙越多则其抗冻性越差。材料的孔隙特征:开口孔隙越多则其抗冻性越差。材料的强度:强度越高则其抗冻性越好。材料的强度:强度越高则其抗冻性越好。材料的耐水性:耐水性越好则其抗冻性也越好。材料的耐水性:耐水性越好则其抗冻性也越好。材料的吸水量大小:吸水量越大则其抗冻性越差。材料的吸水量大小:吸水量越大则其抗冻性越差。27材料与热有关的性质导热性:导热性:导热性:导热性:材料传导热量的性质称为导热性。材料导热
14、性材料传导热量的性质称为导热性。材料导热性的大小用导热系数表示:的大小用导热系数表示:式中式中 导热系数,导热系数,W(mK);Q通过材料的热量,通过材料的热量,J;d材料厚度或传导的距离,材料厚度或传导的距离,m;A材料传热面积,材料传热面积,m2;Z导热时间,导热时间,s;t材料两侧的温度差,材料两侧的温度差,K。28 孔隙率孔隙率 材料的孔隙中含有空气材料的孔隙中含有空气,而空气的导热性而空气的导热性很小很小,所以材料的孔隙率愈大所以材料的孔隙率愈大,导热性愈低。导热性愈低。孔隙特征孔隙特征 空气在粗大和连通的孔隙中较易对流空气在粗大和连通的孔隙中较易对流,使使导热性增大导热性增大,故具
15、有细微或封闭孔隙的材料故具有细微或封闭孔隙的材料,比具有比具有粗大或连通孔隙的材料导热性低。粗大或连通孔隙的材料导热性低。含水率含水率 水的导热性大大超过空气,所以当材料水的导热性大大超过空气,所以当材料 的含水率增大时其导热性也相应提高。若水结冰,的含水率增大时其导热性也相应提高。若水结冰,其导热性进一步增大。其导热性进一步增大。对于纤维结构的材料,顺纤维方向的导热性比横对于纤维结构的材料,顺纤维方向的导热性比横纤维方向的大。纤维方向的大。影响材料导热性的因素影响材料导热性的因素29 当材料温度升高当材料温度升高(或降低或降低)1K时所吸收时所吸收(或放出或放出)的热的热量,称为该材料的热容
16、量量,称为该材料的热容量(JK)。l kg材料的热容量,材料的热容量,称为该材料的比热称为该材料的比热J(K)。表示方法:。表示方法:式中式中 Q材料吸收或放出的热量,材料吸收或放出的热量,J C材料的比热,材料的比热,J(kgK);G材料的质量,材料的质量,kg;t2-t1 材料受热(或冷却)前后的温度差,材料受热(或冷却)前后的温度差,K。比热及热容量比热及热容量30几种材料的导热系数及比热几种材料的导热系数及比热31材料的温度变形性材料的温度变形性 材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。用线膨胀系数表示。L=(t2 t1)L式中:L线膨胀或线收缩量,mm 或 cm;(t2t1
17、)材料前后的温度差,K;材料在常温下的平均线膨胀系数,1/K;L材料原来的长度,mm或m。材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关,常选择合适的材料来满足工程对温度变形的要求。32材料的力学性质材料的力学性质 材料的力学性质材料的力学性质,是指材料在外力作用下有关是指材料在外力作用下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。一一.材料的变形性质材料的变形性质 二二.材料的强度材料的强度33一、材料的变形性质一、材料的变形性质 材料的变形性质材料的变形性质,是指材料在荷载作用下发生形是指材料在荷载作用下发生形状及体积变化的有关性质。主要有弹性变形、塑性状及体积变化的有关性质。主要有弹
18、性变形、塑性变形、徐变与应力松弛。变形、徐变与应力松弛。(一)弹性变形与塑性变形(一)弹性变形与塑性变形 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。34 弹性与塑性变形弹性与塑性变形35塑性材料与脆性材料塑性材料与脆性材料塑性材料:破坏前的变形塑性材料:破坏前的变形 明显明显脆性材料:破坏前的变形脆性材料:破坏前的变形 不明显不明显塑性材料的特点:抗压强度塑性
19、材料的特点:抗压强度、抗拉强度、抗拉强度脆性材料的特点:抗压强度脆性材料的特点:抗压强度 、抗拉强度、抗拉强度36(二)徐变与应力松弛(二)徐变与应力松弛 固体材料在恒定外力作用固体材料在恒定外力作用下,变形随时间的延长而逐渐下,变形随时间的延长而逐渐增长的现象称为徐变。增长的现象称为徐变。材料在恒定荷载作用下,材料在恒定荷载作用下,若所产生的变形因受约束而不若所产生的变形因受约束而不能发展时,其应力将随时间的能发展时,其应力将随时间的延长而逐渐减小,这一现象称延长而逐渐减小,这一现象称为应力松弛。为应力松弛。37二、材料的强度二、材料的强度 材料的强度是指材料抵抗外力(荷载)作用引起的破材料
20、的强度是指材料抵抗外力(荷载)作用引起的破坏的能力。坏的能力。(一)材料的静力强度(一)材料的静力强度 在静荷载作用下,材料达到破坏前所承受的应力极限在静荷载作用下,材料达到破坏前所承受的应力极限值,称为材料的静力强度(简称材料强度)或极限强度。值,称为材料的静力强度(简称材料强度)或极限强度。根据作用荷载的不同,材料强度可分为抗压强度、抗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)和抗剪强度等。拉强度、抗弯强度(或抗折强度)和抗剪强度等。38材料强度的测定材料强度的测定 材材料料强强度度的的测测定定常常用用破破坏坏性性试试验验方方法法来来进进行行。即即将将材材
21、料料制制成成试试件件,置置于于试试验验机机上上,按按规规定定的的速速度度均均匀匀地地加加荷荷,直直到到试试件件破破坏坏,由由试试件件破破坏坏时的荷载值,按相应计算公式,可求得材料强度。时的荷载值,按相应计算公式,可求得材料强度。39抗压、抗拉及抗剪强度的计算抗压、抗拉及抗剪强度的计算式中式中f 材料强度,材料强度,MPa;F 破坏时荷载,破坏时荷载,N;A 试件受力断面面积,试件受力断面面积,mm2。40抗弯强度的计算抗弯强度的计算 抗弯强度的计算公式分别为:抗弯强度的计算公式分别为:集中荷载集中荷载 三分点加荷三分点加荷 式中式中 fm抗弯强度,抗弯强度,MPa;F破坏荷载,破坏荷载,N;L
22、梁的跨度,梁的跨度,mm;b、h梁断面的宽与高,梁断面的宽与高,mm。41(四)材料的持久强度及疲劳极限(四)材料的持久强度及疲劳极限 材料在承受持久荷载下的强度,称为持久强度。材料在承受持久荷载下的强度,称为持久强度。静静力力强强度度是是材材料料在在承承受受短短期期荷荷载载条条件件下下具具有有的的强强度度,也称暂时强度。也称暂时强度。实实际际结结构构物物中中材材料料承承受受的的荷荷载载通通常常既既有有持持久久荷荷载载(自自重重)和和又又有有短短期期荷荷载载(活活荷荷载载)。材材料料在在持持久久荷荷载载作作用用下下会会产产生生徐徐变变,使使塑塑性性变变形形增增加加,故故材材料料的的持持久久强强
23、度一般低于暂时强度。度一般低于暂时强度。42疲劳极限疲劳极限 材材料料承承受受的的荷荷载载随随时时间间而而交交替替变变化化时时,其其应应力力也也随随时时间间而而交交替替变变化化。这这种种交交替替变变化化的的应应力力超超过过某某一一极极限限、且且多多次次反反复复作作用用后后,即即会会导导致致材材料料破破坏坏,该该应应力力极极限限值值称称为为疲疲劳劳极极限限。疲疲劳劳极极限限与与静静力力破破坏坏不不同同,它它常常在在没没有有显显著著变变形形的的情情况况下下,突突然然断断裂裂。疲劳极限远低于静力强度,甚至低于屈服强度。疲劳极限远低于静力强度,甚至低于屈服强度。43三、材料的冲击韧性三、材料的冲击韧性
24、 材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能,称为冲材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能,称为冲击韧性。冲击韧性以试件受冲击时,单位体积或单位击韧性。冲击韧性以试件受冲击时,单位体积或单位面积内所能吸收的冲击功来表示。面积内所能吸收的冲击功来表示。脆性材料受冲击后易碎裂;强度低的材料不能承脆性材料受冲击后易碎裂;强度低的材料不能承受较大的冲击荷载。故材料冲击韧性可反映材料既有受较大的冲击荷载。故材料冲击韧性可反映材料既有一定强度,又有良好受力变形的综合性能。一定强度,又有良好受力变形的综合性能。桥梁、路面、桩及有抗震要求的结构所用的材料桥梁、路面、桩及有抗震要求的结构所用的材料需考虑冲击韧性。需考虑冲击
25、韧性。44四、材料的硬度、磨损及磨耗四、材料的硬度、磨损及磨耗 材料抵抗其它较硬物体压入的能力称为硬材料抵抗其它较硬物体压入的能力称为硬度。度。材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象称为磨损。用磨耗率表示体积损失的现象称为磨损。用磨耗率表示材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成的质量和体积损耗现象称为磨耗。的质量和体积损耗现象称为磨耗。45石灰与水泥46概述胶凝材料的定义 经过一系列的物理和化学变化,能够产生凝结硬化,将块状或粉状材料胶结起来,形成为一个整体的材料。胶凝材料的分类如沥青、聚合物等胶凝材料无机胶凝材
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