【材料课件】1建筑材料的基本性质

1建筑材料的基本性质绪1.1材料的物理性质1.2材料的力学性质1.3材料的耐久性返回绪建筑材料在建筑物中，受到如下作用。一.周围介质作用如水、蒸气、热、光、腐蚀性气体和液体等的物理和化学作用。二.荷载作用上部构件传递或自重的荷载。因此,材料必须具有抵抗各种作用的能力，即应具备相应的基本性质┄物理性质、化学性质(民用建筑中可忽略)、力学性质等。返回»1.1材料的物理性质1.1.1密度1.1.2表观密度1.1.3体积密度1.1.4堆积密度1.1.5密实度和孔隙率1.1.6亲水性与憎水性1.1.7吸湿性与吸水性1.1.8耐水性1.1.9抗渗性1.1.10抗冻性1.1.11材料的热工性质1.1.12吸声性返回«»1.1.1密度块状材料体积情况构成见图1.1。1.概念指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。2.计算式ρ=m/v式中ρ---材料的密度，g/㎝3。m---材料在干燥状态下的质量，g。v---材料在绝对密实状态下的体积，㎝3。3.注意材料绝对密实状态下的体积指不包括材料内部孔隙体积,而是由物质固体颗粒充实的体积状态。返回«»返回«»1.1.2表观密度1.概念按只包括封闭孔隙体积,而不含开口孔隙体积计算出的密度值。2.计算式ρ'=m/v'式中ρ'---材料的表观密度，g/cm3。m---材料在干燥状态下的质量，g。v'---材料不含开口孔隙的体积，cm3。返回«»1.1.3体积密度1.概念指材料在自然状态下单位体积的质量。2.计算式ρ0=m/v0式中ρ0---材料的体积密度，kg/m3或g/cm3。m---材料在干燥状态下的的质量，kg或g。v0---材料自然状态下的体积，cm3或m3。3.注意材料自然状态下体积包括材料内部所有封闭孔隙体积和开口孔隙体积。返回«»1.1.4堆积密度散粒材料体积情况构成见图1.2。1.概念指散粒材料或粉末状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量。2.计算式ρ0'=m/v0'=m/(v+VP+Vv)式中ρ0'---材料的堆积密度，kg/m3。VP---颗粒内部孔隙的体积，m3。Vv---颗粒间空隙的体积，m3。3.注意自然堆积状态下的体积含颗粒内部的孔隙体积及颗粒之间的空隙体积。返回«»1.1.5密实度和孔隙率1.密实度(1)概念指材料总体积内，固体物质所占的比例。(2)表达式D=v/v0×100%=（ρ0/ρ）×100%2.孔隙率(1)概念指材料内孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率。(2)表达式P=[(v0-v)/v0]=[1-v/v0]=(1-ρ0/ρ)×100%3.孔隙率和密实度的关系D+P=14.空隙率(1)概念指散粒材料在堆积状态下，空隙体积占堆积体积的比例。(2)表达式P'=vv/v0'=(v0'-v0)/v0'=(1-ρ0'/ρ0)×100%(3)注意对致密材料，如天然砂、石，可用表观密度ρ′近似代替干燥时体积密度ρ0。返回«»1.1.6亲水性与憎水性当水与材料接触时，将出现图1.3(a)或(b)所示的情况。1.原因原因在于水分子间的内聚合和材料与水分子间的分子亲合力,亲水性材料与水分子之间的分子亲合力,大于水本身分子间的内聚力,憎水性材料与水分子之间的亲合力,小于水本身分子间的内聚力。2.判断在材料、水和空气三相交点处，沿水滴表面作切线，此切线和水与材料接触面所成的夹角θ称为“润湿角”。润湿角θ≤90°时，材料表现为亲水性。润湿角θ＞90°时，材料表现为憎水性。3.意义憎水材料具有较好的防水性、防潮性、抗渗性，常用作防潮防水材料,也可用于亲水性材料的表面处理。混凝土、砖、石、木材、钢材等属于亲水性材料；大部分有机材料属于憎水性材料，如沥青、塑料、石蜡和有机硅等。返回«»1.1.7吸湿性与吸水性1.吸湿性(1)概念指材料在空气中吸收水气的性质。(2)表达式用含水率ω'm表示ω'm=mw/m×100%式中mw---材料在空气中吸收水分的量,kg。m---材料干燥时的质量,kg。(3)注意材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率,建筑材料在正常状态下,均处于平衡含水率状态。返回«»1.1.7吸湿性与吸水性2.吸水性（1）概念指材料在水中吸收水分的性质。(2)表达式用质量吸水率ωm或体积吸水率ωv表示。表达式分别如下。ωm=msw/m×100%=[(msw'-m)/m]×100%ωv=vsw/v0×100%=[(msw‘-m)/v0/ρw]×100%式中msw---材料吸水饱和时所吸水的质量，g或kg。ωsw‘---材料吸水饱和时材料的质量，g或kg。vsw---材料吸水饱和时所吸水的体积，cm3或m3。ρw---水的密度，g/cm3或kg/m3。（3）质量吸水率和体积吸水率的关系ωv=ρ0×ωm（4）注意对多孔吸水材料，其质量吸水率往往超过100％，此时用体积吸水率表示；材料受潮后导热性增大，故保温隔热材料需保持干燥状态。返回«»1.1.8耐水性1.概念指材料长期在水的作用下，保持其原有性质不变的能力。2.表达式用软化系数KP表示。KP=fsw/fd式中fsw---材料吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。fd---材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。3.意义工程中将KP0.85的材料称为耐水材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构,KP不宜小于0.85；受潮较轻或次要结构所用材料，KP不宜小于0.70。返回«»1.1.9抗渗性1.概念指材料抵抗压力水(或其它液体)渗透的性质。2.表达式工程上(混凝土、砂浆等)常用抗渗等级来表示抗渗性。以符号Pn表示,其中n为该材料所能承受的最大水压(0.1Mpa)如P2、P4、P6、P8等分别表示材料最大能承受0.2、0.4、0.6、0.8MPa的水压力而不渗水。材料的抗渗性用渗透系数K(cm/h)来表示。返回«»1.1.10抗冻性1.概念指材料吸水饱和状态下，能够经受多次冻融循环而不破坏，也不严重降低强度的性能。2.表达式用抗冻等级(Fn)表示。其中n为材料在吸水饱和状态下,经冻融循环作用,强度损失和质量损失均不超过规定值时所能承受的冻融循环次数。如F25、F50、F100等。3.材料在冻融循环作用下破坏的原因由于材料内部毛细孔中的水结冰时体积膨胀（约9%）,对材料孔壁产生巨大压力，使材料内部产生微裂缝，循环往复以致强度下降。返回«»1.1.11材料的热工性质1.导热性(1)概念指材料传导热量的性质。(2)表达式用导热系数λ表示。λ=Qa/(T1-T2)At式中λ---导热系数，w/(m.k)。Q---传递的热量，J。a---材料的厚度，m。T1-T2---材料两侧的温差，k。A---材料传热面的面积，㎡。t---传热的时间，s或h。(3)意义通常把λ0.23W/(m·k)的材料称为绝热材料，在运输、存放、施工及使用过程中，须保持干燥状态。返回«»1.1.11材料的热工性质2.热容量(1)概念指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。(2)表达式用比热C表示,又称比热容或热容量系数,其表达式为：C=Q/m(T2-T1)式中C---材料的比热容，J/(kg.K)。Q---材料吸收（或放出）的热量，J。m---材料的质量，kg。(T2-T1)---材料受热（或冷却）前后的温度差，K。(3)意义比热C与质量m乘积称为热容。热容量大,则材料在吸热或放热时,其自身的温度变化小,即有利于保证室内温度相对稳定为保证建筑物室内温度稳定性,在设计围护结构(墙体、屋面等）时，应选择导热系数较小，比热较大的材料。返回«»1.1.12吸声性1.概念声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性。2.表达式用吸声系数α表示。α=(Eα+Eτ)/EO式中Eα---穿透材料的声能。Eτ---材料消耗的声能。EO---入射到材料表面的全部声能。吸声系数α越大，材料的吸声性越好。3.意义一般将125、250、500、1000、2000、4000Hz六个频率的平均吸声系数α≥0.20的材料称为吸声材料。返回«»1.2材料的力学性质1.2.1强度的概念指材料在外力(荷载)作用下，抵抗破坏的能力。1.2.2强度的种类根据受力形式(如图1.4所示)分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度、抗剪强度等四种。1.2.3强度的计算抗压强度、抗拉强度、抗剪强度计算公式如下：f=F/A式中f---材料的抗压、抗拉、抗剪强度，Pa或MPa。F---试件破坏时的最大荷载，N。A---试件面积，m2或mm2。材料的抗弯(折)强度与材料的受力情况、截面形状及支承条件等有关。对矩形截面,在两端支承,中间作用一集中荷载的情况(见图1.4（c）)，其抗弯（折）强度用下式计算：f=3FL/2bh2返回«»1.2材料的力学性质1.2.4强度等级1.概念为便于应用，按材料强度值高低划分的若干等级。脆性材料主要抗压强度来划分，如水泥、混凝土、砖等，塑性材料和韧性材料主要以抗拉强度来划分，如钢材等。2.强度等级与强度的异同二者都是描述材料抵抗外力作用时的破坏能力,而前者是按强度大小确定的等级,后者是概念性名词。1.2.5比强度1.概念是指材料强度与体积密度的比值（f/ρ0）。2.意义比强度是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。选用比强度大的材料对增加建筑高度、减轻结构自重、降低工程造价等具有重大意义。返回«»1.2材料的力学性质1.2.6变形性能1.弹性材料完全能恢复的变形称为弹性变形。具备这种变形特征的材料称为弹性材料。2.塑性材料不能恢复的变形称为塑性变形。具有塑性变称为塑性材料。一些材料弹性变形和塑性变形同时(或先后)发生，当外力取后，弹性变形恢复，而塑性变形不能消失，混凝土就是这类塑性材料。3.脆性材料在荷载作用下，没有明显预兆，表现为突发性破坏的性质。4.韧性韧性又称冲击韧性，是材料在冲击、振动荷载作用下,能承受很大变形而不发生突发性破坏的性质。建筑工程中，对承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等均应考虑材料的韧性。返回«1.3材料的耐久性1.3.1概念指材料在长期使用过程中抵抗各种破坏因素的作用,保持其原有性质的能力。1.3.2包括的内容材料的耐久性是一项综合性能,包括有抗渗性、抗冻性、耐腐性、抗老化性、耐磨性、耐光性等。1.3.3影响因素内部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。内部因素包括材料的组成、结构与性质等。外部因素是影响耐久性的主要因素。外部因素有：各种酸、碱、盐及其水溶液，各种腐蚀性气体等具有化学腐蚀作用；包括光、热、电、温度差、湿度差、干湿循环、冻融循环、溶解等物理作用；包括冲击、疲劳荷载，各种气体、液体及固体等引起磨损的机械作用；包括菌类、昆虫等，可使材料产生腐朽、虫蛀等生物作用。