建筑材料的基本性质(1)

§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§1-1材料的物理性质材料与质量有关的性质一、密度ρ=mvM—材料在干燥状态下的质量,kg；V—材料在绝对密实状态下的体积,m3；材料在绝对密实状态下单位体积的质量，用ρ表示。材料在绝对密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身的体积，或称实体积。建筑材料在建筑物中要起各种不同的作用，因此，要求建筑材料应具有相应的不同性质。单位：kg/m3，g/cm3封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp孔隙体积：Vp＝Vb+VkVp——孔隙体积voV孔vV闭V开含孔材料体积组成示意图在建筑材料中，除金属、玻璃等少数材料外，都含有一些孔隙。为了测得含孔材料的密度，应把材料磨成细粉，除去孔隙，经干燥后用李氏瓶测定其实体积。材料磨得越细，所测得的体积越接近绝对体积。二、表观密度ρo=mvoM——材料的质量，kg;Vo——材料在自然状态下的体积，m3。材料在自然状态下单位体积的质量，用符号ρo表示。材料在自然状态下的体积，是指构成材料的固体物质的体积与全部孔隙体积之和。可用几何公式或排水法求得。表观密度在计算砂、石在混凝土中的实际体积时有实用意义。voV孔vV闭V开单位：kg/m3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散粒材料体积组成示意图VVOVO′V孔12341—固体物质2—开口孔隙3—闭口孔隙4—颗粒间空隙颗粒空隙体积颗粒材料空隙三、堆积密度V0′＝V0＋V空在土木工程中，进行配料计算、确定材料堆放空间及运输量、材料用量及构件自重等经常要用到的材料的密度、体积密度和堆积密度的数值，见表1-1。粉状或颗粒状松散材料在堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度。用符号表示。kg/m3000Vmm——材料在干燥状态下的质量——材料的堆积体积。0V比较：00VVV则：00VVOVO′V孔颗粒空隙体积材料名称密度g/cm3表观密度g/cm3堆积密度kg/m3钢材7.85————松木1.550.40~0.80——水泥2.80~3.20——900~1300砂2.662.651450~1650碎石(石灰石)2.60~2.802.601400~1700普通混凝土2.601.95~2.50——普通粘土砖2.601.6~1.90——表1-1常用材料的密度、表观密度和堆积密度•已知堆积密度为1500Kg/m3的砂子，共有50m3，合多少吨？若有该砂500t，合多少立方米？•普通粘土砖的表观密度为1800Kg/m3，某工程共需砖5万块，用载重量5吨的汽车分两批运完，每批需汽车多少辆？每辆车应装多少砖？（每m3按684块砖计）•有直径为20mm、长14m的钢筋一捆15根，试计算其总质量为多少Kg？•混凝土试块尺寸为200mm×200mm×200mm，质量为19.2Kg,试求此混凝土的表观密度？应用材料体积内被固体物质所充实的程度，用D表示。voV孔vV闭V开返回D=VVo×100%D=ρoρ×100%当材料处于干燥状态时四、材料的密实度与孔隙率1.密实度对于绝对密实材料，因ρ0=ρ，故密实度D=1或100%。对于大多数土木工程材料，因ρ0＜ρ，故密实度D＜1或D＜100%。P＝V孔vo×100%P＝Vo－Vvo（）×100%=（1－）ρoρ×100%PvoV孔vV闭V开2.孔隙率材料体积内孔隙体积所占的比例，用P表示。所以有：D＋P＝1四、材料的密实度与孔隙率•建筑材料的许多工程性质如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸声性等都与材料的致密程度有关。这些性质除取决于孔隙率的大小外，还与孔隙的构造特征密切相关。孔隙特征主要指孔隙的种类（开口孔与闭口孔）、孔径的大小及孔的分布等。3.材料的空隙率与填充率（1）空隙率：指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率按下式计算：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度，可作为控制砼骨料级配与计算砂率的依据。％）（％）（％10011001100000000VVVVVP•孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式％）（10010P％）（100100P粉状或颗粒状松散材料在堆积体积内，被颗粒材料所填充的程度，用D`表示。（2）填充率D`D`=ρ`oρ0×100%VVOVO′V孔•1.边长为50mm的正立方体石材试件，干燥状态下的质量为0.32kg，若其密度为2630kg/m3,求其孔隙率P是多少？密实度D是多少？•2.某质量为6.6kg，容积为10L的容器，装满干燥的卵石总质量为21.6kg，实测卵石的空隙率为42%，试求卵石的表观密度？•已知卵石的表观密度为2.6g/cm3,把它装入一个2m3的车厢里，装平时共用3500Kg。求该卵石此时的空隙率为多少？若用堆积密度为1500Kg/m3的砂子，填入上述车内卵石的全部空隙，共需要砂子多少公斤？应用（一）材料的亲水性与憎水性2.亲水材料与憎水材料的判断：用润湿角判断θ≤90o亲水材料θθ90o≤θ≤180o憎水材料材料与水有关的性质1.润湿角θ由于水与固体表面之间的作用情况不同，材料与水接触时会出现两种不同的现象。若材料遇水后其表面能降低，则水在材料表面易于扩展。这种材料与水的亲合性称为亲水性。表面与水亲合能力较强的材料称为亲水性材料。固、气、液三态交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。亲水性材料：润湿角θ≤90°憎水性材料：润湿角θ＞90°工程材料中，各种无机胶凝混凝土、石料、砖瓦等均为亲水性材料，它们为极性分子所组成，与极性分子水之间有良好的亲合性。大部分有机材料如：沥青、油漆、塑料和石蜡等为憎水性材料，这是因为极性分子的水与这些非极性分子组成的材料互相排斥的缘故。憎水性材料常用作为防潮、防水及防腐材料，也可以对亲水性材料进行表面处理，用以降低吸水性。3.工程应用体积吸水率：材料吸水饱和时，所吸收水分体积占干体积的百分率。（二）吸水性定义：材料在水中吸收水分的性质。用吸水率表示。W质=m湿－m干m干×100%W体=m饱－m干Vo.×100%1ρw质量吸水率：材料吸水饱合时，所吸水分质量占干质量的百分率。材料吸水率的大小不仅取决于材料对水的亲憎性还取决于材料的孔隙率及孔隙特征。密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水的；具有粗大孔的材料因其水分不易存留，其吸水率也常小于其开口孔隙率；而那些孔隙率较大，且具有细小开口连通孔的亲水性材料往往具有较大的吸水能力。材料含水后，不但可使材料的质量、导热性增加，而且会使强度降低，保温性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显的体积膨胀。可见材料中含水对其性能是不利的。定义：材料在潮湿的空气中吸收水分的性质。W含=m含－m干m干×100%含水率：材料所含水分质量占其干质量的百分率。（三）吸湿性当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率。•吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率1：已知工地进有含水率为5%的湿砂500t，问实为干砂多少t？若工地需要干砂500t，问应进含水率为5%的湿砂多少t？解：①W含=m含－m干m干×100%=500－m干m干×100%=5%，则m干==476t5001+5%②W含=m含－m干m干×100%=m湿－500500×100%=5%，则m湿==525t(1+5%)500应用例22.已知普通砼实验室配合比1∶2.5∶4.25∶0.55，1m3砼湿重2460Kg，中砂含水率5%，碎石含水率1.5%。（1）求1m3砼实验室各种材料用量。（2）求1m3砼施工配合比。则：砂子量：2.5×300=750kg石子量：4.25×300=1275kg水量：0.55×300=165kg解：（1）由重量法知：ｍc0＋ｍg0＋ｍs0＋ｍw0＝ｍcp1+2.5+4.25+0.55＝2460Kg∴水泥量＝2460／8.3＝300Kg（2）水泥量不变，加砂、加石、减水。水泥量300kg砂子量：（1+5%）×750＝788kg石子量：（1+1.5%）×1275＝1294kg水量：165－5%×750－1.5%×1275＝108kg则施工配合比为1∶2.63∶4.31∶0.36例3（2）每m3的混凝土中各材料用量为：水泥：310kg；砂：2.43×310＝753kg石子：4.23×310＝1311kg水：0.41×310＝127kg3.已知混凝土实验室配合比为1∶2.34∶4.15∶0.59，每方混凝土中水泥用量为310kg，中砂含水率4%，卵石含水率2%，求500m3混凝土中水泥、砂子、石子的用量各为多少吨？答：（1）施工配合比为：1∶(1+4%)2.34∶(1+2%)×4.15＝1∶2.43∶4.23水灰比为：0.59－2.34×4%－4.15×2%W/C＝0.41（3）500m3混凝土中各材料用量为：水泥：155(t)砂376.5(t)石655.5(t)水63.5(t)材料长期处于饱和水的作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数K软表示：软化系数K软＝材料在水饱和状态下的抗压强度材料在干状态下的抗压强度当选择受水作用的结构物的材料时，K软是一项重要指标。经常位于水中或受潮严重的重要结构物的材料，KR不宜小于0.85～0.9；受潮较轻或次要结构物的材料，KR不宜小于0.7～0.85。（四）耐水性注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。K软＞0.85的材料称为耐水性材料。1.定义：材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数或抗渗等级表示（五）抗渗性材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。材料的渗透系数:式中：K——渗透系数,（cm/h）;Q——渗水量，(cm3)；A——渗水面积,(cm2)；H——材料两侧的水压差，（cm）；d——试件厚度（cm）；t——渗水时间（h）。AtHQdK（1）渗透系数影响材料抗渗性的因素：①通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；②密实度高的材料其抗渗性也较高；③具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。提高混凝土抗渗性的措施：是增大混凝土的密实度、改变混凝土中的孔隙结构，减小连通孔隙。材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。（2）抗渗等级如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。抗渗等级越高抗渗性越好。材料在吸水饱和状态下抵抗多次冻融循环而不破坏，同时强度也不显著降低的性质。材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。（六）抗冻性试验时将试件制备成直径和高均为50ｍｍ的圆柱体或边长为50mm的立方体试件，放人烘箱（105℃±5℃）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（-15℃）冻结４ｈ，然后取出放人25℃±5℃的水中融解４ｈ，如此为一次冻融循环。抗冻性以试件在冻融后质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，称为抗冻等级。抗冻等级----指材料当质量损失小于5%，强度损失小于25%时所能经受的冻融循环次数。材料抗冻性的大小主要与材料的孔隙率、孔隙特征、材料吸水饱和的程度、材料本身的强度以及冻结条件等有关。所