建筑材料的基本性质

《绿色建筑材料》讲义第三章建筑材料的基本性质绿色建筑材料GreenBuildingMaterials《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org选择结构材料——关注什么？选择保温材料——关注什么？选择防水材料——关注什么？问题导入《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org教学目标通过本章的学习，了解在不同使用环境下，各类建筑材料的基本性质，并掌握各性质的涵义和影响这些性质的因素。并能联系工程中的实际应用，研究和改进材料的性质，对后面具体材料的学习作一个很好的铺垫。《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org本章内容3.1建筑材料的基本物理参数3.2建筑材料的热学性质3.3建筑材料的力学性质3.4建筑材料与水有关的性质3.5建筑材料的耐久性3.6建筑材料的环境协调性《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。表达式：ρ=m/V（g/cm3）m――材料干燥时的质量（g）V――材料在绝对密实状态下的体积（cm3）即不包括任何孔隙在内的体积。意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。V的测定：a.比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积；b.一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用密度瓶测其实际体积。密度是否存在绝对密实的材料？2.1.13.1建筑材料的基本物理参数《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org定义：材料在包含其内部闭口孔隙条件下的单位体积所具有的质量。表达式：（g/cm3）或(kg/m3)m――材料的质量（g或kg）V’――材料在自然状态下不含开口孔隙的体积。意义：实际密度的近似密度，测量某些较致密的不规则的散粒材料。V’的测量：排水法，水中称重法。''Vm表观密度《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。表达式：（g/cm3）或(kg/m3)m――材料的质量（g或kg）V0――材料在自然状态下的体积，也称表观体积(cm3或m3)。包括材料孔隙在内的体积，既包括开口孔隙，也包括闭口孔隙。意义：反映材料轻重的量，也与材料的强度有关，是选择结构材料和承重材料的依据。V0的测量：对形状规则的材料，直接测量；对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量。00Vm体积密度《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量。表达式：（kg/m3）m――材料的质量（kg）――堆积体积（m3）的特点：包括了孔隙及材料颗粒间的空隙体积。的测定：用既定容积的容器测定。0V0V0V堆积密度00Vm《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•定义：在材料体积内，固体物质的体积占总体积的比例。•表达式：%100%100000mmVVD密实度《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org定义：材料体积内，孔隙体积占总体积的比例。表达式：孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关系？材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？%1001%1001%1000000P材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关。孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度等。孔隙率《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org观察与讨论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？AB《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org讨论保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。案例分析《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org分析加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org%100%1000000VVD填充率•定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积占总体积的比例。•表达式：2.1.3《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.orgDP1%1001%1001%1000000000空隙率•定义：在散粒材料的堆积体积中，空隙体积占总体积的比例。•表达式：《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。建筑节能保温材料热学性质导热性热容量3.2建筑材料的热学(工)性质《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org定义：材料传导热量的能力（冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料阻碍热量传入室内）。表示方法：用导热系数λ表示，导热系数的物理意义是：厚度为1m的材料，当温度每改变1K时，在lh时间内通过1m2面积的热量。用公式表示为式中λ——材料的导热系数，w/（m·K）；Q——传导的热量，J；d——材料的厚度，m；A——材料传热的面积，m2；t——传热时间，h；（T1-T2）——材料两侧温度差，K在建筑工程中的意义：判断材料的保温隔热性能（λ越大，传热越快，保温性越差）。)(12TTAtQd导热性《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系数范围是0.035～3.5W／(m·K)，工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。常用建筑材料的热工性质指标材料名称导热系数W/(m·K)比热J/(g·K)钢550.46玻璃0.9花岗岩3.490.92普通混凝土1.510.88水泥砂浆0.930.84普通粘土砖0.810.84粘土空心砖0.640.92松木0.17～0.352.51泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.604.19静止空气0.023《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•材料的化学组成与结构化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数不同。如：一般情况下，导热系数的大小为：金属材料﹥非金属材料﹥有机材料•孔隙率和空隙构造特征一般来说：P↑，导热性↓，原因是静止空气的λ＜一般材料的λ。P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，λ↑，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，λ↑。•材料的湿度和温度材料受潮后，λ↑，导热性↑，保温隔热性↓（λ水＞λ空气）。材料受潮后再受冻，λ进一步↑，保温隔热性进一步↓(λ冰＞λ水)。影响导热性的因素棉袄浸水后保暖性变差？孔多的材料保温性能好？《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org思考题1.中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？2.保温材料为什么保持干燥状态保温效果较好？《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热容C表示。在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。材料名称比热J/(g·K)钢0.46铜0.38花岗岩0.92普通混凝土0.88水泥砂浆0.84普通粘土砖0.84粘土空心砖0.92松木2.51泡沫塑料1.30冰2.05水4.19热容《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。•在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。3.3建筑材料的力学性质强度《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。如下图所示：《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：AFfmaxf-------材料强度，MPaFmax---材料破坏时的最大荷载，NA------试件受力面积，mm2《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：2max23bhLFfw式中fw------材料的抗弯强度，MPaFmax---材料受弯破坏时的最大荷载，NL------两支点的间距，mmb、h---试件横截面的宽及高，mm《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org常见建筑材料的强度/MPa材料抗压强度抗拉强度抗弯强度花岗岩100～2505～810～14普通烧结砖7.5～30—1.8～4.0普通混凝土7.5～601～4—松木(横纹)30～5080～12060～100建筑钢材235～1600235～1600—《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org比强度是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其体积密度之比（f/ρ0）。在高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。是反映材料轻质高强的力学参数。在高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。这类轻质高强的材料，也是未来土木建筑材料发展的主要方向。木材强度值虽比混凝土低，但其比强度却高于混凝土，这说明木材与混凝土相比较是典型的轻质高强材料。例如比强度《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org几种主要材料的比强度材料表观密度/(kg/m3)强度/MPa比强度低碳钢78504200.054普通混凝土（抗压）2400400.017松木（顺纹抗拉）5001000.200玻璃钢20004500.225烧结普通砖（抗压）1700100.006《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。•材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。•弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。弹性与塑性《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org•材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。•砖、石材、玻璃、混凝土等都是脆性材料。脆性《绿色建筑材料》讲义小田@www.iloveppt.org材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。建筑钢材、木材、塑料等是较典型的韧性材料。路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。韧性《绿色建筑材料》讲义小田@www.ilove