项目02建筑材料的基本性质

项目二建筑材料的基本性质学习要求了解建筑材料的组成和结构，掌握建筑材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度、孔隙率和密实度、空隙率和填充率的概念与计算，理解材料与水有关的性质、与热有关的性质、力学性质及耐久性。任务2.1材料的组成和结构2.1.1材料的组成材料的化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。材料的化学组成的不同是导致其性能各异的主要原因。材料的矿物组成是指化学元素组成相同，但分子组成形式各异的现象。材料的矿物组成是在其化学组成确定的条件下决定材料性质的主要因素。任务2.1材料的组成和结构2.1.2材料的结构宏观结构细观结构微观结构致密状结构、多孔状结构、微孔状结构、颗粒状结构、纤维状结构、层状结构材料的细观结构(也称亚微观结构)是指可用光学显微镜观察到的结构。建筑材料的细观结构，只能针对某种具体材料来进行分类研究。例如，混凝土可分为基相、集料相、界面相；木材可分为木纤维、导管髓线、树脂道。材料的微观结构主要指材料在原子、分子、离子层次上的组织形式。材料的许多性质与其微观结构都有密切关系。建筑材料的微观结构基本上可分为晶体、玻璃体和胶体三类。任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.1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结构状态，如图2-1所示，因而表现出不同的体积。图2-1材料的结构状态(a)密实状态；(b)内部有孔隙；(c)内外有孔隙；(d)堆积状态1—闭口孔隙；2—开口孔隙；3—空隙任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.1材料的体积绝对密实体积（V）表观体积（）V自然体积（）0V堆积体积（）0V材料的体积任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.2材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度密度。材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，可按下式计算mVΡ-材料的密度，g/cm3或kg/m3；m-材料的干质量，g或kg；V-材料在绝对密实状态下的体积，cm3或m3任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.2材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度表观密度。表观密度是指材料在自然状态下不含开口孔隙时单位体积的质量，可按下式计算mV-材料的表观密度，g/cm3或kg/m3；m-材料的干质量，g或kg；-材料的表观体积，cm3或m3。V任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.2材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度体积密度。体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量，可按下式计算00mV-材料的体积密度，g/cm3或kg/m3；m-材料的质量，g或kg；-材料的自然体积，cm3或m3。00V任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.2材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度堆积密度。堆积密度是指粉状、颗粒状或纤维材料在堆积状态下单位体积的质量，可按下式计算00mV-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。00V任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.3材料的密实度和孔隙率密实度。密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度，用D表示。密实度的计算式如下0100%VDV亦可用材料的密度和体积密度计算000/100%/VmDVm任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.3材料的密实度和孔隙率孔隙率。孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，用P表示。孔隙率的计算式如下0000111100%VVVPDVV任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.3材料的密实度和孔隙率表2-1常用建筑材料的密度、体积密度、堆积密度和孔隙率材料名称(g/cm3)(kg/m3)(kg/m3)P(%)石灰岩2.601800～2600—0.2～4花岗岩2.60～2.802500～2800—1普通混凝土2.602200～2500—2.60～2.80碎石2.60～2.70—1400～1700—砂2.60～2.70—1350～1650—粘土空心砖2.501000～1400—20～40水泥3.10—1000～1100(疏松)—木材1.55——55～75钢材7.85——0铝合金2.7——0泡沫塑料1.04～1.0720～50——任务2.1材料的组成和结构2.1.3材料的结构状态参数2.1.3.4材料的填充率和空隙率填充率00100%100%VDV空隙率001100%1100%VPV任务2.2材料与水有关的性质2.2.1材料的亲水性与憎水性材料与水接触时，首先遇到的问题就是材料能否被水所湿润。湿润是水被材料表面吸附的过程，它与材料本身的性质有关。图2-2材料的湿润示意图(a)材料的亲水性；(b)材料的憎水性任务2.2材料与水有关的性质2.2.2材料的吸水性与吸湿性2.2.2.1吸水性211100%wmmWm21001100%wvwVmmWVV质量吸水率体积吸水率质量吸水率，%体积吸水率，%m2——材料在吸水饱和状态下的质量，g；m1——材料在绝对干燥状态下的质量，g；材料所吸收水分的体积，cm3水的密度，常温下可取1g/cm3任务2.2材料与水有关的性质2.2.2材料的吸水性与吸湿性2.2.2.2吸湿性k1H1100%mmWm材料的含水率，%；材料吸湿后的质量，g材料在绝对干燥状态下的质量，g影响材料吸湿性的因素，除材料本身的化学组成、结构、构造及孔隙外，还与环境的温、湿度有关。材料堆放在工地现场，不断向空气中挥发水分，又同时从空气中吸收水分，其稳定的含水率是达到挥发与吸收动态平衡的一种状态。任务2.2材料与水有关的性质2.2.3材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。bRgfKf材料的软化系数材料饱水状态下的抗压强度，MPa；材料干燥状态下的抗压强度，MPa任务2.2材料与水有关的性质2.2.4材料的抗渗性材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质。建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其他缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其他缺陷渗透到低压侧。任务2.2材料与水有关的性质2.2.4材料的抗渗性2.2.4.1渗透系数sAtHWKd材料的渗透系数，cm/h时间t内的渗水总量，cm3材料垂直于渗水方向的渗水面积，cm2材料两侧的水压差，cm渗水时间，h材料的厚度，cm材料的值愈小，则其抗渗能力愈强。工程有部分材料的防水能力就是以渗透系数来表示的，如屋面防水卷材、防水涂料等均采用渗透系数表示。sK任务2.2材料与水有关的性质2.2.4材料的抗渗性2.2.4.2抗渗等级建筑工程中，为直接反应材料适应环境的(防水)能力，对一些常用材料(如混凝土、砂浆等)的抗渗(防水)能力常以抗渗等级表示。亲水性孔隙率孔隙特征裂缝缺陷任务2.2材料与水有关的性质2.2.5材料的抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏、强度也不显著降低的性质。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是指材料在标准试验条件下，经过多次冻融，强度下降不大于25%，质量损失不大于5%，所能经受的最多冻融循环次数。如抗冻等级为F10的材料，表示材料所能经受的冻融循环次数最多为10次。任务2.2材料与水有关的性质2.2.6材料的霉变性和腐朽性材料霉变材料在潮湿或温暖的气候条件下受到真菌侵蚀，在材料的表面产生绒毛状的或棉花状的，颜色从白色到暗灰色至黑色，有时也会显出蓝绿色、黄绿色或微红色的物质。任务2.2材料与水有关的性质2.2.6材料的霉变性和腐朽性材料腐朽材料在使用过程中受到酸、碱、盐以及真菌等各种腐蚀介质的作用，在材料内部发生一系列的物理、化学变化，使材料逐渐受到损害，性能改变，力学性质降低，严重时会引起整个材料彻底破坏的现象。任务2.3材料与热有关的性质2.3.1材料的热容性材料的热容性，是指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的能力，它以材料升温或降温时热量的变化来表示，即热容量，其计算公式为12()QMCtt材料的热容量，kJ材料的质量，kg材料受热或冷却前后的温差，K材料的比热，kJ/(kg·K)任务2.3材料与热有关的性质2.3.1材料的热容性其中比热(C)值是真正反映不同材料间热容性差别的参数。可以在实验室条件下检测材料在温度变化时的热量释放量，再由下式求出12()QCMttC值的物理意义是质量为1kg的材料，在温度每改变1K时所吸收或放出热量的大小。任务2.3材料与热有关的性质2.3.2材料的热导性材料的导热性，是指材料两侧有温差时，材料将热量由温度高的一侧向温度低的一侧传递的能力，也就是传导热的能力。12()QdTTAt材料的导热系数，W/(m·K)传导的热量，J材料的厚度，m材料的传热面积传热时间，h材料两侧的温度差，K任务2.3材料与热有关的性质2.3.3材料的热变形性材料的热变形性，是指材料在温度升高或降低时体积变化的性质。，材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为12()LTTL线膨胀量或线收缩量，mm或cm材料升(降)温前后的温度差，K材料在常温下的平均线膨胀系数，1/K材料原来的长度，mm或cm任务2.4材料的力学性质2.4.1材料的强度材料的强度是指材料在外力(荷载)作用下，抵抗破坏的能力。剪力压力拉力材料所受的外力弯曲任务2.4材料的力学性质2.4.1材料的强度材料的强度是指材料在外力(荷载)作用下，抵抗破坏的能力。抗剪强度抗压强度抗拉强度材料抵抗这些外力破坏的能力抗弯强度任务2.4材料的力学性质2.4.1材料的强度图2-3材料的几种受力状态(a)材料受压；(b)材料受拉；(c)材料受剪；(d)材料受弯任务2.4材料的力学性质2.4.1材料的强度材料的抗压、抗拉、抗剪强度可按下式计算FfA材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPa材料受压、受拉、受剪破坏时的荷载，N材料的受拉、受压、受剪面积，mm2任务2.4材料的力学性质2.4.1材料的强度材料的抗弯强度(也称抗折强度)与材料受力情况有关，试验时将试件放在两个支点上，若中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，抗弯强度可按下式计算f232FLfbh抗弯强度，MPa材料试件受弯时的破坏荷载，N材料试件两支点间的距离，mm材料试件的截面宽度、高度，mm强度是材料的主要技术性能之一，不同材料的强度，可按规定的标准试验方法确定。材料可根据强度值大小划分若干等级。任务2.4材料的力学性质2.4.2弹性与塑性弹性是指材料在外力作用下发生变形，当外力解除后，能完全恢复到变形前形状的性质，这种变形称为弹性变形或可恢复变形。塑性是指材料在外力作用下发生变形，当外力解除后，不能完全恢复原来形状的性质。任务2.4材料的力学性质2.4.2弹性与塑性图2-4材料的σ-ε变形曲线任务2.4材料的力学性质2.4.3脆性与韧性是指材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，且破坏时无明显塑性变形的性质。脆性材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大的能量产生一定的变形而不破坏的性质。韧性任务2.4材料的力学性质2.4.4硬度与耐磨性耐磨性硬度是指材料表面耐较硬物体刻划或压入而产生塑性变形的能力。是指材料表面抵抗磨损的能力。12mmGA材料的磨耗率，g/cm2材料磨损前的质量，g材料磨损后的质量，g材料试件的受磨面积，cm2材料的磨耗率G值越低，表明该材料的耐磨性越好。一般硬度较高的材料，耐磨性也较好。工程实际中也可通过选择硬度合适的材料来满足对耐磨性的要求。任务2.5材料的耐久性2.5.1材料的耐久性与使用寿命材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持