建筑材料常见问题解答第2章基本性质

1建筑材料常见问题解答第2章建筑材料的基本性质1．一般的讲，建筑材料的基本性质可归纳为哪几类？答：一般的讲，建筑材料的基本性质可归纳为以下几类：物理性质：包括材料的密度、孔隙状态、与水有关的性质、热工性能等。化学性质：包括材料的的抗腐蚀性、化学稳定性等，因材料的化学性质相异较大，故该部分内容在以后各章中分别叙述。力学性质：材料的力学性质应包括在物理性质中，但因其对建筑物的安全使用有重要意义，故对其单独研究，包括材料的强度、变形、脆性和韧性、硬度和耐磨性等。耐久性：材料的耐久性是一项综合性质，虽很难对其量化描述，但对建筑物的使用至关重要。2．什么是材料的化学组成？答：材料化学组成的不同是造成其性能各异的主要原因。化学组成通常从材料的元素组成和矿物组成两方面分析研究。材料的元素组成，主要是指其化学元素的组成特点，材料的矿物组成主要是指元素组成相同，但分子团组成形式各异的现象。3．建筑材料的微观结构主要有哪几种形式？各有何特点？建筑材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和胶体等形式。晶体的微观结构特点是组成物质的微观粒子在空间的排列有确定的几何位置关系。一般来说，晶体结构的物质具有强度高、硬度较大、有确定的熔点、力学性质各向异性的共性。建筑材料中的金属材料（钢和铝合金）和非金属材料中的石膏及水泥石中的某些矿物等都是典型的晶体结构。玻璃体微观结构的特点是组成物质的微观粒子在空间的排列呈无序浑沌状态。玻璃体结构的材料具有化学活性高、无确定的熔点、力学性质各向同性的特点。粉煤灰、建筑用普通玻璃都是典型的玻璃体结构。胶体是建筑材料中常见的一种微观结构形式，通常是由极细微的固体颗粒均匀分布在液体中所形成。胶体与晶体和玻璃体最大的不同点是可呈分散相和网状结构两种结构形式，分别称为溶胶和凝胶。溶胶失水后成为具有一定强度的凝胶结构，可以把材料中的晶体或其他固体颗粒粘结为整体。如气硬性胶凝材料水玻璃和硅酸盐水泥石中的水化硅酸钙和水化铁酸钙都呈胶体结构。4．什么是材料的构造？按照材料宏观组织和孔隙状态的不同可将材料的构造分为哪些类型？2答：材料在宏观可见层次上的组成形式称为构造，按照材料宏观组织和孔隙状态的不同可将材料的构造分为以下类型：⑴致密状构造该构造完全没有或基本没有孔隙。具有该种构造的材料一般密度较大，导热性较高，如钢材、玻璃、铝合金等。⑵多孔状构造该种构造具有较多的孔隙，孔隙直径较大（㎜级以上）。该种构造的材料一般都为轻质材料，具有较好的保温隔热性和隔音吸声性能，同时具有较高的吸水性。如加气混凝土、泡沫塑料、刨花板等。⑶微孔状构造该种构造具有众多直径微小的孔隙，该种构造的材料通常密度和导热系数较小，有良好的隔音吸声性能和吸水性，抗渗性较差。石膏制品、烧结砖具有典型的微孔状构造。⑷颗粒状构造该种构造为固体颗粒的聚集体，如石子、砂和蛭石等。该种构造的材料可由胶凝材料粘结为整体，也可单独以填充状态使用。该种构造的材料性质因材质不同相差较大，如蛭石可直接铺设作为保温层，而砂、石可作为骨料与胶凝材料拌合形成砂浆和混凝土。⑸纤维状构造木材、玻璃纤维、矿棉都是纤维状构造的代表。该种构造通常呈力学各向异性，其性质与纤维走向有关，一般具有较好的保温和吸声性能。⑹层状构造该种构造形式最适合于制造复合材料，可以综合各层材料的性能优势，其性能往往呈各向异性。胶合板、复合木地板、纸面石膏板、夹层玻璃都是层状构造。5．材料的孔隙状况由哪三个指标来说明？各有何特点？答：材料的孔隙状况由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来说明。孔隙率是指孔隙在材料体积中所占的比例。一般孔隙率越大，材料的密度越小、强度越低、保温隔热性越好、吸声隔音能力越高。孔隙按其连通性可分为连通孔和封闭孔。连通孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的孔隙（如木材、矿渣）；封闭孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都不连通的孔隙（如发泡聚苯乙烯、陶粒）；界于两者之间的称为半连通孔或半封闭孔。一般情况下，连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大，而封闭孔对材料的保温隔热性能影响较大。孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、极细微孔三类。粗大孔指直径大于mm级的孔隙，其主要影响材料的密度、强度等性能。毛细孔是指直径在μm~mm3级的孔隙，这类孔隙对水具有强烈的毛细作用，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能。极细微孔的直径在μm以下，其直径微小，对材料的性能反而影响不大。矿渣、石膏制品、陶瓷锦砖分别以粗大孔、毛细孔、极细微孔为主。5．材料与质量有关的性质主要是指材料的哪些指标？答：材料与质量有关的性质主要是指材料的各种密度和描述其孔隙与空隙状况的指标。6．单体材料的体积主要由哪些体积组成？如何定义表观体积和堆积体积？答：单体材料的体积主要由绝对密实的体积V、开口孔隙体积（之和）V开、闭口孔隙体积（之和）V闭组成。绝对密实的体积V与闭口孔隙体积V闭的和定义为表观体积V′，而将材料的自然体积即V+V闭+V开（也即V+V孔）用V0表示。将材料的空隙体积（之和）V空与自然体积V0的和定义为材料的堆积体积，用V0′表示。7．什么是材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度？分别用什么方法求得?答：（1）密度密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。用下式表示Vmρ=(2—1)式中ρ—材料的密度（g/cm3或kg/m3）；m—材料的质量（g或kg）；V—材料在绝对密实状态下的体积（cm3或m3）。对于绝对密实而外形规则的材料如钢材、玻璃等，V可采用测量计算的方法求得。对于可研磨的非密实材料，如砌块、石膏，V可采用研磨成细粉，再用密度瓶测定的方法求得。（2）表观密度,=Vmρ‘（2—2）式中ρ，—材料的表观密度（g/cm3或kg/m3）；m—材料的质量（g或kg）；V′—材料的表观体积（cm3或m3）。对于颗粒状外形不规则的坚硬颗粒，如砂或石子，V可采用排水法测得，但此时所得体积为表观体积V′，4（3）体积密度材料的体积密度是材料在自然状态下，单位体积的质量，用下式表达：00=Vmρ（2—3）式中ρ0—体积密度（g/cm3或kg/cm3）；m—材料的质量（g或kg）；V0—材料的自然体积（cm3或m3）。材料自然体积的测量，对于外形规则的材料，如烧结砖，砌块，可采用测量计算方法求得。对于外形不规则的散粒材料，亦可采用排水法，但材料需经涂蜡处理。根据材料在自然状态下含水情况的不同，体积密度又可分为干燥体积密度、气干体积密度（在空气中自然干燥）等几种。（4）堆积密度材料的堆积密度是指粉状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量，用下式表达：/00Vmρ=/（2—4）式中ρ0′—堆积密度（g/cm3或kg/m3）；m—材料的质量（g或kg）；V0，—材料的堆积体积（cm3或m3）。材料的堆积体积可采用容积筒来量测。8．什么是材料的密实度和孔隙率？如何表示材料的密实度和空隙率？材料的密实度和孔隙率有何关系？答：材料的密实度和孔隙率（1）密实度密实度是指材料的体积内，被固体物质充满的程度，用D表示：%100×==00ρρVVD（2—5）（2）孔隙率孔隙率是指在材料的体积内，孔隙体积所占的比例，用P表示：%100×)1(=-=000ρρVVVP（2—6）（3）材料的密实度和孔隙率的关系P+D=1（2—7）即材料的自然体积仅由绝对密实的体积和孔隙体积构成。59．什么是材料的填充率与空隙率？如何表示材料的填充率与空隙率？材料的填充率与空隙率有何关系？答：材料的填充率与空隙率（1）填充率填充率是指散粒状材料在其堆积体积中，被颗粒实体体积填充的程度，以D，表示。%100×=%100×=0,0,0/ρρVVD0（2—8）（2）空隙率空隙率是指散粒材料的堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例，以P′表示。%)(%)(,,,100ρρ1100VV1P0000'（2—9）（3）材料的填充率与空隙率的关系P′+D′=1（2—10）空隙率反映了散粒材料的颗粒之间的相互填充的致密程度，对于混凝土的粗、细骨料，空隙率越小，说明其颗粒大小搭配的越合理，用其配制的混凝土越密实，水泥也越节约。10．材料与水有关的性质主要有哪些？答：材料与水有关的性质主要有：材料的亲水性和憎水性以及材料的吸水性、吸湿性、耐水性、抗冻性、抗渗性等。11．什么条件下材料是亲水的？什么条件下材料是憎水的？答：若润湿角θ≤90°，说明材料与水之间的作用力要大于水分子之间的作用力，故材料可被水浸润，称该种材料是亲水的。反之，当润湿角θ＞90°，说明材料与水之间的作用力要小于水分子之间的作用力，则材料不可被水浸润，称该种材料是憎水的。12．什么是材料的吸水性？材料的吸水性有哪两种表示方式？两种吸水率存在着什么关系？影响材料的吸水性的主要因素有哪些？材料的吸水率越大对材料的哪些性质又影响？答：（1）材料的吸水性是指材料在水中吸收水分达饱和的能力。（2）材料的吸水性有质量吸水率和体积吸水率两种表达方式，分别以WW和WV表示：6100%12×mmm=W1w（2—11）%100×1•=%100×=w0120wVρVmmVVW（2—12）式中Ww—质量吸水率（%）；Wv—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）；Vw—材料所吸收水分的体积（cm3）；ρw—水的密度，常温下可取1g/cm3。对于质量吸水率大于100%的材料，如木材等通常采用体积吸水率，而对于大多数材料，经常采用质量吸水率。（3）两种吸水率存在着以下关系：WV=Wwρ0/ρw（2—13）这里的ρ0应是材料的干燥体积密度，单位采用g/cm3。（4）影响材料的吸水性的主要因素有材料本身的化学组成、结构和构造状况，尤其是孔隙状况。一般来说，材料的亲水性越强，孔隙率越大，连通的毛细孔隙越多，其吸水率越大。（5）材料的吸水率越大，其吸水后强度下降越大，导热性增大，抗冻性随之下降。13．什么是材料的吸湿性？材料的吸湿性用什么来表达？影响材料吸湿性的因素有哪些？答：（1）材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的能力。（2）材料的吸湿性以含水率表达：%100×=11kmmmW(2—14)式中W—材料的含水率（%）；mK—材料吸湿后的质量（g）；m1—材料在绝对干燥状态下的质量（g）。（3）影响材料吸湿性的因素，除材料本身（化学组成、结构、构造、孔隙），还与环境的温湿度有关。714．什么是材料的耐水性？耐水性用什么表示？通常对耐水材料的软化系数有何要求？答：（1）耐水性是指材料在长期饱和水的作用下，不破坏、强度也不显著降低的性质。（2）耐水性用软化系数表示：ffKwp=（2—15）式中KP—软化系数，其取值在0~1之间；fW—材料在吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；f—材料在绝对干燥状态下的抗压强度（MPa）。（3）软化系数越小，说明材料的耐水性越差。通常Kp大于0.80的材料，可认为是耐水材料。15．什么是材料的抗渗性？抗渗性用什么来表示？材料的抗渗性主要哪些因素有关？答：（1）抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。（2）抗渗性可用渗透系数表示。在一定的时间t内，通过材料的水量Q与试件截面面积A及材料两则的水头差H成正比，而与试件厚度d成反比，而其比例数k即定义为渗透系数。即由：QdHAtk=可得HAtQdk（2—16）式中Q—透过材料试件的水量(cm3)；H—水头差。(cm)；A—渗水面积(cm2)；d—试件厚度(cm)；t—渗水时间（h）；k—渗透系数(cm/h)。材料的抗渗性，也可用抗渗等级P表示。即在标准试验条件下，材料的最大渗水压力（MPa）。如抗渗标号为P6，表示该种材料的最大渗水压力为0.6MPa。（3）材料的抗渗性主要与材料的孔隙状况有关。材料的孔隙率越大，连通孔隙越多，其抗渗性越差。绝对密实的材料和仅有闭口孔或极细微孔的材料实际是不渗水的。16．什么是材料的抗冻性？材料的抗冻性用什么来表示？抗冻等级是根据哪些因素决定的？答：（1）抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，抵抗多次冻融循环，不破坏、强8度也不显著降低的性质。（2）抗冻性用抗冻等级F表示。例如，抗冻等级F