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第一章建筑材料的基本性质第一节材料的基本物理性质第二节材料的力学性质第三节材料的声学性与装饰性第四节材料的耐久性材料的体积组成单体材料的体积构成：绝对密实的体积V、开口孔隙体积V开、闭口孔隙体积V闭。自然体积V0绝对密实的体积V闭口孔隙体积V闭开口孔隙体积V开堆积材料：堆积体积V0’自然体积V0空隙体积V空第一节材料的基本物理性质一、与质量有关的性质（一）密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量。=m/v（kg/m3）式中——密度m——材料的质量，kg。v——材料在绝对密实状态下的体积，m3。测定方法：几何法、排液法(密度瓶法）。视密度（二）表观密度多孔固体材料在自然状态下单位体积的重量。。=m/v。式中。——表观密度，kg/m3。m——材料的质量，kg。V。——材料的自然体积，m3。测量方法：几何法、排水法或排油法(表面蜡封）（三）堆积密度粉状、颗粒状材料在堆积状态下单位体积的重量。。`=m/v。`（kg/m3）式中。`——堆积密度m——材料的质量，kg。v。`——材料的堆积体积，m3。影响因素：散粒材料的视密度、含水率、堆积的疏密程度（四）密实度与孔隙率•1、密实度：是指材料体积内，被固体物质充满的程度，用D表示。D=v/v。100%=。/100%•2、孔隙率：是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。P=（v。-v）/v。100%=（1-。/）100%D+P=1（五）填充率、空隙率•1、填充率：是指散粒材料在其堆积体积中，被颗粒实体体积填充的程度，用D`表示。D`=v。/v。`100%=。`/。100%•2、空隙率：是指散粒材料在其堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例，以P`表示。P`=（v。`-v。）/v。`100%=(1-。`/。）100%D`+P`=1二、材料与水有关的性质（一）亲水性与憎水性在材料、水、空气三相交点处，沿水滴表面所作切线，切线经过水与材料表面的夹角称为润湿角，润湿角可能出现如下两种情况，如下图所示。（a）亲水性材料（b）憎水性材料材料浸润示意图气气液液固固a.润湿角θ≤90º的材料为亲水性材料，如砖、石料、混凝土、木材等。b.润湿角180ºθ90º的材料，如沥青、石蜡、塑料等。这些憎水性材料常用于防水、防潮、防磨材料，也可以用作亲水性材料的表面处理，以提高其耐久性。c.当θ=0º时，完全被水润湿。（a）亲水性材料（b）憎水性材料材料浸润示意图气气液液固固（二）吸水性吸水性是指材料在水中吸收水分的性质，有质量吸水率和体积吸水率两种表达方式，分别以W质和W体表示：W质=(m吸-m干)/m干100%W体=V水/V干=(m吸-m干)/（V干w）100%式中W质——质量吸水率（%）；W体——体积吸水率（%）；m吸——材料在吸水饱和状态下的质量；m干——材料在绝对干燥状态下的质量（g）；V水——材料所吸收水分的体积（cm3）；w——水的密度，常温下可取1g/cm3。两种吸水率的关系：W体=W质0影响材料吸水性的主要因素：材料的化学组成、结构和构造状况，尤其是孔隙状况。（三）吸湿性干燥材料在空气中，吸收空气中水分的能力。用含水率表示。W含=(m含-m干）/m干100%式中W含——材料的含水率（%）；m含——材料吸湿后的质量（g）；m干——材料在绝对干燥状态下的质量（g）。（四）耐水性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称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，可按下式计算K软=f饱/f干式中K软——材料的软化系数，取值在0～1之间；f饱——材料在吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；f干——材料在绝对干燥状态下的抗压强度(MPa)。软化系数越小，材料耐水性越差。材料浸水后，会降低材料组成微粒间的结合力，引起强度的下降。b.软化系数大于0.8的材料，通常可以认为是耐水材料。c.对于经常位于水中或处于潮湿环境中的重要建筑物所选用的材料要求其软化系数应大于0.85；d.对于受潮较轻或次要建筑物所用的材料，软化系数容许稍有降低，但不宜小于0.7。（五）抗渗性材料抵抗压力水或其它液体渗透的性质称为抗渗性（不透水性）。a.渗透系数材料在压力水作用下透过水量的多少遵守达西定律，即在一定时间内，透过材料试件的水量与试件的渗水面积及水头差成正比，与试件厚度成反比，如图所示，用公式表示为Q=k•（HAt）/d可得k=Qd/(HAt)式中k——渗透系数（cm/h）；Q——透过材料试件的水量（cm3）；t——渗水时间（h）；A——渗水面积（cm2）；H——水头差（cm）；d——试件厚度（cm）。hWdb.抗渗等级在标准试验条件下，材料的最大渗水压力（MPa)。用P表示。混凝土和砂浆抗渗性的好坏常用抗渗等极来表示。材料的抗渗性主要与材料的孔隙状况有关。（六）.抗冻性材料在吸水饱和状态下，抵抗多次冻融循环，不破坏、强度也不显著降低的性质。抗冻性用抗冻等级F表示。例如：F10三、材料的热工性质（一）导热性材料传导热量的性质称为导热性。材料导热性的大小用导热系数λ表示。λ=Qd/[At(T1-T2)]式中λ——导热系数，W/（m.K）；Q——传导的热量，J；A——热传导面积，m2；d——材料厚度，m；t——热传导时间，s；T1-T2——材料两侧温差，K。导热系数越小，材料的保温隔热性越强。λ小于0.23W/(m•K)的材料称为绝热材料。与材料导热系数有关的因素：a.材料的化学组成和物理结构b.孔隙状况c.环境的温湿度（二）热容材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为热容。比热容是单位质量的材料，温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量，用下式表示C=Q/[m(T2-T1)]式中C——材料的比热容，J/（g.k）；Q——材料吸收或放出的热量，J；m——材料的质量，g；T2-T1——材料受热或冷却前后的温度差（K）。材料的热容用热容量表示，等于比热容C与质量m的乘积，单位为kJ/K。（三）材料的温度变形性温度升高或降低时材料的体积变化程度。单向尺寸上表现为线膨胀或线收缩。技术指标为线膨胀系数（α）LL）（21tt式中ΔL——线膨胀或线收缩量（mm）；（t1-t2）——材料升降温前后的温度差（K）；α——材料在常温下的平均线膨胀系数（1/K）；L——材料原来的长度（mm）。第二节材料的力学性质前面我们讲了材料的物理性质，下面我要给大家介绍材料的另外一种性质——力学性质。材料的力学性质是指材料在外力作用下，抵抗破坏的能力和变形方面的性质。应力：作用于材料表面或内部单位面积的力。用σ表示。应变：材料在外力作用方向上，所发生的相对变形值。用ε表示。ε=ΔL/L（ΔL为试件受力方向上的变形值，L为试件原长）。一、材料的强度1.材料的强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。定量描述为材料在外力作用下发生破坏时的极限应力值，用f表示。单位为兆帕（MPa）抗压强度材料抵抗压力破坏能力抗拉强度材料抵抗拉力破坏能力抗弯强度材料抵抗弯曲破坏能力抗剪强度材料抵抗剪力破坏能力材料基本强度的分类表和计算公式2.影响材料试验结果的因素（1）主要因素是材料的组成及构造a、构造越致密、越均匀，强度越高b、内部构造非均质，不同方向强度不同（2）实验条件a、试件的形状和大小：大试件小于小试件，棱柱体小于正立方体b、加荷速度：速度越快，强度值越高木材纹理混凝土路面c、表面状况：承压板与试件间摩擦越小，强度值越低（3）温度：温度越高，强度值越低（4）含水情况：含水试件小于干燥试件为使测试结果准确、可靠、具有可比性，必须严格按照标准试验方法进行强度的测试。3.强度等级a、材料按强度的分级，人为划分，不连续。b、来源于强度，不等同于强度。不同种类的材料抵抗不同形式力的作用，按其相应极限强度的大小，划分为若干不同的强度等级。水泥、石材、砖、混凝土、砂浆：主要用于承压部位，抗压强度来划分强度等级。建筑钢材：主要用于承受拉力荷载，以其屈服强度作为划分强度等级的依据。4.比强度材料的强度与其质量密度之比，衡量材料轻质高强性能的指标。如松木（0.2）和低碳钢（0.054）。低碳钢丝松木二、材料的弹性和塑性1、弹性：弹性是指材料在外力作用下产生变形，外力取消后，能完全恢复原来形状和大小的性质。这种变形称为弹性变形或可恢复变形。明显具有弹性变形特征的材料称为弹性材料。弹性模量：E=σ/ε，反映材料抵抗变形能力的指标，其值越大，表明材料的刚度越大。2、塑性：塑性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种变形称为塑性变形或残余变形，明显具有塑性变形特征的材料称为塑性材料。3、弹塑性材料实际上，纯弹性与纯塑性的材料都是不存在的。大部分材料是弹性、塑性分阶段发生。a.低碳钢在受力不大时，仅产生弹性变形，此时，应力与应变的比值为一常数。随着外力增大至超过弹性极限后，则出现另一种变形——塑性变形。b.混凝土，在它受力一开始，弹性变形和塑性变形就同时发生，除去外力后，弹性变形可以恢复（消失），而塑性变形不能消失，这种变形称为弹塑性变形，其应力应变如下图所示，具有这种变形特征的材料叫做弹塑性材料。三、材料韧性和脆性1.韧性（1）韧性的定义韧性是指材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，产生一定的变形，而不至破坏的性能，又叫冲击韧度。具有这种性质的材料叫韧性材料。变形0荷载（2）韧性材料的特点a.塑性变形大b.受力时产生的抗拉强度接近或高于抗压强度c.破坏前有明显征兆d.主要适用于承受拉力或动荷载。木材、建筑钢材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁等需要承受冲击荷载和有抗震要求的结构用建筑材料均应具有较高的韧性。沥青混凝土路面吊车梁2、脆性：脆性是指材料在外力达到一定限度时，材料发生无先兆的突然破坏，且破坏时无明显塑性变形的性质。具有这种破坏性质的材料称为脆性材料。荷载变形o四、材料的硬度和耐磨性1.硬度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。硬度大的材料耐磨性较好，但不易加工。一般说，硬度较大的材料，强度也较高，有些材料硬度与强度之间有较好的相互关系。硬度的测定方法：压入法：韧性材料，布氏硬度、洛氏硬度刻划法；脆性材料，莫氏硬度，10级2.耐磨性指材料表面抵抗磨损的能力，用磨损率表示，等于试件在标准试验条件下磨损前后的质量差与试件受磨表面积之商。磨损率越大，材料的耐磨性越差。地面、路面等经常受摩擦的部位要求材料有较好的耐磨性能。硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材料，耐磨性较好。第三节材料的声学性与装饰性一、材料的声学性质声源：发出声音的发声体声波入射到建筑材料表面产生三种现象反射声音返回到声源一侧产生杂生透射对相邻空间产生噪声干扰吸收被材料吸收形成其他能量吸声系数0EE二、材料的吸声性能定义：材料吸收声波的能力。影响因素：a.声波方向和频率b.材料孔隙率和孔隙构造应用：使材料表面具有不同孔径的孔隙孔木吸音板0EE三、材料的隔声性能透射系数隔绝空气声反射墙或板的单位面积质量隔绝固体声吸声采用不连续结构四、材料的装饰性材料对所覆盖建筑物外观美化的效果。作用：美化建筑物、保护建筑主体、防水、保温装饰效果体现：a.色彩b.质感c.尺寸、形状、纹理第四节材料的耐久性1、耐久性的定义耐久性是指材料在使用过程中，抵抗各种自然因素及其它有害物质长期作用，能长久保持其原有性质的能力。2、耐久性的含义耐久性是衡量材料在长期使用条件下的安全性能的一项综合指标，包括抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等。3、材料耐久性降低的机理材料在使用过程中，会与周围环境和各种自然因素发生作用。这些作用包括物理、化学和生物的作用（1）物理作用一般是指干湿变化、温度变化、冻融循环等。这些作用会使材料发生体积变化或引起内部裂纹的扩展，而使材料逐渐破坏，如混凝土、岩石、外装修材料的热胀冷缩等。（2）化学作用包括酸、碱、盐等物质的水溶液及有害气体的侵蚀作用。这些侵蚀作用会使材料逐渐变质而破坏，如水泥石的腐蚀，钢筋的锈蚀、混凝土在海水中的腐蚀、石膏