建材课件-第二章建材基本性质1012

《建筑材料与检测》教学课件第二章建筑材料的基本性质适用专业：土建施工类专业配套教材：北大版建材与检测授课教师：☆☆☆副教授作者：河南建筑职业技术学院梅杨通过了解建筑材料的基本性质，初步具备判断材料的性质和正确运用材料的能力，为后续章节的学习和正确选择合理使用建筑材料奠定基础。学习目标能力目标知识要点权重掌握材料的物理性质及特点与质量、水有关性质；热工及声学性质65%掌握材料的力学性质材料的强度；弹性与塑性；脆性与韧性30%了解材料的耐久性材料的耐久性5%学习要求作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.1.1材料与质量有关的性能包括三种密度、密实度与孔隙率、填充率与空隙率等指标。1.三种密度2.1材料的基本物理性质1）实际密度ρ——绝对密实状态下材料单位体积的质量2）表观密度ρ0——自然状态下材料单位体积的质量3）堆积密度ρ0’——堆积状态下散粒材料单位体积的质量作者：河南建筑职业技术学院梅杨密度符号计算式习惯单位对应状态研究对象测定方法注意事项V及ρ比较实际密度ρg/cm3绝对密实固体材料磨细排水法理想状态V≤V0≤V0’ρ≥ρ0≥ρ0’表观密度ρ0kg/m3自然状态固体材料涂蜡排水法其值受含水率影响堆积密度ρ0’kg/m3堆积状态散粒材料容量筒法堆积有紧密与松散态之分材料的几种密度比较mρ=V00mρ=V0/0mρ=V/作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.材料的密实度与孔隙率1）密实度D——材料体积内被固体物质所充实的程度2）孔隙率P——材料体积内孔隙总体积(VP)占材料总体积(V0)的百分率00ρVD=100%100%Vρ0000V-VρVP=100%1-100%1-100%VVρ作者：河南建筑职业技术学院梅杨3）材料的孔隙材料内部孔隙一般由自然形成或在生产、制造过程中产生。材料的孔隙构造特征对建筑材料的各种基本性质具有重要的影响，一般可由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来描述。■一般而言，孔隙率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗渗性和抗冻性较好，绝热效果好。■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。■粗大孔(mm级)对材料的密度、强度等性能影响较大，如矿渣;毛细孔(μm至mm级)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。作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.1材料的基本物理性质3.材料的填充度与空隙率1）密实度D’——散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度2）孔隙率P’——散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积(Va)占堆积体积(V0’)的百分率//00/00VρD=100%100%Vρ////0000//000V-VVρP=100%1-100%1-100%1DVVρ作者：河南建筑职业技术学院梅杨常用建筑材料的三种密度和孔隙率对照典型材料密度ρ(g/cm3)表观密度ρ0(kg/m3)堆积密度ρ0’(kg/m3)孔隙率P(%)石灰岩花岗岩碎石(石灰岩)砂粘土普通粘土砖粘土空心砖水泥普通混凝土轻骨料混凝土木材钢材泡沫塑料玻璃2.602.6～2.92.602.602.602.5～2.82.503.10——1.557.85—2.551800～26002500～2800———1600～18001000～1400—2100～2600800～1900400～800785020～50———1400～17001450～16501600～1800——1200～1300———————0.5～3.0———20～40——5～20—55～750——作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.1.2材料与水有关的性能主要包括吸水性、吸湿性、抗冻性、抗渗性等指标。1.亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性。典型的亲水性材料包括砖、混凝土、木材等，见下左图。材料在空气中与水接触是不能被水润湿的性质，称为憎水性（也称疏水性）。典型的憎水性材料包括沥青、玻璃、金属、石蜡等，见下右图。2.1材料的基本物理性质作者：河南建筑职业技术学院梅杨大多数建筑材料，如石料、砖及砌块、混凝土、木材等都属于亲水性材料；而憎水性材料不仅可用作防水材料，而且还可用于亲水性材料的表面处理，以降低其吸水性。2.吸水性指材料在浸水状态下吸入水分的能力，以质量吸水率(W质)表示,也可用体积吸水率(W体)表示。材料吸水性，不仅取决于材料本身的亲憎水性，还与其孔隙率的大小及孔隙特征有关。m-mW100%m干湿质干作者：河南建筑职业技术学院梅杨材料吸水后，许多性能会发生改变，如强度降低、表观密度加大、保温效果变差，甚至有的材料会因吸水发生化学反应而变质。3.吸湿性指材料在潮湿空气中吸收空气中水分的能力，以含水率(W含)表示。材料的含水率，除与材料本身特性有关外，还与周围环境的温度、湿度有关。W含,max=W质。m-mW100%m干含含干作者：河南建筑职业技术学院梅杨4.耐水性指材料长期在饱和水作用下而不破坏，其强度也不显著降低的性质，其表征指标为软化系数(K软)。材料的K软在0～1之间，K软愈小，耐水性愈差。通常K软大于0.80的材料被认为是耐水材料。K=ff饱软干5.抗渗性（不透水性）指材料抵抗压力水渗透的性质，可用渗透系数K表示，工程中砂浆及混凝土等材料用抗渗等级（如P6、P8、P10等）表示其抗渗性。材料抗渗性与材料的孔隙率和孔隙特征有密切关系，孔隙率小且封闭孔隙多的材料具有较高抗渗性。作者：河南建筑职业技术学院梅杨6.抗冻性指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用(冻融循环)而不破坏，同时也不严重降低强度，质量也不显著减少的性质。材料受冻破坏机理：冻融循环的影响——材料内部孔隙中的水分结冰时体积增大(9%)，对孔壁产生很大压力，冰融化时压力又骤然消失，材料冻融交界层间产生明显的压力差，并作用于孔壁使材料受损。材料的抗冻性的表征指标多用抗冻等级，混凝土的抗冻等级就以符号“F”加数字表示，数字为最大耐受冻融循环次数，如F50、F100。材料的抗冻性决定于材料的吸水饱和程度和材料对结冰时体积膨胀所产生压力的抵抗能力，其影响因素即为材料孔隙率和孔隙构造特征、自身强度等。作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.1.3材料的热工性能主要包括导热性、热容量、保温隔热性、抗渗性等指标。1.导热性指材料传导热量的能力,表征指标为λ。材料的导热系数越小，绝热性能越好。各种建筑材料的导热系数差别很大，大致在0.035～3.5W／(m·K)之间。材料导热系数的影响因素主要包括：孔隙率、孔隙构造特征和含水率等。一般来讲，材料孔隙率较小、微孔和封闭孔较多、含水率低（干燥）则其导热性较小。21()QAtTT作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.热容量指材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。其表征指标为比热容C(简称比热)。比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。采用热容量大的围护材料，对于保持室内温度稳定具有重要意义。21()QCmTT典型材料及物质的热工性质材料名称钢材混凝土松木烧结普通砖花岗岩密闭空气水比热J/(g.K)0.480.842.720.88O.921.OO4.18导热系数w/(m.K)581.511.17～0.350.803.490.0230.58作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.1.3材料的声学性能1.材料的吸声性能被材料吸收的声能（包括穿透材料的声能在内）与传递给材料的全部声能之比，是评定材料吸声性能好坏的主要指标，称为吸声系数α。吸声系数在0～1之间，系数越大，则吸声效果越好。3.材料的保温隔热性能工程中l/λ称为材料的热阻，用R表示，单位为(m·K)／W。导热系数λ和热阻R都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。习惯上把防止室内热量的散失称为保温，把防止外部热量的进入称为隔热，将保温隔热统称为绝热。λ≤0.175W／(m·K)的材料称为绝热材料。作者：河南建筑职业技术学院梅杨一般来讲，材料内部孔隙越多、越细小，吸声效果越好。但对同一种多孔材料，孔隙率减小时，对低频声波的吸声效果有所提高，而高频吸声效果则有所降低。2.材料的隔声性能声音按其传播途径有空气声（通过空气传播的声音）和固体声（通过固体的撞击或振动传播的声音）两种，两者隔声的原理不同。一般选用密度大的材料（如钢筋混凝土、实心砖等）作为隔绝空气声的材料；而对固体声隔绝的最有效的措施是断绝其声波继续传递的途径，即在产生和传递固体声波的结构（如梁、框架与楼板、隔墙，以及它们的交接处等）层中加入具有一定弹性的衬垫材料，以阻止或减弱固体声波的继续传播。结构的隔声性能用隔声量表示，隔声量是指入射与透过材料声能相差的分贝（dB）数。隔声量越大，隔声性能越好。作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.2.1材料的强度和比强度1.材料的强度指材料抵抗外力(荷载)作用引起的破坏的最大能力。工程上通常采用破坏试验法对材料强度进行实测：将预先制作的试件放置在试验机上，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。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。材料的抗拉、抗压、抗剪强度的计算式如下：2.2材料的力学性能maxFfA式中：f——材料强度，MPaFmax—材料破坏时的最大荷载，NA——试件受力面积，mm2作者：河南建筑职业技术学院梅杨材料静力强度分类a—抗拉强度b—抗压强度c—抗剪强度d—抗弯强度材料抗弯(折)强度计算式：max232mFLfbh式中：fm———材料的抗弯强度，MPaFmax——材料受弯破坏时的最大荷载，NA———试件受力面积，mm2L———两支点的间距，mmb、h——试件横截面的宽及高，mm作者：河南建筑职业技术学院梅杨试验测出的材料强度值，主要取决于材料的组成、结构等内在因素，但会受到试验条件（如试件的形状、尺寸、表面状态、含水率、温度及试验时加荷速度等）的影响。为使试验结果具有可比性，材料强度的测定必须按照统一的标准试验方法进行。2.强度等级一般建筑材料，根据其极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级，便于生产、设计及施工。如混凝土按抗压强度分为C15至C80等14个强度等级；烧结多孔砖按抗压强度分为MU10至MU30等6个强度等级。3.比强度指按单位质量计算的材料强度，其值等于材料的强度与其表观密度之比，它是衡量材料轻质高强的一个主要指标。优质结构材料的比强度应比较高，如镁铝合金、玻璃钢等。作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.2.2材料的弹性和塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种当外力取消后瞬间内即可完全消失的变形，称为弹性变形(或瞬时变形)。材料在外力作用下产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为塑性。这种不能消失的变形，称为塑性变形(或永久变形)。有些材料受力不大时，仅产生弹性变形；受力超过一定限度后，即产生塑性变形，如建筑钢材；有的材料受力时弹性变形和塑性变形同时产生，如果取消外力，则弹性变形可以消失，而其塑性变形则不能消失，称为弹塑性材料，普通混凝土硬化后可看作典型的弹塑性材料。作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.2.3材料的脆性和韧性当材料作用的外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质，称为脆性。脆性材料抵抗冲击荷载或震动作用的能力很差，其抗压强度比抗拉强度高得多（俗称耐压不耐拉），且破坏后材料断口平齐，典型的脆性材料包括混凝土、玻璃、砖、石、陶瓷等。在冲击、震动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，产生一定的变形而不致被破坏的性能，称为韧性。韧性材料具有较好的抗冲击性能，其抗拉强度一般较大，破坏后材料断口不规则，建筑钢材、木材、塑料等属于韧性较好的材料。建筑工程中，对于要承受冲击荷载和有抗震要求的结构，其材料要考虑材料的冲击韧性。作者：河南建筑职业技术学院梅杨2.2.4材料的硬度和耐磨性指材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划