第一章 建筑材料的基本性质

第一章建筑材料的基本性质第一章建筑材料的基本性质定义：材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。材料是构成土木工程建筑物的物质基础。直接关系建筑物的安全性、功能性以及使用寿命和经济成本。材料的基本性质第一章建筑材料的基本性质(1)物理性质包括表示材料物理状态特征及与各种物理过程有关的性质。(2)力学性质指材料在力作用下,有关抵抗破坏和变形的能力的性质。(3)耐久性指材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力。第一章建筑材料的基本性质第一节材料的物理性质主要内容材料与质量有关的性质材料与水有关的性质材料与热有关的性质材料的声学性能材料的光学性能第一章建筑材料的基本性质一、材料与质量有关的性质根据材料所处状态的不同，材料的密度可以分为密度，表观密度和堆积密度。（一）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，按下式计算：Vm式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3m—材料在干燥状态下的质量，g或kgV—材料在绝对密实状态下的体积，cm3或m3测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。第一章建筑材料的基本性质第一章建筑材料的基本性质（二）表观密度（或体积密度）表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：00Vm式中ρ0—材料的表观密度,g/cm3或kg/m3m—在自然状态下材料的质量，g或kgV0—在自然状态下材料的体积，cm3或m3第一章建筑材料的基本性质在自然状态下，材料内部的孔隙有两种，即开口孔和闭口孔。常将包括所有孔隙在内时的密度称为表观密度。而将只包括闭口孔在内时的密度称为视密度。视密度：适用范围及测定方法：已经是粒状的材料，如：砂、石子、水泥等,不再磨细，直接用排水法测定其体积。第一章建筑材料的基本性质砖截面开孔陶瓷第一章建筑材料的基本性质大多数材料的体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量，因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关。第一章建筑材料的基本性质（三）堆积密度堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。式中ρ0，—材料的堆积密度,g/cm3或kg/m3m—材料的质量，g或kgV0，—材料的堆积体积，cm3或m3第一章建筑材料的基本性质散粒状堆积材料的堆积体积包括两个内容，一是材料颗粒内部的孔隙，二是颗粒与颗粒之间的空隙。在工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。第一章建筑材料的基本性质（四）密实度与孔隙率1、密实度定义：材料体积内被固体物质所充实的程度。用D来表示。对于绝对密实材料，因ρ0=ρ，故密实度D=1或100%。对于大多数土木工程材料，因ρ0〈ρ，故密实度D‹1或D‹100%。ρ—密度；ρ0—材料的表观密度第一章建筑材料的基本性质2、孔隙率材料的孔隙率是指材料孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P。按下式计算：V—材料的绝对密实体积，cm3或m3V0—材料的表观体积，cm3或m3ρ0—材料的表观密度,g/cm3或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3显然，D+P=1。第一章建筑材料的基本性质孔隙率反映了材料内部孔隙的多少，直接影响材料的多种性质。孔隙率越大，则材料的表观密度、强度越小，耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐久性越差，而吸水性、吸声性、保温性、吸水性与吸湿性越强。第一章建筑材料的基本性质硅藻土是一种环保新材料，孔隙率高，是活性炭的几千倍，同时它还是一种纯天然纳米孔径结构新型材料之一，具有超强的吸附性。第一章建筑材料的基本性质（五）填充率和空隙率二者表示互相填充的疏松致密的程度。1、填充率定义：散粒状材料在堆积体积内被颗粒所填充的程度，用D/表示。第一章建筑材料的基本性质2、空隙率空隙率是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P，按下式计算：第一章建筑材料的基本性质（六）压实度定义：指散粒状材料被压实的程度。即散粒状材料经压实后的干堆积密度ρ/值与该材料经充分压实后的干堆积密度ρ/m值的比率百分数。用Ky表示。第一章建筑材料的基本性质二、材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。表面与水亲和力较强的材料称为亲水性材料。反之称为憎水性材料。工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角θ愈小，表明材料愈易被水润湿。第一章建筑材料的基本性质a、亲水性材料90º亲水性=0º完全润湿图1－1材料润湿示意图b、憎水性材料90º憎水性=180º完全不润湿第一章建筑材料的基本性质2.吸湿性与吸水性定义：材料在潮湿空气中吸收水分的能力。以含水率表示，即含水率是指材料内部所含水质量占材料干燥质量的百分数。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。第一章建筑材料的基本性质含水率以Ｗ表示，其计算公式为：式中mk——材料吸湿状态下的质量（ｇ或kg）m1——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。显然，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。第一章建筑材料的基本性质2.材料的吸水性定义：材料在水中吸收水分达到饱和的能力。用吸水率表示。2.1质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以ｗw表示。质量吸水率ｗw的计算公式为：式中m2——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg）m1——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。第一章建筑材料的基本性质2.2体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WＶ表示。体积吸水率WＶ的计算公式为：式中m2——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg）m1——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。V0—材料在自然状态下的体积，（cm3或m3）ρw—水的密度,（g/cm3或kg/m3），常温下取ρw=1.0g/cm3第一章建筑材料的基本性质材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。注：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；而对于其他材料，经常采用质量吸水率。第一章建筑材料的基本性质例题：已知某种建筑材料试样的外形尺寸是150mm*150mm*150mm，孔隙率为24%，自然状态下的质量为8550g，吸水饱和后的质量为8977g，烘干后的质量为8230g。试求该材料的密度、表观密度、含水率、质量吸水率和体积吸水率率。第一章建筑材料的基本性质（三）耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数K：式中K——材料的软化系数f1—材料吸水饱和状态下的抗压强（MPa）。f—材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）第一章建筑材料的基本性质软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将Ｋ＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。第一章建筑材料的基本性质（四）抗渗性定义：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。以渗透系数k表示。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至(或最大到)0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。第一章建筑材料的基本性质（五）抗冻性材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。第一章建筑材料的基本性质抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。第一章建筑材料的基本性质三、材料与热有关的性质（1）导热性用导热系数λ来表示。导热系数的定义和计算式如下所示：传导热量式中：λ——导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ｑ－传导的热量，Ｊｄ—材料厚度，ｍ；Ｆ—热传导面积，m2Ｚ一热传导时间，h；（t2-t1）－材料两面温度差，K第一章建筑材料的基本性质在物理意义上，导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1Ｋ时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1㎡)的热量。显然，导热系数越小，材料的隔热性能越好材料的导热系数决定于：(1)材料的化学组成、结构、构造；(2)孔隙率与孔隙特征、含水状况导热时的温度。第一章建筑材料的基本性质（2）热容量与比热定义：材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。热容量的大小用比热来表示。单位质量材料温度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热。比热的计算式如下所示：式中：C---材料的比热，J/（g·K）Q--材料吸收或放出的热量(热容量)m---材料质量，g（t2-t1）--材料受热或冷却前后的温差，K第一章建筑材料的基本性质（三）耐燃性和耐火性耐燃性：是材料抵抗燃烧的性质。它是影响建筑物防火和耐火等级的主要因素。《建筑内部装修防火设计规范》根据建筑材料燃烧性质不同可分为四类：（1）非燃烧材料（A级）如钢筋、玻璃、混凝土，石材等。（2）难燃材料（B1级）如沥青混凝土等。（3）可燃材料（B2级）如木材，沥青等。（4）易燃材料（B3级）如油漆、纤维织物等。第一章建筑材料的基本性质耐火性：材料在火焰或高温作用下，保持其不破坏、性能不明显下降的能力。用耐受时间来表示。（也可以用用耐火度表示）。根据耐火度的不同，可分为三类：（1）耐火材料，耐火度≥1580℃（2）难熔材料，耐火度1350℃～1580℃（3）易熔材料，耐火度≤1350℃注：耐燃的材料不一定耐火，耐火的一般都耐燃。第一章建筑材料的基本性质四、材料的声学性能（1）吸声性即声能穿透材料和被材料消耗的性质。用吸音系数表示。吸声系数在0~1之间，平均吸声系数》0.2的材料就为吸声材料。作用：抑制噪声和减弱声波的反射作用。常用于音乐厅、演播室、大会堂等内部装饰上。第一章建筑材料的基本性质（2）隔声性即材料阻止声波的传播，是控制环境中噪声的重要措施。用隔声量表示。隔声量越大，隔声性能就越好。第一章建筑材料的基本性质五、材料的光学性能（1）透光率光透过透明材料时，透过材料的光能与入射光能之比即为透光率或透光系数。（2）光泽度即为材料表面反射光线能力的强弱程度。与材料的颜色和表面光滑程度有关。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的力学性能力学性能是指材料在外力作用下，抵抗破坏和变形方面