建筑概论第一章 建筑工程材料_第一讲材料的物理性质

建筑材料河北联合大学轻工学院土木工程部杨贵金第一章材料的性质本讲目的要求及重点难点：【目的要求】了解建筑材料的分类、掌握建筑材料的基本性质。【重点】建筑材料的基本性质。【难点】建筑材料的基本性质1.1概论1.1.1建筑工程材料的分类及检验评定标准1、建筑工程材料的分类建筑工程材料：构成建筑物和构筑物的材料。（1）根据工程材料的功能与用途分类：结构材料装饰材料防水材料地面材料保温材料屋面材料吸声材料等等1.1概论1.1.1建筑工程材料的分类及检验评定标准1、建筑工程材料的分类（2）根据化学成分不同划分无机材料有机材料复合材料具体分类见下表17/6建筑工程材料按化学成分分类表表0-1无机材料金属材料黑色金属：铁、建筑钢材有色金属：铜、铝、铝合金无机非金属材料天然材料：石材、砂、碎石无机结合料：石灰、石膏、水泥烧结制品：砖、瓦、玻璃、陶瓷有机材料植物材料木材、竹材等沥青材料石油沥青、煤沥青等高聚物材料塑料、橡胶、有机涂料、胶粘剂复合材料无机非金属复合材料水泥混凝土、砂浆、无机结合料稳定混合料金属-无机非金属材料钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机-无机非金属材料玻璃钢、聚合物混凝土、沥青混凝土1.1概论1.1.1建筑工程材料的分类及检验评定标准2、建筑工程材料的检验评定标准技术标准是材料质量评定的依据。目前我国工程材料技术标准分为四个等级：国家标准行业标准地方标准企业标准17/8国家标准行业标准GB(强制标准)：GB175—1999《硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥》GB/T(试行标准，推荐性):GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》建设部行业：JG如：JGJ55—2000《水泥混凝土配合比设计规程》交通行业：JT如：JTGE42—2005《公路工程集料试验规程》建材行业：JC如：JC/T479—92《建筑生石灰》地方标准（DB）和企业标准（QB）1.1概论1.1.2建筑工程材料的物理性质1、材料的密度、毛体积密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、空隙率1.固体（实体）2.闭口孔隙3.开口孔隙（1）密度：材料在绝对密实状态下，单位实体体积的干质量。VmVV0V0´33/cmVgmcmg实状态下的体积，—材料在干燥、绝对密—；质量，—材料在干燥状态下的——密度，—不包含开口和闭口空隙的体积。当材料的组成和微观结构一定时，材料的密度为常数。用李氏瓶法测定（2）表观密度：单位体积（实体矿物成分+封闭孔隙体积）物质颗粒的干质量。00VmVV0V0´闭口孔隙的体积包括固体颗粒的体积表观体积，—材料在干燥状态下的—；质量，—材料在干燥状态下的——表观密度，—3030/cmVgmcmg材料内部的闭口孔隙（封闭孔隙）的含量会影响材料的表观密度值用排液置换法测定（3）毛体积密度：材料在干燥状态下，单位体积（实体矿物成分+封闭孔隙体积+开口孔隙）的质量。，，0VmVV0V0´内部开口孔隙的体积内部闭口孔隙的体积包括固体颗粒的体积体积，—材料在自然状态下的—；质量，—材料在干燥状态下的——毛体积密度，—，，303/cmVgmcmg材料内部的孔隙（开口、闭口）的含量等会影响材料的毛体积密度值表面体积测定或封闭孔隙后的排液置换法——反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。（4）堆积密度：一般用量筒测定其体积自然状态下单位体积（含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。xVVmm，00101V一般按自然状态下的湿度计算。XVcmVgmcmg的空隙内部闭口孔隙、颗粒间部开口孔隙、包括颗粒的实体积、内体积，—散料在自然状态下的—质量，—散料在自然状态下的——材料的堆积密度，—其中：3131/VV0V0´（5）孔隙率与密实度(对应概念)——块料孔隙率%100)1(%100)/VV/m1(%100%100000，，，，总体积孔隙体积mVVVP密实度%100%100//%100%10000，，，总体积实体体积mVmVVVDVV0V0´（2）空隙率与填充率——散粒状材料0mm空隙率填充度%100%1000XxVVVn，堆积体积空隙体积%100%100%100100'，，，堆积体积颗粒体积XVVVD当含水率为0时，则有%1001%100,1000XXVVVVVn，，，VV0V0´..\教学试验录像\砂试验\细集料的堆积密度振实密度试验.flv..\教学试验录像\砂试验\细集料表观密度试验.flv..\教学试验录像\石试验\《公路建筑材料试验》之石料的密度试验.flv..\教学试验录像\石试验\粗集料表观密度试验.flv1.3材料的力学性质材料的力学性质直指材料在外力作用下有关变形性质和抵抗破坏的能力。1.3.1强度(Strength)——材料抵抗外力破坏的能力。1.几种强度（1）静力强度：在静荷载作用下，材料达到破坏前所承受的应力极限值，也成为材料强度或极限强度。包括抗压(Compressive)、抗拉(Tensile)、抗剪(Shearing)强度1.3材料的力学性质1.3.1强度(Strength)—材料抵抗外力破坏的能力。（1）静力强度：抗拉、抗压、抗剪强度（MPa）F——破坏时的最大荷载，NA——受力截面面积，mm2AFf（2）抗弯强度（抗折强度Bendingstrength）223bhFLf单点加荷：二分点加荷：不同材料，强度等级有不同的划分方法2bhFLfL/2L/222-L3bhaFf1.3材料的力学性质1.3.1强度(Strength)—材料抵抗外力破坏的能力。2.影响材料强度试验结果的主要因素：（1）试件的形状、尺寸、表面状况（脆性材料）棱柱、圆柱小于立方体；大尺寸小尺寸；表面粗糙小于表面光滑（2）测试时试件的温度和湿度（沥青、木材、砖）通常温度和湿度升高，强度降低（3）试验加荷速度和试验装置情况加荷速度快，试验数据高；刚度大的试验设备试验数据高于刚度小的试验设备。..\教学试验录像\石试验\《公路建筑材料试验》之石料单轴抗压强度试验.flv1.3材料的力学性质1.3.1强度(Strength)—材料抵抗外力破坏的能力。1.3.2弹性(Elasticity)和塑性(Mould)1.弹性——外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。指标：弹性模量E意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料越不易变形，即抵抗变形的能力越强。2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复1.3材料的力学性质1.3.3韧性(Fragility)和脆性(Tenacity)1.脆性——无明显塑性变形，突然破坏。脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等（宁为玉碎不为瓦全）2.韧性——产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击试验测定。1.3材料的力学性质1.3.4硬度(Hardness)和耐磨性(Abradability)1.硬度——抵抗外物压入或刻划的能力。可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；布氏、洛氏硬度（金属材料）。特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。2.耐磨性——材料表面抵抗磨损的能力。（路面材料要求）材料受外界的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象成为磨损。..\教学试验录像\石试验\石料磨耗试验－洛杉矶法.flv1.3材料的力学性质1.4材料与水有关的性质亲水性材料：润湿角θ≤90°水分子间内聚力＜水分子与材料分子间吸引力憎水性材料：润湿角θ＞90°水分子间内聚力＞水分子与材料分子间吸引力1.亲水性与憎水性..\教学试验录像\石试验\矿粉亲水系数试验.flv质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率%1001mmmx★%100V/01水）（mmx2.吸水性(Absorption)与吸湿性(Hygroscopicity)（1）吸水性——饱水状态（吸水饱）恒值由于材料的亲水性和开口孔隙的存在。1.4材料与水有关的性质（2）吸湿性——自然状态变值含水率：自然状态下材料所含水分质量占其干质量的百分率%1002mmmm1——材料吸水饱和后的质量，gm2——材料吸水后的质量，gm——材料干质量，gV0——材料自然状态下的体积，立方分米★2.吸水性(Absorption)与吸湿性(Hygroscopicity)1.4材料与水有关的性质3.耐水性(Waterresistance)——材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质指标：软化系数fb——材料饱水状态抗压强度，MPafg——材料干燥状态抗压强度，MPagbRffK注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。经常位于水中或潮湿严重的重要结构，其材料的软化系数不于0.85~0.90；受潮较轻或次要结构，材料软化系数也不宜小于0.70~0.851.4材料与水有关的性质4.抗渗性(Watertightness)——抵抗压力水渗透的性质（1）渗透系数（2）抗渗等级指石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。如：最大承水压力为0.2MPa，表示为P2，另有P4、P6、P8、P10…dAtHKQS渗透系数：AtHQdKS透水量：Ks的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。1.4材料与水有关的性质抗冻等级：标准尺寸的材料试件，在水饱和状态下，经受标准的冻融作用后，其强度不严重降低、质量部显著损失、想能不明显下降时所能经受的冻融循环次数。记为F50、F100、F200、F300…1.5材料的耐久性耐久性(Durability)——材料抵抗外力破坏的能力。耐久性为综合性质：抗渗性、抗冻性、抗蚀性（化学腐蚀，生物腐蚀）、抗老化、耐热性、耐磨性等不同环境中，应考虑相应的性质。材料的抗冻性：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。因素：水、负温度导致冰胀压力作用、水压力作用和显微冰析作用。习题1、概念：密度，毛体积密度、表观密度、堆积密度，孔隙率、孔隙率2、量取10L气干状态下的卵石，称得质量为14.5kg,又将该卵石烘干后，称取500g,放入装有500ml水的量筒中，静置24小时，量筒水面升高到685ml处，求该卵石的表观密度，堆积密度。习题3、一块普通粘土砖，外形尺寸为240mm*115mm*53mm，吸水饱和后质量为2900g，烘干后至恒温质量为2500g，又将该砖磨细再烘干后称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.5立方厘米。试求该砖的密度，毛体积密度，孔隙率（设所有孔隙为开口孔隙）。（水的密度按1克/立方厘米计。）4、某工地所用碎石，其密度为2.65克/立方厘米,松散堆积密度为1680千克/立方米，表观密度为2.61克/立方厘米。求该碎石的空隙率和岩石的孔隙率。（设该碎石颗粒中的孔隙均为闭口孔隙。）答案：33/703.2500685500/45.110001010005.142cmgcmg表观密度堆积密度题%34.27%1008.1462400%10010005311524025002900/709.18.146225001000531152402500/703.25.1850333孔隙率砖的毛密度砖密度题cmgcmg答案：%63.35%10061.268.11%1001%51.1%10065.261.21%100140表观密度堆积密度空隙率，则所有孔隙均为闭口孔隙密度表观密度孔隙率题mm习题：1、名词：吸水率、含水率、强度、耐水性、耐久性、抗冻性2、材料的吸水性、耐水性、抗渗性、抗冻性之间有何联系。3、含水率为6%的湿砂100g,其中所含水量应为多少？4、普通粘土砖进行抗压试验，干燥状态的破坏荷载为207KN，饱和状态下的破坏荷载为172.5KN，若试验时砖的受压面积均为F=11.5cm*1