1 建筑材料的基本性质

第一章建筑材料的基本性质广州城建职业学院建筑材料与检测学习要点1.41.31.21.1材料的化学组成、结构和构造物理性能材料的力学性质材料的耐久性材料的基本性质本章学习目标（1）掌握材料的物理性能（2）熟悉材料的力学性能化学组成：材料元素组成、矿物组成材料构造致密状、多孔状、微孔状、颗粒状、纤维状、层状建筑材料的孔隙孔隙率建筑材料1.1材料的化学组成、结构和构造微观结构：晶体、玻璃体、胶体1.2物理性能与质量有关的性质与水有关的性质与热有关的性质密度表观密度体积密度亲水性与憎水性吸湿性导热性吸水性堆积密度耐水性抗冻性抗渗性热容量孔隙率与密实度空隙率与填充率1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质（1）密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量。不包含材料内部孔隙的固体物质的实体积。测定方法：“排液法”测绝对密实体积。Vm1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质在李氏瓶中注入煤油至突颈下部，记下刻度数。将李氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温为20℃。称取60～90g经烘干的试样，用漏斗将试样逐渐送入李氏瓶内，使液面上升至接近20cm3的刻度为止。再称剩下的试样，计算送入李氏瓶中的试样质量m(g)。将注入试样后的李氏瓶液面的读数，减去未注前的读数，得试样得绝对体积V(cm3)。1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质（2）表观密度（材料单位表观体积的质量）ρa——材料的视密度，g/cm3；m——材料的质量，g；V′——材料在包含闭口孔隙条件下的体积（即只含内部闭口孔，不含开口孔）。amV图1-1材料内部孔隙示意混凝土配合比中，砂、石用量计算时需考虑其表观密度形状规则：测量外观尺寸，公式求得不规则形状：排水法（材料表面涂蜡）1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质（3）体积密度材料在自然状态下单位体积的质量。包括材料实体积和内部孔隙的外观几何形状的体积。测定方法：自然状态体积。影响因素：与含水状况有关。00Vm1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质（4）堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量。既包含了颗粒自然状态下的体积，又包含了颗粒之间的空隙体积测定方法：散粒材料的自然堆积体积。'00'Vm1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质比较项目密度表观密度体积密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态自然状态堆积状态材料体积V固V固+V闭V固+V闭+V开V固+V闭+V开+V空应用判断材料性质用量计算、体积计算表1-1几种密度比较1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质（5）孔隙率与密实度孔隙率：材料内部孔隙体积（Vp）占材料总体积（V0）的百分率密实度：固体物质实体积占材料总体积的百分率%100*)1(%100*000VVVppVVD1%100*%100*001.2物理性能1.2.1与质量有关的性质（5）孔隙率与密实度例如：某种普通粘土砖ρ0=1.7g/cm3，ρ=2.5g/cm3。那么其密实度D=ρ0÷ρ×100%=1700÷2500×100%=68%孔隙率：P=（1-ρ0÷ρ)×100%=(1-0.68)×100%=32%对于绝对密实材料，因ρ=ρ0，故密实度D=1或100%。对于大多数土木工程材料，密实度D＜1。【例】某一块状材料完全干燥时的质量为120g,自然状态下的体积为50cm3,绝对密实状态下的体积为30cm3;试计算其密度和孔隙率。33cm/430cm120ggvm3300cm/4.250cm120ggvm4.042.4-1孔隙率密度体积密度100%-10p1.2物理性能1.2物理性能1.2.1与质量有关的性质（6）空隙率与填充率空隙率：散粒材料颗粒间的空隙体积（Vs）占堆积体积（V0'）的百分率填充率：颗粒的自然状态体积（V0）占堆积体积（V0'）的百分率%100*)'1(%100*''''000000VVVVVps'1%100*'%100*''0000pVVD1.2物理性能1.2.2与水有关的性质（1）材料的亲水性与憎水性润湿边角：水滴表面切线与材料和水接触面的夹角。亲水性材料：θ≤90°时，材料能被水湿润而表现出亲水性。比如：砖、木、混凝土；θ越小，材料亲水性越强，越易被水湿润憎水性材料：θ90°时，材料不能被水湿润而表现出憎水性。比如：沥青、石蜡1.2物理性能1.2.2与水有关的性质（2）吸水性吸水性：材料在水中吸水的性质（浸水状态下）质量吸水率：材料吸水饱和时，吸收的水分重量占材料干燥时重量的百分率。体积吸水率：材料吸水饱和时，吸收的水分体积占材料干燥时体积的百分率。%100*ggbmmmmW%100*1*0wgbVVmmW【例】某立方体岩石试件，测得其外形尺寸为50㎜×50㎜×50㎜，并测得其在绝干、自然状态及吸水饱和状态下的质量分别为325、325.3、326.1g，并且测得该岩石的密度为2.68g/cm3，求该岩石的体积吸水率、含水率、孔隙率？%09.0325325-325.3'mmwwm%88.01g/cm15cm55325-326.11V'-mm33w0sw0gVVwswV3121.27cm68.2325mV00VV-Vp03.0125121.27-1251.2物理性能1.2物理性能1.2.2与水有关的性质（3）吸湿性吸湿性：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质。含水率：还湿性：亲水材料在干燥空气中放出所含水分的性质。影响材料含水率的因素：环境的温度和湿度平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率%100*ggshmmmW例题：从室外取来的质量为2700g的一块烧结普通砖，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g。求此砖的含水率、吸水率、体积密度（烧结普通砖实测规格为240mm×115mm×53mm）。？含水率=吸水率=体积密度=3.8%9.6%2700/（24*11.5*5.3）=1.85×10³kg/m3材料的吸水率=材料的最大含水率含水率随环境而变化而吸水率是一个定值1.2物理性能1.2.2与水有关的性质1.2物理性能1.2.2与水有关的性质（4）耐水性材料长期在饱和水作用下不被破坏，强度也无明显下降的性质软化系数：要求：长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，KR＞0.85（耐水材料）用于受潮较轻或次要结构：KR≥0.75gbRffKfb-材料在吸水饱和状态下的抗压强度fg-材料在干燥状态下的抗压强度1.2物理性能1.2.2与水有关的性质（5）抗渗性抵抗压力水渗透的能力。渗透系数:抗渗等级(P):以规定的时间在标准试验条件下所能承受的最大水压力（MPa）来确定。P4、P6、P8、P10…表示承受水压0.4MPa、0.60MPa、0.8MPa、1.0MPa…。AtHQdKQ-渗水量A-渗水面积H-材料两侧的水压差d-试件厚度t-渗水时间1.2物理性能1.2.2与水有关的性质（6）抗冻性材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破环，强度不明显降低的性质。抗冻等级（F）：以规定的吸水饱和试件，在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为~。（质量损失不大于5%，强度损失不超过25%）F10、F25、F50、F100、F200等表示材料可以承受的冻融循环次数。1.2物理性能1.2.3与热有关的性质（1）导热性材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。导热系数：例：钢58.15W/m·K，木0.233W/m·K，毛毡0.058W/m·KAZttQd)(21Ｑ-传导的热量，ｄ-材料厚度，A-热传导面积，Ｚ-热传导时间，（t2-t1）-材料两面温度差1.2物理性能1.2.3与热有关的性质（2）热容量材料在温度变化时吸收或放出热量的能力。比热：单位质量的材料升高单位温度时所需热量。21ttQC)(21ttmQc式中：C——材料的比热容，J/（g·K）Q——材料吸收或放出的热量，Jm——材料质量，g（t2-t1）——材料受热或冷却前后的温差，K材料热容量大，在吸收或放出较多的热量时，其自身的温度变化不大，即有利于保证室内温度相对稳定。1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。材料的抗压、抗拉、抗剪强度APf在工程上，通常将预先制作的试件放置在材料试验机上，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。1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度抗弯强度：试件在两支点的中间受一集中荷载作用。试件在两支点的三分点处作用两个相等的集中荷载。影响材料强度的因素：材料的孔隙率、含水率、试件尺寸大小、加荷速度、试件表面平整度223bhPLff2bhPLff1.3材料的力学性质1.3.2材料的弹性和塑性弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复原来的性质。塑性：若去除外力后材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质。E1.3材料的力学性质1.3.2材料的弹性和塑性弹性变形为可逆变形，其数值大小与外力成正比，其比例系数称为弹性模量，材料在弹性变形范围内，弹性模量为常数。即：σ——材料的应力（MPa）；ε——材料的应变；E——材料的弹性模量（MPa）。弹性模量愈大，材料愈不易变形，弹性模量是结构设计的重要参数。E1.3材料的力学性质1.3.3材料的脆性和韧性脆性材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质。韧性材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破环的性质。用材料受荷载达到破环时所吸收的能量来表示AAKK1.3材料的力学性质1.3.3材料的脆性和韧性具有脆性性质的材料称脆性材料。a.脆性材料抵抗冲击载荷或振动作用的能力较差b.材料的抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍c.脆性材料只适合用作承压构件。具有韧性性质的材料称韧性材料。在建筑工程中，对于要求承受冲击载荷和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。1.3材料的力学性质1.3.4材料的硬度和耐磨性硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。工程中有时用硬度来间接推算材料的强度，如回弹仪。1.3材料的力学性质1.3.4材料的硬度和耐磨性耐磨性是材料具有一定的抵抗磨损的能力，常用损率（B）表示：m1、m2——试件被磨损前、后的质量（g）；A——试件受磨损的面积（cm2）。用于道路、地面、踏步等部位的材料均应考虑其硬度和耐磨性。一般说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。12mmBA1.4材料的耐久性耐久性：材料在环境的各种因素影响下，能长期地保持其性能的性质。环境对材料耐久性的作用物理作用：干湿变化、温度变化、冻融变化化学作用：大气、环境水及酸碱盐液体或有害气体机械作用：荷载持续作用生物作用：菌类、昆虫等1.4材料的耐久性结构设计方法结构构造措施结构初始质量原材料品质混凝土结构强度保护层厚度施工质量防腐处理内部因素材料耐久性的影响因素1.4材料的耐久性材料耐久性的影响因素物理化学机械作用酸碱盐作用荷载磨损地下水土壤虫蛀、腐朽外部因素生物环境中氯离子浓度环境中ＣＯ２等酸性气体含量温度湿度温度应力冻融循环1.4材料的耐久性材料耐久性的测定快速检验干湿循环、冻融循环、碳化、化学介质浸渍等不同材料的耐久性破坏砖石、混凝土、金属材料、木材、沥青材料、高分子材料材料的力学性质材料的物理性质123课程回顾思考预习下一章节内容追求梦想，挑战未来！本章结束谢谢