项目1建筑材料的基本性质

第一章建筑材料的基本性质1.1材料的物理性质一、材料的体积指材料占据的空间大小，同一材料由于所处的物理状态不同，能表现不同的体积。（一）绝对密实体积是指材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以V表示。通常将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。（二）表观体积是指单个颗粒内部有孔隙，包括开口孔和闭口孔，这样一个整体材料的外观体积称为材料的表观体积。一般以V0表示。通常用直接用排开液体的方法测定体积。封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp孔隙体积：Vp＝Vb+VkVp——孔隙体积（三）堆积体积是指散粒状材料除了矿质料颗粒占有体积外，颗粒之间还有间隙或空隙，二者体积之和就是材料的堆积体积，故堆积体积是散粒状材料堆积状态下总体外观体积。一般以V0ˊ表示。二、材料的密度（一）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——实际密度，g/cm3或kg/m3；m——材料的质量，g或kg；V——材料的绝对密实体积，cm3或m3。（二）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——表观密度，g/cm3或kg/m3；m——材料的质量，g或kg；V0——材料的表观体积，cm3或m3。（三）堆积密度是指粉状或颗粒材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：00Vm式中：ρ0ˊ——堆积密度，g/cm3或kg/m3；m——材料的质量，g或kg；V0ˊ——材料的堆积体积，cm3或m3。颗粒材料空隙•砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积•几种密度的比较材料密度材料体积情况密度ρV绝对密实体积，不含开口孔和闭口孔表观密度ρ0体积密度V0表观体积，含开口孔和闭口孔（块状材料）视密度Vˊ视体积，含闭口孔，不含开口孔（砂石类散粒材料）堆积密度ρ0ˊ松堆密度V0ˊ松堆体积，含开闭孔，且有颗粒间空隙紧堆密度V0″紧堆体积，含开闭孔，颗粒间孔隙较小三、材料的孔隙与空隙（一）密实度和孔隙率密实度是指材料内部被固体所填充的程度，用D表示，计算公式如下：%100%10000VVD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%。孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，用P表示，计算公式如下：%1001%100000VVVP孔隙率与密实度的关系：P+D=1材料孔隙特征包括孔隙开闭口状态和孔的大小：连通孔和封闭孔；大孔、中孔（毛细孔）和小孔。封闭孔连通孔（二）填充率和空隙率填充率是指散粒材料占堆积体积的百分比，用Dˊ表示，计算公式如下：%100%1000'0'00'VVD空隙率是指材料在堆积状态下，颗粒间空隙体积占堆积体积的百分比，用Pˊ表示，计算公式如下：%1001%1000'0'00'0'VVVP•孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式％）（10010P％）（100100P四、材料与水有关的性质1、材料亲水性与憎水性当材料与水接触时，如果材料表面可以被水所润湿或浸润。此种性质称为材料的亲水性，具备这种性质的材料称为亲水性材料。若水不能在材料的表面上铺展开，即材料表面不能被水所润湿或浸润，则称为憎水性，此种材料称为憎水性材料。亲水性，θ≤90°θ憎水性，θ＞90°θ憎水性材料具有较好的防水性、防潮性。常用作防水材料，也可用于对亲水性材料进行表面处理，以降低吸水率，提高抗渗性。大多数建筑材料属于亲水性材料，如混凝土、木材、砖等；大部分有机高分子材料属于憎水性材料，如沥青、石蜡、塑料、有机硅等。2、吸水性与吸湿性(一)吸水性吸水性是材料在水中吸收水分的性质。用质量吸水率Wm或体积吸水率Wv来表示。两者分别是指材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料绝干质量的百分率，或所吸水的体积占材料自然状态体积的百分率，定义式如下：%mmmWm1001%VmmWwov10011(二)吸湿性吸湿性是材料在空气中吸收水蒸气的性质。吸湿性用含水率表示，即材料所含水的质量与材料绝干质量的百分比。材料吸湿或干燥至与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。材料的吸湿性主要与材料的组成、孔隙含量，特别是毛细孔的含量有关。•吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率3、耐水性干饱软ffK材料长期在饱和水的作用下，保持其原有性质的能力。对于装饰材料则主要指颜色的变化、是否起泡、起层等；对于结构材料，耐水性主要指强度变化。结构材料的耐水性用软化系数K软来表示，即：式中f饱—材料在吸水饱和状态下的抗压强度f干—材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。材料的软化系数K软=0~1.0。K软＞0.85的材料称为耐水性材料。4、抗渗性抗渗性是指材料抵抗压力水或其它液体渗透的性质。抗渗性用渗透系数K来表示，计算式如下：AtHQdK式中K—渗透系数，cm/h；Q—渗水量，cm3；d—试件厚度，cm；A—渗水面积，cm2；t—渗水时间，h；H—水头(水压力)，cm。Ad水压力H试件材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。抗渗等级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0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度：密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征：具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。5、抗冻性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。抗冻等级用材料在吸水饱和状态下(最不利状态)，经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值，或动弹性模量满足要求时所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。如D50、D100、D300等，分别表示在经受50、100、300次冻融循环后仍可满足使用要求。冻害原因由于材料内部毛细孔隙及大孔隙中的水结冰时的体积膨胀(约9%)造成的。影响材料抗冻性的因素材料的密实度：密实度越高则其抗冻性越好；材料的孔隙特征：开口孔隙越多则其抗冻性越差；材料的强度：强度越高则其抗冻性越好；材料的耐水性：耐水性越好则其抗冻性也越好；材料的吸水量大小：吸水量越大则其抗冻性越差。五、材料的热工性质1、材料的导热性导热性是指材料将热量从温度高的一侧传递到温度低的一侧的能力。21TTAtQλ—导热系数，W/(m﹒K)；Q—传导的热量，Jδ—材料的厚度，m；A—材料的传热面积，m2t—传热时间，h；T1-T2—材料两侧的温度差，K材料的导热系数越小，说明材料的绝热性越好。导热系数小于0.23W/(m﹒K)的材料称为绝热材料。2、材料的热容量热容性是指材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质。21ttCmQQ—材料的热容量，kJ；m—材料的质量，kgC—材料的比热容，kJ/(kg·K)；t1-t2—材料受热或冷却前后的温度差热容量值对保持室内温度的稳定有很大作用。材料的导热系数和热容量是建筑物围护结构热工计算时的重要参数，设计时应选择导热系数较小而热容量较大的材料。1.2材料的力学性质一、材料的强度材料抵抗在外力（荷载）作用下而引起破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯（抗折）强度等。FFFFFFlFl/2bh抗压抗拉抗剪抗弯影响强度的因素材料的组成、结构及孔隙率受力情况实验条件形状大小表面状态加荷速度含水量强度等级比强度二、材料的弹性与塑性（一）弹性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。（二）塑性材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。砼拌合物,水泥浆,石灰膏,钢材,沥青等都属于塑性材料三、材料的脆性与韧性（一）脆性外力作用于材料，并达到一定值时，材料并不产生明显变形即发生突然破坏的性质称为脆性。砖、石、陶瓷、混凝土、生铁、玻璃都属于脆性材料（二）韧性材料在冲击、动荷载作用下能吸收大量能量并能承受较大的变形而不突然破坏的性质称为韧性。钢材和木材等材料均属于韧性材料四、材料的硬度与耐磨性（一）硬度材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。（二）耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：AmmG211.3材料的耐久性能一、耐久性(durability)是指材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用，保持其原有性质的能力。它是材料的一项综合性质，一般包括有抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、抗碳化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性、耐光性等许多项。过去一般按强度设计，现在按耐久性设计。材料的组成、性质和用途、工程的重要性及所处环境不同，对材料耐久性的主要要求及耐久性年限也不同。二、影响耐久性的主要因素(一)内部因素内部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。主要包括材料的组成、结构与性质。(二)外部因素物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等；化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用；机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等；生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。本章小结掌握密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实度和空隙率、填充率的概念、计算公式、测试方法及其相互关系；掌握强度公式、计算及实验方法；掌握亲水性（憎水性）、吸水性（吸湿性）、耐水性的概念、吸水率的计算公式；判断材料性质之间的关系。