1建筑材料的基本性能ppt課件

1、1 建筑材料的基本性能建筑材料的基本性能主要介紹建筑材料的基本物理性質(zhì)、力學(xué)性能、材料的耐久性以及有關(guān)參數(shù)、性能指標(biāo)和計(jì)算公式等，通過對(duì)材料基本性能的了解與掌握，為今后的學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下一定的基礎(chǔ)。 本章提要本章提要本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容1.1 材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)1.2 材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)1.3 材料的耐久性材料的耐久性1.1 材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下內(nèi)部不含任何孔隙），單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度，以表示。其計(jì)算式為：絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)的真實(shí)體積。 1.1.1 材料的基本物性參數(shù)材料的基本物性參數(shù)1

2、.1.1.1 密度密度mV表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，其計(jì)算式為： 表觀體積是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。對(duì)外形規(guī)則的材料，其幾何體積即為表觀體積；對(duì)外形不規(guī)則的材料，可用排水法測(cè)定。一般所指的表觀密度，是以干燥狀態(tài)下的測(cè)定值為準(zhǔn)。 表觀密度表觀密度00mV堆積密度舊稱松散容重），是指散狀粉狀、粒狀或纖維狀材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積包含了顆粒內(nèi)部的孔隙即顆粒之間的空隙所具有的質(zhì)量。其計(jì)算式為： 常用建筑材料的基本物理參數(shù)見表1.1。 堆積密度堆積密度00mV表表1.1 常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積

3、密度和孔隙率密度和孔隙率 材料 密度(kg/m3) 表觀密度0(kg/m3) 堆積密度0(kg/m3)孔隙率(%)石灰?guī)r 2.6018002600_花崗巖 2.602.9025002800_0.53.0碎石(石灰?guī)r) 2.60_14001700_砂 2.60_14501650_普通粘土磚 2.502.8016001800_粘土空心磚 2.5010001400_材料 密度(kg/m3) 表觀密度0(kg/m3) 堆積密度0(kg/m3)孔隙率(%)水泥 3.10_12001300_普通混凝土 _21002600_520木材 1.55400800_5575鋼材 7.857850_0泡沫塑料 _20

4、50_玻璃 2.55_續(xù)表1.1(1) 密度密度 密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度，也就是固體物質(zhì)的體積占總體積的比例，的程度，也就是固體物質(zhì)的體積占總體積的比例，以以D表示。表示。其計(jì)算式為：其計(jì)算式為： 密實(shí)度與孔隙率密實(shí)度與孔隙率00100%VDV(2) 孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料體積內(nèi)孔隙體積占材料總孔隙率是指材料體積內(nèi)孔隙體積占材料總體積的百分率，以體積的百分率，以P表示。表示。其計(jì)算式為：其計(jì)算式為： 00001(1) 100%VVVPVV 材料的總體積是由該材料的固體物質(zhì)與其所包含的孔隙所組成的。建筑材料的許多性能如

5、強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性等均與材料的孔隙有關(guān)。孔隙按其尺寸大小又可分為微孔、細(xì)孔和大孔。 幾種常用建筑材料的孔隙率見表1.1。 1PD(1) 填充率填充率 填充率是指散粒狀材料在其堆積體積內(nèi)，填充率是指散粒狀材料在其堆積體積內(nèi)，被其顆粒填充的程度，以被其顆粒填充的程度，以D表示。表示。其計(jì)算式為：其計(jì)算式為： 填充率與空隙率填充率與空隙率00100%VDV (2) 空隙率空隙率 空隙率是指散粒狀材料在堆積體積中，顆粒空隙率是指散粒狀材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率，以之間的空隙體積占堆積體積的百分率，以P表示。表示。 其計(jì)算式為：其計(jì)算式為： 0000

6、0001(1) 100%VVVPVV 空隙率的大小反映了散粒狀材料的顆粒之間相互填充的致密程度。 1PD填充率與空隙率的關(guān)系為： 潤濕是水在材料表面被吸附的過程，材料被水潤濕的程度可用潤濕角表示，如圖1.1所示。 一般認(rèn)為，潤濕角90（如圖1.1a所示的材料為親水性材料。反之，90時(shí)，表明該材料不能被水潤濕，稱為憎水性材料(如圖1.1b所示)。 1.1.2 材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì) 親水性與憎水性親水性與憎水性圖1.1材料的潤濕示意圖 (a)親水性材料；（b憎水性材料 (1) 吸水性吸水性材料在浸水狀態(tài)下吸入水分的能力稱為吸水材料在浸水狀態(tài)下吸入水分的能力稱為吸水性。

7、吸水性的大小，以吸水率表示，有兩種表示性。吸水性的大小，以吸水率表示，有兩種表示方法：質(zhì)量吸水率和體積吸水率。方法：質(zhì)量吸水率和體積吸水率。 質(zhì)量吸水率材料吸水達(dá)飽和時(shí)，其所質(zhì)量吸水率材料吸水達(dá)飽和時(shí)，其所吸收水分的質(zhì)量占材料干燥時(shí)質(zhì)量的百分率，可吸收水分的質(zhì)量占材料干燥時(shí)質(zhì)量的百分率，可表示為：表示為： 吸水性與吸濕性吸水性與吸濕性100%mmWm干濕質(zhì)干體積吸水率是指材料體積內(nèi)被水充實(shí)的體積。即材料吸水達(dá)飽和時(shí)，所吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，可按下式計(jì)算：00V1100%=100%VVmmW水干濕體水質(zhì)量吸水率與體積吸水率有如下的關(guān)系： 001WWW體質(zhì)質(zhì)水(

8、2) 吸濕性吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性的大小可用含水率表示。性。吸濕性的大小可用含水率表示。材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率，材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率，稱為材料的含水率，可用下式計(jì)算：稱為材料的含水率，可用下式計(jì)算： 100%mmWm干含含干材料長期在飽和水作用下而不破壞，其強(qiáng)度材料長期在飽和水作用下而不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。一般材料隨著含水量的增加，會(huì)減弱其內(nèi)部一般材料隨著含水量的增加，會(huì)減弱其內(nèi)部的結(jié)合力，強(qiáng)度也會(huì)不同程度地降低。的結(jié)合力，強(qiáng)度也會(huì)不同程度

9、地降低。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，可按下式計(jì)材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，可按下式計(jì)算：算： 耐水性耐水性Kff飽軟干材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性或材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性或不透水性），可用滲透系數(shù)不透水性），可用滲透系數(shù)K表示。表示。材料的透水性可用達(dá)西定律來描述，即在一材料的透水性可用達(dá)西定律來描述，即在一定時(shí)間內(nèi)，透水材料試件的水量與試件的斷面積定時(shí)間內(nèi)，透水材料試件的水量與試件的斷面積及水頭差液壓成正比，與試件的厚度成反比。及水頭差液壓成正比，與試件的厚度成反比。可用下式表示：可用下式表示： 抗?jié)B性抗?jié)B性W K100%hhWKAtdAth

10、或滲透系數(shù)反映了材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。滲透系數(shù)反映了材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差。滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差。對(duì)于混凝土和砂漿材料，抗?jié)B性常用抗?jié)B等對(duì)于混凝土和砂漿材料，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(jí)級(jí)S表示。表示。材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)征有關(guān) 。 101SH抗凍性是材料抵抗凍融循環(huán)作用，保持其原抗凍性是材料抵抗凍融循環(huán)作用，保持其原有性能的能力。有性能的能力。對(duì)結(jié)構(gòu)材料，主要指保持強(qiáng)度的能力，并以對(duì)結(jié)構(gòu)材料，主要指保持強(qiáng)度的能力，并以抗凍標(biāo)號(hào)來表示。抗凍標(biāo)號(hào)來表示。抗凍標(biāo)號(hào)是用材料在吸水飽和狀態(tài)下最不抗凍標(biāo)號(hào)

11、是用材料在吸水飽和狀態(tài)下最不利狀態(tài)），經(jīng)凍融循環(huán)作用，強(qiáng)度損失和質(zhì)量損利狀態(tài)），經(jīng)凍融循環(huán)作用，強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失均不超過規(guī)定值時(shí)，所能抵抗的最多凍融循環(huán)失均不超過規(guī)定值時(shí)，所能抵抗的最多凍融循環(huán)次數(shù)來表示，記作次數(shù)來表示，記作D25、D50、D100、D150等。等。 抗凍性抗凍性材料抗凍性的高低決定于材料的吸水飽和程材料抗凍性的高低決定于材料的吸水飽和程度和材料對(duì)結(jié)冰體積膨脹所產(chǎn)生的壓力的抵抗能度和材料對(duì)結(jié)冰體積膨脹所產(chǎn)生的壓力的抵抗能力。力。抗凍性常作為考查材料耐久性的一個(gè)指標(biāo)。抗凍性常作為考查材料耐久性的一個(gè)指標(biāo)。 材料的強(qiáng)度愈高，耐水性愈好，其抗凍性愈材料的強(qiáng)度愈高，

12、耐水性愈好，其抗凍性愈好。好。 材料傳導(dǎo)熱量的能力，稱為導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)熱能力的大小可以用導(dǎo)熱系數(shù)表示。導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于厚度為1m的材料，當(dāng)其相對(duì)兩側(cè)表面的溫度差為1K時(shí)，經(jīng)單位面積1m2單位時(shí)間1s所通過的熱量。1.1.3 材料的熱工性質(zhì)材料的熱工性質(zhì) 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性材料的導(dǎo)熱系數(shù)除與其本身的性質(zhì)、構(gòu)造、密度有關(guān)外，還與材料的含水率及環(huán)境溫度等有關(guān)。 21()QAt TT可用下式表示：材料加熱或冷卻時(shí)，吸收或放出熱量的性質(zhì)，材料加熱或冷卻時(shí)，吸收或放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。稱為熱容量。熱容量的大小用比熱容也稱熱容量系數(shù)，熱容量的大小用比熱容也稱熱容量系數(shù)，簡(jiǎn)稱比熱表示，比熱容

13、表示簡(jiǎn)稱比熱表示，比熱容表示1g材料，溫度升高材料，溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量，或降低時(shí)所吸收的熱量，或降低1K時(shí)放出的熱量。時(shí)放出的熱量。材料吸收或放出的熱量和比熱，可用下式計(jì)材料吸收或放出的熱量和比熱，可用下式計(jì)算：算： 比熱容比熱容21()Qcm TT21()Qcm TT比熱是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物比熱是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物理量。理量。 常見建筑材料的熱工指標(biāo)見表常見建筑材料的熱工指標(biāo)見表1.2。 表表1.2幾種典型材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)幾種典型材料的熱工性質(zhì)指標(biāo) 材料 導(dǎo)熱系數(shù)(W/（mK）) 比熱容(J/（gK）) 鋼材580.48銅材3700.38

14、花崗巖3.490.92混凝土1.510.84燒結(jié)普通磚0.80.88松木0.170.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密閉空氣0.0231.00在建筑工程中常把在建筑工程中常把1/稱為材料的熱阻，用稱為材料的熱阻，用R表示。表示。導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻都是評(píng)定建筑材料保溫隔熱導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻都是評(píng)定建筑材料保溫隔熱性能的重要指標(biāo)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱阻性能的重要指標(biāo)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱阻越大，則材料的保溫隔熱性能越好。越大，則材料的保溫隔熱性能越好。常將常將0.175W/（mK的材料稱為絕熱的材料稱為絕熱材料。材料。 材料的保溫隔熱性材料的保

15、溫隔熱性聲能穿透材料和被材料消耗的性質(zhì)稱為材料的吸聲性，用吸聲系數(shù)(吸收聲功率與入射聲功率之比)表示。吸聲系數(shù)越大，材料的吸聲性越好。吸聲系數(shù)與聲音的頻率和入射方向有關(guān)。通常使用的六個(gè)頻率為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。 1.1.4 材料的聲學(xué)性質(zhì)材料的聲學(xué)性質(zhì) 吸聲性吸聲性一般將上述6個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)0.20的材料稱為吸聲材料。最常用的吸聲材料大多為多孔材料。影響材料吸聲效果的主要因素有： (1) 材料的孔隙率和體積密度 (2) 材料的孔隙特征 (3) 材料的厚度 (1) 隔空氣聲隔空氣聲透射聲功率與入射聲功率的比值稱為聲透射

16、透射聲功率與入射聲功率的比值稱為聲透射系數(shù)，用系數(shù)，用表示，該值越大則材料的隔聲性越差。表示，該值越大則材料的隔聲性越差。材料的隔聲能力用隔聲量材料的隔聲能力用隔聲量RR=10lg(1/)來來表示，單位為表示，單位為dB。與聲透射系數(shù)與聲透射系數(shù)相反，隔聲量越大，材料的相反，隔聲量越大，材料的隔聲性能越好。隔聲性能越好。 隔聲性隔聲性(2) 隔固體聲隔固體聲固體聲是由于振源撞擊固體材料，引起固體固體聲是由于振源撞擊固體材料，引起固體材料受迫振動(dòng)而發(fā)聲，并向四周輻射聲能。材料受迫振動(dòng)而發(fā)聲，并向四周輻射聲能。固體聲在傳播過程中，聲能的衰減極少。彈固體聲在傳播過程中，聲能的衰減極少

17、。彈性材料如地毯、木板、橡膠片等具有較高的隔固性材料如地毯、木板、橡膠片等具有較高的隔固體聲的能力。體聲的能力。 1.2 材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性能，就是指材料在外力荷載作用下，抵抗破壞和變形的能力。 1.2.1 材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度材料因抵抗外力荷載作用而引起破壞的最大能力，即為該材料的強(qiáng)度。其值是以材料受力破壞時(shí)單位面積上所承受的力表示。計(jì)算式為： FfA材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、壓力、彎曲力及剪應(yīng)力等。材料抵抗上述外力破壞的能力，分別稱為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。靜力強(qiáng)度的分類和計(jì)算公式見表1.3。大部分建筑材料，根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，可劃分為若干不同的強(qiáng)度等

18、級(jí)。 材料的強(qiáng)度與材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等有很大關(guān)系。鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度都很高，如表1.4所示。 表表1.3靜力強(qiáng)度分類靜力強(qiáng)度分類 強(qiáng)度類別 舉例 計(jì)算式 附注 抗壓強(qiáng)度fc(MPa) fc=F/AF破壞荷載(N)A受荷面積(mm2) l跨度(mm) b斷面寬度(mm)h斷面高度(mm) 抗拉強(qiáng)度ft(MPa) ft=F/A抗剪強(qiáng)度fv(MPa) fv=F/A抗彎強(qiáng)度ftm(MPa) ftm=3Fl/(2bh2)表表1.4 鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較 材料 表觀密度0（kg/m3） 抗壓強(qiáng)度fc（MPa） 比強(qiáng)度fc/0 普通混凝土 240029.40.0

19、12低碳鋼 78604150.053松木 50034.3(順紋)0.069材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為彈性。這種當(dāng)外力取消后瞬間即可完全消失的變形，稱為彈性變形。 這種變形屬于可逆變形，其數(shù)值的大小與外力成正比。其比例系數(shù)E稱為彈性模量。 1.2.2 材料的彈性和塑性材料的彈性和塑性在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量E為常數(shù)，其值等于應(yīng)力與應(yīng)變的比值，即： 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，但不破壞，并且當(dāng)外力停止作用后，不能自動(dòng)恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為塑性。這種不能消失的變形稱為塑性變形或不可恢復(fù)變形。 E在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材料突然破壞而又無明顯的塑性變形的性質(zhì)，稱為脆性。在