《建筑材料》第二次課(第一章第一節(jié))(本科)

1、土木工程材料土木工程材料 第一章第一章 材料的基本性質(zhì)材料的基本性質(zhì) 建筑工程系建筑工程系主講教師：李棱雪主講教師：李棱雪l1.1 材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(zhì) l本節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)本節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)l1）掌握密度、表觀密度以及堆積密）掌握密度、表觀密度以及堆積密度之間的區(qū)別度之間的區(qū)別l2）掌握孔隙率及孔的形狀對材料性）掌握孔隙率及孔的形狀對材料性能的影響。能的影響。l3）掌握與水有關(guān)的性質(zhì)）掌握與水有關(guān)的性質(zhì)l4）了解材料的熱工性質(zhì)）了解材料的熱工性質(zhì)第第1章章 材料的基本性質(zhì)材料的基本性質(zhì) 1.1 材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(zhì) 1.1.1 1.1.1 1. 1.幾種密度幾種密度 1.1.固體（實(shí)

2、體）固體（實(shí)體） 2.2.閉口孔隙閉口孔隙 3.3.開口孔隙開口孔隙 （1 1）密度）密度 ： 材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位實(shí)體體積的干質(zhì)材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位實(shí)體體積的干質(zhì)量。量。 （不包括開口和閉口孔隙體積）（不包括開口和閉口孔隙體積）vmV VV V0 0（2 2）表觀密度）表觀密度 ： 材料單位表觀體積（閉口孔隙材料單位表觀體積（閉口孔隙+ +開口孔隙開口孔隙+ +實(shí)體）的干質(zhì)量。實(shí)體）的干質(zhì)量。KBVVVmVm00V VV V0 0兩種密度異同：兩種密度異同：m為為材料的烘干質(zhì)量；材料的烘干質(zhì)量； 體積不同，為體積不同，為實(shí)體體積，表觀體積。實(shí)體體積，表觀體積。 密度密度 表觀密度

3、表觀密度 l l（3）堆積密度）堆積密度 ：l 散粒狀材料在自然狀態(tài)下單位堆積體積散粒狀材料在自然狀態(tài)下單位堆積體積（開口（開口+閉口閉口+實(shí)體實(shí)體+空隙）的質(zhì)量。空隙）的質(zhì)量。反映散粒堆積的緊密（壓實(shí)）程度及可能的堆放空間。反映散粒堆積的緊密（壓實(shí)）程度及可能的堆放空間。SKBVVVVmVm00思考：思考：l顆粒材料的密度為顆粒材料的密度為，表觀密度為，表觀密度為0，堆積，堆積密度密度0 ，則三種密度的關(guān)系？，則三種密度的關(guān)系？ A 00 B. 00 C.00 D.00 1.1.2. 1.1.2. 孔隙率和空隙率孔隙率和空隙率孔隙的特征孔隙的特征l（1）按孔隙尺寸大小，可把孔隙分為微孔、細(xì)）

4、按孔隙尺寸大小，可把孔隙分為微孔、細(xì)孔和大孔三種孔和大孔三種l（2）按孔隙之間是否相互貫通，把孔隙分為孤）按孔隙之間是否相互貫通，把孔隙分為孤立孔、連通孔。立孔、連通孔。l（3）按孔隙與外界之間是否連通，把孔隙分為按孔隙與外界之間是否連通，把孔隙分為開口孔、封閉孔。開口孔、封閉孔?？紫秾Σ牧系挠绊懀海紫秾Σ牧系挠绊懀海? 1）孔隙的多少（孔隙率）孔隙的多少（孔隙率） （2 2）孔隙的特征）孔隙的特征1.1.孔隙率和密實(shí)度孔隙率和密實(shí)度%100)1 (%100%100000VVVP總體積孔隙體積PVVD1%100%100%10000總體積實(shí)體體積孔隙率孔隙率 密實(shí)度密實(shí)度 孔隙率是指材料內(nèi)部孔

5、隙體積占材料孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙體積占材料總體積的百分率?？傮w積的百分率。密實(shí)度是指材料的體積被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。密實(shí)度是指材料的體積被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。V VV V0 02.2.空隙率與填充率空隙率與填充率 散粒狀材料散粒狀材料%100)1 (%100%10000000VVVp堆積體積空隙體積空隙率空隙率 pVVD1%100%100%1000000堆積體積顆粒體積填充度填充度 空隙率是指散粒材料堆積體積中，顆粒間空隙體積空隙率是指散粒材料堆積體積中，顆粒間空隙體積占總體積的百分率。占總體積的百分率。填充率是指散粒材料堆積體積中，顆粒填充的程度。填充率是指散粒材料堆積體積中，顆粒填充的程

6、度。1.1.3 1.1.3 材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì)1. 材料的親水性與憎水性材料的親水性與憎水性l濕潤邊角：在材料、水和空氣的三向交叉點(diǎn)處沿水滴表面濕潤邊角：在材料、水和空氣的三向交叉點(diǎn)處沿水滴表面做切線，此切線與材料和水接觸面的夾角做切線，此切線與材料和水接觸面的夾角 ，稱為濕潤邊，稱為濕潤邊角。角。親水性材料：親水性材料：潤濕角潤濕角9090（表現(xiàn)為親水性）（表現(xiàn)為親水性） 水分子間內(nèi)聚力水分子與材料分子間吸引力水分子間內(nèi)聚力水分子與材料分子間吸引力憎水性材料：憎水性材料：潤濕角潤濕角9090（表現(xiàn)為憎水性）（表現(xiàn)為憎水性） 水分子間內(nèi)聚力水分子與材料分子間吸引力水分子間內(nèi)聚

7、力水分子與材料分子間吸引力2. 2. 材料的吸水性與吸濕性材料的吸水性與吸濕性 (1) 吸水性：材料在水中能吸收水分的性質(zhì)吸水性：材料在水中能吸收水分的性質(zhì)飽水狀態(tài)飽水狀態(tài)（吸水飽和）（吸水飽和） 質(zhì)量吸水率：材料飽水狀態(tài)質(zhì)量吸水率：材料飽水狀態(tài), ,所吸水分質(zhì)量占干質(zhì)量的百所吸水分質(zhì)量占干質(zhì)量的百分率分率 體積吸水率：材料飽水狀態(tài)體積吸水率：材料飽水狀態(tài), ,所吸收水分體積占干體積百所吸收水分體積占干體積百分率分率 %100%100%100000wbwbVmmmmmmVwVWwWWmV /0%100mmmWbm思考思考：l質(zhì)量吸水率和體積吸水率可以大于質(zhì)量吸水率和體積吸水率可以大于100%嗎

8、？嗎？l材料的孔隙率越大，吸水率越大，對嗎？材料的孔隙率越大，吸水率越大，對嗎？l l材料的吸水性不僅與材料的親水性或憎水性有關(guān)，材料的吸水性不僅與材料的親水性或憎水性有關(guān)，而且與孔隙率的大小和孔隙特征有關(guān)而且與孔隙率的大小和孔隙特征有關(guān)。對于孔特。對于孔特征相近的材料，一般孔隙率越大，吸水性也越強(qiáng)。征相近的材料，一般孔隙率越大，吸水性也越強(qiáng)。具有粗大孔隙的材料，雖然水分容易滲入，但僅具有粗大孔隙的材料，雖然水分容易滲入，但僅能潤濕孔壁表面而不易在孔內(nèi)存留，因而吸水率能潤濕孔壁表面而不易在孔內(nèi)存留，因而吸水率不高；密實(shí)材料以及僅有封閉孔隙的材料是不吸不高；密實(shí)材料以及僅有封閉孔隙的材料是不吸水

9、的，開口細(xì)微連通且孔隙率大，吸水性強(qiáng)。水的，開口細(xì)微連通且孔隙率大，吸水性強(qiáng)。（2）吸濕性：材料在潮濕空氣中吸收水分的）吸濕性：材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)性質(zhì) 自然狀態(tài)自然狀態(tài) 含水率：自然狀態(tài)，材料所含水分質(zhì)量占其干質(zhì)含水率：自然狀態(tài)，材料所含水分質(zhì)量占其干質(zhì)量的百分率量的百分率%100mmmWshl有一塊濕磚重有一塊濕磚重2625g，其含水率為，其含水率為5% ，該濕，該濕磚所含水量為多少？磚所含水量為多少？l解：解：gxxxmmmWsh125%5%1002625%100吸水率與含水率的異同吸水率與含水率的異同：l材料的吸水率反映了材料在標(biāo)準(zhǔn)測試方法之下吸材料的吸水率反映了材料在標(biāo)準(zhǔn)測

10、試方法之下吸收水分的能力的大小，收水分的能力的大小，是恒值。是恒值。l材料的含水率反映材料在自然狀態(tài)下含水的狀態(tài)，材料的含水率反映材料在自然狀態(tài)下含水的狀態(tài)，不一定已經(jīng)達(dá)到吸水飽和，當(dāng)材料與空氣濕度達(dá)不一定已經(jīng)達(dá)到吸水飽和，當(dāng)材料與空氣濕度達(dá)到平衡時就不再吸收空氣中水分，此時含水率稱到平衡時就不再吸收空氣中水分，此時含水率稱為平衡含水率。為平衡含水率。是變值。是變值。 3.3.材料的耐水性材料的耐水性 材料長期在水的作用下既不破壞，強(qiáng)度又不顯著降低材料長期在水的作用下既不破壞，強(qiáng)度又不顯著降低的性質(zhì)稱為耐久性。的性質(zhì)稱為耐久性。 指標(biāo)：指標(biāo)：軟化系數(shù)軟化系數(shù)l原因：原因：隨含水量增加，減弱其內(nèi)

11、部結(jié)合力，導(dǎo)致強(qiáng)度隨含水量增加，減弱其內(nèi)部結(jié)合力，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。下降。KR的范圍在01之間。 lKR0.85， 稱為耐水材料稱為耐水材料 dbRffK f fb b材料飽水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度，材料飽水狀態(tài)抗壓強(qiáng)度，MPaMPaf fd d材料干燥狀態(tài)抗壓強(qiáng)度，材料干燥狀態(tài)抗壓強(qiáng)度，MPa MPa 4. 4.材料的抗?jié)B性材料的抗?jié)B性 抵抗壓力水滲透的性質(zhì)抵抗壓力水滲透的性質(zhì) （1 1）滲透系數(shù)）滲透系數(shù) （2 2）抗?jié)B等級：抗?jié)B等級越高，其抗?jié)B性越好。）抗?jié)B等級：抗?jié)B等級越高，其抗?jié)B性越好。 指石料、砼或砂漿所能指石料、砼或砂漿所能承受的最大水壓力。承受的最大水壓力。如：最大承水壓力為如：最大承水壓力

12、為0.2MPa0.2MPa，表示為，表示為P P2 2，另有，另有P P4 4、P P6 6 、P P8 8、P P1010滲透系數(shù)：滲透系數(shù)： AtHQdKSK Ks s的意義：的意義：抗?jié)B系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好?？?jié)B系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好。l抗?jié)B性是決定材料耐久性的重要因素。在設(shè)計(jì)地抗?jié)B性是決定材料耐久性的重要因素。在設(shè)計(jì)地下建筑、壓力管道、容器等結(jié)構(gòu)時，均需要求其下建筑、壓力管道、容器等結(jié)構(gòu)時，均需要求其所用材料具有一定的抗?jié)B性能。所用材料具有一定的抗?jié)B性能。l抗?jié)B性也是檢驗(yàn)防水材料質(zhì)量的重要指標(biāo)。抗?jié)B性也是檢驗(yàn)防水材料質(zhì)量的重要指標(biāo)。 5. 材料的抗凍性材料的抗凍性l材料飽水狀

13、態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融交材料飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融交替作用，既不破壞，強(qiáng)度又不顯著降低的替作用，既不破壞，強(qiáng)度又不顯著降低的性質(zhì)。性質(zhì)。l抗凍等級：抗凍等級：能經(jīng)受凍融循環(huán)的能經(jīng)受凍融循環(huán)的最大次數(shù)最大次數(shù)，l 記為記為F50、F100、F200、F300 ：孔隙率越：孔隙率越大，材料的抗凍性大，材料的抗凍性是否越差？是否越差？材料的孔隙包括開口孔隙和閉口孔隙兩種，材料的孔材料的孔隙包括開口孔隙和閉口孔隙兩種，材料的孔隙率則是開口孔隙率和閉口孔隙率之和。材料受凍融隙率則是開口孔隙率和閉口孔隙率之和。材料受凍融破壞主要是因其孔隙中的水結(jié)冰所致。進(jìn)入孔隙的水破壞主要是因其孔隙中的水結(jié)冰所致。進(jìn)入

14、孔隙的水越多，材料的抗凍性越差。水較難進(jìn)入材料的閉口孔越多，材料的抗凍性越差。水較難進(jìn)入材料的閉口孔隙中。若材料的孔隙主要是閉口孔隙，即使材料的孔隙中。若材料的孔隙主要是閉口孔隙，即使材料的孔隙率大，進(jìn)入材料內(nèi)部的水分也不會很多。在這樣的隙率大，進(jìn)入材料內(nèi)部的水分也不會很多。在這樣的情況下，材料的抗凍性不會差。情況下，材料的抗凍性不會差。4.4.材料的熱工性質(zhì)材料的熱工性質(zhì)l4.1導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性l導(dǎo)熱性是指材料傳導(dǎo)熱量的能力。用導(dǎo)熱系數(shù)來表示。導(dǎo)熱性是指材料傳導(dǎo)熱量的能力。用導(dǎo)熱系數(shù)來表示。l l材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，表示其絕熱性能越好。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，表示其絕熱性能越好。l通常氣體的導(dǎo)熱系數(shù)

15、通常氣體的導(dǎo)熱系數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)液體的導(dǎo)熱系數(shù)固體的導(dǎo)熱系數(shù)固體的導(dǎo)熱系數(shù) l4.2熱容量熱容量l熱容量是指材料在溫度變化時吸收或放出熱熱容量是指材料在溫度變化時吸收或放出熱量的能力。其大小用比熱容來表示。量的能力。其大小用比熱容來表示。l比熱容的大小直接影響建筑內(nèi)部空間的溫度比熱容的大小直接影響建筑內(nèi)部空間的溫度變化率。變化率。l設(shè)計(jì)過程中選用設(shè)計(jì)過程中選用導(dǎo)熱系數(shù)較小而熱容量較大導(dǎo)熱系數(shù)較小而熱容量較大的材料，有利于保持建筑物室內(nèi)溫度的穩(wěn)定的材料，有利于保持建筑物室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。性。思考某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面，請問某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面，請問選擇何種材料？選擇何種材料？ A B保溫層的目的是較少外界溫度變化對住戶的影響，材料保溫性能的主要描述指標(biāo)為導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量，其中導(dǎo)熱系數(shù)越小越好。觀察兩種材料的剖面，可見A材料為多孔結(jié)構(gòu)，B材料為密實(shí)結(jié)構(gòu)，多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，適于作保溫層材料。l某材料的體積吸水率為某材料的體積吸水率為10%，密度為，密度為3.0g/cm3,表觀密度為表觀密度為1500kg/m3。試求該。試求該材料的質(zhì)量吸水率、開口孔隙率、閉口孔材料的質(zhì)量吸水率、開口孔隙率、閉口孔隙率？隙率？l已知某種建筑材料試樣的孔隙率為已知某種