建筑材料的基本性質(zhì)

1、1建筑材料的定義（1）廣義：是指建造物和構(gòu)筑物的所有材料，包括使用的各種原材料，半成品，成品。如 粘土，鐵礦石，生石灰，生石膏等。（2）狹義：指直接構(gòu)成建筑物和構(gòu)筑物實(shí)體的材料。如混凝土，水泥，石灰，鋼筋，粘土 磚，玻璃等作為建筑物必須同時(shí)滿足兩個(gè)基本要求（1）滿足建筑物和構(gòu)筑物本身的技術(shù)性能要求，保證正常使用（2）在其使用過(guò)程中，能抵御周圍環(huán)境的影響與有害介質(zhì)的侵蝕，保證建筑物和構(gòu)筑物 的合理使用壽命。同時(shí)也不能對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生危害2建筑材料的分類（一）按建筑材料的化學(xué)成分1無(wú)機(jī)材料：包括金屬材料和非金屬材料（1）金屬材料：有鋼，鐵及其合金，鋁，銅等。（2）非金屬材料：包括天然石材，燒土制品，

2、膠凝材料及制品，玻璃，無(wú)機(jī)纖維材料1）天然石材：如砂，石及石材制品。2）燒土制品：如粘土磚，瓦等3）玻璃：如普通平板玻璃，特種玻璃等2有機(jī)材料，包括植物材料，瀝青材料及合成高分子材料1）植物材料：如木材，竹材，植物纖維等2）瀝青材料：如煤瀝青。石油瀝青及其制品等3）合成高分子材料：如塑料，涂料，合成橡膠等3復(fù)合材料包括有機(jī)與無(wú)機(jī)非金屬材料，金屬與無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料，金屬與有機(jī)復(fù)合材料1） 有機(jī)與無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料：如聚合物混凝土，玻璃纖維增強(qiáng)材料2） 金屬與無(wú)機(jī)非金屬?gòu)?fù)合材料：如鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土等3） 金屬與有機(jī)材料復(fù)合：如PVC鋼板，有機(jī)涂層鋁合金板等（二） 按建筑物的使用功能分1建

3、筑結(jié)構(gòu)材料主要是指構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)所用的材料，如梁，板，柱，基礎(chǔ)，框架及其他受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)等所用的材料。 對(duì)這類材料主要技術(shù)性能的要求就是強(qiáng)度和耐久性。目前所使用的主要結(jié)構(gòu)材料有磚，石，水泥混凝土及兩者的復(fù)合物一一鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。隨著工業(yè)的發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)所占的比例將會(huì)逐漸加大。2墻體材料：主要是指建筑物內(nèi)外及分隔墻體所用的材料，有承重和非承重兩類。目前我國(guó)大量采用的墻體材料分為粉煤灰砌塊，混凝土及加氣混凝土砌磚等。 此外，還有混凝土墻板，石板，金屬板材和復(fù)合墻板等。3建筑功能材料：主要指負(fù)擔(dān)某些建筑功能的非承重材料。如防水材料，絕熱材料，吸聲和隔聲材料，采光材

4、料，裝飾材料等。一般來(lái)說(shuō)，建筑物的可靠度與安全度，主要決定于由建筑結(jié)構(gòu)材料組成的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系，而建筑物的使用功能與建筑品質(zhì)，主要決定于建筑功能材料。對(duì)某一種具體的材料來(lái)說(shuō)它可能兼有多種功能。（三） 建筑材料在建筑工程中的地位建筑材料是建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。建筑，材料，結(jié)構(gòu)，施工四者是密切相關(guān)的。從根本上來(lái)說(shuō)，材料是基礎(chǔ)，材料決定建筑和施工方法。新材料的出現(xiàn)，可以促進(jìn)建筑形式的變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的革新。發(fā)展趨勢(shì)：（1）高性能材料的研制（2）充分利用地方原料，固體廢棄物，各種工業(yè)廢渣等（3）節(jié)能材料開發(fā)（4）具有良好經(jīng)濟(jì)效益的材料（四）建筑材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)都有各自的部門代號(hào)，例如，GB

5、:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；GBJ建筑工程國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；JGJ:建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；JC:國(guó)家建材局標(biāo)準(zhǔn)；YB:冶金部標(biāo)準(zhǔn)；ZB:國(guó)家級(jí)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)的表示方法，系由標(biāo)準(zhǔn)名稱，部門代號(hào)，編號(hào)和批準(zhǔn)年份等組成女口：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)硅酸鹽水泥，普通硅酸鹽水泥GB175-1999.標(biāo)準(zhǔn)的部門代號(hào)為GB，編號(hào)為175，批準(zhǔn)年份為1999年。建筑材料的基本物理性質(zhì)一 材料的密度，表觀密度與堆積密度密度是指物質(zhì)單位體積的質(zhì)量。單位為g/cm3或kg/cm3。由于材料所處體積狀況不同，故有實(shí)際密度（密度），表觀密度和堆積密度之分（1）實(shí)際密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)的狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，按P=-計(jì)算，式子中vP-實(shí)際密度m-材料在干燥

6、狀態(tài)下的質(zhì)量gV-材料在絕對(duì)密度狀態(tài)下的體積絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積是指不包括孔隙在內(nèi)的體積。 除了鋼材，玻璃等少數(shù)接近于絕對(duì)密實(shí) 的材料外，絕對(duì)大多數(shù)材料都有一定的孔隙， 如磚，石材等材料。在測(cè)定有孔隙的材料密度 時(shí)，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉以排除其內(nèi)部孔隙，干燥至恒重時(shí)，用密度瓶(李氏瓶)測(cè)定其實(shí)際(2)表觀密度(ApparentDensity)表觀密度以前稱容重， 有的也稱毛體積密度， 是指材料在自然狀態(tài)下, 量，按p二Vo式子p0-表觀密度m-材料的質(zhì)量V0-材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積材料在自然狀態(tài)下體積是指材料的實(shí)際體積與材料內(nèi)所含全部孔隙之和。對(duì)于外形規(guī)則的材采用排水法求的，但材料表

7、面應(yīng)預(yù)先圖上蠟，以防水分滲入材料內(nèi)部而影響測(cè)定值。(3)堆積密度冃攵粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度(Bulk Density)用卩m0=一V。式子p0堆積密度m-材料的質(zhì)量V0 -材料的堆積體積體積，該體積即可視為材料絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積,材料研磨的愈測(cè)定的密度值愈精確單位體積所具有的質(zhì)料。其測(cè)定很簡(jiǎn)便，只要測(cè)得材料的質(zhì)量和體積,即可算的表觀密度。不規(guī)則材料的體積要散粒材料在自然狀態(tài)下的體積，是指既含顆粒內(nèi)部的孔隙，又含顆粒之間的孔隙的總體積。測(cè)定散粒材料的堆積密度時(shí)，材料的質(zhì)量是指在一定容積內(nèi)的材料質(zhì)量,其堆積體積是指所用容器的容積。若以搗實(shí)體的體積計(jì)算時(shí)則稱緊急堆積密度。

8、土木工程中在計(jì)算材料用量，構(gòu)件自重，配料計(jì)算以及確定堆放空間時(shí)，均需要用到材料的上述狀態(tài)參數(shù)，見表材料名稱密度/g cm-3表觀密度/k-3g*cm堆積密度/k-3g cm氣孔率/%鋼材7.8-7.978500花崗巖2.7-3.02500-29000.5-3.0石灰?guī)r2.4-2.61800-26001400-1700(碎石）砂2.5-2.61500-1700粘土2.5-2.71600-1800水泥2.8-3.11200-1300燒結(jié)普通磚2.6-2.71600-190020-40燒結(jié)空心磚2.5-2.71000-1480紅松木1.55-1.60400-60055-75二材料的密實(shí)度與氣孔率（一

9、）密實(shí)度：是指材料的固體物質(zhì)部分體積占總體積的比例,按孔隙的特征，材料的孔隙可分為開口孔隙和閉口孔隙兩種, 孔率。按孔隙的尺寸大小，又可分為微孔，細(xì)孔和大孔三種。說(shuō)明材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所填充的程度，即反應(yīng)了材料的致密程度，按V?0D V。P二者孔率之和等于材料的總氣不同的孔隙對(duì)材料的性能影響各不同。一般而言，氣孔率較小，且連通孔較少的材料，其吸水性較小，強(qiáng)度較高，抗凍性和抗?jié)B性較好。工程中對(duì)需要保溫隔熱的建筑物或部位，要求其所用材料的氣孔率較大。相反，對(duì)要求高強(qiáng)或不透水的建筑物或部位，則其所用的材料氣孔率應(yīng)很小。V0-V（二）氣孔率：是指材料體積內(nèi)孔隙體積占材料總體積的百分率。P=0 x10

10、0%Vo氣孔率與密實(shí)度的關(guān)系為P+D=1（三）空隙率：是指散粒材料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百Vo；-VPo分率P =_L_*100%=（1-丄）x100%VoP0三材料與水有關(guān)的性質(zhì)（一）親水性與憎水性親水性：材料能被水潤(rùn)濕的性質(zhì)，如磚，混凝土等材料產(chǎn)生親水性的原因是因其與水接觸時(shí)，材料與水分子之間的親和力大于水分子間的內(nèi)聚力所致。當(dāng)材料與水接觸時(shí)， 材料與水分子間的親和力小于水分子間的內(nèi)聚力時(shí)，材料則表現(xiàn)憎水性。憎水性材料如瀝青，石油等。2潤(rùn)濕邊角材料被水濕潤(rùn)時(shí)，在材料，水，空氣三相的交界點(diǎn)，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角稱為潤(rùn)濕邊角。3親水性材

11、料與憎水性材料當(dāng)B角愈小，表明材料愈易被水潤(rùn)濕。當(dāng)X90時(shí)，材料表面吸水，材料能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出親水性，這種材料稱為親水性材料。當(dāng)090時(shí)，材料表面不吸水，稱為憎水性材料。當(dāng)0=90。時(shí)，表明材料完全被水潤(rùn)濕。上述概念也適用于其他液體對(duì)固體的潤(rùn)濕情況，稱為相應(yīng)的親液材料和憎液材料。、(二)材料的吸水性和吸濕性1吸水性材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性(Water Absorption)材料的吸水性用吸水率(Ratio of Water Absorption)表示，有質(zhì)量吸水率與體積吸水率兩種表示方法。質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，內(nèi)部所吸水分的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率。用m濕- m干W質(zhì)

12、二濕 干X100%m干式中，W材料質(zhì)量的吸水率m材料在干燥和吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量gB體積吸水率體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，其內(nèi)部所吸水分的體積占干燥材料自然體積的百分率。V水用W體二水x100%V0式中，W材料體積吸水率V0-干燥材料在自然狀態(tài)下的體積V水-水的體積2吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性潮濕材料在干燥的空氣中也會(huì)放出水分，稱為還濕性。材料的吸濕性用含水率表示m含-m干含水率系指材料內(nèi)部所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率W含含干x100%式中W含-材料的含水率m含-材料含水時(shí)的質(zhì)量m干-材料干燥至恒重的質(zhì)量（三）材料的耐水性材料長(zhǎng)期在水作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低

13、的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示K軟=電f干式中K-材料的軟化系數(shù)F飽-材料在飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度；MPaF干-材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度；MPa軟化系數(shù)大于0.80的材料，通?？烧J(rèn)為是耐水材料（四）材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性?；蚍Q不透水性。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)K表示滲透系數(shù)的物理意義：一疋厚度的材料，在一疋水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)單位面積的水式：W-透過(guò)材料試件的水量，mL t-透水時(shí)間A-透水面積c m2h-靜水壓力水頭，cmd-試件厚度，cmK值愈大，表示材料滲透的水量愈多，即抗?jié)B性愈差。混凝土的抗?jié)B作用用抗?jié)B等級(jí)表示?？?jié)B等級(jí)是以規(guī)定的試件，在標(biāo)

14、準(zhǔn)試驗(yàn)方法下所能承受的最大靜水壓力來(lái)確定，以符號(hào)Pn表示，其中n為該材料所能承受的最大水壓力的十倍的量。用WdAthMPa女口P4,P6 .P8.P10。分別表示材料能承受0.4MPa,0.6 MPa,0.8 MPa.1.0 MPa的水壓 而不滲水。材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關(guān)。（五）材料的抗凍性材料在飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)，稱為材料的抗凍性。材料的抗凍性用抗凍等級(jí)表示。抗凍等級(jí)是以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗(yàn)的條件下，測(cè)得其強(qiáng)度降低不超過(guò)25%，且質(zhì)量損失不超過(guò)5%時(shí)所能承受的最多的循環(huán)次數(shù)來(lái)表示。用符號(hào)Fn表示，其中n即為最大凍融循環(huán)次數(shù)。如F

15、25，F(xiàn)50等材料抗凍標(biāo)號(hào)的選擇，是根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類，使用條件，氣候條件等來(lái)決定的。第二節(jié)建筑材料的基本力學(xué)性質(zhì)一材料的強(qiáng)度材料在外力作用下抵抗破壞的能力，稱為材料的強(qiáng)度。根據(jù)外力作用形式的不同， 材料的強(qiáng)度分為抗壓強(qiáng)度， 抗拉強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度以及抗剪強(qiáng)度等， 均以材料受外力破壞時(shí)單位面積上所承受的力的大小來(lái)表示。材料的這些強(qiáng)度是通過(guò)靜力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的，故總稱為靜力強(qiáng)度。表1-2，材料抗壓，抗拉，抗剪，抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式二材料的等級(jí)大部分建筑材料根據(jù)其極限強(qiáng)度的大小，可劃分為若干不同的強(qiáng)度等級(jí)。 如燒結(jié)普通磚按抗壓強(qiáng)度分為6個(gè)等級(jí)，Mu30, Mu25, Mu20, Mu15, Mu10, Mu7.

16、5;硅酸鹽水泥按抗壓和抗折強(qiáng)度分為4個(gè)等級(jí)：32.5 42.5、52.5、62.5等；混凝土按其抗壓強(qiáng)度分為12個(gè)等級(jí)：C7.5、C80等；碳素結(jié)構(gòu)鋼按其抗拉強(qiáng)度分為5個(gè)等級(jí)，Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等建筑材料按強(qiáng)度劃分為若干個(gè)強(qiáng)度等級(jí)， 對(duì)生產(chǎn)者和使用者均有重要的意義。 它可使生產(chǎn)者 在生產(chǎn)中控制產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)有依據(jù)， 從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量。 對(duì)使用者而言，則有利于掌握材料 的性能指標(biāo)，便于合理選用材料、正確進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制工程施工質(zhì)量。常用建筑材料的強(qiáng)度見表1-3材料抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度花崗巖100250581014燒結(jié)普通磚7.530一1.84.0普通混凝土7.560

17、14一松木（順紋）30508012060100建筑鋼材23516002351600一三材料的比強(qiáng)度比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度， 其值等于材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。 對(duì)于不同強(qiáng)度 的材料進(jìn)行比較，可采用比強(qiáng)度這個(gè)指標(biāo)。比強(qiáng)度是按單位體積質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度， 其值 等于材料強(qiáng)度與表觀密度之比。 比強(qiáng)度是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。 優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)材 料，必須具有較高的比強(qiáng)度。幾種主要材料的比強(qiáng)度見表1-4表1-4鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較材料表觀密度p/kg m-3抗壓強(qiáng)度f(wàn)/MPa比強(qiáng)度f(wàn)/p0低碳鋼78604150.053松木50034.3（順紋）0.069普通混凝土240029.40

18、.012四材料的彈性與塑性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(lái)的形狀性 質(zhì)稱為彈性。材料的這種當(dāng)外力取消后瞬間內(nèi)即可完全消失的變形，稱為彈性變形。彈性變形屬于可逆變形，其數(shù)值大小與外力成正比，其比例系數(shù)E稱為材料的彈性模量。材料在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量E為常數(shù)，其數(shù)值等于應(yīng)力6與應(yīng)變的比值，即E =-z彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的一個(gè)指標(biāo)。E值越大，材料愈不易變形，亦即剛度剛好。彈性模量是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的重要參數(shù)。在外力作用下材料產(chǎn)生變形， 如果外力取消，仍保持變形后的形狀尺寸， 并且不產(chǎn)生裂縫的 性質(zhì)，稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。塑性變形為不可逆變形，是永久變形。實(shí)際上純彈性變形的材料是沒有的，通常一些材料在受力不大時(shí)，僅產(chǎn)生彈性變形；受力超過(guò)到一定極限后，即可產(chǎn)生塑性變形。五材料的脆性與韌性 材料在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材料發(fā)生突然破壞，且破壞是無(wú)明顯的塑性變 形，這種性質(zhì)稱為脆性。具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料。脆性材料抵