第二章建筑材料的基本性質(zhì)

1、第二章 建筑材料的基本性質(zhì)第一節(jié) 材料的物理性質(zhì)第二節(jié) 材料的基本力學(xué)性質(zhì)第三節(jié) 材料的耐久性第一節(jié) 材料的物理性質(zhì)The Physical Properties of Building Materials 第一節(jié) 材料的基本物理性質(zhì)v一、材料的密度、表觀密度和堆積密度v（一）密度（俗稱比重） 材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量用（ rou ）表示。按下式計(jì)算：材料的絕對(duì)密實(shí)體積是指不包括材料孔隙在內(nèi)的體積。鋼材、玻璃等少數(shù)密實(shí)材料可根據(jù)外形尺寸求得體積。Vmv 大多數(shù)有孔隙的材料，在測(cè)定材料的密度時(shí)，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉，干燥后用李氏瓶測(cè)定其體積。材料磨得越細(xì)，測(cè)得的密度數(shù)值就越精確。v李氏瓶也

2、叫密度瓶，容積為220250ml，帶有長(zhǎng)約1820cm，直徑約1cm的細(xì)頸，細(xì)頸上有刻度讀數(shù)由0ml至24ml，且01ml和1824ml之間應(yīng)該具有0.1ml刻度線。李氏瓶是按“置換”原理，用煤油（水）置換出已知的石粉的實(shí)體體積，從而計(jì)算出該石材等的密度。v（二）表觀密度（俗稱容重） 材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為表觀密度，用 表示。按下式計(jì)算：000Vm材料在自然狀態(tài)下的體積V0是指包含材料內(nèi)部孔隙的體積。v當(dāng)材料孔隙內(nèi)含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積（可以忽略）均有所變化，故測(cè)定表觀密度時(shí)，須注明其含水情況。 v按照含水狀態(tài)分為：干表觀密度、氣干表觀密度和飽和表觀密度。v排液法測(cè)定前，待測(cè)材料

3、表面應(yīng)用薄臘層密封。v孔隙的分類1、按尺寸大?。?微細(xì)孔隙（D0.01mm) 細(xì)小孔隙（ 0.01mm D 1mm) 粗大孔隙（D1mm)2、孔隙的構(gòu)造： 開(kāi)口孔隙 閉口孔隙閉口氣孔開(kāi)口氣孔干表觀密度（干燥狀態(tài)） 氣干表觀密度 （與空氣濕度 平衡時(shí)的狀態(tài)） 00VmoVmm水0mv0m水閉口孔隙 開(kāi)口孔隙mv0閉口孔隙 開(kāi)口孔隙飽和表觀密度（吸水飽和狀態(tài)）00Vmm飽和水閉口孔隙開(kāi)口孔隙mv0M水Vv（三）堆積密度（俗稱松散容重） 散?；蚍蹱畈牧?，如砂、石子、水泥等，在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度，用 表示。按下式計(jì)算： 00Vmv由于散粒材料堆積的緊密程度不同，堆積密度可分為疏松

4、堆積密度（自然狀態(tài)）、緊密堆積密度（振動(dòng)密實(shí)）。v二、材料的密實(shí)度和孔隙率（一）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，即固體物質(zhì)的體積所占總體積的比例。反應(yīng)材料的致密程度。用D表示。材料的強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性等與密度有關(guān)。按下式計(jì)算： %10000VVDmv0閉口孔隙 開(kāi)口孔隙V（二）孔隙率在材料自然體積內(nèi)孔隙體積所占的比例，稱為材料的孔隙率，用表示。反應(yīng)材料的致密程度。與材料強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性和導(dǎo)熱性等有關(guān)。按下式計(jì)算：P+D=1 %100)1 (1%1000000VVVVVPmv0閉口孔隙 開(kāi)口孔隙Vbkppp孔隙率=開(kāi)口孔隙率+閉口孔隙率開(kāi)口孔隙率Pk=%1000

5、VV開(kāi)口孔隙閉口孔隙率Pb=%1000VV閉口孔隙v三、材料的填充率與空隙率（一）填充率 指散粒材料在某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度，用符號(hào)D，表示，按下式計(jì)算：%100%1000000VV00Vm00Vmv（二）空隙率 散粒材料自然堆積體積中顆粒之間的空隙體積所占的比例稱為散粒材料的空隙率。用下式計(jì)算：D+P,=1空隙率反應(yīng)散粒材料的顆粒之間相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞?jí)配與計(jì)算含砂率的依據(jù)。%100)1 (10000000VVVVVP四、材料與水有關(guān)的性質(zhì)v（一） 材料的親水性與憎水性 親水性：材料能被水潤(rùn)濕的性質(zhì) 親水性材料：磚、木材、混凝土 憎水性：材料不能被

6、水潤(rùn)濕的性質(zhì) 憎水性材料：石蠟、瀝青、油漆、塑料(b)(a)（a）親水性材料 （濕潤(rùn)角 90 ） （b）憎水性材料 （90 濕潤(rùn)角 180 ） v（二） 吸水性和吸濕性 1、吸水性：材料浸入水中吸收水的能力稱為材料的吸水性，常用質(zhì)量吸水率表示：%1001mmmWmm材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量m1材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量v體積吸水率： 指材料吸水飽和時(shí)，所吸水分的體積占自然狀態(tài)體積的百分率。%1000VVWswv吸水飽和狀態(tài)時(shí)，吸入水的體積等于材料內(nèi)開(kāi)口孔隙的體積。因此體積吸水率等于開(kāi)口孔隙率。v 質(zhì)量吸水率與體積吸水率的關(guān)系為： 工程中常用質(zhì)量吸水率表示材料的吸水性。 同一材料的吸水率基本是一固定值

7、。吸水率大對(duì)材料性能不利，材料吸水后會(huì)使材料的表觀密度和導(dǎo)熱性能增大，強(qiáng)度降低，耐久性下降。wmvWW干v2、吸濕性 材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性，吸濕性常用含水率來(lái)表示。即 M：材料干燥至恒重時(shí)的質(zhì)量%100mmmW含含v平衡含水率：材料中的水分與周圍空氣的濕度達(dá)到平衡時(shí)的含水率，稱為平衡含水率。 v（三） 材料的耐水性 材料長(zhǎng)期在水作用下不破壞，且其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性，材料的耐水性用軟化系數(shù)表示。可按下式計(jì)算： 耐水性材料要求軟化系數(shù)大于0.85fb:吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度f(wàn)d:吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度dbrffK v1）軟化系數(shù)越小，說(shuō)明材料吸水飽和后的強(qiáng)度降

8、低越多，其耐水性越差。v 2）對(duì)經(jīng)常處于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)物（如地下構(gòu)筑物、基礎(chǔ)、水工結(jié)構(gòu)）的材料，其K軟0.85；v（四）抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為材料的抗?jié)B性（不透水性）。 滲透系數(shù) ：HAtdQKdQHHAtdQKAv抗?jié)B等級(jí) 抗?jié)B等級(jí)指材料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下進(jìn)行透水試驗(yàn)，以試件在透水前所能承受的最大水壓力（0.1MPa為單位）來(lái)確定的。如W6、W8 表示材料能承受0.6、0.8Pa的水壓而不滲水。v影響抗?jié)B性的主要因素（1）親水性（2）孔隙率（3）孔隙特征v（五）抗凍性 材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)稱為抗凍性。 抗凍性是

9、指材料在吸水飽和狀態(tài)下，抵抗凍融循環(huán)作用的能力。v抗凍等級(jí) 將材料吸水飽和后，按規(guī)定方法進(jìn)行-20+20度凍融循環(huán)試驗(yàn)，以質(zhì)量損失不超過(guò)5、強(qiáng)度下降不超過(guò)25時(shí)，所能經(jīng)受的最大凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)確定。用符號(hào)“F”和最大凍融循環(huán)次數(shù)表示，如F25、F50、F100v影響材料抗凍性的因素 （1）孔隙率、孔隙特征 （2）材料的強(qiáng)度、韌性 （3）材料的軟化系數(shù) （4）凍結(jié)條件：凍結(jié)溫度、凍結(jié)速度、凍融循環(huán)作用的頻繁程度五、材料與熱有關(guān)的性質(zhì)（一）導(dǎo)熱性 材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。其大小用導(dǎo)熱系數(shù)（）表示。 =Q*a/A(T2-T1)t 式中 導(dǎo)熱系數(shù)（W/m.K） Q傳導(dǎo)的熱量（J） A平壁面積（m2

10、） a材料的厚度（m） t傳熱時(shí)間（s） (T2-T1)材料兩側(cè)溫差（K） v影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素： 1、無(wú)機(jī)材料的導(dǎo)熱系數(shù)大于有機(jī)材料 2、晶體的導(dǎo)熱系數(shù)大于無(wú)定形體的導(dǎo)熱系數(shù) 3、材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導(dǎo)熱系數(shù)愈小； 4、材料的含水率增加,導(dǎo)熱系數(shù)也增加 5、大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度和濕度升高而增加v（二）熱容量與比熱容 材料加熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。大小用比熱表示 公式 Q=cm(T2T1) 式中 Q材料吸收或放出的熱量（J） c材料的比熱容(J/g.K) m材料的質(zhì)量（g） (T2T1) 材料受熱或冷卻前后的溫差（K)v（三）材料的溫度變形性 材料的溫度

11、變形性是指溫度升高或降低時(shí)體積變化的性質(zhì)。線膨脹系數(shù)： LTTL)(12材料名稱建筑鋼材普通混凝土粘土磚花崗巖松木石膏板導(dǎo)熱系數(shù)W/（mK） 551.80.552.90.150.30比熱容J/（gK） 0.460.880.840.801.631.1線膨脹系數(shù)10-6/K 10205.815575.55.8幾種材料的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)及線膨脹系數(shù)幾種材料的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)及線膨脹系數(shù) 第二節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì) 材料的力學(xué)性質(zhì)指材料在外力作用下的變形性質(zhì)和抵抗破壞的能力。v1、材料的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、理論強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)v2、彈塑性變形v3、脆性與韌性v4、硬度與耐磨性v一、材料的強(qiáng)度（一）材料強(qiáng)度材料在外力作

12、用下抵抗破壞的能力，稱為材料的強(qiáng)度。以外力破壞時(shí)單位面積上所承受的外力（拉力、壓力、剪力等）表示。 1、材料的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度APf bhPPPPPPPP2aaal=3aP2l2、影響材料強(qiáng)度的外界因素 v（1）試件的形狀相同底面積的試件，高度越大，強(qiáng)度值越小。v（2）試件尺寸150150150300150150200200200100100100150150150強(qiáng)度測(cè)定值逐漸減小大于v（3）加荷速度 加荷速度越快，測(cè)定的強(qiáng)度值越大v（4）試驗(yàn)環(huán)境的溫濕度 （二）材料的強(qiáng)度等級(jí) 按強(qiáng)度值的高低劃分為若干等級(jí)，即材料的強(qiáng)度等級(jí)。 脆性材料按抗壓強(qiáng)度劃分：如巖石、磚和混凝土等。 鋼材按抗拉屈

13、服強(qiáng)度劃分。v石材按極限抗壓強(qiáng)度分9個(gè)等級(jí)：MU10MU100；v燒結(jié)普通磚按抗壓強(qiáng)度分5個(gè)等級(jí)：MU10MU30 ；v普通混凝土按抗壓強(qiáng)度分12個(gè)等級(jí)：C7.5C60；v碳素結(jié)構(gòu)鋼按抗拉屈服強(qiáng)度分5個(gè)牌號(hào)：Q195Q275。v（三）比強(qiáng)度 材料的強(qiáng)度與其表觀密度比值，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。 材料低碳鋼普通混凝（抗壓）松木玻璃鋼粘土磚（抗壓）表觀密度（kg/m3）7860240050020001700強(qiáng) 度（MPa）415293445010比強(qiáng)度0.05320.0690.2250.006v1、 彈性及彈性變形 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱為彈性

14、。 材料的這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形，彈性變形是可逆變形。二、彈塑性變形v彈性變形的大小與外力成正比，比例系數(shù)稱為材料的彈性模量 。v為常數(shù)，其值為應(yīng)力與應(yīng)變之比，即v彈性模量 E 是衡量材料抵抗變形能力的一個(gè)指標(biāo)。值愈大，材料愈不易變形，材料的剛度愈好。EOOOAAABabba塑彈v2 、塑性及塑性變形 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為材料的塑性。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。 塑性階段，應(yīng)力與應(yīng)變不成正比。 OOOAAABabba塑彈3 、彈塑性材料的變形特征OOOAAABabba塑彈v1、 脆性 材料在外力作用下，當(dāng)外力

15、達(dá)一定值時(shí)，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時(shí)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)的材料稱脆性材料。三、脆性和韌性2 、脆性材料特性（1）抗壓強(qiáng)度大于抗拉強(qiáng)度（2）破壞時(shí)應(yīng)變?。?）承受沖擊和震動(dòng)能力差（4）宜做承壓構(gòu)件，如磚、石材、混凝土等v3 、韌性 材料在沖擊或震動(dòng)荷載作用下能承受較大變形不致破壞的性質(zhì)。 韌性材料的變形能力大，且抗拉強(qiáng)度幾乎與抗壓強(qiáng)度相等。 如低碳鋼、低合金鋼等屬于韌性材料。v1、 硬度 硬度是指材料表面抵抗硬物壓入或刻劃的能力。 莫氏硬度（HM）：采用刻劃法，并與十個(gè)硬度標(biāo)準(zhǔn)比較，確定硬度。（滑石：1，金剛石：10）四、硬度與耐磨性v布氏硬度（HB）：采用壓入法，用壓痕單位面積上所受的壓力表示。F布氏壓頭材料表面壓痕dD)dDD(DFHB222v肖氏硬度（HS）：采用回彈法，用重錘的回彈高度作硬度的相對(duì)值。v2 、耐磨性 材料表面抵抗磨損和磨耗的能力叫做材料的耐磨性 。 第三節(jié) 材料的耐久性 The Durability of Materialsv 耐久性是材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，抵抗自身及環(huán)境因素長(zhǎng)期破壞作用，保