《建筑材料》第一章“建筑材料的基本性質(zhì)”

1、1 建筑材料的基本性質(zhì)建筑材料的基本性質(zhì)熟悉和掌握材料的基本性質(zhì)，對(duì)于正確選熟悉和掌握材料的基本性質(zhì)，對(duì)于正確選擇和合理使用材料至關(guān)重要。本章主要介紹了擇和合理使用材料至關(guān)重要。本章主要介紹了材料的基本物理、力學(xué)性質(zhì)及耐久性。物理性材料的基本物理、力學(xué)性質(zhì)及耐久性。物理性質(zhì)包括材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)、與水有關(guān)的性質(zhì)包括材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)、與水有關(guān)的性質(zhì)、熱工性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)包括強(qiáng)度、彈性與塑質(zhì)、熱工性質(zhì)，力學(xué)性質(zhì)包括強(qiáng)度、彈性與塑性、脆性與韌性。性、脆性與韌性。 本章提要本章提要本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容1.1 材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(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

2、的耐久性圖1.1材料的體積示意圖1-固體物質(zhì)2-閉口孔隙3-開(kāi)口孔隙4-顆粒間隙1324V閉V開(kāi)00V間1.1 材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(zhì)密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。計(jì)算式為： 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。材料的質(zhì)量是指干燥至恒重的質(zhì)量。 1 材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1) 密度密度mV表觀密度是指材料單位表觀單位體積的干質(zhì)量。計(jì)算式為： 材料的表觀體積是指包含閉口孔隙的體積。質(zhì)量是指烘干后的質(zhì)量。2) 表觀密度（視密度）表觀密度（視密度）體積密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。計(jì)算式為： 材料在自然狀態(tài)下的體積是指包含閉口孔隙和開(kāi)口孔隙的

3、體積。一般是指材料在自然狀態(tài)下測(cè)定的容重；在試件烘干后測(cè)定的容重稱為干容重；在含水狀態(tài)下測(cè)定的容重，必須注明含水情況。3) 體積密度（容重）體積密度（容重）mmVVVV開(kāi)閉堆積密度是指散粒狀材料在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。計(jì)算式為： 材料的堆積體積包含所有孔隙體積和顆粒之間的間隙體積。堆積密度反映材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。有干堆積密度及濕堆積密度之分。常用建筑材料的有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.1。4) 堆積密度堆積密度00mmVVVVV開(kāi)間閉表表1.1 常用建筑材料的物理參數(shù)常用建筑材料的物理參數(shù)材料 密度(g/cm3) 表觀密度（容重）0 (kg/m3) 堆積密度0(kg/m3)石灰?guī)r 2

4、.6018002600_花崗巖 2.602.8025002700_碎石(石灰?guī)r) 2.60_14001700砂 2.60_14501650粘土2.60_16001800普通粘土磚 2.502.8016001800_材料 密度(g/cm3) 體積密度（容重） (kg/m3) 堆積密度0(kg/m3)粘土空心磚 2.5010001400_水泥 3.10_12001300普通混凝土 _21002600_木材 1.55400800_鋼材 7.857850_泡沫塑料 _2050_(1) 密實(shí)度密實(shí)度 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。密實(shí)度反映材料的致密程度

5、。計(jì)算式為： 5) 材料的密實(shí)度與孔隙率材料的密實(shí)度與孔隙率100%100%mVDmV(2) 孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料中的孔隙體積占材料自然狀態(tài)下總體積的百分率。計(jì)算式為： 孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系為：1PD(1) 填充率填充率 填充率是指散粒材料在某種堆積體積內(nèi)被其顆粒填充的程度。其計(jì)算式為： 6) 材料的填充率與空隙率材料的填充率與空隙率0000100%100%VDV(2) 空隙率空隙率 空隙率是指散粒材料在某種堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積(開(kāi)口孔隙與間隙之和）所占的比例。計(jì)算式為： 空隙率與填充率的關(guān)系為： 00000001(1) 100%VVVPVV 1PD材料在空氣中與水接觸時(shí)，根

6、據(jù)材料表面被水潤(rùn)濕的情況，分親水性材料和憎水性材料兩類當(dāng)材料分子與水分子間的相互作用力大于水分子間的作用力時(shí)，材料表面就會(huì)被水所潤(rùn)濕。此時(shí)在材料、水和空氣的三相交點(diǎn)處，沿水滴表面所引切線與材料表面所成的夾角90圖1.2(a)，這種材料屬于親水性材料。2 材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì)1) 親水性與憎水性親水性與憎水性如果材料分子與水分子間的相互作用力小于水本身分子間的作用力，則表示材料不能被水潤(rùn)濕。此時(shí)，潤(rùn)濕角90180圖1.2(b)，這種材料稱為憎水性材料。大多數(shù)建筑材料，如石材、磚瓦、陶器、混凝土、木材等都屬于親水性材料，而瀝青、石蠟和某些高分子材料屬于憎水性材料。 圖1.2 材料潤(rùn)

7、濕邊角 V 11 0 0 % = 1 0 0 %VVm mW 水干濕體干 干水撐著油紙傘，撐著油紙傘， 獨(dú)自彷徨在悠長(zhǎng)，獨(dú)自彷徨在悠長(zhǎng)， 悠長(zhǎng)又寂寥的雨巷，悠長(zhǎng)又寂寥的雨巷， 我希望逢著一個(gè)丁香一樣地我希望逢著一個(gè)丁香一樣地 結(jié)著愁怨的姑娘。結(jié)著愁怨的姑娘。吸水性是指材料在水中能吸收水分的性質(zhì)。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率為材料浸水后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)吸入水的質(zhì)量（或體積）占材料干燥質(zhì)量（或干燥時(shí)體積）的百分比。質(zhì)量吸水率 2) 吸水性吸水性100%mmWm干濕質(zhì)干材料吸水飽和體積吸水率材料吸水率的大小與材料的孔隙率和孔隙構(gòu)造特征有關(guān)。見(jiàn)下頁(yè)圖。 指干燥材料在包含閉口孔隙條件下的體積1( 1)1

8、 0 0 %V VVPVV 花崗巖0.50.7混凝土23粘土磚820木材、海綿大于100材料在潮濕的空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示。含水率為材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分比。計(jì)算式為： 3) 吸濕性吸濕性100%mmWm干含含干材料的含水率隨空氣溫度和濕度的變化而變化。當(dāng)材料中的濕度與空氣濕度達(dá)到平衡時(shí)的含水率稱為平衡含水率。材料在長(zhǎng)期飽和水作用下不被破壞，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，在01之間，越大表示材料的耐水性越好。軟化系數(shù)大于0.85的材料可看做是耐水材料。計(jì)算式為： 4) 耐水性耐水性Kff飽水軟干燥抗?jié)B性是指

9、材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性質(zhì)。材料的抗?jié)B性可用滲透系數(shù)表示:一定時(shí)間內(nèi)，在一定水壓作用下，單位厚度的材料，單位截面積上的透水量。K越小的材料表示其抗?jié)B性越好。 5) 抗?jié)B性抗?jié)B性QKdAtHAQHdK滲透系數(shù)，cm/h；Q透水量，cm3；d試件厚度，cm；A透水面積，cm2； t 透水時(shí)間，h；H水頭高度，cm。圖1.3滲透圖材料的抗?jié)B性也可以用抗?jié)B等級(jí)Pn來(lái)表示。 例如：某防水混凝土的抗?jié)B等級(jí)為P6，表示該混凝土試件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，按照規(guī)定的試驗(yàn)方法在0.6MPa壓力水的作用下無(wú)滲透現(xiàn)象。 抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用(凍融循環(huán))而不被破壞，強(qiáng)度也無(wú)顯著

10、降低的性能。 材料的抗凍性用抗凍等級(jí)Fn表示。n表示材料試件經(jīng)n次凍融循環(huán)試驗(yàn)后，質(zhì)量損失不超過(guò)5%，抗壓強(qiáng)度降低不超過(guò)25%。n的數(shù)值越大，說(shuō)明抗凍性能愈好。材料的抗凍性與材料的密實(shí)度、強(qiáng)度、孔隙構(gòu)造特征、耐水性以及吸水飽和程度有關(guān)。 6) 抗凍性抗凍性材料傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。材料的導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)表示。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是指，單位厚度的材料，當(dāng)兩個(gè)相對(duì)側(cè)面溫差為1K時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量。計(jì)算式為：材料的導(dǎo)熱系數(shù)與材料的成分、構(gòu)造等因素有關(guān)，越小表示其絕熱性能越好。3 材料的熱工性質(zhì)（了解）材料的熱工性質(zhì)（了解）1) 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性12()QdAtt各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)W/(

11、mK)差別很大：銀429、鋼55普通混凝土 28、粘土磚0.64、石膏制品0.200.28松木0.170.35水0.58密閉空氣0.023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。比熱表示：1kg材料溫度升高或降低1K時(shí)，所吸收或放出的熱量稱為比熱。2) 熱容量熱容量1122()QQcm tcm ttt水的比熱4.2kJ/(kgK)砂石比熱0.92kJ/(kgK)當(dāng)烈日當(dāng)空時(shí)，水還是保持像早上那時(shí)候的水溫，因?yàn)樗郎匦枰罅繜崃?，到了晚上，水還是熱的，因?yàn)獒尫艧崃柯?。所以水有調(diào)節(jié)氣溫的作用，使得溫差不至于太大。 內(nèi)陸溫差大，沿海地區(qū)溫差小。 炎熱的沙漠晝夜溫差大1.2 材料的力學(xué)性

12、質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)材料在外力(荷載)作用下抵抗破壞的能力，稱為強(qiáng)度。當(dāng)材料承受外力作用時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生應(yīng)力。隨著外力逐漸增加，應(yīng)力也相應(yīng)增大。直至材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的作用力不能再抵抗這種應(yīng)力時(shí)，材料即破壞，此時(shí)的極限應(yīng)力值就是材料的強(qiáng)度。根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗剪和抗彎(抗折)強(qiáng)度等(圖1.4)。 1 強(qiáng)度強(qiáng)度在試驗(yàn)室采用破壞試驗(yàn)法測(cè)試材料的強(qiáng)度。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法，將制作好的試件安放在材料試驗(yàn)機(jī)上，施加外力(荷載)，直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時(shí)的荷載值，計(jì)算材料的強(qiáng)度。材料的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度的計(jì)算式為： FfA材料的抗彎強(qiáng)度與試件受力情況、截面形狀以及支承條件有

13、關(guān)。通常是將矩形截面的條形試件放在兩個(gè)支點(diǎn)上，中間作用一集中荷載。材料的抗彎強(qiáng)度的計(jì)算式為： 232FLfbh材料的強(qiáng)度主要取決于它的組成和結(jié)構(gòu)。一般說(shuō)材料孔隙率越大，強(qiáng)度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，強(qiáng)度也不相同。 圖1.4 材料受力示意圖 (a)拉力；(b)壓力；(c)剪切；(d)彎曲 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去外力后變形隨即消失，這種性質(zhì)稱為彈性。這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去外力后仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 有的材料在受力時(shí)彈性變形和塑性變形同時(shí)產(chǎn)生，如圖1.5所示。2 彈性與塑性彈性與塑性圖1.5 材料的彈塑性變形曲線ob-塑性變形ba-彈性變形 材料受力破壞時(shí)，無(wú)顯著的變形而突然斷裂的性質(zhì)稱為脆性。在常溫、靜荷載下具有脆性的材料稱為脆性材料。在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)稱為韌性或沖擊韌性。材料的韌性是用沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)試的，以試件破壞時(shí)單位面積所消耗的功表示。 3 脆性與韌性脆性與韌性耐久性是指材料在各種環(huán)境因素作用下，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中保持其性能穩(wěn)定的性質(zhì)。環(huán)境因素是多種多樣的，有物