建材的基本性質(zhì)

1、趙趙 珍珍 玲玲課程導(dǎo)入 建筑材料的基本性質(zhì)教學(xué)內(nèi)容：建筑材料的基本性質(zhì)建筑材料的基本性質(zhì)1、材料的基本物理性質(zhì)2、材料的力學(xué)性質(zhì)3、材料的光學(xué)與聲學(xué)性質(zhì)4、材料的耐久性 1、材料的基本物理性質(zhì)1）與材料構(gòu)造有關(guān)的性質(zhì)2）與水有關(guān)的性質(zhì)3）與熱有關(guān)的性質(zhì)1、材料的基本物理性質(zhì) 1）與材料構(gòu)造有關(guān)的性質(zhì) 體積；密度；密實度與孔隙率；填充率與空隙率 2）與水有關(guān)的性質(zhì) 親水性與憎水性；吸水性；吸濕性；耐水性；抗?jié)B性；抗凍性 3）與熱有關(guān)的性質(zhì) 導(dǎo)熱性；熱容量（1）材料的體積定義： 體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。（1）材料的體積封閉孔隙（體積為Vb）開口

2、孔隙（體積為Vk）固體物質(zhì)（體積為V）材料在自然狀態(tài)下總體積：V0V+Vp 孔隙體積：VpVb+VkVp孔隙體積（1）材料的體積絕對密實體積：不包括孔隙的固體物質(zhì)體積。表觀體積：整體材料外觀體積，包括礦質(zhì)實體與閉口孔隙體積?？傮w積V0 ：包括礦質(zhì)實體、閉口孔隙和開口孔隙的總體積。堆積體積V0：堆積狀態(tài)堆積狀態(tài)下，粉狀或粒狀材料的總外觀體積。包括總體積和顆粒間的空隙。不同體積的測定方法絕對密實體積：一般將材料磨成規(guī)定細(xì)度的粉末，用排開液體的方法得到其體積。表觀體積：直接用排開液體的方法測定的體積。總體積V0 ：形狀規(guī)則的材料可根據(jù)其尺寸計算其體積；形狀不規(guī)則的材料可先在材料表面涂臘，然后用排開液

3、體的方法得到其體積。堆積體積V0：直接計算容器體積，松散堆積狀態(tài)下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。（2）材料的密度絕對密度（真實密度）定義： 密度是指材料在規(guī)定條件下（1055 烘干至恒重）下單位體積的質(zhì)量。不包括孔隙的實體體積。 計算式為： 式中：密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料的質(zhì)量，g 或 kg； V材料的絕對密實體積，cm3 或 m3。mV（2）材料的密度絕對密度（真實密度）測試，絕對干燥，含孔材料磨成細(xì)粉，（粒徑小于0.2mm）排除內(nèi)部孔隙，干燥至恒重，用密度瓶（李氏瓶）測其體積。（2）材料的密度 表觀體積是指包括內(nèi)部封閉孔隙在內(nèi)的體積。其封閉孔隙的多少，孔隙中是否含

4、有水及含水的多少，均可能影響其總質(zhì)量或體積。 因此，材料的表觀密度與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)。工程中砂石材料，直接用排水法測定其表觀體積（2）材料的密度表觀密度（視密度）表觀密度（視密度）材料單位表觀體積的質(zhì)量。按下式計算：式中： 體積密度， g/cm3 或 kg/m3； m 材料的質(zhì)量，g 或 kg； 材料的表觀體積，cm3 或 m3。Vm材料的表觀體積是指包含孔隙的體積。一般是指材料長期在空氣中干燥，即氣干狀態(tài)下的表觀密度。在烘干狀態(tài)下的表觀密度，稱為干表觀密度。 （2）材料的密度測定瓶+砂+水的質(zhì)量m1測定瓶+水的質(zhì)量m2體積密度（稱容重）體積密度（稱容重） 體積密度是指材料在自然狀

5、態(tài)下單位體積 (包括閉口和開口孔隙的體積)的質(zhì)量。按下式計算： 式中：0材料的體積密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的質(zhì)量，g 或 kg； V0材料的自然體積，cm3 或 m3。00Vm（2）材料的密度堆積密度堆積密度 堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算： 式中：0材料的堆積密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的質(zhì)量，g 或 kg； 材料的堆積體積，cm3 或 m3。00Vm（2）材料的密度0V（3） 材料的密實度與孔隙率 密實度密實度D 定義：定義：密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度，也就是固體物質(zhì)的體積占總體積的比例。密實度反映

6、材料的致密程度。 式中： 密度； 0材料的體積密度。 對于大多數(shù)土木工程材料， 因 0 ，密實度D 110010000VVD孔隙率孔隙率P 定義：是指塊狀材料體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例。按下式計算：式中：V材料的絕對密實體積，cm3 或 m3；V0材料的自然體積，cm3 或 m3； 0材料的體積密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。 孔隙率大小反映材料密實程度。）（1001100000VVVP （3） 材料的密實度與孔隙率孔隙率大小及孔隙特征對材料的性質(zhì)影響：孔隙率大小及孔隙特征對材料的性質(zhì)影響：如材料的強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性、吸聲性等性質(zhì)?？?/p>

7、隙特征指孔隙的大小、形狀、分布、連通與否等。開口孔隙增多使材料表觀密度變小，吸水性、吸濕性、吸聲性提高，但是強(qiáng)度、抗凍性和抗?jié)B性變差。閉口孔隙增多，使材料的保溫隔熱和耐久性提高。 （3） 材料的密實度與孔隙率（4）材料的填充率與空隙率 空隙率空隙率 定義：定義：填充率是指散粒材料在某種容器內(nèi)被其顆粒填充的程度。 ?？障堵?按下式計算：式中：0材料的體積密度； 材料的堆積密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭?。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算砂率的依據(jù)。 ）（）（10011001100000000VVVVVP0P （4）材料的填充率與空隙率 空隙率可用于考慮壓實度，如回填

8、土的壓實； 或作為控制混凝土粗、細(xì)集料配料以及計算混凝土砂率的依據(jù)。 孔隙率與空隙率的區(qū)別孔隙率與空隙率的區(qū)別比較項目比較項目孔隙率孔隙率空隙率空隙率適用場合個體材料內(nèi)部堆積材料之間作 用可判斷材料性質(zhì)可進(jìn)行材料用量計算計算公式）（10010P）（100100P2）材料與水有關(guān)的性質(zhì) 親水性與憎水性； 吸水性； 吸濕性； 耐水性； 抗?jié)B性； 抗凍性2)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 材料在空氣中與水接觸時，根據(jù)材料表面被水潤濕的情況，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，材料表面就會被水所潤濕。此時在材料、水和空氣的三相交點處，

9、沿水滴表面所引切線與材料表面所成的夾角90，這種材料屬于親水性材料。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濕。此時，潤濕角90180，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。 2)材料與水有關(guān)的性質(zhì) 9090（）親水性材料（）親水性材料 （）憎水性材料（）憎水性材料稱為潤濕角。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)吸水性吸水性 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（或干燥時體積）

10、的百分比。 2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率 式中： mb材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）； mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。%100ggbmmmmW體積吸水率體積吸水率 式中:mb材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）； mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。 V0 材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3 或 m3）； w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）。%10010WgbvVmmW2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)影響材料吸水性的因素影響材料吸水性的因素 材料的吸水率與親水性、孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)

11、部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。材料的體積吸水率就是材料開口空隙率。常用材料的吸水性用質(zhì)量吸水率表示，輕質(zhì)材料，質(zhì)量吸水率大于1，用體積吸水率表示。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)吸濕性吸濕性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。%100ggshmmmW2)材料與水有關(guān)的性質(zhì) 吸濕性越大，材料的表觀密度增大，強(qiáng)度降低，保溫、隔熱性能降低，抗凍能力降低。材料吸水很不利。 2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)吸水率與含水率的區(qū)別吸水率與含水率的區(qū)別比較項目比較項目吸水率吸水率含水率含水率適用場合在水中吸收水分在空氣中吸收水分表示方法吸收水分的質(zhì)量比或體積比吸收水

12、分的質(zhì)量比吸收水量達(dá)到飽和與空氣中水分平衡通常小于吸水率耐水性耐水性材料在長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。式中： KR 材料的軟化系數(shù)； fb 材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）； fg 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。gbRffK2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)軟化系數(shù)反映了材料飽水后強(qiáng)度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。 一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強(qiáng)度則有不同程度的降低。當(dāng)材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強(qiáng)度的嚴(yán)重降低

13、。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將KR0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75 。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)抗?jié)B性抗?jié)B性 含義：抗?jié)B性是指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。滲透系數(shù)K 式中：K滲透系數(shù),（cm / h）; Q滲水量， （cm3 ）； A滲水面積,（cm2 ） H材料兩側(cè)的水壓差，（cm） d試件厚度 （cm）； t滲水時間（h）。AtHQdK2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)抗?jié)B等級抗?jié)B等級 對于混凝土砂漿等材料的抗?jié)B等級是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)

14、行透水試驗時，材料標(biāo)準(zhǔn)試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水壓而不滲透。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)影響材料抗?jié)B性的因素影響材料抗?jié)B性的因素 材料親水性和憎水性：通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料； 材料的密實度 ：密實度高的材料其抗?jié)B性也較高； 材料的孔隙特征 ： 具有開口孔隙多、粗孔多的材料其抗?jié)B性較差。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)抗凍性抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能

15、。材料吸水后，在負(fù)溫作用條件下，水在材料毛細(xì)孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨脹所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復(fù)，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì)抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失分別不超過5%和25%時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。材料的抗凍等級可分為F15、F25、F50、F100、F200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。2)材料與水有關(guān)的性質(zhì) 影響抗凍性的因素影響抗凍性的因素1.材料的密實度（孔隙率）：密實度越高則其抗凍性越好。2.材料的孔隙特征 :開口孔隙

16、越多則其抗凍性差。3.材料的強(qiáng)度: 強(qiáng)度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性 : 耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量大小: 吸水量越大則其抗凍性越差。3）材料與熱有關(guān)的性質(zhì)導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性：傳到熱量的能力，導(dǎo)熱系數(shù)，越小越保溫絕熱， 1/ 為材料的熱阻R，熱阻越大保溫絕熱性能越好。 材料受潮受凍后，不能保溫隔熱，因此要保持材料干燥。熱容量：熱容量：材料吸熱或放熱的能力，比熱c，建筑物內(nèi)部材料的比熱越大，室內(nèi)溫度越穩(wěn)定。因此，理想的材料是導(dǎo)熱系數(shù)小，比熱的材料。3）材料與熱有關(guān)的性質(zhì)導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 定義定義：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，

17、單位厚度的材料，當(dāng)兩個相對側(cè)面溫差為1K時，在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。計算式為 小于0.25w/(m k)的材料稱為絕熱材料。21()QdAz tt3）材料與熱有關(guān)的性質(zhì) 式中：導(dǎo)熱系數(shù)，W/（mK）； Q傳導(dǎo)的熱量，J； d材料厚度，m； F熱傳導(dǎo)面積，m2； Z熱傳導(dǎo)時間，h； （t2t1）材料兩面溫度差，K。）（12ttFZQd3）材料與熱有關(guān)的性質(zhì)熱容量和比熱容熱容量和比熱容材料加熱時吸收熱量、冷卻時放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。熱容量用比熱表示，1g材料溫度升高或降低1K時，所吸收或放出的熱量稱為比熱。比熱的計算式為：材料的比熱與質(zhì)量的乘積為材料的熱容量值Q容=cm。21()Qc

18、m tt3）材料與熱有關(guān)的性質(zhì)比熱容的計算式如下所示：式中：C材料的比熱容，J/（gK）； Q材料吸收或放出的熱量(熱容量)； m材料質(zhì)量，g； （t2 t1）材料受熱或冷卻前后的溫差，K。）（12ttmQC2、材料的力學(xué)性質(zhì)1）強(qiáng)度2）彈性與塑性3）脆性與韌性2、材料的力學(xué)性質(zhì)1）材料的強(qiáng)度）材料的強(qiáng)度材料在外力(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，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)點間的作用力不能再抵抗這種應(yīng)力時，材料即破壞，此時的極限應(yīng)力值就是材料的強(qiáng)度。在試驗室采用破壞試驗法測試材料的強(qiáng)度。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗方法，將制作好的試件

19、安放在材料試驗機(jī)上，施加外力(荷載)，直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時的荷載值，計算材料的強(qiáng)度。材料的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度的計算式為： FfA2、材料的力學(xué)性質(zhì)AFfmax抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的計算：抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的計算： 式中：f材料強(qiáng)度， MPa； Fmax材料破壞時的最大荷載，N； A試件受力面積， mm2 。2、材料的力學(xué)性質(zhì)抗彎強(qiáng)度的計算：抗彎強(qiáng)度的計算： 式中： fw材料的抗彎強(qiáng)度， MPa； Fmax材料受彎破壞時的最大荷載，N； A試件受力面積， mm2 ；L 、b 、 h 兩支點的間距，試件橫截面的寬及高， mm。2max23bhLFfw圖1.2 材料受力

20、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。 2、材料的力學(xué)性質(zhì)材料的彈性和塑性變形曲線見圖1.3。有的材料在受力時彈性變形和塑性變形同時產(chǎn)生，如圖1.4所示。2、材料的力學(xué)性質(zhì)圖1.3 材料的彈性和塑性變形曲線圖1.4 材料的彈塑性變形曲線 材料受力破壞時，無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、振動荷載作用下

21、，材料能夠吸收較大的能量，同時也能產(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來測試的，以試件破壞時單位面積所消耗的功表示。 2、材料的力學(xué)性質(zhì)2、材料的力學(xué)性質(zhì)3）脆性和韌性）脆性和韌性 材料受力達(dá)到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機(jī)非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強(qiáng)度高而抗拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中使用時，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。2、材料的力學(xué)性質(zhì)硬度和耐磨性硬度和耐磨性（1 1）硬度）硬度材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度?？虅澐ㄓ糜谔烊坏V物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為10個硬度等級?；貜椃ㄓ糜跍y定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強(qiáng)度；也用于測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的表面硬度并間接推算其強(qiáng)度。耐磨性耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨損的