第一章 建筑材料的基本性質(zhì)

1、第一章第一章 建筑材料的基本性質(zhì)建筑材料的基本性質(zhì)一一. .材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(zhì)二二. . 材料的基本力學性質(zhì)材料的基本力學性質(zhì)三三. .材料的材料的耐久性耐久性一、材料的密度、表觀密度與堆積密度一、材料的密度、表觀密度與堆積密度（一）密度（一）密度第一節(jié)第一節(jié) 材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(zhì)材料在材料在絕對密實狀態(tài)下絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度。單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度。公式：公式：=m/V 式中式中 ：材料的密度（材料的密度（g/cm3） m材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g） V材料在絕對密實狀態(tài)下體積（材料在絕對密實狀態(tài)下體積（cm3）材料在絕對

2、密實狀態(tài)下的材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，是指不包含材料內(nèi)體積，是指不包含材料內(nèi)部空隙的固體物質(zhì)本身的部空隙的固體物質(zhì)本身的體積，亦稱實體積。體積，亦稱實體積。 實際密度的測量：實際密度的測量： u對近于絕對密實的材料：金屬、玻璃等對近于絕對密實的材料：金屬、玻璃等 直接以排水法作為密實態(tài)體積近似值直接以排水法作為密實態(tài)體積近似值 u對有孔隙的材料：磚、混凝土、石材對有孔隙的材料：磚、混凝土、石材 磨成細粉，干燥后用排水法求的體積即為密實態(tài)體積磨成細粉，干燥后用排水法求的體積即為密實態(tài)體積（二）表觀密度（二）表觀密度材料在材料在自然狀態(tài)下自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為材料的表觀密度。單位體積的質(zhì)量

3、稱為材料的表觀密度。公式：公式：0=m/V 0 式中式中 ：0材料的表觀密度（材料的表觀密度（g/cm3） m材料的質(zhì)量（材料的質(zhì)量（g） V0材料在自然狀態(tài)下體積（材料在自然狀態(tài)下體積（cm3）材料在自然狀態(tài)下的體材料在自然狀態(tài)下的體積，是指包含材料封閉積，是指包含材料封閉空隙和連通孔隙的體積?？障逗瓦B通孔隙的體積。u分：干表觀密度和濕表觀密度。通常所講分：干表觀密度和濕表觀密度。通常所講 的表觀密度是指氣干狀態(tài)下的表觀密度的表觀密度是指氣干狀態(tài)下的表觀密度u測量方法：規(guī)則形狀，可根據(jù)實際測量測量方法：規(guī)則形狀，可根據(jù)實際測量 不規(guī)則形狀，用蠟封排液法不規(guī)則形狀，用蠟封排液法（三）堆積密度（

4、三）堆積密度粒狀材料粒狀材料在在自然堆積狀態(tài)下自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度。單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度。公式：公式：0=m/V 0 式中式中 ：0 粒狀材料的堆積密度（粒狀材料的堆積密度（g/cm3） m粒狀材料的質(zhì)量（粒狀材料的質(zhì)量（g） V0 粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下體積（粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下體積（cm3）粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下的體粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下的體積，是指既包含顆粒固體體積及積，是指既包含顆粒固體體積及其封閉、連通孔隙體積，又包含其封閉、連通孔隙體積，又包含顆粒之間空隙體積的總體積。顆粒之間空隙體積的總體積。由于大多數(shù)材料或多或少含有一些孔隙：由于大多數(shù)材料或

5、多或少含有一些孔隙： V V0 0 0 二、材料的孔隙率與密實度二、材料的孔隙率與密實度（一）孔隙率（一）孔隙率（P P0 0） 材料內(nèi)部孔隙體積占總體積之比的百分率稱為材料的孔隙率。材料內(nèi)部孔隙體積占總體積之比的百分率稱為材料的孔隙率。 公式公式 ：P0=（V孔孔/ V0 ）100% = （V0 V）/ V0 100% 式中：式中：V孔孔材料中全部孔隙的體積材料中全部孔隙的體積 V0 材料在自然狀態(tài)下的體積材料在自然狀態(tài)下的體積 V 材料在絕對密實狀態(tài)下體積材料在絕對密實狀態(tài)下體積 又由于又由于P0=（V0 V）/ V0 100% =（1-V/Vo ） 100% =（1-o/） 100%孔隙

6、率的大小直接反映材料的密實程度，孔隙率小，則密實程度高?？紫堵实拇笮≈苯臃从巢牧系拿軐嵆潭?，孔隙率小，則密實程度高。按孔徑大小，材料的孔隙可分為微孔、細孔及大孔。按孔徑大小，材料的孔隙可分為微孔、細孔及大孔。通常，孔隙率較小。封閉微孔較多且孔隙分布均勻的材料，其吸水性較通常，孔隙率較小。封閉微孔較多且孔隙分布均勻的材料，其吸水性較小，強度較高，導熱系數(shù)較小，抗?jié)B性較好。小，強度較高，導熱系數(shù)較小，抗?jié)B性較好。（二）密實度（二）密實度（D） 材料內(nèi)部固體物質(zhì)的體積占總體積的百分率稱為密實度。材料內(nèi)部固體物質(zhì)的體積占總體積的百分率稱為密實度。 公式公式 ：D=（V/ V0 ）100% =（ o/）

7、 100% 式中：式中：V0 材料在自然狀態(tài)下的體積材料在自然狀態(tài)下的體積 V 材料在絕對密實狀態(tài)下體積材料在絕對密實狀態(tài)下體積根據(jù)上述孔隙率和密實度的定義，孔隙率和密實度的關系為：根據(jù)上述孔隙率和密實度的定義，孔隙率和密實度的關系為： P0 + D = 1密實度反映材料中固體物質(zhì)充實的程度。密實度反映材料中固體物質(zhì)充實的程度。（一）空隙率（一）空隙率（P P0 0） 粒狀材料堆積體積中，顆粒間空隙體積占總體積的百分率稱為空隙率。粒狀材料堆積體積中，顆粒間空隙體積占總體積的百分率稱為空隙率。 公式公式 ：P0 =（V0 - V0）/ V0 100% =(1- o /o) 100% 式中：式中：

8、V0 材料在自然狀態(tài)下的體積材料在自然狀態(tài)下的體積 V0粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下體積粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下體積空隙率的大小反映粒狀材料顆粒間相互填充的迷失程度?？障堵实拇笮》从沉畈牧项w粒間相互填充的迷失程度。三、材料的空隙率與填充率三、材料的空隙率與填充率（二）填充率（二）填充率（D D ） 粒狀材料堆積體積中，顆粒體積占總體積的百分率稱為填充率。粒狀材料堆積體積中，顆粒體積占總體積的百分率稱為填充率。 公式公式 ：D =（V0/ V0 ）100% =( o /o) 100%根據(jù)上述孔隙率和密實度的定義，孔隙率和密實度的關系為：根據(jù)上述孔隙率和密實度的定義，孔隙率和密實度的關系為： P0

9、+ D = 1（一）親水性與憎水性（一）親水性與憎水性四、材料與水有關的性質(zhì)四、材料與水有關的性質(zhì) 親水性親水性材料在空氣中與水接觸時，容易被水潤濕材料在空氣中與水接觸時，容易被水潤濕的性質(zhì)，的性質(zhì)， 稱材料的親水性。稱材料的親水性。 憎水性憎水性材料不易被水潤濕的性質(zhì)，稱為憎水性。材料不易被水潤濕的性質(zhì)，稱為憎水性。 材料被水潤濕的情況可用材料被水潤濕的情況可用潤濕邊角潤濕邊角表示。表示。 90親水性材料親水性材料 90憎水性材料憎水性材料當材料與水接觸時，在當材料與水接觸時，在材料、水、空氣這三相材料、水、空氣這三相體的交點處，引沿水滴體的交點處，引沿水滴表面的切線，此切線與表面的切線，此

10、切線與材料和水接觸面的夾角材料和水接觸面的夾角（二）吸水性與吸濕性（二）吸水性與吸濕性 材料在材料在水中水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率吸水率表示，有表示，有兩種表示方法：兩種表示方法：（1）質(zhì)量吸水率（）質(zhì)量吸水率（ Wm ）：質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，其內(nèi)部所吸收水）：質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，其內(nèi)部所吸收水分的分的質(zhì)量質(zhì)量占干燥材料占干燥材料質(zhì)量質(zhì)量的百分率。的百分率。 公式公式 ：Wm=（ mb - mg）/ mg 100% 式中：式中： mb材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g）；）； mg材

11、料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g）（2）體積吸水率（）體積吸水率（ WV）：體積吸水率是指材料在吸水飽和時，其內(nèi)部所吸收水）：體積吸水率是指材料在吸水飽和時，其內(nèi)部所吸收水分的分的體積體積占干燥材料占干燥材料體積體積的百分率。的百分率。 公式公式 ：WV=（ mb - mg）/ V0 w100% 式中：式中： V0 材料在自然狀態(tài)下的體積；材料在自然狀態(tài)下的體積； w水的密度（水的密度（g/cm3）1.吸水性吸水性 建筑工程中所用的材料一般采用質(zhì)量吸水率，質(zhì)量吸建筑工程中所用的材料一般采用質(zhì)量吸水率，質(zhì)量吸水率與體積吸水率的關系：水率與體積吸水率的關系：WV= Wm0 式中：式

12、中：0 材料在干燥狀態(tài)下的表觀密度（材料在干燥狀態(tài)下的表觀密度（g/cm3） 材料的吸水性與材料的材料的吸水性與材料的孔隙率孔隙率及及孔隙特征孔隙特征有關。有關。u 細微聯(lián)通的孔隙，孔隙率愈大，則吸水率越大。細微聯(lián)通的孔隙，孔隙率愈大，則吸水率越大。u 封閉的孔隙內(nèi)水分不易進去，而連通大孔雖水分易進入封閉的孔隙內(nèi)水分不易進去，而連通大孔雖水分易進入，但不易存留，只能潤濕孔壁，所以吸水率小，但不易存留，只能潤濕孔壁，所以吸水率小2.吸濕性吸濕性（ Wh） 材料在材料在空氣中空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸水性用吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸水性用含水率含水率表示，表示，含水率是指材料

13、內(nèi)部含水質(zhì)量占材料干質(zhì)量的百分率。含水率是指材料內(nèi)部含水質(zhì)量占材料干質(zhì)量的百分率。 公式公式 ：Wm=（ ms- mg）/ mg 100% 式中：式中： ms材料在吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（材料在吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（g）；）； mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g） 材料的吸水性和吸濕性均對材料的性能產(chǎn)生不利影響。材料吸水后會導致材料的吸水性和吸濕性均對材料的性能產(chǎn)生不利影響。材料吸水后會導致其其自重增大、導熱性增大，材料的強度和耐久性等將產(chǎn)生不同程度的下降自重增大、導熱性增大，材料的強度和耐久性等將產(chǎn)生不同程度的下降。 材料在飽和水的作用下，強度不顯著降低的性質(zhì)稱為材料的耐水性。材材

14、料在飽和水的作用下，強度不顯著降低的性質(zhì)稱為材料的耐水性。材料的耐水性用料的耐水性用軟化系數(shù)軟化系數(shù)表示（表示（ KR）：）：KR = fw/ fd 式中：式中： fw材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（Mpa）；）； fd材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（Mpa）（三）耐水性（三）耐水性 軟化系數(shù)的大小反映材料在浸水飽和后強度降低的軟化系數(shù)的大小反映材料在浸水飽和后強度降低的程度。程度。u 軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差。多，其耐水性越差。u K軟軟0.85的材料，一般

15、稱為的材料，一般稱為耐水性材料耐水性材料。u 對經(jīng)常處于水中或受潮嚴重的對經(jīng)常處于水中或受潮嚴重的重要結構物重要結構物（如地下（如地下構筑物、基礎、水工結構）的材料，構筑物、基礎、水工結構）的材料，其其K軟軟0.85；u 受潮較輕的或受潮較輕的或次要結構物次要結構物的材料，的材料，其其K軟軟0.75； （四）抗水滲透性能（四）抗水滲透性能 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗水滲透性能。材料的抗?jié)B性用材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗水滲透性能。材料的抗?jié)B性用滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（Ks）來表示。來表示。公式公式 ： Ks=Qd/AtH式中：式中：Ks滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（cm/h）;Q滲透水量（滲透水量（c

16、m3） d材料的厚度（材料的厚度（cm）；）；A滲水面積（滲水面積（cm2） t滲水時間（滲水時間（h）；）；H靜水壓力水頭（靜水壓力水頭（cm）滲透系數(shù)越大，表示滲透材料的水量越多，即抗水滲透性能越差。滲透系數(shù)越大，表示滲透材料的水量越多，即抗水滲透性能越差。 工程實際中，材料的抗水滲透性能通常用工程實際中，材料的抗水滲透性能通常用抗?jié)B等級抗?jié)B等級或或滲水高度表滲水高度表示示?？?jié)B等級符號。抗?jié)B等級符號“Pn”中，中，n為該材料在標準實驗條件下所能承受為該材料在標準實驗條件下所能承受的最大水壓力的的最大水壓力的10倍。如倍。如P2、P4、P6、P8、P10、P12 等分別表示材料能承等分別表

17、示材料能承受受0.4、0.6、0.8、1.0、1.2Mp的水壓而不滲水。的水壓而不滲水。 材料的抗水滲透性與主要與材料的物質(zhì)組成、結構有關，尤其與材料的抗水滲透性與主要與材料的物質(zhì)組成、結構有關，尤其與其空隙特征有關：連通大孔其空隙特征有關：連通大孔細微連通孔隙細微連通孔隙封閉空隙封閉空隙意義：一定厚度的材料，意義：一定厚度的材料，在單位壓力水頭作用下，在單位壓力水頭作用下，在單位時間內(nèi)透過單位面在單位時間內(nèi)透過單位面積的水量積的水量（五）抗凍性能（五）抗凍性能 材料經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用質(zhì)量損失率和抗壓強度損失材料經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用質(zhì)量損失率和抗壓強度損失率符合規(guī)定要求的性質(zhì)稱為材料抗凍性。

18、率符合規(guī)定要求的性質(zhì)稱為材料抗凍性。 材料的抗凍性用材料的抗凍性用抗凍等級抗凍等級Fn或或抗凍標號抗凍標號Dn表示。表示。符號符號“Fn”和和“Dn” 中中n均代表最大凍融循環(huán)次數(shù)，如均代表最大凍融循環(huán)次數(shù)，如F25表示材料能抵抗凍融循環(huán)表示材料能抵抗凍融循環(huán)25次。次。 材料的抗凍性能取決于其材料的抗凍性能取決于其孔隙率孔隙率、空隙特征空隙特征、充水程度充水程度和材料對水結冰膨脹所產(chǎn)生的和材料對水結冰膨脹所產(chǎn)生的凍脹應力的抵抗能力凍脹應力的抵抗能力。 材料傳導熱量的能力稱為導熱性。其大小用熱導系數(shù)（材料傳導熱量的能力稱為導熱性。其大小用熱導系數(shù)（）表示。）表示。 導熱系數(shù)（也稱導熱率）是指材

19、料在穩(wěn)定傳熱條件下，導熱系數(shù)（也稱導熱率）是指材料在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，厚的材料，兩側表面的溫差為兩側表面的溫差為1度（度（K或或），在），在1h內(nèi)，通過內(nèi)，通過1m2 面積傳遞的熱量。面積傳遞的熱量。 公式：公式： = Qa/ A(T1-T2)t 式中：式中： 導熱系數(shù)（導熱系數(shù)（W/mK）；）；Q傳熱量（傳熱量（J）；）；A傳熱面積（傳熱面積（m2 ） a材料厚度（材料厚度（m）；）； t傳熱時間（傳熱時間（s） ；(T1-T2)材料兩側表面溫差（材料兩側表面溫差（K） 五、材料的熱物理性能五、材料的熱物理性能（一）導熱系數(shù)（一）導熱系數(shù) 材料的導熱系數(shù)越小，則通過材料傳遞的熱量

20、越少，表示材料的保材料的導熱系數(shù)越小，則通過材料傳遞的熱量越少，表示材料的保溫隔熱性能越好。溫隔熱性能越好。材料的化學成分及分子結構不同，其導熱系數(shù)也不同。材料的化學成分及分子結構不同，其導熱系數(shù)也不同。通常：通常：氣體氣體(0.0060.6 (W/mK) ) 液體液體(0.0707 (W/mK) )固體固體(2.2420 (W/mK) ) n 孔隙率大且為封閉孔，材料的導熱系數(shù)小；粗大的、貫通的孔，由于空氣的孔隙率大且為封閉孔，材料的導熱系數(shù)小；粗大的、貫通的孔，由于空氣的對流作用導熱系數(shù)增大。對流作用導熱系數(shù)增大。n 材料受潮受凍厚，其導熱系數(shù)顯著提高。材料受潮受凍厚，其導熱系數(shù)顯著提高。

21、 材料的比熱容表示材料的比熱容表示1kg材料，溫度升高或降低材料，溫度升高或降低1時所吸收或放出的時所吸收或放出的熱量熱量。 公式：公式：c = Q/m(T1-T2)t 式中：式中： c材料的比熱容（材料的比熱容（kJ/(kgK)）；）； Q材料吸收或放出的熱量（材料吸收或放出的熱量（kJ） m材料的質(zhì)量（材料的質(zhì)量（kg）；）；(T1-T2)材料受熱或冷卻前后的溫差（材料受熱或冷卻前后的溫差（K） （二）比熱容（二）比熱容 材料的比熱容對保持建筑物內(nèi)部溫度有很大意義，比熱容大的材料，材料的比熱容對保持建筑物內(nèi)部溫度有很大意義，比熱容大的材料，能在熱流變動或采暖設備供熱不均勻時，緩和室內(nèi)的溫度

22、波動。能在熱流變動或采暖設備供熱不均勻時，緩和室內(nèi)的溫度波動。 與導熱系數(shù)或傳熱系數(shù)不同的是，熱阻與傳熱物體的厚度有關。同與導熱系數(shù)或傳熱系數(shù)不同的是，熱阻與傳熱物體的厚度有關。同樣溫度條件下，熱阻越大，通過材料的熱量越少。樣溫度條件下，熱阻越大，通過材料的熱量越少。（三）熱阻（三）熱阻一、材料的強度及強度等級一、材料的強度及強度等級（一）強度（一）強度第二節(jié)第二節(jié) 材料的基本力學性材料的基本力學性質(zhì)質(zhì) 材料在外力作用材料在外力作用下下抵抗破壞的能力稱為強度。抵抗破壞的能力稱為強度。 根據(jù)外力作用形式不同，材料的強度有：抗壓強度、抗拉強度、根據(jù)外力作用形式不同，材料的強度有：抗壓強度、抗拉強度

23、、抗彎（抗折）強度及抗剪強度等。抗彎（抗折）強度及抗剪強度等。 材料的材料的抗壓、抗拉和抗剪強度抗壓、抗拉和抗剪強度計算公式：計算公式：f = Pmax/A 式中式中 ：f材料的強度（抗壓、抗拉或抗剪）（材料的強度（抗壓、抗拉或抗剪）（N/mm2） Pmax試件破壞時的最大荷載（試件破壞時的最大荷載（N）；）；A試件受力面積（試件受力面積（mm2） 材料的材料的抗彎強度抗彎強度計算公式：計算公式：f = 3LPmax/（2bh2） 式中式中 ：f材料的抗彎強度（材料的抗彎強度（N/mm2 ）；）；L試件兩支點間距離（試件兩支點間距離（mm） Pmax試件破壞時的最大荷載（試件破壞時的最大荷載（

24、N）；）； b、h 分別為試件截面的寬度和高度（分別為試件截面的寬度和高度（mm）（二）影響材料強度的主要因素（二）影響材料強度的主要因素 強度與試驗條件有密切關系強度與試驗條件有密切關系: :如試件形狀、尺寸、表面狀態(tài)、含如試件形狀、尺寸、表面狀態(tài)、含水率、溫度、及試驗時的加荷速度等。水率、溫度、及試驗時的加荷速度等。1.1.材料的組成。是材料性質(zhì)的物質(zhì)基礎，它對材料的性質(zhì)起著決定材料的組成。是材料性質(zhì)的物質(zhì)基礎，它對材料的性質(zhì)起著決定性作用。性作用。2.2.材料的結構。通常材料的孔隙率越小，強度越高。材料的結構。通常材料的孔隙率越小，強度越高。3.3.含水狀態(tài)。含水的試件，其強度較干燥的低

25、。含水狀態(tài)。含水的試件，其強度較干燥的低。 4.4.溫度。通常溫度升高，材料的強度將降低。溫度。通常溫度升高，材料的強度將降低。5.5.試件的形狀和尺寸。同種材料相同受壓面積時，棱柱體比正方體試件的形狀和尺寸。同種材料相同受壓面積時，棱柱體比正方體的強度低。同種材料形狀相同時，尺寸大的試件強度低與尺寸小的的強度低。同種材料形狀相同時，尺寸大的試件強度低與尺寸小的試件強度。試件強度。6.6.加荷速度。加荷速度快時，則破環(huán)時的強度值較高。加荷速度。加荷速度快時，則破環(huán)時的強度值較高。7.7.受力面狀態(tài)。試件的受力表面凹凸不平或表面潤滑時，測得的強受力面狀態(tài)。試件的受力表面凹凸不平或表面潤滑時，測得

26、的強度值偏低。度值偏低。（三）比強度（三）比強度比強度反映材料單位體積質(zhì)量的強度，其值比強度反映材料單位體積質(zhì)量的強度，其值= =材料的強度材料的強度/ /表觀密度。表觀密度。優(yōu)質(zhì)的建筑結構材料，優(yōu)質(zhì)的建筑結構材料， 必須具有較高的比強度。必須具有較高的比強度。二、材料的彈性與塑性二、材料的彈性與塑性彈性彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力撤除后能完全恢復原來形：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力撤除后能完全恢復原來形狀的性質(zhì)。這種可恢復的可逆變形稱為彈性變形。彈性材料的變形特狀的性質(zhì)。這種可恢復的可逆變形稱為彈性變形。彈性材料的變形特征常用彈性模量征常用彈性模量E表示：彈性模量表示：彈性模量 E=/ 式中：式中：應力（單位面積上的內(nèi)力）應力（單位面積上的內(nèi)力） 應變（變形后伸長量應變（變形后伸長量/變形