建筑材料基本性質(zhì)

1、一、 材料的組成n材料的組成是指材料的化學成分和礦物組成。q材料組成對材料的性質(zhì)起決定性作用。q材料化學組成相同但礦物組成不同也會導致性質(zhì)的巨大差異。q例：金剛石/石墨q相組成。第一節(jié)第一節(jié) 材料的組成、結(jié)構與構造材料的組成、結(jié)構與構造n、為兩種鋼材的金相照片，兩者化學組成接近，主要差別是碳含量不同，小于0.2和則為0.20.4，但礦物組成則差別較大。兩種鋼材性能差別較大，其中具有較好的冷、熱變形等工藝性能，但強度較低，而則強度較高。 AB微觀結(jié)構n材料的微觀結(jié)構與材料的強度、硬度、彈塑性、熔點、導電性、導熱性等重要性質(zhì)有著密切的關系。n材料的微觀結(jié)構基本上可分為晶體、玻璃體、膠體形式。（1）

2、晶體材料內(nèi)部質(zhì)點按特定規(guī)律在空間呈周期性重復排列的固體。（2）玻璃體熔融物因冷卻速度太快，凝固時粘度很大，質(zhì)點來不及按規(guī)律排列所形成的質(zhì)點無序排列的固體。s特點：質(zhì)點未能到達能量最低位置，大量化學能未能釋放，化學穩(wěn)定性較差，易與其它物質(zhì)起化學反應。（如：火山灰、粒化高爐礦渣、粉煤灰等二、 材料的結(jié)構粉煤灰玻璃體 （3）膠體作為分散相的粒子(粒徑在1 100 m) ，分散在分散介質(zhì)中形成的分散體系。s分散介質(zhì)可以是氣體、液體和固體，相應形成氣溶膠、溶膠和凝膠。如油漆、涂料等為溶膠；混凝土為凝膠。s溶膠失水后成為具有一定強度的凝膠結(jié)構，可以把材料中的晶體或其他固體顆粒粘結(jié)為整體。s膠體因比表面積大

3、，表面能大，吸附力強，具有較大粘結(jié)力（如瀝青、硅酸鹽凝膠等）?；炷恋膹姸群妥冃涡再|(zhì)與水泥水化形成的凝膠體有很大的關系。水泥凝膠體 宏觀結(jié)構宏觀結(jié)構 材料的宏觀構造是指可用肉眼能觀察到的外部和內(nèi)部的結(jié)構。建筑材料常見的構造形式有： 大理巖的致密表面1.密實結(jié)構n密實結(jié)構的材料內(nèi)部基本上無孔隙，結(jié)構致密。n這類材料的特點是強度和硬度較高，吸水性小，抗?jié)B和抗凍性較好，耐磨性較好，絕熱性差。如鋼材、天然石材、玻璃、玻璃鋼等。2.纖維結(jié)構n纖維構造的材料內(nèi)部組成有方向性，縱向較緊密而橫向疏松，組織中存在相當多的孔隙，這類材料的性質(zhì)具有明顯的方向性，一般平行纖維方向的強度較高，導熱性較好。如木材、竹、玻

4、璃纖維、石棉等。 竹的纖維構造竹的纖維構造3.多孔結(jié)構n多孔構造的材料其內(nèi)部存在大體上呈均勻分布的獨立的或部分相通的孔隙，孔隙率較高。n具有多孔構造的材料，其性質(zhì)決定于孔隙的特征、多少、大小及分布情況，一般來說，這類材料的強度較低，抗?jié)B性和抗凍性較差，絕熱性較好。如加氣混凝土、石膏制品、燒結(jié)普通磚等。 加氣砼砌塊的多孔構造4.層狀結(jié)構n層狀構造的材料具有疊合結(jié)構，它是用膠結(jié)料將不同的片材或具有各向異性的片材膠合而成整體，其每一層的材料性質(zhì)不同，但疊合成層狀構造的材料后可以提高材料的強度、硬度、絕熱或裝飾等性質(zhì)，擴大其使用范圍。如膠合板、紙面石膏板、塑料貼面板等。各向異性 :材料在各方向的力學和

5、物理性能呈現(xiàn)差異的特性。 膠合板的層狀構造膠合板的層狀構造5.散粒構造n散粒狀構造指呈松散顆粒狀的材料，有密實顆粒與輕質(zhì)多孔顆粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密，強度高，適合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨脹珍珠巖等，因具多孔結(jié)構，適合做絕熱材料。 陶粒的粒狀構造陶粒的粒狀構造6.紋理構造n天然材料在生長或形成過程中，自然造成的天然紋理，如木材、大理石、花崗石等板材，或人工制造材料時特意造成的紋理，如瓷質(zhì)彩胎磚、人造花崗石板材等，這些天然或人工造成的紋理，使材料具有良好的裝飾性。大理石的紋理結(jié)構大理石的紋理結(jié)構開口孔隙與閉口孔隙的概念第二節(jié)第二節(jié) 材料的密度材料的密度 、表觀密度和孔隙率、

6、表觀密度和孔隙率一、一、 密度密度 密度是指材料在絕對密實絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。=m/V式中 材料的密度，kg/m3或g/cm3 ；m 材料的質(zhì)量（干燥至恒重）， kg或g ；V 材料在絕對密實狀態(tài)下的體積， m3或cm3 。注： 由微觀結(jié)構和組成所決定，與其所處的環(huán)境或狀態(tài)無關。密度的測量： 1）對近于絕對密實的材料：金屬、玻璃、建筑塑料等，量測幾何體積稱重代入公式 2）除了鋼材，玻璃等少數(shù)材料外，絕大多數(shù)材料內(nèi)部都有一些孔隙。例如：磚、混凝土、石材、粉煤灰、礦物細粉等，在測定有孔隙材料的密度時，應把材料磨成細粉，干燥后，用李氏瓶測定其絕對密實體積。密度的測定n在李氏瓶中注入煤油至突

7、頸下部，記下刻度數(shù)。將李氏瓶放在盛水的容器中，在試驗過程中保持水溫為20。n稱取6090g經(jīng)烘干的試樣，用漏斗將試樣逐漸送入李氏瓶內(nèi)，使液面上升至接近20 cm3的刻度為止。再稱剩下的試樣，計算送入李氏瓶中的試樣質(zhì)量m(g)。n將注入試樣后的李氏瓶液面的讀數(shù)，減去未注前的讀數(shù)，得試樣得絕對體積V(cm3)。二、表觀密度表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。 0=m/V0 式中 0 材料的表觀密度，kg/m3或g/cm3； m 材料的質(zhì)量，kg或g； V0 材料在自然狀態(tài)下的體積，m3或cm3。 n自然狀態(tài)下的體積是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。材料內(nèi)部孔隙含有水分時，其質(zhì)量和體積均發(fā)生變

8、化。需注明含水情況。否則當其是求干表觀密度。n表觀密度的測量： 1）對形狀規(guī)則的材料：磚、混凝土、石材：烘干量測幾何體積稱重代入公式 2）對形狀不規(guī)則的材料：可用封蠟排液法測得。三、散粒材料的堆積密度三、散粒材料的堆積密度 堆積密度是指散?；蚍蹱畈牧显诙逊e狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，可按式 0 =m/v0 計算。 材料的堆積表觀密度反映散粒構造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。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。自然堆放狀態(tài)下體積的測量： 1）容器法： 散粒材料裝入容器量測體積稱凈重代入公式 2）自然堆積法： 堆積成一定形狀量測幾何體積稱重代入公式砂堆積密度的測定將容量筒內(nèi)材將

9、容量筒內(nèi)材料刮平，容量料刮平，容量筒的容積即為筒的容積即為材料體積材料體積顆粒材料空 隙四、孔隙率四、孔隙率 和密實度和密實度材料的孔隙率是指材料中孔隙體積占材料總體積的百分率。 孔隙率的計算公式為： P=(V0V)/V0100% 式中 P 材料孔隙率，； V0材料在自然狀態(tài)下的體積，cm3或m3； V 材料的絕對密實體積，cm3或m3。n孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率的大小、孔隙特征對材料的性能如吸水性、吸濕性、抗?jié)B性、抗凍性、強度等影響較大。練習：n某種標準水泥砌塊其密度為2.85g/cm，表觀密度為2180kg/m，求該砌塊的密實度和孔隙率?？障堵士障堵蕁空隙率是指散粒狀材

10、料顆粒之間空隙體積所占的比例。 P=(V0V0)/V0100% 式中 P 散粒材料空隙率，； V0散粒材料在自然狀態(tài)下體積cm3或m3； V 散粒材料的絕對密實體積，cm3或m3。n空隙率的大小反映了散粒材料顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭取？障堵士勺鳛榭刂祈殴橇霞壟浜陀嬎愫侠砩奥实囊罁?jù)。 練習：n某砂料在標準試驗狀態(tài)下測得其密度為3.05g/cm，表觀密度為2.58g/cm，堆積密度為2100kg/m，求該材料的填充率和空隙率。n某砂料在標準試驗狀態(tài)下測得其堆積密度為2100kg/m，已知材料空隙率為35%，求該材料的表觀密度。n某砂料堆積密度為1780kg/m，填充率為75.4%，求該材料的空隙率。

11、幾種密度的比較比較項目實際密度表觀密度堆積密度材料狀態(tài)絕對密實自然狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積固V開閉固VVV空開閉固VVVV第二節(jié)第二節(jié) 材料與水有關的性質(zhì)材料與水有關的性質(zhì) 一、親水性和憎水性一、親水性和憎水性 n接觸角 當材料與水接觸時，在材料、水以及空氣三相的交點處，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角，稱為接觸角，角愈小，表明材料愈易被水潤濕。（）親水性材料 （）憎水性材料9090n親水性材料（90），如磚、石材、砼、鋼材、木材等,這些材料內(nèi)部存在著孔隙，因此水很容易沿著材料表面的連通孔隙進入材料內(nèi)部。n憎水性材料（90），如瀝青、石蠟等，水分不容易進入材料內(nèi)部，這類材料適合作防

12、水材料，還可用于處理親水材料的表面。二、吸水性二、吸水性n吸水性材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。n吸水過程一般是可逆的，最后與空氣濕度達到平衡，平衡時的含水率稱為平衡含水率。n平衡含水率隨環(huán)境溫度、濕度的改變而改變氣溫越低、相對濕度越大，材料的含水率越高。n材料吸水飽和時的含水率稱為吸水率。n質(zhì)量吸水率 Ww =(G1 G) / G 100% 式中 Ww質(zhì)量吸水率，； G1材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量，g； G材料在絕對干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g；n體積吸水率Wv： 式中V0材料自然狀態(tài)下的體積，cm3；%100V01水GGWvn例 有一塊燒結(jié)普通磚，在吸水飽和狀態(tài)下重2900g，其絕干質(zhì)量為25

13、50g。磚的尺寸為24011553mm，經(jīng)干燥并磨成細粉后取50g，用排水法測得絕對密實體積為18.62 cm3 。試計算該磚的質(zhì)量吸水率、密度、表觀密度、孔隙率。n質(zhì)量吸水率為n密度為n表觀密度為n孔隙率為%100255025502900%1001MMMWm3/69.262.1850cmgVm300/74.13.55.11252550cmgVm%3.3569.274.1110P 材料的吸水性除了與材料的本性親水性或憎水性材料有關外，還與材料的孔隙率有關，更與其孔特征有關。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)部的。材料內(nèi)與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大。吸水性對材料的影響：

14、吸水性對材料的影響：n自重增加，體積與尺寸、形狀變化，保溫隔熱性能降低，強度下降等問題，影響使用功能。 例如木材制品由于含水量變化會出現(xiàn)尺寸變化或變形，濕脹干縮。故其與周圍環(huán)境達到平衡含水率非常重要。多孔材料吸收水分后，保溫隔熱性降低，導熱系數(shù)增大，對圍護結(jié)構材料不利；石膏制品、粘土磚、木材等材料吸水后強度和耐久性均有不同程度降低。 n某地發(fā)生歷史罕見的洪水。洪水退后，許多磚房倒塌，其砌筑用的磚多為未燒透的多孔的紅磚，見圖。請分析原因。未燒透的紅磚未燒透的紅磚磚浸水后強度下降磚浸水后強度下降n這些紅磚沒有燒透，磚內(nèi)開口孔隙率大，吸水率高。吸水后，紅磚強度下降，特別是當有水進入磚內(nèi)時，未燒透的粘

15、土遇水分散，強度下降更大，不能承受房屋的重量，從而導致房屋倒塌。 三、耐水性三、耐水性 n材料在長期飽和水的作用下，不破壞、強度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。n材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，如下式： Kr= f b / f d 式中 Kr 軟化系數(shù)； f b材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度，MPa； f d 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度，MPa。n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。n軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將Kp 0.80的材料認為是耐水的材料。在設計長期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構時(如地下構筑物、基礎、水工結(jié)構)，必須選用Kp 0.85的建筑材料。

16、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0.70 。n例 某石材在絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為178、165MPa，求該石材的軟化系數(shù)，并判斷該石材可否用于水下工程。 該石材的軟化系數(shù)為 由于該石材的軟化系數(shù)為0.93，大于0.85，故該石材可用于水下工程。93. 0178165gbRffK四、抗?jié)B性四、抗?jié)B性 n抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水或其他液體滲透的性質(zhì)。抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標。 （1 1）抗?jié)B系數(shù)）抗?jié)B系數(shù)n抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)k表示。滲透系數(shù)的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時間內(nèi)透過單位面積的水量。 依達西定律依達西定律 式中：

17、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）。 k值愈大，抗?jié)B性愈差。AtHQdK影響材料抗?jié)B性的因素影響材料抗?jié)B性的因素通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料；密實度高的材料其抗?jié)B性也較高；材料的抗?jié)B性與材料內(nèi)部的孔隙率特別是開口孔隙率有關，開口孔隙率越大，大孔含量越多，則抗?jié)B性越差。五、材料的抗凍性n抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，抵抗多次凍融循環(huán)，不破壞、強度也不顯著降低的性質(zhì)。 凍融破壞的主要原因：n材料有孔且孔隙含水；n水冰體積膨脹9，結(jié)冰壓力高達100MPa；n結(jié)冰壓力

18、超過材料的抗拉強度時，材料開裂；n裂縫的增加也進一步增加了材料的飽水程度；n飽水程度的增加進一步加劇了凍融破壞；n反復多次進一步加劇最終材料崩潰。 嚴寒地區(qū)道路、橋梁、水壩、堤防、海上鉆井平臺、跨海大橋等均需考慮凍融破壞。凍融破壞的橋梁凍融破壞的橋梁凍凍融融破破壞壞的的水水庫庫壩壩面面海上鉆井平臺海上鉆井平臺影響抗凍性的因素影響抗凍性的因素:1.材料的密實度越高則其抗凍性越好。2.材料的開口孔隙越多則其抗凍性越差。3.材料的強度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量越大則其抗凍性越差。 一、一、 材料的強度和比強度材料的強度和比強度n材料的強度是指材料在外力

19、作用下抵抗破壞的能力。 n（一）材料的靜力強度n根據(jù)所受外力的作用形式不同，材料強度可分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎（抗折）強度、抗剪強度等。n不同材料的承載特點是不同的： 混凝土、石材、磚抗壓強度高 鋼材、各類纖維抗拉強度高（繩子）不同的外力作用形式(a) 受壓 (b) 受拉 (c) 受彎 (d)受剪n材料的抗壓、抗拉、抗剪強度可統(tǒng)一由下式計算： f =F /An抗彎強度的計算:中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：n材料強度除與材料的組成、結(jié)構或構造有關外，還受試件形狀、尺寸、表面狀態(tài)、溫濕度及其它試驗條件等因素影響。223bhFLft如：n小尺寸試件測試的強度值高于大

20、尺寸試件；n加載速度快時測得的強度值高于加載速度慢的；n立方體試件的測得值高于棱柱體試件；n受壓試件與加壓鋼板間無潤滑作用的（如未涂石蠟等潤滑物時），測得的強度值高于有潤滑作用。強度等級：依據(jù)國家標準規(guī)定，材料按強度的高低，劃分為若干等級，即強度等級。例如：混凝土強度等級：C20、C25、C30、C35、C40等；砂漿強度等級：M5、M7.5、M10等。比強度：f/-強度/表觀密度反應輕質(zhì)高強的力學參數(shù)。2、彈性變形和塑性變形、彈性變形和塑性變形 n材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后能完全恢復到變形前形狀的性質(zhì)稱為彈性?？赏耆謴偷淖冃畏Q為彈性變形。 n材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除

21、后，有一部分變形不能恢復，這種性質(zhì)稱為材料的塑性。不可恢復的變形稱為塑性變形。 n實際上，完全彈性的材料是不存在的，大多數(shù)材料在受力不大的情況下表現(xiàn)為彈性，受力超過一定限度后則表現(xiàn)為塑性，所以可稱之為彈塑性材料 。（海綿）彈性變形與塑性變形彈塑性材料的變形曲線 變形荷載0 b a塑性變形彈性變形3、材料的韌性和脆性、材料的韌性和脆性n材料在沖擊、振動荷載作用下，能吸收較大的能量產(chǎn)生一定的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。在工程中使用時可用作承受沖擊和震動荷載的構件。如橋梁、吊車梁、電梯井等。材料的韌性韌性用沖擊試驗來檢驗。n材料受外力作用，當外力達一定值時，材料發(fā)生無先兆的突然破壞，且破壞時無明

22、顯塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚磚、陶瓷、玻璃、砂漿等。脆性材料的特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時可用作承壓構件。4、材料的硬度、磨損及磨耗、材料的硬度、磨損及磨耗 硬度是指材料表面耐較硬物體刻劃或壓入而產(chǎn)生塑性變形的能力。通常用壓入法，刻劃法和回彈法測定材料的硬度。n壓入法（韌性材料）：布氏硬度值n刻劃法用于天然礦物硬度的劃分（脆性材料），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。 路面磨損裂紋路面磨損裂紋 n經(jīng)過幾年的使用，某水泥混凝土路面出現(xiàn)露石現(xiàn)象。n路面由于長年受到車輛及行人的磨損，表面水泥砂漿層剝落，導致露石。主要原因是水泥混凝土的耐磨性不夠。 出現(xiàn)露石的路面出現(xiàn)露石的路面吸聲材料任務四：材料的耐久性任務四：材料的耐久性n耐久性是指材料在長期使用過程中，在內(nèi)、外部因素的作用下，經(jīng)久不破壞、不