建筑材料基本性質

建筑材料基本性質第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日第一章材料的基本性質基本性質的概念基本性質的內容：基本物理性質力學性質材料與水有關的性質材料的熱工性質材料的耐久性不同材料，同種材料不同使用條件，基本的、共有的性質。第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、材料的組成是決定材料的性質的內在因素之一(一)化學組成(二)礦物組成二、材料的結構（一）、宏觀結構（二）、細觀結構（三）、微觀結構第一節(jié)建筑材料的組成第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日(一)、宏觀結構指用肉眼或放大鏡能觀察到的結構,它分為散粒結構,聚集結構,多孔結構,致密結構,纖維結構,層狀結構1、致密結構材料在外觀上和結構上都是致密的2、多孔結構材料中含有大量的、大的或微小的均勻分布的孔隙3、微孔結構材料中存在微細空隙（加入大量拌合水形成）4、纖維結構是木材,玻璃纖維制品所特有的結構5、層狀結構是板材常見的結構6、散粒結構由單獨的顆粒組成第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日(二)、細觀（顯維）結構指借助光學顯微鏡觀察到的結構,它可分為結晶和無定型兩種.結晶和無定型是同一物質的不同狀態(tài),晶體呈穩(wěn)定狀態(tài),而無定型則具有化學活性(三)、微觀結構指原子排列結構,根據(jù)質子間鍵的特性分為原子晶體,離子晶體,分子晶體第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日絕對體積（真體積）堆積體積表觀體積第二節(jié)材料的基本性質一、材料的密度、表觀密度與堆積密度體積第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、材料的密度、表觀密度與堆積密度名稱定義計算公式單位材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量g/cm3材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質量㎏/m3材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質量㎏/m3絕對密度表觀密度堆積密度第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日密度的測量絕對密實狀態(tài)下的體積－是指構成材料的固體物質本身的體積，或稱實體積孔隙在內的體積。

實際密度的測量：1）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2）對有孔隙的材料：磚、混凝土、石材

磨成細粉－排水法求的體積即為密實態(tài)體積第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日

名稱定義計算公式指材料總體積內，固體物質所占的比例D=v/v0×100%=（ρ0/ρ）×100%指材料內孔隙體積占材料自然狀態(tài)下總體積的百分率P=[(v0-v)/v0]=[1-v/v0]

=(1-ρ0/ρ)×100%孔隙率和密實度的關系D+P=1二、密實度與孔隙率密實度孔隙率第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日

名稱定義計算公式指散粒材料堆積體積內，固體顆粒所占的比例D’=v0/v’0×100%=（ρ’0/ρ0）×100%指散粒材料堆積體積內，固體顆粒之間空隙所占的比例P=[(v’0-v0)/v’0]=(1-ρ’0/ρ0)×100%孔隙率和密實度的關系D’+P’=1三、填充率與空隙率填充率空隙率第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

一、親水性與憎水性

1.原因:水分子間的內聚合和材料與水分子間的分子親合力,親水性材料與水分子之間的分子親合力,大于水本身分子間的內聚力,憎水性材料與水分子之間的親合力,小于水本身分子間的內聚力。

2.判斷:在材料、水和空氣三相交點處，沿水滴表面作切線，此切線和水與材料接觸面所成的夾角θ稱為“潤濕角”。潤濕角θ≤90°時，材料表現(xiàn)為親水性。潤濕角θ＞90°時，材料表現(xiàn)為憎水性。

3.意義:憎水材料具有較好的防水性、防潮性、抗?jié)B性，常用作防潮防水材料,也可用于親水性材料的表面處理。第三節(jié)材料與水有關的性質第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日潤濕角第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日

二、吸水性

1.概念:指材料在水中吸收水分的性質。

2.表達式:用質量吸水率Wm或體積吸水率Wv表示。

Wm=[(mb-mg)/mg]×100%Wv=[(mb-mg)/v0/ρw]×100%

式中

mb---

材料吸水飽和時的質量(g或kg)

mg---

材料干燥狀態(tài)時材料的質量(g或kg)

v0---

干燥材料自然狀態(tài)下的體積(cm3或m3)

ρw

---

水的密度(g/cm3或kg/m3)

3.質量吸水率和體積吸水率的關系

Wv=ρ0×Wm

第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、吸濕性

1.概念指材料在空氣中吸收水氣的性質。

2.表達式用含水率Wm表示

Wm=mw/m×100%

式中mw---材料在空氣中吸收水分的量,kg。

m---材料干燥時的質量,kg。

3.注意:材料在與空氣濕度相平衡時的含水率稱為平衡含水率,建筑材料在正常狀態(tài)下,均處于平衡含水率狀態(tài)。

第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日四、耐水性

1.概念：材料長期在水的作用下，保持其原有性質不變的能力,用軟化系數(shù)KR表示。

2.表達式：KR=fb/fg

式中

fb---材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。

fg---材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。

3.意義：工程中將KR>0.85的材料稱為耐水材料。經(jīng)常位于水中或受潮嚴重的重要結構，KR≮0.85；受潮較輕或次要結構所用材料，KR

≮0.75。第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日

五、抗?jié)B性

1、概念：指材料抵抗壓力水(或其它液體)滲透的性質。

2、表達式：工程上(混凝土、砂漿等)常用抗?jié)B等級來表示抗?jié)B性。以符號Pn表示,其中n為該材料所能承受的最大水壓(0.1Mpa)如P2、P4、P6、P8等分別表示材料最大能承受0.2、0.4、0.6、0.8MPa的水壓力而不滲水。第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日

六、抗凍性

1、概念:材料吸水飽和狀態(tài)下，能夠經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，也不嚴重降低強度的性能。

2、表達式:用抗凍等級(Fn)表示。其中n為材料在吸水飽和狀態(tài)下,經(jīng)凍融循環(huán)作用,強度損失和質量損失均不超過規(guī)定值時所能承受的凍融循環(huán)次數(shù)。如F25、F50、F100等。

3、材料在凍融循環(huán)作用下破壞的原因:由于材料內部毛細孔中的水結冰時體積膨脹（約9%）,對材料孔壁產(chǎn)生巨大壓力，使材料內部產(chǎn)生微裂縫，循環(huán)往復以致強度下降。

第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日凍融破壞的橋梁第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日HighwayBridgeinServiceof20Years

使用20年的高速公路橋梁第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、導熱性

1.概念:指材料傳導熱量的性質。

2.表達式:用導熱系數(shù)λ表示。

λ=Qd/(T2–T1)At

式中λ

---導熱系數(shù)，w/(m.k)。

Q

---傳遞的熱量，J。

d

---材料的厚度，m。

T2–T1

---材料兩側的溫差，k。

A

---材料傳熱面的面積，㎡。

t

---傳熱的時間，s或h。

3.意義:通常把λ<0.23W/(m·k)的材料稱為絕熱材料，在運輸、存放、施工及使用過程中，須保持干燥狀態(tài)。第四節(jié)材料的熱性質第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

影響導熱系數(shù)的因數(shù)無機材料的導熱系數(shù)大于有機材料晶體的導熱系數(shù)大于無定形體的熱導系數(shù)材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱系數(shù)愈小同類材料的孔隙率是隨體積密度的件小而增大,則導熱系數(shù)隨體積密度的件小而減小導熱系數(shù)與孔隙形態(tài)特征的關系,認為有微細而封閉孔隙組成的材料,導熱系數(shù)小,反之大材料的含水率增加,導熱系數(shù)也增加大多數(shù)材料的導熱系數(shù)隨溫度升高而增加第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、熱容量

1.概念:指材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質。

2.表達式:用比熱C表示,又稱比熱容或熱容量系數(shù),其表達式為：

C=Q/m(T2-T1)

式中C---材料的比熱容，J/(kg.K)

Q---材料吸收（或放出）的熱量，J

m---材料的質量，kg(T2-T1)---材料受熱（或冷卻）前后的溫度差，K第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日耐燃性耐火性第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、強度的概念指材料在外力(荷載)作用下，抵抗破壞的能力。二、強度的種類根據(jù)受力形式(如圖所示)分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎（折）強度、抗剪強度等4種?？估辜艨箯澘箟旱谌?jié)材料的力學性質第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、強度的計算抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度計算公式

f=F/A

式中f---材料的抗壓、抗拉、抗剪強度(PaMPa)。

F---試件破壞時的最大荷載(N)。

A---試件面積（m2

或mm2

）。材料的抗彎(折)強度與材料的受力情況、截面形狀及支承條件等有關。對矩形截面,在兩端支承,中間作用一集中荷載的情況，其抗彎（折）強度用下式計算：f=3FL/2bh2四、強度等級為便于應用，按材料強度值高低劃分的若干等級。脆性材料主要抗壓強度來劃分，如水泥、混凝土、磚等，塑性材料和韌性材料主要以抗拉強度來劃分，如鋼材等。第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日強度等級：混凝土：C15、C20、C25等燒結磚：MU10、MU15、MU20等水泥：32.5級、42.5級等砂漿：M5.0、M7.5、M10等鋼材：Q235、HRB335、HRB400第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日五、比強度比強度是指材料強度與體積密度的比值（f/ρ0）。是衡量材料輕質高強性能的一項重要指標。六、變形性能

1、彈性：材料完全能恢復的變形稱為彈性變形。具備這種變形特征的材料稱為彈性材料。

2、塑性：材料不能恢復的變形稱為塑性變形。具有塑性變稱為塑性材料。

3.脆性：材料在荷載作用下，沒有明顯預兆，表現(xiàn)為突發(fā)性破壞的性質。

4.韌性：韌性又稱沖擊韌性，是材料在沖擊、振動荷載作用下,能承受很大變形而不發(fā)生突發(fā)性破壞的性質。第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日七、硬度

材料抵抗硬物壓入或刻劃的能力。

洛氏硬度：以金剛石圓錐或圓球的壓痕深度計算。

布氏硬度：以金剛石圓錐或圓球的壓痕直徑計算。

莫氏硬度：礦物相互刻劃的相對硬度：滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石

八、耐磨性

材料表面抵抗磨損的能力。一定尺寸材料，在一定壓力下，磨一定周數(shù)的磨損率（％）：第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、概念指材料在長期使用過程中抵抗各種破壞因素的作用,保持其原有性質的能力。二、內容材料的耐久性是一項綜合性能,包括有抗?jié)B性、抗凍性、耐腐性、抗老化性、耐磨性、耐光性等。三、影響因素內部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。內部因素包括材料的組成、結構與性質等。外部因素是影響耐久性的主要因素。外部因素有：各種酸、堿、鹽及其水溶液，各種腐蝕性氣體等具有化學腐蝕作用。第五節(jié)材料的耐久性第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日凍融破壞的水庫壩面第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日習題第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日例1-1某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680kg/m3，計算此