建筑材料的基本性能課件

1建筑材料的基本性能

主要介紹建筑材料的基本物理性質(zhì)、力學(xué)性能、材料的耐久性以及有關(guān)參數(shù)、性能指標(biāo)和計(jì)算公式等，通過對材料基本性能的了解與掌握，為今后的學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下一定的基礎(chǔ)。本章提要本章內(nèi)容1.1

材料的基本物理性質(zhì)1.2

材料的力學(xué)性質(zhì)1.3

材料的耐久性1.1材料的基本物理性質(zhì)材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下（內(nèi)部不含任何孔隙），單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度，以ρ表示。其計(jì)算式為：

絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)的真實(shí)體積。1.1.1材料的基本物性參數(shù)1.1.1.1密度

堆積密度（舊稱松散容重），是指散狀（粉狀、粒狀或纖維狀）材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積（包含了顆粒內(nèi)部的孔隙即顆粒之間的空隙）所具有的質(zhì)量。其計(jì)算式為：

常用建筑材料的基本物理參數(shù)見表1.1。1.1.1.3堆積密度表1.1常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率

材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)石灰?guī)r2.601800~2600____花崗巖2.60~2.902500~2800__0.5~3.0碎石(石灰?guī)r)2.60__1400~1700__砂2.60__1450~1650__普通粘土磚2.50~2.801600~1800____粘土空心磚2.501000~1400____材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)水泥

3.10__1200~1300__普通混凝土

__2100~2600__5~20木材1.55400~800__55~75鋼材7.857850__0泡沫塑料__20~50____玻璃2.55______續(xù)表1.1(2)孔隙率

孔隙率是指材料體積內(nèi)孔隙體積占材料總體積的百分率，以P表示。其計(jì)算式為：

材料的總體積是由該材料的固體物質(zhì)與其所包含的孔隙所組成的。建筑材料的許多性能如強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性等均與材料的孔隙有關(guān)?？紫栋雌涑叽绱笮∮挚煞譃槲⒖?、細(xì)孔和大孔。幾種常用建筑材料的孔隙率見表1.1。(1)填充率

填充率是指散粒狀材料在其堆積體積內(nèi)，被其顆粒填充的程度，以D′表示。其計(jì)算式為：1.1.1.5填充率與空隙率空隙率的大小反映了散粒狀材料的顆粒之間相互填充的致密程度。填充率與空隙率的關(guān)系為：

潤濕是水在材料表面被吸附的過程，材料被水潤濕的程度可用潤濕角θ表示，如圖1.1所示。一般認(rèn)為，潤濕角θ≤90°（如圖1.1（a）所示）的材料為親水性材料。反之，θ＞90°時(shí)，表明該材料不能被水潤濕，稱為憎水性材料(如圖1.1（b）所示)。1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.1親水性與憎水性圖1.1材料的潤濕示意圖

(a)親水性材料；（b）憎水性材料

②體積吸水率是指材料體積內(nèi)被水充實(shí)的體積。即材料吸水達(dá)飽和時(shí)，所吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，可按下式計(jì)算：質(zhì)量吸水率與體積吸水率有如下的關(guān)系：

(2)吸濕性

材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性的大小可用含水率表示。材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率，稱為材料的含水率，可用下式計(jì)算：

材料長期在飽和水作用下而不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。一般材料隨著含水量的增加，會(huì)減弱其內(nèi)部的結(jié)合力，強(qiáng)度也會(huì)不同程度地降低。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，可按下式計(jì)算：1.1.2.3耐水性

滲透系數(shù)反映了材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差。對于混凝土和砂漿材料，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級S表示。材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。

抗凍性是材料抵抗凍融循環(huán)作用，保持其原有性能的能力。對結(jié)構(gòu)材料，主要指保持強(qiáng)度的能力，并以抗凍標(biāo)號來表示。

抗凍標(biāo)號是用材料在吸水飽和狀態(tài)下（最不利狀態(tài)），經(jīng)凍融循環(huán)作用，強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失均不超過規(guī)定值時(shí)，所能抵抗的最多凍融循環(huán)次數(shù)來表示，記作D25、D50、D100、D150等。1.1.2.5抗凍性

材料抗凍性的高低決定于材料的吸水飽和程度和材料對結(jié)冰體積膨脹所產(chǎn)生的壓力的抵抗能力?？箖鲂猿Ｗ鳛榭疾椴牧夏途眯缘囊粋€(gè)指標(biāo)。材料的強(qiáng)度愈高，耐水性愈好，其抗凍性愈好。

材料的導(dǎo)熱系數(shù)除與其本身的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、密度有關(guān)外，還與材料的含水率及環(huán)境溫度等有關(guān)?？捎孟率奖硎荆?/p>

材料加熱或冷卻時(shí)，吸收或放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。熱容量的大小用比熱容（也稱熱容量系數(shù)，簡稱比熱）表示，比熱容表示1g材料，溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量，或降低1K時(shí)放出的熱量。材料吸收或放出的熱量和比熱，可用下式計(jì)算：1.1.3.2比熱容

在建筑工程中常把1/λ稱為材料的熱阻，用R表示。

導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻都是評定建筑材料保溫隔熱性能的重要指標(biāo)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱阻越大，則材料的保溫隔熱性能越好。常將λ≤0.175W/（m·K）的材料稱為絕熱材料。1.1.3.3材料的保溫隔熱性

聲能穿透材料和被材料消耗的性質(zhì)稱為材料的吸聲性，用吸聲系數(shù)α(吸收聲功率與入射聲功率之比)表示。吸聲系數(shù)α越大，材料的吸聲性越好。吸聲系數(shù)與聲音的頻率和入射方向有關(guān)。通常使用的六個(gè)頻率為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。1.1.4材料的聲學(xué)性質(zhì)1.1.4.1吸聲性

一般將上述6個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)α≥0.20的材料稱為吸聲材料。最常用的吸聲材料大多為多孔材料。影響材料吸聲效果的主要因素有：

(1)

材料的孔隙率和體積密度

(2)

材料的孔隙特征

(3)

材料的厚度(1)隔空氣聲透射聲功率與入射聲功率的比值稱為聲透射系數(shù)，用τ表示，該值越大則材料的隔聲性越差。材料的隔聲能力用隔聲量R（R=10lg(1/τ)來表示，單位為dB。與聲透射系數(shù)τ相反，隔聲量越大，材料的隔聲性能越好。1.1.4.2隔聲性(2)隔固體聲

固體聲是由于振源撞擊固體材料，引起固體材料受迫振動(dòng)而發(fā)聲，并向四周輻射聲能。固體聲在傳播過程中，聲能的衰減極少。彈性材料如地毯、木板、橡膠片等具有較高的隔固體聲的能力。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)

材料的力學(xué)性能，就是指材料在外力（荷載）作用下，抵抗破壞和變形的能力。1.2.1材料的強(qiáng)度材料因抵抗外力（荷載）作用而引起破壞的最大能力，即為該材料的強(qiáng)度。其值是以材料受力破壞時(shí)單位面積上所承受的力表示。計(jì)算式為：

材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、壓力、彎曲力及剪應(yīng)力等。材料抵抗上述外力破壞的能力，分別稱為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。靜力強(qiáng)度的分類和計(jì)算公式見表1.3。大部分建筑材料，根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，可劃分為若干不同的強(qiáng)度等級。材料的強(qiáng)度與材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等有很大關(guān)系。鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度都很高，如表1.4所示。表1.3靜力強(qiáng)度分類

強(qiáng)度類別舉例計(jì)算式附注抗壓強(qiáng)度fc(MPa)fc=F/AF—破壞荷載(N)A—受荷面積(mm2)l—跨度(mm)b—斷面寬度(mm)h—斷面高度(mm)抗拉強(qiáng)度ft(MPa)ft=F/A抗剪強(qiáng)度fv(MPa)fv=F/A抗彎強(qiáng)度ftm(MPa)ftm=3Fl/(2bh2)表1.4鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較

材料表觀密度ρ0（kg/m3）抗壓強(qiáng)度fc（MPa）比強(qiáng)度fc/ρ0

普通混凝土240029.40.012低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為彈性。這種當(dāng)外力取消后瞬間即可完全消失的變形，稱為彈性變形。這種變形屬于可逆變形，其數(shù)值的大小與外力成正比。其比例系數(shù)E稱為彈性模量。1.2.2材料的彈性和塑性在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量E為常數(shù)，其值等于應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)诺谋戎?，即?/p>

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，但不破壞，并且當(dāng)外力停止作用后，不能自動(dòng)恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為塑性。這種不能消失的變形稱為塑性變形或不可恢復(fù)變形。在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材料突然破壞而又無明顯的塑性變形的性質(zhì)，稱為脆性。在沖擊、震動(dòng)荷載作用下，材料能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)，稱為韌性。韌性值可用材料受荷載達(dá)到破壞時(shí)所吸收的能量來表示，即：1.2.3材料的脆性和韌性

硬度是材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃的能力。硬度的測定方法有刻劃法和壓入法。按刻劃法，材料的硬度可劃分為1~10級(莫氏硬度)。木材、混凝土、鋼材等的硬度常用鋼球壓入法測定（布氏硬度HB）。

耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，常用磨損率表示：1.2.4材料的硬度和耐磨性1.3材料的耐久性材料長期抵抗各種內(nèi)外破壞因素或腐蝕介質(zhì)的作用，保持其原有性質(zhì)的能力稱為材料的耐久性。