建筑材料課件三

第二章

建筑材料的基本性質(zhì)

土木工程材料的基本性質(zhì)，是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時(shí)，通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因?yàn)橥聊窘ㄖ牧纤幗ǎ?gòu)）筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對(duì)材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質(zhì)也就有所不同。

第一節(jié)材料的物理性質(zhì)1.材料的密度

材料的密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算：

ρ=m/v式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或kg

V—材料的絕對(duì)密實(shí)體積，cm3或m3

測(cè)試時(shí)，材料必須是絕對(duì)干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細(xì)后采用排開(kāi)液體的方法來(lái)測(cè)定其體積。2.材料的表觀密度

表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

按下式計(jì)算：

式中 ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或kg

V0—材料的表觀體積，cm3或m3材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質(zhì)量（有時(shí)還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外，還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)

3.材料的堆積密度

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(jì)算：

式中 ρ0，—材料的堆積密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或kg

V0，—材料的堆積體積，cm3或m3

粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。

在土木建筑工程中，計(jì)算材料用量、構(gòu)件的自重，配料計(jì)算以及確定堆放空間時(shí)經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。4.材料的密實(shí)度

密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。密實(shí)度的計(jì)算式如下：

對(duì)于絕對(duì)密實(shí)材料，因ρ0=ρ，故密實(shí)度D=1或100%。對(duì)于大多數(shù)土木工程材料，因ρ0〈

ρ，故密實(shí)度D?1或D

?

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度5.孔隙率

材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計(jì)算：V—材料的絕對(duì)密實(shí)體積，cm3或m3V0—材料的表觀體積，cm3或m3ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3

6.空隙率

空隙率是指散粒材料在其堆集體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例。空隙率P，按下式計(jì)算：

ρ0—材料的表觀密度;ρ0，—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??？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞?jí)配與計(jì)算含砂率的依據(jù)。

第二節(jié)材料與水有關(guān)的性質(zhì)一.材料的親水性與憎水性

與水接觸時(shí)，有些材料能被水潤(rùn)濕，而有些材料則不能被水潤(rùn)濕，對(duì)這兩種現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，前者為親水性，后者為憎水性。

材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。

工程實(shí)際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤(rùn)濕角的大小劃分，潤(rùn)濕角為在材料、水和空氣的交點(diǎn)處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤(rùn)濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤(rùn)濕。當(dāng)材料的潤(rùn)濕角θ＜９０?時(shí)，為親水性材料；當(dāng)材料的潤(rùn)濕角θ＞９０?時(shí)，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開(kāi)，且能通過(guò)毛細(xì)管作用自動(dòng)將水吸入材料內(nèi)部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開(kāi)，而且水分不能滲入材料的毛細(xì)管中，見(jiàn)圖２-1圖２－1材料潤(rùn)濕示意圖

（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料二.材料的吸水性

材料能吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來(lái)表示。

質(zhì)量吸水率

質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以ｗm表示。質(zhì)量吸水率ｗm的計(jì)算公式為：

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）。

體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WＶ表示。體積吸水率WＶ的計(jì)算公式為：

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）

ρw—水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常溫下取ρw=1.0g/cm3

材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因?yàn)樗质峭ㄟ^(guò)材料的開(kāi)口孔吸入并經(jīng)過(guò)連通孔滲入內(nèi)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。三.材料的吸濕性

材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時(shí)，便會(huì)吸收空氣中的水分；而當(dāng)較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時(shí)，便會(huì)向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過(guò)程，后者是材料的干燥過(guò)程。由此可見(jiàn)，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以Ｗh表示，其計(jì)算公式為：

式中 ms——材料吸濕狀態(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）。

顯然，材料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。當(dāng)空氣中濕度在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定時(shí)，材料的吸濕和干燥過(guò)程處于平衡狀態(tài)，此時(shí)材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。四.材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長(zhǎng)期在飽和水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標(biāo)是材料的軟化系數(shù)KR：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）

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(huì)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(shí)（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。

材料耐堅(jiān)水性限可制了材島料的使櫻用環(huán)境美，軟化凱系數(shù)小慌的材料非耐水性范差，其粗使用環(huán)廚境尤其熱受到限哲制。軟比化系數(shù)惡的波動(dòng)走范圍在徒0至1喊之間。素工程中偵通常將篩ＫＲ＞0.漏85的市材料稱裂為耐水粥性材料認(rèn)，可以釘用于水民中或潮捆濕環(huán)境制中的重濃要工程柔。用于暑一般受東潮較輕仔或次要耽的工程堪部位時(shí)稈，材料淚軟化系眠數(shù)也不卷得小于擋0.7揉5。五.材籮料的抗趕滲性抗?jié)B性些是材料誦在壓力襪水作用慰下抵抗家水滲透段的性能麗。土木繳建筑工聽(tīng)程中許升多材料牌常含有宮孔隙、混孔洞或夏其它缺鉤陷，當(dāng)宅材料兩別側(cè)的水巖壓差較拐高時(shí)，惜水可能評(píng)從高壓貸側(cè)通過(guò)都內(nèi)部的剪孔隙、攜孔洞或墾其它缺命陷滲透尊到低壓腎側(cè)。這衰種壓力疾水的滲撞透，不劍僅會(huì)影荷響工程等的使用幕，而且伙滲入的逐水還會(huì)樂(lè)帶入能祖腐蝕材耳料的介須質(zhì)，或驗(yàn)將材料洪內(nèi)的某康些成分暮帶出，歐造成材渠料的破尋壞。５.1滲透系憤數(shù)材料的碼滲透系滾數(shù)可通蔑過(guò)下式寄計(jì)算:式中K—滲透系數(shù)悟,（cm/菊h）;挨w—滲水量，砍（cm3）

A—滲水面積湯,（cm2）

H聯(lián)—材料兩拾側(cè)的水未壓差，和（cm）開(kāi)d—試件厚度威（cm）剝t—滲水時(shí)間叢（h）材料的塑滲透系吸數(shù)越小合，說(shuō)明受材料的尚抗?jié)B性洗越強(qiáng)。5.2抗囑滲等級(jí)材料的榆抗?jié)B等商級(jí)是指果用標(biāo)準(zhǔn)俊方法進(jìn)桃行透水?dāng)z試驗(yàn)時(shí)輩，材料膽標(biāo)準(zhǔn)試肚件在透境水前所碗能承受焰的最大哥水壓力結(jié)，并以失字母P及可承劃受的水題壓力（嬸以0.柄1MPa為單位盤(pán)）來(lái)表扒示抗?jié)B潔等級(jí)。如P4、P任6、P8把、P10盯…等，表示撓試件能承棉受逐步增邀高至0.器4MPa罩、0.敬6MP馳a、0晝.8M剃P(guān)a、挨1.0飲MPa活…的水壓而回不滲透。6.狀抗凍性材料吸水贏后，在負(fù)郊溫作用條蔬件下，水房誠(chéng)在材料毛猛細(xì)孔內(nèi)凍啞結(jié)成冰，蜘體積膨漲花所產(chǎn)生的晝凍脹壓力主造成材料鄰的內(nèi)應(yīng)力低，會(huì)使材脊料遭到局具部破壞。鎮(zhèn)隨著凍融慣循環(huán)的反咽復(fù)，材料崖的破壞作套用逐步加倆劇，這種戒破壞稱為黎凍融破壞伙。

抗凍吹性是指材永料在吸水賓飽和狀態(tài)悄下，能經(jīng)況受反復(fù)凍隙融循環(huán)作封用而不破屆壞，強(qiáng)度晃也不顯著涉降低的性餓能?？箖鲂陨Ｒ栽嚰r(shí)在凍融虧后的質(zhì)稍量損失購(gòu)、外形更變化或共強(qiáng)度降依低不超且過(guò)一定逼限度時(shí)煉所能經(jīng)任受的凍替融循環(huán)受次數(shù)來(lái)用表示，倦或稱為企抗凍等槳級(jí)。銷材料的堪抗凍等娘級(jí)可分鋤為Ｆ1臥5、Ｆ俗25、強(qiáng)Ｆ50麻、Ｆ1襲00、款Ｆ20獨(dú)0等，輸分別表諒示此材號(hào)料可承泥受15擺次、2賀5次、欄50次妨、10估0次、巷200性次的凍帳融循環(huán)鹿。材料曉的抗凍嗓性與材甲料的強(qiáng)裕度、孔賞結(jié)構(gòu)、鎮(zhèn)耐水性獻(xiàn)和吸水貌飽和程附度有關(guān)胖。第三節(jié)材料的力除學(xué)性質(zhì)1.材料棕的強(qiáng)度材料的云強(qiáng)度是對(duì)材料在偏應(yīng)力作范用下抵朽抗破壞另的能力玻。通常校情況下懼，材料黑內(nèi)部的切應(yīng)力多柳由外力英（或荷蹦載）作帆用而引蘭起，隨攪著外力踩增加，撥應(yīng)力也價(jià)隨之增拜大，直強(qiáng)至應(yīng)力淋超過(guò)材識(shí)料內(nèi)部鳳質(zhì)點(diǎn)所漿能抵抗池的極限敬，即強(qiáng)擔(dān)度極限戰(zhàn)，材料扛發(fā)生破致壞。在工程塑上，通贈(zèng)常采用小破壞試葵驗(yàn)法對(duì)騙材料的憲強(qiáng)度進(jìn)眠行實(shí)測(cè)碧。將預(yù)埋先制作帳的試件榮放置在本材料試堅(jiān)驗(yàn)機(jī)上酷，施加奪外力（趙荷載）滴直至破翅壞，根敗據(jù)試件小尺寸和漁破壞時(shí)潔的荷載炸值，計(jì)貢算材料棒的強(qiáng)度形。根據(jù)外力濫作用方式延的不同，葉材料強(qiáng)度至有抗拉、鄭抗壓、振抗剪、績(jī)抗彎（蛛抗折）忘強(qiáng)度等。材料的跨抗拉、抗悅壓、抗剪所強(qiáng)度的計(jì)筋算式如下種：式中f---徒---材料強(qiáng)餓度，MPa波Fmax--材料破壞哄時(shí)的最大烤荷載，N茫A--控---滾-試件受力相面積，mm2材料的抗未彎強(qiáng)度與暮受力情況量有關(guān)，一著般試驗(yàn)方坑法是將條丹形試件放劍在兩支點(diǎn)還上，中間墾作用一集附中荷載，竄對(duì)矩形截?cái)∶嬖嚰?，?biāo)則其抗彎強(qiáng)草度用下式計(jì)這算：式中fw---充---材料的白抗彎強(qiáng)致度，MPa筆Fmax---材料受彎邀破壞時(shí)的賭最大荷載已，N初A--蛇---編-試件受智力面積為，mm2L---牲---兩支點(diǎn)的啟間距，mm纖b、蹲h--箱-試件橫截哨面的寬及拘高，mm2.彈性和塑錫性材料在外島力作用下恢產(chǎn)生變形蜘，當(dāng)外力螞取消后能予夠完全恢女復(fù)原來(lái)形鴨狀的性質(zhì)育稱為彈性方。這種完焦全恢復(fù)的半變形稱為撇彈性變形腿（或瞬時(shí)航變形）。顛材料在外窄力作用下曾產(chǎn)生變形拖，如果外賴力取消后糞，仍能保悲持變形后戲的形狀和至尺寸，并患且不產(chǎn)生充裂縫的性威質(zhì)稱為塑吸性。這種臺(tái)不能恢復(fù)屯的變形稱慨為塑性變柳形（或永辜久變形）賀。3.脆性和韌牽性材料受力拘達(dá)到一定傾程度時(shí)，眉突然發(fā)生蓬破壞，并柿無(wú)明顯的翠變形，材階料的這種喪性質(zhì)稱為犁脆性。大陸部分無(wú)機(jī)企非金屬材云料均屬脆蠟性材料，千如天然石亭材，燒結(jié)高普通磚、品陶瓷、玻判璃、普通房誠(chéng)混凝土、夸砂漿等。藍(lán)脆性材料錘的另一特連點(diǎn)是抗壓鈴強(qiáng)度高而五抗拉、抗傻折強(qiáng)度低普。在工程五中使用時(shí)幣，應(yīng)注意木發(fā)揮這類惜材料的特晃性。第四節(jié).材鋒料的熱蜜工性質(zhì)1.算導(dǎo)熱性當(dāng)材料墨兩面存稈在溫度衛(wèi)差時(shí)，勇熱量從裳材料一兇面通過(guò)疤材料傳鋤導(dǎo)至另婦一面的縫性質(zhì)，浴稱為材煮料的導(dǎo)程熱性。跑導(dǎo)熱性劃用導(dǎo)熱努系數(shù)λ表示。劇導(dǎo)熱系謠數(shù)的定蔽義和計(jì)強(qiáng)算式如患下所示畜：式中λ——導(dǎo)熱系數(shù)演，Ｗ／（幫ｍ·Ｋ）臂；

Ｑ－池傳導(dǎo)的熱桃量，Ｊ巧&—材料養(yǎng)厚度，ｍ摧；A——熱傳導(dǎo)面汽積，m2t一熱傳導(dǎo)聰時(shí)間，h；

（口T2-T1）－材料兩面箏溫度差，K在物理意偏義上，導(dǎo)翠熱系數(shù)為忘單位厚度買(mǎi)(1m)的材料析、兩面雁溫度差習(xí)為1Ｋ就時(shí)、在根單位時(shí)惡間(1s)內(nèi)通過(guò)單轉(zhuǎn)位面積(員1㎡)的值熱量。2.熱容量和牌比熱材料在受揭熱時(shí)吸收技熱量，冷銳卻時(shí)放出暖熱量的性痛質(zhì)稱為材雄料的熱容別量。單位看質(zhì)量材料童溫度升高欣或降低1預(yù)Ｋ所吸收腿或放出的擺熱量稱為隨熱容量系例數(shù)或比熱獎(jiǎng)。比熱的弟計(jì)算式如危下所示：式中C--星-材料的嫂比熱，J/（g蠻·K）囑Q--材料吸濁收或放炸出的熱開(kāi)量(熱容量)m---材料質(zhì)量尸，g

（己t2-t1）--材料受恰熱或冷脊卻前后陜的溫差帽，K材料的溫敏度變形性材料的溫未度變形是停指溫度升飽高或降低澡時(shí)材料的鬧體積變化薪。除個(gè)別素材料以租外，多酷數(shù)材料銹在溫度根升高時(shí)城體積膨倚脹，溫挖度下降挺時(shí)體積內(nèi)收縮。墾這種變喬化表現(xiàn)冤在單向乘尺寸時(shí)簽，為線言膨脹或糟線收縮疼，相應(yīng)構(gòu)的技術(shù)顯指標(biāo)為嘆線膨脹和系數(shù)（α）。第五節(jié)材料的耐魯久性材料的秤耐久性是泛指語(yǔ)材料在菊使用條脹件下，尚受各種迅內(nèi)在或墾外來(lái)自施然因素陳及有害融介質(zhì)的壁作用，餐能長(zhǎng)久選地保持捐其使用爪性能的摔性質(zhì)。洪材料術(shù)在建筑糞物之中另，除要態(tài)受到各嫌種外力嘩的作用業(yè)之外，勝還經(jīng)常置要受到剩環(huán)境中掌許多自軍然因素輸?shù)钠茐牧ё饔?。禿這些破加壞作用鹿包括物秒理、化恒學(xué)、機(jī)告械及生紋物的作昨用。物理作濃用可有租干濕變煮化、溫肝度變化映及凍融癥變化等駐。這些工作用將捆使材料遺發(fā)生體濟(jì)積的脹薯縮，或奔導(dǎo)致內(nèi)膠部裂縫先的擴(kuò)展所。時(shí)間料長(zhǎng)久之終后即會(huì)牛使材料迅逐漸破聽(tīng)壞。在遍寒冷地潮區(qū)，凍罰融變化袋對(duì)材料穗會(huì)起著慈顯著的膚破壞作臉用。在尾高溫環(huán)塑境下，溉經(jīng)常處鏡于高溫爆狀態(tài)的講建筑物串或構(gòu)筑懶物，所稍選用的互建筑材無(wú)料要具惠有耐熱套性能。際在民用獵和公共譜建筑中洞，考慮館安全防生火要求臥，須選販用具有珍抗火性弦能的難柄燃或不住燃的材傲料?；瘜W(xué)作用包括大尿氣、環(huán)雀境水以哲及使用塌條件下猛酸、堿課、鹽等述液體或狡有害氣沸體對(duì)材訴料的侵烤蝕作用齡。機(jī)械作輔用包括使用艇荷載的持剖續(xù)作用，攀交變荷載革引起材料笛疲勞，沖固擊、磨損綿、磨耗等飼。生物作忽用包括菌杜類、昆弱蟲(chóng)等的異作用而襲使材料弄腐朽、俘蛀蝕而次破壞。磚、石腹料、混寇凝土等避礦物材由料，多拌是由于輔物理作尾用而破酷壞，也命可能同辟時(shí)會(huì)受營(yíng)到化學(xué)當(dāng)作用的梁破壞。暴金屬材溪料主要騰是由于釘化學(xué)作俗用引起框的腐蝕棚。木材逗等有機(jī)午質(zhì)材料怖常因生哥物作用毯而破壞架。瀝青殊材料、凱高分子型材料在射陽(yáng)光、微空氣和海熱的作慈用下，話會(huì)逐漸陳老化而趟使材料扭變脆或襯開(kāi)裂。材料的耐央久性指標(biāo)吸是根據(jù)工果程所處的慢環(huán)境條件寄來(lái)決定的險(xiǎn)。例如處據(jù)于凍融環(huán)全境的工程逮，所用材標(biāo)料的耐久縣性以抗凍映性指標(biāo)來(lái)詳表示。處觀于暴露環(huán)悠境的有機(jī)鳳材料，其鬼耐久性以若抗老化能順力來(lái)表示渾。例1-1材料的免密度、森表觀密前度、堆株積密度驚有何區(qū)詠別？如挨何測(cè)定亂？材料角含水后齊對(duì)三者崗有什么新影響？例1-孩2某工地崇所用卵暮石材料囑的密度活為2.葡65g/cm3、表觀密舅度為2具.61g/c奧m3、堆積密麥度為1棄680kg/岡m3，計(jì)算此石榮子的孔隙率與劫空隙率？例1-3某石材在剩氣干、絕頸干、水飽菠和情況下短測(cè)得的抗忙壓強(qiáng)度分潮別為17乏4、17浩8、16狗5MPa期，求該石游材的軟真化系數(shù)頌，并判儲(chǔ)斷該石慌材