建筑材料的基本性質知識

第一章建筑材料的基本性質內容：第一節(jié)材料的化學組成、結構和構造第二節(jié)材料的物理性質第三節(jié)材料的力學性質第四節(jié)材料的耐久性第一節(jié)材料的組成、結構和構造一.材料的化學組成材料的化學組成的不同是造成其性能各異的主要原因?；瘜W組成通常從材料的元素組成和礦物組成兩方面分析研究。一.材料的化學組成元素組成:主要是指其化學元素的組成特點，例如，不同種類合金鋼的性質不同，主要是其所含合金元素如C、Si、Mn、V、Ti的不同所致。礦物組成：主要是指元素組成相同，但分子團組成形式各異的現(xiàn)象。如黏土和由其燒結而成的陶瓷中都含SiO2和Al2O3兩種礦物，其含化學元素相同，均為Si、Al、O元素，但黏土在焙燒中由SiO2和Al2O3分子團結合生成的3SiO2.Al2O3礦物，即莫來石晶體，使陶瓷具有了強度、硬度等特性。(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

材料結構：

宏觀結構

顯微結構

微觀結構

宏觀結構1.散粒結構由單獨的顆粒組成2.聚集結構材料中的顆粒通過膠結材料彼此牢固地結合在一起3.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4.致密結構材料在外觀上和結構上都是致密的5.纖維結構是木材,玻璃纖維制品所特有的結構6.層狀結構是板材常見的結構

顯微結構指借助光學顯微鏡和電子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。

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,分子晶體二、材料的微觀結構材料的微觀結構只要是指材料在原子、粒子、分子層次上的組成形式。建筑材料的微觀結構主要有晶體、玻璃體和膠體等形式。二、材料的微觀結構晶體的微觀結構特點是組成物質的微觀粒子在空間的排列有確定的幾何位置關系。如金剛石和石墨，元素組成都為碳，由于各自的晶體結構形式不同，性質上反差巨大。晶體物質具有強度高、硬度大、有確定的熔點、力學性質各項異性的共性。建筑材料中的金屬材料（鋼、鋁合金）和非金屬材料中的石膏及水泥石中的某些礦物（水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣）等都是典型的晶體結構二、材料的微觀結構玻璃體微觀結構的特點是組成物質的微觀粒子在空間的排列呈無序混沌狀態(tài)。玻璃體結構的材料具有化學活性高、無確定的熔點、力學性質各向同性的特點。粉煤灰、建筑用普通玻璃都是典型的玻璃體結構。二、材料的微觀結構膠體是建筑材料中常見的一種微觀結構形式，通常是由極細微的固體顆粒均勻分布在液體中形成。膠體與晶體和玻璃體最大的不同點是可呈分散相和網(wǎng)狀結構兩種結構形式，可分為溶膠和凝膠。溶膠失水后成為具有一定強度的凝膠結構，可以把材料中的晶體或其他固體顆粒粘結為整體，如氣硬性膠凝材料水玻璃和硅酸鹽水泥石中的水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣呈膠體結構。三.材料的構造材料在宏觀可見層次上的組成形式稱為構造。按照材料宏觀組織和孔隙狀態(tài)的不同可將材料的構造分為以下類型：致密狀構造:鋼材、玻璃、鋁合金多孔狀構造：加氣混凝土、泡沫塑料微孔狀構造：石膏制品、燒結磚顆粒狀構造：石子、砂、蛭石纖維狀構造：木材、玻璃纖維層狀構造：膠合板、復合木地板、夾層玻璃四.材料的孔隙(一).孔隙形成的原因(1).水分子的占據(jù)作用建筑材料加水拌和,用水量通常超過理論上的用水量,多余的水分占據(jù)的空間即為孔隙(2).外加的發(fā)泡作用如生產(chǎn)加氣混泥土等的各種發(fā)泡劑,可在材料中形成大量的孔隙(3).火山作用火山爆發(fā)時,噴到空中的巖漿,,冷卻后在巖石中形成大量的孔隙(4).燒作用四.材料的孔隙（二）材料的孔隙狀況由孔隙率、孔隙連通性和孔隙直徑三個指標說明孔隙率：指孔隙在材料體積中所占的比例。孔隙連通性：連通孔、封閉孔、半連通半封閉孔孔隙直徑：粗大孔：直徑大于mm級的孔隙；毛細孔：直徑在um-mm級孔隙；極細微孔：直徑在um以下。孔隙的類型及對材料性質的影響(三).孔隙對材料性質的影響孔隙率越大，材料的密度越小、強度越低、保溫隔熱性能越好、吸聲隔聲性能越高；連通孔對材料的吸水性、吸聲性影響較大，封閉孔對材料的保溫隔熱性能影響較大；粗大孔，影響材料的密度、強度；

毛細孔，對水具有極強的毛細作用，主要影響材料的吸水性、抗凍性；

極細微孔，對材料的性能影響不大第二節(jié)材料的物理性質內容:材料與質量有關的性質材料與水有關的性質材料與熱有關的性質第二節(jié)材料的物理性質一、材料與質量有關的性質材料與質量有關的性質主要是指材料的各種密度和描述其孔隙與空隙狀況的指標，在這些指標的表達式中都有質量這一參數(shù)。第二節(jié)材料的物理性質一、材料與質量有關的性質體積構成：單體材料的體積主要有：絕對密實的體積V開口孔隙體積V開閉口孔隙體積V閉組成，表觀體積Vˊ=V+V閉自然體積V0=V+V開+V閉對于堆積材料，V0ˊ=V0

+V空V0ˊ——材料的堆積體積V空—材料的空隙體積一.狀態(tài)參數(shù)（一）材料的密度1、體積密度－材料在自然狀態(tài)下單位體積的質量。單位g/cm3或kg/m3。公式：ρo=m/Vo式中ρo－表觀密度（g/cm3）m－材料的質量（g）Vo－材料在自然狀態(tài)下的體積（cm3）體積密度的測量自然狀態(tài)下的體積－是指構成材料的固體物質的體積與全部孔隙體積之和。根據(jù)材料在自然狀態(tài)下含水情況的不同，體積密度又可分為干燥體積密度、氣干體積密度（在空氣中自然干燥）等幾種。體積密度的測量：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：烘干－蠟封－浮力天平

密永度2、密辟度－材粒料在絕睬對密實巖狀態(tài)下缸單位體組積的質級量。強單稻位g/凳cm3或kg萄/m3。多公式：奪ρ床=m/v滿式中ρ－材圾料的密上度（量g/c泊m3）距m－材材料的質投量（g虧）V－材煉料在絕西對密實飛狀態(tài)下懼的體積午（cm3）密度大的測觸量絕對密實核狀態(tài)下的抄體積－是蕉指構成材墨料的固體埋物質本身號的體積。實際密奴度的測好量：1）對配近于絕攀對密實楊的材料逝：金屬擦、玻璃雄等塵直接浮以排水橋法作為壁密實態(tài)交體積近咱似值2）對懇有孔隙莫的材料勇：磚、飾混凝土參、石材撞磨成細僅粉－膚排水法澇求的體構積即為偵密實態(tài)吃體積表觀密度3、表豬觀密度紡－對密實境材料直忠接以排雜水法求酷的體積于v’作坊為密實臨態(tài)體積礦的近似括值。單位g艦/cm3或kg禾/m3。公式：ρˊ=m/Vˊ式中ρˊ－表觀密趨度（g談/cm3）m－材兔料的質塞量（g扶）Vˊ－用排水把法求的糞的體積（cm3）堆積密蜻度堆積密陶度－材振料的堆模積密度陰是指粉榜狀、顆襪粒狀或絡纖維狀五材料在謊堆積狀夫態(tài)下單斥位體積努的質量。單位g穩(wěn)/cm3或kg賴/m3。V0ˊ=V0+V空公式：ρ0ˊ=m/V0ˊ式中ρ0ˊ－堆積密飲度（g鍬/cm3）m－材鴨料的質同量（g比）V0ˊ－材料的堆過積體積（cm3）(4)幾游種密度間暈的區(qū)別（1）大?。害选荭选荭?≥ρ0(同殖一材料)（2）影響因敘素：（3）計算表示齒式中體積番的不同ρ:V＝V＋V閉；ρ0:V0＝V＋V閉＋V開＝V＋V孔ρ0:V0＝V＋V閉＋V開＋V空＝V＋V孔＋V空（4）計算表愛達式中斗質量的舟不同ρ，ρ中m為絕對顯干燥的膊質量ρ0，ρ0中m為自然狀偏態(tài)下的質坡量（可能夏含水）密實度密實度丑－指材序料的體隙積內，長被固體啞物質充趕滿的程魯度.D=戲V/扔V0=ρ0/ρ×10窮0%（二）.子材料的孔限隙1.、孔脂隙率－指鍋材料中孔認隙體積與固材料在自員然狀態(tài)下仆的體積之漢比的百分會率，或稱腹總孔隙率凳。公式迅：P=旬V孔/Vo*100言%式中：管P—臂孔隙率V孔—材料械中全部云孔隙的寬體積Vo—材在蜘自然狀鏟態(tài)下的今體積又由于P恩=(Vo–V)/默Vo*10務0%=(1幼-V/朝Vo)*1境00%=(1-膀ρo/ρ)*若100%P+D學=12.開口碧孔隙率與辱閉口孔隙止率開口孔隙續(xù)率是指材今料中能被器水所飽和皮的孔隙體拜積與材料賞在自然狀殺態(tài)下的體勵積百分率穗：PK=(m1-m2)/V0×ρw×勝100牽%式中：裙m1—水飽玻和狀態(tài)哨下材料非的質量次,gm2—干燥狀融態(tài)下材料蜻的質量，寺gρw—墾水的密別度，常噸溫下可室取1g持/c避m3閉口孔隙媽率pb為總孔隙腐率與開口圾孔隙率之館差即PB=P-漁PK空貓隙顛率4、空隙律率－散粒拒材料在自斃然堆積狀麗態(tài)下，其抓中的空隙厘體積與散陵粒在自然犬堆積狀態(tài)找下的體積翼之比的百中分率稱為炒空隙率公式：愈P’=（渴1-V0/V0ˊ）×100%東=(1-ρ0ˊ/ρo)×100%P’—散憐粒材料的舞空隙率ρ0ˊ—散粒材貌料的堆積等密度ρo-喚-材料膝的體積搜密度填充率：Dˊ=V0/V0ˊP’+還Dˊ=1二、材料垃與水有關驅的性質1、親裕水性與需憎水性材料在爪空氣中星與水接歡觸時，猾根據(jù)其菊是否能旦被水潤嘉濕，將扇材料分炭為親水振性和憎則水性兩埋大類。竄常用潤濕角θ表示。親水性參材料愚θ煮≤90逗°憎水性墻材料隨θ密＞90河°二、材呼料與水種有關的蛙性質1、親水性與構憎水性潤濕角：材料驚、水、兆空氣三苗相交點豆處水滴膛表面的熟切線與央材料表妻面（經(jīng)砌過水）炭所成的逆角度。親水性材料：θ≤90的材料叫（水與材軋料間吸引抹力>水分旅子間吸引打力）聚材料能被差水潤濕（康親水）憎水性材料：θ>90的材料炸(水與材宮料間吸引歪力<水分端子間吸引剖力)潑材料不自能被水潤分濕（憎水判）2.吸靈水性材料吸收辱水分飽和分的能力稱盛為吸水性（1）質量吸收水率：Ww=(m2-m1)/m1*10們0%式中：尾Ww—質量吸鈔水率，%m1—材料在鼠絕對干燥染狀態(tài)下的聞質量，gm2—材料譽在浸水侮飽和狀飽態(tài)下的和質量，春g（2）.言體積巧吸率公式：Wv=Vw/V0=(m2-m1)/V0*ρw*10王0%式中：唉Wv--體坑積吸水趴率Vw—材料所箱吸收水分壇的體積ρw—水的密裹度，常溫卷下取1=拒g/c笑m3V0—材料暴的自然槽體積體積吸炒水率與撒質量吸略水率的毒關系為繪：Wv=Ww*ρoρo—材料門的干燥折體積密尼度（2）豈.體攜積吸賓率影響材料泊的吸水性樹的主要因覺素有：材料的纖本身的化學組成、結構、構造、孔隙狀悶況。材料的親水性越面強，孔隙率柱越大，連通的毛憑細孔隙越多禮，吸水率越大。吸水率勁對材料嶄性能影孕響：（辭指吸水顏飽合后變）Wv、Ww↑ρo↑導熱告性↑強柱度↓抗寫凍性↓(3)友.水帖飽寄和筑度公式：娛KB=Wv/PKB—水飽和隊度Wv—材料艙的體積奧吸水率永，%P—材料烏的孔隙率福，%KB可在0孫—1之脆間波動包，當KB=0時歸即Wv=0說鋪明該材泊料所有翁的孔隙伏均未充駱水，孔穗隙為閉屬口孔隙遭；當KB=1時襲即Wv=P提，說明材甩料所有的特孔隙全部峽充滿水，徐孔隙為開宮口孔隙3、吸濕績性3、吸濕性－材料在潮濕檢空氣中率吸收水永分的能常力。公式:絮W=(mK-m1)/m1W－罩材料的局含水率勾（%）mK－材料托吸濕后判的質量南（g）m1－材料在截絕對干燥寶狀態(tài)下的等質量（g紀）影響因汽素：材料本具身（除與吸希水率的總影響因竹素相同佳外），升還與環(huán)境的核溫濕度有羊關。4．耐水虧性材料在長蘆期飽合水房誠作用下，仔保持其原快有性質（催不破壞，叢強度也不印顯著降低讀）的能力亮。技術指標：軟化逮系數(shù)KPKP＝fw/f(0~1桌)fw－材料浸嫁水飽合狀俗態(tài)下的抗肯壓強度，鼻MPa。f－材料干樣燥狀態(tài)下耗的抗壓強頭度，MP告a。Kp↑耐水砍性↑Kp↓耐水柄性↓，Kp≥0.廣8腸耐水材亂料長期水秤浸，受驢潮嚴重矩重要工揉程（如地墳下構筑側物、基盆礎、水偵工結構浮）：Kp≮找0.85吸~0.9受潮較輕筆或次要結武構：Kp穴≮0.7紀0~0.燥855、抗?jié)B湖性材料抵抗盾壓力水或兇其他液體鑄滲透的能寸力。（1）滲透系騙數(shù)KQ=KhA萄t/dK=Qd/AthK－滲透系濫數(shù)，cm峰/hd－試件厚瓣度，cm扭。Q－滲夏透水量籃，cm3h－水頭瓜差，c斜m。A－滲水悲面積，肆cm2t－滲水時做間，h。（2）抗?jié)B標革號S：按規(guī)定方牧法制作的立材料試件管，在標準質試驗方法我下所能承攀受的最大場水壓（M想Pa）值丈。如S6代表所厲能承受悅的最大寧水壓為瓦0.6殿MPa繳，影響抗?jié)B餐性因素：孔隙率爬；孔隙瀉特征。（P↓密實熟或P閉↑的S↑）。6、抗槽凍性材料在抗浸水飽谷合情況服下，經(jīng)冶多次凍溝融循環(huán)搭，保持推原性質迷的能力史（不破使壞，強幟度也不渠顯著降俗低）。表示方法仆：抗凍標號D如：抗凍妖標號D8，表示嗚滿足強匙度損失近≯25臺％，質粱量損失場≯5％視的情況址下，材絕料可經(jīng)賣受最多慰8次凍膜融循環(huán)飲。凍害原因：（1）洲水結冰擴，V膨伐脹約9袍％，對煎孔壁產(chǎn)崇生壓力踐可達1把00M楊Pa（2）內很外溫度差朽溫度壓力枕。（3）置墻體水晝的遷移攪（內燒外鬼結淹冰）影響抗凍溫性因素：孔隙率仁與孔隙學特征；孔隙中孤水充滿述程度；材料抵學抗冰凍需應力的塞能力。三、材的料與熱蠢有關的悠性質1、導熱性材料傳嘆導熱量印的能力到。表示方蹦法：導熱系數(shù)伙λQ=λA(Ｔ2－Ｔ1)ｔ/dλ=Q撿d/A草(Ｔ2－Ｔ1)ｔQ－傳遞的券熱量，J揭。Ｔ2－Ｔ1－材料瞧兩側溫體差，K翼。A－材料丸面積，河m2。d－材料厚盆度，m。λ－導熱系蛾數(shù)，W／販m·kｔ－導熱時柳間（S）λ↓絕熱性作↑保溫隔早熱性能↑絕熱材料希：λ<0.遇15w奪/m·苗k材料的導熱示意圖影響導熱灰系數(shù)的因混素：1）化喝學組成甜和（顯微微）結認構：λ晶體>λ玻璃體λ金屬>λ無機λ無機>λ有機2）體響積密度肆：ρ0↑（P↓）λ↑3）孔隙育狀況：P↑P閉↑孔徑↓λ↓4）環(huán)男境的溫畜、濕度2.20悶0.額60泳0.02碧4λ冰>λ水>λ空氣4倍嫌25倍2、熱飄容熱容是指蔥材料受熱左吸收（蓄疤存）熱量沖或冷卻放完出熱量的印性能。道（表1）比熱容：單位質如量的材渡料溫度早升高1鴨k（或令降低1桑k）所寒吸收兩（或放款出）的咽熱量：Q=c棄·m(t2－t1)c=Q相/m(t2－t1)Q－材料吸盲收（放出老）的熱量宅，J。m－材料的看質量，g撈。t2－t1－材料受弊熱（冷卻義）前后的嬌溫度差，摘K。c－材料的昌比熱容，導J／g·慰k。星（船2）熱容熱容＝c·m（澡＝Q／(t2－t1）僻單位：孫J／K梨（奸3）熱容的情實用意迫義保持室內核房間溫度獵的穩(wěn)定（驕在一定范肥圍內，采拿用熱容值糠較高的材走料,冬季擊施工材料辭的加熱。堡）3.耐燃蹄性和耐火枯性耐燃性指材料在惜火焰和高宵溫作用下幣可否燃燒缺的性質?！督ㄖ乃芰霞爸破穾浫紵阅荑T分級》（齡GB86劉24-2僵006）蝕把材料分精為A1、己A2、B蛋、C風、D閥、E仆六個燃燒嶼性能級別營。而GB伶8624遠-199矛7將材料械分為非燃燒材瓶料（A級判）（鋼材、卵磚、石等鐮）、難燃材料消（B1級總）（如紙醬面石膏危板、水哭泥刨花巡壽板等）丘、可燃燒蜻材料（恨B2級發(fā)）（木材、迅竹材等）燦三個耐燃則性級別。新舊體誼系對比惑：耐火性間：是材料蓋在火焰碌和高溫搏作用下跪，保持俱其不破濟壞、性把能不明顧顯下降評的能力齊。用耐私火極限姜表示（葉h）注意：耐嶄燃材料不予一定耐火驗，如鋼材氏是非燃燒臺材料，耐歐火極限僅會0.25兵h第三節(jié)肺材料的猛力學性質內容：材料的筐強度特習性材料的冤彈性和禿塑性材料韌性吊和脆性第三節(jié)贈材累料的力壤學性質一、強荷度材料抵傳抗在應奸力作用讓下破壞姑的能力甜?！癴”五單位：嶺MPa財(吊N/m廟m2)表示式戲：f=σmaxσmax為材料柴在外力勒作用下令，破壞爪截面的始極限應兔力值1、材廢料在不袖同受力幅方式下間的強度（1）顛軸向抗格壓和抗皆拉強度f壓（拉）=Pmax/APmax－最大蕉荷載，成N。與（荷載鳴：作用宗于材料蹈試件或依構件的燒外力）A－破壞截予面的面積烈，mm2。f壓（拉）－抗壓炒（抗拉盆）強度子，MP芹a。（2）抗湊彎強度（闊抗折強度電）f彎＝3PmaxL/2bh22、試驗猛條件對強沃度試驗結繡果的影響（1）試部件的形狀和尺沒寸：f立方體>f棱柱體f大尺寸<f小尺寸（大尺勞寸試件桿：①受扒摩擦力種影響小憤；②缺局陷出現(xiàn)清機率大間。）（2）加荷速月度：f加荷快≥f加荷慢（3）材料的溫度：f溫度高披≤f溫度低植（私但鋼材橫在溫度屑下降到課某一負徒溫時，炊強度值因會突然頃下降很寒多）（4）材料的含水狀嘗況：f含水≤f干燥建（在名耐水性資中詳講門）（5）材籍料試件的表面狀躁態(tài)：f光滑表面<f粗糙表渴面（材料的索破壞是飾變形達貝到一定扎程度才默發(fā)生的你，故加模荷速度拜快到一哀定程度乳，可能血使變形刺的增長部落后于政荷載的苗增長，慘故所測列強度值稼較高)結論：為困使試驗結敵果有可比抽性，必須沿根據(jù)規(guī)定痛方法（國家遷標準）把進行強碧度試驗漸。3、材料的強貓度等級按材料強枕度值大小釋劃分的等赤級稱為材說料的強度餓等級。材料強度既等級與強例度的關系次與區(qū)別：材料強向度值是木其力學對性質的裳指標（植是隨機伍連續(xù)的旬）；標號（強菊度等級）來是根據(jù)強檔度劃分的歸級別（是充人為確定系,不連續(xù)熟的）。4、比強度按材料單耕位質量計節(jié)算的強度攤（MPa屋/kg/丹m3），是材料畫輕質高址強的標興志。（f/ρ0：鋼：73~集78、塑料：100~肯400）緞比強度的撓國際單位寄為(N/國m2)/浪(kg/異m3)輛或N·m蔥/kg。二、彈性和塑址性應變：材料單本位長度的這變形量：ε=⊿L/L應力：材料單績位面積上番的作用力字。σ=P/A1、彈性罰變形和塑嫁性變形：彈性變薯形：塑性變形陣：塑性材料焦：材料在夢破壞前有觸顯著塑性語變形的材凍料。（軟醋鋼，鋁合蠅金）脆性材料襖：材料在夾破壞前無史顯著塑性引變形的材淋料。（砼肉、磚、陶祖瓷）2、彈性模盜量：彈性模量場表示材料泊在彈性范營圍（線彈房誠性范圍）谷內應變ε與應力σ間的線性父關系。ε＝σ／EE＝σ／εE↑在務相同σ條件下，ε越小。也看說明材料叔在外力作儉用下抗彈邁性變形能堵力越強。三、材料皇的韌性和期脆性在沖擊魯、震動頓荷載作亭用下，先材料可盛吸收較缺大的能嗽量產(chǎn)生幻玉一定的嘗變形而臺不破壞土的性質追稱為韌們性或沖跪擊韌性拳。建筑鋼材（嶼軟鋼）憶、木材魚、塑料等是較評典型的顏韌性材廢料。路況面、橋慚梁、吊節(jié)車梁及圣有抗震以要求的毒結構都坐要考慮掠材料的泊韌性。脆性是指夜當外力達仰到一定限耐度時，材爹料發(fā)生無紫先兆的突糾然破壞，晌且破壞時件無明顯塑喊性變形的沒性質。脆性材料宗的力學性番能特點是緊抗壓強度漢遠大于抗腹拉強度，光破壞時的目極限應變絮值極小。磚、石父材、陶蘭瓷、玻友璃、混匪凝土、蔑鑄鐵等都是脆惹性材料。給與韌性材營料相比，廟它們對抵段抗沖擊荷喘載和承受姿