第二章建筑材料科學(xué)基礎(chǔ)及工程性質(zhì)

第二章建筑資料科學(xué)根底及工程性質(zhì)第一節(jié)資料的組成與構(gòu)造及其對性能的影響一.資料的組成

一.資料的組成是決議資料的性質(zhì)的內(nèi)在要素之(一)化學(xué)組成(二)礦物組成二.資料的構(gòu)造(一).宏觀構(gòu)造指用肉眼或放大鏡能察看到的構(gòu)造,它分為散粒構(gòu)造,聚集構(gòu)造,多孔構(gòu)造,致密構(gòu)造,纖維構(gòu)造,層狀構(gòu)造

宏觀構(gòu)造1.散粒構(gòu)造由單獨(dú)的顆粒組成2.聚集構(gòu)造資料中的顆粒經(jīng)過膠結(jié)資料彼此結(jié)實(shí)地結(jié)合在一同3.多孔構(gòu)造資料中含有大量的,大的,或微小的均勻分布的孔隙4.致密構(gòu)造資料在外觀上和構(gòu)造上都是致密的5.纖維構(gòu)造是木材,玻璃纖維制品所特有的構(gòu)造6.層狀構(gòu)造是板材常見的構(gòu)造顯維構(gòu)造和微觀構(gòu)造(二).顯微觀構(gòu)造指借助關(guān)學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡察看到的構(gòu)造,它可分為結(jié)晶和無定型兩種.結(jié)晶和無定型是同一物質(zhì)的不同形狀,晶體呈穩(wěn)定形狀,而無定型那么具有化學(xué)活性(三).微觀構(gòu)造指原子陳列構(gòu)造,根據(jù)質(zhì)子間鍵的特性分為原子晶體,離子晶體,分子晶體第三節(jié)資料的物理性質(zhì)密度1、密度：資料在絕對密實(shí)形狀下單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3。公式：ρ=m/v式中ρ－實(shí)踐密度〔g/cm3〕m－資料的質(zhì)量〔g〕V－資料在絕對密實(shí)形狀下的體積〔cm3〕資料密度的大小取決于資料的組成及微觀構(gòu)造，因此一樣組成及微觀構(gòu)造的資料其密度為一定值。

在建筑資料中，除金屬、玻璃等少數(shù)資料外，都含有一些孔隙。為了測得含孔資料的密度，應(yīng)把資料磨成細(xì)粉，除去孔隙，經(jīng)枯燥后用密度瓶測定其實(shí)體積。資料磨得越細(xì)，所測得的體積越接近絕對體積。表觀密度2.資料的表觀密度

表觀密度〔俗稱“容重〞〕是指資料在自然形狀下單位體積的質(zhì)量。

按下式計(jì)算：

式中 ρ0—資料的表觀密度,kg/m3

m—資料的質(zhì)量，kg

V0—資料的表觀體積，m3在自然形狀下，資料內(nèi)往往含有水分，其質(zhì)量將隨含水程度而改動，故測定體積密度時應(yīng)注明其含水程度。普通指的是資料在氣干形狀下的體積密度，枯燥資料的體積密度稱為干體積密度。

資料的體積密度主要取決于資料的密度、宏觀構(gòu)造以及含水程度。3、堆積密度堆積密度是散粒資料(粉狀、顆粒狀〕在堆積形狀下單位體積的質(zhì)量。資料的堆積體積包括一切顆粒的體積以及顆粒之間的空隙體積，堆積密度有一塊燒結(jié)普通磚，在吸水飽和形狀下重2900g，其絕干質(zhì)量為2550g。磚的尺寸為240Ｘ115Ｘ53mm，經(jīng)枯燥并磨成細(xì)粉后取50g，用排水法測得絕對密實(shí)體積為18.62cm3。試計(jì)算該磚的密度、表觀密度、密實(shí)度。有一塊規(guī)范磚，在吸水飽和形狀下重2500g，其絕干質(zhì)量為1600g。經(jīng)枯燥并磨成細(xì)粉后取100g，用排水法測得絕對密實(shí)體積為28.62cm3。試計(jì)算該磚的密度、表觀密度、密實(shí)度、孔隙率。建筑資料的許多工程性質(zhì)如強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性、吸聲性等都與資料的致密程度有關(guān)。這些性質(zhì)除取決于孔隙率的大小外，還與孔隙的構(gòu)造特征親密相關(guān)?？紫短卣髦饕缚紫兜姆N類〔開口孔與閉口孔〕、孔徑的大小及孔的分布等。實(shí)踐上絕對的閉口孔是不存在的。在建筑資料中，常以在常溫、常壓下水能否進(jìn)入孔中來區(qū)分開口與閉口。因此，開口孔隙率〔Pk〕是指常溫常壓下能被水所飽和的孔體積〔即開口孔體積Vk〕與資料體積之比。閉口孔隙率〔PB〕便是總孔率P與開口孔隙率Pk-之差。

由于孔隙率的大小及孔隙特征對資料的工程性質(zhì)有不同的影響，因此常采用改動資料的孔隙率及孔隙特征的方法來改善資料的性能，例如對水泥混凝土加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)提高密實(shí)度或參與引氣劑，引入一定數(shù)量的閉口孔，都可以提高混凝土的抗?jié)B及抗凍性能。空隙率空隙率－散粒資料在自然堆積形狀下，其中的空隙體積與散粒在自然堆積形狀下的體積之比的百分率稱為空隙率公式：P’—散粒資料的空隙率ρ/o—散粒資料的堆積密度ρo--資料的體積密度空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計(jì)算含砂率的根據(jù)。例如對水泥混凝土加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)提高密實(shí)度或參與引氣劑，引入一定數(shù)量的閉口孔，都可以提高混凝土的抗?jié)B及抗凍性能。在資料體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例在顆粒裝資料的堆積體積內(nèi)，顆粒間空隙體積所占的比例名稱定義及表達(dá)式說明孔隙率許多工程性質(zhì)如強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性于材料的孔隙有關(guān)。且取決于孔隙率的大小與構(gòu)造特征（孔的種類、孔徑的大小及分布）空隙率用來評定顆粒材料在堆積體積內(nèi)疏密程度的參數(shù)。計(jì)算混凝土中粗骨料空隙時表觀密度按視密度計(jì)算思索題：某工地所用卵石資料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680kg/m3，計(jì)算此石子的孔隙率與空隙率？習(xí)題1某工地所用卵石資料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680kg/m3，計(jì)算此石子的孔隙率與空隙率？二、資料與水有關(guān)的性質(zhì)1、親水性與憎水性親水性——資料在空氣中與水接觸時，容易被水潤濕的性質(zhì)，稱資料的親水性。如磚、混凝土等。憎水性——資料不易被水潤濕的性質(zhì)，稱為憎水性。如瀝青、石油等。潤濕角為在資料、水和空氣的交點(diǎn)處，沿水滴外表的切線與水和固體接觸面所成的夾角。θ為潤濕角θ≤90°親水性資料θ＞90°憎水性資料2資料的吸水性與吸濕性〔1〕.吸水性資料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱吸水性。資料的吸水性用吸水率表示，有質(zhì)量吸水率與體積吸水率兩種表示方法。質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率是指資料在吸水飽和時，內(nèi)部所吸水分的質(zhì)量占資料枯燥質(zhì)量的百分率，用下式計(jì)算：資料吸水飽和后的質(zhì)量，g0資料在枯燥形狀下的質(zhì)量，g資料的吸水率：花崗巖的吸水率：0.5%~0.7%；混凝土的吸水率：2%~3%；粘土磚的吸水率：8%~20%；木材的吸水率：可超越100%。花崗巖體積吸水率體積吸水率是指資料在吸水飽和時，其內(nèi)部所吸水分的體積占枯燥資料自然體積的百分率。用公式表示如下式中wv——資料的體積吸水率〔％〕；V0——枯燥資料在自然形狀下的體積〔cm3〕；ρw——水的密度〔g/cm3〕常溫下取ρw=1.0g/cm3工程用建筑資料普通采用質(zhì)量吸水率，質(zhì)量吸水率與體積吸水率的關(guān)系密實(shí)在及只有閉口孔的材料不吸水具有粗大孔的材料不易吸滿水分，吸水率常小于孔隙率孔隙率較大，且具有細(xì)小開口連通的親水性材料具有較大的吸水率資料吸水率的大小主要取決于資料的孔隙率及孔隙特征〔2〕.吸濕性資料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。潮濕資料在枯燥的空氣中也會放出水分，此稱還濕性。資料的吸濕性用含水率表示。含水率系指資料內(nèi)部所含水的質(zhì)量占資料枯燥質(zhì)量的百分率。用公式表示為資料含水后，不但可使資料的質(zhì)量添加，而且會使強(qiáng)度降低，保溫性能下降，抗凍性能變差，有時還會發(fā)生明顯的體積膨脹。可見資料中含水對資料的性能往往是不利的。

例：某立方體巖石試件，外形尺寸為50mm×50mm×50mm，測得其在絕干、自然形狀及吸水飽和形狀下的質(zhì)量分別為325g，325.3g，326.1g，并測得該巖石的密度為2.68g/cm3。試求該巖石的體積吸水率、質(zhì)量吸水率、質(zhì)量含水率、絕干表觀密度、孔隙率。

=1-2.6/2.68=2.98%

1.1/125=0.88%=0.3/325=0.092%=325/125=2.6g/cm3解：V0＝5×5×5＝125cm3m含＝325.3gm干＝325gm飽＝326.1gρw＝1g/cm33.資料的耐水性

資料的耐水性是指資料長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)。衡量資料耐水性的目的是資料的軟化系數(shù)KR：—資料的軟化系數(shù)—資料吸水飽和形狀下的抗壓強(qiáng)度—資料在枯燥形狀下的抗壓強(qiáng)度軟化系數(shù)的范圍在0—1之間。軟化系數(shù)越高，外表資料耐水性越好。潮濕環(huán)境中的重要建筑物或部位，軟化系數(shù)k=0.85-0.9受潮較輕或次要的建筑物，軟化系數(shù)k=0.7-0.85

某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強(qiáng)度分別為174、178、165MPa，求該石材的軟化系數(shù)，并判別該石材可否用于水下工程。4、抗?jié)B性資料抵抗壓力水浸透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性。砼的抗?jié)B強(qiáng)度等級如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能接受逐漸增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不浸透。5、抗凍性資料在吸水飽和形狀下，經(jīng)多次凍融循環(huán)而不破壞．或強(qiáng)度不顯著降低的性質(zhì)稱為抗凍性。資料的抗凍性用抗凍強(qiáng)度等級F〔freeze〕表示。如F25表示資料能抵抗凍融循環(huán)25次。假設(shè)經(jīng)過規(guī)定次數(shù)的反復(fù)凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失不大于5％，強(qiáng)度降低不超越25％時，通常以為資料是抗凍的。三、資料的熱工性質(zhì)1、導(dǎo)熱性資料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性。資料導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)λ表示。影響導(dǎo)熱系數(shù)的要素?zé)o機(jī)資料的導(dǎo)熱系數(shù)大于有機(jī)資料；資料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導(dǎo)熱系數(shù)愈小同類資料的孔隙率是隨體積密度的件小而增大,那么導(dǎo)熱系數(shù)隨體積密度的減小而減小；導(dǎo)熱系數(shù)與孔隙形狀特征的關(guān)系,以為有微細(xì)而封鎖孔隙組成的資料,導(dǎo)熱系數(shù)小,反之大；資料的含水率添加,導(dǎo)熱系數(shù)也添加。2、比熱容定義：資料在加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。質(zhì)量為1g資料溫度升高lK所需的熱量或溫度降低1K時放出的熱量，稱為資料的比熱容。比熱是反映資料的吸熱和放熱才干的理量。不同資料的比熱不同，它對堅(jiān)持建筑物內(nèi)部溫度溫度有很大的意義，比熱大的資料，能在熱流變動或采暖設(shè)備供熱不均勻時，緩和室內(nèi)的溫度動搖。第四節(jié)資料的力學(xué)性質(zhì)一、強(qiáng)度資料在外力(荷載)作用下，抵抗破壞的才干，稱為強(qiáng)度資料主要有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎四種強(qiáng)度。通?？估瓘?qiáng)度可表示為ft、抗壓強(qiáng)度可表示為fc、抗剪強(qiáng)度可表示為fv.抗彎強(qiáng)度fm2、比強(qiáng)度比強(qiáng)度=資料的強(qiáng)度/表觀密度可以對不同的資料進(jìn)展對比。比強(qiáng)度是衡量資料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要目的，優(yōu)質(zhì)的構(gòu)造資料，必需具有較高的比強(qiáng)度。二、資料的彈性與塑性彈性：在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力消逝時，資料的變形即可消逝并能完全恢復(fù)原來外形的性質(zhì)。塑性：資料在外力作用下產(chǎn)生變形，假設(shè)外力取消后，仍能堅(jiān)持變形后的外形和尺寸，并且不產(chǎn)生裂痕的性質(zhì)。彈性變形與塑性變形三、資料的脆性和韌性脆性：外力到達(dá)一定限制后，忽然破壞無明顯塑性變形的性質(zhì)。脆性資料抗動載才干差，但抗壓強(qiáng)度高。如磚、混凝土、玻璃等。韌性：在沖擊或震動荷載作用下，能吸收較大能量，產(chǎn)生一定的變形而不致被破壞的性能。建筑鋼材、木材、瀝青混凝土等屬于韌性資料。用作路面、橋梁、吊車梁以及有抗震要求的構(gòu)造都要思索資料的韌性。資料的韌性用沖擊實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。四、硬度和耐磨性

①硬度

資料的硬度是資料外表的鞏固程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其外表的才干。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定資料的硬度。

刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，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。

②耐磨性

耐磨性是資料外表抵抗磨損的才干。資料的耐磨性用磨耗率表示回彈法用于測定混凝土外表硬度，并間接推算混凝土的強(qiáng)度；也用于測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的外表硬度并間接推算其強(qiáng)度。原理：回彈儀的彈擊錘被一定的彈力打擊在混凝土外表上，其回彈高度〔經(jīng)過回彈儀讀得回彈值〕與混凝土外表硬度成一定的比例關(guān)系。回彈儀第五節(jié)資料的耐久性1.概念資料的耐久性是指用于建筑物的資料，在環(huán)境的多種要素作用下不蛻變、不破壞，長久地堅(jiān)持其運(yùn)用性能的性質(zhì)。耐久性是資料的一種綜合性質(zhì)，諸如抗凍性、抗風(fēng)化性、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕性等均屬耐久性的范圍。此外，資料的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐磨性等也與資料的耐久性有親密關(guān)系。2.環(huán)境影響要素資料在建筑物運(yùn)用過程中長期遭到周圍環(huán)境和各種自然要素的破壞作用，普通可分為物理作用、化學(xué)作用、機(jī)械作用、生物作用等。干濕變化物理作用溫度變化凍融變化(冰冷地域)這些作用將使資料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂痕的擴(kuò)展。時間長久之后即會使資料逐漸破壞?；瘜W(xué)作用包括大氣、環(huán)境水以及運(yùn)用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對資料的侵蝕