建筑材料基本性質(zhì)

一、資料的組成資料的組成是指資料的化學(xué)成分和礦物組成。資料組成對資料的性質(zhì)起決議性作用。資料化學(xué)組成一樣但礦物組成不同也會(huì)導(dǎo)致性質(zhì)的宏大差別。例：金剛石/石墨相組成。第一節(jié)資料的組成、構(gòu)造與構(gòu)造Ａ、Ｂ為兩種鋼材的金相照片，兩者化學(xué)組成接近，主要差別是碳含量不同，Ａ小于0.2％和Ｂ那么為0.2％～0.4％，但礦物組成那么差別較大。兩種鋼材性能差別較大，其中Ａ具有較好的冷、熱變形等工藝性能，但強(qiáng)度較低，而Ｂ那么強(qiáng)度較高。AB①微觀構(gòu)造資料的微觀構(gòu)造與資料的強(qiáng)度、硬度、彈塑性、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等重要性質(zhì)有著親密的關(guān)系。資料的微觀構(gòu)造根本上可分為晶體、玻璃體、膠體方式?！?〕晶體—資料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)按特定規(guī)律在空間呈周期性反復(fù)陳列的固體?！?〕玻璃體—熔融物因冷卻速度太快，凝固時(shí)粘度很大，質(zhì)點(diǎn)來不及按規(guī)律陳列所構(gòu)成的質(zhì)點(diǎn)無序陳列的固體。特點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)未能到達(dá)能量最低位置，大量化學(xué)能未能釋放，化學(xué)穩(wěn)定性較差，易與其它物質(zhì)起化學(xué)反響?！踩纾夯鹕交?、?；郀t礦渣、粉煤灰等二、資料的構(gòu)造粉煤灰玻璃體〔3〕膠體—作為分散相的粒子(粒徑在1～100m)，分散在分散介質(zhì)中構(gòu)成的分散體系。分散介質(zhì)可以是氣體、液體和固體，相應(yīng)構(gòu)成氣溶膠、溶膠和凝膠。如油漆、涂料等為溶膠；混凝土為凝膠。溶膠失水后成為具有一定強(qiáng)度的凝膠構(gòu)造，可以把資料中的晶體或其他固體顆粒粘結(jié)為整體。膠體因比外表積大，外表能大，吸附力強(qiáng)，具有較大粘結(jié)力〔如瀝青、硅酸鹽凝膠等〕?；炷恋膹?qiáng)度和變形性質(zhì)與水泥水化構(gòu)成的凝膠體有很大的關(guān)系。水泥凝膠體②宏觀構(gòu)造資料的宏觀構(gòu)造是指可用肉眼能察看到的外部和內(nèi)部的構(gòu)造。建筑資料常見的構(gòu)造方式有：大理巖的致密外表1.密實(shí)構(gòu)造密實(shí)構(gòu)造的資料內(nèi)部根本上無孔隙，構(gòu)造致密。這類資料的特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度較高，吸水性小，抗?jié)B和抗凍性較好，耐磨性較好，絕熱性差。如鋼材、天然石材、玻璃、玻璃鋼等。2.纖維構(gòu)造纖維構(gòu)造的資料內(nèi)部組成有方向性，縱向較嚴(yán)密而橫向疏松，組織中存在相當(dāng)多的孔隙，這類資料的性質(zhì)具有明顯的方向性，普通平行纖維方向的強(qiáng)度較高，導(dǎo)熱性較好。如木材、竹、玻璃纖維、石棉等。竹的纖維構(gòu)造3.多孔構(gòu)造多孔構(gòu)造的資料其內(nèi)部存在大體上呈均勻分布的獨(dú)立的或部分相通的孔隙，孔隙率較高。具有多孔構(gòu)造的資料，其性質(zhì)決議于孔隙的特征、多少、大小及分布情況，普通來說，這類資料的強(qiáng)度較低，抗?jié)B性和抗凍性較差，絕熱性較好。如加氣混凝土、石膏制品、燒結(jié)普通磚等。加氣砼砌塊的多孔構(gòu)造4.層狀構(gòu)造層狀構(gòu)造的資料具有疊合構(gòu)造，它是用膠結(jié)料將不同的片材或具有各向異性的片材膠合而成整體，其每一層的資料性質(zhì)不同，但疊合成層狀構(gòu)造的資料后可以提高資料的強(qiáng)度、硬度、絕熱或裝飾等性質(zhì)，擴(kuò)展其運(yùn)用范圍。如膠合板、紙面石膏板、塑料貼面板等。各向異性:資料在各方向的力學(xué)和物理性能呈現(xiàn)差別的特性。膠合板的層狀構(gòu)造5.散粒構(gòu)造散粒狀構(gòu)造指呈松散顆粒狀的資料，有密實(shí)顆粒與輕質(zhì)多孔顆粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密，強(qiáng)度高，適宜做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨脹珍珠巖等，因具多孔構(gòu)造，適宜做絕熱資料。陶粒的粒狀構(gòu)造6.紋理構(gòu)造天然資料在生長或構(gòu)成過程中，自然呵斥的天然紋理，如木材、大理石、花崗石等板材，或人工制造資料時(shí)特意呵斥的紋理，如瓷質(zhì)彩胎磚、人造花崗石板材等，這些天然或人工呵斥的紋理，使資料具有良好的裝飾性。大理石的紋理構(gòu)造開口孔隙與閉口孔隙的概念第二節(jié)資料的密度、表觀密度和孔隙率一、密度

密度是指資料在絕對密實(shí)形狀下單位體積的質(zhì)量。ρ=m/V式中ρ—資料的密度，kg/m3或g/cm3；

m—資料的質(zhì)量〔枯燥至恒重〕，kg或g；

V—資料在絕對密實(shí)形狀下的體積，m3或cm3。注：ρ由微觀構(gòu)造和組成所決議，與其所處的環(huán)境或形狀無關(guān)。密度的丈量：1〕對近于絕對密實(shí)的資料：金屬、玻璃、建筑塑料等，量測幾何體積－稱重－代入公式2〕除了鋼材，玻璃等少數(shù)資料外，絕大多數(shù)資料內(nèi)部都有一些孔隙。例如：磚、混凝土、石材、粉煤灰、礦物細(xì)粉等，在測定有孔隙資料的密度時(shí)，應(yīng)把資料磨成細(xì)粉，枯燥后，用李氏瓶測定其絕對密實(shí)體積。密度的測定在李氏瓶中注入煤油至突頸下部，記下刻度數(shù)。將李氏瓶放在盛水的容器中，在實(shí)驗(yàn)過程中堅(jiān)持水溫為20℃。稱取60～90g經(jīng)烘干的試樣，用漏斗將試樣逐漸送入李氏瓶內(nèi)，使液面上升至接近20cm3的刻度為止。再稱剩下的試樣，計(jì)算送入李氏瓶中的試樣質(zhì)量m(g)。將注入試樣后的李氏瓶液面的讀數(shù)，減去未注前的讀數(shù)，得試樣得絕對體積V(cm3)。二、表觀密度

表觀密度是指資料在自然形狀下單位體積的質(zhì)量。ρ0=m/V0式中ρ0——資料的表觀密度，kg/m3或g/cm3；

m——資料的質(zhì)量，kg或g；

V0——資料在自然形狀下的體積，m3或cm3。

自然形狀下的體積－是指包含資料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。資料內(nèi)部孔隙含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積均發(fā)生變化。需注明含水情況。否那么當(dāng)其是求干表觀密度。表觀密度的丈量：1〕對外形規(guī)那么的資料：磚、混凝土、石材：烘干－量測幾何體積－稱重－代入公式2〕對外形不規(guī)那么的資料：可用封蠟排液法測得。三、散粒資料的堆積密度

堆積密度是指散?；蚍蹱钯Y料在堆積形狀下單位體積的質(zhì)量，可按式ρ0′=m/v0′計(jì)算。資料的堆積表觀密度反映散粒構(gòu)造資料堆積的嚴(yán)密程度及資料能夠的堆放空間。松散堆積形狀下的體積較大，密實(shí)堆積形狀下的體積較小。自然堆放形狀下體積的丈量：1〕容器法：散粒資料裝入容器－量測體積－稱凈重－代入公式2〕自然堆積法：堆積成一定外形－量測幾何體積－稱重－代入公式砂堆積密度的測定將容量筒內(nèi)資料刮平，容量筒的容積即為資料體積四、孔隙率和密實(shí)度

資料的孔隙率是指資料中孔隙體積占資料總體積的百分率?？紫堵实挠?jì)算公式為：P=(V0－V)/V0×100%式中P——資料孔隙率，％；

V0——資料在自然形狀下的體積，cm3或m3；

V——資料的絕對密實(shí)體積，cm3或m3?？紫堵实拇笮≈苯臃从沉速Y料的致密程度?？紫堵实拇笮　⒖紫短卣鲗Y料的性能如吸水性、吸濕性、抗?jié)B性、抗凍性、強(qiáng)度等影響較大。練習(xí)：某種規(guī)范水泥砌塊其密度為2.85g/cm3，表觀密度為2180kg/m3，求該砌塊的密實(shí)度和孔隙率。空隙率空隙率是指散粒狀資料顆粒之間空隙體積所占的比例。P′=(V0′－V0)/V0′×100%式中P′——散粒資料空隙率，％；

V0′——散粒資料在自然形狀下體積cm3或m3；

V——散粒資料的絕對密實(shí)體積，cm3或m3?？障堵实拇笮》从沉松⒘ＹY料顆粒相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂祈殴橇霞壟浜陀?jì)算合理砂率的根據(jù)。練習(xí)：某砂料在規(guī)范實(shí)驗(yàn)形狀下測得其密度為3.05g/cm3，表觀密度為2.58g/cm3，堆積密度為2100kg/m3，求該資料的填充率和空隙率。某砂料在規(guī)范實(shí)驗(yàn)形狀下測得其堆積密度為2100kg/m3，知資料空隙率為35%，求該資料的表觀密度。某砂料堆積密度為1780kg/m3，填充率為75.4%，求該資料的空隙率。幾種密度的比較比較項(xiàng)目實(shí)際密度表觀密度堆積密度材料狀態(tài)絕對密實(shí)自然狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積第二節(jié)資料與水有關(guān)的性質(zhì)一、親水性和憎水性接觸角θ當(dāng)資料與水接觸時(shí)，在資料、水以及空氣三相的交點(diǎn)處，作沿水滴外表的切線，此切線與資料和水接觸面的夾角θ，稱為接觸角，θ角愈小，闡明資料愈易被水潤濕?！玻帷秤H水性資料〔ｂ〕憎水性資料親水性資料〔θ≤90°〕，如磚、石材、砼、鋼材、木材等,這些資料內(nèi)部存在著孔隙，因此水很容易沿著資料外表的連通孔隙進(jìn)入資料內(nèi)部。憎水性資料〔θ＞90°〕，如瀝青、石蠟等，水分不容易進(jìn)入資料內(nèi)部，這類資料適宜作防水資料，還可用于處置親水資料的外表。二、吸水性吸水性——資料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。吸水過程普通是可逆的，最后與空氣濕度到達(dá)平衡，平衡時(shí)的含水率稱為平衡含水率。平衡含水率隨環(huán)境溫度、濕度的改動(dòng)而改動(dòng)－氣溫越低、相對濕度越大，資料的含水率越高。資料吸水飽和時(shí)的含水率稱為吸水率。質(zhì)量吸水率Ww=(G1－G)/G×100%

式中Ww——質(zhì)量吸水率，％；G1——資料在吸水飽和形狀下的質(zhì)量，g；

G——資料在絕對枯燥形狀下的質(zhì)量，g；體積吸水率Wv：式中V0——資料自然形狀下的體積，cm3；

例有一塊燒結(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)算該磚的質(zhì)量吸水率、密度、表觀密度、孔隙率。質(zhì)量吸水率為密度為表觀密度為

孔隙率為資料的吸水性除了與資料的本性－親水性或憎水性資料有關(guān)外，還與資料的孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。由于水分是經(jīng)過資料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。資料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。吸水性對資料的影響：自重添加，體積與尺寸、外形變化，保溫隔熱性能降低，強(qiáng)度下降等問題，影響運(yùn)用功能。例如木材制品由于含水量變化會(huì)出現(xiàn)尺寸變化或變形，濕脹干縮。故其與周圍環(huán)境到達(dá)平衡含水率非常重要。多孔資料吸收水分后，保溫隔熱性降低，導(dǎo)熱系數(shù)增大，對圍護(hù)構(gòu)造資料不利；石膏制品、粘土磚、木材等資料吸水后強(qiáng)度和耐久性均有不同程度降低。

某地發(fā)生歷史稀有的洪水。洪水退后，許多磚房倒塌，其砌筑用的磚多為未燒透的多孔的紅磚，見圖。請分析緣由。未燒透的紅磚磚浸水后強(qiáng)度下降這些紅磚沒有燒透，磚內(nèi)開口孔隙率大，吸水率高。吸水后，紅磚強(qiáng)度下降，特別是當(dāng)有水進(jìn)入磚內(nèi)時(shí)，未燒透的粘土遇水分散，強(qiáng)度下降更大，不能接受房屋的分量，從而導(dǎo)致房屋倒塌。三、耐水性資料在長期飽和水的作用下，不破壞、強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。資料的耐水性用軟化系數(shù)表示，如下式：Kr=fb/fd式中Kr—軟化系數(shù)；

fb—資料在吸水飽和形狀下的抗壓強(qiáng)度，MPa；

fd—資料在枯燥形狀下的抗壓強(qiáng)度，MPa。軟化系數(shù)越小，闡明資料吸水飽和后的強(qiáng)度降低越多，其耐水性越差。軟化系數(shù)的動(dòng)搖范圍在0至1之間。工程中通常將Kp＞0.80的資料以為是耐水的資料。在設(shè)計(jì)長期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要構(gòu)造時(shí)(如地下構(gòu)筑物、根底、水工構(gòu)造)，必需選用Kp＞0.85的建筑資料。用于普通受潮較輕或次要的工程部位時(shí)，資料軟化系數(shù)也不得小于0.70。例某石材在絕干、水飽和情況下測得的抗壓強(qiáng)度分別為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。

該石材的軟化系數(shù)為由于該石材的軟化系數(shù)為0.93，大于0.85，故該石材可用于水下工程。四、抗?jié)B性抗?jié)B性是指資料抵抗壓力水或其他液體浸透的性質(zhì)?？?jié)B性是決議資料耐久性的主要目的?！?〕抗?jié)B系數(shù)抗?jié)B性通常用浸透系數(shù)k表示。浸透系數(shù)的物理意義是：一定厚度的資料，在一定水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過單位面積的水量。

依達(dá)西定律式中：K——浸透系數(shù),〔cm/h〕;Q——滲水量，〔cm3〕；A——滲水面積,〔cm2〕；H——資料兩側(cè)的水壓差，〔cm〕；d——試件厚度〔cm〕；t——滲水時(shí)間〔h〕。

k值愈大，抗?jié)B性愈差。影響資料抗?jié)B性的要素通常憎水性資料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性資料；密實(shí)度高的資料其抗?jié)B性也較高；資料的抗?jié)B性與資料內(nèi)部的孔隙率特別是開口孔隙率有關(guān)，開口孔隙率越大，大孔含量越多，那么抗?jié)B性越差。五、資料的抗凍性抗凍性是指資料在吸水飽和形狀下，抵抗多次凍融循環(huán)，不破壞、強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。凍融破壞的主要緣由：資料有孔且孔隙含水；水→冰體積膨脹9％，結(jié)冰壓力高達(dá)100MPa；結(jié)冰壓力超越資料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，資料開裂；裂痕的添加也進(jìn)一步添加了資料的飽水程度；飽水程度的添加進(jìn)一步加劇了凍融破壞；反復(fù)多次——進(jìn)一步加劇——最終資料解體。嚴(yán)寒地域道路、橋梁、水壩、堤防、海上鉆井平臺(tái)、跨海大橋等均需思索凍融破壞。凍融破壞的橋梁凍融破壞的水庫壩面海上鉆井平臺(tái)影響抗凍性的要素:1.資料的密實(shí)度越高那么其抗凍性越好。2.資料的開口孔隙越多那么其抗凍性越差。3.資料的強(qiáng)度越高那么其抗凍性越好。4.資料的耐水性越好那么其抗凍性也越好。5.資料的吸水量越大那么其抗凍性越差。

一、資料的強(qiáng)度和比強(qiáng)度資料的強(qiáng)度是指資料在外力作用下抵抗破壞的才干?！惨弧迟Y料的靜力強(qiáng)度根據(jù)所受外力的作用方式不同，資料強(qiáng)度可分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎〔抗折〕強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。不同資料的承載特點(diǎn)是不同的：混凝土、石材、磚－抗壓強(qiáng)度高鋼材、各類纖維－抗拉強(qiáng)度高〔繩子〕不同的外力作用方式(a)受壓(b)受拉(c)受彎(d)受剪資料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度可一致由下式計(jì)算：f=F/A抗彎強(qiáng)度的計(jì)算:中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，那么其抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算：資料強(qiáng)度除與資料的組成、構(gòu)造或構(gòu)造有關(guān)外，還受試件外形、尺寸、外表形狀、溫濕度及其它實(shí)驗(yàn)條件等要素影響。如：小尺寸試件測試的強(qiáng)度值高于大尺寸試件；加載速度快時(shí)測得的強(qiáng)度值高于加載速度慢的；立方體試件的測得值高于棱柱體試件；受壓試件與加壓鋼板間無光滑作用的〔如未涂石蠟等光滑物時(shí)〕，測得的強(qiáng)度值高于有光滑作用。強(qiáng)度等級：根據(jù)國家規(guī)范規(guī)定，資料按強(qiáng)度的高低，劃分為假設(shè)干等級，即強(qiáng)度等級。例如：混凝土強(qiáng)度等級：C20、C25、C30、C35、C40等；砂漿強(qiáng)度等級：M5、M7.5、M10等。比強(qiáng)度：f/ρ-----強(qiáng)度/表觀密度反響輕質(zhì)高強(qiáng)的力學(xué)參數(shù)。2、彈性變形和塑性變形資料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到變形前外形的性質(zhì)稱為彈性?？赏耆謴?fù)的變形稱為彈性變形。資料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為資料的塑性。不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。實(shí)踐上，完全彈性的資料是不存在的，大多數(shù)資料在受力不大的情況下表現(xiàn)為彈性，受力超越一定限制后那么表現(xiàn)為塑性，所以可稱之為彈塑性資料?！埠＞d〕彈性變形與塑性變形彈塑性資料的變形曲線

變形荷載0ba塑性變形彈性變形3、資料的韌性和脆性資料在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量產(chǎn)生一定的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。在工程中運(yùn)用時(shí)可用作接受沖擊和震動(dòng)荷載的構(gòu)件。如橋梁、吊車梁、電梯井等。資料的韌性用沖擊實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。資料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)一定值時(shí)，資料發(fā)生無先兆的忽然破壞，且破壞時(shí)無明顯塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機(jī)非金屬資料均屬脆性資料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、砂漿等。脆性資料的特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高而抗拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中運(yùn)用時(shí)可用作承壓構(gòu)件。4、資料的硬度、磨損及磨耗硬度是指資料外表耐較硬物體刻劃或壓入而產(chǎn)生塑性變形的才干。通常用壓入法，刻劃法和回彈法測定資料的硬度。壓入法〔韌性資料〕：布氏硬度值刻劃法用于天然礦物硬度的劃分〔脆性資料〕，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(gè)硬度等級。路面磨損裂紋經(jīng)過幾年的運(yùn)用，某水泥混凝土路面出現(xiàn)露石景象。路面由于年年遭到車輛及行人的磨損，外表水泥砂漿層剝落，導(dǎo)致露石。主要緣由是水泥混凝土的耐磨性不夠。出現(xiàn)露石的路面吸聲資料義務(wù)四：資料的耐久性耐久性是指資料在長期運(yùn)用過程中，在內(nèi)、外部要素的作用下，經(jīng)久不破壞、不蛻變，堅(jiān)持原有性能的性質(zhì)。耐久性是一種復(fù)雜的、綜合的性質(zhì)，包括資料的抗凍性、抗?jié)B性、抗腐蝕