第一章建筑材料概述

第一章建筑材料概述2024/3/13第一章建筑材料概述第一章建筑材料的基本性質第一章建筑材料概述第一節(jié)建筑材料的分類及發(fā)展趨勢第一章建筑材料概述建筑材料的分類按材料的化學成分分類 按材料在建筑物中的功能分類按使用部位分類按來源分類無論按什么方式分，建筑材料應同時滿足兩個基本要求：技術性能要求和經久耐用。第一章建筑材料概述按化學組成分類第一章建筑材料概述按功能分類第一章建筑材料概述按使用部位分類基礎材料結構材料墻體材料屋面材料地面材料飾面材料其他第一章建筑材料概述建筑材料的發(fā)展趨勢高強，減少結構尺寸、降低結構自重輕質，減輕建筑物自重具有多功能性，如保溫、隔熱、吸聲等適應于機械化施工綜合利用第一章建筑材料概述第二節(jié)建筑材料的基本性質第一章建筑材料概述

（一）密度

1.密度2.表觀密度3.堆積密度

(二)材料的密實度與孔隙率(三)材料的填充率與空隙率一、與質量有關的性質第一章建筑材料概述（一）密度

1.密度:定義：材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量。計算：

式中ρ——材料的密度，g/cm3；

m——材料的質量（干燥至恒重），g；V——材料在絕對密實狀態(tài)下（不含任何孔）的體積，cm3。

第一章建筑材料概述密度測定方法在測定有孔隙材料（如磚、石等）的密度時，應把材料磨成細粉，干燥后，用李氏瓶測定其絕對密實體積。它等于被粉末排出的液體體積。材料磨得越細，測得的密實體積數值就越精確。相對密度相對密度又稱比重，是用材料的質量與同體積水（4℃）的質量的比值表示，無單位。

第一章建筑材料概述（一）密度

2.表觀密度定義：材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質量。計算：式中ρ0——材料的表觀密度，kg/m3或g/cm3；m——材料的質量，kg或g；V0——材料在自然狀態(tài)下（含內部所有孔）體積，m3或cm3。注：同種材料，由于含水狀態(tài)不同，而有不同的表觀密度值。第一章建筑材料概述(a)材料的自然體積構成(b)材料的堆積體積構成材料的體積構成

第一章建筑材料概述（一）密度3.堆積密度定義：散粒材料（如粉狀、顆粒狀材料等）在堆積狀態(tài)下，單位體積的質量。計算：

式中ρ0′——材料的堆積密度，kg/m3；m——材料的質量，kg；V0′——材料的堆積體積，m3。

第一章建筑材料概述材料密度（g/cm3）表觀密度（kg/m3）堆積密度（kg/m3）石灰?guī)r花崗巖碎石（石灰?guī)r）砂粘土普通粘土磚粘土空心磚水泥普通混凝土鋼材木材泡沫塑料2.602.60～2.802.602.602.602.50～2.802.503.10—7.851.55—1800～26002500～2900———1600～18001000～1400—2100～26007850400～80020～50——1400～17001450～16501600～1800——1200～1300————附表1-1:常用建筑材料的密度、表觀密度與堆積密度第一章建筑材料概述選擇題：１、單個塊狀材料的密度和表觀密度之間的關系：a:密度大于表觀密度；b：密度大于或等于表觀密度；c：密度小于表觀密度；d：密度小于或等于表觀密度。２、散狀堆積材料的視密度和堆積密度之間的關系：a：視密度大于堆積密度；b：視密度大于或等于堆積密度；c：視密度小于堆積密度；d：視密度小于或等于堆積密度。

第一章建筑材料概述小結：不論材料構造形式如何，可把材料分為兩大類：單個塊狀材料：其總體積V0=V開+V閉+V固，單個塊狀材料的密度≥表觀密度；散狀堆積材料：其總體積V’=V開+V閉+V固+V空，散狀堆積材料的視密度＞堆積密度。注：視密度——散狀堆積材料用排水法測體積（近似密實狀態(tài)下的體積——視體積），單位體積的質量。第一章建筑材料概述（二）材料的密實度與孔隙率1.密實度定義：材料體積內被固體物質充實的程度，即材料的密實體積與總體積之比。計算：注：含孔的固體材料D＜1；D越接近1，材料越密實第一章建筑材料概述（二）材料的密實度與孔隙率2.孔隙率定義：材料體積內孔隙體積所占的比例，即材料的孔隙體積與總體積之比。計算：第一章建筑材料概述（三）材料的填充率與空隙率1.填充率定義：散粒材料在堆積狀態(tài)下被固體顆粒所填充的程度。計算：第一章建筑材料概述（三）材料的填充率與空隙率2.空隙率定義：散粒狀材料在堆積體積狀態(tài)中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。計算：第一章建筑材料概述小結：1、D+P=1即密實度+孔隙率=1D’+P’=1即填充率+空隙率=12、孔隙率的大小反映了材料本身的致密程度；空隙率的大小反映了材料堆積的緊密程度。第一章建筑材料概述二、與水有關的性質（一）親水性與憎水性（二）吸水性與吸濕性（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性第一章建筑材料概述（一）親水性與憎水性親水性材料是指當潤濕邊角θ≤90°時，水分子之間的內聚力小于水分子與材料分子間的相互吸引力，這種材料稱為親水性材料。例：水泥制品、玻璃、陶瓷、金屬材料、石材等無機材料和部分木材。憎水性材料是指當潤濕邊角θ＞90°時，水分子之間的內聚力大于水分子與材料分子間的吸引力，則材料表面不會表面不會被水浸潤，這種材料稱為憎水性材料。例：瀝青、油漆、塑料、防水油膏等。

第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性1.吸水性

定義：材料在水中吸入水分的能力。指標：吸水率—材料中所含水的質量與絕干狀態(tài)下材料的質量之比。計算：

式中Ｗ——材料的吸水率，%；m0——材料在絕干狀態(tài)下的質量，g；m1——材料含水狀態(tài)下的質量，g。

第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性1.吸水性質量吸水率

（1）吸水率體積吸水率注：輕質材料如海綿、塑料泡沫，一般用體積吸水率表示，因可吸收水分的質量大于干燥材料的質量。

（2）材料吸水，一般對材料的使用性能不利。如強度降低，表觀密度、導熱性增大，保溫性差，有些材料吸水發(fā)生化學反應變質。（3）細微開孔材料、粗大開孔材料和閉孔材料哪個吸水率大？對開孔材料和閉孔材料來說，哪個對耐久性有害？哪個保溫、隔熱好？哪個吸音好？

第一章建筑材料概述注意：封閉孔隙較多的材料，吸水率不大時通常用質量吸水率公式進行計算，對一些輕質多孔材料，如加氣混凝土、木材等，由于質量吸水率往往超過100%,故可用體積吸水率進行計算。第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性2.吸濕性定義：材料在空氣中吸入水分的能力。指標：含水率—材料中所含水的質量與絕干狀態(tài)下材料的質量之比。計算：

式中Ｗ′——材料的含水率，%；m0——材料在絕干狀態(tài)下的質量，g；m1——材料潮濕狀態(tài)下的質量，g。

第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性2.吸濕性

（1）材料中所含水分與空氣濕度相平衡時的含水率—平衡含水率。

（2）材料吸濕，一般對材料的使用性能也不利。如強度降低，堆密度、導熱性增大，體積膨脹。（3）含水率是一個非常重要的指標，在配合比以及最佳含水率和最大干密度中會涉及到。

第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性1.耐水性

定義：材料長期在飽和水作用下不破壞,其強度也不顯著降低的性能。指標：軟化系數計算：

耐水材料是指軟化系數大于0.80的材料。受水浸泡或長期處于潮濕環(huán)境的重要建筑物或構筑物所用材料的軟化系數不應低于0.85。第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性2.抗?jié)B性定義：材料抵抗壓力水滲透的性質。指標：滲透系數或抗?jié)B等級計算：式中KS——滲透系數，cm/h；Q——透水量，cm3；d——試件厚度，cm；A——透水面積，cm2；t——時間，h；H——水頭高度（水壓），cm。

第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性對于混凝土,抗?jié)B性常用抗?jié)B等級P表示,共有P4、P6、

P8、

P10、

P12，表示混凝土能抵抗0.4Mpa、0.6Mpa、0.8Mpa、1.0Mpa、1.2Mpa的靜水壓力而不滲透。滲透系數越小或抗?jié)B等級越高，材料的抗?jié)B性越好。第一章建筑材料概述3.抗凍性定義：材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經受多次凍融循環(huán)而不破壞，強度又不顯著降低的性質。

指標：抗凍等級Fn，抗凍等級也是衡量材料耐久性的指標?；炷恋目箖龅燃壱苑朏表示，n表示所能承受的最大凍融循環(huán)次數，記為F10、F15、F25、F100等。如：F15表示所能承受的最大凍融循環(huán)（在-15℃的溫度下凍結后，再在20℃的水中融化，為一次凍融循環(huán)）次數不少于15次，這時強度損失率不超過25%，質量損失不超過5%。（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性凍融循環(huán)對材料的損害材料表面將出現裂紋、剝落等現象，造成重量損失、強度降低。原因：材料內部孔隙中的水分結冰時體積增大對孔壁產生很大的壓力，冰融化時壓力又驟然消失所致?？箖鲂杂绊懸蛩貜姸龋翰牧蠌姸仍礁?，抗凍性越好；孔隙特征：開口孔隙越多材料的抗凍性能越差?？紫洞笮。悍忾]大孔材料的抗凍性較小孔材料的抗凍性好。因材料孔隙中有一定的空間，可緩解冰凍的破壞作用。

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小結：材料的凍融破壞作用是從外表面開始產生剝落，逐漸向內部深入發(fā)展。

抗凍性良好的材料，對于抵抗大氣溫度變化、干濕交替等風化作用的能力較強，所以抗凍性常作為考查材料耐久性的一項指標。在設計寒冷地區(qū)及寒冷環(huán)境(如冷庫)的建筑物時，必須要考慮材料的抗凍性。處于溫暖地區(qū)的建筑物，雖無冰凍作用，但為抵抗大氣的風化作用，確保建筑物的耐久性，也常對材料提出—定的抗凍性要求。第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述凍融破壞的大壩壩面使用20年的高速公路橋梁第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述三、與熱有關的性質（一）導熱性（二）熱容量（三）熱變形性第一章建筑材料概述（一）導熱性定義：導熱性是指材料傳遞熱量的能力。指標：導熱系數λ導熱系數的物理意義在穩(wěn)定傳熱條件下，當材料層單位厚度內的溫差為1℃時，在1h內通過1m2表面積的熱量。T2T1

第一章建筑材料概述（一）導熱性絕熱材料通常將導熱系數λ≤0.175W/m·K的材料稱為絕熱材料。保溫隔熱——絕熱兩個相反的概念導熱導熱系數λ小，保溫隔熱好；如閉孔導熱系數λ大，導熱好第一章建筑材料概述（一）導熱性影響材料導熱系數的因素有：（1）材料組成金屬材料＞非金屬材料＞有機材料（2）孔隙率：大，表觀密度小，導熱系數?。?）孔隙特征細小閉孔＜粗大閉孔或連通孔（4）含水率由于水的導熱系數λ=0.58W/m·K，遠大于空氣，所以材料含水率增加后其導熱系數將明顯增加，若受凍（冰λ=2.33W/m·K，）則導熱能力更大。

第一章建筑材料概述（二）熱容量定義：熱容量是指材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質。指標：比熱（或熱容量系數）C，單位為kJ/(kg·K)

式中Q——材料吸收或放出的熱量，kJ；m——材料的質量，kg；(T2-T1)——材料受熱或冷卻前后的溫差，K。第一章建筑材料概述小結：選用圍護結構材料時，要達到保溫隔熱效果，就選用導熱系數小，熱容量大的材料。第一章建筑材料概述（三）熱變形性材料的熱變形性是指材料在溫度變化時其尺寸的變化常用長度方向變化的線膨脹系數表示。第一章建筑材料概述第三節(jié)建筑材料的力學性質第一章建筑材料概述內容一、強度與比強度二、彈性和塑性三、脆性和韌性四、硬度和耐磨性第一章建筑材料概述一、強度與比強度（一）強度是指材料抵抗外力（荷載）破壞的能力。不同材料的破壞可能出現兩種情況：1.應力達到一定值時出現較大的不可恢復變形而導致破壞，如鋼材的屈服；2.應力達到其極限值而出現斷裂，幾乎所有的脆性材料都屬于這種。類型抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度。第一章建筑材料概述a.壓力b.拉力c.彎曲d.剪切材料受力示意圖第一章建筑材料概述混凝土路面磚抗折強度試驗第一章建筑材料概述混凝土路面磚抗壓強度試驗第一章建筑材料概述一、強度與比強度抗壓、抗拉及抗剪強度按下式計算式中：f——材料強度，MPa；P——破壞時最大荷載，N；F——受力截面面積，mm2。

第一章建筑材料概述一、強度與比強度抗彎強度（中央集中荷載）按下式計算：式中：fm——材料抗彎強度，MPa；P——材料所受的荷載，N；L——兩支點間距離，mm；b——試件截面的寬度，mm；h——試件截面高度，mm。

第一章建筑材料概述一、強度與比強度抗彎強度（兩個集中荷載）按下式計算：式中：fm——材料抗彎強度，MPa；P——材料所受的荷載，N；L——兩支點間距離，mm；b——試件截面的寬度，mm；h——試件截面高度，mm。

第一章建筑材料概述常用材料強度材料抗壓MPa抗拉MPa抗彎MPa花崗巖100～2505～810～14普通粘土磚5～20—1.6～4.0普通混凝土5～601～9—松木（順紋）30～5080～12060～100建筑鋼材240～1500240～1500—第一章建筑材料概述一、強度與比強度（二）比強度fc/ρo比強度是指材料強度與其表觀密度之比。它是衡量材料輕質高強的一個主要指標。下表列出常見幾種建筑材料的比強度材料名稱表觀密度（kg/m3）強度（MPa）比強度低碳鋼松木混凝土(C30)紅磚7800500240017002353430100.03010.06800.01250.0059第一章建筑材料概述二、彈性和塑性1.彈性是指材料在外力作用下產生變形，當外力取消后，能夠完全恢復原來形狀的性質。這種可完全恢復的變形稱為彈性變形，見圖。第一章建筑材料概述二、彈性和塑性彈性模量E彈性變形的變形量與對應的應力大小成正比，其比例系數用彈性模量E來表示。按下式計算：式中：σ——材料所受的應力，MPa；ε——材料在應力σ作用下產生的應變，無單位。彈性模量越大，材料在荷載作用下越不易變形。第一章建筑材料概述二、彈性和塑性2.塑性是指在外力作用下材料產生變形，不破壞。當外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質。這種不能恢復的變形稱為塑性變形，右圖。第一章建筑材料概述二、彈性和塑性鋼材受力變形在受力不大的情況下，表現為彈性變形，但受力超過一定限度后，則表現為塑性變形?；炷潦芰ψ冃卧谑芰?，彈性變形及塑性變形同時產生，如果取消外力，則彈性變形部分可以恢復，而塑性變形部分則不能恢復。第一章建筑材料概述三、脆性和韌性1.脆性是指材料在沖擊或震動荷載作用下，突然發(fā)生破壞而無明顯變形的性能，如玻璃、燒結磚、建筑陶瓷等。2.韌性是指材料在沖擊或震動荷載作用下，能夠吸收較大的能量而不破壞的性能，如建筑鋼材和木材。第一章建筑材料概述四、硬度和耐磨性1.硬度材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。對于不同的建筑材料，有不同的硬度測試方法。主要有莫氏硬度、肖氏硬度和布氏硬度。在后續(xù)課程中將結合具體材料進行介紹。2.耐磨性耐磨性是指材料抵抗磨損的能力，用耐磨率(單位面積材料磨前磨后質量變化率)表示。第一章建筑材料概述

硬度莫氏硬度（10級）－石材1－滑石2－石膏3－方解石4－螢石5－磷石灰6－正長石7－石英8－黃玉9－剛玉10－金剛石肖氏硬度－石材