【教学课件】第一章建筑材料的基本性质.ppt

第一章第一章第一章第一章建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质1.1 材料的物理性质材料的物理性质一、材料的体积一、材料的体积 指材料占据的空间大小，同一材料由于所处的物理状指材料占据的空间大小，同一材料由于所处的物理状态不同，能表现不同的体积。态不同，能表现不同的体积。（一）绝对密实体积（一）绝对密实体积 是指材料内部没有孔隙时的体积，或是指材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内不包括内部孔隙的材料体积部孔隙的材料体积。一般以。一般以V 表示。表示。通常将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体通常将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体 的方法得到其体积。的方法得到其体积。（二）表观体积（二）表观体积 是指单个颗粒内部有孔隙，包括开口孔和闭口孔，是指单个颗粒内部有孔隙，包括开口孔和闭口孔，这样一个这样一个整体材料的外观体积称为材料的表观体积整体材料的外观体积称为材料的表观体积。一般以一般以V0 表示。表示。通常用直接用排开液体的方法测定体积。通常用直接用排开液体的方法测定体积。（三）堆积体积（三）堆积体积 是指散粒状材料除了矿质料颗粒占有体积外，颗粒之是指散粒状材料除了矿质料颗粒占有体积外，颗粒之间还有间隙或空隙，二者体积之和就是材料的堆积体积，间还有间隙或空隙，二者体积之和就是材料的堆积体积，故堆积体积是故堆积体积是散粒状材料堆积状态下总体外观体积散粒状材料堆积状态下总体外观体积。一般以一般以V0表示。表示。二、材料的密度二、材料的密度（一）密度（一）密度 是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：计算：式中：式中：实际密度，实际密度，g/cm3 或或 kg/m3；m 材料的质量，材料的质量，g 或或 kg；V材料的绝对密实体积，材料的绝对密实体积，cm3 或或 m3。（二）表观密度（二）表观密度 是指材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：是指材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：式中：式中：0表观密度，表观密度，g/cm3 或或 kg/m3；m 材料的质量，材料的质量，g 或或 kg；V0材料的表观体积，材料的表观体积，cm3 或或 m3。（三）堆积密度（三）堆积密度 是指粉状或颗粒材料在自然状态下单位体积的质量，按是指粉状或颗粒材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：下式计算：式中：式中：0堆积密度，堆积密度，g/cm3 或或 kg/m3；m 材料的质量，材料的质量，g 或或 kg；V0材料的堆积体积，材料的堆积体积，cm3 或或 m3。砂堆积密度的测定砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮将容量筒内材料刮平，容量筒的容积平，容量筒的容积即为材料堆积体积即为材料堆积体积几种密度的比较几种密度的比较材料密度材料密度材料体积情况材料体积情况密度密度 V 绝对密实体积，不含开口孔和闭口孔绝对密实体积，不含开口孔和闭口孔表观密度表观密度0体积密度体积密度V0 表观体积，含开口孔和闭口孔表观体积，含开口孔和闭口孔（块状材料）（块状材料）视密度视密度V视体积，含闭口孔，不含开口孔视体积，含闭口孔，不含开口孔（砂石类散粒材料）（砂石类散粒材料）堆积密度堆积密度 0松堆密度松堆密度V0松堆体积，含开闭孔，且有颗粒间空隙松堆体积，含开闭孔，且有颗粒间空隙紧堆密度紧堆密度V0 紧堆体积，含开闭孔，颗粒间孔隙较小紧堆体积，含开闭孔，颗粒间孔隙较小三、材料的孔隙与空隙三、材料的孔隙与空隙（一）密实度和孔隙率（一）密实度和孔隙率 密实度密实度是指材料内部被固体所填充的程度，是指材料内部被固体所填充的程度，用用D表示，表示，计算公式如下：计算公式如下：对于绝对密实材料，对于绝对密实材料，因因 0=，故密实度，故密实度D=1 或或100%；对于大多数土木工程材料，对于大多数土木工程材料，因因 0 ，故密实度，故密实度D 1 或或 D 100%。孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，率，用用P表示，计算公式如下：表示，计算公式如下：孔隙率与孔隙率与密实度的关系：密实度的关系：P+D=1 材料孔隙特征包括孔隙开闭口状态和孔的大小：材料孔隙特征包括孔隙开闭口状态和孔的大小：l连通孔和封闭孔；连通孔和封闭孔；l大孔、中孔（毛细孔）和小孔。大孔、中孔（毛细孔）和小孔。封闭孔封闭孔连通孔连通孔（二）填充率和空隙率（二）填充率和空隙率 填充率填充率是指散粒材料占堆积体积的百分比，是指散粒材料占堆积体积的百分比，用用D表表示，计算公式如下：示，计算公式如下：空隙率空隙率是指材料在堆积状态下，颗粒间空隙体积占堆是指材料在堆积状态下，颗粒间空隙体积占堆积体积的百分比，积体积的百分比，用用P表示，计算公式如下：表示，计算公式如下：孔隙率与空隙率的区别孔隙率与空隙率的区别比较项目比较项目孔隙率孔隙率空隙率空隙率适用场合适用场合个体材料内部个体材料内部堆积材料之间堆积材料之间作作 用用可判断材料性质可判断材料性质可进行材料用量计可进行材料用量计算算计算公式计算公式四、材料与水有关的性质四、材料与水有关的性质1、材料亲水性与憎水性、材料亲水性与憎水性 当材料与水接触时，如果材料表面可以被水所润当材料与水接触时，如果材料表面可以被水所润湿或浸润。此种性质称为材料的湿或浸润。此种性质称为材料的亲水性亲水性，具备这种性，具备这种性质的材料称为亲水性材料。质的材料称为亲水性材料。若水不能在材料的表面上铺展开，即材料表面不若水不能在材料的表面上铺展开，即材料表面不能被水所润湿或浸润，则称为能被水所润湿或浸润，则称为憎水性憎水性，此种材料称为，此种材料称为憎水性材料。憎水性材料。亲水性，亲水性，90憎水性，憎水性，90 憎憎水水性性材材料料具具有有较较好好的的防防水水性性、防防潮潮性性。常常用用作作防防水水材材料料，也也可可用用于于对对亲亲水水性性材材料料进进行行表表面面处处理理，以以降低吸水率，提高抗渗性。降低吸水率，提高抗渗性。大大多多数数建建筑筑材材料料属属于于亲亲水水性性材材料料，如如混混凝凝土土、木木材材、砖砖等等；大大部部分分有有机机高高分分子子材材料料属属于于憎憎水水性性材材料料，如沥青、石蜡、塑料、有机硅如沥青、石蜡、塑料、有机硅等。等。2、吸水性与吸湿性、吸水性与吸湿性(一一)吸水性吸水性 吸吸水水性性是是材材料料在在水水中中吸吸收收水水分分的的性性质质。用用质质量量吸吸水水率率Wm或或体体积积吸吸水水率率Wv来来表表示示。两两者者分分别别是是指指材材料料在在吸吸水水饱饱和和状状态态下下，所所吸吸水水的的质质量量占占材材料料绝绝干干质质量量的的百百分分率率，或或所所吸吸水水的的体体积占材料自然状态体积的百分率，定义式如下：积占材料自然状态体积的百分率，定义式如下：(二二)吸湿性吸湿性 吸吸湿湿性性是是材材料料在在空空气气中中吸吸收收水水蒸蒸气气的的性性质质。吸吸湿湿性性用用含含水水率率表表示示，即即材材料料所所含含水水的的质质量量与与材材料料绝绝干干质质量量的的百百分分比比。材材料料吸吸湿湿或或干干燥燥至至与与空空气气湿湿度度相相平平衡衡时时的的含含水水率率称称为为平衡含水率。平衡含水率。材材料料的的吸吸湿湿性性主主要要与与材材料料的的组组成成、孔孔隙隙含含量量，特特别别是是毛细孔的含量有关。毛细孔的含量有关。吸水率与含水率的区别吸水率与含水率的区别比较项目比较项目吸水率吸水率含水率含水率适用场合适用场合在水中吸收水分在水中吸收水分在空气中吸收水分在空气中吸收水分表示方法表示方法吸收水分的质量比吸收水分的质量比或体积比或体积比吸收水分的质量比吸收水分的质量比吸收水量吸收水量达到饱和达到饱和与空气中水分平衡与空气中水分平衡通常小于吸水率通常小于吸水率3、耐水性、耐水性 材料长期在饱和水的作用下，保持其原有性质的能力。材料长期在饱和水的作用下，保持其原有性质的能力。对于装饰材料则主要指颜色的变化、是否起泡、起层等；对于装饰材料则主要指颜色的变化、是否起泡、起层等；对于结构材料，耐水性主要指强度变化。对于结构材料，耐水性主要指强度变化。u结构材料的耐水性用结构材料的耐水性用软化系数软化系数K软软来表示，即：来表示，即：式中式中 f饱饱材料在吸水饱和状态下的抗压强度材料在吸水饱和状态下的抗压强度 f干干材料在干燥状态下的抗压强度，材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。材料的软化系数材料的软化系数K软软=01.0。K软软0.85的材料称为耐水性材料的材料称为耐水性材料。4、抗渗性、抗渗性 抗抗渗渗性性是是指指材材料料抵抵抗抗压压力力水水或或其其它它液液体体渗渗透透的的性性质质。抗抗渗渗性用性用渗透系数渗透系数K来表示，计算式如下：来表示，计算式如下：式中式中 K渗透系数，渗透系数，cm/h；Q渗水量，渗水量，cm3；d试件厚度，试件厚度，cm；A渗水面积，渗水面积，cm2；t渗水时间，渗水时间，h；H水头水头(水压力水压力)，cm。Ad水压力水压力H试件试件材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。u抗渗等级抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可及可承受的水压力（以承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。的水压而不渗透。u影响材料抗渗性的因素影响材料抗渗性的因素l材料亲水性和憎水性：材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；性材料；l材料的密实度：材料的密实度：密实度高的材料其抗渗性也较高；密实度高的材料其抗渗性也较高；l材料的孔隙特征：材料的孔隙特征：具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。5、抗冻性、抗冻性 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。u抗冻等级抗冻等级 用材料在吸水饱和状态下用材料在吸水饱和状态下(最不利状态最不利状态)，经冻融循环作，经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值，或动弹性模用，强度损失和质量损失均不超过规定值，或动弹性模量满足要求时所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。量满足要求时所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。如如D50、D100、D300等，分别表示在经受等，分别表示在经受50、100、300次次冻融循环后仍可满足使用要求。冻融循环后仍可满足使用要求。u冻害原因冻害原因 由于材料内部毛细孔隙及大孔隙中的水结冰时的体积由于材料内部毛细孔隙及大孔隙中的水结冰时的体积膨胀膨胀(约约9%)造成的。造成的。u影响材料抗冻性的因素影响材料抗冻性的因素l材料的密实度材料的密实度：密实度越高则其抗冻性越好；：密实度越高则其抗冻性越好；l材料的孔隙特征材料的孔隙特征：开口孔隙越多则其抗冻性越差；：开口孔隙越多则其抗冻性越差；l材料的强度材料的强度：强度越高则其抗冻性越好；：强度越高则其抗冻性越好；l材料的耐水性材料的耐水性：耐水性越好则其抗冻性也越好；：耐水性越好则其抗冻性也越好；l材料的吸水量大小材料的吸水量大小：吸水量越大则其抗冻性越差。：吸水量越大则其抗冻性越差。五、五、材料的热工性质材料的热工性质1、材料的导热性、材料的导热性 导热性是指材料将热量从温度高的一侧传递到温度低导热性是指材料将热量从温度高的一侧传递到温度低的一侧的能力。的一侧的能力。导热系数，导热系数，W/(mK)；Q传导的热量，传导的热量，J材料的厚度，材料的厚度，m；A材料的传热面积，材料的传热面积，m2 t传热时间，传热时间，h；T1-T2材料两侧的温度差，材料两侧的温度差，Ku材料的导热系数越小，说明材料的绝热性越好。材料的导热系数越小，说明材料的绝热性越好。u导热系数小于导热系数小于0.23W/(mK)的材料称为绝热材料。的材料称为绝热材料。2、材料的热容量、材料的热容量 热容性是指材料受热时吸收热量和冷却时放出热量热容性是指材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质。的性质。Q材料的热容量，材料的热容量，kJ；m材料的质量，材料的质量，kg C材料的比热容，材料的比热容，kJ/(kgK)；t1-t2材料受热或冷却前后的温度差材料受热或冷却前后的温度差 热容量值对保持室内温度的稳定有很大作用。热容量值对保持室内温度的稳定有很大作用。材材料料的的导导热热系系数数和和热热容容量量是是建建筑筑物物围围护护结结构构热热工工计计算算时时的的重重要要参参数数，设设计计时时应应选选择择导导热热系系数数较较小小而而热热容容量量较大的材料。较大的材料。1.2 材料的力学性质材料的力学性质一、材料的强度一、材料的强度 材料抵抗在外力（荷载）作用下而引起破坏的能力。材料抵抗在外力（荷载）作用下而引起破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯（抗折）强度等。抗剪、抗弯（抗折）强度等。抗压抗压抗拉抗拉抗剪抗剪抗弯抗弯n影响强度的因素影响强度的因素材料的组成、结构及孔隙率材料的组成、结构及孔隙率受力情况受力情况实验条件实验条件形状形状大小大小表面状态表面状态加荷速度加荷速度含水量含水量 n强度等级强度等级n比强度比强度二、材料的弹性与塑性二、材料的弹性与塑性（一）弹性（一）弹性 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。弹性变形（或瞬时变形）。（二）塑性（二）塑性 材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。砼拌合物砼拌合物,水泥浆水泥浆,石灰膏石灰膏,钢材钢材,沥青等都属于塑性材料沥青等都属于塑性材料三、材料的脆性与韧性三、材料的脆性与韧性（一）脆性（一）脆性 外力作用于材料，并达到一定值时，材料并不产生明外力作用于材料，并达到一定值时，材料并不产生明显变形即发生突然破坏的性质称为脆性。显变形即发生突然破坏的性质称为脆性。砖、石、陶瓷、混凝土、生铁、玻璃都属于脆性材料砖、石、陶瓷、混凝土、生铁、玻璃都属于脆性材料（二）韧性（二）韧性 材料在冲击、动荷载作用下能吸收大量能量并能承受材料在冲击、动荷载作用下能吸收大量能量并能承受较大的变形而不突然破坏的性质称为韧性。较大的变形而不突然破坏的性质称为韧性。钢材和木材等材料均属于韧性材料钢材和木材等材料均属于韧性材料四、材料的硬度与耐磨性四、材料的硬度与耐磨性（一）硬度（一）硬度 材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。硬度。（二）耐磨性（二）耐磨性 材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率磨耗率表表示，计算公式如下：示，计算公式如下：1.3 材料的耐久性能材料的耐久性能一、耐久性一、耐久性(durability)是是指指材材料料长长期期抵抵抗抗各各种种内内外外破破坏坏因因素素或或腐腐蚀蚀介介质质的的作作用用，保保持持其其原原有有性性质质的的能能力力。它它是是材材料料的的一一项项综综合合性性质质，一一般般包包括括有有抗抗渗渗性性、抗抗冻冻性性、耐耐腐腐蚀蚀性性、抗抗老老化化性性、抗抗碳碳化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性、耐光性等许多项。化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性、耐光性等许多项。过去一般按强度设计，现在按耐久性设计。过去一般按强度设计，现在按耐久性设计。材材料料的的组组成成、性性质质和和用用途途、工工程程的的重重要要性性及及所所处处环环境境不同，对材料耐久性的主要要求及耐久性年限也不同。不同，对材料耐久性的主要要求及耐久性年限也不同。二、影响耐久性的主要因素二、影响耐久性的主要因素(一一)内部因素内部因素 内内部部因因素素是是造造成成材材料料耐耐久久性性下下降降的的根根本本原原因因。主主要要包包括材料的组成、结构与性质。括材料的组成、结构与性质。(二二)外部因素外部因素物理作用物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等；可有干湿变化、温度变化及冻融变化等；化学作用化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用；盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用；机械作用机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等；料疲劳，冲击、磨损、磨耗等；生物作用生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。蚀而破坏。本章小结本章小结掌握密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实掌握密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实度和空隙率、填充率的概念、计算公式、测试方度和空隙率、填充率的概念、计算公式、测试方法及其相互关系；法及其相互关系；掌握强度公式、计算及实验方法；掌握强度公式、计算及实验方法；掌握亲水性（憎水性）、吸水性（吸湿性）、耐掌握亲水性（憎水性）、吸水性（吸湿性）、耐水性的概念、吸水率的计算公式；水性的概念、吸水率的计算公式；判断材料性质之间的关系。判断材料性质之间的关系。