1.材料的基本性质.ppt

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1、第一章 建筑材料的基本性质本章内容第一节第一节 材料的物理性质材料的物理性质第二节第二节 材料与水有关的性质材料与水有关的性质第二节第二节 材料的力学性质材料的力学性质第四节第四节 材料的热工性质材料的热工性质第五节第五节 材料的耐久性材料的耐久性前前 言言 在建筑物中，建筑材料要承受各种不同的在建筑物中，建筑材料要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料具有相应的不同性作用，因而要求建筑材料具有相应的不同性质，如防水、绝热、吸声、耐热、耐腐蚀等，质，如防水、绝热、吸声、耐热、耐腐蚀等，因此必须熟悉和掌握各种材料的基本性质。因此必须熟悉和掌握各种材料的基本性质。第一节第一节 材料的物理性质材料的物

2、理性质固体物质闭口孔隙开口口孔隙材料体积组成示意图材料体积组成示意图一、材料的密度、表观密度和堆积密度一、材料的密度、表观密度和堆积密度定义定义 指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。公式公式式中：密度，g/cm m材料在干燥状态下(105+5 烘干至恒重）的质量，g v材料在绝对密实状态下的体积，cm测试方法测试方法 将可研磨的材料粉碎磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得的体积越接近真实体积。密度定义定义指材料在自然状态下，单位体积的质量。公式公式式中：0表观密度，g/cm或Kg/m m材料的质量，g或Kg（可能干燥也可能不干燥）v0材料自然状态下的体积，cm或m 测试方法

3、测试方法 对于规则形状的材料，可直接用量具测得其体积；对于不规则形状的材料，可采用蜡封法先在表面封闭其孔隙，然后再用排液法测量其体积。表观密度 注意：当材料的含水状态变化时，其质量和体积均发生变化，故测定材料的表观密度时，一定注明含水状态。通常所指的表观密度是指材料在空气中的干燥的表观密度。用 表示。材料在烘干状态下的表观密度，用 表示。材料在吸水饱和状态下的表观密度，用 表示。定义定义 粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。公式公式 式中：o堆积密度，Kg/m m 材料的质量，Kg vo 材料的堆积体积，m测试方法测试方法 将干燥的散粒材料试样装入规定尺寸的容器来测定的。不同的装料方

4、式，颗粒排列的松紧程度不同，材料的堆积密度又可分为自然堆积密度、紧密堆积密度。堆积密度三个密度所用的体积的区别：1.密实体积v：v只包括固体物质的体积；2.表观体积v0：v0包括固体物质的体积+内部全部孔隙的体积3.堆积体积vo vo包括固体物质的体积+颗粒内部孔隙的体积+颗粒之间空隙的体积常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度材料名称材料名称密度密度(g/cm(g/cm3 3)表表观密度密度(kg/m(kg/m3 3)堆堆积密度密度(kg/m(kg/m3 3)石灰岩2.62.818002600花岗岩2.73.020002850水泥2.83.1120013

5、00混凝土用砂2.52.61 4501650混凝土用石2.62.91 4001700普通混凝土21002500粘土2.52.71 6001800钢材7.857 850铝合金2.72.92 7002 900烧结普通砖2.52.71 5001 800建筑陶瓷2.52.71 8002 500红松木1.551.60400800玻璃2.452.552 4502 550泡沫塑料1050密实度定义定义 材料体积中固体物质充实的程度。公式公式 密实度反映材料的密实程度，D越大，材料越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。二、材料的密实度和孔隙率二、材料的密实度和孔隙率孔隙率定义定义 材料体积中孔隙体积所占的比

6、例。公式公式 孔隙率与密实度的关系：P+D=1材料的密实度和孔隙率是从不同方面反映材料的密实程度，通常采用孔隙率表示。注意两点：注意两点：1.密度 和表观密度 单位统一2.孔隙特征孔隙构造孔隙构造 连通的孔：彼此连通且与外界相通 封闭的孔：相互独立且与外界隔绝孔隙大小孔隙大小 微孔、细孔、大孔 封闭孔封闭孔连通孔连通孔建筑材料的许多工程性质与材料的密实程度有关，孔隙的大小及孔隙特征对其影响很大。一般来说，同一种材料，孔隙率越小，其强度越高，吸水性越小，抗渗性和抗冻性越好，但是导热性增大。连通孔隙越多，容易形成对流传热，导热性增大。填充率填充率定义定义 散粒材料在某种堆积体积内被其颗粒填充的程度

7、。公式公式 三、材料的填充率和空隙率三、材料的填充率和空隙率定义定义 散粒材料在某种堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例。公式公式空隙率与填充率的关系：P+D=1空隙率的大小反映了散粒材料颗粒间相互填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂量的依据。空隙率基本性质基本性质例例1 1：某工地所用卵石材料的密度为：某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm2.65g/cm3 3、表观密度为、表观密度为2.61g/cm2.61g/cm3 3、堆积密度为堆积密度为1680 kg/m1680 kg/m3 3，计算此石子的计算此石子的孔隙率与空隙率？孔隙率与空隙率？解解1:1:石子的孔隙

8、率石子的孔隙率P P为：为：石子的空隙率石子的空隙率P P为：为：评注评注 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在其堆集体积中其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中计算式中密度；密度；0 0材料的表观密度；材料的表观密度；，材料的堆积密度。材料的堆积密度。例例2 2：有有一一块块烧烧结结普普通通砖砖，在在吸吸水水饱饱和和状状态态下下重重2900g2900g，其其 绝绝 干干 质质 量量 为为 2550g2550g。砖砖 的的 尺尺 寸寸

9、为为24024011511553mm53mm，经经干干燥燥并并磨磨成成细细粉粉后后取取50g50g，用用排排水水法法测测得得绝绝对对密密实实体体积积为为18.62 18.62 cmcm3 3 。试试计计算该砖的吸水率、密度、孔隙率。算该砖的吸水率、密度、孔隙率。材料在空气中与水接触时，根据材料表面被水润湿的情况，分亲水性材料和憎水性材料两类。当材料分子与水分子间的吸引力大于水分子之间的内聚力时，材料表面就会被水所润湿。此时在材料、水和空气的三相交点处，沿水滴表面所作切线与水和材料接触的表面之间所成夹角称为称为 “润湿角润湿角 ”。当90，这种材料属于亲水性亲水性材料。第二节第二节 材料与水有关

10、的性质材料与水有关的性质亲水性与憎水性亲水性与憎水性材料润湿边角 如果材料分子与水分子间的吸引力小于水分子之间的内聚力，则表示材料不能被水润湿。此时，润湿角90180，这种材料称为憎憎水性水性材料。憎水材料具有较好的防水性、防潮性、抗渗憎水材料具有较好的防水性、防潮性、抗渗性，常用作防潮防水材料性，常用作防潮防水材料,也可用于亲水性材也可用于亲水性材料的表面处理，以减少吸水率，提高抗渗性。料的表面处理，以减少吸水率，提高抗渗性。大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水

11、率表示。吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。吸水率有两种表示方法：质量吸水率：吸水性吸水性 材料吸水饱和状态下的质量，g 材料干燥状态下的质量，g体积吸水率：材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙构造特征有关。质量吸水率和体积吸水率的关系质量吸水率和体积吸水率的关系 注意：注意：是材料在是材料在 绝干状态下的表观密度。绝干状态下的表观密度。常用的建筑材料，其吸水率一般用质量吸水率表常用的建筑材料，其吸水率一般用质量吸水率表示。示。对多孔吸水材料，其质量吸水率往往超过对多孔吸水材料，其质量吸水率往往超过100100，此时用体积吸水率表示；材料

12、受潮后导热性增大，此时用体积吸水率表示；材料受潮后导热性增大，故保温隔热材料需保持干燥状态。故保温隔热材料需保持干燥状态。一般材料的孔隙率越大，吸水性越强。一般材料的孔隙率越大，吸水性越强。材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。含水率为材料所含水的质量占材料干燥质量的百分比。计算式为：吸湿性吸湿性注意注意注意注意 材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率含水率含水率含水率,建筑材料在正常状态下建筑材料在正常状态下建筑材料在正常状态下

13、建筑材料在正常状态下,均处于平衡含水均处于平衡含水均处于平衡含水均处于平衡含水率状态率状态率状态率状态对于质量吸水率和含水率：在潮湿空气中：吸水饱和时：材料在长期饱和水作用下不被破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数 表示。计算式为：材料的软化系数；材料在吸水饱和状态下的抗压强度；材料在干燥状态下的抗压强度。耐水性耐水性 工程中将工程中将 0.85 0.85 的材料称为耐水材料。经的材料称为耐水材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构常位于水中或受潮严重的重要结构,不宜小于不宜小于0.850.85；受潮较轻或次要结构所用材料，；受潮较轻或次要结构所用材料，不宜小不宜小于

14、于0.70.75 5。抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。材料的抗渗性可用渗透系数表示。抗渗性抗渗性 工程上工程上(混凝土、砂浆等混凝土、砂浆等)也常用抗渗等级也常用抗渗等级Pn来表示抗渗性。来表示抗渗性。其中其中n n 为该材料所能承受的最大水压为该材料所能承受的最大水压(0.1Mpa)(0.1Mpa)，如，如P P2 2、P P4 4、P P6 6、P P8 8 等分别表示等分别表示材料最大能承受材料最大能承受0.20.2、0.40.4、0.60.6、0.8 0.8 MPa MPa 的水压力而不渗水。的水压力而不渗水。抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用(冻融

15、循环)而不被破坏，强度也无显著降低的性能。材料的抗冻性用抗冻等级Fn表示。n表示材料试件经n次冻融循环试验后，质量损失不超过5%，抗压强度降低不超过25%。n的数值越大，说明抗冻性愈好。如如F F2525、F F5050、F F100 100 等。等。抗冻性抗冻性 材料在冻融循环作用下破坏的原因：材料在冻融循环作用下破坏的原因：由于材料内部毛细孔中的水结冰时体积由于材料内部毛细孔中的水结冰时体积膨胀（约膨胀（约9%9%）,对材料孔壁产生巨大压力，对材料孔壁产生巨大压力，使材料内部产生微裂缝，循环往复以致强使材料内部产生微裂缝，循环往复以致强度下降。度下降。材料传导热量的性能称为导热性。材料的导

16、热性用导热系数表示。导热系数的物理意义是指，单位厚度的材料，当两个相对侧面温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。第三节第三节 材料的热工性质材料的热工性质导热性导热性式中：材料的导热系数(W/(mK)。Q传导的热量(J)。d材料的厚度(m)。A材料传热的面积(m2)。z传热时间(s)。t1t2材料两侧的温度差(K)。材料的导热系数越小，其热传导能力越差，绝热性能越好。工程上把0.175W/(mK)的材料称为绝热材料。一般金属材料的导热系数大于非金属材料的导热系数。孔隙率越大，导热系数越小。这是因为材料的导热系数由材料固体物质的导热系数和材料孔隙中空气的导热系数所决定的，而空气的导热系数

17、很低，所以孔隙率大的材料其导热系数小。材料受潮或受冻后，水和冰的导热系数比空气大很多，故材料含水或含冰时，其导热系数会急剧增加。所以工程中对保温材料应特别注意防潮。材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。热容量用比热表示，1g材料温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量称为比热。比热的计算式为：式中：Q材料的热容量(J)。C材料的比热容，J/(gK)。m材料的质量(g)。t1t2材料受热或冷却前后的温差(K)。热容量热容量 比热容与材料质量的乘积，称为材料的热容量，即材料温度上升1K须吸收的热量或温度降低1K所放出的热量。热容量大热容量大,则材料在吸热或放热时则材料在吸热或放热时

18、,其自身的温其自身的温度变化小度变化小,即有利于保证室内温度相对稳定为保证建筑物室内温度稳定性,在设计围护结构(墙体、屋面等）时，应选择导热系数较小，热容量较大的材料。常用材料的热性质见下表。材料名称材料名称导热系数，系数，W/(W/(m mK K)比比热容，容，kJ/(kJ/(kgkgK K)铜3700.38钢550.46石灰岩2.663.230.7490.846花岗岩2.913.450.7160.92大理岩2.450.875普通混凝土1.80.88粘土空心砖0.640.92松木0.170.352.51玻璃2.73.260.83泡沫塑料0.031.30水0.604.187密闭空气0.0231

19、常用材料的热性质指标常用材料的热性质指标 材料在温度变化时产生的体积变化。一般材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。温度变形在单向尺寸上的变化称为线膨胀或线收缩，材料的热变形性常用线膨胀系数来衡量，其计算式如下：热变形性热变形性式中：线膨胀系数(1/K)。L材料的变形量(mm)。t2t1材料在升、降温前后的温度差(K)。L材料原来的长度(mm)。材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土木工程结构的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系其安全与稳定的重要因素。工程上常用预留伸缩缝的办法来解决温度变形问题。第四节第四节 材料的力学性质材料的力学性质材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力，

20、称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。强度强度 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度。材料受力示意图(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲 材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：式中：f材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPa F材料承受的最大荷载，A材料的受力面积，mm2式中：f材料的抗弯(折)强度，MPa F材料承受的最大荷载，L两支点之间的距离，mm b材料受力截面的宽度，mm h材料受力截面的高度，mm材料的抗弯强度的

21、计算式为：材料的强度主要取决于它的组成和结构。一般说材料孔隙率越大，强度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同。强强 度度 等等 级级概念：概念：为便于应用，按材料强度值高低划分的若为便于应用，按材料强度值高低划分的若干等级。脆性材料主要抗压强度来划分，如水泥、干等级。脆性材料主要抗压强度来划分，如水泥、混凝土、砖等，塑性材料和韧性材料主要以抗拉强混凝土、砖等，塑性材料和韧性材料主要以抗拉强度来划分，如钢材等。度来划分，如钢材等。强度等级与强度的异同：强度等级与强度的异同：二者都是描述材料抵抗二者都是描述材料抵抗外力作用时的破坏能力外力作用时的破坏能力,而前者是按强度大小确定而

22、前者是按强度大小确定的等级的等级,后者是概念性名词。后者是概念性名词。比比 强强 度度概念：概念：是指材料强度与体积密度的比值（是指材料强度与体积密度的比值（f/f/0 0）。）。意义：意义：比强度是衡量材料轻质高强性能的一项重要指比强度是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。选用比强度大的材料对增加建筑高度、减轻结构自标。选用比强度大的材料对增加建筑高度、减轻结构自重、降低工程造价等具有重大意义。重、降低工程造价等具有重大意义。材料在外力作用下产生变形，若除去外力后变形随即消失，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并且

23、不产生裂缝的性质称为塑性。不能恢复的变形称为塑性变形。弹性与塑性弹性与塑性 材料的塑性变形曲线材料受力破坏时，无显著的变形而突然断裂的性质称为脆性。在常温、静荷载下具有脆性的材料称为脆性材料。在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击韧性。脆性与韧性脆性与韧性 韧性材料的特点是塑形变形大，抗拉、韧性材料的特点是塑形变形大，抗拉、抗压强度都较高。抗压强度都较高。建筑工程中，对承受冲击荷载和有抗震建筑工程中，对承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等均要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等均应考虑材料的韧性应考虑材料的韧性 。第五

24、节第五节 材料的耐久性材料的耐久性材料的耐久性是指其在长期的使用过程中，能抵抗环境的破坏作用，并保持原有性质不变、不破坏的一项综合性质。由于环境作用因素复杂，耐久性也难以用一个参数来衡量。工程上通常用材料抵抗使用环境中主要影响因素的能力来评价耐久性，如抗渗性、抗冻性、抗老化和抗碳化等性质。环境对材料的破坏作用，可分为物理作用、化学作用和生物作用，不同材料受到的环境作用及程度也不相同。影响材料耐久性的内在因素很多，除了材料本身的组成结构、强度等因素外，材料致密程度、表面状态和孔隙特征对耐久性影响很大。工程上常用提高密实度、改善表面状态和孔隙结构的方法来提高耐久性。习题1.一块烧结黏土砖，在潮湿状态下重2680g，经测定其含水率为8%。砖的尺寸为240mm115mm53mm，经干燥并磨成细粉，用排水法测得绝对密实体积为957cm2。试计算该砖的密度、干表观密度、孔隙率。若将该砖浸泡饱和后重2950g，试计算其质量吸水率。2.已知某石子的表观密度为2.61g/cm3，堆积密度为1685kg/m3，求此石子的空隙率。