建筑材料知识.ppt

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1、第第1章建筑材料的基本性质章建筑材料的基本性质主要内容主要内容:l1.1材料的组成材料的组成与与结构结构l1.2材料的状态参数和结构特征材料的状态参数和结构特征l1.3材料的物理性质材料的物理性质l1.4材料的力学性质材料的力学性质l1.5材料的耐久性材料的耐久性l l重点内容重点内容重点内容重点内容：材料的基本状态参数、：材料的基本状态参数、：材料的基本状态参数、：材料的基本状态参数、材料的物理性质材料的物理性质材料的物理性质材料的物理性质l l难难难难点：点：点：点：材料的物理常数材料的物理常数材料的物理常数材料的物理常数l l要要要要求：求：求：求：材料的基本状态参数材料的基本状态参数材

2、料的基本状态参数材料的基本状态参数材料与水有关的性质材料与水有关的性质材料与水有关的性质材料与水有关的性质 1.1 材料的组成材料的组成与与结构结构 建筑材料建筑材料的基本性质的基本性质:是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。一、一、材料的组成材料的组成1.1.化学组成化学组成无机非金属建筑材料的化学组成:以各种氧化物含量来表示。金属材料:以元素含量来表示。化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理性质和力学性质。2.2.矿物组成

3、矿物组成 材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材料的许多重要性质。矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。3.相组成 材料中结构相近性质相同的均匀部分。二、二、材料的结构与构造材料的结构与构造1.宏观结构（构造）宏观结构（构造）材料的宏观结构是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸约为毫米级大小，以及更大尺寸的构造情况。宏观构造，按孔隙尺寸可以分为：（1）致密结构，基本上是无孔隙存在的材料。例如钢铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等。（2）多孔结构，是指具有粗大孔隙的结构。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质材料等。(3）微孔结构，是指微细的孔隙结构

4、。如石膏制品、粘土砖瓦等。(4）纤维结构，是指木材纤维、玻璃纤维、矿物棉纤维所具有的结构。（5）层状结构，采用粘结或其他方法将材料迭合成层状的结构。如胶合板、迭合人造板、蜂窝夹芯板、以及某些具有层状填充料的塑料制品等。(6）散粒结构，是指松散颗粒状结构。比如混凝土骨料、用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料。1.1.微观结构微观结构微观结构是指材料在原子、分子层次的结构。材料的微观结构，基本上可分为晶体与非晶体。晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间周期性排列。非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，容易与其它物体起化学作用。3.3.亚微观结构亚

5、微观结构 亚微观结构也称作细观结构，是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式。如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。从宏观、亚微观和微观三个不同层次的结构上来研究土木工程材料的性质，才能深入其本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着重要的意义。三、材料的状态参数和结构特征材料的状态参数和结构特征1.1.材料的体积材料的体积体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。（1）材料的绝对密实体积：干材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示材料的绝对密实体积（2）材料的表观体积

6、：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0 表示材料的表观体积。（3）材料的堆积体积：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。根据其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可能不同，松散堆积下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。材料的堆集体积一般以 来表示。1.1.材料的密度材料的密度材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：式中：密度,g/cm3 或 kg/m3m材料的质量，g 或 kgV材料的绝对密实体积，cm3 或 m3 测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。3、视密度（表观密度）、视

7、密度（表观密度）1.1.定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积定义：在规定条件下，材料单位表观体积（矿质实体体积十闭口孔隙体积）的质量，称为称视密度。十闭口孔隙体积）的质量，称为称视密度。十闭口孔隙体积）的质量，称为称视密度。十闭口孔隙体积）的质量，称为称视密度。1.1.公式：公式：公式：公式：式中：式中：式中：式中：t t石料的视密度（表观密度），石料的视密度（表观密度），石料的视密度（表观密度），石料的视密度（表观密度），；、意义同前；意义同前；意义同前；意义同前；B B石料闭口

8、孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，石料闭口孔隙的体积，。测定方法：排水法测定方法：排水法测定方法：排水法测定方法：排水法T4 4、毛体积密度（体积密度）、毛体积密度（体积密度）、毛体积密度（体积密度）、毛体积密度（体积密度）l l定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体定义：材料的毛体积密度是在规定试验条件下，烘干材料单位体积（包括孔隙在内）的质量。积（包括孔隙在内）的质量。积（包括孔隙在内）的质量。积（包括孔隙在内）的质量。l l公式：公式：公式：

9、公式：式中：式中：式中：式中：石料的毛体积密度，石料的毛体积密度，石料的毛体积密度，石料的毛体积密度，3 3 石料开口孔隙体积，石料开口孔隙体积，石料开口孔隙体积，石料开口孔隙体积，3 3，B B意义同前。意义同前。意义同前。意义同前。l l材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用材料的毛体积密度测定可将石料加工为规则形状石料试件，采用精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶精密量具测量其几何形状

10、的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶精密量具测量其几何形状的方法计算其体积；对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。解和干缩湿胀性松软石料，应采用封蜡法测定。T5 5、表观密度、表观密度表观密度（俗称“容重”）是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：式中0材料的表观密度,g/cm3 或 kg/m3m 材料的质量，g 或 kgV0材料的表观体积，cm3 或 m3材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均

11、可能影响其总质量（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关，一般以干燥状态下的测定值为准。6、材料的堆积密度材料的堆积密度堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。下单位体积的质量。按下式计算：按下式计算：式中式中0 0，材料的堆积密度材料的堆积密度,g/cm,g/cm3 3 或或 kg/mkg/m3 3m m 材料的质量，材料的质量，g g 或或 kgkgV V0 0，材料的堆积体积材料的堆积体积，cmcm3 3 或或 m m3 3粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材

12、料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。例1：烧结普通砖的尺寸为240mm115mm53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该砖的体积密度（表观密度）（毛体积密度）密度、密度、吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。解：解：o=m1/Vo=2487/1461.8=1.7g/cm3 P=V P=V孔孔/V/Vo o100%=37%100%=37%V V孔孔/1461.8100%=37%/1461.8

13、100%=37%故故V V孔孔=541.236cm=541.236cm3 3，V=VV=Vo o-V-V孔孔 =1461.8-541.236=1461.8-541.236 =921.6cm =921.6cm3 3 =m =m1 1/V=2487/921.6=1.7g/cm/V=2487/921.6=1.7g/cm3 3W=(m2-m1)/m1100%=(2984-2487)/2487100%=20%PK=(m2-m1)/Vo1/W100%=(2984-2487)/1461.81100%=34%PB=P-PK=37%-34%=3%例例例例2 2 2 2：破碎的岩石试件经完全干燥后，其质量为：破碎

14、的岩石试件经完全干燥后，其质量为：破碎的岩石试件经完全干燥后，其质量为：破碎的岩石试件经完全干燥后，其质量为482g482g482g482g，将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子将放入盛有水的量筒中，经一定时间石子吸水饱和后，量筒的水面由原来的吸水饱和后，量筒的水面由原来的吸水饱和后，量筒的水面由原来的吸水饱和后，量筒的水面由原来的452cm452cm452cm452cm3 3 3 3上升至上升至上升至上升至630cm630cm630cm630cm3 3 3 3。取出石子，擦干表面水分后称得质量为取出石子，擦干表面水分后称

15、得质量为取出石子，擦干表面水分后称得质量为取出石子，擦干表面水分后称得质量为487g487g487g487g。试求该岩石的视（表观）密度、体积密度试求该岩石的视（表观）密度、体积密度试求该岩石的视（表观）密度、体积密度试求该岩石的视（表观）密度、体积密度及吸水率？及吸水率？及吸水率？及吸水率？解：因解：因解：因解：因m m m m1 1 1 1=482g,m=482g,m=482g,m=482g,m2 2 2 2=487g=487g=487g=487g，V+VV+VV+VV+VB B B B=630-452=178cm=630-452=178cm=630-452=178cm=630-452=1

16、78cm3 3 3 3（闭闭闭闭+实体）故：实体）故：实体）故：实体）故：=m=m=m=m1 1 1 1/V+V/V+V/V+V/V+VB B B B=482/178=1.71g/cm=482/178=1.71g/cm=482/178=1.71g/cm=482/178=1.71g/cm3 3 3 3 o o o o=m=m=m=m1 1 1 1/V/V/V/Vo o o o=482/(178+5)=1.63g/cm=482/(178+5)=1.63g/cm=482/(178+5)=1.63g/cm=482/(178+5)=1.63g/cm3 3 3 3 W=(mW=(mW=(mW=(m2 2

17、2 2-m-m-m-m1 1 1 1)/m)/m)/m)/m1 1 1 1100%=(487-100%=(487-100%=(487-100%=(487-482)/482100%=1%482)/482100%=1%482)/482100%=1%482)/482100%=1%例例例例3 3 3 3：有有有有一一一一个个个个1.51.51.51.5升升升升的的的的容容容容器器器器，平平平平装装装装满满满满碎碎碎碎石石石石后后后后，碎碎碎碎石石石石重重重重1.55Kg1.55Kg1.55Kg1.55Kg。为为为为测测测测其其其其碎碎碎碎石石石石的的的的表表表表观观观观密密密密度度度度，将将将将所所所

18、所有有有有碎碎碎碎石石石石倒倒倒倒入入入入一一一一个个个个7.787.787.787.78升升升升的的的的量量量量器器器器中中中中，向向向向量量量量器器器器中中中中加加加加满满满满水水水水后后后后称称称称重重重重为为为为9.36Kg9.36Kg9.36Kg9.36Kg，试试试试求求求求碎碎碎碎石石石石的的的的表表表表观观观观密密密密度度度度。若若若若在在在在碎碎碎碎石石石石的空隙中又填以砂子，问可填多少升的砂子？的空隙中又填以砂子，问可填多少升的砂子？的空隙中又填以砂子，问可填多少升的砂子？的空隙中又填以砂子，问可填多少升的砂子？（9.36-1.559.36-1.559.36-1.559.36

19、-1.55）水的重量既水的体积）水的重量既水的体积）水的重量既水的体积）水的重量既水的体积解：表观密度：解：表观密度：解：表观密度：解：表观密度：=m/V=1.55/(7.78-(9.36-1.55)=1.63kg/m=m/V=1.55/(7.78-(9.36-1.55)=1.63kg/m=m/V=1.55/(7.78-(9.36-1.55)=1.63kg/m=m/V=1.55/(7.78-(9.36-1.55)=1.63kg/m3 3 3 3堆积密度：堆积密度：堆积密度：堆积密度：o o o o=m/V=m/V=m/V=m/Vo o o o=1.55/1.5=1.7kg/L=1.55/1.5

20、=1.7kg/L=1.55/1.5=1.7kg/L=1.55/1.5=1.7kg/L空隙率：空隙率：空隙率：空隙率：P=(l-P=(l-P=(l-P=(l-o o o o/)100%=(1-1.7/1.63)100%=35.4%/)100%=(1-1.7/1.63)100%=35.4%/)100%=(1-1.7/1.63)100%=35.4%/)100%=(1-1.7/1.63)100%=35.4%砂的体积：砂的体积：砂的体积：砂的体积：V V V Vo o o o=1.535.4%=0.53(L)=1.535.4%=0.53(L)=1.535.4%=0.53(L)=1.535.4%=0.53

21、(L)7、材料的密实度材料的密实度密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密实度的计算式如下：对于绝对密实材料，因 0=，故密实度D=1 或 100%。对于大多数土木工程材料，因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。密度；0材料的表观密度密实度密实度反映了材料的致密程度；含有孔隙的固体材料密实度都小于1；材料的强度、吸水性、耐久性、导热性都与密实度有关。l8 8、孔隙率孔隙率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。孔隙率P按下式计算：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3V V0 0材料的表观体积，材料的表观体积，cmcm3 3 或或 m m3 30 0材料的表观密度材料

22、的表观密度,g/cm,g/cm3 3 或或 kg/mkg/m3 3密度,g/cm3 或 kg/m39、材料的孔隙、材料的孔隙(一一一一).).).).孔隙形成的原因孔隙形成的原因孔隙形成的原因孔隙形成的原因(1).(1).(1).(1).水分子的占据作用水分子的占据作用水分子的占据作用水分子的占据作用 建筑材料加水拌和建筑材料加水拌和建筑材料加水拌和建筑材料加水拌和,用水量通常超过理论上用水量通常超过理论上用水量通常超过理论上用水量通常超过理论上 的用水量的用水量的用水量的用水量,多余的水分占据的空间即为孔隙多余的水分占据的空间即为孔隙多余的水分占据的空间即为孔隙多余的水分占据的空间即为孔隙(

23、2).(2).(2).(2).外加的发泡作用外加的发泡作用外加的发泡作用外加的发泡作用 如生产加气混泥土等的各种发泡剂如生产加气混泥土等的各种发泡剂如生产加气混泥土等的各种发泡剂如生产加气混泥土等的各种发泡剂,可在材可在材可在材可在材料中形成料中形成料中形成料中形成 大量的孔隙大量的孔隙大量的孔隙大量的孔隙(3).(3).(3).(3).火山作用火山作用火山作用火山作用 火山爆发时火山爆发时火山爆发时火山爆发时,喷到空中的岩浆喷到空中的岩浆喷到空中的岩浆喷到空中的岩浆,冷却后在岩冷却后在岩冷却后在岩冷却后在岩石中形成大量的孔隙石中形成大量的孔隙石中形成大量的孔隙石中形成大量的孔隙(4).(4)

24、.(4).(4).烧结作用烧结作用烧结作用烧结作用10、孔隙的类型及对材料性质的影响、孔隙的类型及对材料性质的影响l(二二二二)孔隙的类型孔隙的类型孔隙的类型孔隙的类型 (1)(1)(1)(1)连通孔隙连通孔隙连通孔隙连通孔隙 (2)(2)(2)(2)封闭孔隙封闭孔隙封闭孔隙封闭孔隙 (3)(3)(3)(3)半封闭孔隙半封闭孔隙半封闭孔隙半封闭孔隙l l(三三三三).).).).孔隙对材料性质的影响孔隙对材料性质的影响孔隙对材料性质的影响孔隙对材料性质的影响(孔隙增多孔隙增多孔隙增多孔隙增多)(1).(1).(1).(1).材料的体积密度减小材料的体积密度减小材料的体积密度减小材料的体积密度减

25、小 (2).(2).(2).(2).材料受力的有效面积减小材料受力的有效面积减小材料受力的有效面积减小材料受力的有效面积减小,强度降低强度降低强度降低强度降低 (3).(3).(3).(3).体积密度减小体积密度减小体积密度减小体积密度减小,导热系数和热容随之减小导热系数和热容随之减小导热系数和热容随之减小导热系数和热容随之减小 (4).(4).(4).(4).透气性透气性透气性透气性,透水性透水性透水性透水性,吸水性变大吸水性变大吸水性变大吸水性变大 (5).(5).(5).(5).对抗冻性对抗冻性对抗冻性对抗冻性,要试孔隙大小和形态而定要试孔隙大小和形态而定要试孔隙大小和形态而定要试孔隙大

26、小和形态而定,有有有有 些些些些能提高抗冻性能提高抗冻性能提高抗冻性能提高抗冻性11、填充率：、填充率：散粒材料资某容器的堆积体积中，被其颗散粒材料资某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度，粒填充的程度，用用D表示：可用下式公式计算：表示：可用下式公式计算：12、空隙率空隙率空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P，按下式计算：0材料的表观密度;0 0，材料的堆积密度材料的堆积密度 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。四、材料的物理性质材料的物理性质1.1.材料与水有关的性质材料与水有关的性质（1

27、）材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。l工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿角 时，为亲水性材料；当材料的润湿角 时，为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开

28、，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗入材料的毛细管中，见图1-1图11 材料润湿示意图（）亲水性材料；（）憎水性材料（2）材料的吸水性材料的吸水性材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。分质量吸水率和体积吸水率1.质量吸水率质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以m 表示。质量吸水率m 的计算公式为：式中式中 m mb b材料吸水饱和状态下的质量（或材料吸水饱和状态下的质量（或kgkg）m mg g材料在干燥状态下的质量（或材料在干燥状态下的质量（或kgkg）。）。1.

29、体积吸水率体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以W表示。体积吸水率W的计算公式为：式中式中 m mb b材料吸水饱和状态下的质量（或材料吸水饱和状态下的质量（或kgkg）m mg材料在干燥状态下的质量（或材料在干燥状态下的质量（或kgkg）。）。V V0 0 材料在自然状态下的体积，（材料在自然状态下的体积，（cmcm3 3 或或 m m3 3）w w 水的密度水的密度,（g/cmg/cm3 3 或或 kg/mkg/m3 3），），常温下常温下取取 w w=1.0 g/cm=1.0 g/cm3 3l材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水

30、分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。l3.材料的吸湿性：材料的吸湿性：用含水率来表示用含水率来表示材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。l材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以h表示，其计算公式为：式中 ms材料吸湿状态下的质量（或kg）mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。l显然，材料的含水率受所处

31、环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。4.材料的耐水性材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR：式中 KR 材料的软化系数 fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、

32、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。l材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将 0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。注意：注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。导致强度下降。K KR R0.850.85，称为耐水材料称为耐水材料l l5 5 5 5.抗冻性抗冻性抗冻性抗冻性：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，材料饱水状态下，能经受多次冻融交

33、替作用，材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。既不破坏强度又不显著下降的性质。既不破坏强度又不显著下降的性质。既不破坏强度又不显著下降的性质。材材材材料料料料吸吸吸吸水水水水后后后后，在在在在负负负负温温温温作作作作用用用用条条条条件件件件下下下下，水水水水在在在在材材材材料料料料毛毛毛毛细细细细孔孔孔孔内内内内冻冻冻冻结结结结成成成成冰冰冰冰，体体体体积积积积膨膨膨膨涨涨涨涨所所所所产产产产生生生生的的的的冻冻冻冻胀胀胀胀压压压压力力力力造造造造成成成成材材材材料料料料的的的的内内内内应应应应力力力力，会会会会使使使使

34、材材材材料料料料遭遭遭遭到到到到局局局局部部部部破破破破坏坏坏坏。随随随随着着着着冻冻冻冻融融融融循循循循环环环环的的的的反反反反复复复复，材材材材料料料料的的的的破破破破坏坏坏坏作作作作用用用用 逐逐逐逐 步步步步 加加加加 剧剧剧剧，这这这这 种种种种 破破破破 坏坏坏坏 称称称称 为为为为 冻冻冻冻 融融融融 破破破破 坏坏坏坏。抗抗抗抗冻冻冻冻性性性性是是是是指指指指材材材材料料料料在在在在吸吸吸吸水水水水饱饱饱饱和和和和状状状状态态态态下下下下，能能能能经经经经受受受受反反反反复复复复冻冻冻冻融融融融循循循循环环环环作作作作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。用而不破坏，强度也不显著

35、降低的性能。用而不破坏，强度也不显著降低的性能。用而不破坏，强度也不显著降低的性能。因素：水、负温度因素：水、负温度因素：水、负温度因素：水、负温度抗冻等级：能经受冻融循环的抗冻等级：能经受冻融循环的抗冻等级：能经受冻融循环的抗冻等级：能经受冻融循环的最大次数最大次数最大次数最大次数l l抗冻性抗冻性抗冻性抗冻性l l材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显材料在含水状态下，能经受多次动容循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。著降低的性质。著降低的性质

36、。著降低的性质。l l冻融循环冻融循环冻融循环冻融循环l l直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备直接冻融法是测定石料抗冻性的主要试验方法。此方法是将石料制备成直径和高均为的圆柱体或边长为的立方体试件，成直径和高均为的圆柱体或边长为的立方体试件，成直径和高均为的圆柱体或边长为的立方体试件，成直径和高均为的圆柱体或边长为的立方体试件，放人烘箱（放人烘箱（放人烘箱（放人烘箱（）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率）烘至恒重，

37、冷却后称其质量，按吸水率）烘至恒重，冷却后称其质量，按吸水率试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（试验方法让试件吸水饱和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（-）冻结，然后取出放人）冻结，然后取出放人）冻结，然后取出放人）冻结，然后取出放人 的水中融解，如此的水中融解，如此的水中融解，如此的水中融解，如此为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融

38、后的试件再烘为一次冻融循环，经反复冻融至规定次数为止，将冻融后的试件再烘干至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的干至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的干至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的干至恒重，并称其质量。对于不同的工程环境气候条件，冻融循环的次数有不同的要求，分为次数有不同的要求，分为次数有不同的要求，分为次数有不同的要求，分为1515次、次、次、次、2525次及次及次及次及2525次以上。次以上。次以上。次以上。l l在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细

39、检查试件有无剥落、在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、在试验过程中，每隔一定的冻融循环次数，应详细检查试件有无剥落、裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可裂缝、分层及掉边等现象，并加以记录。对于块状石料的抗冻性，可采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数表征。采用经规定次数的冻融循环后的质量损失率或者耐冻系数

40、表征。l抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为15、25、50、100、200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。6.材料的抗渗性材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材

41、料内的某些成分带出，造成材料的破坏。l（1）渗透系数渗透系数材料的渗透系数可通过下式计算:式中K渗透系数,（cm/h）;Q渗水量，（cm3）A 渗水面积,（cm2）H 材料两侧的水压差，（cm）d 试件厚度 （cm）t 渗水时间 （h）材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。l（2）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，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。l如P4、P6、P8、P10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。l五、材料的热工性质

42、材料的热工性质1.1.导热性导热性当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数 表示。导热系数的定义和计算式如下所示：l导热系数越小，绝热性能越好，差别很大，一般在0.035-3.5W（mk）之间。材料的孔隙率大，导热系数小，但如孔隙粗大而且联通，由于对流作用，材料的导热系数反而高。材料受潮后导热系数增大，因为水和冰的比空气的大，因此绝热材料应经常处于干燥状态。式中式中导热系数，（导热系数，（）；）；传导的热量，传导的热量，材料厚度，；材料厚度，；热传导面积，热传导面积，m m2 2一热传导时间，一热传导时间，h h；（t t2 2-t-

43、t1 1）材料两面温度差，材料两面温度差，K K在物理意义上，导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1)的热量。影响导热系数的因数l无机材料的导热系数大于有机材料无机材料的导热系数大于有机材料l晶体的导热系数大于无定形体的热导系数晶体的导热系数大于无定形体的热导系数l材料的孔隙率愈大材料的孔隙率愈大,即空气愈多即空气愈多,导热系数愈小同类导热系数愈小同类材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大,则导热则导热系数随体积密度的件小而减小系数随体积密度的件小而减小l导热系数与孔隙形态特征的关系导热系数与孔隙形态特征的关系

44、,认为有微细而封认为有微细而封闭孔隙组成的材料闭孔隙组成的材料,导热系数小导热系数小,反之大反之大l材料的含水率增加材料的含水率增加,导热系数也增加导热系数也增加l大多数材料的导热系数随温度升高而增加大多数材料的导热系数随温度升高而增加l1.1.热容量和比热热容量和比热材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低1所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热。比热的计算式如下所示：式中式中C-C-材料的比热，材料的比热，J/J/（g g K K）Q-Q-材料吸收或放出的热量材料吸收或放出的热量(热容量)m-m-材料质量，材料质量，g g（t t2 2-t-t

45、1 1）-材料受热或冷却前后的温差，材料受热或冷却前后的温差，K K比热是反映材料的吸热和放热能力的理量。不同材料的比热不同，它对保持建筑物内部温度温度有很大的意义，比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。3.3.材料的保温隔热性能：材料的保温隔热性能：热阻和传热系数热阻和传热系数 热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力，热阻的定义及计算式为：/，导热系数不大于0.175的绝热材料。式中 材料层热阻，（m2K）/W；材料层厚度，；材料的导热系数，(K)热阻的倒数称为材料层（墙体或其它围护结构）的传热系数。传热系数是指材料两面温度差为1时，在单位时间内

46、通过单位面积的热量。4.4.材料的温度变形材料的温度变形l材料的温度变形是指温度升高或材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。除个别材料降低时材料的体积变化。除个别材料以外，多数材料在温度升高时体积膨以外，多数材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。这种变化胀，温度下降时体积收缩。这种变化表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收缩，相应的技术指标为线膨胀系数缩，相应的技术指标为线膨胀系数（）。）。l材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为：L=（t2-t1）L式中L-线膨胀或线收缩量（mm 或 cm）(t2-t1）-材料升（降）温前后的温度差（）-材料在常

47、温下的平均线膨胀系数()L-材料原来的长度（或）土木工程中，对材料的温度变形大多关心其土木工程中，对材料的温度变形大多关心其某一单向尺寸的变化，因此，研究其平均线膨某一单向尺寸的变化，因此，研究其平均线膨胀系数具有实际意义。材料的线膨胀系数与材胀系数具有实际意义。材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关，常选择合适的材料来满料的组成和结构有关，常选择合适的材料来满足工程对温度变形的要求。足工程对温度变形的要求。六、材料的力学性质材料的力学性质l材料在外力作用下的变形性质材料在外力作用下的变形性质 l试验条件对强度结果的影响试验条件对强度结果的影响 l强度标号与等级强度标号与等级1.1.材料的强度

48、材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。和破坏时的荷载值，计算材料的强度。l根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。材料

49、的抗拉、抗压、抗剪强度的计算式如下：式中式中 f-f-材料强度，材料强度，MPaMPaF Fmaxmax-材料破坏时的最大荷载，材料破坏时的最大荷载，N NA-A-试件受力面积，试件受力面积，mmmm2 2-l材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：式中式中式中式中 f fw w-材料的抗弯强度，材料的抗弯强度，材料的抗弯强度，材料的抗弯强度，MPaMPaF Fmaxmax-材料受弯破坏时的最大荷载，材料受弯破坏时的最大荷载，材料受弯破坏时的最大荷载，材料受弯破坏时的最大荷载，N NA-A-试件受力面积，试

50、件受力面积，试件受力面积，试件受力面积，mmmm2 2L-L-两支点的间距，两支点的间距，两支点的间距，两支点的间距，mmmmb b、h-h-试件横截面的宽及高，试件横截面的宽及高，试件横截面的宽及高，试件横截面的宽及高，mmmm比强度：比强度：指材料强度与其表观密度之比。指材料强度与其表观密度之比。意义：反映材料轻质高强的指标。意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强值越大，材料越轻质高强l影响强度的因素：影响强度的因素：材料的组成材料的组成孔隙率孔隙率增加增加强度降低强度降低含水率含水率增加增加强度降低强度降低温度温度升高升高强度降低强度降低试件尺寸试件尺寸大大强度降低强度降低