建筑材料的基本性质论述.pptx

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1、第一章第一章 建筑材料的根本性质建筑材料的根本性质n土木工程的各个部位都处于不同的环境条件并起一定的作用。如梁、板、柱以及承重的墙体主要承受各种荷载作用；房屋屋面要承受风霜雨雪的作用且能保温、防水；根底除承受建筑物全部荷载外，还要承受冰冻及地下水的侵蚀；墙体要起到抗冻、隔声、保温隔热等作用。这就要求用于不同工程部位的材料应具有相应的性质。n这些性质归纳起来可分为：一、物理性质与各种物理过程（水、热作用）有关的性质；二、力学性质材料在荷载作用下的变形及抵抗变形的能力；三、耐久性材料在使用环境中，受到各种作用（物理作用、化学作用及生物作用等）而影响使用功能。n建筑材料所具有的各种性质，主要取决于材

2、料的组成和结构状态，同时还受到环境条件的影响。为了能够合理地选择和正确地使用材料，必须了解材料的各种性质以及性质与组成、结构状态的关系。一、材料的组成n材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。q材料组成是材料性质的根底，它对材料的性质起着决定性的作用。q材料化学组成相同但矿物组成不同也会导致性质的巨大差异。第一节第一节 材料的组成、结构与构造材料的组成、结构与构造n、为两种钢材的金相照片，两者化学组成接近，主要差异是碳含量不同，小于0.2和则为0.20.4，但矿物组成则差异较大。两种钢材性能差异较大，其中具有较好的冷、热变形等工艺性能，但强度较低，而则强度较高。AB二、材料的结构n材料的结构是

3、指材料的微观组织状态。材料的化学组成相同，微观结构的差异将导致材料性能的差异。n如图：化学组成相同的水泥熟料，由于的显微结构发育良好，则不然，结果在比外表积相似的情况下，熟料的 d、d(d=day 天)抗压强度分别比熟料高10.7 MPa和6.8 MPa。化学组成相同，微观结构不同的两种熟料化学组成相同，微观结构不同的两种熟料微观结构n材料的微观结构与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性、导热性等重要性质有着密切的关系。n材料的微观结构根本上可分为晶体、玻璃体、胶体形式。（1）晶体材料内部质点按特定规律在空间呈周期性重复排列的固体。（2）玻璃体熔融物因冷却速度太快，凝固时粘度很大，质点来不及

4、按规律排列所形成的质点无序排列的固体。n特点：质点未能到达能量最低位置，大量化学能未能释放，化学稳定性较差，易与其它物质起化学反响。（如：火山灰、粒化高炉矿渣、粉煤灰等）粉煤灰玻璃体（3）胶体作为分散相的粒子(粒径在1 100 m)，分散在分散介质中形成的分散体系。s分散介质可以是气体、液体和固体，相应形成气溶胶、溶胶和凝胶。如油漆、涂料等为溶胶；混凝土为凝胶。s溶胶失水后成为具有一定强度的凝胶结构，可以把材料中的晶体或其他固体颗粒粘结为整体。s胶体因比外表积大，外表能大，吸附力强，具有较大粘结力（如沥青、硅酸盐凝胶等）。混凝土的强度和变形性质与水泥水化形成的凝胶体有很大的关系。水泥凝胶体 三

5、、材料的构造三、材料的构造 材料的宏观构造是指可用肉眼能观察到的外部和内部的结构。建筑材料常见的构造形式有：大理岩的致密表面1.致密构造n致密构造的材料内部根本上无孔隙，结构致密。n这类材料的特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差。如钢材、天然石材、玻璃、玻璃钢等。2.纤维构造n纤维构造的材料内部组成有方向性，纵向较紧密而横向疏松，组织中存在相当多的孔隙，这类材料的性质具有明显的方向性，一般平行纤维方向的强度较高，导热性较好。如木材、竹、玻璃纤维、石棉等。竹的纤维构造竹的纤维构造3.多孔构造n多孔构造的材料其内部存在大体上呈均匀分布的独立的或局部相通的孔隙，孔隙

6、率较高。n具有多孔构造的材料，其性质决定于孔隙的特征、多少、大小及分布情况，一般来说，这类材料的强度较低，抗渗性和抗冻性较差，绝热性较好。如加气混凝土、石膏制品、烧结一般砖等。加气砼砌块的多孔构造4.层状构造n层状构造的材料具有叠合结构，它是用胶结料将不同的片材或具有各向异性的片材胶合而成整体，其每一层的材料性质不同，但叠合成层状构造的材料后，可获得平面各向同性，更重要的是可以显著提高材料的强度、硬度、绝热或装饰等性质，扩大其使用范围。如胶合板、纸面石膏板、塑料贴面板等。各向异性:材料在各方向的力学和物理性能呈现差异的特性。胶合板的层状构造胶合板的层状构造5.散粒构造n散粒状构造指呈松散颗粒状

7、的材料，有密实颗粒与轻质多孔颗粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密，强度高，适合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨胀珍珠岩等，因具多孔结构，适合做绝热材料。陶粒的粒状构造陶粒的粒状构造6.纹理构造n天然材料在生长或形成过程中，自然造成的天然纹理，如木材、大理石、花岗石等板材，或人工制造材料时特意造成的纹理，如瓷质彩胎砖、人造花岗石板材等，这些天然或人工造成的纹理，使材料具有良好的装饰性。大理石的纹理结构大理石的纹理结构开口孔隙与闭口孔隙的概念第二节第二节 材料的密度材料的密度、表观密度和孔隙率、表观密度和孔隙率一、一、密度密度 密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。=m/V式中 材料的密

8、度，kg/m3或g/cm3；m 材料的质量（枯燥至恒重），kg或g；V 材料在绝对密实状态下的体积，m3或cm3。注：由微观结构和组成所决定，与其所处的环境或状态无关。密度的测量：1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃、建筑塑料等，量测几何体积称重代入公式2）除了钢材，玻璃等少数材料外，绝大多数材料内部都有一些孔隙。例如：砖、混凝土、石材、粉煤灰、矿物细粉等，在测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，枯燥后，用李氏瓶测定其绝对密实体积。密度的测定n在李氏瓶中注入煤油至突颈下部，记下刻度数。将李氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温为20。n称取6090g经烘干的试样，用漏斗将试样逐渐送入李

9、氏瓶内，使液面上升至接近20 cm3的刻度为止。再称剩下的试样，计算送入李氏瓶中的试样质量m(g)。n将注入试样后的李氏瓶液面的读数，减去未注前的读数，得试样得绝对体积V(cm3)。李氏瓶测定密度二、表观密度表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。=m/V0 式中 材料的表观密度，kg/m3或g/cm3；m 材料的质量，kg或g；V0 材料在自然状态下的体积，m3或cm3。n自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。需注明含水情况。否则当其是求干表观密度。n表观密度的测量：1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材：烘干量测几何体积称重代入

10、公式 2）对形状不规则的材料：可用封蜡排液法测得。蜡封排液法三、孔隙率三、孔隙率 材料的孔隙率是指材料中孔隙体积占材料总体积的百分率。孔隙率的计算公式为：P=(V0V)/V0100%式中 P 材料孔隙率，；V0材料在自然状态下的体积，cm3或m3；V 材料的绝对密实体积，cm3或m3。n孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率的大小、孔隙特征对材料的性能如吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、强度等影响较大。四、散粒材料的视密度、堆积表观密度及空隙率四、散粒材料的视密度、堆积表观密度及空隙率 视密度可按式=m/V计算，其中：体积由排液置换法测得，一般包含颗粒内部的闭口孔隙体积。堆积表观密度是指散

11、粒或粉状材料在堆积状态下单位体积的质量，可按式 =m/V0 计算。材料的堆积表观密度反映散粒构造材料堆积的紧密程度及材料可能的堆放空间。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。自然堆放状态下体积的测量：1）容器法：散粒材料装入容器量测体积称净重代入公式2）自然堆积法：堆积成一定形状量测几何体积称重代入公式砂堆积表观密度的测定将容量筒内材将容量筒内材料刮平，容量料刮平，容量筒的容积即为筒的容积即为材料体积材料体积空隙率空隙率n空隙率是指散粒状材料颗粒之间空隙体积所占的比例。可代入P9式（13）计算。其中：密度以视密度代入。n空隙率的大小反映了散粒材料颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作

12、为操作砼骨料级配和计算合理砂率的依据。几种密度的比较一、材料的变形性质一、材料的变形性质1、弹性变形和塑性变形、弹性变形和塑性变形 n材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到变形前形状的性质称为弹性。可完全恢复的变形称为弹性变形。n材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一局部变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。不可恢复的变形称为塑性变形。n实际上，完全弹性的材料是不存在的，大多数材料在受力不大的情况下表现为弹性，受力超过一定限度后则表现为塑性，所以可称之为弹塑性材料。弹性变形与塑性变形弹塑性材料的变形曲线变形荷载0ba塑性变形弹性变形二、二、材料的强度材料的强度n材料的强度是指

13、材料在外力作用下抵抗破坏的能力。n（一）材料的静力强度n根据所受外力的作用形式不同，材料强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（抗折）强度、抗剪强度等。n不同材料的承载特点是不同的：混凝土、石材、砖抗压强度高钢材、各类纤维抗拉强度高不同的外力作用形式(a)受压(b)受拉(c)受弯(d)受剪n材料的抗压、抗拉、抗剪强度可统一由下式计算：f=F/An抗弯强度的计算: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：n材料强度除与材料的组成、结构或构造有关外，还受试件形状、尺寸、外表状态、温湿度及其它试验条件等因素影响。如：n小尺寸试件测试的强度值高于大尺寸试件；n加载速度快时测得的强度值高于

14、加载速度慢的；n立方体试件的测得值高于棱柱体试件；n受压试件与加压钢板间无润滑作用的（如未涂石蜡等润滑物时），测得的强度值高于有润滑作用。强度等级：依据国家标准规定，材料按静力强度的上下，划分为假设干等级，即强度等级。例如：混凝土强度等级：C20、C25、C30、C35、C40等；砂浆强度等级：M5、M7.5、M10等。三、材料的冲击韧性三、材料的冲击韧性n材料在冲击、振动荷载作用下，能汲取较大的能量产生一定的变形而不破坏，这种性质称为韧性。在工程中使用时可用作承受冲击和震动荷载的构件。如桥梁、牛腿柱、吊车梁、电梯井等。材料的韧性用冲击试验来检验。n材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生无

15、先兆的突然破坏，且破坏时无明显塑性变形，这种性质称为脆性。大局部无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结一般砖、陶瓷、玻璃、砂浆等。脆性材料的特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时可用作承压构件。材料的脆性四、材料的硬度、磨损及磨耗四、材料的硬度、磨损及磨耗硬度是指材料外表耐较硬物体刻划或压入而产生塑性变形的能力。通常用压入法，刻划法和回弹法测定材料的硬度。n压入法（韧性材料）：布氏硬度值n刻划法用于天然矿物硬度的划分（脆性材料），按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、石的顺序，分为10个硬度等级。n回弹法用于测定混凝土外表硬度，并间接推算混凝土的强度；也

16、用于测定陶瓷、砖、砂浆、塑料、橡胶、金属等的外表硬度并间接推算其强度。n材料受外界物质的摩擦作用而造成的质量和体积损失的现象称为磨损。n材料同时受摩擦和冲击作用而造成的质量和体积损失的现象称为磨耗。路面磨损裂纹路面磨损裂纹 n经过几年的使用，某水泥混凝土路面出现露石现象。n路面由于常年受到车辆及行人的磨损，外表水泥砂浆层剥落，导致露石。主要原因是水泥混凝土的耐磨性不够。出现露石的路面出现露石的路面第四节第四节 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 一、亲水性和憎水性一、亲水性和憎水性 n接触角 当材料与水接触时，在材料、水以及空气三相的交点处，作沿水滴外表的切线，此切线与材料和水接触面的夹角，

17、称为接触角，角愈小，说明材料愈易被水润湿。（）亲水性材料 （）憎水性材料材料润湿示意图n亲水性材料（90），如砖、石材、砼、钢材、木材等,这些材料内部存在着孔隙，因此水很容易沿着材料外表的连通孔隙进入材料内部。n憎水性材料（90），如沥青、石蜡等，水分不容易进入材料内部，这类材料适合作防水材料，还可用于处理亲水材料的外表。二、吸水性二、吸水性n吸水性材料在水中汲取水分的性质称为吸水性。n吸水过程一般是可逆的，最后与空气湿度到达平衡，平衡时的含水率称为平衡含水率。n平衡含水率随环境温度、湿度的改变而改变气温越低、相对湿度越大，材料的含水率越高。n材料吸水饱和时的含水率称为吸水率。n质量吸水率Ww

18、=(G1 G)/G100%式中 Ww质量吸水率，；G1材料在吸水饱和状态下的质量，g；G材料在绝对枯燥状态下的质量，g；n体积吸水率Wv：式中V0材料自然状态下的体积，cm3；n例 有一块烧结一般砖，在吸水饱和状态下重2900g，其绝干质量为2550g。砖的尺寸为24011553mm，经枯燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62 cm3。试计算该砖的质量吸水率、密度、表观密度、孔隙率。n质量吸水率为n密度为n表观密度为 n孔隙率为 材料的吸水性除了与材料的本性亲水性或憎水性材料有关外，还与材料的孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部

19、的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。【工程实例分析】加气混凝土砌块吸水n某施工队原使用一般烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同样方式往墙上浇水，觉察原使用的一般烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块外表看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。n加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。吸水性对材料的影响：吸水性对材料的影响：n自重增加，体积与尺寸、形状变化，保温隔热性能降低，强度下降等问题，影响使

20、用功能。例如木材制品由于含水量变化会出现尺寸变化或变形，湿胀干缩。故其与周围环境到达平衡含水率非常重要。多孔材料汲取水分后，保温隔热性降低，导热系数增大，对围护结构材料不利；石膏制品、粘土砖、木材等材料吸水后强度和耐久性均有不同程度降低。n某地发生历史罕见的洪水。洪水退后，许多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未烧透的多孔的红砖，见图。请分析原因。未烧透的红砖未烧透的红砖砖浸水后强度下降砖浸水后强度下降n这些红砖没有烧透，砖内开口孔隙率大，吸水率高。吸水后，红砖强度下降，特别是当有水进入砖内时，未烧透的粘土遇水分散，强度下降更大，不能承受房屋的重量，从而导致房屋倒塌。三、耐水性三、耐水性n材料在长期饱

21、和水的作用下，不破坏、强度也不显著降低的性质称为耐水性。n材料的耐水性用软化系数表示，如下式：Kr=f b/f d 式中 Kr 软化系数；f b材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；f d 材料在枯燥状态下的抗压强度，MPa。n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。软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。n一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的外表，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、石灰等），吸入的水还可能溶解局部物质，造成强度的严峻降低。n软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将Kp

22、 0.80的材料认为是耐水的材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时(如地下构筑物、根底、水工结构)，必须选用Kp 0.85的建筑材料。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0.70。n例 某石材在绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为178、165MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。该石材的软化系数为 由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。四、抗渗性四、抗渗性 n抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。抗渗性是决定材料耐久性的主要指标。（1 1）抗渗系数）抗渗系数n抗渗性通常用渗透系数k表示。渗透系数的物

23、理意义是：一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量。依达西定律依达西定律式中：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）。k值愈大，抗渗性愈差。抗渗试验示意图 抗渗等级材料的抗渗性可用抗渗等级W表示。n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W及可承受的水压力（以0.1MPa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0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。n抗

24、渗等级与渗透系数的关系如表53所示。n地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工建筑及防水材料等，因经常受压力水的作用，所用材料均要求较高的抗渗性。影响材料抗渗性的因素影响材料抗渗性的因素n通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；n密实度高的材料其抗渗性也较高；n材料的抗渗性与材料内部的孔隙率特别是开口孔隙率有关，开口孔隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。第五节第五节 材料的耐久性材料的耐久性n耐久性是指材料在长期使用过程中，在内、外部因素的作用下，经久不破坏、不变质，保持原有性能的性质。n耐久性是一种复杂的、综合的性质，包括材料的抗冻性、抗渗性、抗腐蚀性、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性和大气稳定性等

25、。n耐久性的特点：q长期性、后期加剧作用；q多种介质同时作用；q材料劣化结构失效效劳寿命降低材料在长期使用过程中易受到的破坏作用可分为：n物理作用：有干湿变化、温度变化及冻融变化等。n化学作用：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。n机械作用：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。n生物作用：包括菌类、白蚁、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。酸雨腐蚀建筑物 n图为某大楼的外表，从中可见墙壁发黑，在有的地方可见白色流迹线。试分析原因。n解析：整体变黑是由于吸附以碳为主的煤烟状悬浮颗粒物造成的。由于雨水中硫酸的冲洗，使石材露出新外

26、表，形成流迹线；同时石灰质碱性岩容易与酸起反响，石材本身被硫酸溶解，出现外表凸凹不平，不久会出现建筑物的整体腐蚀。抗冻性混凝土、砖、石材抗风化性陶瓷、砖抗老化性有机建材耐化学腐蚀金属材料抗渗性-混凝土抗碳化-混凝土材料的抗冻性n抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，抵抗屡次冻融循环，不破坏、强度也不显著降低的性质。冻融破坏的主要原因：n材料有孔且孔隙含水；n水冰体积膨胀9，结冰压力高达100MPa；n结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；n裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度；n饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏；n反复屡次进一步加剧最终材料崩溃。严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨

27、海大桥等均需考虑冻融破坏。冻融破坏的桥梁冻融破坏的桥梁冻冻融融破破坏坏的的水水库库坝坝面面海上钻井平台海上钻井平台大贝尔特海峡工程大贝尔特海峡工程（Denmark 丹丹 麦）麦）Highway Bridge in Service of 20 Years 使用使用2020年的高速公路桥梁年的高速公路桥梁n抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时(强度损失25%，质量损失5%)所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。n材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200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。影响抗冻性的因素影响

28、抗冻性的因素:1.材料的密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量越大则其抗冻性越差。第六节第六节 材料与热有关的性质材料与热有关的性质一、导热性 导热性是指材料传导热量的能力。可用导热系数表示：式中：导热系数，W/（mK）；Q传导的热量，J；d材料厚度，m；A热传导面积，m2；Z热传导时间，s；材料两面温度差，K。n导热系数越小，材料的保温隔热性能越好。n材料的孔隙率越大其导热系数越小。二、比热及热容量n热容量是指材料温度升高1K（或降低1K）时所汲取（或放出）的热量。n比热是指单位

29、质量的材料温度升高1K（或降低1K）时所汲取（或放出）的热量。其计算式如下所示：式中：C材料的比热，J/（gK）；Q材料汲取或放出的热量(热容量)；G材料质量，g；（t2 t1）材料受热或冷却前后的温差，K。n墙体、屋面或其他部位材料的热容量对保持建筑物内部温度稳定有很大关系，热容量高的材料，能在热流变动或采暖设备供热不匀时，缓和室内温度的波动，保持室内温度的稳定。【观察与讨论】：孔隙对材料性质的影响 n某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，见图。请问选择何种材料？A A B B材料剖面材料剖面谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH