第一章 建筑材料的基本性质

一材料的物理性质二材料的力学性质三材料的耐久性目录第一章建筑材料的基本性质第一节材料的物理性质一、与质量有关的性质密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量，又称为实际密度，按下式计算：材料在干燥状态下的质量，g干燥材料在绝对密实状态下的体积，cm3材料的密度，g/cm3绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。视密度是指材料在自然状态下不含开口孔隙时，单位体积的质量。，按下式计算：1密度2视密度堆积材料在干燥状态下的质量，g或kg包含少量封闭孔隙而不包含开口孔隙的体积，cm3或m3堆积材料的视密度，g/cm3或kg/m3表观密度指材料在自然状态下，单位表观体积的质量，称为体积密度，按下式计算：材料在干燥状态下的质量，g或kg材料在自然状态下的体积，即表观体积，cm3或m3材料的表观密度，g/cm3或kg/m3由于密实材料V孔或V闭是很小的，即与V或V0相近，所以、及三者相差不大。所以，在精确度要求不高的情况下，视密度可以代替密实材料的密度或表观密度。3表观密度堆积密度是指疏松状（小块、颗粒、纤维）材料在堆积状态下，单位堆积体积的质量。材料在干燥状态下的质量，g或kg材料的堆积体积，包括固体颗粒体积、孔隙体积及空隙体积，cm3或m3材料的堆积密度，g/cm3或kg/m3（1）密实度密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料的绝对密实体积与表观体积的比值，按下式计算：4堆积密度5密实度和孔隙率或（2）孔隙率孔隙率是指在材料自然状态的体积内，孔隙体积（开口的和闭口的）所占的百分比，按下式计算：孔隙率由开口孔隙率和闭口孔隙率两部分组成。①开口孔隙率指材料内部开口孔隙与材料在自然状态下体积的百分比，即被水饱和的孔隙体积所占的百分率，其计算式为：②闭口孔隙率（PB）指孔隙率与开口孔隙率之差，用下式表示：PB=P－PK材料的密实度和孔隙率是从两个不同的方面反映材料的同一性质。材料的孔隙率越大，表示材料的密实度越小。6填充率与空隙率（1）填充率填充率是指在散粒状材料的自然堆积体积内，被颗粒所填充的程度。可按下式计算：如果是密实材料，如天然砂、石，上式可以近似计算得：（2）空隙率空隙率是指在散粒材料的自然堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占百分比，按下式计算：填充率和空隙率是从两个不同侧面反映材料的颗粒互相填充的疏密程度。空隙率可以作为控制混凝土骨料级配的依据。在建筑工程中，计算材料的用量经常用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据，常用材料的密度参数如下表所示。材料名称实际密度表观密度堆积密度孔隙率花岗岩2.6~2.92500~2700-0.5~3普通黏土砖2.51600~1800-20~40黏土空心砖2.51000～1400-普通混凝土-2100～2600-5~20轻骨料混凝土-800～1900--水泥3.1-1200~1300-石灰岩2.61800～2600--砂2.6-1450~1650-黏土2.6-1600~1800-木材1.55400～800-55~75建筑钢材7.857850-0二、与水有关的性质1亲水性与憎水性材料与水接触时，根据材料表面能否被水润湿，可将其分为亲水性和憎水性两类。亲水性是指材料表面能被水润湿的性质；憎水性是指材料表面不能被水润湿的性质。示意图如下图所示。（a）亲水性材料（b）憎水性材料亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而被吸入材料内部。憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。建筑材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等，只有少数材料为憎水性材料，如沥青、石蜡等。吸水性是指材料在水中吸收水分的性质，其大小用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。2吸水性（1）质量吸水率材料在吸水饱和时，所吸收水分的质量占材料干燥质量的百分比称为质量吸水率。可按下式计算：（2）体积吸水率材料在吸水饱和时，所吸收水分的体积占材料干燥体积的百分比称为体积吸水率。可按下式计算：材料吸水率的大小，与材料的孔隙率和孔隙特征有关。一般情况下，孔隙率越大，吸水率也越大。吸湿性是指材料在潮湿的空气中吸收水分的性质，其大小用含水率表示。含水率是指材料在自然状态下，所含水分的质量占材料干燥质量的百分比，可按下式计算：3吸湿性材料吸湿性的大小，取决于材料本身的组织结构和化学成分。同时，含水率的大小还与周围空气的相对湿度和温度有关。相对湿度越高、温度越低时材料的含水率越大。（1）耐水性耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不被破坏，强度也不显著降低的性质，其大小用软化系数表示，按下式计算：软化系数的大小反映材料在浸水饱和后强度降低的程度。材料被水浸湿后，强度会有所下降，因此软化系数在0～1之间。（2）抗渗性定义：抗渗性是指材料抵抗水、油等液体压力渗透的性质。材料的抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关，封闭孔隙且孔隙率小的材料抗渗性好，连通孔隙且孔隙率的材料抗渗性差。等级：抗渗等级来PN表示，如P6、P8、P10、P12等，分别表示材料可抵抗0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa的水压力而不渗水。抗渗等级越大，抗渗性越好。（3）抗冻性定义：是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不严重降低的性质。等级：抗冻性用抗冻等级FN表示，有F10、F15、F25、F50、F100等级别。三、与热有关的性质1导热性导热性是指材料能传导热量的性质，其大小用导热系数λ表示。导热系数是指厚度为1m的材料，当两侧的温度差为1K时，在1h内通过1m2面积的热量，可按下式计算：材料导热性与孔隙率、孔隙特征等因素有关。建筑物要求具有良好的保温隔热性能。常用材料的导热系数如下表所示。材料导热系数［W/（mK）］比热容［J/（gK）］钢材580.48花岗岩3.490.92混凝土1.510.84烧结普通砖0.810.88松木1.17~0.352.72泡沫塑料0.0351.30冰2.202.05水0.584.19密闭空气0.0231.00铜材3700.38比热的大小直接反映出材料吸热或放热能力的大小。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。第二节材料的力学性质一、强度定义：材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。分类：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度材料的强度与其组成、结构构造有关。材料的强度还与试验条件有关。示例：对蒸压灰砂砖试样进行抗压和抗折试验，试件尺寸如下图所示。测得最大破坏荷载为207kN，最大抗折荷载为3040N，试求该砖的抗压强度和抗折强度分别为多少？解析：抗压强度：抗折强度：二、弹性与塑性（1）弹性定义：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。弹性变形的大小与其所受外力的大小成正比，这时的比例系数E称为弹性模量。材料在弹性变形范围内，E为常数，其计算公式为：（2）塑性定义：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍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。在建筑材料中，没有纯弹性的材料。一部分材料在受力不大的情况下，只产生弹性变形，当外力超过一定限度后，便产生塑性变形，如右图所示。（a）弹性与塑性变形（b）材料的弹塑性变形三、韧性与脆性（1）韧性定义：材料受力时，发生较大变形不断裂的性质称为韧性。具有这种性质的材料称为韧性材料。如钢材、木材、塑料、橡胶等。（2）脆性定义：材料受力时，在没有明显变形的情况下突然断裂的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。如生铁、混凝土、砖、石、玻璃、陶瓷等。四、硬度与耐磨性（1）硬度定义：材料抵抗外物压入的性质称为硬度。可用刻痕法（能否刻出痕迹）、压痕法（硬物压入的深浅）等方法测定。（2）耐磨性定义：材料抵抗外物磨损的性质称为耐磨性。硬度大、强度高的材料，其耐磨性好。第三节材料的耐久性定义：材料在使用过程中抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质称作耐久性。材料在使用过程中，受到以下几个方面的破坏作用：（1）物理作用：材料的干湿变化、温度变化及冻融变化等（2）化学作用：酸、碱、盐等物质的水溶液和有害气体的侵蚀作用，以及日光、紫外线等对材料的作用。（3）生物作用：虫、菌的作用。（4）机械作用：荷载持续作用，交变荷载对材料引起的疲劳、冲击、磨损等。为提高材料的耐久性，通常可以从以下几方面考虑：（1）设法减轻大气或其他介质对材料的破坏作用。（2）提高材料本身的密实度，改变材料的孔隙构造。（3）适当改变成分，提高材料的大气稳定性。（4）在材料表面设置保护层。