建筑材料的基本性能课件

1、1 建筑材料的基本性能建筑材料的基本性能 主要介绍建筑材料的基本物理性质、力主要介绍建筑材料的基本物理性质、力 学性能、材料的耐久性以及有关参数、性能学性能、材料的耐久性以及有关参数、性能 指标和计算公式等，通过对材料基本性能的指标和计算公式等，通过对材料基本性能的 了解与掌握，为今后的学习与实践打下一定了解与掌握，为今后的学习与实践打下一定 的基础。的基础。 本章提要本章提要 本本 章章 内内 容容 1.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质 1.2 材料的力学性质材料的力学性质 1.3 材料的耐久性材料的耐久性 1.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质 材料在绝对密实状态下（内部不含

2、任何孔 隙），单位体积的质量称为材料的密度，以表 示。其计算式为： 绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内 部孔隙的固体物质的真实体积。 1.1.1 材料的基本物性参数材料的基本物性参数 密度密度 m V 表观密度是指材料在自然状态下，单位体积 所具有的质量，其计算式为： 表观体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。 对外形规则的材料，其几何体积即为表观体积； 对外形不规则的材料，可用排水法测定。 一般所指的表观密度，是以干燥状态下的测 定值为准。 表观密度表观密度 0 0 m V 堆积密度（旧称松散容重），是指散状（粉 状、粒状或纤维状）材料在自然堆积状态下单位

3、体积（包含了颗粒内部的孔隙即颗粒之间的空隙） 所具有的质量。 其计算式为： 常用建筑材料的基本物理参数见表1.1。 堆积密度堆积密度 0 0 m V 表表1.1 常用建筑材料的密度、表观密度、堆积常用建筑材料的密度、表观密度、堆积 密度和孔隙率密度和孔隙率 材料 密度(kg/m3) 表观密度 0(kg/m3) 堆积密度 0(kg/m3) 孔隙率(%) 石灰岩 2.6018002600_ 花岗岩 2.602.9025002800_0.53.0 碎石(石灰岩) 2.60_14001700_ 砂 2.60_14501650_ 普通粘土砖 2.502.8016001800_ 粘土空心砖

4、 2.5010001400_ 材料 密度(kg/m3) 表观密度 0(kg/m3) 堆积密度 0(kg/m3) 孔隙率(%) 水泥 3.10_12001300_ 普通混凝土 _21002600_520 木材 1.55400800_5575 钢材 7.857850_0 泡沫塑料 _2050_ 玻璃 2.55_ 续表1.1 (1) 密度密度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的 程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例， 以D表示。 其计算式为： 密实度与孔隙率密实度与孔隙率 0 0 100% V D V (2) 孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料体积内孔隙体积占材料总体 积的百分率，

5、以P表示。 其计算式为： 00 00 1(1) 100% VVV P VV 材料的总体积是由该材料的固体物质与其所 包含的孔隙所组成的。 建筑材料的许多性能如强度、吸水性、耐久 性、导热性等均与材料的孔隙有关。 孔隙按其尺寸大小又可分为微孔、细孔和大 孔。 几种常用建筑材料的孔隙率见表1.1。 1PD (1) 填充率填充率 填充率是指散粒状材料在其堆积体积内，被 其颗粒填充的程度，以D表示。 其计算式为： 填充率与空隙率填充率与空隙率 0 0 100% V D V (2) 空隙率空隙率 空隙率是指散粒状材料在堆积体积中，颗粒 之间的空隙体积占堆积体积的百分率，以P表示。 其计算

6、式为： 0000 000 1(1) 100% VVV P VV 空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间 相互填充的致密程度。 1PD 填充率与空隙率的关系为： 润湿是水在材料表面被吸附的过程，材料被 水润湿的程度可用润湿角表示，如图1.1所示。 一般认为，润湿角90（如图1.1（a）所 示）的材料为亲水性材料。反之，90时， 表明该材料不能被水润湿，称为憎水性材料(如图 1.1（b）所示)。 1.1.2 材料与水有关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 图1.1材料的润湿示意图 (a)亲水性材料；（b）憎水性材料 (1) 吸水性吸水性 材料在浸水状态下吸入水分

7、的能力称为吸水 性。吸水性的大小，以吸水率表示，有两种表示 方法：质量吸水率和体积吸水率。 质量吸水率材料吸水达饱和时，其所 吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率，可 表示为： 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性 100% mm W m 干湿 质 干 体积吸水率是指材料体积内被水充实的 体积。即材料吸水达饱和时，所吸收水分的体积 占干燥材料自然体积的百分率，可按下式计算： 00 V1 100%=100% VV mm W 水干湿 体 水 质量吸水率与体积吸水率有如下的关系： 00 1 WWW 体质质 水 (2) 吸湿性吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿 性。吸湿性的大小可

8、用含水率表示。 材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率， 称为材料的含水率，可用下式计算： 100% mm W m 干含 含 干 材料长期在饱和水作用下而不破坏，其强度 也不显著降低的性质称为耐水性。 一般材料随着含水量的增加，会减弱其内部 的结合力，强度也会不同程度地降低。 材料的耐水性用软化系数表示，可按下式计 算： 耐水性耐水性 K f f 饱 软 干 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或 不透水性），可用渗透系数K表示。 材料的透水性可用达西定律来描述，即在一 定时间内，透水材料试件的水量与试件的断面积 及水头差（液压）成正比，与试件的厚度成反比。 可用下式表示： 1

9、.1.2.4 抗渗性抗渗性 W K100% hh WKAt dAth 或 渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质。 渗透系数越大，材料的抗渗性越差。 对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等 级S表示。 材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特 征有关 。 101SH 抗冻性是材料抵抗冻融循环作用，保持其原 有性能的能力。 对结构材料，主要指保持强度的能力，并以 抗冻标号来表示。 抗冻标号是用材料在吸水饱和状态下（最不 利状态），经冻融循环作用，强度损失和质量损 失均不超过规定值时，所能抵抗的最多冻融循环 次数来表示，记作D25、D50、D100、D150等。 抗冻性抗冻性 材料抗

10、冻性的高低决定于材料的吸水饱和程 度和材料对结冰体积膨胀所产生的压力的抵抗能 力。 抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。 材料的强度愈高，耐水性愈好，其抗冻性愈 好。 材料传导热量的能力，称为导热性。材料导 热能力的大小可以用导热系数（）表示。 导热系数在数值上等于厚度为1m的材料，当 其相对两侧表面的温度差为1K时，经单位面积 （1m2）单位时间（1s）所通过的热量。 1.1.3 材料的热工性质材料的热工性质 导热性导热性 材料的导热系数除与其本身的性质、结构、 密度有关外，还与材料的含水率及环境温度等有 关。 21 () Q At TT 可用下式表示： 材料加热或冷却时，

11、吸收或放出热量的性质， 称为热容量。 热容量的大小用比热容（也称热容量系数， 简称比热）表示，比热容表示1g材料，温度升高 1K时所吸收的热量，或降低1K时放出的热量。 材料吸收或放出的热量和比热，可用下式计 算： 比热容比热容 21 ()Qcm TT 21 () Q c m TT 比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物 理量。 常见建筑材料的热工指标见表1.2。 表表1.2几种典型材料的热工性质指标几种典型材料的热工性质指标 材料 导热系数(W/（mK）) 比热容(J/（gK）) 钢材580.48 铜材3700.38 花岗岩3.490.92 混凝土1.510.84 烧结普通砖

12、0.80.88 松木0.170.362.72 泡沫塑料0.031.30 冰2.202.05 水0.64.19 密闭空气0.0231.00 在建筑工程中常把1/称为材料的热阻，用R 表示。 导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热 性能的重要指标。材料的导热系数越小，其热阻 越大，则材料的保温隔热性能越好。 常将0.175W/（mK）的材料称为绝热材料。 材料的保温隔热性材料的保温隔热性 声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料 的吸声性，用吸声系数(吸收声功率与入射声功 率之比)表示。 吸声系数越大，材料的吸声性越好。吸声系 数与声音的频率和入射方向有关。 通常使用的六个频率为12

13、5Hz、250Hz、 500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。 1.1.4 材料的声学性质材料的声学性质 吸声性吸声性 一般将上述6个频率的平均吸声系数0.20的 材料称为吸声材料。最常用的吸声材料大多为多 孔材料。 影响材料吸声效果的主要因素有： (1) 材料的孔隙率和体积密度 (2) 材料的孔隙特征 (3) 材料的厚度 (1) 隔空气声隔空气声 透射声功率与入射声功率的比值称为声透射 系数，用表示，该值越大则材料的隔声性越差。 材料的隔声能力用隔声量R（R=10lg(1/)来 表示，单位为dB。 与声透射系数相反，隔声量越大，材料的 隔声性能越好。 1.1.4

14、.2 隔声性隔声性 (2) 隔固体声隔固体声 固体声是由于振源撞击固体材料，引起固体 材料受迫振动而发声，并向四周辐射声能。 固体声在传播过程中，声能的衰减极少。弹 性材料如地毯、木板、橡胶片等具有较高的隔固 体声的能力。 1.2 材料的力学性质材料的力学性质 材料的力学性能，就是指材料在外力（荷载） 作用下，抵抗破坏和变形的能力。 1.2.1 材料的强度材料的强度 材料因抵抗外力（荷载）作用而引起破坏的 最大能力，即为该材料的强度。其值是以材料受 力破坏时单位面积上所承受的力表示。计算式为： F f A 材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、 压力、弯曲力及剪应力等。材料抵抗上述外力破 坏的

15、能力，分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强 度。静力强度的分类和计算公式见表1.3。 大部分建筑材料，根据极限强度的大小，可 划分为若干不同的强度等级。 材料的强度与材料本身的组成、结构和构造 等有很大关系。钢材的抗拉、抗压强度都很高， 如表1.4所示。 表表1.3静力强度分类静力强度分类 强度类别 举例 计算式 附注 抗压强度 fc(MPa) fc=F/A F破坏荷载(N) A受荷面积(mm2) l跨度(mm) b断面宽度(mm) h断面高度(mm) 抗拉强度 ft(MPa) ft=F/A 抗剪强度 fv(MPa) fv=F/A 抗弯强度 ftm(MPa) ftm=3Fl/(2bh2) 表表1.

16、4 钢材、木材和混凝土的强度比较钢材、木材和混凝土的强度比较 材料 表观密度0 （kg/m3） 抗压强度fc （MPa） 比强度fc/0 普通混凝土 240029.40.012 低碳钢 78604150.053 松木 50034.3(顺纹)0.069 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后， 材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质， 称为弹性。 这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形， 称为弹性变形。 这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外 力成正比。其比例系数E称为弹性模量。 1.2.2 材料的弹性和塑性材料的弹性和塑性 在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其 值等于应力与应变的比值，即

17、： 材料在外力作用下产生变形，但不破坏，并 且当外力停止作用后，不能自动恢复原来形状的 性质，称为塑性。这种不能消失的变形称为塑性 变形或不可恢复变形。 E 在外力作用下，当外力达到一定限度后，材 料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质，称为 脆性。 在冲击、震动荷载作用下，材料能吸收较大 的能量，产生一定的变形而不致破坏的性质，称 为韧性。韧性值可用材料受荷载达到破坏时所吸 收的能量来表示，即： 1.2.3 材料的脆性和韧性材料的脆性和韧性 k k A A 硬度是材料表面抵抗其他物体压入或刻划的 能力。硬度的测定方法有刻划法和压入法。 按刻划法，材料的硬度可划分为110级(莫 氏硬度)。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球 压入法测定（布氏硬度HB）。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，常用磨 损率表示： 1.2.4 材料的硬度和耐磨性材料的硬度和耐磨性 12 mm B A 1.3 材料的耐久性材料的耐久性 材料长