建筑材料的基本性质 (2)

1、第二章第二章 建筑材料的建筑材料的基本性质基本性质n熟悉和掌握材料的基本性质，对于正确选熟悉和掌握材料的基本性质，对于正确选择和合理使用材料至关重要。本章主要介择和合理使用材料至关重要。本章主要介绍了材料的基本物理性质、力学性质及其绍了材料的基本物理性质、力学性质及其有关指标和计算公式。物理性质包括材料有关指标和计算公式。物理性质包括材料与质量有关的性质、与水有关的性质、热与质量有关的性质、与水有关的性质、热工性质，力学性质包括强度、弹性与塑性、工性质，力学性质包括强度、弹性与塑性、脆性与韧性。脆性与韧性。 本章提要本章提要2.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质n2.1.1 材料与质量有

2、关的性能材料与质量有关的性能 1、三种密度、三种密度1）实际密度（真密度）：指材料在绝对密）实际密度（真密度）：指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：实状态下单位体积的质量，按下式计算： 绝对密实状态下的体积绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在是指不包括孔隙在内的固体物质的体积内的固体物质的体积。mV*测量有孔隙材料真密度测量有孔隙材料真密度密度密度的方法与步骤：的方法与步骤：要磨细要磨细李氏瓶天平2）体积密度（体积密度（表观密度）表观密度）：指材料在自然：指材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：状态下单位体积的质量，按下式计算： 材料的表观体积材料的表观体积是指包含孔隙的体

3、积。一般是指包含孔隙的体积。一般是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的表观密度。称为表观密度。称为气气干表观密度。干表观密度。在烘干状态下在烘干状态下的表观密度，称为的表观密度，称为干表观密度干表观密度。 00mV取材料样品取材料样品烘烘 干干烘箱烘箱1050C1100C冷却到室温冷却到室温干燥器干燥器称量质量称量质量 m天平天平一、测定材料的干质量m:分两种情况：（1 1）对于形状规则的材料，如砖、石块等：）对于形状规则的材料，如砖、石块等：用用游标卡尺游标卡尺可定材料的自然体积；可定材料的自然体积；a)a)对于六面体，测定长、宽、高；对于六面体，测

4、定长、宽、高；b)b)对于圆柱体，测定其直径和高；对于圆柱体，测定其直径和高；（2 2）对于）对于形状不规则的材料形状不规则的材料，如卵石、碎石等，采，如卵石、碎石等，采用用排液法排液法确定其自然体积；（确定其自然体积；（要先蜡封）要先蜡封）*3）堆积密度：指散粒（粉状、颗粒或纤维）堆积密度：指散粒（粉状、颗粒或纤维状）材料在自然状态下单位体积的质量，状）材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：按下式计算： 砂子、石子等散粒材料的堆积体积砂子、石子等散粒材料的堆积体积，是在特，是在特定条件下所填充的容量筒的容积。材料的堆积定条件下所填充的容量筒的容积。材料的堆积体积包含了颗粒之间或纤维之间

5、的孔隙。体积包含了颗粒之间或纤维之间的孔隙。 常用建筑材料的有关数据常用建筑材料的有关数据见表见表2.1。00mV？（1）首先采用前述方法进行干燥）首先采用前述方法进行干燥;（2）然后采用）然后采用容量升容量升来测定砂子、石子的来测定砂子、石子的堆积体积，方法如下：堆积体积，方法如下： a）砂子采用砂子采用1L、5L的容量升的容量升来测堆积体来测堆积体积；积； b）石子采用石子采用10L、20L、30L的容量升的容量升来来 测定其堆积体积；测定其堆积体积；（3）利用公式计算堆积密度：）利用公式计算堆积密度：0V00Vm表表2.1 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

6、度、堆积密度和孔隙率和孔隙率 材料材料 密度密度(g/cm3) 表观密度表观密度0(kg/m3) 堆积密度堆积密度0(kg/m3)孔隙率孔隙率(%)石灰岩石灰岩 2.602.8020002600_花岗岩花岗岩 2.602.9026002800_0.53.0碎石碎石(石灰石灰岩岩) 2.602.80_14001700_砂砂 2.60_14501650_粘土粘土2.60_16001800_普通粘土普通粘土砖砖 2.5016001800_2040材料材料 密度密度(g/cm3) 表观密度表观密度0(kg/m3) 堆积密度堆积密度0(kg/m3)孔隙率孔隙率(%)粘土空心粘土空心砖砖 2.501000

7、1400_水泥水泥 3.10_12001300_普通混凝普通混凝土土 _21002600_520木材木材 1.55400800_5575钢材钢材 7.857850_0泡沫塑料泡沫塑料 _2050_n几种密度的比较000Vm VmVmV0V几种密度之间的几种密度之间的大小关系是怎样大小关系是怎样的？的？000Vm 比较项目实际密度近似密度表观密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式应用判断材料性质材料用量及体积的计算2、材料的密实度与孔隙度、材料的密实度与孔隙度1) 密实度密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实密实度是指材料体积内被固体物质所充实的

8、程度，也就是固体物质的体积占总体积的的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映材料的致密程度。以比例。密实度反映材料的致密程度。以D表示：表示： 000100%100%mVDmV-例如：例如：某种普通粘土砖某种普通粘土砖 0=1700kg/m3，=2.5g/cm3。 那么其密实度那么其密实度 D=0100% =68%2) 孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。计算式为：占的比例。计算式为： 孔隙率与密实度的关系为：孔隙率与密实度的关系为：00001(1) 100%VVVPVV 1PD如如上述普通粘土砖的孔

9、隙率为：上述普通粘土砖的孔隙率为：P =（1-0)100% =(1-0.68)100%=32%材料的密实度和孔隙率是从不同方面反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。映材料的密实程度，通常采用孔隙率表示。v密实度和孔隙率反映了材料密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。的致密程度。 一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越少接孔隙越少,则：则：其强度越高其强度越高；吸水越少；吸水越少；抗渗性和抗冻性越好；抗渗性和抗冻性越好；但是保温性差；导热性越好但是保温性差；导热性越好3) 材料的孔隙材料的孔隙 材料内部孔隙一般由自然形成

10、或在生产材料内部孔隙一般由自然形成或在生产.制造过程中产生，主要形成原因包括：材料内部制造过程中产生，主要形成原因包括：材料内部混入水；自然冷却作用；外加剂作用；焙烧作用混入水；自然冷却作用；外加剂作用；焙烧作用等。等。 材料的孔隙构造特征对建筑材料的各种基本材料的孔隙构造特征对建筑材料的各种基本性质具有重要影响，一般可由性质具有重要影响，一般可由孔隙率、孔隙连通孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径性和孔隙直径3个指标来描述个指标来描述。 根据材料内部孔隙构造的不同，孔隙分为连根据材料内部孔隙构造的不同，孔隙分为连通的和封闭的两种。通的和封闭的两种。几种常用材料的孔隙率列于几种常用材料的孔隙率列于表表

11、2.1。 3、材料的填充率与空隙率、材料的填充率与空隙率1) 填充率填充率填充率是指散粒材料在某种堆积体积内被填充率是指散粒材料在某种堆积体积内被其颗粒填充的程度。其颗粒填充的程度。 其计算式为：其计算式为： 0000100%100%VDV 2) 空隙率空隙率 空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占堆积体积的百分率。颗粒之间的空隙体积所占堆积体积的百分率。以以P表示。表示。 空隙率与填充率的关系为：空隙率与填充率的关系为： 00000001(1) 100%VVVPVV 1PD堆积密度、空隙率指标在工程中的应用堆积密度、空隙率指标在工程中的

12、应用 例如：在砼中，砂石间的空隙需要水泥浆填充。例如：在砼中，砂石间的空隙需要水泥浆填充。其空隙越大，拌制砼所需的水泥浆量越多，如果要其空隙越大，拌制砼所需的水泥浆量越多，如果要节约水泥，减少砼的成本，就需要采用空隙率尽可节约水泥，减少砼的成本，就需要采用空隙率尽可能小的砂石，而空隙率与表现密度和堆积密度有关。能小的砂石，而空隙率与表现密度和堆积密度有关。因此，建筑用卵石、碎石因此，建筑用卵石、碎石GB/T14658-2001中规定，表观密度大于中规定，表观密度大于2500千克千克/立方米，立方米，堆积密度大于堆积密度大于1350千克千克/立方米，空隙率小于立方米，空隙率小于47%。孔隙率与空

13、隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作 用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式）（10010P）（100100P2.1.2 材料与水的有关性能材料与水的有关性能1、亲水性与憎水性、亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触时，根据材料表面被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水润湿的情况，分亲水性材料和憎水性材料两类类当材料分子与水分子间的相互作用力大于水当材料分子与水分子间的相互作用力大于水分子间的作用力时，材料表面就会被水所润湿。分子间的作用力时，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，沿水滴此时在材料、水

14、和空气的三相交点处，沿水滴表面所引切线与材料表面所成的夹角表面所引切线与材料表面所成的夹角90图图2.2(a)，这种材料属于亲水性材料。这种材料属于亲水性材料。习题一、习题一、1 如果材料分子与水分子间的相互作用力小如果材料分子与水分子间的相互作用力小于水本身分子间的作用力，则表示材料不能于水本身分子间的作用力，则表示材料不能被水润湿。此时被水润湿。此时，润湿角，润湿角90180图图2.2(b)，这种材料称为憎水性材料。，这种材料称为憎水性材料。 大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、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、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥

15、青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。 图图2.2 材料润湿示意图材料润湿示意图气气液液气气液液亲水性与憎水性材料的特征： 材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。 水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。 水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。亲水性材料是不是就不具备防水功能？亲水性材料是不是就不具备防水功能？2、吸水性吸水性 吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。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率表示。吸水性的大小用吸水率表

16、示。 吸水率为材料浸水饱和后，吸收水分的质吸水率为材料浸水饱和后，吸收水分的质量（体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）量（体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。分为质量吸水率和体积吸水率。的百分比。分为质量吸水率和体积吸水率。 质量吸水率质量吸水率 100%mmWm干湿质干体积吸水率体积吸水率00V1100%=100%VVmmW水干湿体水 材料吸水性不仅取决于材料本身是亲水还材料吸水性不仅取决于材料本身是亲水还是憎水的，还与材料的孔隙率的大小和孔隙是憎水的，还与材料的孔隙率的大小和孔隙构造特征有关。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3、吸湿性吸湿性

17、 习题习题1-4 材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性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。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：量的百分比。计算式为： 100%mmWm干含含干吸水率与吸湿性的区别吸水率与吸湿性的区别比较项目吸水率吸湿性适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率吸水性和吸湿性的影响因素吸水性和吸湿性的影响因素 n吸水性材料与水接触时，其内部孔隙会吸收水分

18、，这种性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率表示。n吸湿性材料在潮湿空气中，会吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用平衡含水率表示。 材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料的亲水性或憎水性密切相关：的亲水性或憎水性密切相关：u 材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水环境的水开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。u 亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。亲水性

19、孔壁使水自动吸入；亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。憎水性孔壁难以使水吸入。拓展思考拓展思考1、为什么房屋一楼特别潮湿？、为什么房屋一楼特别潮湿？2、如何解决？、如何解决？1、地下水沿材料毛细管上升，然后、地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，技术措施？阻塞毛细通道，技术措施？对材料中的毛细管壁进行憎水对材料中的毛细管壁进行憎水处理处理4、耐水性耐水性 材料在长期饱和水作用下不被破坏，其强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。材料的度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水

20、性用软化系数表示。耐水性用软化系数表示。 计算式为：计算式为：Kff1软0软化系数越大，软化系数越大，材料的耐水性材料的耐水性是越好还是越是越好还是越差？差？材料在水饱和状材料在水饱和状态下抗压强度态下抗压强度材料在干燥状态材料在干燥状态下抗压强度下抗压强度一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱一般材料吸水后，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可溶性物质时（如石膏、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。部分物质，造

21、成强度的严重降低。材料与水有关的性质材料与水有关的性质n软化系数反映了材料饱水后强度降低的程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度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一。n软化系数的波动范围在软化系数的波动范围在0至至1之间。工程中之间。工程中通常将通常将KR0.85的材料称为耐水性材料，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。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，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材料软化系数也不得小于0.75 。 某材料在干燥状态下测得抗压强度为某材料在干燥状态

22、下测得抗压强度为52MPa52MPa，吸水，吸水饱和后测其抗压强度为饱和后测其抗压强度为48MPa48MPa，试判断该材料是否为，试判断该材料是否为耐水性材料？耐水性材料？计算软化系数：计算软化系数：K KR R=48/52=0.92 0.85=48/52=0.92 0.85故，该材料为耐水性材料故，该材料为耐水性材料 5、抗渗性抗渗性 抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗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透的性质。材料的抗渗性可用渗透系数K表示。表示。 K值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。抗渗性愈差。QKdAt

23、H式中：式中：K渗透系数渗透系数,（cm / h）; Q渗水量，渗水量， （cm3 ）；）； W A渗水面积渗水面积,（cm2 ）；）； H材料两侧的水压差材料两侧的水压差（cm）；）； d试件厚度试件厚度 （cm）；）； t渗水时间渗水时间 （h）。）。 材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件，在标准试验方法下所等级是以规定的试件，在标准试验方法下所 能承受的最大水压力来确定，以符号能承受的最大水压力来确定，以符号“Pn”表表示，如示，如P4、P6、P8等分别表示材料能承受等分别表示材料能承受 0. 4、0. 6、0.8MPa的水压而不渗水

24、。的水压而不渗水。 例如例如：某防水混凝土的抗渗等级为某防水混凝土的抗渗等级为P6，表，表示该混凝土试件经标准养护示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定后，按照规定的试验方法在的试验方法在0.6MPa压力水的作用下无渗透压力水的作用下无渗透现象。现象。材料亲水性和憎水性材料亲水性和憎水性 通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度材料的密实度 密实度高的材料其抗渗性也较高密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征材料的孔隙特征 具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。大孔且连具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。大孔且连通孔将使材料的抗渗系数降低通孔将使材料

25、的抗渗系数降低影响材料抗渗性的因素影响材料抗渗性的因素 抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。在设计地下抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。在设计地下建筑、压力管道、容器等结构时，建筑、压力管道、容器等结构时， 均需要求其所用材均需要求其所用材料具有一定的抗渗性能。抗渗性也是检验防水材料质料具有一定的抗渗性能。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。量的重要指标。n抗冻性抗冻性材料饱水下，抵抗冻融循环破坏材料饱水下，抵抗冻融循环破坏作用的能力作用的能力n抗冻等级抗冻等级材料丧失性能前能承受的最多材料丧失性能前能承受的最多冻融循环次数，用冻融循环次数，用Fn表示，表示，n为最大冻融循为最大冻融循环次数。

26、环次数。n冻融循环试验冻融循环试验n冻融破坏的原因冻融破坏的原因n抗冻性的影响因素抗冻性的影响因素 混凝土 抗冻性试验 水结冰时，体积膨胀9；当材料内部孔隙饱水情况下，发生多次冻融循环，在水结冰时产生的拉力作用下，产生裂缝、扩展、延伸，和连通，导致材料破坏。材料内部的孔隙率与孔隙特征孔隙内的饱水程度材料强度与韧性环境温度变化n越大，抗冻性越大，抗冻性越好还是越差？越好还是越差？n越大，抗冻等级越高，抗越大，抗冻等级越高，抗冻性越好，如：冻性越好，如：F50F256、抗冻性抗冻性2.1.3 材料的热工性能材料的热工性能1、导热性、导热性 材料传导热量的性能称为导热性。材料的导材料传导热量的性能称

27、为导热性。材料的导热性用导热系数热性用导热系数表示。表示。导热系数的物理意义是指，单位厚度（导热系数的物理意义是指，单位厚度（1m）的材料，当两个相对侧面温差为的材料，当两个相对侧面温差为1K时，在单位时，在单位时间（时间（1s）内通过单位面积（）内通过单位面积（1m2）的热量。）的热量。计算式为：计算式为：21()QdAz tt材料的导热系数与材料的成分、构造等因素有关。材料的导热系数与材料的成分、构造等因素有关。式中：式中：导热系数，导热系数，W（mK）；）； Q传导的热量，传导的热量，J； d材料厚度，材料厚度，m； F热传导面积，热传导面积，m2； Z热传导时间，热传导时间，h；（t2

28、t1）材料两面温度差，材料两面温度差，K导热系数越小，导热系数越小，材料的导热性材料的导热性是越好还是越是越好还是越差？差？2、热容量热容量 材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性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，质，称为热容量。热容量用比热表示，1g材料材料温度升高或降低温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量称时，所吸收或放出的热量称为比热。比热的计算式为：为比热。比热的计算式为： 21()Qcm tt 材料的比热与质量的乘积为材料的热容量材料的比热与质量的乘积为材料的热容量值值Q容容=cm（t2-t1）。比热反映了材料的吸热）。比热反映了材料的吸热或

29、放热的能力。同一材料，不同状态比热也不或放热的能力。同一材料，不同状态比热也不同。同。Q材料吸收或放出的热量材料吸收或放出的热量(热容量热容量)；C材料的比热，材料的比热，J/（gK m材料质量，材料质量，g；（T1 T2）材料受热材料受热或冷却前后的温差，或冷却前后的温差，K。3、材料的保温隔热性能材料的保温隔热性能 在建筑工程中常把在建筑工程中常把1/称为材料的热阻，用称为材料的热阻，用R表示，单位为（表示，单位为（mK）/W。 人们常把防止室内热量的散失称为保温，把人们常把防止室内热量的散失称为保温，把防止外部热量的进入称为隔热，将保温隔热统防止外部热量的进入称为隔热，将保温隔热统称为绝

30、热。称为绝热。 导热系数越小，其热阻值越大，则材料的导导热系数越小，其热阻值越大，则材料的导热性能越差，其保温隔热性能越好。热性能越差，其保温隔热性能越好。 常将常将0.175W/（ mK）的材料成为绝热）的材料成为绝热材料。材料。4、热变形性热变形性 材料的热变形性是指材料在温度变化时其尺材料的热变形性是指材料在温度变化时其尺寸的变化，一般材料均具有热胀冷缩这一自然寸的变化，一般材料均具有热胀冷缩这一自然属性。属性。 因温度和日照都易引起伸缩，在构件结合和因温度和日照都易引起伸缩，在构件结合和组合是都必须予以注意。组合是都必须予以注意。 2.1.4 材料的声学性能材料的声学性能1、材料的吸声性能、材料的吸声性能 物体振动时，迫使临近空气随着振