第一章建筑材料的基本性质

1、第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质一一. .材料的物理性质材料的物理性质二二. . 材料的基本力学性质材料的基本力学性质三三. .材料的材料的耐久性耐久性一、材料的密度、表观密度与堆积密度一、材料的密度、表观密度与堆积密度（一）密度（一）密度第一节第一节 材料的物理性质材料的物理性质材料在材料在绝对密实状态下绝对密实状态下单位体积的质量称为材料的密度。单位体积的质量称为材料的密度。公式：公式：=m/V 式中式中 ：材料的密度（材料的密度（g/cm3） m材料在干燥状态下的质量（材料在干燥状态下的质量（g） V材料在绝对密实状态下体积（材料在绝对密实状态下体积（cm3）材料在绝对

2、密实状态下的材料在绝对密实状态下的体积，是指不包含材料内体积，是指不包含材料内部空隙的固体物质本身的部空隙的固体物质本身的体积，亦称实体积。体积，亦称实体积。 实际密度的测量：实际密度的测量： u对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等 直接以排水法作为密实态体积近似值直接以排水法作为密实态体积近似值 u对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材 磨成细粉，干燥后用排水法求的体积即为密实态体积磨成细粉，干燥后用排水法求的体积即为密实态体积（二）表观密度（二）表观密度材料在材料在自然状态下自然状态下单位体积的质量称为材料的表观密度。单位体积的质量

3、称为材料的表观密度。公式：公式：0=m/V 0 式中式中 ：0材料的表观密度（材料的表观密度（g/cm3） m材料的质量（材料的质量（g） V0材料在自然状态下体积（材料在自然状态下体积（cm3）材料在自然状态下的体材料在自然状态下的体积，是指包含材料封闭积，是指包含材料封闭空隙和连通孔隙的体积。空隙和连通孔隙的体积。u分：干表观密度和湿表观密度。通常所讲分：干表观密度和湿表观密度。通常所讲 的表观密度是指气干状态下的表观密度的表观密度是指气干状态下的表观密度u测量方法：规则形状，可根据实际测量测量方法：规则形状，可根据实际测量 不规则形状，用蜡封排液法不规则形状，用蜡封排液法（三）堆积密度（

4、三）堆积密度粒状材料粒状材料在在自然堆积状态下自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度。单位体积的质量称为堆积密度。公式：公式：0=m/V 0 式中式中 ：0 粒状材料的堆积密度（粒状材料的堆积密度（g/cm3） m粒状材料的质量（粒状材料的质量（g） V0 粒状材料在自然堆积状态下体积（粒状材料在自然堆积状态下体积（cm3）粒状材料在自然堆积状态下的体粒状材料在自然堆积状态下的体积，是指既包含颗粒固体体积及积，是指既包含颗粒固体体积及其封闭、连通孔隙体积，又包含其封闭、连通孔隙体积，又包含颗粒之间空隙体积的总体积。颗粒之间空隙体积的总体积。由于大多数材料或多或少含有一些孔隙：由于大多数材料或

5、多或少含有一些孔隙： V V0 0 0 二、材料的孔隙率与密实度二、材料的孔隙率与密实度（一）孔隙率（一）孔隙率（P P0 0） 材料内部孔隙体积占总体积之比的百分率称为材料的孔隙率。材料内部孔隙体积占总体积之比的百分率称为材料的孔隙率。 公式公式 ：P0=（V孔孔/ V0 ）100% = （V0 V）/ V0 100% 式中：式中：V孔孔材料中全部孔隙的体积材料中全部孔隙的体积 V0 材料在自然状态下的体积材料在自然状态下的体积 V 材料在绝对密实状态下体积材料在绝对密实状态下体积 又由于又由于P0=（V0 V）/ V0 100% =（1-V/Vo ） 100% =（1-o/） 100%孔隙

6、率的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率小，则密实程度高。孔隙率的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率小，则密实程度高。按孔径大小，材料的孔隙可分为微孔、细孔及大孔。按孔径大小，材料的孔隙可分为微孔、细孔及大孔。通常，孔隙率较小。封闭微孔较多且孔隙分布均匀的材料，其吸水性较通常，孔隙率较小。封闭微孔较多且孔隙分布均匀的材料，其吸水性较小，强度较高，导热系数较小，抗渗性较好。小，强度较高，导热系数较小，抗渗性较好。（二）密实度（二）密实度（D） 材料内部固体物质的体积占总体积的百分率称为密实度。材料内部固体物质的体积占总体积的百分率称为密实度。 公式公式 ：D=（V/ V0 ）100% =（ o/）

7、 100% 式中：式中：V0 材料在自然状态下的体积材料在自然状态下的体积 V 材料在绝对密实状态下体积材料在绝对密实状态下体积根据上述孔隙率和密实度的定义，孔隙率和密实度的关系为：根据上述孔隙率和密实度的定义，孔隙率和密实度的关系为： P0 + D = 1密实度反映材料中固体物质充实的程度。密实度反映材料中固体物质充实的程度。（一）空隙率（一）空隙率（P P0 0） 粒状材料堆积体积中，颗粒间空隙体积占总体积的百分率称为空隙率。粒状材料堆积体积中，颗粒间空隙体积占总体积的百分率称为空隙率。 公式公式 ：P0 =（V0 - V0）/ V0 100% =(1- o /o) 100% 式中：式中：

8、V0 材料在自然状态下的体积材料在自然状态下的体积 V0粒状材料在自然堆积状态下体积粒状材料在自然堆积状态下体积空隙率的大小反映粒状材料颗粒间相互填充的迷失程度。空隙率的大小反映粒状材料颗粒间相互填充的迷失程度。三、材料的空隙率与填充率三、材料的空隙率与填充率（二）填充率（二）填充率（D D ） 粒状材料堆积体积中，颗粒体积占总体积的百分率称为填充率。粒状材料堆积体积中，颗粒体积占总体积的百分率称为填充率。 公式公式 ：D =（V0/ V0 ）100% =( o /o) 100%根据上述孔隙率和密实度的定义，孔隙率和密实度的关系为：根据上述孔隙率和密实度的定义，孔隙率和密实度的关系为： P0

9、+ D = 1（一）亲水性与憎水性（一）亲水性与憎水性四、材料与水有关的性质四、材料与水有关的性质 亲水性亲水性材料在空气中与水接触时，容易被水润湿材料在空气中与水接触时，容易被水润湿的性质，的性质， 称材料的亲水性。称材料的亲水性。 憎水性憎水性材料不易被水润湿的性质，称为憎水性。材料不易被水润湿的性质，称为憎水性。 材料被水润湿的情况可用材料被水润湿的情况可用润湿边角润湿边角表示。表示。 90亲水性材料亲水性材料 90憎水性材料憎水性材料当材料与水接触时，在当材料与水接触时，在材料、水、空气这三相材料、水、空气这三相体的交点处，引沿水滴体的交点处，引沿水滴表面的切线，此切线与表面的切线，此

10、切线与材料和水接触面的夹角材料和水接触面的夹角（二）吸水性与吸湿性（二）吸水性与吸湿性 材料在材料在水中水中吸收水分的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸收水分的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率吸水率表示，有表示，有两种表示方法：两种表示方法：（1）质量吸水率（）质量吸水率（ Wm ）：质量吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸收水）：质量吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸收水分的分的质量质量占干燥材料占干燥材料质量质量的百分率。的百分率。 公式公式 ：Wm=（ mb - mg）/ mg 100% 式中：式中： mb材料在吸水饱和状态下的质量（材料在吸水饱和状态下的质量（g）；）； mg材

11、料在干燥状态下的质量（材料在干燥状态下的质量（g）（2）体积吸水率（）体积吸水率（ WV）：体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸收水）：体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸收水分的分的体积体积占干燥材料占干燥材料体积体积的百分率。的百分率。 公式公式 ：WV=（ mb - mg）/ V0 w100% 式中：式中： V0 材料在自然状态下的体积；材料在自然状态下的体积； w水的密度（水的密度（g/cm3）1.吸水性吸水性 建筑工程中所用的材料一般采用质量吸水率，质量吸建筑工程中所用的材料一般采用质量吸水率，质量吸水率与体积吸水率的关系：水率与体积吸水率的关系：WV= Wm0 式中：式

12、中：0 材料在干燥状态下的表观密度（材料在干燥状态下的表观密度（g/cm3） 材料的吸水性与材料的材料的吸水性与材料的孔隙率孔隙率及及孔隙特征孔隙特征有关。有关。u 细微联通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率越大。细微联通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率越大。u 封闭的孔隙内水分不易进去，而连通大孔虽水分易进入封闭的孔隙内水分不易进去，而连通大孔虽水分易进入，但不易存留，只能润湿孔壁，所以吸水率小，但不易存留，只能润湿孔壁，所以吸水率小2.吸湿性吸湿性（ Wh） 材料在材料在空气中空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸水性用吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸水性用含水率含水率表示，表示，含水率是指材料

13、内部含水质量占材料干质量的百分率。含水率是指材料内部含水质量占材料干质量的百分率。 公式公式 ：Wm=（ ms- mg）/ mg 100% 式中：式中： ms材料在吸湿状态下的质量（材料在吸湿状态下的质量（g）；）； mg材料在干燥状态下的质量（材料在干燥状态下的质量（g） 材料的吸水性和吸湿性均对材料的性能产生不利影响。材料吸水后会导致材料的吸水性和吸湿性均对材料的性能产生不利影响。材料吸水后会导致其其自重增大、导热性增大，材料的强度和耐久性等将产生不同程度的下降自重增大、导热性增大，材料的强度和耐久性等将产生不同程度的下降。 材料在饱和水的作用下，强度不显著降低的性质称为材料的耐水性。材材

14、料在饱和水的作用下，强度不显著降低的性质称为材料的耐水性。材料的耐水性用料的耐水性用软化系数软化系数表示（表示（ KR）：）：KR = fw/ fd 式中：式中： fw材料在吸水饱和状态下的抗压强度（材料在吸水饱和状态下的抗压强度（Mpa）；）； fd材料在干燥状态下的抗压强度（材料在干燥状态下的抗压强度（Mpa）（三）耐水性（三）耐水性 软化系数的大小反映材料在浸水饱和后强度降低的软化系数的大小反映材料在浸水饱和后强度降低的程度。程度。u 软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。多，其耐水性越差。u K软软0.85的材料，一般

15、称为的材料，一般称为耐水性材料耐水性材料。u 对经常处于水中或受潮严重的对经常处于水中或受潮严重的重要结构物重要结构物（如地下（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，构筑物、基础、水工结构）的材料，其其K软软0.85；u 受潮较轻的或受潮较轻的或次要结构物次要结构物的材料，的材料，其其K软软0.75； （四）抗水渗透性能（四）抗水渗透性能 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗水渗透性能。材料的抗渗性用材料抵抗压力水渗透的性质称为抗水渗透性能。材料的抗渗性用渗透系数（渗透系数（Ks）来表示。来表示。公式公式 ： Ks=Qd/AtH式中：式中：Ks渗透系数（渗透系数（cm/h）;Q渗透水量（渗透水量（c

16、m3） d材料的厚度（材料的厚度（cm）；）；A渗水面积（渗水面积（cm2） t渗水时间（渗水时间（h）；）；H静水压力水头（静水压力水头（cm）渗透系数越大，表示渗透材料的水量越多，即抗水渗透性能越差。渗透系数越大，表示渗透材料的水量越多，即抗水渗透性能越差。 工程实际中，材料的抗水渗透性能通常用工程实际中，材料的抗水渗透性能通常用抗渗等级抗渗等级或或渗水高度表渗水高度表示示。抗渗等级符号。抗渗等级符号“Pn”中，中，n为该材料在标准实验条件下所能承受为该材料在标准实验条件下所能承受的最大水压力的的最大水压力的10倍。如倍。如P2、P4、P6、P8、P10、P12 等分别表示材料能承等分别表

17、示材料能承受受0.4、0.6、0.8、1.0、1.2Mp的水压而不渗水。的水压而不渗水。 材料的抗水渗透性与主要与材料的物质组成、结构有关，尤其与材料的抗水渗透性与主要与材料的物质组成、结构有关，尤其与其空隙特征有关：连通大孔其空隙特征有关：连通大孔细微连通孔隙细微连通孔隙封闭空隙封闭空隙意义：一定厚度的材料，意义：一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，在单位压力水头作用下，在单位时间内透过单位面在单位时间内透过单位面积的水量积的水量（五）抗冻性能（五）抗冻性能 材料经受多次冻融循环作用质量损失率和抗压强度损失材料经受多次冻融循环作用质量损失率和抗压强度损失率符合规定要求的性质称为材料抗冻性。

18、率符合规定要求的性质称为材料抗冻性。 材料的抗冻性用材料的抗冻性用抗冻等级抗冻等级Fn或或抗冻标号抗冻标号Dn表示。表示。符号符号“Fn”和和“Dn” 中中n均代表最大冻融循环次数，如均代表最大冻融循环次数，如F25表示材料能抵抗冻融循环表示材料能抵抗冻融循环25次。次。 材料的抗冻性能取决于其材料的抗冻性能取决于其孔隙率孔隙率、空隙特征空隙特征、充水程度充水程度和材料对水结冰膨胀所产生的和材料对水结冰膨胀所产生的冻胀应力的抵抗能力冻胀应力的抵抗能力。 材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导系数（材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导系数（）表示。）表示。 导热系数（也称导热率）是指材

19、料在稳定传热条件下，导热系数（也称导热率）是指材料在稳定传热条件下，1m厚的材料，厚的材料，两侧表面的温差为两侧表面的温差为1度（度（K或或），在），在1h内，通过内，通过1m2 面积传递的热量。面积传递的热量。 公式：公式： = Qa/ A(T1-T2)t 式中：式中： 导热系数（导热系数（W/mK）；）；Q传热量（传热量（J）；）；A传热面积（传热面积（m2 ） a材料厚度（材料厚度（m）；）； t传热时间（传热时间（s） ；(T1-T2)材料两侧表面温差（材料两侧表面温差（K） 五、材料的热物理性能五、材料的热物理性能（一）导热系数（一）导热系数 材料的导热系数越小，则通过材料传递的热量

20、越少，表示材料的保材料的导热系数越小，则通过材料传递的热量越少，表示材料的保温隔热性能越好。温隔热性能越好。材料的化学成分及分子结构不同，其导热系数也不同。材料的化学成分及分子结构不同，其导热系数也不同。通常：通常：气体气体(0.0060.6 (W/mK) ) 液体液体(0.0707 (W/mK) )固体固体(2.2420 (W/mK) ) n 孔隙率大且为封闭孔，材料的导热系数小；粗大的、贯通的孔，由于空气的孔隙率大且为封闭孔，材料的导热系数小；粗大的、贯通的孔，由于空气的对流作用导热系数增大。对流作用导热系数增大。n 材料受潮受冻厚，其导热系数显著提高。材料受潮受冻厚，其导热系数显著提高。

21、 材料的比热容表示材料的比热容表示1kg材料，温度升高或降低材料，温度升高或降低1时所吸收或放出的时所吸收或放出的热量热量。 公式：公式：c = Q/m(T1-T2)t 式中：式中： c材料的比热容（材料的比热容（kJ/(kgK)）；）； Q材料吸收或放出的热量（材料吸收或放出的热量（kJ） m材料的质量（材料的质量（kg）；）；(T1-T2)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） （二）比热容（二）比热容 材料的比热容对保持建筑物内部温度有很大意义，比热容大的材料，材料的比热容对保持建筑物内部温度有很大意义，比热容大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度

22、波动。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。 与导热系数或传热系数不同的是，热阻与传热物体的厚度有关。同与导热系数或传热系数不同的是，热阻与传热物体的厚度有关。同样温度条件下，热阻越大，通过材料的热量越少。样温度条件下，热阻越大，通过材料的热量越少。（三）热阻（三）热阻一、材料的强度及强度等级一、材料的强度及强度等级（一）强度（一）强度第二节第二节 材料的基本力学性材料的基本力学性质质 材料在外力作用材料在外力作用下下抵抗破坏的能力称为强度。抵抗破坏的能力称为强度。 根据外力作用形式不同，材料的强度有：抗压强度、抗拉强度、根据外力作用形式不同，材料的强度有：抗压强度、抗拉强度

23、、抗弯（抗折）强度及抗剪强度等。抗弯（抗折）强度及抗剪强度等。 材料的材料的抗压、抗拉和抗剪强度抗压、抗拉和抗剪强度计算公式：计算公式：f = Pmax/A 式中式中 ：f材料的强度（抗压、抗拉或抗剪）（材料的强度（抗压、抗拉或抗剪）（N/mm2） Pmax试件破坏时的最大荷载（试件破坏时的最大荷载（N）；）；A试件受力面积（试件受力面积（mm2） 材料的材料的抗弯强度抗弯强度计算公式：计算公式：f = 3LPmax/（2bh2） 式中式中 ：f材料的抗弯强度（材料的抗弯强度（N/mm2 ）；）；L试件两支点间距离（试件两支点间距离（mm） Pmax试件破坏时的最大荷载（试件破坏时的最大荷载（

24、N）；）； b、h 分别为试件截面的宽度和高度（分别为试件截面的宽度和高度（mm）（二）影响材料强度的主要因素（二）影响材料强度的主要因素 强度与试验条件有密切关系强度与试验条件有密切关系: :如试件形状、尺寸、表面状态、含如试件形状、尺寸、表面状态、含水率、温度、及试验时的加荷速度等。水率、温度、及试验时的加荷速度等。1.1.材料的组成。是材料性质的物质基础，它对材料的性质起着决定材料的组成。是材料性质的物质基础，它对材料的性质起着决定性作用。性作用。2.2.材料的结构。通常材料的孔隙率越小，强度越高。材料的结构。通常材料的孔隙率越小，强度越高。3.3.含水状态。含水的试件，其强度较干燥的低

25、。含水状态。含水的试件，其强度较干燥的低。 4.4.温度。通常温度升高，材料的强度将降低。温度。通常温度升高，材料的强度将降低。5.5.试件的形状和尺寸。同种材料相同受压面积时，棱柱体比正方体试件的形状和尺寸。同种材料相同受压面积时，棱柱体比正方体的强度低。同种材料形状相同时，尺寸大的试件强度低与尺寸小的的强度低。同种材料形状相同时，尺寸大的试件强度低与尺寸小的试件强度。试件强度。6.6.加荷速度。加荷速度快时，则破环时的强度值较高。加荷速度。加荷速度快时，则破环时的强度值较高。7.7.受力面状态。试件的受力表面凹凸不平或表面润滑时，测得的强受力面状态。试件的受力表面凹凸不平或表面润滑时，测得

26、的强度值偏低。度值偏低。（三）比强度（三）比强度比强度反映材料单位体积质量的强度，其值比强度反映材料单位体积质量的强度，其值= =材料的强度材料的强度/ /表观密度。表观密度。优质的建筑结构材料，优质的建筑结构材料， 必须具有较高的比强度。必须具有较高的比强度。二、材料的弹性与塑性二、材料的弹性与塑性弹性弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力撤除后能完全恢复原来形：材料在外力作用下产生变形，当外力撤除后能完全恢复原来形状的性质。这种可恢复的可逆变形称为弹性变形。弹性材料的变形特状的性质。这种可恢复的可逆变形称为弹性变形。弹性材料的变形特征常用弹性模量征常用弹性模量E表示：弹性模量表示：弹性模量 E=/ 式中：式中：应力（单位面积上的内力）应力（单位面积上的内力） 应变（变形后伸长量应变（变形后伸长量/变形