建筑材料的基本性能

1、1第一章 建筑材料的基本性能李庚英E-mail: 电话：8367533 绪论 定义:构成建筑物的各种材料。 分类: 按化学成分： 无机材料 有机材料 复合材料 按功能： 承重材料和非承重材料 保温和隔热材料 吸声和隔声材料 防火材料 装饰材料等分类: 结构材料 墙体材料按用途分 屋面材料 地面材料 饰面材料等 第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质内容：材料的基本物理性质 材料的基本力学性质 材料的耐久性1.1 材料的基本物理性质内容：材料的状态参数 材料与水有关的性质 材料的热工性质一、材料的状态参数1、密度定义：材料在绝对密实状态下单位体积 的质量。公式：Vm实际密度的测量绝对

2、密实状态下的体积是指不包括材绝对密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙在内的体积。料内部孔隙在内的体积。 实际密度的测量：实际密度的测量： 1）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 量测几何体积称重代入公式量测几何体积称重代入公式 2）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 磨成细粉磨成细粉 李氏比重瓶法测试李氏比重瓶法测试2、体积密度定义：材料在自然状态下单位体积质量。公式：ooVm体积密度的测量自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在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，其质量内的体积。材料内部孔

3、隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况和体积均发生变化。注明含水情况 表观密度的测量：表观密度的测量： 1）对形状规则的材料：）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材砖、混凝土、石材 烘干量测几何体积烘干量测几何体积称重代入公式称重代入公式 2）对形状不规则的材料：）对形状不规则的材料： 烘干蜡封烘干蜡封浮力天平浮力天平3、堆积密度定义：散粒料在规定装填条件下单位体积质量。公式：ooVm/堆积密度的测量堆积体积是指包含颗粒堆积体积是指包含颗粒内部孔隙内部孔隙和和颗颗粒之间的空隙粒之间的空隙在内的体积。在内的体积。 堆积密度的测量：堆积密度的测量： 1）容器法：）容器法： 散粒材料装入容

4、器量测体积称净重散粒材料装入容器量测体积称净重代入公式代入公式 2）自然堆积法：）自然堆积法： 堆积成一定形状堆积成一定形状量测几何体积称重代入公式量测几何体积称重代入公式 4、表观密度定义：材料的质量与表观体积之比。公式：/Vm表观密度的测量堆积体积是指包含颗粒堆积体积是指包含颗粒内部孔隙内部孔隙在内在内的体积的体积，及材料排开水的体积。，及材料排开水的体积。 5、孔隙率定义：材料中孔隙的体积占材料总体积的百分率。公式：%100)1 (1ooooVVVVVP6、开口孔隙率定义：材料中能被水饱和（即被水所充满）的孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率 。7、闭口孔隙率定义：材料中闭口孔隙

5、的体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。即闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率。8、空隙率定义：散粒材料在自然堆积状态下，其中的空隙体积与散粒材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：%100)1 (1/oooooooVVVVVP例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40立方厘米，质量为85.50克，吸水饱和后的质量为89.77克，烘干后的质量为82.30克。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率、含水率。解：密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40（1-0.24）=2.7克/立方厘米开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-

6、82.3）1/40=0.187 闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053 表观密度=干质量/表观体积=82.3/40（1-0.187）=2.53 含水率=水的质量/干重=（85.5-82.3）/82.3=0.039二、材料与水有关的性质：1、亲水性：当水与材料接触时，材料分子与水分子之间的作用力（吸附力）大于水分子之间的作用力（内聚力），材料表面吸附水分，即被水润湿，表现出亲水性，这种材料称为亲水材料。亲水性材料 90 2、憎水性：当水与材料接触时，材料分子与水分子之间的作用力（吸附力）小于水分子之间的作用力（内聚力），材料表面不吸附水分，即不被水润湿，表现出憎水性，这

7、种材料称为憎水材料。憎水性材料 90 图1-7液滴在平滑表面上的接触角SVSLLV(a)固体蒸汽液体蒸汽液体固体固体液体蒸汽(b)(c)润湿角示意图润湿角示意图3、吸水性定义：材料吸收水分的能力称为吸水性，用吸水率表示。吸水率有两种表示方法：质量吸水率 体积吸水率质量吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的质量与材料在绝对干燥状态下的质量之比。体积吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的体积与材料在自然状态下的体积之比。 公式：干干湿质100mmmW干干湿体100VVVW影响吸水率大小的因素：影响吸水率大小的因素：材料的本性亲水性或憎水性材料材料的本性亲水性或憎水性材料 材料的孔结构孔径大

8、小、开口与材料的孔结构孔径大小、开口与 否、孔隙否、孔隙率大小等率大小等 吸水性对材料的影响：吸水性对材料的影响：导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利 强度降低、体积膨胀强度降低、体积膨胀4、吸湿性定义：材料在空气中吸收空气中水分的性质。用含水率表示。 公式 ： 式中 W含材料的质量含水率（） m湿材料含水时的质量（） m干材料烘干到恒重的质量（） 干干含含100mmmW影响含水率大小的因素： 材料的本性亲水性或憎水性材料材料的本性亲水性或憎水性材料 环境温度、湿度气温越低、相对湿度越大，材料的含环境温度、湿度气温越低、相对湿度越大，材料的含水率越高水率

9、越高 吸水性对材料的影响： 导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利 体积膨胀对木结构和木制品不利体积膨胀对木结构和木制品不利湿胀干缩湿胀干缩 与周围环境平衡的平衡含水率与周围环境平衡的平衡含水率5、耐水性定义：材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。 公式：干饱软ffK材料软化系数的要求软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。 对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软0.85； 受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.85； K软0.80的材料，一般称为耐水的材料

10、6、抗渗性定义：材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质称抗渗性。用渗透系数K表示。 公式：达西定律 式中K材料的渗透系数（ml/cm2.s） W透过材料试件的水量（ml） t透水时间（s） A透水面积（ cm2 ） H净水压力（cm） d试件的厚度（cm）AtHWdK 三、耐久性冻融破坏的原因材料有孔且孔隙含水 水冰体积膨胀9，结冰压力高达100MPa 结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度 饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏 反复多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、跨海大桥等均需考虑冻融破坏冻融破坏的桥梁大贝尔特

11、海峡工程大贝尔特海峡工程（Denmark 丹丹 麦）麦）海上钻井平台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)(12TTAtQ四、材料的热工性四、材料的热工性质质1、导热性材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导率（）表示。 公式 式中 热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ Q传导的热量（J） A热传导面积（m2） 材料的厚度（m） t热传导时间（s） (T2-T1)材料两侧温差（K） 热工性质热工性质材料的热导率越小，绝热性能越好。 影响热导率的因素： 材料内部的孔隙构造密闭的空气使降 材料的含水情况含水、

12、结冰使增 常见热导率参数： 泡沫塑料 0.035 水 0.58 大理石 3.5 冰 2.2 钢材 58 空气 0.023 混凝土 1.51 松木 1.170.35 热工性热工性质质2、热容量材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的、热容量材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量。大小用比热容（比热）表示性质，称为热容量。大小用比热容（比热）表示 公式公式 Q=cm(T2T1) 式中式中 Q材料吸收或放出的热量（材料吸收或放出的热量（J） c材料的比热材料的比热(J/g.K) m材料的质量（材料的质量（g） (T2T1) 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)比热的建筑

13、物理意义比热的建筑物理意义z材料的 比热对保持建筑物内部温度稳定有很大关系，比热大的材料，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。 z常见材料的比热（单位 J/g.K ） z 钢材 c=0.48 空气 c=1.00 z 木材 c=2.72 水 c=4.182.2 材料的基本力学性质材料的基本力学性质z内容： z 材料的强度z 材料的弹性与塑性 z 材料的脆性与韧性 z 材料的硬度与耐磨性一、材料的强度、比强度一、材料的强度、比强度强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。 依受力形式有： 抗拉强度 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度等 不同材料的承载特点是不同的： 混凝土、石

14、材、砖抗压强度高 钢材、各类纤维抗拉强度高强度等级强度等级z建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。同的强度等级或标号。 z如如 混凝土按抗压强度划分为混凝土按抗压强度划分为 C7.5C60 z 水泥按抗压和抗拉强度划分为水泥按抗压和抗拉强度划分为325#725# z 砂浆按抗压强度划分为砂浆按抗压强度划分为M2.5M2.5M20M20六个等级六个等级 z 热轧钢筋按屈服强度划分热轧钢筋按屈服强度划分、级级 二、材料的弹性与塑性二、材料的弹性与塑性z弹性材料在外力的作用下产生变形，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。

15、 z 弹性模量 E=/ z塑性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。 z实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。=P/A L/L = b p s A B C D 低碳钢受拉时应力-应变曲线 0 分段的弹性变形和塑性变形低碳钢的低碳钢的曲线曲线 同时进行的弹性变形和塑性变形混凝土的混凝土的曲线曲线脆性在外力作用下，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。 脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。 韧性在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大的变形也不致破坏的性能称为韧性。如钢材、木材、纤维等。 z

16、桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等 材料的脆性与韧性材料的脆性与韧性材料的硬度与耐磨性材料的硬度与耐磨性z硬度是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。 z莫氏硬度（10级） z 1滑石 2石膏 3方解石 z 4 萤石 5磷石灰 6正长石 z 7 石英 8黄玉 9刚玉 z 10金刚石 z 肖氏硬度 布氏硬度（HB）z定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有介质的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质。性能的性质。 z包括：抗冻性混凝土、砖、石材包括：抗冻性混凝土、砖、石材 z 抗风化性陶瓷、砖抗风化性陶瓷、砖 z 抗老化性有机建材抗老化