第一章建筑材料的基本性质

1、第一章建筑材料的基本性质第一节第一节 材料的化学组成、结构与构造材料的化学组成、结构与构造 材料的各种性能主要取决于其组成和结构一、化学组成一、化学组成：（材料化学成分的组合形式）化学组成化学组成：材料的化学成分的构成。矿物组成矿物组成：由相同化学组成而形成的性质不同化合物。二、微观结构二、微观结构：材料从宏观到微观不同层次的构造情况。微观结构：原子、分子、离子层次的组成形式（10-10m）：【晶体结构晶体结构】【玻璃体结构玻璃体结构】【胶体结构胶体结构】三、宏观构造三、宏观构造： 【致密状构造】（钢材、玻璃）密度大、强度高、导热性高 【多孔状构造】（加气砼、发泡塑料、石膏制品 ） 【微孔状构

2、造】（石膏制品、烧结砖） 【散粒状构造】（砂、石子） 【纤维状构造】（木材、玻璃棉）各向异性 【层状构造】（胶合板、夹层玻璃、纸面石膏板）各向异性 四、建筑材料的孔隙四、建筑材料的孔隙1孔隙形成的原因 （1）水分的占据作用： （2）外加剂的发泡作用： （3）火山作用： （4）熔烧作用：2孔隙的类型： （1）连通孔连通孔：（亦称开口孔隙）孔隙之间与外界间都连通。 （2）封闭孔封闭孔：（亦称闭口孔隙）孔隙之间不连通，孔壁致密。 （3）半封闭孔：半封闭孔：孔隙孤立，保孔壁有一定透气、透水性。 3孔隙的特征参数及对材质影响： （1）特征参数 孔隙率孔隙率：孔隙的多少 孔隙大小孔隙大小： 粗大孔（mm以

3、上）；细小孔:（mmm）吸水抗冻性 极细微孔：（十分之几m）无害。 连通情况：连通孔，封闭孔， （2）孔隙对材性的影响： 体积密度；强度；导热性及热容性；吸水性；透水性体积密度；强度；导热性及热容性；吸水性；透水性； 材料的基本性质可归纳为以下几类：物理性质物理性质：包括材料的密度、孔隙状态、与水有关的性质、 热工性能等。化学性质化学性质：包括材料的的抗腐蚀性、化学稳定性等，因材 料的化学性质相异较大，故该部分内容在以后各章中分别叙述。力学性质力学性质：材料的力学性质应包括在物理性质中，但因其对建筑物的安全使用有重要意义，故对其单独研究，包括材料的强度、变形、脆性和韧性、硬度和耐磨性等。 耐久

4、性耐久性：材料的耐久性是一项综合性质，虽很难对其量化描述，但对材料的使用至关重要。材料的体积构成V开（开口孔隙体积）V闭V （绝对密实体积）V0 （自然体积）V0 （堆积体积）V+ V闭= V （表观体积）（闭口孔隙体积） 第二节第二节 材料的物理性质材料的物理性质 一、材料与质量有关的性质一、材料与质量有关的性质 1、几个密度指标 （ 1）密度密度 定义：材料在绝对密实绝对密实状态下单位体积的质量。 表示式：m/V m材料在绝对密实状态下的质量，g或kg。 V材料在绝对密实状态下的体积，cm3或m3。 材料的密度， g/ m3或 kg/ m3 。 “V V ”的测定的测定： （a）密实材料（

5、形状规则）：测量计算 （b）密实外形不规则材料（石子、砂）： 排水法：所得密度称为表观密度表观密度， m/ V ( VV+V闭) （c）非密实材料： 磨成细粉粉末体积认为V，消除孔隙影响。 李氏瓶李氏瓶（2）体积密度）体积密度定义：定义：材料在自然状态自然状态下单位体积的质量表示式：表示式：0m/V0 m材料的质量（不一定干燥），g或kg。 V0材料在自然状态下的体积，cm3或m3。 （V0V+V闭V开V+V孔） 0材料的体积密度，g/ cm3或 kg/ m3。 “V0”的测定：的测定： （1）形状规则材料：测量计算 （2）形状不规则材料：排水法（但需表面涂腊以保证V0包 括V开） 0的影响因

6、素的影响因素：材料本身（组成、孔隙）;材料的含水情况 游标卡尺测量游标卡尺测量(3)堆积密度堆积密度空隙：散粒材料颗粒之间的空间。定义：散粒材料在规定装填条件下单位体积的质量。表示式：0m/V0 m散粒材料的质量（不一定干燥），kg。 V0散粒材料在规定装填条件（自然或紧密）下 的体积，m3。 0散粒材料的堆积密度，kg/m3。 “V0 ”的测定的测定： 容积桶或测量外包体积。0 的影响因素的影响因素： 材料本身（组成、孔隙）；含水情况；堆积状况。砂砂堆堆积积体体积积测测量量(4)几种密度间的区别几种密度间的区别（1）大小大小：00 (同一材料) （2）影响因素影响因素：（3）计算表示式中体积

7、的不同计算表示式中体积的不同 : VVV闭； 0 : V0VV闭V开VV孔 0: V0VV闭V开V空VV孔V空（4）计算表达式中质量的不同计算表达式中质量的不同 ， 中 m为绝对干燥的质量 0，0 中 m为自然状态下的质量（可能含水）二、材料与水有关的性质二、材料与水有关的性质1 1、亲水性与憎水性亲水性与憎水性 润湿角润湿角：材料、水、空气三相交点处水滴表面的切线与材料表面（经过水）所成的角度。 亲水性亲水性材料：90的材料 （水与材料间吸引力水分子间吸引力 ） 材料能被水润湿（亲水）憎水性憎水性材料：90的材料 (水与材料间吸引力水分子间吸引力) 材料不能被水润湿（憎水）2吸水性与吸水率吸

8、水性与吸水率吸水性：材料吸收水分（饱合）的能力。吸水性：材料吸收水分（饱合）的能力。指标：（1）质量吸水率质量吸水率：材料吸水饱合后，所吸收水分质量占材料干燥质量的百分率。表示式： W = ( m2 m1 ) / m1 （W可大于1）m1材料在绝对干燥状态下的质量，g。m2材料在浸水饱合状态下的质量，g。W质量吸水率。 （2）体积吸水率体积吸水率：材料吸水饱合后，所吸水分的体积占材料自然状态体积的百分率。 表示式：W0 = (m2m1 )/ (V0w ) (W0 1) 两种吸水率间的关系：两种吸水率间的关系： W0/W=m1/V0=0(干燥体积密度) 即W=W0（01，W01，W0W材料较水重

9、）（3）影响吸水率的因素）影响吸水率的因素： 材料的亲水、憎水性；孔隙率；孔隙形态特征（孔径大，Pk不易吸水；P闭不易吸水；孔径小，P不易吸水）（4）吸水率对材料性能影响：（指吸水饱合后） W0导热性强度抗冻性3吸湿性和含水率吸湿性和含水率吸湿性吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。材料在潮湿空气中吸收水分的性质。表达方式表达方式：含水率：材料在潮湿空气中吸收水分的质量占材料干燥质量的百分率。W含=（m含m干） / m干影响因素影响因素：除与吸水率的影响因素相同外，还与环境的温湿度有与环境的温湿度有关关。4耐水性耐水性 材料在长期饱合水作用下，保持其原有性质（不破坏，强材料在长期饱合水作用下

10、，保持其原有性质（不破坏，强度也不显著降低）的能力。度也不显著降低）的能力。技术指标技术指标：软化系数KP KPfw/f (01)fw材料浸水饱合状态下的抗压强度，MPa。f材料干燥状态下的抗压强度，MPa。Kp耐水性耐水性 Kp耐水性耐水性， Kp0.8 耐水材料长期水浸，受潮严重工程：Kp 0.850.9受潮较轻或次要结构：Kp 0.700.855、抗渗性、抗渗性材料抵抗压力水渗透的能力。材料抵抗压力水渗透的能力。（1）渗透系数渗透系数K Q = KhA t / d K=Qd / AthK渗透系数，cm/h d试件厚度，cm 。Q渗透水量，cm3 h水头差，cm。A渗水面积，cm2 t渗水

11、时间，h。（2）抗渗标号抗渗标号S：按规定方法制作的材料试件，在标准试验方法下所能承受的最大水压（MPa）值。如S6代表所能承受的最大水压为0.6MPa，影响抗渗性因素影响抗渗性因素：孔隙率；孔隙特征孔隙率；孔隙特征。（P密实或P闭的S）。6、抗冻性、抗冻性 材料在浸水饱合情况下，经多次冻融循环，保持原性质的能材料在浸水饱合情况下，经多次冻融循环，保持原性质的能力（不破坏，强度也不显著降低）。力（不破坏，强度也不显著降低）。表示方法：表示方法：抗冻标号D 如：抗冻标号D8，表示满足强度损失25，质量损失5的情况下，材料可经受最多8次冻融循环。冻害原因冻害原因：（1）水结冰，V9，对孔壁产生压力

12、可达100MPa （2）内外温度差 温度压力。（3）墙体水的迁移（内 外 结冰）影响抗冻性因素影响抗冻性因素： 孔隙率与孔隙特征孔隙率与孔隙特征； 孔隙中水充满程度孔隙中水充满程度；材料抵抗冰冻应力的能力材料抵抗冰冻应力的能力。三、材料与热有关的性质三、材料与热有关的性质1、导热性导热性 材料传导热量的能力。材料传导热量的能力。 表示方法表示方法：导热系数导热系数 Q=A(21)/ d =Qd / A (21) Q传递的热量，J。 21材料两侧温差，K。 A材料面积，m2。 d材料厚度，m。 导热系数，Wmk 导热时间（S） 绝热性绝热性保温隔热性能保温隔热性能 绝热材料：绝热材料：玻璃体玻璃

13、体 金属金属无机无机 无机无机有机有机2）体积密度：0（P）3）孔隙状况：PP闭孔径小 4）环境的温、湿度 2.33 0.58 0.023 冰冰水水空气空气 4倍 25倍 2、热容、热容 热容是指材料受热吸收（蓄存）热量或冷却放出热量的性能。 （1）比热容比热容：1kg材料温度升高材料温度升高1k（或降低（或降低1k）所吸）所吸 收（或放出）收（或放出）的热量：的热量： Q=cm (t2t1) c=Q /m(t2t1) Q材料吸收（放出）的热量，KJ。 m材料的质量，kg。 t2t1材料受热（冷却）前后的温度差，K。 c材料的比热容，KJkgk。 （ 2）热容热容 热容cm（Q( t2t1 ）

14、 单位：kJK （3）热容的实用意义热容的实用意义 保持室内房间温度的稳定（在一定范围内，采用热容保持室内房间温度的稳定（在一定范围内，采用热容值较高的材料值较高的材料,冬季施工材料的加热。）冬季施工材料的加热。）第三节第三节 材料的力学性质材料的力学性质一、强度一、强度 材料抵抗在应力作用下破坏的能力。材料抵抗在应力作用下破坏的能力。“f” 单位：MPa (N/m2)表示式表示式：f = max max为材料在外力作用下，破坏截面的极限应力值 1、材料在不同受力方式下的强度、材料在不同受力方式下的强度（1）轴向抗压和抗拉强度轴向抗压和抗拉强度 f压（拉）= Pmax /A Pmax最大荷载，

15、N。 （荷载：作用于材料试件或构件的外力） A破坏截面的面积，mm2。 f压（拉）抗压（抗拉）强度，MPa。（2）抗弯强度抗弯强度（抗折强度） f弯3 PmaxL / 2bh22、试验条件对强度试验结果的影响、试验条件对强度试验结果的影响（1）试件的形状和尺寸形状和尺寸： f立方体f棱柱体 f大尺寸f小尺寸 （大尺寸试件：受摩擦力影响小；缺陷出现机率大。）（2）材料试件的表面状态表面状态： f光滑表面f粗糙表面（3）材料的含水状况含水状况： f含水f干燥 （在耐水性中详讲）（4）材料的温度温度： f湿度高f温度低（5）加荷速度加荷速度： f加荷快f加荷慢（材料的破坏是变形达到一定程度才发生的，

16、故加荷速度快到一定程度，可能使变形的增长落后于荷载的增长，故所测强度值较高)结论：为使试验结果有可比性，必须根据规定方法结论：为使试验结果有可比性，必须根据规定方法（国家标准）（国家标准）进行强度试验。进行强度试验。3、材料的强度等级材料的强度等级 按材料强度值大小划分的等级称为材料的强度等级。按材料强度值大小划分的等级称为材料的强度等级。 材料强度等级与强度的关系与区别：材料强度等级与强度的关系与区别： 材料强度值是其力学性质的指标（是随机连续的）；材料强度值是其力学性质的指标（是随机连续的）； 标号（强度等级）是根据强度划分的级别（是人为确定标号（强度等级）是根据强度划分的级别（是人为确定

17、, ,不连续的不连续的） 。4、比强度比强度 按材料单位质量计算的强度（按材料单位质量计算的强度（MPa/kg/m3），），是材料轻质高强的标志。（f /0：钢：钢：7378 、塑料塑料：100400）二、二、弹性和塑性弹性和塑性应变应变：材料单位长度的变形量： =L / L应力应力：材料单位面积上的作用力。=P / A1、弹性变形和塑性变形、弹性变形和塑性变形：弹性变形：塑性变形：弹性变形：塑性变形：塑性材料：材料在破坏前有显著塑性变形的材料。（软钢，铝合金）脆性材料：材料在破坏前无显著塑性变形的材料。（砼、砖、陶瓷）2、弹性模量弹性模量： 弹性模量表示材料在弹性范围（线弹性范围）内应变与应

18、力间的线性关系。 E E E 在相同条件下，越小。也说明材料在外力作用下抗弹性变形能力越强。三、材料的韧性和脆性三、材料的韧性和脆性 在冲击、震动荷载作用下，材料可吸收较大的能量产生一定的变在冲击、震动荷载作用下，材料可吸收较大的能量产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性。形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性。建筑钢材（软钢）、木材、塑料等是较典型的韧性材料。路面、桥梁、吊车梁及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。 脆性是指当外力达到一定限度时，材料发生无先兆的突然破坏，且脆性是指当外力达到一定限度时，材料发生无先兆的突然破坏，且破坏时无明显塑性变形的性质。破坏时无明显塑性变形的性质。脆性材料的力学性能特点是抗压强度远大于抗拉强度，破坏时的极限应变