第1章建筑材料的基本性质

1、第1章 建筑材料的基本性质 本章提要n熟悉和掌握材料的基本性质，对于正确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。本章主选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、力学性质及要介绍了材料的基本物理、力学性质及其有关指标和计算公式。物理性质包括其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、与水有关的性材料与质量有关的性质、与水有关的性质、热工性质，力学性质包括强度、弹质、热工性质，力学性质包括强度、弹性与塑性、脆性与韧性。性与塑性、脆性与韧性。n1.111.11材料的体积组成：材料的体积组成：n（1 1）材料的绝对密实体积）材料的绝对密实体积V Vn（

2、2 2）材料的孔体积）材料的孔体积V VP Pn 3 3）材料在自然状态下的体积）材料在自然状态下的体积 V V0 0n上述几种体积存在以下关系上述几种体积存在以下关系。nV V0 0=V+V=V+VP P V VP P=V=VK K+V+VB B1.1 1.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质1.1.2 与质量有关的性质与质量有关的性质n1.密度、表观密度、堆积密度密度、表观密度、堆积密度mV00mV00mV密度密度表观密度表观密度堆积密度堆积密度n试验方法：密度 李氏瓶表观密度 排水法 n2.密实度与孔隙率密实度与孔隙率000100%100%mVDmV00001(1) 100%VVVP

3、VV 1PD密实度密实度孔隙率孔隙率注意：注意：n3.空隙率与填充率空隙率与填充率0000100%100%VDV 00000001(1) 100%VVVPVV 1PD填充率填充率空隙率空隙率注意：注意：1.1.2 与水有关的性质与水有关的性质1.亲水性与憎水性（a）亲水材料（b）憎水材料图 材料润湿角 n2.吸水性与吸湿性（1）吸水性1100%mmmwm质量吸水率1001100%wVwVmmwVV0Vmwww体积吸水率二者的关系（2）吸湿性当空气中的湿度保持稳定时，材料的湿度会与会与空气的湿度达到平衡称为平衡含水率。含水率计算公式如下：100%mmWm干含含干n3.耐水性用软化系数表示。fKf

4、饱软干K软软0.85的材料称为耐水材料的材料称为耐水材料。n4.抗渗性用渗透系数表示。QKdA t HK越小，抗渗性越好。对于砂浆和混凝土常用抗渗等级表示抗渗性。P=10H-1n5.抗冻性用抗冻等级表示。F100 表示材料在一定实验条件下能承受100次冻融循环.而不损坏。（1） 热容量和比热容热容量和比热容材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量，用比热容表示。21()Qcm tt比热容：比热容：1.1.5材料的热工性质) )( (21ttCmQ指材料传导热量的能力，用指材料传导热量的能力，用导热系数导热系数表示。表示。21QtA TT=材料的导热率越小，表示其绝热性能越好。热

5、导率受材料本身的物质构成、密实程度、构造特征、环境的温湿度及热流方向的影响。（2）导热性）导热性 指材料在长期高温作用下，保持其结构和性能的基本稳定而不损坏的性能，用耐火度表示。根据耐火度的不同。可分为三大类。1）耐火材料 2）难熔材料 3）易熔材料4. 耐燃性耐燃性指材料能经受火焰和高温的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。根据材料耐燃性的不同，可分为三大类。1）不燃材料 2）难燃材料 3）易燃材料3、耐火性5.温度变形指材料在温度变化时产生的体积变化，多数材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩，温度变形在单向尺寸上的变化称为线膨胀或线收缩一般用线膨胀系数来衡量，其计算公式如下：Lt

6、tLa) )( (21n例题：试分析新建房屋冬季特别冷的原因。石棉、矿棉及其制品石棉、矿棉及其制品玻璃棉、植物纤维复合板玻璃棉、植物纤维复合板膨胀蛭石膨胀蛭石膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩多孔混凝土、轻骨料混凝土、泡沫塑料多孔混凝土、轻骨料混凝土、泡沫塑料软木板、蜂窝板软木板、蜂窝板n在建筑中，围护结构隔热设计的方法：（1）采用隔热材料（2）外表面做浅色饰面，如浅色粉刷、浅色涂层和浅色面砖等（3）采用多排孔的混凝土或轻骨料混凝土空心砌块墙体（4）采用蓄水屋顶、有土或无土植被屋顶，以及墙面垂直绿化（5）窗户采用绝热薄膜（6）设置通风层，如通风屋顶、通风墙等。1.2.材料的力学性质材料的力学性质 材料受力示

7、意图（a)受拉 （b）受压（c）受剪（d）弯曲 n在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。 材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：FfA材料的抗弯强度的计算式为：232FLfbh1.22材料的强度2、比强度即单位体积质量材料所具有的强度，即材料的强度与其表观密度的比值 f/pf/p0 0。比强度是衡量材料轻质高强特性的技术指标n影响材料强度的因素：（1）材料的组成、结构（2）材料的孔隙率越小，则强度越高。（3）材料的强度还与含水状态及温度有关。（4）材料的强度还与其测试条件和方法等因素有关。3、弹性与塑性、弹性与塑性n1)弹性与弹性变形n弹性指材料在外力作用下变形，去除外力后能完全恢复原形状的性

8、质。弹性变形所受应力与应变的比值称为弹性模量，它是衡量材料抵抗变形的指标，按下式计算：E2)塑性与塑性变形塑性指材料在外力作用下变形，去除外力后仍保持变形后的形状和尺寸的性质。材料的塑性变形是因为其内部的剪应力作用，致使部分质点间产生相对滑移的结果。完全的弹性材料或塑性材料是没有的，大多数材料在受力变形时，既有弹性变形，也有塑性变形。只是在不同的受力阶段，变形的主要表现形式不同。材料的弹塑性变形曲线材料的弹性和塑性变形曲线4、 脆性和韧性脆性和韧性1）脆性：指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质。2）韧性：指材料在振动和或冲击荷载作用下能吸收较大能量，并产生较大变形而不破坏的性质。

9、采用冲击试验来测试。公式：AAkKa 5、硬度与耐磨性1）硬度指材料表面抵抗其他硬物压入或刻划的能力。为保持较好表面使用性质和外观质量，要求材料必须具有足够的硬度。非金属材料的硬度用莫氏硬度表示。金属材料的硬度常用压入法测定，主要有布氏硬度法（HB）.洛氏硬度法（HR）。硬度大的材料强度也高，工程上常用材料的硬度来推算其强度。2）耐磨性指材料表明抵抗磨损的能力。磨损性常以磨损率衡量，计算式为：AmmG21n材料的耐久性是指其在长期的使用过程中，能抵抗环境的破坏作用，并保持原有性质不变、不破坏的一项综合性质。n耐久性不能用一个参数来衡量，通常用抗渗性，抗冻性，抗老化和抗碳化等性质来衡量。n工程上

10、常用提高密实度，改善表面形态和孔隙结构的方法来提高耐久性。1.3材料的耐久性1.4材料的组成、结构构造与性质材料的组成、结构构造与性质1.41 材料的组成材料的组成1、化学组成、化学组成化学组成即化学成分、是构成材料的化学元素及化化学组成即化学成分、是构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。有无机非金属材料、金属材料合物的种类和数量。有无机非金属材料、金属材料有机材料等。化学组成是决定材料化学性质、物理有机材料等。化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学性质的主要因素。性质、力学性质的主要因素。2、矿物组成、矿物组成矿物是具有一定化学成分和结构特征的稳定单质或矿物是具有一定化学成分和结构特征

11、的稳定单质或化合物。无机非金属材料是由各种矿物组成的化合物。无机非金属材料是由各种矿物组成的1.42 材料的结构材料的结构n1、微观结构n固体可分为晶体和非晶体两大类。n1）晶体是质点（原子、离子、分子）按一定规律在空间重复排列的固体，具有特定的几何外形和固定的熔点。各向同型。其键的构成不是单一的，往往是由共价键、离子键等共同联接，其性质差异较大。n2）非晶体是相对晶体而言的，又称玻璃体。无定型体，是溶融物在急切冷却时质点来不及按特定规律排列所形成的质点无序排列的固体或固态液体。2、亚微观结构、亚微观结构n指用光学显微镜和一般扫描投射所能观察到的结构，n其尺度介于微观和宏观之间范围在0.001

12、 mn亚微观结构主要研究材料内部的晶粒，颗粒等的大小和形态、晶界或界面的形态，孔隙及微裂纹的大小及分布。n材料内部的晶粒越细小，分布越均匀，其受力越均匀，强度越高。脆性越小。耐久性越好；晶粒或不同材料组成之间的界面粘结越好，则其强度和耐久性越好。9109103、宏观结构（构造）、宏观结构（构造）n指用肉眼和放大镜即可观察到的毫米级以上的组织。宏观结构主要研究和分析材料的组合和复合方式、组成材料的分布情况、材料中的孔隙构造、材料的构造缺陷等。n材料按其组成可分为单一材料和复合材料两大类，常见的结构形式有：密实结构、多孔结构、纤维结构、聚集结构、叠合（层状）结构、散粒结构和纹理结构。1.43材料内

13、部孔隙与性质材料内部孔隙与性质n1、内部空隙的来源与产生n天然材料是形成过程中产生的。n人造材料是在生产过程中受条件所限，不可避免产生的。n也有为了某种目的有意造成的。n2、孔隙的分类n3、孔隙对材料性质的影响n同一种材料空隙率越高，密实度越低，强度弹性模量越低；耐磨性、耐水性、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀及其他耐久性性质越差；而吸水性、吸湿性、保温性、吸声性越强。n水和侵蚀介质容易进入开口孔隙。开口空隙多的材料，其强度、耐磨性、耐水性、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等性质下降更多。n填空题填空题1 材料的吸湿性是指材料的性质。材料的吸湿性是指材料的性质。2 材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的材

14、料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的来表示。来表示。3 水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为。这种性质称为。n4.孔隙率增大，材料的密度，孔隙率增大，材料的密度，体积密度体积密度 ，保温，保温性性 ，强度，强度 。n5.材料在水中吸收水分的性质称为。材料在水中吸收水分的性质称为。答案答案 1. 在空气中吸收水分在空气中吸收水分 2.冻融循环次数冻融循环次数 3.亲水亲水性性 4.不变、增大、提高、降低不变、增大、提高、降低 5. 吸水性吸水性n选择填空题选择填空题1. 1.理想的保温材料往往具有的特征是（理想的保温材料往

15、往具有的特征是（ ）。）。 A.A.孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率大孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率大 B.B.孔隙率大、孔隙尺寸大、且为开孔隙孔隙率大、孔隙尺寸大、且为开孔隙 C.C.孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率小孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率小 D.D.孔隙率小，吸孔隙率小，吸 水率小水率小2.2.致密结构的材料具有的特性有（致密结构的材料具有的特性有（ ）。）。 A.A.导热系数小导热系数小 B.B.强度高强度高 C.C.抗渗性差抗渗性差 D.D.体积密度小体积密度小3.3.多孔结构的材料具有的特性有（多孔结构的材料具有的特性有（ ）。）。 A.A.体积密度小、导热系数小体积密度小、导热系数小

16、B.B.体积密度大、强度高体积密度大、强度高 C.C.保温性差、抗渗性差保温性差、抗渗性差 D.D.体积密度小、导热性高体积密度小、导热性高4.4.脆性材料适合的荷载类型为（脆性材料适合的荷载类型为（ ）。）。 A.A.拉力拉力 B.B.冲击振动荷载冲击振动荷载 C. C. 压力压力 D.D.弯曲力弯曲力5.5.材料含水率增加时，材料的（材料含水率增加时，材料的（ ）。）。 A.A.强度下降强度下降 B.B.体积密度下降体积密度下降 C.C.导热系数下降导热系数下降 D.D.吸水率下降吸水率下降6.6.材料含水率变化时，随之变化的材料性质为（材料含水率变化时，随之变化的材料性质为（ ）。）。

17、A.A.密度密度 B.B.体积密度体积密度 C.C.视密度视密度 D.D.吸水率吸水率7.7.材料吸水后，材料的（材料吸水后，材料的（ ）。）。 A.A.强度提高强度提高 B.B.抗冻性提高抗冻性提高 C.C.导热系数增导热系数增 D.D.吸水率增大吸水率增大8.对同一材料而言，其不同状态下的密度关系为（对同一材料而言，其不同状态下的密度关系为（ ）。）。 A.密度堆积密度表观密度密度堆积密度表观密度 B.密度表观度堆积密度密度表观度堆积密度 C.表观密度堆积密度密度表观密度堆积密度密度 D. 堆积密度密度表观密度堆积密度密度表观密度9.材料开口孔隙率在数值上等于材料的（材料开口孔隙率在数值上

18、等于材料的（ ）。）。 A.空隙率空隙率 B.质量吸水率质量吸水率 C.体积含水率体积含水率 D.体积吸水率体积吸水率10.某材料的在气干状态、绝干状态和吸水饱和状态下的某材料的在气干状态、绝干状态和吸水饱和状态下的抗压强度分别为抗压强度分别为128、132、112MPa，则该材料的软化，则该材料的软化系数为（系数为（ ）。）。 A.0.88 B.0.85 C.0.97 D.0.1511.11.提高材料的密实度，材料的耐久性（提高材料的密实度，材料的耐久性（ ）。）。 A.A.提高提高 B.B.降低降低 C.C.不变不变 D.D.不确定不确定12.12.选择墙体材料时通常选用（选择墙体材料时通

19、常选用（ ）。）。 A.A.导热系数小、热容（热容量）小导热系数小、热容（热容量）小 B.B.导热系数小、热容（热容量）大导热系数小、热容（热容量）大 C.C.导热系数大、热容（热容量）大导热系数大、热容（热容量）大 D.D.导热系数大、热容（热容量）小导热系数大、热容（热容量）小13.13.对材料抗冻性影响最大的因素是材料的（对材料抗冻性影响最大的因素是材料的（ ）。）。 A.A.抗渗性抗渗性 B.B.吸水饱和程度（水饱和度）吸水饱和程度（水饱和度） C.C.孔隙率孔隙率 D.D.吸水率吸水率14.14.能对冻融破坏作用起到缓冲作用的是（能对冻融破坏作用起到缓冲作用的是（ ）。）。A.A.开

20、口孔隙开口孔隙 B.B.闭口孔隙闭口孔隙 C.C.毛细孔隙毛细孔隙 D.D.粗大孔隙粗大孔隙15.F15表示材料在吸水饱和状态下，最多能抵抗表示材料在吸水饱和状态下，最多能抵抗 ( ) . A.15次冻融循环次冻融循环 B.15个昼夜的冻融循环个昼夜的冻融循环 C.15个月的冻融循环个月的冻融循环 D.15年的冻融循环年的冻融循环16.承受冲击振动荷载的结构应选用（承受冲击振动荷载的结构应选用（ ）。）。 A.塑性材料塑性材料 B.韧性材料韧性材料 C.弹性材料弹性材料 D.弹塑性材料弹塑性材料17.抗压强度大于（或大大高于）抗拉强度的材料通常属于（抗压强度大于（或大大高于）抗拉强度的材料通常

21、属于（ ）。）。 A.塑性材料塑性材料 B.韧性材料韧性材料 C.弹性材料弹性材料 D.脆性材料脆性材料18.比强度是衡量材料（比强度是衡量材料（ ）。）。 A.抗拉强度与抗压强度比值大小的一项指标抗拉强度与抗压强度比值大小的一项指标 B.抗压强度与抗拉强度比值大小的一项指标抗压强度与抗拉强度比值大小的一项指标 C.强度与弹性变形比值大小的一项指标强度与弹性变形比值大小的一项指标 D.轻质高强的一项指标轻质高强的一项指标计算题计算题 1 1、某种材料在气干、绝干、吸水饱和情况下测得质量、某种材料在气干、绝干、吸水饱和情况下测得质量分别为分别为2570g2570g、2550g2550g、2900

22、g2900g，并已知该材料的密度，并已知该材料的密度为为2.55g/cm2.55g/cm3 3，求该材料的绝对体积、质量吸水率、含，求该材料的绝对体积、质量吸水率、含水率？水率？解：绝对体积解：绝对体积V=m/=2550/2.55=1000 V=m/=2550/2.55=1000 (cm(cm3 3) )质量吸水率质量吸水率WWmm= m= mswsw /m=(2900-2550)/2550=13.7% /m=(2900-2550)/2550=13.7%含水率含水率WWm=mm=mww /m=(2570-2550/2550=0.78% /m=(2570-2550/2550=0.78%2 2、某

23、材料的绝干体积密度为、某材料的绝干体积密度为14001400/m/m3 3, ,密度为密度为2.7g/cm2.7g/cm3 3, ,质量吸质量吸水率为水率为17%17%，求其孔隙率，体积吸水率，及开口孔隙率占孔隙，求其孔隙率，体积吸水率，及开口孔隙率占孔隙率的百分比？率的百分比？解：孔隙率解：孔隙率P=P=（1 1-0 0/）100%=(1 -1.4/2.7)100%=(1 -1.4/2.7)100%100% =48.2%=48.2%体积吸水率体积吸水率WWv v= W= Wm m 0 0 / /w w =17%17%1.4/1.0=23.8%1.4/1.0=23.8%开口孔隙率开口孔隙率=体积吸水率体