建筑材料基本性质精品课

1、石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院建筑材料石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 第一节第一节 材料的组成、结构和构造材料的组成、结构和构造 第二节第二节 材料的物理性质材料的物理性质 第三节第三节 材料的力学性质材料的力学性质 第四节第四节 耐久性耐久性主要内容主要内容石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院第一节第一节 材料的组成与结构材料的组成与结构 组成组成v化学组成化学组成v矿物组成矿物组成 结构结构v宏观结构宏观结构v微观结构微观结构v细观结构细观结构石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：定义：化学组成是指构成材料的化学元素及化合物化学组成

2、是指构成材料的化学元素及化合物 的种类及数量。的种类及数量。v表示方法：表示方法：q-金属材料以各化学元素含量表示金属材料以各化学元素含量表示 q-无机非金属材料以各氧化物含量表示无机非金属材料以各氧化物含量表示 q-有机材料以各化合物的含量表示有机材料以各化合物的含量表示v意义意义: :化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学 性质的主要因素之一性质的主要因素之一v举例：举例：碳素钢容易生锈，加入碳素钢容易生锈，加入铬、镍铬、镍等化学成分，等化学成分，就生产出不锈钢。就生产出不锈钢。化化学学组组成成石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定

3、义：定义：q矿物组成矿物组成是指化学元素组成相同，但分子组成形是指化学元素组成相同，但分子组成形式各异的现象。式各异的现象。 v意义意义: :也是决定无机非金属材料化学性质、物理性也是决定无机非金属材料化学性质、物理性 质、力学性质和耐久性的重要因素之一。质、力学性质和耐久性的重要因素之一。v举例举例: : 如常用水泥组成都是氧化钙、二氧化硅等，但硅如常用水泥组成都是氧化钙、二氧化硅等，但硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸三钙含量越多，硅酸盐铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸三钙含量越多，硅酸盐水泥的早期强度越高

4、，水化热越大，因此不适用于冬水泥的早期强度越高，水化热越大，因此不适用于冬季施工。季施工。矿矿物物组组成成石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|相同组成材料，其的性能是相同的？ 解答：例如同是二氧化硅成分组成的材料，蛋白石是无定型二氧化硅，石英是结晶型二氧化硅。它们的分子结构不同，因而它们的性质不同。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：定义：是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织 （毫米级及以上）（毫米级及以上）v分类：分类：（按孔和构成形态）（按孔和构成形态）q 致密结构致密结构q 多孔结构多孔结构q 微孔状结构微孔状结构宏宏观观

5、结结构构p 纤维状结构纤维状结构p 层状结构层状结构p 微粒状结构微粒状结构石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 致密结构致密结构u 致密构造的材料致密构造的材料内部基本上无孔隙，结构致密。内部基本上无孔隙，结构致密。u 特点：特点：是强度和硬度较高，抗渗和抗冻性较好，耐磨性是强度和硬度较高，抗渗和抗冻性较好，耐磨性 较好，吸水性小，绝热性差。较好，吸水性小，绝热性差。u 如：如：钢材、天然石材、玻璃、玻璃钢等。钢材、天然石材、玻璃、玻璃钢等。 大理岩的致密表面图大理岩的致密表面图石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 多孔结构多孔结构u 多孔构造的材料多孔构造的材料有较

6、多粗大孔隙的结构，有较多粗大孔隙的结构，含孔率较高。含孔率较高。u 性质：性质：保温、隔热、隔声、吸声、吸水、绝热等较好，保温、隔热、隔声、吸声、吸水、绝热等较好，强度较低，抗渗性和抗冻性较差。强度较低，抗渗性和抗冻性较差。u 如：如：加气混凝土、泡沫塑料等。加气混凝土、泡沫塑料等。 加气混凝土砌块的多孔构造图加气混凝土砌块的多孔构造图 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 微孔状结构微孔状结构u 微孔状构造的材料微孔状构造的材料具有众多直径微小孔隙的结构，含孔具有众多直径微小孔隙的结构，含孔率较高。率较高。u 性质：性质：密度和导热系数较小，隔声吸声、吸水性较好，密度和导热系数较

7、小，隔声吸声、吸水性较好，抗渗性较差。抗渗性较差。u 如：如：石膏制品、烧结砖等。石膏制品、烧结砖等。 烧结砖的微孔状结构烧结砖的微孔状结构 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 纤维结构纤维结构u 纤维构造的材料纤维构造的材料内部组成有方向性，纵向较紧密而横向内部组成有方向性，纵向较紧密而横向 疏松，组织中存在相当多的孔隙疏松，组织中存在相当多的孔隙. .u 性质性质: :具有明显方向性，一般平行纤维方向的强度较高，具有明显方向性，一般平行纤维方向的强度较高， 保温、吸声性较好，导热性较好。保温、吸声性较好，导热性较好。u 如：如：木材、竹、玻璃纤维、石棉等。木材、竹、玻璃纤维、

8、石棉等。竹的纤维构造图竹的纤维构造图石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 层状结构层状结构u 层状构造的材料层状构造的材料具有叠合结构，是用胶结料将不同的片 材或具有各向异性的片材胶合而成整体。u 性质性质：可获得平面各向同性，更重要的是可以显著提高 材料的强度、硬度、绝热或装饰等性质，扩大其 使用范围。u 如：如：胶合板、纸面石膏板 塑料贴面板等。胶合板的层状构造图胶合板的层状构造图石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 微粒状结构（散粒）微粒状结构（散粒）u 微粒（散粒）状构造微粒（散粒）状构造指呈松散颗粒状的材料。u 密实颗粒：密实颗粒：如砂子、石子等， 因其致密，

9、强度高，适 合做承重的混凝土骨料。u 轻质多孔颗粒：轻质多孔颗粒：如陶粒、膨胀珍珠岩等，因具多孔结 构，适合做绝热材料。陶粒的粒状构造图陶粒的粒状构造图石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院亚微观结构也称作细观结构亚微观结构也称作细观结构指用光学显微镜所看到的结构指用光学显微镜所看到的结构是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式其尺寸范围在其尺寸范围在10-310-310-610-6m m。该结构主要研究：该结构主要研究：v材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界 或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。或界面，孔隙

10、与微裂纹的大小和分布。v如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的 木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。细细观观结结构构石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：定义：用电子显微镜、用电子显微镜、X-X-射线衍射仪等手段来研究原射线衍射仪等手段来研究原 子、分子、离子层次的结构子、分子、离子层次的结构v意义：意义：决定着材料的许多物理、力学性质，如强度、决定着材料的许多物理、力学性质，如强度、 硬度、熔点、导热性、导电性等分类硬度、熔点、导热性、导电性等分类v分类分类q晶体晶体 q非晶体（玻璃体）非晶体（玻璃体）q胶

11、体胶体 微微观观结结构构石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院p其内部质点按照其内部质点按照特定的规则特定的规则在空间周期性排列在空间周期性排列p具有特定的几何外形和固定的熔点固定熔点具有特定的几何外形和固定的熔点固定熔点p按晶体的质点间结合键的特性，晶体又分为：按晶体的质点间结合键的特性，晶体又分为：l原子晶体原子晶体l分子晶体分子晶体l离子晶体离子晶体l金属晶体金属晶体晶体晶体石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院p也称玻璃体，是熔融物在急速冷却时，质点来不及作有规则也称玻璃体，是熔融物在急速冷却时，质点来不及作有规则 的排列而形成的无定形体的排列而形成的无定形体p近程有序

12、，远程无序近程有序，远程无序p具有各向同性，没有固定的熔点具有各向同性，没有固定的熔点p具有化学不稳定性，容易与其他物质反应或自行缓慢地向晶具有化学不稳定性，容易与其他物质反应或自行缓慢地向晶 体转换。体转换。l如在水泥、混凝土中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤如在水泥、混凝土中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等均属玻璃体，在有水存在条件下，它们能与石膏、灰等均属玻璃体，在有水存在条件下，它们能与石膏、 石灰发生反应，生成具有水硬性的产物。石灰发生反应，生成具有水硬性的产物。 非晶体非晶体石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院p 是指以极

13、微小的质点（是指以极微小的质点（1 1100m 100m ）分散在介质中所形）分散在介质中所形 成的结构成的结构 p 具有较强的粘结力：具有较强的粘结力：l原因：由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大，原因：由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大， 因而表面能很大，有很强的吸附力，因而表面能很大，有很强的吸附力，l例如：胶体硅酸盐水泥水化产物中的胶体将砂石粘结例如：胶体硅酸盐水泥水化产物中的胶体将砂石粘结 在一起形成整体，就形成了混凝土。在一起形成整体，就形成了混凝土。p胶体在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。胶体在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。l正是由于硅酸盐水泥的主要水

14、化产物是凝胶体，混凝正是由于硅酸盐水泥的主要水化产物是凝胶体，混凝 土的徐变就是由于水泥凝胶体而产生的。土的徐变就是由于水泥凝胶体而产生的。 胶胶 体体石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要求，但施工单位将硅粉理解为磨细石英粉，生产中加入的磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效果不好，水泥浆体成分不均，请分析原因。 案例分析石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组 成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改

15、善水泥净浆 施工性能。磨细石英粉的化学组成也为SiO2，微观结构为晶 体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨 细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结构不同， 导致材料的性能差异明显 。讨论：石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院l 组成组成+ +结构共同决定性质结构共同决定性质: :p 组成不同，性质不同组成不同，性质不同n如，混凝土与钢材。如，混凝土与钢材。p 组成相同，结构不同，性能也不同组成相同，结构不同，性能也不同。n 如：如：C C有三种形态有三种形态不定型碳、石墨和金刚石不定型碳、石墨和金刚石。小小 结结p从组成和结构上来研究建筑材料的性质，才能深入其从

16、组成和结构上来研究建筑材料的性质，才能深入其本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着重要的意义。重要的意义。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院第二节第二节 材料的物理性质材料的物理性质 一、与材料积体相关概念一、与材料积体相关概念 二、材料的密度、表观密度、堆积密度二、材料的密度、表观密度、堆积密度 三、密实度、孔隙率三、密实度、孔隙率 四、填充率、空隙率四、填充率、空隙率 五、与水有关的性质五、与水有关的性质 六、与热有关的性质六、与热有关的性质石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院一、一、 与材料体积有关的几个概念

17、与材料体积有关的几个概念1、材料结构、材料结构1.1.固体（实体）固体（实体） 2.2.闭口孔隙闭口孔隙 3.3.开口孔隙开口孔隙p 固体（实体）固体（实体）p 孔孔u闭口孔隙闭口孔隙u开口孔隙开口孔隙2 2、材料的体积、材料的体积v体积是材料占有的空间尺寸。体积是材料占有的空间尺寸。v由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。v绝密体积、表观体积、自然体积、堆积体积绝密体积、表观体积、自然体积、堆积体积石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：定义：干材料干材料在在绝对密实状态绝对密实状态下的体积，即材料内下的体积，即材料

18、内 部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的 材料体积。材料体积。v表示方法：表示方法：以以表示表示v测定方法：测定方法：q比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其 于绝对密实状态下，于绝对密实状态下，直接测其体积直接测其体积； q 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于 0.2mm0.2mm）排除其内部孔隙，用）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积李氏瓶测其实际体积绝绝密密体体积积石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：材料在自然状态下定义：材料在自然状态下

19、不含开口孔隙不含开口孔隙的体积，的体积，含含少量的闭口孔隙少量的闭口孔隙的外观体积。的外观体积。v表示方法：以表示方法：以 V V表示。表示。v测定方法测定方法q对配置混凝土所用的砂、石等材料，直接用颗粒对配置混凝土所用的砂、石等材料，直接用颗粒排水法测量排水法测量表表观观体体积积石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：材料在定义：材料在自然状态下自然状态下的体积，即整体材料的外的体积，即整体材料的外 观体积（观体积（含所有孔隙和水分含所有孔隙和水分）。）。v表示方法：以表示方法：以0 0表示。表示。v测定方法测定方法q对形状规则的材料，如烧结砖，直接测量；对形状规则的材料，如烧

20、结砖，直接测量；q对形状不规则的材料，对形状不规则的材料，蜡封蜡封后用排水法测量后用排水法测量自自然然体体积积石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：粉状或粒状材料，在定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下堆集状态下的总体外观的总体外观 体积。体积。v表示方法：以表示方法：以o o 表示表示0V0V0v测定方法：测定方法： Vq包括了材料间的空隙体积包括了材料间的空隙体积V0q用既定容积的容器测定用既定容积的容器测定。 V0v与堆积状态有关（与堆积状态有关（同一材料）同一材料）V0q松散堆积下的体积较大松散堆积下的体积较大q密实堆积状态下的体积较小密实堆积状态下的体积较小堆堆积积体体

21、积积石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院二、二、 材料的密度、表观密度、堆积密度材料的密度、表观密度、堆积密度 定义：材料在定义：材料在绝对密实状态绝对密实状态下单位体积的质量。下单位体积的质量。 计算式：计算式： = m/v式中式中 ： 密度（密度（kg/m3） m 材料的干燥质量，材料的干燥质量，kg。 v 材料在材料在绝对密实状态下的体积，绝对密实状态下的体积，m3 测定方法：测定方法：李氏瓶法、李氏瓶法、排水法、几何法。排水法、几何法。 意义：反映材料的结构状态，意义：反映材料的结构状态， 例如：用密度控制玻璃例如：用密度控制玻璃 的生产。的生产。密密度度石家庄铁道学院石家庄

22、铁道学院材料科学与工程分院有孔材料密度的测定石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：表观密度在自然状态下，定义：表观密度在自然状态下，不含开口孔隙不含开口孔隙时材料时材料单位体积的质量单位体积的质量 计算式：计算式： 式中式中 表观密度表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，材料的质量，kg。 V V 材料在自然材料在自然状态下的体积，状态下的体积，m3。表表观观密密度度mV石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：体积密度在定义：体积密度在自然状态自然状态下，材料单位体积的质量下，材料单位体积的质量 计算式：计算式： 式中式中 。 表观密度表观密度，kg/m3。 m

23、 材料的质量，材料的质量，kg。 V。 材料在自然材料在自然状态下的体积，状态下的体积，m3。 测定方法：测定方法：v规则试件：几何计算法；规则试件：几何计算法；v不规则试件：蜡封，饱和排水法不规则试件：蜡封，饱和排水法与含水状态的关系与含水状态的关系：含水量越大，体积密度越小。含水量越大，体积密度越小。体体积积密密度度00mV石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积状态堆积状态下单下单 位体积的重量。位体积的重量。 计算式：计算式： 测定方法：测定方法：粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容粉状或粒状材料的质量

24、是指填充在一定容 器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器 的容积而言。的容积而言。 意义：在建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配意义：在建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度等数据。密度、体积密度和堆积密度等数据。堆堆积积密密度度mV石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院几种密度的特点：几种密度的特点：v相同点：相同点：指单位体积质量。（质量指单位体积质量。（质量/ /体积体

25、积）v区别：区别：测试方法不同，获得体积大小不同测试方法不同，获得体积大小不同v各个密度的大小顺序？各个密度的大小顺序？四种密度的作用：四种密度的作用：v计算计算材料用量材料用量v计算计算构件自重构件自重v配料计算配料计算v堆放空间堆放空间小结小结石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。 计算式：计算式：密密实实度度三、密实度、孔隙率三、密实度、孔隙率%100%100000mmVVD 定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例 计算式：计算式：孔孔隙隙率率0

26、00011(1) 100%VVVpDVV 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院孔隙率与密实度的关系？孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关系？（孔隙率与材料性质的关系？（例：海绵和钢材例：海绵和钢材） 材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。冻性、保温性能等。两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？（相同？（闭口孔隙含量越大，吸水率越小，保温性越好闭口孔隙含量越大，吸水率越小，保温性越好）材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关材料的性

27、质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、 孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院观察与讨论某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种 材料的剖面。请问选择何种材料？ AB石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院讨论：保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作

28、保温层材料。 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为 多孔、容量仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。 在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧 结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表 面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析 原因。 案例分析石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院分析：加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：指指散粒材料在某堆积体积中，

29、被其颗粒填充定义：指指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充 的程度。的程度。 计算式：计算式：填填充充率率四、填充率、空隙率四、填充率、空隙率 定义：指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体定义：指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体 积所占的比例。积所占的比例。 计算式：计算式：空空隙隙率率00100%100%VDV0000(1) 100% 1(1) 100%V VVPDVV 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院意义：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的意义：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的 致密度。空隙率可作为控制混凝土致密度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配骨料

30、级配与计与计 算算含砂率含砂率的依据。的依据。 关系：关系： D D + P + P =1 =1 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院五、与水有关的性质五、与水有关的性质石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？建筑红砖能否用作防水材料？建筑红砖能否用作防水材料？长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？有哪些要求？与水有关的性质包括：与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性亲水性和憎水性；吸水性 和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v根

31、据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为 亲水性材料：润湿角亲水性材料：润湿角9090 憎水性材料：润湿角憎水性材料：润湿角9090180180 亲水性憎水性Playv 建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等v 建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料 等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表 面处理。面处理。1 1、亲水性和憎水性（、亲水性和憎水性（屋面？外墙？屋面？外墙？）

32、石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院（1）吸水性）吸水性饱水状态（吸水饱和）恒值饱水状态（吸水饱和）恒值定义：材料在定义：材料在水中水中吸收水分达到饱和的能力。吸收水分达到饱和的能力。指标：用吸水率表示。指标：用吸水率表示。质量吸水率：材料饱水状态质量吸水率：材料饱水状态, ,所吸水分质量占干质量的百分率所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料饱水状态体积吸水率：材料饱水状态, ,所吸收水分体积占干体积百分率所吸收水分体积占干体积百分率2 2. 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性%100干干吸质mmmW21001.100%wVWVmmWVV

33、石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 对于质量吸水率大于100%的材料，如木材等通常用体积吸水率，而对于大多数材料，经常采用质量吸水率。两种吸水率存在以下关系 （1-14）0.VwWW石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。q对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小

34、。吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有率只有0.50.7，混凝土的吸水率为，混凝土的吸水率为24，粘土，粘土砖的吸水率达砖的吸水率达820，而木材的吸水率可超过，而木材的吸水率可超过100。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院（2）吸湿性）吸湿性自然状态自然状态 变值变值 定义定义：材料在潮湿材料在潮湿空气中空气中吸收水分的性质。

35、吸收水分的性质。 指标：指标：含水率含水率 定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率 计算式：计算式：。%100干干含含mmmW石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院与空气湿度有关与空气湿度有关 材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率平衡含水率。 石家庄铁道学

36、院石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强 度也不显著降低的性质。度也不显著降低的性质。指标：软化系数（指标：软化系数（K软软） 3 3. 耐水性耐水性干饱软ffK）的抗压强度（：材料吸水饱和状态下饱MPaf）压强度（：材料干燥状态下的抗干MPaf石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石 膏和混凝土。膏和混凝土。 因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。当材

37、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部分物质，造成强度的严重降低。|软化系数的范围波动在软化系数的范围波动在01之间，之间，软化系数越小，耐水性越软化系数越小，耐水性越差，差，当软化系数大于当软化系数大于0.85时，时， 认为是耐水性的材料。受水浸认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.75的材料建造。的材料建造。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院4 4. 抗渗性抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质。定义：材料抵抗压力水渗透的性质。指标：指标：1）渗透系数：）渗透系数：

38、式中：式中： K KS S 渗透系数，渗透系数，cm/hcm/h；W W 时间时间t内的渗水总量，内的渗水总量，cm； A A 材料垂直于渗水方向的渗水面积，材料垂直于渗水方向的渗水面积，cm； t t 时间，时间，h h ；d d 试件厚度，试件厚度，cmcm； H H 静水压力水头，静水压力水头，cmcm。K KS S的意义的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。. .sAt HWKd石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院2）抗渗等级）抗渗等级定义：定义：指指用标准方法进行透水试验时，用标准方法进行透水试验时，石料、砼或砂浆石料、砼或砂浆所能承受的最

39、大水压力。所能承受的最大水压力。 表示方法：字母表示方法：字母P+可承受的水压力（以可承受的水压力（以0.1MPa为单位）为单位）来表示抗渗等级。来表示抗渗等级。 举例：如举例：如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步等，表示试件能承受逐步增高至增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而的水压而不渗透。不渗透。抗渗等级越高，抗渗能力越强。抗渗等级越高，抗渗能力越强。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 抗渗性是决定材料耐久性的主要指标抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。（抗冻性和抗侵蚀性）。q 材料的抗渗性与材料内部的材料的抗渗性

40、与材料内部的孔隙率、孔隙特征孔隙率、孔隙特征有密切关系，有密切关系，特别是开口孔隙率有关，开口孔隙率越大，大孔含量越多，则特别是开口孔隙率有关，开口孔隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。q 地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料 应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科

41、学与工程分院5 5. 抗冻性抗冻性定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏 强度又不显著下降的性质。强度又不显著下降的性质。指标：抗冻等级指标：抗冻等级 抗压强度下降抗压强度下降25%25%；质量损失；质量损失5%5%时能经受冻融时能经受冻融 循环的循环的最大次数最大次数。 例如：例如： F150混凝土混凝土该混凝土能够抵抗的最大冻该混凝土能够抵抗的最大冻 融循环次数为融循环次数为150次次。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院材料抗冻标号的选择，足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖

42、、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为F15或F25；用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或F200 。水工混凝土要求高达F500。5 5. 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。冻融循环冻融循环|冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强 度降低。 |冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成 压力。 5 5. 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分

43、院冻融破坏的大坝坝面使用20年高速公路桥5 5. 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院5 5. 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院6. 霉变性霉变性定义：材料在潮湿或温暖的气候条件下受到真菌侵蚀，在材料定义：材料在潮湿或温暖的气候条件下受到真菌侵蚀，在材料的表面产生绒毛状或棉花状的物质，颜色从白色到暗灰色至黑的表面产生绒毛状或棉花状的物质，颜色从白色到暗灰色至黑色，有时也会产生蓝绿色、黄绿色、或微红色的物质，称为材色，有时也会产生蓝绿色、黄绿色、或微红色的物质，称为材料霉变。料霉变。原因：水分、温度、空气原因：水分、温度、空气措施：保持材料干燥、通

44、风。措施：保持材料干燥、通风。 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院7. 腐朽性腐朽性定义：材料在使用过程中受到酸、碱、盐以及真菌等各种腐蚀定义：材料在使用过程中受到酸、碱、盐以及真菌等各种腐蚀介质作用，在材料内部发生一系列的物理、化学变化，使材料介质作用，在材料内部发生一系列的物理、化学变化，使材料逐渐受到损害，性能改变，力学性质降低，严重时会引起整个逐渐受到损害，性能改变，力学性质降低，严重时会引起整个材料彻底破坏的现象。材料彻底破坏的现象。原因：引发种类很多，因材而异。原因：引发种类很多，因材而异。措施：措施很多，最常见是涂层法。措施：措施很多，最常见是涂层法。 石家庄铁道学院

45、石家庄铁道学院材料科学与工程分院|能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗 能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材 料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。墙体节能、屋面节能和门窗节能。建筑节能建筑节能保温材料保温材料热工性质热工性质导热性导热性热容量热容量六、材料与热有关的性质六、材料与热有关的性质石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院导热性导热性定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。传导至另一面的性质，称为材料的导热性。指标：导热系数指标：导热系数 式中式中 导热系数，（

46、导热系数，（）；传导的热量）；传导的热量, ,; ;材料厚度，；材料厚度，； 热传导面积，热传导面积， m m2 2；一热传导时间，一热传导时间，h h（t t2 2-t-t1 1）材料两面温度差，）材料两面温度差，K K)(12ttFZQd石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系 数范围是数范围是0.0350.0353.5 W3.5 W(mK)(mK)，工程中通常把，工程中通常把0.230.23 W W(mK)(mK)的材料称为的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）绝热材料（保温和隔热材料）。

47、 工程意义：工程意义：判断材料的保温隔热性能（判断材料的保温隔热性能（传热越传热越保温性保温性） 物理意义：导热系数为单位厚度物理意义：导热系数为单位厚度(1m)(1m)的材料、两面温度差为的材料、两面温度差为1 1 时、在单位时间时、在单位时间(1s)(1s)内通过单位面积内通过单位面积(1(1) )的热量。的热量。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|材料的化学组成与结构材料的化学组成与结构 p 化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。的导热系数也不同。 p 如：一般情况下，导热系数的大小为：如：一般情况下

48、，导热系数的大小为： 金属材料非金属材料金属材料非金属材料 有机材料有机材料影响导热性的因素：影响导热性的因素：石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|孔隙率和空隙构造特征孔隙率和空隙构造特征 P，导热性，导热性，原因是静止空气的，原因是静止空气的一般材一般材 料的料的。 P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，一定时，随着连通孔和粗孔的增多，因为若孔隙，因为若孔隙 粗粗大或贯通，对流作用加强，大或贯通，对流作用加强，。|材料的湿度和温度材料的湿度和温度 材料受潮后，材料受潮后，导热性，导热性，保温隔热性，保温隔热性（水水空气空气） 材料再受冻，材料再受冻，进一步进一步，保温隔热性进一步，保

49、温隔热性进一步(冰冰水水)。棉袄浸水后保暖性棉袄浸水后保暖性变差？变差？孔多的材料保温性孔多的材料保温性能好？能好？石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院热容热容v定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，它以材料升温或降温时热量的变化来表示，性质，它以材料升温或降温时热量的变化来表示，即热容量，其计算公式为即热容量，其计算公式为式中式中 Q材料的热容量，材料的热容量，KJ M材料的质量，材料的质量，Kg C材料比热容，材料比热容，KJ（Kg.K） t1-t2材料受热或冷却后的温差，材料受热或冷却后的温差，K12. .()QM C tt石

50、家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院热容热容vC：比热容，真正反映不同材料间热容性差别的：比热容，真正反映不同材料间热容性差别的参数，可以在实验室条件下检测材料在温度变化参数，可以在实验室条件下检测材料在温度变化时的热量释放量，由下式求出：时的热量释放量，由下式求出：物理意义：质量为物理意义：质量为1kg的材料，在温度每改变的材料，在温度每改变1K时时所吸收或放出热量的大小。所吸收或放出热量的大小。12.()QCMtt石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院一、材料的强度一、材料的强度二、弹性和塑性二、弹性和塑性三、脆性和韧性三、脆性和韧性四、硬度和耐磨性四、硬度和耐磨性第三节第

51、三节 材料的力学性质材料的力学性质石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院一、材料的强度l1.1.强度强度q材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。坏。q在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进

52、行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度材料的强度。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|2.根据外力作用方式不同分类: q 抗压强度、抗拉强度、 抗弯强度（或抗折强度） 及抗剪强度。如下图所示：石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|2.某杆件受力形式示意图如下，该杆件的基本受力形某杆件受力形式示意图如下，该杆件的基本受力形式是（式是（ ）（2014年二建考试真题）年二建考试真题）|A：压缩：压缩 B：弯曲

53、：弯曲 C：剪切：剪切 D：扭转：扭转石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院混凝土路面砖抗折强度试验石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：AFfmaxf-材料强度， MPaFmax-材料破坏时的最大荷载，NA-试件受力面积，mm2石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v 抗弯强度（抗折强度抗弯强度（抗折强度 ） 223bhFLf 单点加荷：单点加荷： 三分点加荷：三分点加荷： 2bhFLf ppppLpLL/3L/3L/3P/2P/2

54、bpp(a)(b)(c)(d)石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。 3.强度等级强度和强度等级的联系与区别强度等级是人为规定的强度范围强度指的是材料的极限值，是唯一的,是实测值强度等级的确定必须以其极限强度值为依据,每一强度等级则包含一系列强度值用于评价材料是否轻质高强。如 C30 M10 Q2354.比强度材料的强度与其表观密度的比值石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院1)材料的组成、结构与构造2)孔隙率与孔隙特征3)试件的形状和尺寸4)加荷速度5)试验环境的温度、湿度6)受力面

55、状态石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|弹性弹性q 定义：定义：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完 全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹 性变形（或瞬时变形）。性变形（或瞬时变形）。q 指标：指标：弹性模量弹性模量 （怎么求应力，求应变？）（怎么求应力，求应变？）q意义：意义：E E表示材料抵抗变形的指标，表示材料抵抗变形的指标，E E值越大，材料越不易变值越大，材料越不易变 形，即抵抗变形的能力越强。形，即抵抗变形的能力越强。二、弹性和塑性二、弹性和塑性E石家庄铁道学

56、院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|2 2、塑性：塑性：q定义：定义：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能 保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。 这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。q 常见塑性材料：常见塑性材料：混凝土拌合物、水泥浆、钢材、沥青等混凝土拌合物、水泥浆、钢材、沥青等Play石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|1

57、、脆性、脆性q定义：定义：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时 并无并无 明显的塑性变形的性质。明显的塑性变形的性质。q 特点：特点：破坏时，变形小；抗压强度高而抗拉、抗折强度低破坏时，变形小；抗压强度高而抗拉、抗折强度低q 脆性材料：脆性材料：大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然 石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土 砂浆等。砂浆等。三、脆性和韧性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|2、韧性（冲击

58、韧性）、韧性（冲击韧性）q定义：定义：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能 量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。q 韧性材料：韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击试验测定低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击试验测定q路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。的韧性。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院四、硬度和耐磨性四、硬度和耐磨性v 1. 1.硬度硬度q定义：定义：材

59、料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压 入其表面的能力入其表面的能力q分类：分类：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；摩氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏布氏、洛氏硬度（金属材料）。、洛氏硬度（金属材料）。 q测定方法：测定方法：刻划法，回弹法和压入法刻划法，回弹法和压入法o刻划法：刻划法：用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、 方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶 刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级o 回弹法：回弹法：用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝 土的强度土的强度石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v 2 .2 .耐磨性耐磨性 定义：定义：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。 指标：指标：材料的耐磨性用磨耗率表示材料的耐磨性用磨耗率表示 计算公式：计算公式：式中：式中：G-G-材料的磨耗率，材料的磨耗率，