建筑材料的基本性质

1、第三章 建筑材料的基本性质绿色建筑材料Green Building Materials 选择结构材料关注什么？选择保温材料关注什么？选择防水材料关注什么？问题导入小田 教学目标 通过本章的学习，了解在不同使用环境下，各类建筑材料的基本性质，并掌握各性质的涵义和影响这些性质的因素。并能联系工程中的实际应用，研究和改进材料的性质，对后面具体材料的学习作一个很好的铺垫。小田 本章内容3.1 建筑材料的基本物理参数3.2 建筑材料的热学性质3.3 建筑材料的力学性质3.4 建筑材料与水有关的性质3.5 建筑材料的耐久性3.6 建筑材料的环境协调性小田 定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 表达

2、式： =m/V （g/cm3 ） m材料干燥时的质量（g） V材料在绝对密实状态下的体积（cm3 ） 即不包括任何孔隙在内的体积。 意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。V的测定： a. 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积； b. 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用密度瓶测其实际体积。密 度是否存在绝对密实的材料？2.1.13.1 建筑材料的基本物理参数小田 定义：材料在包含其内部闭口孔隙条件下的单位体积所具有的质量。 表达式： （g/cm3 ）或(kg/m3 ) m材料的质量（g 或kg） V材料在自

3、然状态下不含开口孔隙的体积。意义：实际密度的近似密度，测量某些较致密的不规则的散粒材料。 V的测量：排水法，水中称重法。表观密度小田 定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。 表达式： （g/cm3 ）或(kg/m3 ) m材料的质量（g 或kg） V0材料在自然状态下的体积，也称表观体积(cm3 或 m3 )。包括材料孔隙在内的体积，既包括开口孔隙，也包括闭口孔隙。意义：反映材料轻重的量，也与材料的强度有关，是选择结构材料和承重材料的依据。 V0的测量：对形状规则的材料，直接测量； 对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量。体积密度小田 定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在自然堆积状态下

4、，单位体积的质量。 表达式： （kg/m3 ） m材料的质量（kg） 堆积体积（m3 ） 的特点：包括了孔隙及材料颗粒间的空隙体积。 的测定：用既定容积的容器测定。 堆积密度小田 定义：在材料体积内，固体物质的体积占总体积的比例。 表达式：密实度小田 定义：材料体积内，孔隙体积占总体积的比例。 表达式： 孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关系？ 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。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？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。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

5、的分布均匀程度等。孔隙率小田 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小田 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，适于作保温层材料。 小田 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。 案例分析小田 分 析加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大

6、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。 小田 填充率定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积占总体积的比例。表达式：2.1.3小田 空隙率定义：在散粒材料的堆积体积中，空隙体积占总体积的比例。表达式：小田 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。建筑节能保温材料热学性质导热性热容量3.2 建筑材料的热学(工)性质小田 定义：材料传导热量的能力（冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料阻碍热量传入室内）。表示

7、方法：用导热系数表示，导热系数的物理意义是：厚度为1 m的材料，当温度每改变1 K时，在l h时间内通过1 m2面积的热量。用公式表示为 式中 材料的导热系数，w/（mK）； Q 传导的热量，J； d 材料的厚度，m； A 材料传热的面积，m2； t 传热时间，h； （T1-T2）材料两侧温度差，K 在建筑工程中的意义：判断材料的保温隔热性能（ 越大，传热越快，保温性越差）。导热性小田 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0.0353.5 W(mK)，工程中通常把0.23 W(mK)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。常用建筑材料的热工性质指标小田 材料的化学组成与结构

8、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不同。 如：一般情况下，导热系数的大小为： 金属材料非金属材料有机材料孔隙率和空隙构造特征 一般来说：P，导热性，原因是静止空气的一般材料的。 P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，。材料的湿度和温度 材料受潮后，导热性，保温隔热性（水空气）。材料受潮后再受冻，进一步，保温隔热性进一步(冰水)。影响导热性的因素棉袄浸水后保暖性变差？孔多的材料保温性能好？小田 思考题1.中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？2.保温材料为什么保持干燥状态保温效果较好？小田 定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性

9、质。用比热容C表示。在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。热 容小田 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，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。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。3.3 建筑材料的力学性质强 度小田 根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。如下图所示

10、：小田 材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算： f- 材料强度，MPaFmax-材料破坏时的最大荷载，NA-试件受力面积，mm2小田 材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：式中 fw-材料的抗弯强度， MPaFmax-材料受弯破坏时的最大荷载，NL-两支点的间距，mmb、h-试件横截面的宽及高，mm小田 常见建筑材料的强度/MPa小田 比强度是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其体积密度之比（f /0）。在高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。是反映材料轻质高强的力学参数。在

11、高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。这类轻质高强的材料，也是未来土木建筑材料发展的主要方向。 木材强度值虽比混凝土低，但其比强度却高于混凝土，这说明木材与混凝土相比较是典型的轻质高强材料。 例如比强度小田 几种主要材料的比强度小田 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。弹性与塑性小田 材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。 砖、石材、玻璃、

12、混凝土等都是脆性材料。 脆 性小田 材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 建筑钢材、木材、塑料等是较典型的韧性材料。 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。 韧 性小田 课堂讨论大理石和玻璃谁更坚硬？大理石玻璃小田 材料的硬度是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。通常用刻划法、回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法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、刚玉、金刚石的顺序，分为10个硬度等级。硬 度小田 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，

13、计算公式如下：式中 G材料的磨耗率（g/cm2） m1材料磨损前的质量（g） m2材料磨损后的质量（g） A 材料试件的受磨面积（cm2）耐磨性小田 石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？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有哪些要求？与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。3.4 建筑材料与水有关的性质小田 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90 憎水性材料：润湿角90180 亲水性憎水性 建筑中大部分材料属于亲水材料，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面处理。亲水性与憎水性

14、小田 材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性，用吸水率表示，吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。材料中所吸水分是通过开口孔隙吸入的，故开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多。材料吸水达饱和时的体积吸水率，即为材料的开口孔隙率。吸水性小田 材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关：对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭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。吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：瓷砖的吸水率越大，抗冻性越差。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.50.7，混凝土的吸水率

15、为23，粘土砖的吸水率达820，而木材的吸水率可超过100。小田 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性（潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分）。材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水重占材料干重的百分率。材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？ 吸湿性小田 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。用软化系数表示。耐水性小田 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

16、。 水分分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力的程度是不同的。当材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01之间，当软化系数大于0.80时，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0.85的材料建造。小田 材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质称为抗渗性。 用渗透系数或抗渗等级表示。渗透系数：一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量。抗渗等级：在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pn”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水压力而不渗透。抗渗性小田 抗渗性是决定

17、材料耐久性的主要指标(抗冻性和抗侵蚀性)。材料的抗渗性与材料内部的孔隙率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憎水性和亲水性有关，憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料。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。 小田 材料在饱水状态下，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。用抗冻等级表示。抗冻等级FN，N，抗冻性。 F150混凝土该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为150次。例如抗冻性小田 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，体积膨胀所产生的冻胀压

18、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。冻融破坏冻融破坏的表现：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。 厨房的瓷砖有剥落现象，试分析原因。小田 材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，统称之为耐久性。耐久性是一种复杂的、综合的性质,包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中各种自然因素的破坏作用，这些破坏作用可分为物理作用、化学作用和生物作用。要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素，综合考虑其耐久性，并根据各种材料的耐久性特点，合理地选用。 3.5 建筑材料的耐久性小田 砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。各种建筑材料受到的主要破坏小田 材料的耐久性指标是根据