建筑材料史长莹

第1章建筑材料的基本性质theBasicPropertyofConstructionMaterials1.1材料与质量有关的性质1.1.1材料的体积构成体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。1.1材料与质量有关的性质1.1.2绝对密实体积

干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。1.1.3近似绝对密实体积对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。一般以表示。1.1材料与质量有关的性质

近似绝对密实体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。

工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积1.1.4材料的自然体积材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0

表示。形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。1.1.5材料的堆积体积粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以表示。1.1材料与质量有关的性质1.2材料的密度、表观密度和孔隙率1.2.1密度指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：

式中：ρ——密度，g/cm3

；

m——材料在干燥状态下的质量，g；

V——材料的绝对密实体积，cm3

。1.2.2视密度材料单位近似绝对密实体积的质量。按下式计算：式中：——视密度，g/cm3

或kg/m3；

m——材料在干燥状态下的质量，g或kg；

——材料的近似绝对密实体积，cm3

或m3。1.2材料的密度、表观密度和孔隙率1.2材料的密度、表观密度和孔隙率砂视密度ρs的测定（kg/m3）式中：m0——砂试样的烘干质量，g；m0＝300g；

m1——砂试样、水及容量瓶总质量，g;m2——水及容量瓶总质量，g。测定瓶+砂+水的质量m1测定瓶+水的质量m2材料的视密度与其内部构成状态及含水状态有关。1.2.3表观密度表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：

式中：ρ0——材料的表观密度,g/cm3

或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

V0——材料的自然体积，cm3

或m3。1.2材料的密度、表观密度和孔隙率1.2.4堆积密度堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：

式中：ρ0´——材料的堆积密度,g/cm3

或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

——材料的堆积体积，cm3

或m3。1.2材料的密度、表观密度和孔隙率1.2材料料的的密密度度、、表表观观密密度度和和孔孔隙隙率率砂堆堆积积密密度度的的测测定定将容容量量筒筒内内材材料料刮刮平平，，容容量量筒筒的的容容积积即即为为材材料料堆堆积积体体积积1.2材料料的的密密度度、、表表观观密密度度和和孔孔隙隙率率几种种密密度度的的比比较较比较项目密度视密度表观密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算1.2材料料的的密密度度、、表表观观密密度度和和孔孔隙隙率率1.2.5密实实度度是是指指材材料料体体积积内内固固体体物物质质填填充充的的程程度度。。密密实实度度的的计计算算式式如如下下：：式中中：：ρ———密度度；；ρ0———材料料的的表表观观密密度度。。对对于于绝绝对对密密实实材材料料，，因因ρ0=ρ，故故密密实实度度D=1或100%。对对于于大大多多数数土土木木工工程程材材料料，，因因ρ0＜ρ，故故密密实实度度D＜1或D＜100%。1.2.6孔隙隙率率是是指指材材料料内内部部孔孔隙隙的的体体积积占占材材料料总总体体积积的的百百分分率率。。孔孔隙隙率率P按下下式式计计算算：：式中中：：V———材料料的的绝绝对对密密实实体体积积，，cm3或m3；V0———材料料的的表表观观体体积积，，cm3或m3；ρ0———材料料的的表表观观密密度度,g/cm3或kg/m3；ρ———密度度,g/cm3或kg/m3。1.2材料料的的密密度度、、表表观观密密度度和和孔孔隙隙率率1.2材料料的的密密度度、、表表观观密密度度和和孔孔隙隙率率1.2.7填充充度度是是指指散粒粒材材料料堆堆积积体体积积内内，，被被其其颗颗粒粒填填充充的的程程度度。填填充充度度的的计计算算式式如如下下：：式中中：：———视密密度度；；———材料料的的堆堆积积密密度度。。1.2材料料的的密密度度、、表表观观密密度度和和孔孔隙隙率率1.2.8空隙率率是指指散粒粒材料料在其其堆积积体积积中,颗粒之之间的的空隙隙体积积所占占的比比例。。空隙隙率按按下下式计计算：：式中：：ρ´———材料的的视密密度；；——材料的的堆积积密度度。空隙率率的大大小反反映了了散粒粒材料料的颗颗粒互互相填填充的的致密密程度度。空空隙率率可作作为控控制混混凝土土骨料料级配配与计计算砂砂率的的依据据。1.2材料的的密度度、表表观密密度和和孔隙隙率孔隙率率与空空隙率率的区区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式1.3材料的的力学学性质质1.3.1材料的的强度度材料的的强度度是材材料在在应力力作用用下抵抵抗破破坏的的能力力。根据外外力作作用方方式的的不同同，材材料强强度有有：抗抗压、、抗拉拉、抗抗剪、、抗弯弯（抗抗折））强度度等。。抗压抗拉抗剪抗弯1.3材料的的力学学性质质抗压强强度、、抗拉拉强度度、抗抗剪强强度的的计算算：式中：：f——材料强强度，，MPa；Fmax——材料破破坏时时的最最大荷荷载，，N；A———试件受受力面面积，，mm2。抗弯强强度的的计算算：中间作作用一一集中中荷载载，对对矩形形截面面试件件，则则其抗抗弯强强度用用下式式计算算：式中：：fw——材料的的抗弯弯强度度，MPa；Fmax———材料受受弯破破坏时时的最最大荷荷载，，N；A——试件受受力面面积，，mm2；L、b、h——两支点点的间间距，，试件件横截截面的的宽及及高，，mm。-1.3材料的的力学学性质质材料强强度测测试结结果受受到很很多因因素的的影响响，主主要有有：试试件的的形状状、尺尺寸、、表面面状况况；试试件的的温度度、湿湿度；；加荷荷速度度、实实验装装置等等。1.3材料的的力学学性质质1.3.2弹性和和塑性性（1）弹性性材料在在外力力作用用下产产生变变形，，当外外力取取消后后能够够完全全恢复复原来来形状状的性性质称称为弹弹性。。这种种完全全恢复复的变变形称称为弹弹性变变形（（或瞬瞬时变变形））。（2）塑性性材料在在外力力作用用下产产生变变形，，如果果外力力取消消后，，仍能能保持持变形形后的的形状状和尺尺寸，，并且且不产产生裂裂缝的的性质质称为为塑性性。这这种不不能恢恢复的的变形形称为为塑性性变形形（或或永久久变形形）。。1.3材料的力学学性质1.3.3脆性和韧性性材料受力达达到一定程程度时，突突然发生破破坏，并无无明显的变变形，材料料的这种性性质称为脆脆性。大部部分无机非非金属材料料均属脆性性材料，如如天然石材材，烧结普普通砖、陶陶瓷、玻璃璃、普通混混凝土、砂砂浆等。脆脆性材料的的另一特点点是抗压强强度高而抗抗拉、抗折折强度低。。在工程中中使用时，，应注意发发挥这类材材料的特性性。1.3材料的力学学性质1.3.3脆性和韧性性在冲击、震震动荷载作作用下，材材料可吸收收较大的能能量产生一一定的变形形而不破坏坏的性质称称为韧性或或冲击韧性性。建筑钢钢材(软钢)、木材、塑塑料等是较较典型的韧韧性材料。。路面、桥桥梁、吊车车梁及有抗抗震要求的的结构都要要考虑材料料的韧性。。脆性和韧韧性一般是是连在一起起的。脆性性材料力学学性能的特特点是抗压压强度远大大于抗拉强强度,破坏时的极极限应变值值极小。砖砖、石材、、陶瓷、玻玻璃、混凝凝1.3材料的力学学性质1.3.3脆性和韧性性

土、铸铁等都都是脆性材材料。与韧韧性材料相相比，它们们对抵抗冲冲击荷载和和承受震动动作用是相相当不利的的。作为工工程材料，，我们希望望它同时具具有良好的的韧性和脆（刚）性。在在改善材料料的韧性时时，还应设设法提高脆（刚）性。横向变形与与体积比：：P11徐变与应力力松弛：P111.3材料的力学学性质1.3.4硬度和耐磨磨性（1）硬度材料的硬度度是材料表表面的坚硬硬程度，是是抵抗其它它硬物刻划划、压入其其表面的能能力。通常常用刻划法法，回弹法法和压入法法测定材料料的硬度。。刻划法用于于天然矿物物硬度的划划分，按滑滑石、石膏膏、方解石石、萤石、、磷灰石、、长石、石石英、黄晶晶、刚玉、、金刚石的的顺序，分分为10个硬度等级级。回弹法用于于测定混凝凝土表面硬硬度，并间间接推算混混凝土的强强度；也用用于测定陶陶瓷、砖、、砂浆、塑塑料、橡胶胶、金属等等的表面硬硬度并间接接推算其强强度。（2)耐磨性耐磨性是材材料表面抵抵抗磨损的的能力(包括磨损和和磨耗)。材料的耐耐磨性用磨磨耗率表示示，计算公公式如下：：式中：G——材料的磨耗耗率，（（g/cm2）；m1——材料磨损前前的质量，，（g）；m2——材料磨损后后的质量，，（g）；A——材料试件的的受磨面积积（cm2）。1.3材料的力学学性质1.4材料与水有有关的性质质1.4.1材料的亲水水性与憎水水性与水接触时时，材料表表面能被水水润湿的性性质称为亲亲水性；材材料表面不不能被水润润湿的性质质称为憎水水性。具具有亲水性性或憎水性性的根本原原因在于材材料的分子子结构。亲亲水性材料料与水分子子之间的分分子作用力力，大于水水分子相互互之间的内内聚力；憎憎水性材料料与水分子子之间的作作用力，小小于水分子子相互之间间的内聚力力。（ａ）亲水水性材料（（ｂ）憎水水性材料二、材料与与水有关的的性质1.4.2材料的吸水水性材料在水中中吸收水分分的能力，，称为材料料的吸水性性。吸水水性的大小小以吸水率率来表示。。（1）质量吸吸水率质量吸水率率是指材料料在吸水饱饱和时，所所吸水量占占材料在干干燥状态下下的质量百百分比，并并以ｗm表示。质量量吸水率ｗｗm的计算公式式为：式中：mb——材料吸水饱饱和状态下下的质量（（g或kg）；mg——材料在干燥燥状态下的的质量（g或kg）。（2）体积吸吸水率体积吸水率率是指材料料在吸水饱饱和时，所所吸水的体体积占材料料自然体积积的百分率率，并以WV表示。体积积吸水率WV的计算公式式为：式中:mb——材料吸水饱饱和状态下下的质量（（g或kg）；mg——材料在干燥燥状态下的的质量（g或kg）。V0——材料在自然然状态下的的体积，（（cm3或m3）；ρw——水的密度,（g/cm3或kg/m3），常温温下取ρw=1.0g/cm3。1.4材料与水有有关的性质质1.4材料与水有有关的性质质（3）影响材料料吸水性的的因素材料的吸水水率与其孔孔隙率有关关，更与其其孔特征有有关。因为为水分是通通过材料的的开口孔吸吸入并经过过连通孔渗渗入内部的的。材料内内与外界连连通的细微微孔隙愈多多，其吸水水率就愈大大。1.4材料与水有有关的性质质1.4.3材料的吸湿湿性材料的吸湿湿性是指材材料在潮湿湿空气中吸吸收水分的的性质。用用含水率Ｗh表示，其计计算公式为为：式中：ms——材料吸湿状状态下的质质量（g或kg）mg——材料在干燥燥状态下的的质量（g或kg）。当空气中湿湿度在较长长时间内稳稳定时，材材料的吸湿湿和干燥过过程处于平平衡状态，，此时材料料的含水率率保持不变变，其含水水率称为平平衡含水率率。1.4材料与水有有关的性质质吸水率与含含水率的区区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率1.4.4材料的耐水水性材料的耐水水性是指材材料长期在在饱和水的的作用下不不破坏，强强度也不显显著降低的的性质。材材料耐水性性的指标用用软化系数数KR表示：式中：KR——材料的软化化系数；fb——材料吸水饱饱和状态下下的抗压强强度（MPa）；fg——材料在干燥燥状态下的的抗压强度度（MPa）。1.4材料与水有有关的性质质1.4材料与水有有关的性质质软化系数反反映了材料料饱水后强强度降低的的程度，是是材料吸水水后性质变变化的重要要特征之一一。一般材料吸吸水后，水水分会分散散在材料内内微粒的表表面，削弱弱其内部结结合力，强强度则有不不同程度的的降低。当当材料内含含有可溶性性物质时（（如石膏、、石灰等）），吸入的的水还可能能溶解部分分物质，造造成强度的的严重降低低。软化系数的的波动范围围在0至1之间。工程程中通常将将KR＞0.85的材料称为为耐水性材材料，可以以用于水中中或潮湿环环境中的重重要工程。。用于一般般受潮较轻轻或次要的的工程部位位时，材料料软化系数数也不得小小于0.75。1.4材料与水有有关的性质质1.4.5抗冻性抗冻性是指指材料在吸吸水饱和状状态下，能能经受反复复冻融循环环作用而不不破坏，强强度也不显显著降低的的性能。材料吸水后后，在负温温作用条件件下，水在在材料毛细细孔内冻结结成冰，体体积膨胀所所产生的冻冻胀压力造造成材料的的内应力减减小，会使使材料遭到到局部破坏坏。随着冻冻融循环的的反复，材材料的破坏坏作用逐步步加剧，这这种破坏称称为冻融破破坏。抗冻性以试试件在冻融融后的质量量损失和强强度损失不不超过一定定限度时所所能经受的的冻融循环环次数来表表示，或称称为抗冻等等级。(慢冻法：强强度损失率率不超过25%、重量损失失率不超过过5%；快动法：：相对动弹弹模下降至至60%、重量损失失率不超过过5%)材料的抗冻冻等级可分分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表表示此材料料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循循环。1.4材料与水有有关的性质质影响抗冻性性的因素（1）材料的密密实度（孔孔隙率）：：密实度越越高则其抗抗冻性越好好。（2）材料的孔孔隙特征：：开口孔隙隙越多则其其抗冻性越越差。（3）材料的强强度：强度度越高则其其抗冻性越越好。（4）材料的耐耐水性：耐耐水性越好好则其抗冻冻性也越好好。（5）材料的吸吸水量大小小：吸水量量越大则其其抗冻性越越差。1.4材料与水有有关的性质质1.4.6材料的抗渗渗性抗渗性是材材料在压力力水作用下下抵抗水渗渗透的性能能。用渗透透系数或抗抗渗等级W表示。（1）渗透系数数材料的渗透透系数K可通过下式式计算:式中：K——渗透系数,（mm/s）;Q——渗水量，（（mm3）；A——渗水面积,（mm2）；H——材料两侧的的水压差，，（mm）；d——试件厚度（（mm）；t——渗水时间（（s）。

材料料的渗透系系数越小，，说明材料料的抗渗性性越强。1.4材料与水有有关的性质质（2）抗渗等等级材料的抗渗渗等级是指指用标准方方法进行透透水试验时时，材料标标准试件在在透水前所所能承受的的最大水压压力，并以以字母W及可承受的的水压力（（以0.1MPa为单位）来来表示抗渗渗等级。如如W4、W6、W8、W10…等，表示试试件能承受受逐步增高高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不不渗透。（3）渗水高度度材料亲水性性和憎水性性：通常憎憎水性材料料其抗渗性性优于亲水水性材料；；材料的密实实度：密实实度高的材材料其抗渗渗性也较高高；材料的孔隙隙特征：具具有开口孔孔隙的材料料其抗渗性性较差。1.4材料与水有有关的性质质（2）抗渗等等级材料料的的抗抗渗渗等等级级是是指指用用标标准准方方法法进进行行透透水水试试验验时时，，材材料料标标准准试试件件在在透透水水前前所所能能承承受受的的最最大大水水压压力力，，并并以以字字母母W及可可承承受受的的水水压压力力（（以以0.1MPa为单单位位））来来表表示示抗抗渗渗等等级级。。如如W4、W6、W8、W10……等，，表表示示试试件件能能承承受受逐逐步步增增高高至至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa……的水水压压而而不不渗渗透透。。（3）影影响响材材料料抗抗渗渗性性的的因因素素材料料亲亲水水性性和和憎憎水水性性：：通通常常憎憎水水性性材材料料其其抗抗渗渗性性优优于于亲亲水水性性材材料料；；材料料的的密密实实度度：：密密实实度度高高的的材材料料其其抗抗渗渗性性也也较较高高；；材料料的的孔孔隙隙特特征征：：具具有有开开口口孔孔隙隙的的材材料料其其抗抗渗渗性性较较差差。。8.3砼抗抗渗渗试试验验8.3砼抗抗渗渗试试验验8.3砼抗抗渗渗试试验验1.5材料料的的耐耐久久性性材料料的的耐耐久久性性是是泛泛指指材材料料在在使使用用条条件件下下，，受受各各种种内内在在或或外外来来自自然然因因素素及及有有害害介介质质的的作作用用，，能能长长久久地地保保持持其其使使用用性性能能的的性性质质。。材料在建建筑物之之中，除除要受到到各种外外力的作作用之外外，还经经常要受受到环境境中许多多自然因因素的破破坏作用用。这些些破坏作作用包括括物理、、化学、、机械及及生物的的作用。。1.5材料的耐耐久性物理作用用可有干干湿变化化、温度度变化及及冻融变变化等。。化学作用用包括大大气、环环境水以以及使用用条件下下酸、碱碱、盐等等液体或或有害气气体对材材料的侵侵蚀作用用。机械作用用包括使使用荷载载的持续续作用，，交变荷荷载引起起材料疲疲劳，冲冲击、磨磨损、磨磨耗等。。生物作用用包括菌菌类、昆昆虫等的的作用而而使材料料腐朽、、蛀蚀而而破坏。。1.6材料与热热有关的的性质1.6.1导热性当材料两两面存在在温度差差时，材材料传导导热量的的性质，，称为材材料的导导热性。。导热性性用导热热系数λ表示：式中：λ——导热系数数，W/（m·K）；Q——传导的热热量，J；d——材料厚度度，m；F——热传导面面积，m2；Z——热传导时时间，s；

（t2－t1）——材料两面面温度差差，K。物理意义义：单位位厚度（（1m）的材料料、两面面温度差差