建筑材料的基本性质

建筑材料的基本性质第一页，共五十六页，2022年，8月28日第一节材料的化学组成、结构和构造材料的化学组成化学组成不同是材料具有不同的性质，化学组成通常从元素组成和矿物组成两方面研究元素组成：主要是指化学元素的组成特点如：不同种类和金刚的性质不同主要是其含有的合金元素CSiMn等不同所致矿物组成：矿物组成主要是指元素组成相同但是分子团组成形式各异的现象如：粘土和其烧结而成的陶瓷中含有的矿物相同，但是陶瓷含有了莫来石晶体使陶瓷具有了强度和硬度等性质材料的化学组成不同，则材料的矿物组成就不同材料的化学组成相同，可以有不同的矿物组成第二页，共五十六页，2022年，8月28日材料的组成、结构和构造材料的结构与构造宏观构成（结构）亚微观结构（显微或细观结构）微观结构第三页，共五十六页，2022年，8月28日原子排列图微观结构指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-6-10-10m。第四页，共五十六页，2022年，8月28日宏观结构（构造）指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。材料的宏观结构及其相应的主要特征返回第五页，共五十六页，2022年，8月28日宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔

径分按构成形态分第六页，共五十六页，2022年，8月28日宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分致密结构(钢材、玻璃等---密度大、导热性高)多孔结构（加气混凝土、泡沫塑料等—轻质、保温、隔热、吸声、吸水）微孔结构（隔声、吸声、吸水性，抗渗性差）第七页，共五十六页，2022年，8月28日宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分粗大孔隙结构细小孔隙结构极微细孔隙结构第八页，共五十六页，2022年，8月28日宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分聚集结构纤维结构层状结构散粒结构第九页，共五十六页，2022年，8月28日建筑材料的孔隙材料实体内部被空气所占据的空间为孔隙。材料实体之间被空气所占据的空间称为空隙。孔隙的形成孔隙的定义内、外因素：水的占据作用、火山作用、外加剂作用；焙烧作用说明孔隙状况的指标孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径第十页，共五十六页，2022年，8月28日孔隙率孔隙在材料体积中所占的比例。孔隙连通性连通孔：吸水性、吸声性（木材、矿渣）孔隙直径粗大孔：主要影响材料的密度、强度封闭孔：保温隔热性（发泡聚苯乙烯、陶粒）毛细孔：吸水性、抗冻性极细微孔：对材料性能影响不大第十一页，共五十六页，2022年，8月28日第二节材料的基本物理性质一、材料的密度、表观密度、堆积密度二、密实度、孔隙率三、填充率、空隙率四、与水有关的性质五、与热有关的性质第十二页，共五十六页，2022年，8月28日

一、材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度

建筑材料中除了少数材料（钢材、玻璃等）接近绝对密实外，绝大多数材料内部都包含一些孔隙。单体材料的体积构成：绝对密实的体积V、开口孔隙体积V开、闭口孔隙体积V闭

。表观体积V’绝对密实的体积V闭口孔隙体积V闭自然体积V0绝对密实的体积V闭口孔隙体积V闭开口孔隙体积V开堆积材料：堆积体积V0’自然体积V0空隙体积V空第十三页，共五十六页，2022年，8月28日一、材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度

材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

=m/v（kg/m3）

式中

——密度

m——材料的质量，kg。v——材料在绝对密实状态下的体积，m3。测定方法：几何法、密度瓶法（磨成粉末）

材料的密度表观密度堆积密度表观密度第十四页，共五十六页，2022年，8月28日一、材料的密度、表观密度、堆积密度

材料包括封闭孔在内的单位体积的质量。`=m/v`

式中

`——表观密度，kg/m3。

m——材料的质量，kg。v`——材料的表观体积，m3测量方法：排水法（颗粒外形不规则的坚硬颗粒如：砂子、石子等）。

材料的密度堆积密度表观密度体积密度第十五页，共五十六页，2022年，8月28日一、材料的密度、表观密度、堆积密度

块体材料在自然状态下单位体积的质量。。=m/v。

式中。——表观密度，kg/m3。

m——材料的质量，kg。V。——材料的自然体积，m3。测量方法：外形规则的材料用测量法；外形不规则的用涂蜡排水法

材料的密度堆积密度体积密度表观密度第十六页，共五十六页，2022年，8月28日一、材料的密度、表观密度、堆积密度

散粒或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量

。`=m/v。`（kg/m3）

式中。`——堆积密度

m——材料的质量，kg。v。`——材料的堆积体积，m3。

材料的密度表观密度堆积密度体积密度第十七页，共五十六页，2022年，8月28日以上各有关密度指标对于计算构件自重、配合比设计、测算堆放场地和材料用量时应用广泛第十八页，共五十六页，2022年，8月28日二、密实度、孔隙率1、密实度：是指材料体积内，被固体物质充满的程度，用D表示。

D=

v/v。100%=。/100%2、孔隙率：是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。P=（v。-

v）/v。100%=（1-。/）100%D+P=1第十九页，共五十六页，2022年，8月28日三、填充率、空隙率

1、填充率：是指散粒材料在其堆积体积中，被颗粒实体体积填充的程度，用D`表示。

D`=v。/v。`100%

=。`/。100%2、空隙率：是指散粒材料在其堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例，以P`表示。

P`=（v。`-v。）/v。`100%=(1-。`/。）100%D`+P`=1第二十页，共五十六页，2022年，8月28日空隙率反映了材料颗粒之间的相互填充的致密程度，对于混凝土的粗、细骨料，空隙率越小，说明其颗粒大小搭配的越合理，用其配置的混凝土越密实，水泥也越节约第二十一页，共五十六页，2022年，8月28日二、材料与水有关的性质

1.亲水性与憎水性在材料、水、空气三相交点处，沿水滴表面所作切线，切线经过水与材料表面的夹角称为润湿角，润湿角可能出现如下两种情况，如下图所示。第二十二页，共五十六页，2022年，8月28日θ角越小，水分越容易被材料表面吸附，说明材料被水润湿的程度越高，即材料湿润性越好，亲水性越强。a.润湿角θ≤90º的材料为亲水性材料，如砖、石料、混凝土、木材等。

b.润湿角θ>90º的材料，如沥青、石蜡、塑料等。这些憎水性材料常用于防水、防潮、防磨材料，也可以用作亲水性材料的表面处理，以提高其耐久性。

c.当θ=0º时，完全被水润湿。第二十三页，共五十六页，2022年，8月28日2.吸水性

吸水性是指材料在水中吸收水分达饱和的能力，有质量吸水率和体积吸水率两种表达方式，分别以Ww和Wv表示：

Ww=(m2-m1)/m1

100%

Wv=Vw/V0=(m2-m1)/（V0w）100%式中Ww——质量吸水率（%）；

Wv——体积吸水率（%）；

m2——材料在吸水饱和状态下的质量；

m1——材料在绝对干燥状态下的质量（g）；

Vw——材料所吸收水分的体积（cm3）；

w

——水的密度，常温下可取1g/cm3。第二十四页，共五十六页，2022年，8月28日两种吸水率的关系：Wv=Ww0/w影响材料吸水性的主要因素：材料的化学组成、结构和构造状况，尤其是孔隙状况。(w通常情况下取1)大多数材料经常采用质量吸水率，对于质量吸水率大于100%的材料常用体积吸水率3.吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的能力。用含水率表示。W=(mk-m1）/m1100%式中W——材料的含水率（%）；

mk——材料吸湿后的质量（g）；

m1——材料在绝对干燥状态下的质量（g）。第二十五页，共五十六页，2022年，8月28日4.耐水性

材料在长期饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，可按下式计算

Kp=fw/f式中

Kp——材料的软化系数，取值在0～1之间；

fw——材料在吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；

f——材料在绝对干燥状态下的抗压强度(MPa)。第二十六页，共五十六页，2022年，8月28日软化系数越小，材料耐水性越差。材料浸水后，会降低材料组成微粒间的结合力，引起强度的下降。

b.软化系数大于0.8的材料，通常可以认为是耐水材料。

c.对于经常位于水中或处于潮湿环境中的重要建筑物所选用的材料要求其软化系数应大于0.85；

d.对于受潮较轻或次要建筑物所用的材料，软化系数容许稍有降低，但不宜小于0.75。

练习第二十七页，共五十六页，2022年，8月28日1．某岩石在气干、绝干、水饱和状态下测得的抗压强度分别为172MPa、178MPa、168MPa。该岩石可否用于水下工程。答案：该岩石的软化系数为

所以该岩石可用于水下工程。第二十八页，共五十六页，2022年，8月28日5.抗渗性材料抵抗压力水或其它液体渗透的性质称为抗渗性（不透水性）。材料的抗渗性好坏有以下两种不同表示方法。a.渗透系数材料在压力水作用下透过水量的多少遵守达西定律，即在一定时间内，透过材料试件的水量与试件的渗水面积及水头差成正比，与试件厚度成反比，如图所示，用公式表示为第二十九页，共五十六页，2022年，8月28日Q=k•（HAt）/d可得k=Qd/(HAt)式中k——渗透系数（cm/h）；Q——透过材料试件的水量（cm3）；

t——渗水时间（h）；A——渗水面积（cm2）；H——水头差（cm）；d——试件厚度（cm）。材料的抗渗性主要与材料的孔隙状况有关。第三十页，共五十六页，2022年，8月28日b.抗渗等级在标准试验条件下，材料的最大渗水压力（MPa)。用P表示。混凝土和砂浆抗渗性的好坏常用抗渗等极来表示。

6.抗冻性材料在吸水饱和状态下，抵抗多次冻融循环，不破坏、强度也不显著降低的性质。抗冻性用抗冻等级F表示。例如：F10第三十一页，共五十六页，2022年，8月28日

五、与热有关的性质1.导热性材料传导热量的性质称为导热性。材料导热性的大小用导热系数λ表示。λ=Qd/[At(T1-T2)]式中

λ——导热系数，W/（m.K）；

Q——传导的热量，J；

A——热传导面积，m2；

d——材料厚度，m；

t——热传导时间，s；

T1-T2——材料两侧温差，K。

第三十二页，共五十六页，2022年，8月28日导热系数越小，材料的保温隔热性越强。λ小于0.25W/(m•

K)的材料称为绝热材料。与材料导热系数有关的因素：

a.材料的化学组成和物理结构

b.孔隙状况

c.环境的温湿度2.热容材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为热容。第三十三页，共五十六页，2022年，8月28日

比热容是单位质量的材料，温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量，用下式表示

C=Q/[m(T2-T1)]式中

C——材料的比热容，J/（g.k）；

Q——材料吸收或放出的热量，J；

m——材料的质量，g；

T2-T1——材料受热或冷却前后的温度差（K）。材料的热容用热容量表示，等于比热容C与质量m的乘积，单位为KJ/K。第三十四页，共五十六页，2022年，8月28日3.耐燃性和耐火性耐燃性是材料在火焰或高温作用下可否燃烧的性质。材料按耐燃性分为非燃烧材料、难燃材料和可燃材料。耐火性是材料在火焰或高温作用下，保持其不破坏、性能不明显下降的能力。用耐受时间(h)来表示，称为耐火极限。耐燃的材料不一定耐火，耐火的材料一般都耐燃。第三十五页，共五十六页，2022年，8月28日第三节材料的力学性质

前面我们讲了材料的物理性质，下面我们要给大家介绍材料的另外一种性质——力学性质。材料的力学性质是指材料在外力作用下，抵抗破坏的能力和变形方面的性质。应力：作用于材料表面或内部单位面积的力。用σ表示。应变：材料在外力作用方向上，所发生的相对变形值。用ε表示。ε=ΔL/L（ΔL为试件受力方向上的变形值，L为试件原长）。第三十六页，共五十六页，2022年，8月28日一、材料的强度特征1.材料的强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。定量描述为材料在外力作用下发生破坏时的极限应力值，用f表示。单位为兆帕（MPa）抗压强度材料抵抗压力破坏能力抗拉强度材料抵抗拉力破坏能力抗弯强度材料抵抗弯曲破坏能力抗剪强度材料抵抗剪力破坏能力第三十七页，共五十六页，2022年，8月28日材料基本强度的分类表和计算公式第三十八页，共五十六页，2022年，8月28日2.影响材料强度试验结果的因素（1）试件的形状和大小：大试件小于小试件，棱柱体小于正立方体（2）加荷速度：速度越快，强度值越高（3）温度：温度越高，强度值越低（4）含水情况：含水试件小于干燥试件（5）表面状况：承压板与试件间摩擦越小，强度值越低为使测试结果准确、可靠、具有可比性，必须严格按照标准试验方法进行强度的测试。第三十九页，共五十六页，2022年，8月28日3.强度等级

材料按强度的分级，人为划分，不连续，具有随机性和连续性。来源于强度，不等同于强度。针对不同种类的材料具有抵抗不同形式力的作用特点，将材料按其相应极限强度的大小，划分为若干不同的强度等级。对于水泥、石材、砖、混凝土、砂浆等在建筑物中主要用于承压部位的材料以其抗压强度来划分强度等级。而建筑钢材在建筑物中主要用于承受拉力荷载，所以以其屈服强度作为划分强度等级的依据。第四十页，共五十六页，2022年，8月28日4.比强度

材料的强度与其体积密度之比，衡量材料轻质高强性能的指标。如木材和混凝土。5.与材料强度有关的因素a.材料强度的大小理论上取决于材料内部质点结合力的强弱，实际上与材料中结构缺陷有直接关系。b.组成相同的材料其强度决定于其孔隙率的大小。第四十一页，共五十六页，2022年，8月28日二、材料的弹性和塑性1、弹性：弹性是指材料在外力作用下产生变形，外力取消后，能完全恢复原来形状的性质。这种变形称为弹性变形或可恢复变形。明显具有弹性变形特征的材料称为弹性材料。第四十二页，共五十六页，2022年，8月28日2、塑性：塑性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，不能完全恢复原来形状的性质。这种变形称为塑性变形或不可恢复变形，明显具有塑性变形特征的材料称为塑性材料。第四十三页，共五十六页，2022年，8月28日3、弹塑性材料实际上，纯弹性与纯塑性的材料都是不存在的。大部分材料是弹性、塑性分阶段发生。a.低碳钢在受力不大时，仅产生弹性变形，此时，应力与应变的比值为一常数。随着外力增大至超过弹性极限后，则出现另一种变形——塑性变形。第四十四页，共五十六页，2022年，8月28日b.混凝土，在它受力一开始，弹性变形和塑性变形就同时发生，除去外力后，弹性变形可以恢复（消失），而塑性变形不能消失，这种变形称为弹塑性变形，其应力应变如下图所示，具有这种变形特征的材料叫做弹塑性材料。第四十五页，共五十六页，2022年，8月28日三、材料韧性和脆性1.韧性（1）韧性的定义

韧性是指材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，产生一定的变形，而不至破坏的性能，又叫冲击韧度。具有这种性质的材料叫韧性材料。变形0荷载第四十六页，共五十六页，2022年，8月28日（2）韧性材料的特点

a.塑性变形大

b.受力时产生的抗拉强度接近或高于抗压强度

c.破坏前有明显征兆

d.主要适用于承受拉力或动荷载。木材、建筑钢材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁等需要承受冲击荷载和有抗震要求的结构用建筑材料均应具有较高的韧性。第四十七页，共五十六页，2022年，8月28日2、脆性：（1）脆性是指材料在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。具有这种破坏性质的材料称为脆性材料。荷载变形o第四十八页，共五十六页，2022年，8月28日（2）脆性材料的特点

a.抗压强度远大于抗拉强度

b.受力作用时塑性变小，而且破坏时无任何征兆，有突发性

c.主要适合于承受压力静荷载建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷、玻璃、砖、生铁、普通混凝土等。第四十九页，共五十六页，2022年，8月28日四、材料的硬度和耐磨性1.硬度硬度是指材料表面耐较硬物体刻划或压入而产生塑性变形的能力。硬度大的材料耐磨性较好，但不易加工。一般说，硬度较大的材料，强度也较高，有些材料硬度与强度之间有较好的相互关系。硬度的测定方法：压入法：韧性材料，布氏硬度、洛氏硬度刻划法；脆性材料，莫氏硬度，10级第五十页，共五十六页，2022年，8月28日2.耐磨性指材料表面抵抗磨损的能力，用磨损率表示，等于试件在标准试验条件下磨损前后的质量差与试件受磨表面积之商。磨损率越大，材料的耐磨性越差。地面、路面等经常受摩擦的部位要求材料有较好的耐磨性能。硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材料，耐磨性较好。第五十一页，共五十六页，2022年，8月28日第四节材料的耐久性1、耐久性的定义耐久性是指材料在使用过程中，抵抗各种自然因素及其它有害物质长期作用，能长久保持其原有性质的能力。2、耐久性的含义耐久性是衡量材料在长期使用条件下的安全性能的一项综合指标，包括抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等。

3、材料耐久性降低的机理材料在使用过程中，会与周围环境和各种自然因素发生作用。这些作用包括