建材基本性质

建材基本性质第一页，共八十一页，2022年，8月28日1.1材料的组成、结构和构造

1、化学组成

2、矿物组成1.1.1材料的组成第二页，共八十一页，2022年，8月28日1、化学组成化学组成指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。如水泥化学组成：

SiO220~24%CaO62~67%Fe2O32.5~6.0%AL2O34~7%MgO<5%化学组成直接决定材料的化学性质、物理性质、力学性质等重要因素第三页，共八十一页，2022年，8月28日2、矿物组成矿物是指无机非金属材料中具有特定的化学成分、晶体结构和物理力学性质的物质。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。如水泥的矿物组成：

3CaO.SiO237~60%2CaO.SiO215~37%3CaO.AL2O37~15%4CaO.AL2O3.Fe2O310~18%第四页，共八十一页，2022年，8月28日材料的结构、构造是决定材料性质的极其重要的因素。1.1.2材料的结构和构造（1）微观结构（2）亚微观结构（3）宏观结构第五页，共八十一页，2022年，8月28日（一）微观结构微观结构是指组成材料的原子、分子层次的结构。可用电子显微镜来分析研究该层次上的结构特征。微观结构的尺寸范围在10-6～10-10m。微观结构分为晶体结构、非晶体结构、胶体结构。第六页，共八十一页，2022年，8月28日1、晶体结构晶体结构是内部质点（离子、原子、分子）在空间上按特定的规则，呈周期性排列时所形成的结构。特定规则的排列称为晶格。构成晶格的基本单元是晶胞。第七页，共八十一页，2022年，8月28日晶体结构的特点：（1）质点在空间上呈周期性排列（2）具有特定的几何外形（3）具有各向异性的性质（4）具有固定的熔点和化学稳定性第八页，共八十一页，2022年，8月28日晶体结构的分类：①原子晶体：石英、金刚石离子晶体：CaCl2、NaCl金属晶体：钢铁,铝,镁分子晶体：合成高分子材料第九页，共八十一页，2022年，8月28日晶体缺陷1点缺陷：空位，填隙原子和杂质原子。杂质原子又分为置换型和填隙型。2线缺陷：位错。3面缺陷第十页，共八十一页，2022年，8月28日2、非晶体结构非晶体结构又称为玻璃体结构或无定形结构，如无机玻璃。玻璃体的结合键为共价键和离子键。第十一页，共八十一页，2022年，8月28日非晶体的特点（1）质点在空间上呈非周期性排列（2）没有特定的几何外形（3）具有各向同性的性质（4）没有固定的熔点（5）具有较高的化学活性，是一种不稳定结构第十二页，共八十一页，2022年，8月28日第十三页，共八十一页，2022年，8月28日非晶体的形成与性质非晶体结构是具有一定化学成分的熔融物急速冷却时，质点来不及按一定规则排列，便凝固成固体，此时则得到玻璃体结构。玻璃体是一种不稳定的结构，容易与其它物质起化学作用。例如火山灰，炉渣，粒化高炉矿渣等就是玻璃体。它们能与石灰在有水的条件起硬化作用。而被利用作建筑材料。第十四页，共八十一页，2022年，8月28日3、胶体结构胶体结构是粒径为10-7～10-9m的胶粒在连续相介质中形成的分散体系。分散的微细胶粒具有很大的表面积，因而表面能很大，有很强的吸附能力，使胶体具有粘结力。第十五页，共八十一页，2022年，8月28日（1）溶胶：胶粒较少时，液体性质对胶体结构的强度及变形性质影响较大，胶体呈液态，如可流动的水泥浆（2）凝胶：胶粒数量较多时，胶粒发生凝聚作用，形成固态或半固体状态，如失去流动性的水泥浆第十六页，共八十一页，2022年，8月28日（二）亚微观结构亚微观结构也称为细观结构，是用光学显微镜观察到的材料内部结构，其尺寸范围在10-3～10-6

m。第十七页，共八十一页，2022年，8月28日（1）混凝土分为水泥基相、集料分散相、界面相及孔隙；（2）天然岩石分为矿物、晶体颗粒、非晶体组织；（3）钢铁可分为铁素体、渗碳体、珠光体、石墨；（4）木材分为木纤维、导管、髓线、树脂道；第十八页，共八十一页，2022年，8月28日（三）宏观结构1定义和分类宏观结构也称构造，是指用肉眼或放大镜能够分辨的材料组织，其尺寸在10-3

m级以上。如材料的孔隙，裂缝以及岩石的节理和木材的纹理等。第十九页，共八十一页，2022年，8月28日

宏观结构按孔隙特征分类

(1)致密结构：如钢铁、玻璃

(2)多孔结构：如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料

(3)微孔结构：如石膏制品、烧粘土制品

第二十页，共八十一页，2022年，8月28日宏观结构按存在状态或构造特征分类(1)堆聚结构：如混凝土、砂浆(2)纤维结构：如木材、玻璃钢(3)层状结构：如胶合板、纸面石膏板、蜂窝夹芯板(4)散粒结构：如混凝土集料、膨胀珍珠岩第二十一页，共八十一页，2022年，8月28日2孔隙结构孔隙的种类（1）孔隙按孔径大小可分为极细孔隙，细小孔隙和粗大孔隙。（2）闭口孔隙：（3）开口孔隙：极细孔隙易吸水，但不易透水

细小孔隙既易吸水，又易透水粗大孔隙易透水，但不易充满水第二十二页，共八十一页，2022年，8月28日（a）（b）（c）（a）密实的颗粒（b）有封闭孔隙的颗粒（c）有开口孔、闭口孔的颗粒闭口孔开口孔第二十三页，共八十一页，2022年，8月28日材料的密实度与孔隙率

2、密实度密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。第二十四页，共八十一页，2022年，8月28日1、孔隙率孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。

即：密实度D＋孔隙率P＝１第二十五页，共八十一页，2022年，8月28日3孔隙对材料性能的影响孔隙可以减轻材料自重。利用材料不同孔结构可以充分发挥其保温、绝热和隔声功能。对建筑材料来说，孔隙对材料性能会产生不良影响：（1）提供渗水通道；（2）降低力学性能；（3）影响抗冻性。第二十六页，共八十一页，2022年，8月28日1.2材料的基本物理性质（1）密度与表观密度（2）视密度与堆积密度材料的基本物理性质包括：第二十七页，共八十一页，2022年，8月28日（一）密度与表观密度1、密度（比重）密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。m—干燥材料的质量V—干燥材料在绝对密实状态下的体积，不包括孔隙体积

第二十八页，共八十一页，2022年，8月28日2、表观密度（俗称容重）表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量。根据所处的状态，有气干表观密度、干表观密度、湿表观密度。V0—材料在自然状态下的体积，包括水分和孔隙的体积（1—2）第二十九页，共八十一页，2022年，8月28日（二）视密度与堆积密度1、视密度′视密度是颗粒的体积扣除外部开口孔隙体积，由此所确定的散粒状材料的密度。V′—包含内部闭口孔隙体积的颗粒体积第三十页，共八十一页，2022年，8月28日2、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。根据堆积密度，有疏松堆积密度、振实堆积密度、紧密堆积密度。V0′—材料的堆积体积，包括颗粒间的空隙体积第三十一页，共八十一页，2022年，8月28日堆积体积=颗粒体积+空隙体积空隙颗粒第三十二页，共八十一页，2022年，8月28日填充率与空隙率

1、填充率填充率是指散粒材料在堆积状态下，被颗粒填充的程度。第三十三页，共八十一页，2022年，8月28日2、空隙率空隙率是指散粒材料在堆积状态下，颗粒之间的空隙体积所占的比例。即：填充率D′＋空隙率P′＝１第三十四页，共八十一页，2022年，8月28日1.3材料的力学性质材料的力学性质指材料在外力作用下的变形性质和抵抗破坏的能力。材料的力学性质包括：弹塑性变形、强度与强度等级、脆性与韧性、硬度与耐磨性等。第三十五页，共八十一页，2022年，8月28日1.3.1材料的变形性质

1、弹性及弹性变形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。材料的这种可恢复的变形称为弹性变形，弹性变形是可逆变形。第三十六页，共八十一页，2022年，8月28日弹性变形的大小与外力成正比，比例系数称为材料的弹性模量Ｅ。Ｅ为常数，其值为应力σ与应变ε之比，即。弹性模量E是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。Ｅ值愈大，材料愈不易变形，材料的刚度愈好。第三十七页，共八十一页，2022年，8月28日材料的弹性和塑性变形变形荷载第三十八页，共八十一页，2022年，8月28日2、塑性及塑性变形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。这种不能恢复的变形称为塑性变形。塑性变形为不可逆变形。塑性阶段，应力与应变不成正比。第三十九页，共八十一页，2022年，8月28日弹塑性材料的变形变形荷载第四十页，共八十一页，2022年，8月28日3、横向变形与体积应变（1）横向应变1与轴向应变

—泊松比（2）体积应变

第四十一页，共八十一页，2022年，8月28日4、徐变与应力松弛材料在外力作用下，变形随时间的延长而逐渐增长的现象称为徐变。材料在荷载作用下，因受约束不能发展变形，使应力随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。第四十二页，共八十一页，2022年，8月28日1.3.2材料的强度与强度等级（一）材料的强度材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。材料破坏时，应力达到的极限值称为材料的极限强度。第四十三页，共八十一页，2022年，8月28日静力强度是用标准试件做静力破坏试验而测定的材料强度。材料的静力强度包括：（1）抗压强度（2）抗拉强度（3）抗剪强度（4）抗弯强度第四十四页，共八十一页，2022年，8月28日1、材料的抗压、抗拉和抗剪强度（1—6）第四十五页，共八十一页，2022年，8月28日（1）两支点中间作用一个集中荷载时的抗弯强度：（2）两支点间作用两个对称的集中荷载时的抗弯强度：2、材料的抗弯强度（1—7）（1—8）第四十六页，共八十一页，2022年，8月28日第四十七页，共八十一页，2022年，8月28日（二）影响材料强度的外界因素1、试件的形状和尺寸2、加荷速度3、试验环境的温湿度第四十八页，共八十一页，2022年，8月28日a压力机压板对试块的约束作用b受压板约束时试件破坏残存的棱锥体c不受压板约束时试件的破坏情况第四十九页，共八十一页，2022年，8月28日（三）材料的强度等级、牌号为了便于材料的生产和使用，严格遵照国家标准规定的试验方法测定出材料的静力强度值，按强度值的高低划分为若干等级，即材料的强度等级或牌号。脆性材料按抗压强度划分，钢材按抗拉屈服强度划分。第五十页，共八十一页，2022年，8月28日如石材按极限抗压强度分9个等级：MU10～MU100；烧结普通砖按抗压强度分5个等级：MU10～MU30；硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分6个等级：42.5～62.5R；普通混凝土按抗压强度分12个等级：C7.5～C60；碳素结构钢按抗拉强度分5个牌号：Q195～Q275。第五十一页，共八十一页，2022年，8月28日（五）材料的持久强度及疲劳极限持久强度是材料在承受持久荷载下的强度。结构的自重和固定设备的荷载等均为持久荷载。材料在持久荷载作用下，会发生徐变，塑性变形增大。材料的持久强度低于静力强度。第五十二页，共八十一页，2022年，8月28日（六）材料的理论强度通过试验实际测定的材料强度称为材料的实际强度。从材料结构的理论上分析，材料所能承受的最大应力为理论强度。由于材料内部存在缺陷，材料的实际强度远低于其理论强度。第五十三页，共八十一页，2022年，8月28日理论强度是克服固体内部质点间的结合力，形成两个新表面时所需的力。材料受力破坏主要是因为外力致使材料质点间产生拉裂或位移。增大材料的弹性模量Ｅ、表面能和密实度，可提高材料的理论强度。第五十四页，共八十一页，2022年，8月28日1.3.3材料的脆性与韧性

1、材料的脆性材料在外力作用下，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。具有这种性质的材料称脆性材料。第五十五页，共八十一页，2022年，8月28日变形荷载脆性材料的变形第五十六页，共八十一页，2022年，8月28日脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，因此，脆性材料不能承受振动和冲击荷载，也不宜用于受拉构件，只适用于作承压构件。如建筑材料中的天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等都属于脆性材料。第五十七页，共八十一页，2022年，8月28日1.3.4材料的硬度与耐磨性（一）硬度硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。材料的硬度愈大，则其强度愈高，耐磨性愈好1、莫氏硬度（HM）：采用刻划法，并与十个硬度标准比较，确定硬度。第五十八页，共八十一页，2022年，8月28日2、布氏硬度（HB）：采用压入法，用压痕单位面积上所受的压力表示。3、肖氏硬度（HS）：采用回弹法，用重锤的回弹高度作硬度的相对值。（二）耐磨性耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。第五十九页，共八十一页，2022年，8月28日1.4材料与水有关的性质

（一）亲水性与憎水性1、亲水性材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性。具备这种性质的材料称为亲水性材料。砖、混凝土、木材等属于亲水性材料。第六十页，共八十一页，2022年，8月28日2、憎水性材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性。具备这种性质的材料称为憎水性材料。石蜡、沥青等属于憎水性材料。第六十一页，共八十一页，2022年，8月28日气—液气—固液—固液—固气—液气—固亲水材料憎水材料第六十二页，共八十一页，2022年，8月28日（二）吸水性与吸湿性

1、吸水性材料浸入水中吸收水分的能力称为吸水性。材料中含水的多少用含水率来表示。根据状态不同，含水率分为平衡含水率和吸水率。第六十三页，共八十一页，2022年，8月28日平衡含水率：干的材料在空气中能吸收空气中的水分，而逐渐变湿；湿的材料在空气中能失去水分，而逐渐变干，最终材料中的水分将与周围空气的湿度达到平衡，这时的材料处于气干状态。材料在气干状态下的含水率，称为平衡含水率。吸水率：材料吸水达到饱和状态时的含水率，称为材料的吸水率。吸水率用质量吸水率和体积吸水率两种方式表达。第六十四页，共八十一页，2022年，8月28日（１）质量吸水率指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率。（1—10）G1—吸水饱和状态下的质量G—干燥状态下的质量第六十五页，共八十一页，2022年，8月28日（２）体积吸水率指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体积的百分率。（1—11）V0—自然状态下的体积第六十六页，共八十一页，2022年，8月28日质量吸水率与体积吸水率的关系为：WV可用来说明材料内部孔隙水充满的程度，WV也是开口孔隙率Pk。工程中常用质量吸水率表示材料的吸水性。材料的吸水率是固定值。（1—12）第六十七页，共八十一页，2022年，8月28日（三）耐水性材料长期在饱和水作用下不破坏，强度不显著降低的性质称为耐水性。软化系数表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。第六十八页，共八十一页，2022年，8月28日K软≥0.85

的材料称为耐水材料。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须先用K软≥0.85的材料。对用于受潮较轻或次要结构的材料，其K软≥0.70第六十九页，共八十一页，2022年，8月28日（四）抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为材料的抗渗性（不透水性）。1、渗透系数K第七十页，共八十一页，2022年，8月28日dQHA时间t第七十一页，共八十一页，2022年，8月28日2、抗渗等级抗渗等级指材料在标准试验方法下进行透水试验，以试件在透水前所能承受的最大水压力（0.1MPa）来确定的。如W6、W8表示材料能承受0.6、0.8ＭPa的水压而不渗水。第七十二页，共八十一页，2022年，8月28日（五）抗冻性材料在吸水饱和状态下，能经受多次