第章建筑材料的

第二章

建筑材料的基本性质

土木工程材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。

第一节材料的物理性质1.材料的密度

材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：

ρ=m/v式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的质量，g或kg

V—材料的绝对密实体积，cm3或m3

测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。2.材料的表观密度

表观密度（俗称“容重”）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—材料的表观体积，cm3或m3材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关

3.材料的堆积密度

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

V0，—材料的堆积体积，cm3或m3

粉状或粒状材料的质量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的容积而言。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。

在土木建筑工程中，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、表观密度和堆积密度等数据。4.材料的密实度

密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密实度的计算式如下：

对于绝对密实材料，因ρ0=ρ，故密实度D=1或100%。对于大多数土木工程材料，因ρ0〈

ρ，故密实度D‹1或D

‹

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表观密度5.孔隙率

材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：V—材料的绝对密实体积，cm3或m3V0—材料的表观体积，cm3或m3ρ0—材料的表观密度,g/cm3

或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3

6.空隙率

空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P，按下式计算：

ρ0—材料的表观密度;ρ0，—材料的堆积密度空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。

第二节材料与水有关的性质一.材料的亲水性与憎水性

与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。

材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。

工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角θ愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿角θ＜９０˚时，为亲水性材料；当材料的润湿角θ＞９０˚时，为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗入材料的毛细管中，见图２-1图２－1材料润湿示意图

（ａ）亲水性材料；（ｂ）憎水性材料二.材料的吸水性

材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。

质量吸水率

质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以ｗm表示。质量吸水率ｗm的计算公式为：

式中mb——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。

体积吸水率

体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WＶ表示。体积吸水率WＶ的计算公式为：

式中 mb——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。

V0—材料在自然状态下的体积，（cm3或m3）

ρw—水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常温下取ρw=1.0g/cm3

材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。三.材料的吸湿性

材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以Ｗh表示，其计算公式为：

式中 ms——材料吸湿状态下的质量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。

显然，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，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。四.材料的耐水性

材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR：式中KR——材料的软化系数

fb—材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。

fg—材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）

软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。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。

材料耐懂水性限贫制了材芽料的使顶用环境债，软化舟系数小结的材料传耐水性尤差，其饿使用环课境尤其火受到限汉制。软输化系数趣的波动拖范围在鉴0至1伙之间。橡工程中钥通常将控ＫＲ＞0.8燃5的材料夏称为耐水毯性材料，盆可以用于专水中或潮熊湿环境中歉的重要工桌程。用于仙一般受潮于较轻或次焰要的工程崖部位时，微材料软化奶系数也不雹得小于0林.75。五.材料柄的抗渗性抗渗性是陪材料在压当力水作用菊下抵抗水揉渗透的性踢能。土木序建筑工程浓中许多材库料常含有凭孔隙、孔槐洞或其它被缺陷，当闹材料两侧能的水压差享较高时，断水可能从邻高压侧通灰过内部的竞孔隙、孔孔洞或其它而缺陷渗透脑到低压侧伐。这种压细力水的渗缘瑞透，不仅捧会影响工嚼程的使用暴，而且渗新入的水还彼会带入能阅腐蚀材料城的介质，季或将材料梦内的某些近成分带出波，造成材房诚料的破坏宜。５.1渗透系数材料的冻渗透系敌数可通他过下式翁计算:式中K—渗透系矿数,湾（cm/外h）;顾w—渗水量，忧（cm3）

A驾—渗水面积品,（cm2）

H游—材料两绳侧的水焦压差，难（cm）哭d郑—试件厚慨度雕（cm）姑t—渗水时间猪（h）材料的渗忌透系数越姻小，说明唇材料的抗戴渗性越强印。5.2独抗渗等权级材料的鼓抗渗等皇级是指缘瑞用标准湾方法进冒行透水紫试验时街，材料允标准试义件在透干水前所兼能承受寨的最大舍水压力品，并以晚字母P及可承题受的水抱压力（家以0.梦1MPa为单位）诞来表示抗三渗等级。如P4、P住6、P8撇、P10易…等，表示崖试件能承秘受逐步增主高至0.绸4MPa、唉0.6M连Pa、0观.8MP脉a、1.槽0MPa诸…的水压而驴不渗透。6.抗圣冻性材料吸水林后，在负险温作用条担件下，水辩在材料毛隔细孔内冻乓结成冰，谁体积膨涨感所产生的据冻胀压力僵造成材料携的内应力把，会使材为料遭到局队部破坏。锁随着冻融君循环的反缺复，材料彼的破坏作窝用逐步加滑剧，这种等破坏称为涝冻融破坏院。

抗冻京性是指材坊料在吸水怕饱和状态镰下，能经决受反复冻虽融循环作睡用而不破啄坏，强度慕也不显著盾降低的性幻玉能。抗冻性治以试件匠在冻融揭后的质栽量损失越、外形左变化或现强度降项低不超疮过一定择限度时怠所能经仇受的冻配融循环柔次数来元表示，抽或称为贫抗冻等盆级。燥材料的识抗冻等归级可分稠为Ｆ1抽5、Ｆ够25、摸Ｆ50挂、Ｆ1蓝00、税Ｆ20粱0等，脂分别表房诚示此材哥料可承微受15蜡次、2哥5次、雁50次辫、10感0次、府200宜次的冻左融循环的。材料盗的抗冻秤性与材伪料的强聪度、孔阴结构、萝耐水性抬和吸水扰饱和程壮度有关朗。第三节材料的力隶学性质1.材例料的强讨度材料的强盼度是材料画在应力作赠用下抵抗件破坏的能孩力。通常躁情况下，泼材料内部宪的应力多指由外力（辅或荷载）出作用而引剩起，随着湾外力增加促，应力也快随之增大胖，直至应承力超过材题料内部质矛点所能抵旧抗的极限闪，即强度汇极限，材眯料发生破贪坏。在工程础上，通骆常采用蝇破坏试躺验法对煮材料的恶强度进老行实测风。将预题先制作档的试件指放置在索材料试位验机上持，施加走外力（缘瑞荷载）岗直至破兴坏，根脊据试件壮尺寸和改破坏时厨的荷载稼值，计布算材料您的强度有。根据外力牌作用方式父的不同，零材料强度镇有抗拉、躺抗压、壤抗剪、催抗弯（女抗折）剃强度等。材料贵的抗拉起、抗压才、抗剪鸦强度的萝计算式斥如下：式中f--顾---灯-材料强欲度，MPa弱Fmax--材料破坏缘瑞时的最大惕荷载，N否A--捞---德-试件受誉力面积灶，mm2材料的钢抗弯强跃度与受款力情况张有关，捆一般试拼验方法葡是将条筒形试件姐放在两断支点上宣，中间犁作用一匪集中荷锡载，对这矩形截奥面试件洪，则其抗弯强切度用下式光计算：式中fw----耕--材料的抗高弯强度，MPa逐Fmax---材料受壶弯破坏即时的最葬大荷载宽，N

A算----碰--试件受钟力面积舒，mm2L---惭---两支点疑的间距扁，mm题b、h-巩--试件横恼截面的冶宽及高辟，mm2.弹性和笋塑性材料在外浑力作用下塞产生变形渡，当外力谢取消后能荡够完全恢理复原来形箭状的性质犬称为弹性瓣。这种完军全恢复的价变形称为迫弹性变形戒（或瞬时塘变形）。止材料在外仁力作用下感产生变形盒，如果外荷力取消后华，仍能保厉持变形后伸的形状和灶尺寸，并仪且不产生撤裂缝的性舒质称为塑辉性。这种姿不能恢复许的变形称谜为塑性变行形（或永族久变形）搅。3.脆性和韧临性材料受躁力达到换一定程誉度时，符突然发切生破坏疾，并无衰明显的呀变形，脾材料的钞这种性筋质称为窗脆性。狡大部分匆无机非败金属材华料均属旦脆性材尼料，如宇天然石价材，烧逝结普通呢砖、陶勉瓷、玻较璃、普梳通混凝做土、砂粉浆等。钉脆性材腹料的另筋一特点咸是抗压倍强度高痰而抗拉虏、抗折欲强度低兄。在工技程中使腔用时，恩应注意古发挥这港类材料扑的特性私。第四节.材料宪的热工性锐质1.欠导热性当材料果两面存趋在温度厕差时，谅热量从绒材料一倡面通过咐材料传瓣导至另侮一面的睛性质，抖称为材世料的导枪热性。赵导热性捐用导热语系数λ表示。导偿热系数的伞定义和计浮算式如下脖所示：式中λ——导热系闲数，Ｗ廉／（ｍ煌·Ｋ）钢；

Ｑ慕－传导牲的热量络，Ｊ岩&—材竹料厚度申，ｍ；A——热传导面范积，m2t一热传冈导时间底，h；颜（T2-T1）－材料两面纹温度差，K在物理意殖义上，导裙热系数为蛾单位厚度丧(1m)的材料作、两面隐温度差乞为1Ｋ庭时、在绵单位时抢间(1s)内通过散单位面熄积(1蒸㎡)的警热量。2.热容量和泽比热材料在博受热时期吸收热捉量，冷茂却时放冤出热量湾的性质初称为材潜料的热宋容量。帮单位质互量材料魂温度升才高或降肿低1Ｋ改所吸收挎或放出鼓的热量嫩称为热幕容量系嗽数或比初热。比泡热的计涌算式如惕下所示爆：式中C---材料的定比热，J/（发g·K驳）

Q供--材料吸收淘或放出的钉热量(热容量)m--壮-材料质带量，g

（球t2-t1）--材料受热随或冷却前佛后的温差每，K材料的温呈度变形性材料的语温度变届形是指勒温度升拴高或降钥低时材略料的体部积变化播。除个别材内料以外，甘多数材料终在温度升畜高时体积疫膨胀，温也度下降时昼体积收缩距。这种变辆化表现在沙单向尺寸尚时，为线跃膨胀或线搏收缩，相旗应的技术叼指标为线敬膨胀系数估（α）。第五节材料的耐踏久性材料的耐亦久性是泛指材副料在使用凯条件下，勤受各种内宵在或外来屑自然因素炮及有害介券质的作用扁，能长久泻地保持其著使用性能报的性质。拳材料在建控筑物之中劳，除要受辆到各种外遍力的作用飘之外，还贫经常要受鸟到环境中遥许多自然尽因素的破始坏作用。偷这些破坏加作用包括言物理、化片学、机械予及生物的趴作用。物理作用打可有干湿疼变化、温凳度变化及侄冻融变化获等。这些体作用将使从材料发生半体积的胀扒缩，或导梁致内部裂题缝的扩展案。时间长化久之后即课会使材料烘逐渐破坏成。在寒冷茫地区，冻三融变化对穿材料会起荡着显著的拨破坏作用五。在高温赛环境下，熊经常处于校高温状态虹的建筑物愧或构筑物施，所选用烟的建筑材耕料要具有抓耐热性能员。在民用只和公共建浅筑中，考径虑安全防辫火要求，蝴须选用具两有抗火性廉能的难燃寄或不燃的杆材料。化学作踪蝶用包括大气棵、环境水死以及使用不条件下酸膝、碱、盐确等液体或旧有害气体表对材料的践侵蚀作用奥。机械作用包括使锅用荷载变的持续割作用，僻交变荷橡载引起静材料疲颠劳，冲啄击、磨慨损、磨渗耗等。生物作用包括菌晶类、昆据虫等的杠作用而瘦使材料携腐朽、拣蛀蚀而掀破坏。砖、石料社、混凝土麻等矿物材涛料，多是执由于物理在作用而破魔坏，也可渐能同时会袋受到化学艘作用的破歉坏。金属昂材料主要心是由于化赶学作用引赢起的腐蚀扫。木材等椅有机质材邮料常因生警物作用而熔破坏。沥董青材料、炕高分子材联料在阳光殃、空气和陕热的作用耐下，会逐岂渐老化而络使材料变敲脆或开裂滤。材料的耐慕久性指标嘴是根据工疾程所处的殿环境条件阶来决定的车。例如处炊于冻融环痰境的工程怒，所用材乱料的耐久部性以抗冻析性指标来驻表示。处差于暴露环房诚境的有机遮材料，其凝耐久性以恒抗老化能盐力来表示较。例1-繁1材料的往密度、抵表观密蜓度、堆维积密度捡有何区君别？如葬何测定确？材料喘含水后局对三者留有什么啄影响？例1-抛2某工地至所用卵显石材料岁的密度蚕为2.指65g/c康m3、表观密呆度为2脾.61g/c常m3、堆积密度商为168买0kg/锹m3，计算此班石子的孔隙率进与空隙虫率？例1-宇3某石材屠在气干森、绝干葵、水饱刑和情况变下测得效的抗压歇强度分巾别为1壤74、街178中、16谢5MPa正，求该石想材的软剖化系数什，并判稍断该石卧材可否跃用于水支下工