建筑材料的基本性质培训教程

第二章建筑材料的基本性质

基本性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性、装饰性、防火性、防放射性等物理性质包括密度、密实性、空隙率（计算材料用量、构件自重、配料计算、确定堆放空间）力学性质包括强度、弹性、塑脆韧性、硬度。建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。第一节建筑材料的物理性质

一、材料的密度、表观密度与堆积密度

二、材料的密实度、孔隙率与空隙率三、材料与水有关的性质四、材料的热工性质

一、材料的密度、表观密度与堆积密度

密度是指物质单位体积的质量。单位为g/cm3或kg／m3。由于材料所处的体积状况不同，故有实际密度（以前称为真密度）、表观密度和堆积密度之分。１.实际密度(Density)

以前称比重、真实密度(TrueDensity)，简称密度(Density)。实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。式中：ρ—实际密度（g/cm3）m—材料的质量（g）V—材料在绝对密实状态下的体积（cm3）绝对密实状态下的体积的测定：近于绝对密实的材料（金属、玻璃等）：直接以排水法测定；有孔隙的材料（砖、混凝土、石材）：将材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥后用密度瓶（李氏瓶）测定其实际体积，该体积即可视为绝对密实状态下的体积。１.实际密度(Density)李氏瓶２.表观密度(ApparentDensity）

也称容重，是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量，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—材料在自然状态下的体积，或称表观体积（cm3或m3）,包含内部空隙在内的体积（规则几何形状、松散体积用排液法）作用：计算构件的自重3堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。可用下式表示式中ρ0’—散粒材料的堆积密度（g/cm3或kg/m3）m—散粒材料的质量（g或kg）

v0，—材料在自然状态下的堆积体积（cm3或m3），它包含内部和颗粒之间的空隙。思考：实际密度、表观密度和堆积密度之间的大小关系如何？计算材料的堆放空间二、材料的孔隙率与空隙率1.密实度（Dense）密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：2.孔隙率（Porosity）孔隙率材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，称为材料的孔隙率（P）。可用下式表示：

P+D=1孔隙按大小分为粗孔和细孔，按特征分为连通孔隙和封闭孔隙，它与材料的吸水性、强度、抗渗性、抗冻性等性质有关。3.空隙率（Interstice）散颗材料（如砂、石子）堆积体积（V’0）中，颗粒间空隙体积所占的百分率称为空隙率（P’），可用下式表示为二、材料的孔隙率与空隙率三、材料与水有关的性质

（一）亲水性与憎水性1.概念亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖、混凝土等。材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水分子之间的亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触，材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时，材料则表现为憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。问题：亲水性材料与憎水性材料在实际工程中有何意义？当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿边角。材料的润湿示意图2.润湿边角材料被水湿润的情况可用润湿边角θ来表示。（一）亲水性与憎水性

3.亲水性材料与憎水性材料用润湿边角θ来反映θ角愈小，表明材料愈易被水润湿。当θ＜90°时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称亲水性材料。θ>90°时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。当θ=0°时，表明材料完全被水润湿。上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况，相应称为亲液材料和憎液材料。材料的润湿示意图（a）亲水性材料；（b）憎水性材料（二）材料的吸水性与吸湿性1.吸水性(WaterAbsorption)材料在水中能吸收水分的性质称吸水性。材料的吸水性用吸水率(RatioofWaterAbsorption)表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。

（1）质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材料干燥质量的百分率，用下式计算：式中Wm——材料的质量吸水率（％）；mb—材料在吸水饱和状态下的质量（g）；mg—材料在干燥状态下的质量（g）材料的吸水率：花岗岩的吸水率：0.5%~0.7%；混凝土的吸水率：2%~3%；粘土砖的吸水率：8%~20%；木材的吸水率：可超过100%。花岗岩1.吸水性

（2）体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。用公式表示如下式中wv——材料的体积吸水率（％）；V0——干燥材料在自然状态下的体积（cm3）；ρw——水的密度（g/cm3）工程用建筑材料一般采用质量吸水率，质量吸水率与体积吸水率的关系材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。2.吸湿性

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，此称还湿性。材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。用公式表示为式中Wh—材料的含水率（％）

ms

—一材料含水时的质量（ｇ）mg—材料干燥至恒重时的质量（ｇ）

材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。例：某立方体岩石试件，外形尺寸为50mm×50mm×50mm，测得其在绝干、自然状态及吸水饱和状态下的质量分别为325g，325.3g，326.1g，并测得该岩石的密度为2.68g/cm3。试求该岩石的体积吸水率、质量含水率、绝干表观密度、孔隙率。

=1-2.6/2.68=2.98%

1.1/125=0.88%=0.3/325=0.092%=325/125=2.6g/cm3解：V0＝5×5×5＝125cm3m含＝325.3gm干＝325gm饱＝326.1gρw＝1g/cm3解：因m干=482g,m饱=487g，V=630-452=178cm3Vo＝178+5=183cm3例：岩石试件经完全干燥后，其质量为482g，将放入盛有水的量筒中，经一定时间岩石吸水饱和后，量筒的水面由原来的452cm3上升至630cm3。取出岩石，擦干表面水分后称得质量为487g。试求该岩石的密度、表观密度及质量吸水率？(假设岩石内无封闭空隙)故：ρ=m干/V=482/178=2.71g/cm3ρo=m干/Vo=482/(178+5)=2.63g/cm3

Wm=(m饱-m干)/m1×100%=(487-482)/482×100%=1%思考题：某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？（三）材料的耐水性(WaterResistance)材料长期在水作用下不破坏，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，如下式：式中:kR—材料的软化系数；fb—材料在饱水状态下的抗压强度（MPa）；fg——材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。软化系数KR的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。

kR小——耐水性差。材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将ＫＲ＞0.80的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。（三）材料的耐水性(WaterResistance)关于耐镜水性不葵正确的阅[西]店。A、有塘孔材料绕的耐水咽性用软滚化系数黑表示B、材料英的软化系拒数在0～友1之间波钻动C、软化达系数大于搞0.80感的材料称携为耐水材隆料。D、软化闲系数小于怖0.80的的材料称奸为耐水材迅料。E、软化是系数越大累，材料吸划水饱和后府强度降低库越多，耐崇水性越差答案：交DE例：某石材划在气干冠、绝干杜、水饱息和情况验下测得职的抗压愈强度分妹别为1霜74、仰178惹、16赶5M沟Pa，林求该石绕材的软拌化系数所，并判样断该石苗材可否善用于水肚下工程冠。解该石材的芦软化系数碌为:由于该石闯材的软化庙系数为0透.93，位大于0.绍85，故剧该石材可辨用于水下较工程。（四）材梳料的抗渗版性(pene弃trat着ionRes茫ist碍anc吩e)材料抵佛抗压力以水渗透颂的性质麻称为抗渗性，或称亦不透水粪性。材料的抗勿渗性通常补用渗透系僵数表示。渗透系研数的物探理意义吓是：一猎定厚度稠的材料充，在一泥定水压漆力下，粮在单位崭时间内货透过单府位面积册的水量叠。用公他式表示击为式中优Ks——狼材料的渗葡透系数（详cm/h样）；Q——渗盗透水量（捎cm3）；d——材下料的厚度喘（cm）正；A——欧渗水面积循（cm2）；t——伴渗水时睛间（h尸）；H——静蝇水压力水毒头（cm笛）。——实龙质上就尿是达西黎定律Ks值燥愈大，你表示材钳料渗透哄的水量锁愈多，捆即抗渗滴性愈差笼。材料的秧抗渗性幕也可用缴抗渗等慢级表示慨。抗渗等岔级是以重规定的惹试件、欲在标准航试验方丹法下所培能承受核的最大趟水压力膛来确定宅，以符初号Pn梳表示，付其中n贿为该材异料所能忆承受的册最大水桌压力的绿十倍的烤MPa淡数，如缸P4、P6、P8等分别损表示材白料能承龄受0.蒜4、0应.6、她0.8晚MPa弊的水压朋而不渗边水。材料的抗隐渗性与其甲孔隙率和搬孔隙特征酷有关。（四）扁材料的夫抗渗性苏(pen柳etr尺ati斯onResi拾stan去ce)我国现烤行抗渗贿等级的狗确定，武是以龄棚期为2雷8d的画圆台体蚁试件(净高15轧0mm部、底面部直径1碰85m汇m、顶糊面直径荡175单mm)歇来做抗课渗试验冠，并定姥出抗渗符等级。尿抗渗圆调柱体试刻件每组尽为六个逼，试验汪时，当朱试件只跟有两个帜试件表撞面开始彩发现渗脖水现象新时的水挑压力值亡(以M篇Pa计喘)，就绳称为该随混凝土汉的抗渗翅等级，爽用符号毙P来表拒示。混凝土底抗渗仪混凝土的纪抗渗等级音划分为P涉4、P6愚、P8、毯P10、派P12等层五个等级言。相应表命示混凝土娘抗渗试验桐时一组6菌个试件中辈4个试件稍未出现渗秤水时的最毙大水压力挥。（四）盯材料的从抗渗性匀(pene幅trat峡ionResi去stan任ce)（五）衬材料的陡抗冻性却（Fr积ost押Re局sis象tan陵ce）材料在居水饱和抵状态下积，能经惊受多次庙冻融循饲环作用悠而不破啊坏，也非不严重凡降低强陕度的性章质，称役为材料乱的抗冻性。材料的抗扮冻性用抗睛冻等级表饿示。抗冻等袋级：以规定的彻试件，在禾规定试验请条件下，奔测得其强阀度降低不辈超过规定痕值，并无司明显损坏污和剥落时丢所能经受赠的冻融循奖环次数。用符号Fn表示，其出中n即为毕最大冻融堆循环次数叼，如F25、F50等。材料的抗阿冻等级可申分为Ｆ1服5、Ｆ2爸5、Ｆ5怜0、Ｆ1河00、Ｆ队200等迁，分别表闸示此材料呀可承受1柿5次、2国5次、5膛0次、1绸00次、哀200次扔的冻融循掏环。如混凝土晚抗冻等级呼Ｆ15是袭指所能承绿受的最大劣冻融次数吐是15次瓦(在-1渐5℃的温静度冻结葡后，再窄在20等℃的附水中融粗化，为屋一次冻威融循环察)，这桃时强度卖损失率秩不超过赴25％扫，质量拌损失不偿超过5劫％。（五）谈材料的纽奉抗冻性学（Fr纳ost推Re斜sis扎tan笔ce）混凝土捐抗冻等市级D1拨5号中府的15各是指(凉)。A．承沃受冻融宗的最大跑次数为蹈15次B．冻结册后在15栽~C的水呈中融化C．最大垄冻融次数聪后强度损榜失率不超虚过15％D．最大倾冻融次数样后质量损趴失率不超社过15％材料的顺抗冻性辩与材料值的强度狭、孔结宋构、耐妙水性和朽吸水饱员和程度唉有关。材料抗冻年等级的选溉择，是根掠据结构物初的种类、油使用条件皱、气候条榜件等来决偿定的。A（五）材菊料的抗冻镰性（Fr嗽ost定Resi戴stan昂ce）四、昂材料的伐热工性楚质1.查导热性当材料两喘面存在温途度差时，货热量从材淋料一面通藏过材料传总导至另一夕面的性质渣，称为材骗料的导热已性。导热犬性用导热酬系数λ仙表示。誉导热系数搅的定义和烧计算式如平下所示：式中颈λ——康导热系优数，Ｗ锁／（ｍ倍·Ｋ）揪；

Ｑ耗－传导狡的热量拳，Ｊ除ｄ—材沙料厚度征，ｍ；松Ｆ—雁—热传蹄导面积混，m2Ｚ一热由传导时凝间，h贤；

（虫t2-t1）－材料游两面温度外差，K在物理意女义上，导恒热系数为互单位厚度乘(1m)逆的材料、指两面温度迫差为1Ｋ付时、在单总位时间(沈1s)内浅通过单位缎面积(1四㎡)的热肥量。四、块材料的亦热工性脚质几种典驰型材料路的热工盗性质指垒标材料导热系数（w／（m·K））比热（J／（kg·K））钢580.48花岗岩3.490.92普通混凝土1.510.84烧结普通砖0.800.88松木（横纹）0.170.352.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.584.18静止空气0.0231.00四、获材料的熄热工性诸质Ret袖urn影响导热迅系数的因扩素无机材喜料的导毯热系数慎大于有连机材料吉；材料的瞒孔隙率查愈大,建即空气岸愈多,忠导热系巾数愈小秆同类材巾料的孔果隙率是单随体积围密度的吊件小而编增大,神则导热令系数随今体积密玩度的减额小而减拣小；导热系稠数与孔敏隙形态运特征的令关系,舍认为有私微细而俱封闭孔估隙组成捎的材料粱,导热盟系数小酸,反之司大；材料的含腔水率增加申,导热系华数也增加勉。四、材轰料的热工歪性质2.闹热容量拢和比热材料在殃受热时舌吸收热嘱量，冷举却时放印出热量匹的性质萄称为材很料的热捧容量。胀单位质镜量材料销温度升派高或降任低1Ｋ羊所吸收书或放出处的热量我称为热渗容量系售数或比益热。比货热的计裹算式如鲜下所示喝：式中焦C--葬-材料不的比热铃，J/良（g·鲁K）鲜Q--纺材料吸气收或放复出的热听量(热容量泳)m---难材料质量桑，g

（链t2-t1）--阀材料受绵热或冷溜却前后秒的温差浴，K四、材里料的热工铅性质比热是反遍映材料的欠吸热和放负热能力的史理量。不涂同材料的表比热不同忽，它对保忆持建筑物隐内部温度撇温度有很扶大的意义堪，比热大涂的材料，良能在热流设变动或采钥暖设备供千热不均匀寇时，缓和糟室内的温渠度波动。Retu突rn五.材递料的温度誉变形材料的头温度变廉形是指启温度升沙高或降催低时材难料的体怕积变化聚。除个误别材料棚以外，姨多数材肌料在温汽度升高沾时体积肾膨胀，扑温度下素降时体兴积收缩奏。这种退变化表起现在单严向尺寸蛇时，为半线膨胀蒙或线收校缩，相找应的技恩术指标贸为线膨伶胀系数明（α）帆。材料的单棒向线膨胀颂量或线收缴缩量计算首公式为：椅Δ训L=（圈t2-t1）·趴α·耕L丸式中遇ΔL-收-线膨众胀或线迫收缩量街（m课m或造cm封）

(舒t2-t1）--牵材料升巨（降）原温前后础的温度装差（Ｋ趋）

α状--材姿料在常镰温下的济平均线输膨胀系湖数(１碑／Ｋ)忧L够---渔材料原摸来的长推度（ｍ照ｍ或ｍ桶）建筑工慨程中，厉对材料受的温度木变形大远多关心昼其某一炕单向尺义寸的变窝化，因搬此，研封究其平图均线膨清胀系数作具有实抓际意义草。材料伏的线膨姐胀系数嗓与材料浙的组成嫁和结构颈有关，捞常选择档合适的阀材料来娇满足工弃程对温督度变形收的要求沟。第二节垃材奋料的力学鼠性质一、材缓料的强酬度与等览级（一）材饮料的强度材料在蚀外力作毯用下抵侨抗破坏倒的能力晚，称为材料的陵强度。根据外虹力作用帜形式的敏不同，材料的谊强度有抗压强黄度、抗炒拉强度叫、抗弯西强度及抗剪强膀度等，均以首材料受惩外力破买坏时单愚位面积镰上所承叙受的力颤的大小饱来表示村。材料的丘力学性葱质系指刺材料在颤外力作差用下的柄变形性清和抵抗竟破坏的苍性质。材料的强起度分类及蛾受外力作费用示意图强度类别受力作用示意图强度计算式附注抗压强度fc(MPa)F——破坏荷载(N);A——受荷面积(mm2);l——跨度(mm);b——断面宽度(mm);h——断面高度(mm)抗拉强度ft(MPa)抗剪强度fv(MPa)抗弯强度ftm(MPa)（一）坏材料的棉强度（二）材铅料的等级建筑材料拖常按其强昏度值的大跟小划分为晨若干个等孟级。如：烧结普通喂砖按抗压颗强度分为厌六个等级宵：Mu30、M咸u25、Mu20、M蒸u15、Mu10、M瘦u7.5；硅酸盐水泪泥按抗压甘和抗折强枣度分为6笛个等级：蝇42.5怨、52.迈5、62咐.5、惊42.5柏R、52像.5R、漏62.5定R；普通混坝凝土按预其抗压闲强度分懒为十四丝式个等级歉：C15、C10、…、C80等碳素结构裕钢按其抗纹拉强度分乞为五个等万级，如Q235等等。（三）材野料的比强搅度比强度是按单户位质量缓计算的飞材料强趋度，其乱值等于恨材料强侍度与其大表观密斥度之比第。对于不荒同强度廊的材料怜进行比营较，可斤采用比春强度这坑个指标耳。比强度是别衡量材料跑轻质高强啦性能的重鲁要指标，高优质的结驰构材料，郊必须具有漫较高的比纯强度。材料表观密度（g/cm3）强度（MPa）比强度低碳钢78504200.054普通混凝土（抗压）2400400.017松木（顺纹、抗拉）5001000.200玻璃钢20004500.225烧结普通砖（抗压）1700100.006（四）材班料的弹性木与塑性弹性：凡外力→键变形→鸣卸外力咳→变形称完全恢蹈复材料的弹昼性用弹性软模量Ｅ表警示塑性：块：外力棕→变形种→卸外裙力→变药形不完堆全恢复弹塑性揉材料的眠变形曲妻线软钢的仇应力—踩应变曲宅线砼的应雁力—应舒变曲线（五）材慢料的脆性焦与韧性脆性：老材料在绍外力作誉用下至忘破坏前虾无明显执塑性变升形而突狗然破坏庙的性质县。脆性讯材料抗诱动载能姜力差，虏但抗压嚼强度高啦。如砖接、混凝夕土、玻龄璃等。韧性：在茎冲击、振振动荷载作怪用下，材京料能承受评很大变形藏也不致破裹坏的性能剖。如钢材攀、木材等哲。（六）硬度和避耐磨性1.硬沃度初材料的现硬度是分材料表箩面的坚羡硬程度姿，是抵摇抗其它逮硬物刻划、鼠压入其肉表面的贱能力。通常用姓刻划法，匠回弹法和订压入法测轻定材料的拔硬度。标刻划法用黑于天然矿怨物硬度的励划分，按刺滑石、石替膏、方解赔石、萤石次、磷灰石颤、长石、秧石英、黄立晶、刚玉劝、金刚石怒的顺序，钳分为１０研个硬度等姨级。回弹法虽用于测仆定混凝滥土表面戴硬度，贤并间接酷推算混愿凝土的舰强度；睬也用于途测定陶考瓷、砖肾。砂浆优、塑料验、橡胶要、金属浙等的表房诚面硬度冬并间接湾推算其酬强度。1.硬度原理：阳回弹仪误的弹击甚锤被一屋定的弹策力打击糖在混凝双土表面捏上，其览回弹高跟度（映通过回离弹仪读答得回弹匀值）与他混凝土贝表面硬戏度成一误定的比沈例关系晴。回弹仪2.耐磨霉性

耐援磨性是材趟料表面抵绿抗磨损的做能力。材算料的耐磨缝性用磨耗萝率表示，悔计算公式派如下：式中雷G--酸---螺-材料学的磨耗捉率，茧（g/细cm2）

m1----裁材料磨损丑前的质量赢，（g）匙m2---誓--材返料磨损脆后的质崖量，（彼g）扛A-贿---劳--材羊料试件纹的受磨贱面积敢（cm2）第三节特材料桥的耐久症性1.概抬念材料的岛耐久性是指用于镰建筑物的冻材料，在烧环境的多惩种因素作本用下不变叼质、不破伟坏，长久病地保持其贫使用性能贺的性质。耐久性是卡材料的一待种综合性得质，诸如雹抗冻性、士抗风化性厅、抗老化伸性、耐化纸学腐蚀性臣等均属耐冲久性的范政围。