建筑材料的基本性质

第一章建筑材料的基本性质教学的目的和要求物理性质：与质量有关密度、表观密度、体积密度、堆积密度、密实度与孔隙率、填充率与空隙率

与水有关亲水性和憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性

与热有关导热性、比热容与热容量、耐燃性和耐火性力学性质：强度、弹性、塑性、韧性、脆性、硬度、耐磨性耐久性质：影响因素第一节材料的组成、结构、构造及其对性能的影响

1、组成材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。材料组成是材料性质的基础，它对材料的性质起着决定性的作用。材料化学组成相同但矿物组成不同也会导致性质的巨大差异。

如图Ａ、Ｂ为两种钢材的金相照片，两者化学组成接近，主要差别是碳含量不同，Ａ小于0.2％和Ｂ则为0.2％～0.4％，但矿物组成则差别较大。两种钢材性能差别较大，其中Ａ具有较好的冷、热变形等工艺性能，但强度较低，而Ｂ则强度较高。

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从宏观组成层次讲，人工复合的材料如混凝土、建筑涂料等是由各种原材料配合而成的，因此影响这类材料性质的主要因素是其原材料的品质及配合比例。

2、微观结构材料的微观结构是指物相的种类、形态、大小及其分布特征。它与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性、导热性等重要性质有着密切的关系。土木工程材料的使用状态均为固体，固体材料的相结构基本上可分为晶体、玻璃体、胶体三类，不同结构的材料，各具不同特性。

材料的化学组成相同，微观结构的差别将导致材料性能的差异。如图化学组成相同的水泥熟料，由于Ａ的显微结构发育良好，Ｂ则不然，结果在比表面积相似的情况下，Ａ熟料的３d、２８d抗压强度分别比Ｂ熟料高10.7MPa和6.8MPa。

AB3、构造材料的宏观构造是指可用肉眼能观察到的外部和内部的结构。土木工程材料常见的构造形式有：密实构造、多孔构造、纤维构造、层状构造、散粒构造、纹理构造。

4、孔隙状况孔隙状况对建筑材料的各种性质具有重要影响，材料的孔隙状况可由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来描述：一般孔隙率越大，密度越小、强度越低、保温隔热性越好、吸声隔声能力越高一般情况下，连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大；而封闭孔对材料的保温隔热性能影响较大粗大孔对材料的密度、强度等性能影响较大；毛细孔主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能；极细微孔对材料的性能影响不大两种石材性能对比图为同一栋楼外墙所用的两种不同材质的装饰石材，使用时间相同。大理石石材颜色已变暗且出现裂缝，而花岗岩石材完好如新。请从材料的组成结构分析二者性能差异的原因。

大理石花岗岩讨论：大理石主要成分是方解石（碳酸钙和碳酸镁），呈弱碱性。在酸雨等腐蚀介质的作用下，发生化学反应，颜色变暗淡，板材的结构逐步疏松，并发展为裂缝。而花岗岩主要为石英（结晶二氧化硅）、长石（架状铝硅酸盐）及少量云母（片状铝硅酸盐），为酸性石材，结构致密具有高抗酸腐蚀能力。

·工程实例分析·

材料微观结构对性能的影响某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要求，但施工单位将硅粉理解为磨细石英粉，生产中加入的磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效果不好，水泥浆体成分不均，请分析原因。原因分析：硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净浆施工性能。磨细石英粉的化学组成也为SiO2，微观结构为晶体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结构不同，导致材料的性能差异明显。第二节材料的基本物理性质一、与质量有关的性质1.密度、表观密度、体积密度与堆积密度密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。表观密度是材料在包括闭口孔隙条件下单位体积的质量。体积密度是指材料在自然状态下的体积，包括材料实体及其开口与闭口孔隙条件下的单位体积的质量。堆积密度是指散粒或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。密度、表观密度、体积密度和堆积密度既有联系又有差别。指的是材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量.计算公式为：上式—密度（g/cm3)；m—材料在干燥状态下的质量（g）；V—材料在绝对密实状态下的体积（cm3)。a.密度:注意:绝对密实状态下的体积是指不包含材料内部孔隙的真实体积；对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很容易测定；但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下材料是含有一些孔隙的；有孔隙材料的体积测定方法：一般采用密度瓶法测定有孔材料的实体积思考题：如何测量有孔隙材料的密度？*测量有孔隙材料密度的方法与步骤：将试样研碎烘干冷却到室温称量质量测定体积密度烘箱105-110ºC干燥器天平密度瓶指的是材料在自然状态下，单位体积所具有的质量；计算公式为：上式—表观密度（kg/m3)m—材料在干燥状态下的质量（kg）;—材料的表观体积（m3);*表观体积=密实状态下的体积V+闭口孔隙体积V闭b.表观密度：指的是材料在自然状态下，单位体积所具有的质量；计算公式为：上式—表观密度（kg/m3)m—材料在干燥状态下的质量（kg）;Vo—材料的自然体积（m3);*自然体积Vo=密实状态下的体积V+孔隙体积Vc.体积密度：开口孔害隙与闭柔口孔隙输的辨析开口孔隙钩指与外界该相连通的娱细小孔隙赛，闭口孔赞隙指与外顽界不连通恢的细小孔扒隙。两者圈都会影响摸材料的表恰观密度，总开口孔隙喂影响骨料首的吸水性税。诞只能通过芦试验测得氧。自然状营态下的体槽积包括开划口和闭口纷孔隙，而半浸水饱和旗后排水试珠验测得的次体积就只梢有闭口孔跌隙，而没染有开口孔垮隙。所以蹲可以用吸虫水饱和状猪态下的质林量减去完总全烘干状载态下的质牢量然后除饼以水的密友度，得到络开口孔隙托的体积。指的是散杯粒（粒状贤、粉状或无纤维状）啊材料在自见然堆积状态下，单位列体积的质杜量；计算公式菌为：—堆猴积密度拦（kg炎/m3)m—材煤料在干挡燥状态穷下的质廊量（k肢g）；—材料勾在堆积博状态下越的体积携（m3);C、堆驻积密度：？思考婚题：如译何测定平砂和石赤子的堆怜积密度之？（1）首先采用匹前述方法挂测定其干惕质量m;（2）然后采都用容量升来测定炉砂子、寒石子的擦堆积体名积昼，方放法如下防：a）砂子采用1L、捉5L的胃容量升来测堆积乌体积；b）石子采用10L、行20L、个30L的锋容量升来测定抹其堆积封体积；（3）利用公式闷计算堆积炸密度：建筑常腥用材料耕的密度勺、表观蔽密度、能堆积密稻度材料名称鸦密度(g／c丙ｍ3)体积密斗度(kg渐／ｍ3)堆积密度(kg曲／ｍ3)钢材7.8奇5疮780再0～胸785载0红松木1.55梯～1.6寨0暴40旱0～60淘0水泥2.8仗～3.1160翁0~1惩800砂2.5进～2横.6150可0~1河700碎石2.4校8～近2.7砌6侧2段300轨~27赵00王140军0~1焦700普通玻食璃2.45仆～2.梳55碧245差0~25煮50铝合金2.7弊~2.利9桂27推00~岔290姓02、密识实度与厌孔隙率a.密实梯度：是指材挪料体积醒内被固识体物质可充实的绿程度，慈也就是烤固体物筹质的体饱积占总选体积的旅比例，牧用D来转表示。b.船孔隙率弹：是指材料吼体积内，彼孔隙体积捧占总体积赌的百分率学，用P表鄙示。P=（V0-V）/搞V0×100%=（1-由V/V0）×100%密实度柔和孔隙每率反映析了材料顿的致密洞程度。一般来互说，同童一种材逃料，孔缘瑞隙率越念小，连差接孔隙宗越少，掉则：其强度越弱高；吸水越勾少；抗渗性和肌抗冻性越帆好；但是导黎热性差扶；3、填充畜率与空隙傅率：a.填研充率是指散粒示材料（如碍砂子、石失子等）在贞某容器的换堆积体积测内，被其新颗粒实体根体积填充眨的程度。填充率一院般用D’来表示，鹊按下式计华算：或b.空裳隙率空隙率被是指散谱粒材料阶在堆积闯体积中英，颗粒影之间的空隙体积行占堆积体道积的百分绸率，用P’表示：空隙率兄的大小琴反映了粉散粒角材料的雄颗粒之件间相互填充岛的致密程既度；思考：伸空隙率径与孔隙躺率有什径么区别马？孔隙对材湾料性质的片影响某工程顶肢层欲加保辩温层，以额下两图为初两种材料逐的剖面，桶见下图。幻玉请问选择菌何种材料软？AB讨论：保温层的虚目的是减四小外界温料度变化对引住户的影惜响，材料零保温性能除的主要描音述指标为压导热系数籍和热容量必，其中导听热系数越银小越好。满观察两种鞠材料的剖悄面，可见晋A材料为干多孔结构安，B材料灵为密实结隔构，多孔痰材料的导表热系数较贺小，适于土作保温层左材料。二、材料绘与水有关既的性质（一）桶亲水性组和憎水禽性（1）亲漂（憎）水绩性：材料在帮空气中籍与水接汤触时，学能被水笑湿润的肯，称为蛋亲水性闸，否则缴为憎水君性；（2）亲悲（憎）水膨性材料：具有亲水题性的材料砌称为亲水巷性材料，献如木材、贷砖、混凝刺土、石等王；反之为哄憎水性材殊料，如沥携青，石蜡出、塑料等随；？思考：们1）材奸料亲水和执憎水的原戏因是什么凯？2）防翠水防潮冠材料应爪优先选码用哪种纱材料？吸水率是指材魂料与水着接触吸狗收水分露的性质益，吸水科性的大小用吸依水率表畅示。（1）怎质量吸捕水率：（二）列吸水念性与吸窜湿性1.吸硬水性材料在水仇中吸收水阻分达饱和福的能力。表达方式积：质量吸水毕率和体积肥吸水率。材料在热吸水饱技和状态炮下，所辽吸收水做的体积盏占材料自然体居积的百术分率。思考：疗材料的单亲水性为和吸水灰性有什学么区别已？（2）竹体积吸至水率：是指材尤料在潮蝇湿空气只中吸收悦空气中逮水分的忍性质；吸湿性悼的大小叫用含水率表示。含水率是指材料盾内部所含水的质量循占其干质出量的百分贵率用W含表示；计算公缺式如下剥：2.吸服湿性干燥的得材料吸收空懒气中的镜水分潮湿的材料平衡含年水率平衡含水是率：当材料中窑所含水分移与空气湿托度达到相对平送衡时的轧含水率且。释放水分（三）附耐水性耐水性构：是指刷材料长命期在饱挽和水的禁作用下库，其强度也喇没有显著执下降的性像质；一般用软化系快数表示：（四）罗抗渗性抗渗性：额材料抵抗笛压力水渗竹透的性质旺；Q——透额过材料试即件的水量伍，cm3H——水巾头差，c赛mA—调—渗水论面积，封cm2D——底试件厚的度，c区mt——渗播水时间，拣hk——香渗透系比数，c锄m/h抗渗等膀级:Pnn—材料反所能承臭受的最予大水压员力（MPa准）的10吩倍值如P6、P殊12、P篇20，分别表产示能够承怜受0.6Ｍ笔Pa、1枪.2ＭP怪a、2.识0ＭPa的水压而帮不渗水。影响因素叛：亲水性助、孔隙枯率、孔译特征、份裂缝等送有关。（五）纠抗冻性材料在吸兆水饱和状苏态下，抵然抗多次冻咳融循环作筒用而不破昨坏，也不值严重降低米强度的性漂质。抗冻等丝式级：如F25表示能垒经受25次冻融循摩环而不破桂坏。影响因素桂：孔隙率封、孔特物征、吸诵水性及汇抵抗胀揭裂的强过度有关稿。是指材徒料存在唤温差时克，热量秀能从材霞料的一蒸面通过天材料本阶身传到沾另一面问的性质导热性锻一般用精导热占系数丈表示三、材料走与热有关苦的性质（一）导负热性（1）导热系数冠越小，材崭料的隔热钻保温性能眉越好；（2）金属材料被的导热系肌数大于非拒金属材料戏的导热系数（3）细小而然封闭的堪孔隙，恳导热系介数越小毒；开口而粗大沉、连通出的孔隙宏，导热前系数越待大；注意：（二）热赠容量与比密热1.热犯容量材料受衔热时吸陆收热量哈或冷却向时放出弱热量的绘能力。Q＝c六ｍ（搂T2-淡T1）式中Q—材料幕的热容呢量(J)；c—材料的偶比热[J／聋(g·婶K)]；ｍ—材料原的质量(g)；T2-T1—材祖料受热或辆冷却前后昼的温度差(K)。2.比热是指材眉料受热匀时吸收雷热量、展冷却时巨放出热丙量的性糟质。*什么叫考比热：是指单位遭质量的材爹料，在温开度升高或虎下降1K时，咽吸收或放骡出的热量畜。几种常蝴见材料撤的导热砖系数和袖比热（四）耐猴燃性与耐搭火性1.耐忽燃性材料抵抗伏燃烧的性悉质，分四胶级。非燃烧距材料（A级）：如工钢铁、砖贸、石、混翼凝土。难燃材斑料（B1级）：如葬水泥刨花会板、硬PVC扎塑料板等闸。可燃材傻料（B2级）：如琴木材、胶镰合板等。易燃材料症（B3级惠）：如油棵漆、纤维兰织物等。2.耐火抱性材料抵抗奸高热或火槐的作用，欢保持原有禽性质的能片力。耐火极呜限用时太间（h或ｍin贝）表示。（五）么耐急冷尤急热性材料抵另抗急冷陈急热的奇交替作饿用，并挺能保持挖其原有咏性质的司能力。在急冷急贫热作用下钞，易开裂丈或炸裂，蛮如玻璃、青瓷砖等。四、与声抬学有关的得性质1.吸国声性声能穿透季材料和被腹材料消耗绿的性质，畜用吸声系治数表示。式中α—材料枝的吸声姨系数；E0—传递尚给材料勉的全部毛入射声弓能；E—被材料世吸收(包抢括透过)象的声能。材料的平台均吸声系栏数≥0.2的材料为槽吸声材料谎。影响因素辱：表观密稀度、孔用隙特征维、厚度戏及表面刑的条件嗽有关外厘，还与鬼声波的辨入射角种及频率胀有关。2.隔雨声性材料能赏减弱或灾隔断声搞波传递己的性能衰。（1）隔介空气声材料单位样面积的质浙量越大或馋材料的密呢度越大，鸽隔声效果伯越好。（2）隔固体案声由于振病源撞击肝固体材耕料，引轨起固体版材料受捆迫振动悄而发声类，并向续四周辐沉射声能蝇。选用具钞有弹性刷的衬垫膀材料，棋如软木趁、橡胶窑、毛毡陶、地毯道等，能和阻止或申减弱固笔体声波费的继续雅传播。·工程实阴例分析·加气混凝奥土砌块吸愤水分析某施工队意原使用普缴通烧结粘滑土砖，后欣改为多孔遗、容量仅菌700困kg/m锈3的加气至混凝土砌僚块。在抹遣灰前采用武同析方式前往墙上浇旬水，发觉雅原使用的妈普通烧结云粘土砖易胳吸足水量惭，但加气照混凝土砌资块表面看音来浇水不贴少，但实街则吸水不防多，请分岛析原因。原因分析手：加气混腹凝土砌充块虽多跑孔，但晶其气孔吨大多数退为“墨均水瓶”狱结构，富肚大口捡小，毛写细管作肠用差，过只有少熟数孔是致水分蒸圆发形成缘瑞的毛细票孔。故死吸水及季导湿均矮缓慢，谨材料的奴吸水性肢不仅要公看孔数摊量多少叙，还需倡看孔的区结构。·工程实北例分析·火灾中衰混凝土肉的破坏某在建笼住宅楼滔不慎发况生火灾农，混凝厦土被破核坏，见遭下图，霞请分析帜原因。原因分谷析：混凝土淹一般由愚砂、石滤、水泥画等材料下经拌和迟、凝固要形成了辅复杂的删物相体浑系，由罚于受到蕉火灾，绩在高温忍下，混阅凝土的炊水化产蠢物分解身后又产祸生了新互的物相际，导致谈混凝土报微观结虾构破坏搅。第二节捉材贺料的力锋学性质一、强度县与比强度（一）迈强度材料的宜强度是贩指材料絮在外力宝作用下不破坏时炮所能承受庆的最大应珠力；分抗压身强度、颂抗拉强洞度、抗两弯强度婆、抗剪乌强度。1.抗绝拉（压息、剪）悬强度材料承受映荷载拉力陡（压力、地剪力）作泳用直到破晴坏时，单础位面积上姐所承受的衡拉力（压李力、剪力史）称为抗抬拉（压、樱剪）强度退。式中：f—抗拉饥、抗压却、抗剪删强度（ＭPa）；F—材料受少拉、压、杏剪破坏时兽的荷载（N）；A—材料阶受力面展积（ｍｍ2）。2.抗暮弯（折获）强度抗弯强度你与材料受挎力情况有贷关。矩形摸截面试件榨，两端支肾撑，中间管作用一集钩中荷载，宽抗弯强度棉：式中fm—材料源的抗弯匠（折）粮强度(ＭPa)；F—受弯时配的破坏荷出载(N)；L—两支点泻间距(ｍｍ)；b、h—材料东截面宽促度、高毁度(ｍｍ)。影响强度产的因素：材料的组谋成、结构妹特征、孔央隙率、试蛇件形状、觉尺寸、表桶面状态、缴含水率、烛温度及试娃验时的加列荷速度等陕。强度等猜级的定刑义：大多数建径筑材料根述据其极限强威度的大小，影把材料划梅分为若干涉不同的等彻级，称为胡材料的强母度等级；材料强度逝等级划分党的标准：a)脆性聚材料主要根启据其抗压强红度来划分强命度等级，犯如混凝土躲、水泥、算粘土砖等扣；例：混凝玻土的强度爪等级划分帐为16级C15艇...煌C80据;b)韧性将材料主要根霉据其抗拉强扔度来划分致强度等哪级，如顶钢材等义；（二）需比强度比强度妻：是指材贞料的强愧度与其蚊表观密鹅度的比现值；比强度的顾意义：（1）茶衡量材朵料轻质圣高强性汁能的一沟项重要参指标；（2）沟选用比哗强度高棒的材料修或者提晴高材料裳的比强度，对鸡大跨度施、高高罚度建筑宣十分有宽利；普通混册凝土、列低碳钢番、松木柔的比强乏度分别随为0.01译7，0.影054，匠0.20禽0；二、弹倡性与塑关性1.弹球性是指材泳料在外省力作用幻玉下产生蛇变形，简当取消叼外力后锤，能完全恢汇复原形状向的性质，称为弹互性；2、塑张性：是指材赛料在外陈力作用锈下产生术变形，享当取消累外力后思，仍保持变到形后的形犁状和尺寸茅的性质，称为塑报性；例如：低傅碳钢为弹逮塑性材料绒；低碳钢的歉σ～ε曲允线分段的疫弹性变拳形和塑塑性变形三、脆站性与韧望性1、脆性希：是指材恨料在外尖力作用劫下，直独到破坏前无下明显的塑雄性变形而毅发生突然确破坏的性陵质，称为礼脆性，米如玻璃翻、混凝粒土、水纸泥等；2、韧达性：是指材料私在冲击或剪震动荷载错的作用下兆，能吸收让较大能量途，并产生宴较大变形渐而不发生破坏的性邀质，称为韧孝性，如钢主材、木材汉、橡胶等组；问题：脆苹性材料和蚂塑性材料扛的主要区奴别是什么闲？四、硬度岂与耐磨性1.硬度：是指材料丛表面抵抗玩较硬物体眼压入或刻胞划的能力锣；2.耐磨性:是指材料巧抵抗磨损以的能力；**一般获用磨损率糟来表示，钉计算公式滔如下：第四节返材料的