第02章建筑材料的基本性質(zhì)ppt課件

1、第二章 建筑材料的基本性質(zhì) 建筑材料的基本性質(zhì)，是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因為建筑材料所處建構筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質(zhì)也就有所不同。基本性質(zhì)包括物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、力學性質(zhì)、耐久性質(zhì)、裝飾性質(zhì)等。 第一節(jié) 材料的物理性質(zhì)1. 材料的密度 材料的密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算： =m/v式中：密度, g/cm3 或 kg/m3m材料的質(zhì)量，g 或 kgV材料的絕對密實體積，cm3 或 m3 測試時，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細后采用排開液體的方法

2、來測定其體積。2. 2. 材料的表觀密度材料的表觀密度表觀密度俗稱表觀密度俗稱“容重容重”）是指材料在自然）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：按下式計算： 00Vm 材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因為大多數(shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質(zhì)量有時還影響其表觀體積）。因而，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構和組成有關外，還與其內(nèi)部構成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關。 通常表觀密度是指材料在干燥狀態(tài)下的表觀密度，其他含水情況應注明。 3. 材料的堆積密度材料的堆積密度 堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下

3、單堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。位體積的質(zhì)量。按下式計算：按下式計算： 式中式中 0，材料的堆積密度材料的堆積密度, g/cm3 或或 kg/m3m 材料的質(zhì)量，材料的質(zhì)量，g 或或 kgV0，材料的堆積體積，材料的堆積體積，cm3 或或 m300Vm 粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因而，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。堆積體積是指材料在氣干狀態(tài)下的堆積密度，其他含水情況應注明。 在建筑工程中，計算材料用量、構件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。注意三個密度之間

4、的區(qū)別。4 . 4 . 材料的密實度材料的密實度 密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度。密實度的計算式如下：實的程度。密實度的計算式如下： 對于絕對密實材料，對于絕對密實材料， 因因 0 = 0 = ，故密實度故密實度D =1 D =1 或或 100% 100%。對于大多數(shù)土。對于大多數(shù)土木工程材料，木工程材料， 因因 0 0 ，故密實，故密實度度D D 1 1 或或 D D 100% 100%。 密度；密度；00材料的表觀密度材料的表觀密度00VVD5. 5. 孔隙率孔隙率 材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百

5、分率?？紫堵史e占材料總體積的百分率?？紫堵蔖 P按按下式計算：下式計算：VV材料的絕對密實體積，材料的絕對密實體積，cm3 cm3 或或 m3 m3V0V0材料的表觀體積，材料的表觀體積，cm3 cm3 或或 m3 m300材料的表觀密度材料的表觀密度, g/cm3 , g/cm3 或或 kg/m3kg/m3密度密度, g/cm3 , g/cm3 或或 kg/m3 kg/m30001VVVP第二節(jié)材料與水有關的性質(zhì)第二節(jié)材料與水有關的性質(zhì)一一. . 材料的親水性與憎水性材料的親水性與憎水性與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)

6、象來說，前者材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性。為親水性，后者為憎水性。材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構。親水性材料與水分子之間的分子料的分子結(jié)構。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。本身之間的內(nèi)聚力。工程實際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水和空氣的交點處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角

7、。其中潤濕角愈小，表明材料愈易被水潤濕。當材料的潤濕角 時，為親水性材料；當材料的潤濕角 時，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細管作用自動將水吸入材料內(nèi)部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入材料的毛細管中。見圖-1 圖1 材料潤濕示意圖（親水性材料；（憎水性材料質(zhì)量吸水率 質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以m 表示。質(zhì)量吸水率m 的計算公式為：%100ggbmmmmW體積吸水率體積吸水率體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，以吸水的體積占材料自然體積的

8、百分率，以W W表示。體積吸水率表示。體積吸水率W W的計算公式為：的計算公式為： %10010WgbvVmmW 材料的吸水性與其孔隙率有關，更與其孔隙特征有關。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的：A、材料內(nèi)與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水性就愈大。B、閉口空隙，水分不易進入。C、開口的粗大空隙，水分容易進入但不能存留，吸水性較小。三三. . 材料的吸濕性材料的吸濕性材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮氣中時，便會吸收空氣中的水分；

9、而當較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。吸濕性的大小用含水率來表示，指材料中所含水的質(zhì)量占其干質(zhì)量的百分率，以h表示，其計算公式為： %100ggshmmmW 顯然，材料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。材料的吸濕作用是可逆的，干燥的材料可吸收空氣中的水分，潮濕的材料可向空氣中釋放水分。當空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時

10、，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。 吸水性指材料吸收液態(tài)水的能力，而吸濕性指材料吸收氣態(tài)水的能力。四. 材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標是材料的軟化系數(shù)KR：gbRffK式中 KR 材料的軟化系數(shù) fb 材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度MPa） fg 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度MPa） 軟化系數(shù)反映了材料飽水后強度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強度則有不同程度的降低。當材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)

11、時如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強度的嚴重降低。材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化系數(shù)小的材料耐水性差，其使用環(huán)境尤其受到限制。軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75 。五. 材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當材料兩側(cè)的水壓差較高時，水可能從高壓側(cè)通過內(nèi)部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側(cè)。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介

12、質(zhì)，或?qū)⒉牧蟽?nèi)的某些成分帶出，造成材料的破壞。.1 滲透系數(shù)抗?jié)B性用材料的滲透系數(shù)可通過下式計算:AtHwdK 式中K滲透系數(shù), （cm / h）;w滲水量， （cm3 ）A 滲水面積, （cm2 ）H 材料兩側(cè)的水壓差，（cm）。水頭：壓力換算成水柱高度的形式d 試件厚度 （cm）t 滲水時間 （h）材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強。5.2 抗?jié)B等級 材料的抗?jié)B等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力以0.1MPa為單位來表示抗?jié)B等級。 如P4、P6、P8、P10等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.

13、8MPa、1.0MPa的水壓而不滲透。六、材料的抗凍性六、材料的抗凍性 抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也能經(jīng)受反復凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。不顯著降低的性能。 材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的材料毛細孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應力，會使材料遭到凍脹壓力造成材料的內(nèi)應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復，材料的破局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。壞作用逐步加劇，

14、這種破壞稱為凍融破壞。 抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失、外形變化或強度降低不超過一定限度時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。 材料的抗凍等級可分為15、25、50、100、200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。材料的抗凍性與材料的強度、孔結(jié)構、耐水性和吸水飽和程度有關。第三節(jié) 材料的熱工性質(zhì)1. 導熱性當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質(zhì)，稱為材料的導熱性。導熱性用導熱系數(shù) 表示。導熱系數(shù)的定義和計算式如下所示：)(12TTAtQ 在物理意義上，導熱系數(shù)為單位厚度(1m)的材料、兩面溫度差為1時、在單位時間(

15、1s)內(nèi)通過單位面積(1)的熱量。2. 2. 熱容量和比熱熱容量和比熱 材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低1 1所吸收所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。比熱的計算式如或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。比熱的計算式如下所示：下所示：)(12TTmQC3 3、材料的熱變形性、材料的熱變形性 材料的熱變形性是指溫度升高或降低材料的熱變形性是指溫度升高或降低時材料的長度或體積發(fā)生變化。時材料的長度或體積發(fā)生變化。 除個別材料以外，多數(shù)材料在溫度升除個別材料以外

16、，多數(shù)材料在溫度升高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。這種變化表現(xiàn)在單向尺寸時，為線膨脹這種變化表現(xiàn)在單向尺寸時，為線膨脹或線收縮，相應的技術指標為線膨脹系或線收縮，相應的技術指標為線膨脹系數(shù)數(shù)）。）。材料的線膨脹系數(shù)材料的線膨脹系數(shù)L/KL/K）LL試件的膨脹或收縮值試件的膨脹或收縮值mmmm）LL試件在升降溫前的長度試件在升降溫前的長度mmmm）tt溫度差溫度差K K）第四節(jié) 材料的力學性質(zhì)1.材料的強度材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內(nèi)部的應力多由外力或荷載作用而引起，隨著外力增加，應力也隨之增大，直至應力超過材料內(nèi)部質(zhì)點所能抵

17、抗的極限，即強度極限，材料發(fā)生破壞。在工程上，通常采用破壞試驗法對材料的強度進行實測。將預先制作的試件放置在材料試驗機上，施加外力荷載直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時的荷載值，計算材料的強度。 根據(jù)外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎抗折強度等。材料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下：AFfmax 材料的抗彎強度與受力情況有關，一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：2max23bhLFfw2. 2. 彈性和塑性彈性和塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為

18、彈性。消后能夠完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形或瞬時這種完全恢復的變形稱為彈性變形或瞬時變形）。變形）。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形或永久變形）。復的變形稱為塑性變形或永久變形）。3. 3. 脆性和韌性脆性和韌性 材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱

19、為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低?？箟簭姸雀叨估?、抗折強度低。 材料在沖擊或震動載荷的作用下，能吸材料在沖擊或震動載荷的作用下，能吸收較大能量，并產(chǎn)生較大變形而不發(fā)生破壞收較大能量，并產(chǎn)生較大變形而不發(fā)生破壞的性質(zhì)，稱為韌性。韌性材料的特點是塑性的性質(zhì)，稱為韌性。韌性材料的特點是塑性變形大，抗拉，抗壓強度都較高。變形大，抗拉，抗壓強度都較高。 第五節(jié) 材料的耐久性

20、材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長久地保持其使用性能的性質(zhì)。 材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。 物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴展。時間長久之后即會使材料逐漸破壞。在木結(jié)構建筑中，要考慮潮濕的環(huán)境對木材的影響。在寒冷地區(qū)，凍融變化對材料會起著顯著的破壞作用。在高溫環(huán)境下，經(jīng)常處于高溫狀態(tài)的建筑物或構筑物，所選用的建筑材料要具有耐熱性能。 化學作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽

21、等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。 機械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。 生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。 磚、石料、混凝土等礦物材料，多是由于物理作用而破壞，也可能同時會受到化學作用的破壞。金屬材料主要是由于化學作用引起的腐蝕。木材等有機質(zhì)材料常因生物作用而破壞。瀝青材料、高分子材料在陽光、空氣和熱的作用下，會逐漸老化而使材料變脆或開裂。 材料的耐久性指標： 是根據(jù)工程所處的環(huán)境條件來決定的。例如處于凍融環(huán)境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標來表示。處于暴露環(huán)境的有機材料，其耐久性以抗老化能力來表示。 第六節(jié) 材料的裝飾性 裝飾

22、材料指用于建筑物內(nèi)外墻面、柱面、地面及頂棚等處的飾面材料，除了裝飾作用外還有保護作用和其他特殊作用。 裝飾效果主要取決于裝飾材料的色彩、質(zhì)感和線性。計算題：計算題：1 1、 某工地所用卵石材料的密度為某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm32.65g/cm3、表、表觀密度為觀密度為2.61g/cm32.61g/cm3、堆積密度為、堆積密度為1680 kg/m31680 kg/m3，計，計算此石子的孔隙率與空隙率？算此石子的孔隙率與空隙率？2 2、 某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為抗壓強度分別為174174、178178、165 MP

23、a165 MPa，求該石材的，求該石材的軟化系數(shù)。軟化系數(shù)。3 3、 有一塊燒結(jié)普通磚，在吸水飽和狀態(tài)下重有一塊燒結(jié)普通磚，在吸水飽和狀態(tài)下重2900g2900g，其絕干質(zhì)量為，其絕干質(zhì)量為2550g2550g。磚的尺寸為。磚的尺寸為24024011511553mm53mm，經(jīng)干燥并磨成細粉后取，經(jīng)干燥并磨成細粉后取50g50g，用排水，用排水法測得絕對密實體積為法測得絕對密實體積為18.62 cm3 18.62 cm3 。試計算該磚。試計算該磚的吸水率、密度、表觀密度、孔隙率。的吸水率、密度、表觀密度、孔隙率。1 1、 某工地所用卵石材料的密度為某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm32

24、.65g/cm3、表觀密度、表觀密度為為2.61g/cm32.61g/cm3、堆積密度為、堆積密度為1680 kg/m31680 kg/m3，計算此石子的孔，計算此石子的孔隙率與空隙率？隙率與空隙率？石子的孔隙率石子的孔隙率P P為：為：%51. 165. 261. 21110000VVVVVP石子的空隙率P，為：%63.3561. 268. 11110000000VVVVVP2 2、 某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為分別為174174、178178、165 MPa165 MPa，求該石材的軟化系數(shù)。，求該石材的軟化系數(shù)。該石材的軟化系數(shù)為該石材的軟化系數(shù)為: :93.0178165gbRffK 該石材的軟化系數(shù)為0.93，大于0.85，屬于耐水材料。 軟化系數(shù)為材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度與材料在絕對干燥狀態(tài)下的抗壓強度之比。與材料在氣干狀態(tài)下的抗壓強度無關