建筑材料項(xiàng)目2

1、項(xiàng)目2 建筑材料的基本性質(zhì)了解建筑材料的組成和結(jié)構(gòu)，掌握建筑材料的密度、表觀密度、體積密度、堆積密度、孔隙率和密實(shí)度、空隙率和填充率的概念與計(jì)算理解材料與水有關(guān)的性質(zhì)、與熱有關(guān)的性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)及耐久性。建筑材料的基本性質(zhì)主要包括材料的結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)、化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和耐久性等。 任務(wù)2.1 材料的組成和結(jié)構(gòu)2.1.1材料的組成：材料的組成包括材料的化學(xué)組成和礦物組成。2.1.1.1材料的化學(xué)組成：是指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合 物的種類和數(shù)量。2.1.1.2材料的礦物組成：是指化學(xué)元素組成相同，但分子組成形式各異的現(xiàn)象。 2.1.2材料的結(jié)構(gòu)： 材料的結(jié)構(gòu)可分為：宏觀結(jié)構(gòu)、細(xì)觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)2.

2、1.2.1宏觀結(jié)構(gòu)：是指用肉眼或放大鏡能夠分辨的粗大組織。 建筑材料的宏觀結(jié)構(gòu)按照材料的宏觀組織和孔隙狀態(tài)的不同可分為以下類型： （1）致密狀結(jié)構(gòu)，如鋼材、致密石材和玻璃等。 （2）多孔狀結(jié)構(gòu)，如加氣混凝土、泡沫塑料及人造輕 質(zhì)多孔材料等。 （3）微孔狀結(jié)構(gòu)，如石膏制品、燒結(jié)磚等。 （4）顆粒狀結(jié)構(gòu)，如砂、石、粉煤灰和膨脹珍珠巖等。 （5）纖維狀結(jié)構(gòu)，如木材、巖棉和玻璃鋼等。 （6）層狀結(jié)構(gòu)，如膠合板、紙面石膏板等。2.1.2.2細(xì)觀結(jié)構(gòu):是指可用光學(xué)顯微鏡觀察到的結(jié)構(gòu)。2.1.2.2微觀結(jié)構(gòu):主要指材料在原子、分子、離子層次上的 組織形式。建筑材料的微觀結(jié)構(gòu)基本上可分為：晶體、玻璃體和膠體三

3、類。2.1.3 材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)2.1.3.1 材料的體積體積是材料占有的空間尺寸。材料的體積有絕對密度體積、表觀體積、自然體積和堆積體積。（1）絕對密度體積是指干材料在絕對密實(shí)度狀態(tài)下的體積，一般以V表示。（2）表觀體積是指材料在自然狀態(tài)下不含開口孔隙的體 積，一般以V表示。（3）自然體積是指材料在自然狀態(tài)下（包括所有孔隙）的體積，一般以V0表示。（4）堆積體積是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下的總體外觀體積，一般以V0表示。2.1.3.2 材料的密度，表觀密度，體積密度和堆積密度（1）密度：材料的密度是指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量?？砂聪率接?jì)算：=m/v 式中材料的密度,g/cm3或k

4、g/m3； m-材料的干質(zhì)量，g或kg； v材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3或m3。（2）表觀密度：是指材料在自然狀態(tài)下不含開口孔隙時(shí) 單位體積的質(zhì)量?？砂聪率接?jì)算：=m/v 式中材料的表觀密度,g/cm3或kg/m3； m-材料的干質(zhì)量，g或kg； v0材料的表觀體積，cm3或m3（3）體積密度：是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量?？砂聪率接?jì)算：0=m/v0 式中0材料的體積密度,g/cm3或kg/m3； m-材料的質(zhì)量，g或kg； v0材料的自然體積，cm3或m3（4）堆積密度：是指粉狀、顆粒狀或纖維材料在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量?？砂聪率接?jì)算：0=m/v0 式中0材料的堆積密度,g/c

5、m3或kg/m3； m-材料的質(zhì)量，g或kg； v0材料的堆積體積，cm3或m32.1.3.3 材料的密實(shí)度和孔隙率（1）密實(shí)度：是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，用D表示。密實(shí)度的計(jì)算式如下: D=V/V0100%亦可用材料的密度和體積密度計(jì)算： D=V/V0=m/m/0=0/100%對于大多數(shù)建筑材料，因?yàn)閂V0，故密實(shí)度D 1。（2）孔隙率：是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率，用P表示。并按下式計(jì)算：P=（V0-V）/V0=1-V/V0=1-D=（1-/0）100% P+D=12.1.3.4 材料的填充率和空隙率（1）填充率：是指散粒材料在其堆積體積中，被顆粒實(shí)體填充的程度，用

6、D表示。填充率的計(jì)算式如下: D=V/V0100%= 0/100%（2）空隙率:是指散粒材料在其堆積體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例，用P表示。并按下式計(jì)算：P=（1-V/V0）100% =（1-0 / ）100% P +D=1任務(wù)2.2 材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì)包括材料的親水性與憎水性，以及材料的吸濕性、耐水性、抗?jié)B性 、抗凍性、霉變性與腐朽性等。2.2.1材料的親水性與憎水性：潤濕角:在材料、水和空氣交接處，沿水滴表面作切線， 此切線和水與材料接觸面所形成的夾角。 （1）當(dāng)90時(shí)，說明與水之間的作用力（吸附力）要大于水分子之間的作用力（內(nèi)聚力），材料表面吸附水分，即材料被水

7、所濕潤，稱該材料是親水的。（2）當(dāng) 90時(shí)，說明與水之間的作用力（吸附力）要小于水分子之間的作用力（內(nèi)聚力），材料表面不吸附水分，即材料不能被水所濕潤，稱該材料是憎水的。2.2.2材料的吸水性與吸濕性： 2.2.2.1吸水性 材料的吸水性是指材料在水中吸收水分達(dá)到飽和的能力。吸水性用吸水率表示。吸水率有質(zhì)量吸水率和體積吸水率兩種表達(dá)方式，分別以WW和Wv表示，計(jì)算式如下： WW=(m2-m1)/m1100% Wv= Vw/V0= (m2-m1)/V01/w100% 式中Ww質(zhì)量吸水率，%； Wv體積吸水率，%； m2-材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量，g ； m1-材料在絕對干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g；

8、vw材料所吸收水分的體積，cm3 ； w 水的密度，常溫下可取1g/cm3 。 兩種吸水率之間的關(guān)系： Wv= WW 02.2.2.2吸濕性 材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的能力。吸濕性用含水率WH表示。計(jì)算式如下： WH=(mK-m1)/m1100% 式中WH材料的含水率，%； mK-材料吸濕后的質(zhì)量，g ； m1-材料在絕對干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。2.2.3材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標(biāo)是材料的軟化系數(shù)，以KR表示 KR =fb/fg 式中KR材料的軟化系數(shù)； fb-材料飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa ； fg-材

9、料干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa 。 KR 0.85的材料稱為耐水性材料2.2.4材料的抗?jié)B性材料的抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。材料的抗?jié)B性可用滲透系數(shù)和抗?jié)B等級表示。2.2.4.1滲透系數(shù)滲透系數(shù)用Ks表示, Ks值越小，其抗?jié)B能力愈強(qiáng)。如屋面防水材料、防水涂料等均采用滲透系數(shù)表示。2.2.4.2抗?jié)B等級材料的抗?jié)B等級是指材料用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水試驗(yàn)時(shí)，規(guī)定的試件在透水前所能承受的最大水壓力，以符號P及可承受的水壓力值（以0.1MPa單位)表示。材料的抗?jié)B等級越高，其抗?jié)B性越強(qiáng)。2.2.5材料的抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞、強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。

10、以符號F及材料可承受的最多凍融循環(huán)次數(shù)表示。如抗凍等級為F10的材料，表示材料所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)最多為10。2.2.6材料的霉變性和腐朽性（1）霉變性：材料在潮濕或溫暖的氣候條件下受到真菌 侵蝕，在材料的表面產(chǎn)生絨毛狀的或棉花狀的，顏色從白色到暗灰色至黑色，有時(shí)也會(huì)顯出藍(lán)綠色、黃綠色或微紅色的物質(zhì)稱為材料霉變。 材料發(fā)生霉變的主要原因：水分、溫度、空氣。（2）腐朽性：材料在使用過程中受到酸、堿、鹽以及真菌等各種腐蝕介質(zhì)的作用，在材料內(nèi)部發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化，使材料逐漸受到損害，性能改變，力學(xué)性質(zhì)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起整個(gè)材料徹底破壞的現(xiàn)象稱為材料腐朽。任務(wù)2.3 材料與熱有關(guān)的性質(zhì)材料與

11、熱有關(guān)的性質(zhì)包括熱容性、導(dǎo)熱性和熱變形性。2.3.1材料的熱容性材料的熱容性是指材料受熱時(shí)吸收熱量或冷卻時(shí)放出熱量的能力，它以材料升溫或降溫時(shí)的熱量的變化來表示，即熱容量，計(jì)算公式為 Q=MC(t1-t2) 式中Q 材料的熱容量，KJ； M - 材料的質(zhì)量，Kg ； t1-t2-材料受熱或冷卻前后的溫差，K ； C - 材料的比熱， KJ/（ Kg K) 由 Q=MC(t1-t2)導(dǎo)出C=Q/M (t1-t2)C值是真正反映不同材料間熱容性差別的參數(shù)。 C值的物理意義是質(zhì)量為1 Kg的材料，在溫度每改變1K時(shí)所吸收或放出熱量的大小。2.3.2材料的導(dǎo)熱性材料的導(dǎo)熱性是指材料兩側(cè)有溫差時(shí)，材料將

12、熱量由溫度高的一側(cè)向溫度低的一側(cè)傳遞的能力，也就是傳導(dǎo)熱得能力。材料的導(dǎo)熱性以導(dǎo)熱系數(shù)表示， 是指當(dāng)材料兩側(cè)的溫差為1K時(shí)，在單位時(shí)間（1h）內(nèi)，通過單位面（1m2），透過單位厚度（1m）材料所傳導(dǎo)的熱量，即 =Qd/(T1-T2)材料吸水率的大小不僅取決于材料對水的親憎性還取決于材料的孔隙率及孔隙特征。密實(shí)材料及具有閉口孔的材料是不吸水的；具有粗大孔的材料因其水分不易存留，其吸水率也常小于其開口孔隙率；而那些孔隙率較大，且具有細(xì)小開口連通孔的親水性材料往往具有較大的吸水能力。材料在水中吸水飽和后，吸入水的體積與孔隙體積之比稱為飽和系數(shù)。材料含水后，不但可使材料的質(zhì)量增加，而且會(huì)使強(qiáng)度降低，保

13、溫性能下降，抗凍性能變差，有時(shí)還會(huì)發(fā)生明顯的體積膨脹?？梢姴牧现泻畬Σ牧系男阅芡遣焕?。 （三）耐水性材料在水的作用下，其強(qiáng)度不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。一般材料含水后，將會(huì)以不同方式減弱材料的內(nèi)部結(jié)合力，使強(qiáng)度有不同程度的降低。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示：K=f1/f式中 K材料的軟化系數(shù)；f1材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；f材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，Mpa。材料的軟化系數(shù)波動(dòng)在0-1之間，軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后強(qiáng)度降低得越多，耐水性越差。處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)物所選用的材料其軟化系數(shù)不得小于0.850.90。因此軟化系數(shù)大于0.85的材料，可認(rèn)為是耐水的

14、。干燥環(huán)境下使用的材料可不考慮耐水性。 返回鍵材料 名稱 密 度g/cm3 表觀密度g/cm3 堆積密度g/cm3 鋼 材 7.85松 木 1.550.400.80水 泥 2.803.209001300砂 2.662.6514501650碎石（石灰石） 2.602.802.6014001700普通混凝土 2.601.952.50普通黏土磚 2.6016.01.90 返回鍵第二節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì) 一. 強(qiáng)度及強(qiáng)度等級根據(jù)外力作用方式的不同，材料的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度（或抗折強(qiáng)度）及抗剪強(qiáng)度等，抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式如下:f=F/A式中 f材料的強(qiáng)度，Mpa；F材料破壞時(shí)的最

15、大荷載，N；A材料受力截面積，mm2。材料的抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算f彎=3FL/2bh2不同種類的材料具有不同的抵抗外力的特點(diǎn)。相同種類的材料，其強(qiáng)度隨孔隙率及宏觀結(jié)構(gòu)特征的不同有很大差異。一般說，材料的孔隙率越大，強(qiáng)度越低，兩者有近似直線的比例關(guān)系，如圖1-5所示。材料的強(qiáng)度除與組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)外，其強(qiáng)度值還受試件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、溫度、濕度及試驗(yàn)時(shí)的加荷速度等因素影響，因此國家規(guī)定了試驗(yàn)方法，測定強(qiáng)度時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守。強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級 為了掌握材料的力學(xué)性質(zhì)，合理選擇材料，將材料按極限強(qiáng)度(或屈服點(diǎn))劃分成不同的等級，即強(qiáng)度等級。如石材、混凝土、紅磚等脆性材料主要用于抗壓，因此以其抗壓極限強(qiáng)度

16、來劃分等級，而鋼材主要用于抗拉，故以其屈服點(diǎn)作為劃分等級的依據(jù)?！氨葟?qiáng)度” 比強(qiáng)度是評價(jià)材料是否輕質(zhì)高強(qiáng)的指標(biāo)。它等于材料的強(qiáng)度與體積密度之比，其數(shù)值大者，表明材料輕質(zhì)高強(qiáng)。 二、脆性與韌性脆性材料在外力作用下，直至斷裂前只發(fā)生很小的彈性變形，不出現(xiàn)塑性變形而突然破壞的性質(zhì)稱為脆性。具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料。脆性材料的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多，可達(dá)幾倍到幾十倍。脆性材料抵抗沖擊或振動(dòng)荷載的能力差，故常用于承受靜壓力作用的工程部位如基礎(chǔ)、墻體、柱子、墩座等。屬于此類的材料如石材、磚、混凝土、鑄鐵等。韌性材料在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的塑性變形而不致破壞的性質(zhì)

17、稱為韌性（或沖擊韌性）。建筑鋼材、木材、瀝青混凝土等屬于韌性材料。用作路面、橋梁、吊車梁以及有抗震要求的結(jié)構(gòu)都要考慮材料的韌性。材料的韌性用沖擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)。常用材料的強(qiáng)度表1-2材料的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度材料在外力作用下，抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。當(dāng)材料受到外力、荷載、變形限制、溫度等作用都可使其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力增大到一定數(shù)值時(shí)，不同的材料可出現(xiàn)兩種情況：一種是當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一值（屈服點(diǎn)）后，應(yīng)力不再增加就能產(chǎn)生較大的塑性變形，使構(gòu)件失去使用功能，卻并未達(dá)到極限應(yīng)力值。另一種是應(yīng)力未能使材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象就直接達(dá)到材料的極限應(yīng)力值而出現(xiàn)斷裂。這兩種情況下的應(yīng)力值都可稱為材料的強(qiáng)度，前者如建筑鋼材以

18、屈服點(diǎn)值作為鋼材的設(shè)計(jì)依據(jù)，而幾乎所有的脆性材料都屬于后者。從理論上講，材料受外力作用產(chǎn)生破壞的原因主要是由于拉力造成質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合鍵斷裂的緣故?；蛘弋a(chǎn)生脆裂，或者產(chǎn)生晶界面的滑移。材料受壓破壞，實(shí)際上也是由于壓力作用引起內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力或剪應(yīng)力而造成的破壞。 三.材料的受力變形材料受外力作用，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一種用來抵抗外力作用的內(nèi)力，同時(shí)還伴隨著材料的變形。根據(jù)變形的特點(diǎn)，可將變形分為彈性變形和塑性變形。1）.彈性變形材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種能夠完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形。2）.塑性變形材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后仍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。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。實(shí)際上，只有單純的彈性或塑性的