建筑材料與檢測(cè)-第二章

建筑材料與檢測(cè)目錄模塊1建筑材料的基本性質(zhì)

1.1建筑材料的組成和結(jié)構(gòu)

1.2建筑材料的物理性質(zhì)

1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)

1.4建筑材料的耐久性學(xué)習(xí)目標(biāo)了解建筑材料的組成和結(jié)構(gòu)。掌握建筑材料的基本物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和耐久性。掌握建筑材料的實(shí)際密度、表觀(guān)密度、堆積密度、孔隙率和密實(shí)度的計(jì)算方法。模塊1建筑材料的基本性質(zhì)1.1.1材料的組成1.1建筑材料的組成和結(jié)構(gòu)1.化學(xué)組成2.礦物組成3.相組成材料的組成1.1.2

材料的結(jié)構(gòu)1.1建筑材料的組成和結(jié)構(gòu)1.宏觀(guān)結(jié)構(gòu)2.顯微結(jié)構(gòu)3.微觀(guān)結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)一.材料的組成

一.材料的組成是決定材料的性質(zhì)的內(nèi)在因素之

(一)化學(xué)組成(二)礦物組成（三）相互組成二.材料的結(jié)構(gòu)(一).宏觀(guān)結(jié)構(gòu)指用肉眼或放大鏡能觀(guān)察到的結(jié)構(gòu),它分為散粒結(jié)構(gòu),聚集結(jié)構(gòu),多孔結(jié)構(gòu),致密結(jié)構(gòu),纖維結(jié)構(gòu),層狀結(jié)構(gòu)

宏觀(guān)結(jié)構(gòu)1.散粒結(jié)構(gòu)由單獨(dú)的顆粒組成2.聚集結(jié)構(gòu)材料中的顆粒通過(guò)膠結(jié)材料彼此牢固地結(jié)合在一起3.多孔結(jié)構(gòu)材料中含有大量的,大的,或微小的均勻分布的孔隙4.致密結(jié)構(gòu)材料在外觀(guān)上和結(jié)構(gòu)上都是致密的5.纖維結(jié)構(gòu)是木材,玻璃纖維制品所特有的結(jié)構(gòu)6.層狀結(jié)構(gòu)是板材常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)顯維結(jié)構(gòu)和微觀(guān)結(jié)構(gòu)(二).顯維結(jié)構(gòu)指借助關(guān)學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀(guān)察到的結(jié)構(gòu),它可分為結(jié)晶和無(wú)定型兩種.結(jié)晶和無(wú)定型是同一物質(zhì)的不同狀態(tài),晶體呈穩(wěn)定狀態(tài),而無(wú)定型則具有化學(xué)活性(三).微觀(guān)結(jié)構(gòu)指原子排列結(jié)構(gòu),根據(jù)質(zhì)子間鍵的特性分為原子晶體,離子晶體,分子晶體三.材料的孔隙(一).孔隙形成的原因(1).水分子的占據(jù)作用建筑材料加水拌和,用水量通常超過(guò)理論上的用水量,多余的水分占據(jù)的空間即為孔隙(2).外加的發(fā)泡作用如生產(chǎn)加氣混泥土等的各種發(fā)泡劑,可在材料中形成大量的孔隙(3).火山作用火山爆發(fā)時(shí),噴到空中的巖漿,,冷卻后在巖石中形成大量的孔隙(4).燒作用孔隙的類(lèi)型及對(duì)材料性質(zhì)的影響(二)孔隙的類(lèi)型

(1)連通孔隙(2)封閉孔隙(3)半封閉孔隙(三).孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響(孔隙增多)(1).材料的體積密度減小

(2).材料受力的有效面積減小,強(qiáng)度降低

(3).體積密度減小,導(dǎo)熱系數(shù)和熱容隨之減小

(4).透氣性,透水性,吸水性變大

(5).對(duì)抗凍性,要試孔隙大小和形態(tài)而定,有些能提高抗凍性1.2.1材料的體積構(gòu)成及含水狀態(tài)1.2建筑材料的物理性質(zhì)

1.材料的體積構(gòu)成塊體材料在自然狀態(tài)下的體積是由固體物質(zhì)體積及其內(nèi)部孔隙體積組成的。材料內(nèi)部的孔隙按孔隙特征又分為閉口孔隙(或封閉孔隙)和開(kāi)口孔隙。散粒材料是指具有一定粒徑的材料的堆積體。其體積構(gòu)成包括團(tuán)體物質(zhì)體積、顆粒內(nèi)部孔隙體積及固體顆粒之間的空隙體積。1.2.1材料的體積構(gòu)成及含水狀態(tài)1.2建筑材料的物理性質(zhì)

2.材料的含水狀態(tài)材料在大氣中或水中會(huì)吸附一定的水分，根據(jù)材料吸附水分的情況，將材料的含水狀態(tài)分為干燥狀態(tài)、氣干狀態(tài)、飽和面干狀態(tài)及濕潤(rùn)狀態(tài)4種。1.2.2

材料的實(shí)際密度、表觀(guān)密度與堆積密度1.2建筑材料的物理性質(zhì)

1.實(shí)際密度實(shí)際密度簡(jiǎn)稱(chēng)密度(density)，是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，按下式計(jì)算。式中，為實(shí)際密度(g/cm3)；m為材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g)；V為材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積(cm3).基本的物理參數(shù)實(shí)際密度（密度）定義：材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量。

14ρ——實(shí)際密度（g/cm3)m——材料在干燥狀況下的質(zhì)量

V——材料在絕對(duì)密實(shí)狀況下的體積測(cè)量方法：不規(guī)則的密實(shí)材料——用排水體積法有孔隙的材料——把干燥后的材料磨成細(xì)粉，用李氏瓶法測(cè)定其實(shí)體積，進(jìn)行計(jì)算。151.2.2

材料的實(shí)際密度、表觀(guān)密度與堆積密度1.2建筑材料的物理性質(zhì)

2.表觀(guān)密度表觀(guān)密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，按下式計(jì)算。式中，為表觀(guān)密度(g/cm3或kg/m3)；為材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱(chēng)表觀(guān)體積(cm3或m3).

定義：材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算分：干表觀(guān)密度和濕表觀(guān)密度測(cè)量方法：規(guī)則形狀，可根據(jù)實(shí)際測(cè)量不規(guī)則形狀，用蠟封排液法171.2.2

材料的實(shí)際密度、表觀(guān)密度與堆積密度1.2建筑材料的物理性質(zhì)

3.堆積密度堆積密度是指散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算。式中，為堆積密度(kg/m3)；為材料的堆積體積(m3).

堆積密度

堆積密度是散粒材料(粉狀、顆粒狀）在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

材料的堆積體積包括所有顆粒的體積以及顆粒之間的空隙體積，19密度的測(cè)量絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積－是指構(gòu)成材料的固體物質(zhì)本身的體積，或稱(chēng)實(shí)體積孔隙在內(nèi)的體積。實(shí)際密度的測(cè)量：1）對(duì)近于絕對(duì)密實(shí)的材料：金屬、玻璃等直接以排水法作為密實(shí)態(tài)體積近似值2）對(duì)有孔隙的材料：磚、混凝土、石材磨成細(xì)粉－排水法求的體積即為密實(shí)態(tài)體積材料的孔隙(一).孔隙形成的原因(1).水分子的占據(jù)作用建筑材料加水拌和,用水量通常超過(guò)理論上的用水量,多余的水分占據(jù)的空間即為孔隙(2).外加的發(fā)泡作用如生產(chǎn)加氣混泥土等的各種發(fā)泡劑,可在材料中形成大量的孔隙(3).火山作用火山爆發(fā)時(shí),噴到空中的巖漿,,冷卻后在巖石中形成大量的孔隙(4).燒作用1.2建筑材料的物理性質(zhì)孔隙的類(lèi)型及對(duì)材料性質(zhì)的影響(二)孔隙的類(lèi)型

(1)連通孔隙(2)封閉孔隙(3)半封閉孔隙(三).孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響(孔隙增多)(1).材料的體積密度減小

(2).材料受力的有效面積減小,強(qiáng)度降低

(3).體積密度減小,導(dǎo)熱系數(shù)和熱容隨之減小

(4).透氣性,透水性,吸水性變大

(5).對(duì)抗凍性,要試孔隙大小和形態(tài)而定,有些能提高抗凍性1.2.3

材料的密實(shí)度與孔隙率1.2建筑材料的物理性質(zhì)密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度，即固體物質(zhì)部分的體積占總體積的比例，以D表示，反映了材料的致密程度?？紫堵适侵笁K狀材料中孔隙體積占材料在自然狀態(tài)下總體積的百分比。材料的密實(shí)度與孔隙率

密實(shí)度

密實(shí)度是指材料體積內(nèi)，被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。以D表示，并按下式計(jì)算：D=V/V0=ρ0/ρ

孔隙率

孔隙率是指材料體積內(nèi)，孔隙體積所占有的比例。以P表示，并按下式計(jì)算：P=（V0-V）/V0=1-D=1-ρ0/ρ

孔隙率與密實(shí)度從兩個(gè)不同側(cè)面來(lái)反映材料的致密程度，即D+P=1。1.2.4

材料的填充率與孔隙率1.2建筑材料的物理性質(zhì)填充率是指散粒狀材料在堆積體積內(nèi)被顆粒所填充的程度，以D′表示。散粒狀材料的空隙率是指散粒狀材料顆粒之間的空隙體積Va占材料堆積狀態(tài)下總體積的百分比，以P′表示。

材料的填充率和空隙率1）填充率散粒狀材料在其堆積體積中，被固體實(shí)體體積填充的程度。

2）空隙率空隙率是指散粒材料的堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積所占的比例。D'+P'=1空隙率反映了散粒材料的顆粒之間的相互填充的致密程度，對(duì)于混凝土的粗、細(xì)骨料，空隙率越小。表明顆粒大小搭配愈合理。1.2.5

材料與水有關(guān)的性質(zhì)親水性與憎水性吸水性與吸濕性耐水性抗?jié)B性抗凍性與水有關(guān)的性質(zhì)1.2建筑材料的物理性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì)

（一）親水性與憎水性

材料遇水后其表面能降低，則水在材料表面易于擴(kuò)展，這種與水的親合性稱(chēng)為親水性。表面與水親合能力較強(qiáng)的材料稱(chēng)為親水性材料。與此相反當(dāng)材料與水接觸時(shí)不與水親合，這種性質(zhì)稱(chēng)為憎水性。

（二）吸濕性與吸水性

吸水性材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱(chēng)為吸水性。吸水性大小用吸水率表示，吸水率常用質(zhì)量吸水率，即材料吸入水的質(zhì)量與材料干質(zhì)量之比表示：W質(zhì)=（m飽-m干）/m干對(duì)于高度多孔的材料的吸水率常用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積與材料自然狀態(tài)下體積之比。W體=V水/V0=（m飽-m干）/ρwV0

吸濕性材料在環(huán)境中，能自發(fā)地吸收空氣中水分的性質(zhì)稱(chēng)為吸濕性。材料的吸濕性用含水率表示，即吸入水與干燥材料的質(zhì)量之比。材料的吸濕性主要取決于材料的組成及結(jié)構(gòu)狀態(tài)。一般說(shuō)，開(kāi)口孔隙率較大的親水性材料具有較強(qiáng)的吸濕性。材料的含水率還受到環(huán)境條件的影響，它隨環(huán)境的溫度和濕度的變化而改變。最后材料的含水率將與環(huán)境濕度達(dá)到平衡狀態(tài)，與空氣濕度達(dá)到平衡時(shí)的含水率稱(chēng)為平衡含水率。此時(shí)的含水狀態(tài)稱(chēng)為氣干狀態(tài)。

材料吸水率的大小不僅取決于材料對(duì)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(kāi)口孔隙率；而那些孔隙率較大，且具有細(xì)小開(kāi)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(chēng)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。材料中含水對(duì)材料的性能往往是不利的。

（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(chēng)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：

Kp=fw/f

材料的軟化系數(shù)波動(dòng)在0-1之間，軟化系數(shù)越小，說(shuō)明材料吸水飽和后強(qiáng)度降低得越多，耐水性越差。軟化系數(shù)大于0.80的材料，可認(rèn)為是耐水的。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0.85。4、抗?jié)B性－材料抵抗有壓介質(zhì)（水、油、氣）滲透的性質(zhì)稱(chēng)抗?jié)B性。用滲透系數(shù)K表示。依達(dá)西定律:Q=KHAt/d

5、抗凍性－浸水飽和的材料在凍融循環(huán)作用下保持其原有性質(zhì)的能力稱(chēng)為抗凍性。用抗凍標(biāo)號(hào)F表示。

1.2.6

材料與熱有關(guān)的性質(zhì)導(dǎo)熱性熱容量與熱有關(guān)的性質(zhì)1.2建筑材料的物理性質(zhì)熱變型性與熱有關(guān)的性質(zhì)1、導(dǎo)熱性－材料傳導(dǎo)熱量的能力稱(chēng)為導(dǎo)熱性。其大小用熱導(dǎo)率（λ）表示。

2、影響導(dǎo)熱系數(shù)的因數(shù)

1)材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導(dǎo)熱系數(shù)愈小同類(lèi)材料的孔隙率是隨體積密度的件小而增大,則導(dǎo)熱系數(shù)隨體積密度的減小而減小.2)大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增加3)材料的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)：金屬材料的導(dǎo)熱性大于非金屬，無(wú)機(jī)材料導(dǎo)熱性大于有機(jī)材料，晶體結(jié)構(gòu)大于玻璃體結(jié)構(gòu)。熱容2、熱容－材料加熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，稱(chēng)為熱容。大小用比熱容（比熱）表示

Q=cm(T2－T1)

1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)材料在外力作用下抵抗破壞的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。當(dāng)材料承受外力作用時(shí)，在材料內(nèi)部相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)力，且應(yīng)力隨著外力的增大而相應(yīng)增大，直至材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力不足以抵抗所作用的外力時(shí)，材料即發(fā)生破壞。材料破壞時(shí)，應(yīng)力達(dá)到極限值，這個(gè)極限應(yīng)力值就是材料的強(qiáng)度，也稱(chēng)極限強(qiáng)度。強(qiáng)度的大小是通過(guò)試件的破壞試驗(yàn)而測(cè)得的，根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。1.3.1

材料的強(qiáng)度和比強(qiáng)度1.強(qiáng)度1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)比強(qiáng)度是按單位體積質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，即材料的強(qiáng)度與其表觀(guān)密度之比，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。如木材強(qiáng)度值雖比混凝土低，但其比強(qiáng)度卻高于混凝土，這說(shuō)明木材與混凝土相比較是典型的輕質(zhì)高強(qiáng)材料。1.3.1

材料的強(qiáng)度和比強(qiáng)度2.比強(qiáng)度強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)

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材料的抗彎強(qiáng)度在求解過(guò)程中，可用三點(diǎn)彎曲法求其抗彎強(qiáng)度。

抗彎強(qiáng)度

不同種類(lèi)的材料具有不同的抵抗外力的特點(diǎn)。相同種類(lèi)的材料，其強(qiáng)度隨孔隙率及宏觀(guān)結(jié)構(gòu)特征的不同有很大差異。材料的孔隙率越大，強(qiáng)度越低，兩者有近似直線(xiàn)的比例關(guān)系，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。2、影響材料試驗(yàn)結(jié)果的因素3、強(qiáng)度等級(jí)

將材料按極限強(qiáng)度(或屈服點(diǎn))劃分成不同的等級(jí)，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)度來(lái)劃分等級(jí)，而鋼材主要用于抗拉，故以其屈服點(diǎn)作為劃分等級(jí)的依據(jù)。

4、比強(qiáng)度

比強(qiáng)度是評(píng)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)。1.3.2

材料的彈性和塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)稱(chēng)為彈性，這種可恢復(fù)的變形稱(chēng)為彈性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，但不破壞，當(dāng)外力取消后材料不能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)形狀的性質(zhì)稱(chēng)為塑性，這種不可恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形。塑性變形屬于永久性變形。1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)1.3.2

材料的彈性和塑性1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)工程實(shí)際中，完全的彈性材料或完全的塑性材料是不存在的，一些材料在受力不大時(shí)只產(chǎn)生彈性變形，而當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，即產(chǎn)生塑性變形，如低碳鋼，其變形曲線(xiàn)如圖(a)所示。大多數(shù)材料在受力時(shí)，既有彈性變形，也有塑性變形，如普通混凝土，其變形曲線(xiàn)如圖(b)所示。1.3.3

材料的脆性和韌性材料在外力作用下達(dá)到一定限度產(chǎn)生突然破壞，破壞時(shí)無(wú)明顯塑性變形的性質(zhì)稱(chēng)為脆性。具有脆性的材料稱(chēng)為脆性材料。脆性材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度，因此其抵抗沖擊荷載或振動(dòng)荷載作用的能力很差。建筑材料中大部分無(wú)機(jī)非金屬材料均為脆性材料，如混凝土、玻璃、天然巖石、石膏、生鐵、磚瓦、陶瓷等。1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)1.3.3

材料的脆性和韌性材料在沖擊、振動(dòng)荷載作用下抵抗破壞的性能，稱(chēng)為沖擊韌性。根據(jù)荷載作用的方式不同，分沖擊抗壓、沖擊抗拉、沖擊抗彎等。沖擊韌性以材料沖擊破壞時(shí)消耗的能量表示。有些材料在破壞前有顯著的塑性變形，如低碳鋼、有色金屬、木材等。這類(lèi)材料在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，有較高的韌性。1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)1.3.4

材料的硬度與耐磨性1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃的性能，稱(chēng)為硬度。不同材料硬度的測(cè)定方法不同，金屬材料的硬度常用壓入法測(cè)定，如布氏硬度法，是以單位壓痕面積上所受的壓力來(lái)表示。陶瓷等材料常用刻劃法測(cè)定。一般情況下，硬度大的材料具有強(qiáng)度高、耐磨性較強(qiáng)的特點(diǎn)，但不宜加工。1.3.4

材料的硬度與耐磨性1.3建筑材料的力學(xué)性質(zhì)耐磨性是指材料表面抵抗磨損的能力，材料的耐磨性用磨損率來(lái)表示。材料的磨損率越低，表明材料的耐磨性越好。耐磨性與材料的組成結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度、硬度有關(guān)，一般硬度較高的材料，耐磨性也較好。對(duì)于樓地面、樓梯、路面等經(jīng)常受到磨損作用的部位，在選擇材料時(shí)應(yīng)該考慮其耐磨性。1.4建筑材料的耐久性耐久性的定義1材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在環(huán)境的多種因素作用下不變質(zhì)、不破壞，長(zhǎng)久地保持其使用性能的能力。耐久性是材料的一種綜合性質(zhì)，諸如抗凍性、抗風(fēng)化性、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕性等均屬耐久性的范圍。工程上通常用材料抵抗使用環(huán)境中主要影響因素的能力來(lái)評(píng)價(jià)其耐久性。1.4建筑材料的耐久性環(huán)境影響因素2材料在建筑物使用過(guò)程中長(zhǎng)期受到周?chē)h(huán)境和各種自然因素的破壞作用，一般可分為物理作用、化學(xué)作用、機(jī)械作用、生物作用等。不同材料受到的環(huán)境作用及程度也不相同。材料耐久性降低的機(jī)理

物理作用化學(xué)作用生物作用綜合影響材料腐蝕物