第01章 建筑材料的基本性質(zhì)

第1章建筑材料的基本性質(zhì)教師：葉金娥電話/p>

平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.1材料的密度、表觀密度與堆積密度材料體積的組成狀態(tài)如圖1-1和圖1-2所示。圖1-1含孔材料體積組成示意圖b—閉孔；k—開孔；V0—自然狀態(tài)下的總體積1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.1材料的密度、表觀密度與堆積密度材料體積的組成狀態(tài)如圖1-1和圖1-2所示。圖1-2散料材料堆積狀態(tài)體積組成示意圖b—孔隙；s—空隙；g—固體物質(zhì)；V—實體積；Vp—孔隙體積；Vs—顆料間的空隙體積1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.1材料的密度、表觀密度與堆積密度式中

——材料的密度，g/cm3；

——材料在絕對干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g；

——材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，cm3。1．密度材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度。按式(1-1)進(jìn)行計算：(1-1)密度試驗用儀器:李氏瓶1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.1材料的密度、表觀密度與堆積密度2．表觀密度材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為材料的表觀密度(原稱容重，道路工程中稱為體積密度)。按式(1-2)進(jìn)行計算。(1-2)式中

——材料的表觀密度，g/cm3或kg/m3；

——材料在自然狀態(tài)下的質(zhì)量，g或㎏；

——材料在自然狀態(tài)下的體積，cm3或m3。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.1材料的密度、表觀密度與堆積密度3．堆積密度散粒材料(粉狀或粒狀材料)在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為材料的堆積密度。按式(1-3)進(jìn)行計算。(1-3)式中

——散粒材料的堆積密度，kg/m3；

——散粒材料在堆積狀態(tài)下的質(zhì)量，㎏；

——散粒材料在堆積狀態(tài)下的體積，m3。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.1材料的密度、表觀密度與堆積密度表1-1常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度及孔隙率材料名稱密度/(gcm-3)表觀密度/(kgcm-3)堆積密度/(kgcm-3)孔隙率/%鋼材7.8～7.97

8500花崗巖2.7～3.02

500～2

9000.5～3.0石灰?guī)r2.4～2.61

800～2

6001

400～1

700(碎石)砂2.5～2.61

500～1

700黏土2.5～2.71

600～1

800水泥2.8～3.11

200～1

300燒結(jié)普通磚2.6～2.71

600～1

90020～40燒結(jié)空心磚2.5～2.71

000～1

480紅松木1.55～1.60400～60055～751.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.2材料的孔隙率與密實度1．孔隙率材料內(nèi)部孔隙體積占材料自然狀態(tài)下體積的百分率稱為材料的孔隙率。按式(1-4)進(jìn)行計算。(1-4)材料孔隙率的大小直接反映材料的密實程度，孔隙率小，則密實程度高。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.2材料的孔隙率與密實度2．密實度材料的固體物質(zhì)體積占自然狀態(tài)下體積的百分率稱為材料的密實度。密實度反映了材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所填充的程度。按式(1-5)進(jìn)行計算。(1-5)密實度與孔隙率之間的關(guān)系為1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.3材料的空隙率與填充率1．空隙率散粒材料顆粒之間的空隙多少常用空隙率來表示。散粒材料顆粒之間的空隙體積占材料堆積體積的百分率稱為材料的空隙率。按式(1-6)進(jìn)行計算。(1-6)1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.3材料的空隙率與填充率2．填充率材料在自然狀態(tài)下的體積占堆積體積的百分率稱為材料的填充率。填充率反映了材料被顆粒填充的程度。按式(1-7)進(jìn)行計算。(1-7)密實度與空隙率之間的關(guān)系為1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.1材料的親水性與憎水性材料與水接觸時能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性材料與水接觸時不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.1材料的親水性與憎水性圖1-3材料潤濕示意圖1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.1材料的親水性與憎水性潤濕角

≤90°的材料為親水性材料>90°的材料不能被水濕潤，為憎水性材料當(dāng)=0°時，表明材料完全被水潤濕1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.2材料的吸濕性和吸水性1．吸濕性材料在潮濕空氣中吸附水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸濕性大小用含水率來表示。含水率是指材料內(nèi)部所含水的質(zhì)量占干燥材料質(zhì)量的百分率?？砂词?1-8)進(jìn)行計算。(1-8)式中——材料的含水率，%；

——材料在吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量，g；

——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.2材料的吸濕性和吸水性2．吸水性材料在水中(通過毛細(xì)孔隙)吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。建筑工程材料吸水性的大小一般用質(zhì)量吸水率來表示。質(zhì)量吸水率是指材料吸水飽和時，其內(nèi)部吸收水分的質(zhì)量占干燥材料質(zhì)量的百分率。可按式(1-9)進(jìn)行計算。(1-9)式中

Wm——材料的質(zhì)量吸水率，%；

mb——材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量，g；

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.2材料的吸濕性和吸水性2．吸水性體積吸水率是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，所吸收水的體積占材料自然體積的百分率。按式(1-10)進(jìn)行計算。(1-10)式中

，%；

；

。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.2材料的吸濕性和吸水性2．吸水性質(zhì)量吸水率和體積吸水率存在如下關(guān)系：=1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.2材料的吸濕性和吸水性3．材料的耐水性材料在長期飽和水的作用下不破壞，同時其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料耐水性的好壞用軟化系數(shù)表示。材料在飽和水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度與材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度的比值稱為軟化系數(shù)。按式(1-11)進(jìn)行計算。(1-11)式中——材料的軟化系數(shù)；

——材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；

——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.2材料的吸濕性和吸水性4．材料的抗凍性材料在吸水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，同時強(qiáng)度也不嚴(yán)重降低的性質(zhì)稱為抗凍性。材料的孔隙率和孔隙特征材料的吸水飽和程度材料抵抗凍脹應(yīng)力的能力，即材料的強(qiáng)度影響材料抗凍性的因素1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.2材料的吸濕性和吸水性5．材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性。另外，材料抵抗其他液體滲透的性質(zhì)也屬于抗?jié)B性。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)

表示：

值越大，表示材料滲透的水量越多，即抗?jié)B性越差。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.3材料的熱工性質(zhì)1.1.3.1材料的導(dǎo)熱性5．材料的抗?jié)B性材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)熱能力的大小用導(dǎo)熱系數(shù)來表示。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是厚度為1m的材料，當(dāng)溫度改變1K時，在1s時間內(nèi)通過1m2面積的熱量。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.3材料的熱工性質(zhì)1.1.3.2材料的熱容量與比熱熱容量是指材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)?？捎檬?1-12)表示。(1-12)式中

——材料吸收或放出的熱量，kJ；

——材料的比熱，J/(gK)；

——材料的質(zhì)量，g；

——材料受熱或冷卻前后的溫度差，K。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.3材料的熱工性質(zhì)1.1.3.3耐燃性(1)不燃燒類，如普通石材、混凝土、磚、石棉等。(2)難燃燒類，如瀝青混凝土、經(jīng)防火處理的木材等。(3)燃燒類，如木材、瀝青等。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.3材料的熱工性質(zhì)1.1.3.4耐火性(1)耐火材料，如耐火磚中的硅磚、鎂磚、鋁磚、鉻磚等。(2)難熔材料，如難熔黏土磚、耐火混凝土等。(3)易熔材料，如普通黏土磚等。1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.3材料的熱工性質(zhì)1.1.3.5材料的熱變形性材料在溫度變化時的尺寸變化稱為熱變形性。熱變形性的大小用線膨脹系數(shù)來表示。在建筑工程中，總體上要求材料的熱變形不要太大，但對于像金屬、塑料等熱膨脹大的材料，因溫度和日照都易引起其伸縮，成為構(gòu)件產(chǎn)生位移的原因，因此在構(gòu)件結(jié)合和組合時都必須予以注意。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.1材料的強(qiáng)度與比強(qiáng)度1.2.1.1材料的強(qiáng)度類型1．材料的抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度材料的抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度按式(1-13)進(jìn)行計算。(1-13)式中

——材料的強(qiáng)度，MPa；

F

——試件破壞時的最大荷載，N；

——試件受力截面面積，mm2。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.1材料的強(qiáng)度與比強(qiáng)度1.2.1.1材料的強(qiáng)度類型2．材料的抗彎強(qiáng)度材料的抗彎強(qiáng)度與試件的幾何形狀及荷載施加的情況有關(guān)，對于矩形截面和條形試件，當(dāng)采用二分點試驗(在兩支點的中間作用一個集中荷載)時，其抗彎極限強(qiáng)度按式(1-14)進(jìn)行計算。(1-14)1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.1材料的強(qiáng)度與比強(qiáng)度1.2.1.1材料的強(qiáng)度類型2．材料的抗彎強(qiáng)度當(dāng)采用三分點試驗(在跨度的三分點上加兩個集中荷載)時，其抗彎極限強(qiáng)度按式(1-15)進(jìn)行計算。(1-15)式中

——材料的抗彎極限強(qiáng)度，MPa；

——試件破壞時的最大荷載，N；

——試件兩支點間的距離，mm；

、

——試件截面的寬度和高度，mm。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.1材料的強(qiáng)度與比強(qiáng)度1.2.1.1材料的強(qiáng)度類型表1-2常用材料的強(qiáng)度材料抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度花崗石100～2505～810～14普通黏土磚5～201.6～4.0普通混凝土5～601～9松木30～5080～12060～100建筑鋼材210～1

500240～1

500MPa1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.1材料的強(qiáng)度與比強(qiáng)度1.2.1.2比強(qiáng)度比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量計算的材料強(qiáng)度，其值等于材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值，它是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)的一個指標(biāo)。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.2影響材料強(qiáng)度的因素材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造試驗條件材料的含水情況溫度圖1-4材料強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系曲線1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.3材料的彈性與塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，變形隨即消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為材料的彈性。應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為材料的彈性模量。按式(1-16)進(jìn)行計算。(1-16)式中

——材料的應(yīng)力，MPa；

——材料的應(yīng)變；

——材料的彈性模量，MPa。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.4材料的脆性與韌性材料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材料突然破壞，但破壞時沒有明顯塑性變形的性質(zhì)稱為材料的脆性。具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等都屬于脆性材料。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.4材料的脆性與韌性材料在沖擊或振動荷載作用下能吸收較大的能量，產(chǎn)生較大的變形而不致破壞的性質(zhì)稱為材料的韌性或沖擊韌性。材料的韌性是用沖擊試驗來檢驗的。建筑鋼材(軟鋼)、木材等屬于韌性材料。用作路面、橋梁、吊車梁及有抗震要求的結(jié)構(gòu)都要考慮材料的韌性。1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.2.5材料的硬度與