建筑材料的基本性質 3

第三章建筑材料的基本性質綠色建筑材料

GreenBuildingMaterials

選擇結構材料——關注什么？選擇保溫材料——關注什么？選擇防水材料——關注什么？問題導入教學目標通過本章的學習，了解在不同使用環(huán)境下，各類建筑材料的基本性質，并掌握各性質的涵義和影響這些性質的因素。并能聯(lián)系工程中的實際應用，研究和改進材料的性質，對后面具體材料的學習作一個很好的鋪墊。本章內容3.1建筑材料的基本物理參數3.2建筑材料的熱學性質3.3建筑材料的力學性質3.4建筑材料與水有關的性質3.5建筑材料的耐久性3.6建筑材料的環(huán)境協(xié)調性定義：材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量。表達式：ρ=m/V（g/cm3）m――材料干燥時的質量（g）V――材料在絕對密實狀態(tài)下的體積（cm3）即不包括任何孔隙在內的體積。

意義：反映材料的結構狀態(tài)，例如：用密度控制玻璃的生產。V的測定：a.比較密實的材料，如玻璃、鋼材等，通常認為其處于絕對密實狀態(tài)下，直接測其體積；b.一般多孔材料，如磚，應磨成細粉（粒徑小于0.2mm）排除其內部孔隙，用密度瓶測其實際體積。密度是否存在絕對密實的材料？3.1建筑材料的基本物理參數定義：材料在包含其內部閉口孔隙條件下的單位體積所具有的質量。表達式：（g/cm3

）或(kg/m3)

m――材料的質量（g或kg）

V’――材料在自然狀態(tài)下不含開口孔隙的體積。意義：實際密度的近似密度，測量某些較致密的不規(guī)則的散粒材料。V’的測量：排水法，水中稱重法。表觀密度定義：材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質量。表達式：（g/cm3

）或(kg/m3)m――材料的質量（g或kg）

V0――材料在自然狀態(tài)下的體積，也稱表觀體積(cm3

或m3)。包括材料孔隙在內的體積，既包括開口孔隙，也包括閉口孔隙。意義：反映材料輕重的量，也與材料的強度有關，是選擇結構材料和承重材料的依據。V0的測量：對形狀規(guī)則的材料，直接測量；對形狀不規(guī)則的材料，蠟封后用排水法測量。體積密度定義：堆積密度指粉狀、粒狀、或纖維狀材料在自然堆積狀態(tài)下，單位體積的質量。表達式：（kg/m3

）

m――材料的質量（kg）

――堆積體積（m3

）的特點：包括了孔隙及材料顆粒間的空隙體積。的測定：用既定容積的容器測定。

堆積密度定義：在材料體積內，固體物質的體積占總體積的比例。

表達式：密實度定義：材料體積內，孔隙體積占總體積的比例。表達式：孔隙率與密實度的關系？孔隙率與材料性質的關系？材料的強度、材料的表觀密度、吸水率、抗?jié)B性、抗凍性、保溫性能等。兩個孔隙率相同的同種同體積的材料吸水率是否一定相同？材料的性質除了與孔的多少有關外，還與孔的特征、孔的形狀有關?？椎奶卣鳎喊ㄩ_口孔和閉口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形狀、孔隙在材料內部的分布均勻程度等?？紫堵视^察與討論某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面。請問選擇何種材料？AB討論保溫層的目的是外界溫度變化對住戶的影響，材料保溫性能的主要描述指標為導熱系數和熱容量，其中導熱系數越小越好。觀察兩種材料的剖面，可見A材料為多孔結構，B材料為密實結構，多孔材料的導熱系數較小，適于作保溫層材料。

某施工隊原使用普通燒結粘土磚，后改為多孔、容量僅700kg/m3的加氣混凝土砌塊。在抹灰前往墻上澆水，發(fā)覺原使用的普通燒結粘土磚易吸足水量，但加氣混凝土砌塊表面看來澆水不少，但實則吸水不多，請分析原因。

案例分析分析加氣混凝土砌塊雖多孔，但其氣孔大多數為“墨水瓶”結構，肚大口小，毛細管作用差，只有少數孔是水分蒸發(fā)形成的毛細孔。故吸水及導濕均緩慢，材料的吸水性不僅要看孔數量多少，還需看孔的結構。

填充率定義：在散粒材料的堆積體積中，顆粒體積占總體積的比例。表達式：空隙率定義：在散粒材料的堆積體積中，空隙體積占總體積的比例。表達式：能源緊缺是一個世界性的問題，建筑行業(yè)是個耗能大戶，國家規(guī)定高層建筑必須采用節(jié)能建筑材料，其中包括墻體節(jié)能、屋面節(jié)能和門窗節(jié)能。建筑節(jié)能保溫材料熱學性質導熱性熱容量3.2建筑材料的熱學(工)性質定義：材料傳導熱量的能力（冬季材料保持熱量不傳遞出去；夏季材料阻礙熱量傳入室內）。表示方法：用導熱系數λ表示，導熱系數的物理意義是：厚度為1m的材料，當溫度每改變1K時，在lh時間內通過1m2面積的熱量。用公式表示為

式中λ——材料的導熱系數，w/（m·K）；

Q

——傳導的熱量，J；

d

——材料的厚度，m；

A

——材料傳熱的面積，m2；

t

——傳熱時間，h；

（T1-T2）——材料兩側溫度差，K在建筑工程中的意義：判斷材料的保溫隔熱性能（λ越大，傳熱越快，保溫性越差）。導熱性各種材料的導熱系數差別很大，常見建筑材料的導熱系數范圍是0.035～3.5W／(m·K)，工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的材料稱為絕熱材料（保溫和隔熱材料）。常用建筑材料的熱工性質指標

材料的化學組成與結構化學組成不同的材料，其導熱系數不同，所以不同材料的導熱系數不同。如：一般情況下，導熱系數的大小為：金屬材料﹥非金屬材料﹥有機材料孔隙率和空隙構造特征

一般來說：P↑，導熱性↓，原因是靜止空氣的λ＜一般材料的λ。

P一定時，隨著連通孔和粗孔的增多，λ↑，因為若孔隙粗大或貫通，對流作用加強，λ↑。材料的濕度和溫度

材料受潮后，λ↑，導熱性↑，保溫隔熱性↓（λ水＞λ空氣）。材料受潮后再受凍，λ進一步↑，保溫隔熱性進一步↓(λ冰＞λ水)。影響導熱性的因素棉襖浸水后保暖性變差？孔多的材料保溫性能好？思考題1.中空渣玻璃為什倚么比同厚概度的實心亦玻璃保溫渠性能好？2.保溫挺材料為什型么保持干戰(zhàn)燥狀態(tài)保舒溫效果較盾好？定義：材愚料受熱時夜吸收熱量耍，冷卻時褲放出熱量倆的性質。界用比熱容C表示。在建筑怖工程中硬的作用仁：大比物熱容的予材料對跑保持室最內溫度返的相對穩(wěn)定有很大影座響。熱化容材料的吼強度是館材料在難應力作享用下抵抗破壞的能力。惱通常情況活下，材料閑內部的應優(yōu)力多由外溪力（或荷騎載）作用厭而引起，貢隨著外力爆增加，應藏力也隨之蠟增大，直蛾至應力超獻過材料內秒部質點所址能抵抗的勉極限，即指強度極限豈，材料發(fā)權生破壞。在工程上雜，通常采孩用破壞試蓬驗法對材料北的強度攀進行實宰測。將鬧預先制端作的試溫件放置既在材料恩試驗機狀上，施煩加外力釣（荷載廚）直至弱破壞，問根據試嬌件尺寸紋和破壞喘時的荷步載值，憑計算材君料的強迎度。3.3張建胃筑材料術的力學狐性質強峰度根據外力似作用方式攔的不同，紛材料的強刊度有抗壓強跑度、抗拉強返度、抗彎強隱度（或抗折恢強度）及抗剪強度等形式。兩如下圖所素示：材料的浙抗壓、擔抗拉、五抗剪強芹度可直狡接由下齊式計算姐：f----果---鼻材料強度翅，MPaFmax---材乘料破壞時默的最大荷垃載，NA----披--試件畏受力面積甲，mm2材料的窯抗彎強繼度與受段力情況拔有關，秩一般試島驗方法兼是將條睛形試件鑼放在兩帝支點上站，中間狂作用一滲集中荷欄載，對庸矩形截饑面試件個，則其防抗彎強喪度用下潤式計算培：式中fw---盈---剩材料的照抗彎強祥度，刮MPaFmax---材亂料受彎破拉壞時的最仙大荷載，著NL----嗽--兩支訊點的間距妨，mmb、h---試短件橫截面飲的寬及高友，mm常見建筑增材料的強訓度/MPa比強度是指按單修位體積質鋤量計算的曉材料強度渡，即材料勵的強度與駝其體積密將度之比（f/ρ0）。在高霧層建筑及濾大跨度結且構工程中唉常采用比旨強度較高帶的材料。得是反映材品料輕質高述強的力學沸參數。在高層娘建筑及質大跨度魯結構工功程中常度采用比可強度較例高的材鳳料。這柜類輕質挽高強的奏材料，偷也是未截來土木沙建筑材獄料發(fā)展雄的主要蔥方向。木材強度元值雖比混減凝土低，滋但其比強尾度卻高于子混凝土，揚這說明木源材與混凝碗土相比較咬是典型的銜輕質高強鴉材料。例如比強度幾種主要彈材料的比邁強度材料在什外力作蹄用下產寄生變形識，當外織力去除賺后能完篩全恢復泥到原始盞形狀的艷性質稱便為彈性。材料在外謀力作用下遲產生變形豬，當外力靈去除后，規(guī)有一部分膀變形不能溫恢復，這懂種性質稱債為材料的塑性。彈性變形術與塑性變遇形的區(qū)別何在于，前榴者為可逆變形，后鳥者為不可逆變形。彈性與熄塑性材料受肥外力作粥用，當本外力達縱一定值丑時，材偽料發(fā)生突然破壞，且破撕壞時無圣明顯的爹塑性變加形，這拴種性質麥稱為脆處性。磚、石材稠、玻璃、棚混凝土等唯都是脆性濟材料。脆性材料在沖散擊或振動歲荷載作用刪下，能吸騙收較大的獄能量，同甘時產生較大的變茫形而不破媽壞，這種左性質稱窗為韌性發(fā)。建筑鋼材姑、木材、歌塑料等是吊較典型的施韌性材料胡。路面、橋暑梁、吊車洽梁以及有撞抗震要求起的結構都扣要考慮材冰料的韌性絡。韌性課堂討論大理石減和玻璃漸誰更堅辰硬？大理石玻璃材料的戶硬度是跌材料表菌面的堅硬程度，是抵抗漫其它硬物俯刻劃、壓匆入其表面佳的能力。賺通常用刻喇劃法、回輪彈法和壓在入法測定解材料的硬揉度?？虅澐ㄓ脜^(qū)于天然礦禿物硬度的再劃分，按昏滑石、石紛膏、方解瞇石、螢石末、磷灰石春、長石、籠石英、黃海晶、剛玉近、金剛石癥的順序，膚分為10個硬度等斥級。硬度耐磨性友是材料壘表面抵幫抗磨損月的能力路。材料騎的耐磨腎性用磨盛耗率表矛示，計蒸算公式好如下：式中G——材料芹的磨耗率世（g/c鏡m2）m1——材檢料磨損嚴前的質匹量（g鋼）m2——材莫料磨損爐后的質畏量（g共）A——材料音試件的受儲磨面積（景cm2）耐磨性石膏能循否用于殼砌筑橋裕墩、大屢壩？建筑紅磚炸能否用作漫防水材料脊？長期與水蹤蝶接觸的建配筑部位和項潮濕部位隱對建筑材些料有哪些使要求？與水有辱關的性勤質包括乞：親水性迷和憎水流性；吸錫水性和伶吸濕性稅；耐水仆性；抗救滲性和給抗凍性凈。3.4鍵建筑焦材料與嫩水有關至的性質根據材攝料在空取氣中與畜水接觸量時，能竹否被潤置濕分為斜親水性犯材料：柔潤濕角θ≦9飽0°拉憎水性材瓶料：潤濕屬角90°＜θ＜180尚°親水性憎水性建筑中饑大部分提材料屬非于親水款材料，疑瀝青、儲石蠟、稱塑料等南屬于憎士水材料獲可用作勸防水材鑄料，也般可用于肯親水材勢料的表言面處理揪。親水性與豈憎水性材料在浸水狀態(tài)下吸收水分襯的能力稱為吸抵水性，短用吸水率表示，吸豬水率有質堪量吸水率文和體積吸戀水率兩種賢表示方法聯(lián)。材料中所鄉(xiāng)豐吸水分是主通過開口孔隙吸入的，述故開口孔映隙率愈大穿，則材料鄉(xiāng)豐的吸水量旁愈多。材感料吸水達爽飽和時的贊體積吸水雹率，即為識材料的開?？诳紫堵蕢拧Ｎ圆牧系奈芩耘c材依料的孔隙藍率和孔隙撞特征有關壯：對于細微它連通孔隙瓜，孔隙率骨愈大，則俘吸水率愈干大。閉口孔瓣隙水分智不能進咳去，而蕉開口大訪孔雖然感水分易雅進入，禿但不能澇存留，治只能潤刑濕孔壁內，所以士吸水率柔仍然較發(fā)小。吸水率對瞧材料性質日的影響（成強度、保鮮溫性、抗瓦滲性、抗來凍性），例如：瓷吃磚的吸水撫率越大，摔抗凍性越跌差。各種材料駐的吸水率暫很不相同評，差異很樣大，如花探崗巖的吸炭水率只有0.5％～0.7％，混捷凝土的灶吸水率網為2％～3％，粘脾土磚的壯吸水率診達8％～20％，而電木材的刷吸水率旬可超過100％。材料在潮濕空氣中吸收飄水分的劃性質稱勞為吸濕熔性（潮濕材料亦在干燥的角空氣中也硬會放出水他分）。材料的吸浙濕性用含水率表示。害含水率須系指材燙料內部湯所含水患重占材濁料干重葡的百分鞋率。材料的項吸濕性銹隨空氣臂的濕度和環(huán)境溫度的變化爪而改變菠，當空餓氣濕度稠較大且睡溫度較革低時，窄材料的旺含水率笑就大，正反之則嫂小。材料中堵所含水朝分與空宰氣的濕禾度相平任衡時的另含水率希，稱為平衡含鎮(zhèn)水率。選擇瓷磚度和木材要面關注材料療的吸水率駁還是含水弱率？吸濕性耐水性財是指材鬼料長期侍在飽和水作用下，丈而不破壞缺，其強度也不顯著胖降低的性贏質。用軟化系溫數表示。耐水性一般材埋料吸水量后，強偉度降低滿，但降遺低的程艘度不同答。例如：石墳膏和混凝裳土。水分分派散在材摧料內微邀粒的表介面，削晶弱其內循部結合頓力的程抱度是不包同的。導當材料喝內含有探可溶性意物質時(如石膏蓬、石灰出等)，吸入的術水還可能暮溶解部分甘物質，造烏成強度的降嚴重降低豪。軟化系犁數的范奴圍波動逝在0~1之間，互當軟化庸系數大膚于0.80時，認飲為是耐眠水性的襯材料。姻受水浸銷泡或處升于潮濕慎環(huán)境的慶建筑物跌，則必刪須選用胸軟化系淚數不低鏟于0.85的材料獻建造。材料抵玩抗壓力悟水或其坊他液體堂滲透的罪性質稱名為抗?jié)B爹性。用滲透系數京或抗?jié)B等幻玉級表示。滲透系數：一定厚伏度的材料繼，在一定涉水壓力下斃，在單位歌時間內透把過單位面煮積的水量蒜。抗?jié)B等腥級：在規(guī)半定試驗程方法下竿材料所塔能抵抗辨的最大湊水壓力烤，用“Pn”表示。擾如P6表示可振抵抗0.6M插Pa的水壓力僑而不滲透售。抗?jié)B性抗?jié)B性是芒決定材料耐久性的主要付指標(抗凍性和抗侵蝕褲性)。材料的抗畜滲性與材掀料內部的計孔隙率特戶別是開口孔隙箏率有關，滋開口孔襪隙率越港大，大限孔含量拐越多，贈則抗?jié)B污性越差仿。材料邁的抗?jié)B難性還與笛材料的籃憎水性漂和親水款性有關下，憎水蚊性材料盞的抗?jié)B罩性優(yōu)于廚親水性鄉(xiāng)豐材料。地下建筑再及水工建謎筑等，因演經常受壓丹力水的作壁用，所用覽材料應具肚有一定的烈抗?jié)B性。僑對于防水蔽材料則應宴具有好的脫抗?jié)B性。材料在飽偏水狀態(tài)下胸，能經受恩多次凍融交替泊作用，既不破保壞、強度又不抓顯著下降西的性質。用抗凍等級表示?？估龅燃塅N，N↑，抗凍性電↑。F150混凝土—登該混凝土種能夠抵抗帽的最大凍飲融循環(huán)次瓣數為15轟0次。例如抗凍性材料吸網水后，釋在負溫煉作用條碑件下，紫水在材草料毛細臭孔內凍惡結成冰攤，體積棵膨脹所愿產生的幸凍脹壓日力造成驗材料的內應力，會使忠材料遭罩到局部店破壞。烘隨著凍聞融循環(huán)面的反復亡，材料崖的破壞俊作用逐踐步加劇驢，這種聚破壞稱容為凍融核破壞。凍融破期壞凍融破壞番的表現(xiàn)：表面出六現(xiàn)剝落、副裂紋、質挽量損失，董強度降低寧。凍融破壞輝的原因：孔隙中乏水結冰體榮積膨脹，衰對孔壁造黨成壓力。廚房的瓷沿磚有剝落爆現(xiàn)象，試誰分析原因固。材料在郵長期使繁用過程固中，能叢保持其執(zhí)原有性天能而不英變質、儲不破壞許的性質驕，統(tǒng)稱夕之為耐艙久性。耐久性是擦一種復雜的、轟綜合的性質,包括材料雪的抗凍性魂、耐熱性日、大氣穩(wěn)汽定性和耐倆腐蝕性等老。材料在使桑用過程中鳳，除受到誓各種外力作用外，西還要受到側環(huán)境中各簡種自然因炮素的破壞作繼用，這些悔破壞作用埋可分為物肥理作用、桐化學作用日和生物作辣用。要根據剩材料所攝處的結喚構部位翼和使用窮環(huán)境等來因素，陰綜合考介慮其耐驚久性，鎮(zhèn)并根據箭各種材農料的耐決久性特帽點，合喊理地選丸用。3.5灣建遙筑材料條的耐久乏性磚、石料剃、混凝土勝等礦物材腐料，多是牽由于物理暴作用而破驗壞，也可雕能同時會臥受到化學家作用的破抗壞。金屬材頑料主要啊是由于沈化學作觸用引起昂的腐蝕搜。木材等便有機質蘇材料常六因生物慌作用而主破壞。瀝青材料魂、高分子搶材料在陽訪光、空氣遼和熱的作憑用下，會鳳逐漸老化越而使材料禁變脆或開玻裂。各種建褲筑材料捉受到的透主要破謝壞材料的指耐久性厘指標是講根據工單程所處道的環(huán)境想條件來缸決定的迷。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。例如材料的環(huán)數境協(xié)調性習是指材料想在生產、浩使用和廢佳棄全壽命沸周期中要鍋有較低的拴環(huán)境負荷傻，包括生末產中廢物久的利用、酷減少三廢合的產生，曉使用中減塵少對環(huán)境嬌的污染，瘡廢棄時有招較高可回懇收率。為了保障服人民群眾身的身體健定康和人身殼安全，國魔家制訂了GB6表566-摸