建筑材料第一章 材料的基本性質(zhì)好.ppt

1、第二章 材料的基本性質(zhì),一、材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì),材料的體積構(gòu)成 體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。,（一）材料的密度,1.實(shí)際密度 指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算：,式中：實(shí)際密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料的質(zhì)量，g 或 kg； V材料的絕對密實(shí)體積，cm3 或 m3。,2.表觀密度 材料單位表觀體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算： 式中： 0體積密度， g/cm3 或 kg/m3； m 材料的質(zhì)量，g 或 kg； 0 材料的自然體積，cm3 或 m3。,3. 堆積密度 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。按下式

2、計(jì)算： 式中：0材料的堆積密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的質(zhì)量，g 或 kg； V 0 材料的堆積體積，cm3 或 m3。,砂堆積體積的測定,將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積,（二） 材料的密實(shí)度,密實(shí)度是指材料體積內(nèi)固體物質(zhì)填充的程度。密實(shí)度的計(jì)算式如下： 式中： 密度； 0材料的表觀密度。 對于絕對密實(shí)材料， 因 0 = ，故密實(shí)度D =1 或100%。對于大多數(shù)土木工程材料， 因 0 ，故密實(shí)度D 1 或 D 100%。,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分率。孔隙率P按下式計(jì)算： 式中：V 材料的絕對密實(shí)體積，cm3 或 m3； V0 材

3、料的表觀體積，cm3 或 m3； 0 材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。,（三）孔隙率,（四）空隙率,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?？障堵?P按下式計(jì)算： 式中：0 材料的體積密度； 0 材料的堆積密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭?。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計(jì)算砂率的依據(jù)。,孔隙率與空隙率的區(qū)別,1.材料的親水性與憎水性 與水接觸時(shí)，材料表面能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性；材料表面不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性。 具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間

4、的分子作用力，大于水分子相互之間的內(nèi)聚力；憎水性材料與水分子之間的作用力，小于水分子相互之間的內(nèi)聚力。,（）親水性材料 （）憎水性材料,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),2. 材料的吸水性 材料在水中吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率來表示。 式中： W 材料的重量吸水率(%); m1材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）； m材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。,影響材料吸水性的因素: 材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其空隙特征有關(guān)。因?yàn)樗质峭ㄟ^材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。,3. 材料的吸濕性 材料在空氣中吸收水分，所吸

5、收水分隨空氣中濕度的大小而變化。 當(dāng)空氣中濕度在較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定時(shí)，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時(shí)材料的含水率保持不變，其含水率稱為平衡含水率。,吸水率與含水率的區(qū)別,4. 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(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。材料耐水性的指標(biāo)用軟化系數(shù) KR表示： 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(qiáng)度（MPa）； fg 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。,軟化系數(shù)反映了材料飽水后強(qiáng)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(qiáng)度則有不同程度的降低。當(dāng)

6、材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時(shí)（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強(qiáng)度的嚴(yán)重降低。 軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將KR0.85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(shí)，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75 。,5.抗凍性 抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能。 材料吸水后，在負(fù)溫作用條件下，水在材料毛細(xì)孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨脹所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復(fù)，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。 抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失和

7、強(qiáng)度損失不超過一定限度時(shí)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F15、F25、F50、F100、F200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)。,影響抗凍性的因素： 1.材料的密實(shí)度（孔隙率）：密實(shí)度越高則其抗凍性越好。 2.材料的孔隙特征：開口孔隙越多則其抗凍性越差。 3.材料的強(qiáng)度：強(qiáng)度越高則其抗凍性越好。 4.材料的耐水性：耐水性越好則其抗凍性也越好。 5.材料的吸水量大小：吸水量越大則其抗凍性越差。,6. 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。 用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級表示。 （1）滲透系數(shù) 材料的滲透

8、系數(shù)K可通過下式計(jì)算: 式中：K滲透系數(shù),（cm / h） Q滲水量（cm3）； F滲水面積（cm2） H材料兩側(cè)的水壓差，（cm）； d試件厚度 （cm）；t滲水時(shí)間 （h）。材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強(qiáng)。,（2）抗?jié)B等級 材料的抗?jié)B等級是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水測試時(shí)，材料標(biāo)準(zhǔn)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、0.8MPa、1.0MPa的水壓而不滲透。 （3）影響材料抗?jié)B性的因素 材料親水性和憎水性：通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料

9、； 材料的密實(shí)度：密實(shí)度高的材料其抗?jié)B性也較高； 材料的孔隙特征：具有開口孔隙的材料其抗?jié)B性較差。,1.導(dǎo)熱性 當(dāng)材料兩面存在溫度差時(shí)，熱量提高建筑材料傳遞的性質(zhì)，稱為材料的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)表示： 式中： 導(dǎo)熱系數(shù)，W/（mK）； Q 傳導(dǎo)的熱量，J； d 材料厚度，m； F 熱傳導(dǎo)面積，m2； Z 熱傳導(dǎo)時(shí)間，h；（t2t1）材料兩面溫度差，K。 物理意義：單位厚度（1m）的材料、兩面溫度差為1K時(shí)、在單位時(shí)間（1s）內(nèi)通過單位面積（1 m2 ）的熱量。,三、材料的熱工性質(zhì),2. 熱容量和比熱 材料在受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。用熱容量系數(shù)或比熱表示。比熱的

10、計(jì)算式如下所示： 式中：C 材料的比熱，J/（gK）； Q 材料吸收或放出的熱量(熱容量)； m 材料質(zhì)量，g； （t2 t1）材料受熱或冷卻前后的溫差，K。,3. 熱阻和傳熱系數(shù) 熱阻是材料層（墻體或其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計(jì)算式為： / 式中： R材料層熱阻，（m2K）/W； d材料層厚度，m； 材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（mK）。 熱阻的倒數(shù)稱為材料層（墻體或其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)）的傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)是指材料兩面溫度差為1時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量。,4. 材料的溫度變形性 材料的溫度變形是指溫度升高或降低時(shí)材料的體積變化。用線膨脹系數(shù)表示。 L =（t2 t1） L 式

11、中：L 線膨脹或線收縮量 ，mm 或 cm；（t2t1）材料前后的溫度差，K； 材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)，1/K； L 材料原來的長度，mm或m。 材料的線膨脹系數(shù)與材料的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。,1. 材料的強(qiáng)度 材料的強(qiáng)度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。 根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有、抗壓、 抗剪、抗彎（抗折）強(qiáng)度等。,抗壓,抗拉,抗剪,抗彎,四、材料的力學(xué)性質(zhì),抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的計(jì)算： 式中：f材料強(qiáng)度， MPa； Fmax材料破壞時(shí)的最大荷載，N； A試件受力面積，mm2。,抗彎強(qiáng)度的計(jì)算： 中間作用一集中荷載，對矩 形截面試

12、件，則其抗彎強(qiáng)度 用下式計(jì)算： 式中：fw材料的抗彎強(qiáng) 度， MPa； Fmax材料受彎破壞時(shí)的最大荷載，N； A試件受力面積，mm2； L 、b 、 h 兩支點(diǎn)的間距，試件橫截面的寬及高， mm。,-,2. 彈性和塑性 （1）彈性 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。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時(shí)變形）。 （2）塑性 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（或永久變形）。,3. 脆性和韌性 材料受力達(dá)到一定程度時(shí)，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性

13、質(zhì)稱為脆性。大部分無機(jī)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、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高而抗拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中使用時(shí)，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。 材料在沖擊、震動荷載作用下，能發(fā)生較大變形而不發(fā)生突然破壞的性質(zhì)稱為韌性。 木材、建筑鋼材、瀝青、橡膠等均屬于韌性材料。,4. 硬度和耐磨性 （1）硬度 材料的硬度是材料表面的堅(jiān)硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。 刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為10個(gè)硬度等級。 回彈法用

14、于測定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強(qiáng)度；也用于測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的表面硬度并間接推算其強(qiáng)度。,（2) 耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的 耐磨性用磨耗率表示，計(jì)算公式如下： 式中： G 材料的磨耗率， （g/cm2）； m1材料磨損前的質(zhì)量，（g）； m2 材料磨損后的質(zhì)量，（g）； A 材料試件的受磨面積 （cm2）。 建筑中，地面、樓梯踏步、人行道路等處需考 慮材料的硬度和耐磨性。,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

15、中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學(xué)、機(jī)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。 化學(xué)作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。 機(jī)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。,1. 材料的聲學(xué)性質(zhì) 聲波入射到建筑材料表面時(shí)會產(chǎn)生三種現(xiàn)象： 反射/投射/吸收 2、材料的吸聲性能 材料吸收聲波的能力，吸聲性能好壞主要與材料的孔隙率及孔隙構(gòu)造有關(guān)。開口孔隙率越大吸聲效果越好，閉口孔較多，即使孔隙率較大吸聲效果也較差。,四、材料的聲學(xué)性與裝飾

16、性,3、材料的隔聲性能 分為隔絕空氣聲（通過反射）和隔絕固體聲（通過吸聲）。隔聲效果取決于材料單位面積質(zhì)量，質(zhì)量越大，越不易振動，則隔聲效果好。,4、材料的裝飾性：材料對覆蓋建筑物外觀美化的效果。主要體現(xiàn)在色彩、質(zhì)感、尺寸、形狀、紋理等方面 （1）材料的顏色、光澤、透明性 顏色是材料對白光選擇性吸收的結(jié)果。 光澤是材料表面方向性反射光線的性質(zhì)。 透明性是光線透過材料的性質(zhì)。分為透明體、半透明體、不透明體。 （2）花紋圖案、形狀、尺寸 （3）質(zhì)感：是材料表面組織結(jié)構(gòu)、花紋圖案、顏色、光澤、透明性等給人的一種綜合感覺。 （4）耐沾污性、易潔性與耐擦性 材料表面抵抗污物作用，保持其原有顏色和光澤的性質(zhì)稱為耐沾污性。 材料表面易于清洗潔凈的性質(zhì)稱為易潔性。 耐擦性即材料的耐磨性，分為干擦和濕擦。,5 、材料的耐久性 耐久性是材料在長期使用過程中，抵抗自身及環(huán)境因素長期破壞作用，保持原有性能而不變質(zhì)、不破壞的能力。耐久性是一個(gè)綜合性概念，針對不同的破壞因素，耐久性有不同的內(nèi)容。 (1)材料的破壞因素 物理作用：溫度變化、干濕變化、凍融循環(huán)作用 化學(xué)作用：酸、堿、鹽等溶液的侵蝕 機(jī)械作用：持續(xù)荷載 生物作用：菌類、昆蟲,金屬材料：銹蝕 瀝青及高分子材料：老化 木材、植物：腐蝕、腐朽 混凝土：碳化、堿集料反應(yīng)等 (2)提高耐久性的意義 耐久性良好