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1、第2章 建筑材料的基本性质,2. 1建筑材料的物理性质 2.2 建筑材料的力学性质 2. 3建筑材料的耐久性,1,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,.密度、表观密度和堆积密度 . 材料的密度 材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量 材料在绝对密实状态下的体积是指不包含材料内部孔隙的实体体积。除了钢材、玻璃、沥青等少数材料外，多数材料在自然状态下均含有一些孔隙。在测定有孔隙材料的密度时，先把材料磨成细粉，烘干至恒重，然后用李氏瓶测得其实体体积，用式（-）计算得到密度值。材料磨得越细，测得的体积越真实，得到的密度值也越精确,下一页,返回,2,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性
2、质,. 材料的表观密度 材料的表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。 材料在自然状态下的体积，是指包括实体和内部孔隙的外观几何形状的体积。对于形状规则的材料，可直接测量其体积；对于形状不规则的材料，为防止液体由空隙进入材料内部而影响测量值，应在表面封蜡，然后再用排液法测量体积；对于混凝土用砂石骨料，直接用排液法测量体积，此时的体积是实体积与闭口孔隙体积之和，近似代替自然状态下的体积。,上一页,下一页,返回,3,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,. 材料的堆积密度 材料的堆积密度是指粒状或粉状材料在堆积状态下单位体积的质量。 测定散粒材料的堆积密度时，材料的质量是指填充在一定容器内
3、的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙体积。,上一页,下一页,返回,4,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,.孔隙率与密实度 . 材料的孔隙率p 大多数建筑材料的内部都含有孔隙，这些孔隙会对材料的性能产生不同程度的影响。材料中含有孔隙的多少常用孔隙率表征，孔隙率是指材料内部孔隙体积占自然状态下的材料总体积的百分率。 . 材料的密实度D 材料的密实度是指材料内部固体物质的实体积占自然状态下的材料总体积的百分率。,上一页,下一页,返回,5,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,孔隙率和密实度反映了材料的致密程度，孔隙率的大小及孔隙特征（包括孔隙
4、大小、是否连通、分布情况等）对材料的性质影响很大。一般而言，同一种材料孔隙率越小，连通孔隙越少，其强度越高，吸水性越小，抗渗性和抗冻性越好，但其导热性越大。 .空隙率与填充率 . 材料的空隙率p 散粒材料颗粒间的空隙多少常用空隙率表示。材料的空隙率指散粒材料颗粒间的空隙体积（VVV）占堆积体积的百分率。,上一页,下一页,返回,6,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,. 材料的填充率D 与空隙率相对应的是填充率，即颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。 综上所述，含孔材料的体积组成如图-所示，散粒状材料的体积组成如图-所示。,上一页,下一页,返回,7,建筑材料的基本性质,图-含孔材料体积组
5、成示意图,返回,8,建筑材料的基本性质,9,建筑材料的基本性质,图-散粒状材料松散体积组成示意图,返回,10,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,.与水有关的性质 . 材料的亲水性与憎水性 当固体材料与水接触时，由于水分与材料表面之间的相互作用不同会产生如图- （）和（）所示的两种情况。图中在材料、水、空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角称为润湿边角。一般认为当时，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料；当时，材料不能被水润湿而表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。由此可见，润湿边角越小，材料亲水性越强，越易被水润湿，当时，表示该材料完全被水润湿
6、。大多数建筑材料，如砖、木、混凝土等均属于亲水性材料；沥青、橡胶、塑料等则属于憎水性材料。,上一页,下一页,返回,11,建筑材料的基本性质,图-材料润湿示意图,返回,12,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,. 材料的含水状态 亲水性材料的含水状态可分为以下四种基本状态，如图-所示。 （）干燥状态材料的孔隙中不含水或含水极微； （）气干状态材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡； （）饱和面干状态材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和； （）湿润状态材料不仅孔隙中含水饱和而且表面上被水润湿附有一层水膜。除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态之间的过渡状态中。 . 材料的吸水性与吸
7、湿性,上一页,下一页,返回,13,建筑材料的基本性质,图-材料的含水状态,返回,14,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,（）材料的含水率。含水率是指材料中所含水的质量占其干燥状态下材料质量的百分率。 （）材料的吸水性。材料的吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质。材料的吸水性用吸水率表示，它有以下两个含义。 质量吸水率材料吸水饱和时，吸收的水分质量占材料干燥质量的百分率。,上一页,下一页,返回,15,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,体积吸水率材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状态时体积的百分率。 质量吸水率与体积吸水率存在如下关系：,上一页,下一页,返回,16,建筑材料的基
8、本性质,.建筑材料的物理性质,材料的吸水性除取决于所组成的物质外还与它含有孔隙的多少、孔的结构类型紧密相关。一般来说，孔隙率大，吸水性强。封闭的孔隙水分不容易渗入；粗大开口的孔隙，虽然水分很容易进入开口的大孔，但无法存留，只能润湿孔壁，难以吸足水分，所以吸水率不大。空隙率大，具有微细、连通、开口孔隙的材料，吸水性才是最强的。 各种材料吸水性相差很大，如花岗岩等致密岩石的吸水率为，普通混凝土为，黏土砖为，木材或其他轻质材料的吸水率常大于。,上一页,下一页,返回,17,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,（）材料的吸湿性。材料在潮湿环境中吸收水分的性质称为吸湿性。反之，材料在干燥空气中会释放
9、出所含水分的性质为还湿性。材料的吸湿性用含水率表即材料含有水的质量占干燥时材料质量的百分率。材料与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。 含湿状态会导致材料性能的多种变化，在实际工作中，在已知含水率之后，常要求对材料干、湿两种状态下质量进行相互换算，这种换算应该从含水率的定义出发，才能准确熟练地完成。 . 材料的耐水性 材料长期在水的作用下能维持原有强度的能力称为耐水性。耐水性一般用软化系数表示，计算公式如下：,上一页,下一页,返回,18,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,一般材料吸水后强度均会有所降低。材料的软化系数K 在之间，K 越接近，说明该材料耐水性越好。工程中将K的材料称
10、为耐水材料。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构所用材料必须保证K，用于受潮较轻或次要结构的K 也不宜小于。 . 材料的抗渗性,上一页,下一页,返回,19,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,材料的抗渗性是指其抵抗压力水渗透的性质。抗渗性用渗透系数表示，渗透系数按照达西定律以下式表示： 渗透系数K反映水在材料中流动的速度。K值越大，说明水在材料中流动的速度越快，其抗渗性能越差。 材料的抗渗性能也可用抗渗等级来表示，抗渗等级用材料抵抗最大水压力来表示，如、等，分别表示材料可抵抗、和的水压力而不渗水。,上一页,下一页,返回,20,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,材料的抗渗性不仅与材料
11、本身的亲水性和憎水性有关，而且还与孔隙率及孔隙特征有关。材料的孔隙率越小且封闭孔隙越多，其抗渗性能越强。地下建筑、水工建筑和防水工程所用的材料均要求有足够的抗渗性，应根据所处环境的最大水力梯度提出不同的抗渗指标。 . 材料的抗冻性 材料的抗冻性是指材料在饱和水状态下，经受多次冻融循环作用而不破坏，其强度也不显著降低的性质。材料的抗冻性用抗冻等级来表示。抗冻等级是以规定的吸水饱和试件，在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低及质量损失不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻等级，用、等表示，分别表示抵抗个、个、个冻融循环，而未超过规定的损失程度。冻融循环次数越多，抗
12、冻等级越高，抗冻性能越好。,上一页,下一页,返回,21,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,.材料的热工性质 . 材料的导热性 材料的导热性是指材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力，常用导热系数表示，计算公式如下： 影响材料导热系数的因素主要有以下几个： （）材料的组成与结构。一般而言，金属材料、无机材料、晶体材料的导热系数分别大于非金属材料、有机材料、非晶体材料。,上一页,下一页,返回,22,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,（）孔隙率越大即材料越轻，导热系数越小。细小孔隙、闭口孔隙比粗大孔隙、开口孔隙对降低导热系数更为有利，因为避免了对流传热。 （）含水或含冰时，会
13、使导热系数急剧增加。 （）温度越高，导热系数越大（金属材料除外）。 保温材料在存放、施工、使用过程中，需保证为干燥状态。 . 材料的热容量 材料的热容量是指材料在温度变化时吸收或放出热量的能力，计算公式如下：,上一页,下一页,返回,23,建筑材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,比热c是指单位质量的材料升高单位温度时所需热量。材料的比热越大，说明这种材料对保证室内温度的相对稳定越有利。 . 材料的热变形性 材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化，除个别的情况如水结冰之外，一般材料均符合热胀冷缩这一自然规律。材料的热变形性常用线膨胀系数表示，计算公式如下：,上一页,下一页,返回,24,建筑
14、材料的基本性质,.建筑材料的物理性质,材料的线膨胀系数越大，表明材料的热变形性越大。材料的热变形性对于土木工程是非常不利的，总体上要求材料的热变形不要太大，在有保温隔热要求的工程中应尽量选用热容量（或比热）大、导热系数小的材料。例如，在大面积混凝土屋面工程中，当热变形产生的膨胀拉应力超过混凝土的抗拉强度时会引起温度裂缝，因此，为防止热变形引起裂缝，混凝土屋面必须设置伸缩缝。,上一页,返回,25,建筑材料的基本性质,.建筑材料的力学性质,.强度与强度等级 . 材料的强度 材料的强度是指材料在外力（荷载）作用下破坏时能承受的最大应力。由于外力作用的形式不同，破坏时的应力形式也不同。工程中最基本的外
15、力作用如图-所示，相应的强度分别为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度。 材料的抗拉、抗压、抗剪强度，可用下式计算：,下一页,返回,26,建筑材料的基本性质,图-材料所受外力示意图,返回,27,建筑材料的基本性质,.建筑材料的力学性质,材料的抗弯试验一般采用矩形截面试件，在试件跨中作用一集中荷载，其抗弯强度可按下式计算： 影响材料的实际强度的因素主要有以下两个： （）材料的内部因素（组成、结构）是影响材料强度的主要因素； （）测试条件是影响材料强度的另一要素。,上一页,下一页,返回,28,建筑材料的基本性质,.建筑材料的力学性质,. 材料的强度等级、比强度 大多数建筑材料可根据其极限强度的大
16、小划分为若干不同等级，称为材料的强度等级。脆性材料如混凝土、水泥、石材等，主要根据其抗压强度来划分等级；塑性材料如钢材等，主要根据其抗拉强度来划分等级。 不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指标。比强度等于材料的强度与其表观密度之比。比强度是评价材料是否轻质高强的指标。表-所列是几种主要材料的比强度值。,上一页,下一页,返回,29,建筑材料的基本性质,表-几种主要材料的比强度值,返回,30,建筑材料的基本性质,.建筑材料的力学性质,.弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称弹性变形。去除外力后，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不
17、产生裂缝的性质，称为塑性，此种不可恢复的变形称为塑性变形。 实际上，在建筑材料中，单纯的弹性材料是没有的。有些材料在受力不大的情况下，表现为弹性变形，但受力超过一定限度后，则表现为塑性变形，如建筑钢材中的低碳钢。有些材料如混凝土，在受力时弹性变形和塑性变形同时产生，当外力取消后，弹性变形消失，而塑性变形保留。,上一页,下一页,返回,31,建筑材料的基本性质,.建筑材料的力学性质,.脆性与韧性 材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。大部分无机非金属材料均属于脆性材料，如混凝土、石材、铸铁等。 .硬度与耐磨性 硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入
18、或刻划的能力。不同材料的硬度测定方法不同。按刻划法，矿物硬度分为级（莫氏硬度）。其硬度递增的顺序依次为：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度）。一般来说，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。,返回,上一页,32,建筑材料的基本性质,.建筑材料的耐久性,材料在环境中使用，除受荷载作用外，还会受到周围各种自然因素的影响，如物理、化学及生物等方面的作用。 材料在使用过程中，在各种环境介质的长期作用下，保持其原有性质的能力称为材料的耐久性。材料的组成、结构、性质和用途不同，对耐久性的要求也不同。耐久性一般包括材料的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐溶蚀性、耐光性、耐热性等指标。 不同材料所要求保持的主要性质也不相同，如对于结构材料，主要要求强度不显著降低；对装饰材料则主要要求颜色、光泽等不发生显著变化等。,返回,33,建筑材料的基本性质,课后作业,书中P20页：五、计算题1.、2.,34,建筑材料的基本性质,