气硬性无机胶凝材料.ppt

建 筑 材 料与检测,主讲人：虞 波,第一章 建筑材料的基本性质,第一节 建筑材料的分类及发展趋势,建筑材料的分类,按材料的化学成分分类 按材料在建筑物中的功能分类 按使用部位分类 按来源分类 无论按什么方式分，建筑材料应同时满足两 个基本要求：技术性能要求和经久耐用。,按化学组成分类,按功能分类,按使用部位分类,基础材料 结构材料 墙体材料 屋面材料 地面材料 饰面材料 其他,建筑材料的发展趋势,高强，减少结构尺寸、降低结构自重 轻质，减轻建筑物自重 具有多功能性，如保温、隔热、吸声等 适应于机械化施工 综合利用,第二节 建筑材料的基本性质,（一）密度 1.密度 2.表观密度 3.堆积密度 (二)材料的密实度与孔隙率 (三)材料的填充率与空隙率,一、与质量有关的性质,（一）密度,1.密度: 定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 计算：,式中 材料的密度，g/cm3； m材料的质量（干燥至恒重），g； V材料在绝对密实状态下（不含任何孔）的体积，cm3。,密度测定方法 在测定有孔隙材料（如砖、石等）的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，用李氏瓶测定其绝对密实体积。它等于被粉末排出的液体体积。 材料磨得越细，测得的密实体积数值就越精确。,相对密度 相对密度又称比重，是用材料的质量与同体积水（4）的质量的比值表示，无单位。,（一）密度 2.表观密度 定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。 计算：,式中 0材料的表观密度，kg/m3或g/cm3； m材料的质量，kg或g； V0材料在自然状态下（含内部所有孔） 体积，m3或cm3。 注：同种材料，由于含水状态不同，而有不同的表观密度值。,(a)材料的自然体积构成 (b)材料的堆积体积构成 材料的体积构成,（一）密度 3.堆积密度 定义：散粒材料（如粉状、颗粒状材料等）在堆积状态下，单位体积的质量。 计算：,式中 0材料的堆积密度，kg/m3； m 材料的质量，kg； V0材料的堆积体积，m3。,附表1-1:常用建筑材料的密度、表观密度与堆积密度,选择题： 、单个块状材料的密度和表观密度之间的关系： a:密度大于表观密度； b：密度大于或等于表观密度； c：密度小于表观密度； d：密度小于或等于表观密度。 、散状堆积材料的视密度和堆积密度之间的关系： a：视密度大于堆积密度； b：视密度大于或等于堆积密度； c：视密度小于堆积密度； d：视密度小于或等于堆积密度。,小结：,不论材料构造形式如何，可把材料分为两大类： 单个块状材料：其总体积V0=V开+V闭+V固，单个块状材料的密度表观密度； 散状堆积材料：其总体积V=V开+V闭+V固+V空，散状堆积材料的视密度堆积密度。 注：视密度散状堆积材料用排水法测体积（近似密实状态下的体积视体积），单位体积的质量。,（二）材料的密实度与孔隙率,1.密实度 定义：材料体积内被固体物质充实的程度，即材料的密实体积与总体积之比。 计算： 注：含孔的固体材料D1； D越接近1，材料越密实,（二）材料的密实度与孔隙率,2.孔隙率 定义：材料体积内孔隙体积所占的比例，即材料的孔隙体积与总体积之比。 计算：,（三）材料的填充率与空隙率,1.填充率 定义：散粒材料在堆积状态下被固体颗粒所填充的程度。 计算：,（三）材料的填充率与空隙率,2.空隙率 定义：散粒状材料在堆积体积状态中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。 计算：,小结：,1、D+P =1即密实度+孔隙率=1 D+P=1即填充率+空隙率=1 2、孔隙率的大小反映了材料本身的致密程度； 空隙率的大小反映了材料堆积的紧密程度。,二、与水有关的性质,（一）亲水性与憎水性 （二）吸水性与吸湿性 （三）耐水性 、抗渗性和抗冻性,（一）亲水性与憎水性,亲水性材料是指当润湿边角90时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力，这种材料称为亲水性材料。 例：水泥制品、玻璃、陶瓷、金属材料、石材等无机材料和部分木材。 憎水性材料是指当润湿边角90时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力，则材料表面不会表面不会被水浸润，这种材料称为憎水性材料。 例：沥青、油漆、塑料、防水油膏等。,（二）吸水性与吸湿性,1.吸水性 定义：材料在水中吸入水分的能力。 指标：吸水率材料中所含水的质量与绝干状态下材料的质量之比。 计算：,式中 材料的吸水率，%； m0材料在绝干状态下的质量，g； m1材料含水状态下的质量，g。,（二）吸水性与吸湿性,1.吸水性 质量吸水率 （1）吸水率 体积吸水率 注：轻质材料如海绵、塑料泡沫，一般用体积吸水率表示，因可吸收水分的质量大于干燥材料的质量。 （2）材料吸水，一般对材料的使用性能不利。如强度降低，表观密度、导热性增大，保温性差，有些材料吸水发生化学反应变质。 （3）细微开孔材料、粗大开孔材料和闭孔材料哪个吸水率大？对开孔材料和闭孔材料来说，哪个对耐久性有害？哪个保温、隔热好？哪个吸音好？,注意：封闭孔隙较多的材料，吸水率不大时通常用质量吸水率公 式进行计算，对一些轻质多孔材料，如加气混凝土、木材等，由于质量吸水率往往超过100%, 故可用体积吸水率进行计算。,（二）吸水性与吸湿性,2.吸湿性 定义：材料在空气中吸入水分的能力。 指标：含水率材料中所含水的质量与绝干状态下材料的质量之比。 计算： 式中 材料的含水率，%； m0 材料在绝干状态下的质量，g； m1 材料潮湿状态下的质量，g。,（二）吸水性与吸湿性,2.吸湿性 （1）材料中所含水分与空气湿度相平衡时的含水率平衡含水率。 （2）材料吸湿，一般对材料的使用性能也不利。如强度降低，堆密度、导热性增大，体积膨胀。 （3）含水率是一个非常重要的指标，在配合比以及最佳含水率和最大干密度中会涉及到。,（三）耐水性 、抗渗性和抗冻性,1.耐水性 定义：材料长期在饱和水作用下不破坏,其强度也不显著降低的性能。 指标：软化系数 计算： 耐水材料是指软化系数大于0.80的材料。 受水浸泡或长期处于潮湿环境的重要建筑物或构筑物所用材料的软化系数不应低于0.85。,（三）耐水性 、抗渗性和抗冻性,2.抗渗性 定义：材料抵抗压力水渗透的性质。 指标：渗透系数或抗渗等级 计算：,式中 KS渗透系数，cm/h； Q透水量，cm3； d试件厚度，cm； A透水面积，cm2； t时间，h； H水头高度（水压），cm。,（三）耐水性 、抗渗性和抗冻性,对于混凝土, 抗渗性常用抗渗等级P表示,共有P4、P6 、 P8 、 P10 、 P12 ，表示混凝土能抵抗0.4Mpa、0.6Mpa、0.8Mpa、1.0Mpa、1.2Mpa的静水压力而不渗透。 渗透系数越小或抗渗等级越高，材料的抗渗性越好。,3.抗冻性 定义：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，强度又不显著降低的性质。 指标：抗冻等级Fn，抗冻等级也是衡量材料耐久性的指标。 混凝土的抗冻等级 以符号F表示，n表示所能承受的最大冻融循环次数，记为F10、F15、F25、F100等。 如：F15表示所能承受的最大冻融循环（在-15的温度下冻结后，再在20的水中融化，为一次冻融循环）次数不少于15次，这时强度损失率不超过25%，质量损失不超过5%。,（三）耐水性 、抗渗性 和抗冻性,（三）耐水性 、抗渗性和抗冻性,（三）耐水性 、抗渗性和抗冻性,冻融循环对材料的损害 材料表面将出现裂纹、剥落等现象，造成重量损失、强度降低。 原因：材料内部孔隙中的水分结冰时体积增大对孔壁产生很大的压力，冰融化时压力又骤然消失所致。 抗冻性影响因素 强度：材料强度越高，抗冻性越好； 孔隙特征：开口孔隙越多材料的抗冻性能越差。 孔隙大小：封闭大孔材料的抗冻性较小孔材料的抗冻性好。因材料孔隙中有一定的空间，可缓解冰冻的破坏作用。,小结： 材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落，逐渐向内部深入发展。 抗冻性良好的材料，对于抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用的能力较强，所以抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。在设计寒冷地区及寒冷环境(如冷库)的建筑物时，必须要考虑材料的抗冻性。处于温暖地区的建筑物，虽无冰冻作用，但为抵抗大气的风化作用，确保建筑物的耐久性，也常对材料提出定的抗冻性要求。,冻融破坏的大坝坝面,使用20年的高速公路桥梁,三、与热有关的性质,（一）导热性 （二）热容量 （三）热变形性,（一）导热性,定义：导热性是指材料传递热量的能力。 指标：导热系数 导热系数的物理意义 在稳定传热条件下，当材料层单位厚度内的温差为1时，在1h内通过1m2表面积的热量。 T2 T1,（一）导热性,绝热材料 通常将导热系数0.175W/mK的材料称为绝热材料。 保温隔热绝热 两个相反的概念 导热 导热系数小，保温隔热好；如闭孔 导热系数大，导热好,（一）导热性,影响材料导热系数的因素有： （1）材料组成 金属材料非金属材料有机材料 （2）孔隙率：大，表观密度小，导热系数小 （3）孔隙特征 细小闭孔粗大闭孔或连通孔 （4）含水率 由于水的导热系数=0.58W/mK，远大于空气，所以材料含水率增加后其导热系数将明显增加，若受冻（冰=2.33W/mK，）则导热能力更大。,（二）热容量,定义：热容量是指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。 指标：比热（或热容量系数）C，单位为kJ/(kgK) 式中 Q材料吸收或放出的热量，kJ； m材料的质量，kg； (T2-T1)材料受热或冷却前后的温差，K。,小结：,选用围护结构材料时，要达到保温隔热效果，就选用导热系数小，热容量大的材料。,（三）热变形性,材料的热变形性是指材料在温度变化时其尺寸的变化 常用长度方向变化的线膨胀系数表示。,第三节 建筑材料的力学性质,内容,一、强度与比强度 二、弹性和塑性 三、脆性和韧性 四、硬度和耐磨性,一、强度与比强度,（一）强度是指材料抵抗外力（荷载）破坏的能力。 不同材料的破坏可能出现两种情况： 1.应力达到一定值时出现较大的不可恢复变形而导致破坏，如钢材的屈服； 2.应力达到其极限值而出现断裂，几乎所有的脆性材料都属于这种。 类型 抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。,a.压力 b.拉力c.弯曲 d.剪切,材料受力示意图,混凝土路面砖抗折强度试验,混凝土路面砖抗压强度试验,一、强度与比强度,抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算,式中：f材料强度，MPa； P破坏时最大荷载，N； F受力截面面积，mm2。,一、强度与比强度,抗弯强度（中央集中荷载）按下式计算：,式中：fm材料抗弯强度，MPa； P材料所受的荷载，N； L两支点间距离，mm； b试件截面的宽度，mm； h试件截面高度，mm。,一、强度与比强度,抗弯强度（两个集中荷载）按下式计算：,式中：fm材料抗弯强度，MPa； P材料所受的荷载，N； L两支点间距离，mm； b试件截面的宽度，mm； h试件截面高度，mm。,常用材料强度,一、强度与比强度,（二）比强度fc/o 比强度是指材料强度与其表观密度之比。 它是衡量材料轻质高强的一个主要指标。 下表列出常见几种建筑材料的比强度,二、弹性和塑性,1.弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。 这种可完全恢复的变形称为弹性变形，见图。,二、弹性和塑性,弹性模量E 弹性变形的变形量与对应的应力大小成正比，其比例系数用弹性模量E来表示。 按下式计算：,式中：材料所受的应力，MPa； 材料在应力作用下产 生的应变，无单位。 弹性模量越大，材料在荷载作用下越不易变形。,二、弹性和塑性,2.塑性是指在外力作用下材料产生变形，不破坏。当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。 这种不能恢复的变形称为塑性变形，右图。,二、弹性和塑性,钢材受力变形 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。 混凝土受力变形 在受力后，弹性变形及塑性变形同时产生，如果取消外力，则弹性变形部分可以恢复，而塑性变形部分则不能恢复。,三、脆性和韧性,1.脆性是指材料在冲击或震动荷载作用下，突然发生破坏而无明显变形的性能，如玻璃、烧结砖、建筑陶瓷等。 2.韧性是指材料在冲击或震动荷载作用下，能够吸收较大的能量而不破坏的性能，如建筑钢材和木材。,四、硬度和耐磨性,1.硬度 材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。 对于不同的建筑材料，有不同的硬度测试方法。主要有莫氏硬度、肖氏硬度和布氏硬度。在后续课程中将结合具体材料进行介绍。 2.耐磨性 耐磨性是指材料抵抗磨损的能力，用耐磨率(单位面积材料磨前磨后质量变化率)表示。,硬度 莫氏硬度（10级）石材 1滑石 2石膏 3方解石 4 萤石 5磷石灰 6正长石 7 石英 8黄玉 9刚玉 10金刚石 肖氏硬度 石材 布氏硬度（HB）钢材 维氏硬度和韦氏硬度 :铝合金,化学组成为Mg3Si4O10(OH)2，晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。假六方片状单晶少见，一般为致密块状、叶片状、纤维状或放射状集合体。白色或各种浅色，条痕常为白色，脂肪光泽（块状）或珍珠光泽（片状集合体），半透明。摩氏硬度1，比重2.6-2.8。一组极完全解理，薄片具挠性。有滑感，绝热及绝缘性强。,滑石,莫氏硬度1,石膏,莫氏硬度15,莫氏硬度66,萤石饰品,莫氏硬度95.7,莫氏硬度199,莫氏硬度292.6,石英 莫氏硬度421.4,水晶,紫水晶,又名黄晶 ，英文名Topaz，来源于梵文Topus，意为“火”。集合体成粒状或块状。无色透明，或呈浅黄、浅蓝、浅绿和浅红等色；受长期日光照射后，其色渐退；玻璃光泽。受硫酸作用时，表面会被腐蚀。 斜方晶系斜方双锥晶类 ，摩氏硬度8，比重3.52-3.57，一组与柱面垂直的完全解理