建筑材料的基本性质.doc

1 建筑材料的定义（1）广义：是指建造物和构筑物的所有材料，包括使用的各种原材料，半成品，成品。如粘土，铁矿石，生石灰，生石膏等。（2）狭义：指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。如混凝土，水泥，石灰，钢筋，粘土砖，玻璃等作为建筑物必须同时满足两个基本要求（1） 满足建筑物和构筑物本身的技术性能要求，保证正常使用（2） 在其使用过程中，能抵御周围环境的影响与有害介质的侵蚀，保证建筑物和构筑物的合理使用寿命。同时也不能对周围环境产生危害2 建筑材料的分类（一） 按建筑材料的化学成分1 无机材料：包括金属材料和非金属材料（1）金属材料：有钢，铁及其合金，铝，铜等。（2）非金属材料：包括天然石材，烧土制品，胶凝材料及制品，玻璃，无机纤维材料1）天然石材：如砂，石及石材制品。2）烧土制品：如粘土砖，瓦等3）玻璃：如普通平板玻璃，特种玻璃等2 有机材料，包括植物材料，沥青材料及合成高分子材料1）植物材料：如木材，竹材，植物纤维等2）沥青材料：如煤沥青。石油沥青及其制品等3）合成高分子材料：如塑料，涂料，合成橡胶等3 复合材料包括有机与无机非金属材料，金属与无机非金属复合材料，金属与有机复合材料1） 有机与无机非金属复合材料：如聚合物混凝土，玻璃纤维增强材料2） 金属与无机非金属复合材料：如钢筋混凝土，钢纤维混凝土等3） 金属与有机材料复合：如PVC钢板，有机涂层铝合金板等（二） 按建筑物的使用功能分1 建筑结构材料主要是指构成建筑物受力构件和结构所用的材料，如梁，板，柱，基础，框架及其他受力构件和结构等所用的材料。对这类材料主要技术性能的要求就是强度和耐久性。目前所使用的主要结构材料有砖，石，水泥混凝土及两者的复合物钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土。随着工业的发展，轻钢结构和铝合金结构所占的比例将会逐渐加大。2 墙体材料：主要是指建筑物内外及分隔墙体所用的材料，有承重和非承重两类。目前我国大量采用的墙体材料分为粉煤灰砌块，混凝土及加气混凝土砌砖等。此外，还有混凝土墙板，石板，金属板材和复合墙板等。3 建筑功能材料：主要指负担某些建筑功能的非承重材料。如防水材料，绝热材料，吸声和隔声材料，采光材料，装饰材料等。一般来说，建筑物的可靠度与安全度，主要决定于由建筑结构材料组成的构件和结构体系，而建筑物的使用功能与建筑品质，主要决定于建筑功能材料。对某一种具体的材料来说它可能兼有多种功能。（三） 建筑材料在建筑工程中的地位建筑材料是建筑工程的物质基础。建筑，材料，结构，施工四者是密切相关的。从根本上来说，材料是基础，材料决定建筑和施工方法。新材料的出现，可以促进建筑形式的变化，结构设计和施工技术的革新。发展趋势：（1）高性能材料的研制 （2）充分利用地方原料，固体废弃物，各种工业废渣等 （3）节能材料开发 （4）具有良好经济效益的材料（四）建筑材料的技术标准各级标准都有各自的部门代号，例如，GB：国家标准；GBJ建筑工程国家标准；JGJ：建设部行业标准；JC：国家建材局标准；YB：冶金部标准；ZB：国家级专业标准等标准的表示方法，系由标准名称，部门代号，编号和批准年份等组成如：国家标准硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥GB175-1999.标准的部门代号为GB，编号为175，批准年份为1999年。建筑材料的基本物理性质一 材料的密度，表观密度与堆积密度密度是指物质单位体积的质量。单位为g/cm或kg/cm。由于材料所处体积状况不同，故有实际密度（密度），表观密度和堆积密度之分（1）实际密度是指材料在绝对密实的状态下，单位体积所具有的质量，按=计算，式子中-实际密度m-材料在干燥状态下的质量gV-材料在绝对密度状态下的体积绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。除了钢材，玻璃等少数接近于绝对密实的材料外，绝对大多数材料都有一定的孔隙，如砖，石材等材料。在测定有孔隙的材料密度时，应把材料磨成细粉以排除其内部孔隙，干燥至恒重时，用密度瓶（李氏瓶）测定其实际体积，该体积即可视为材料绝对密实状态下的体积，材料研磨的愈细，测定的密度值愈精确（2）表观密度（Apparent Density）表观密度以前称容重，有的也称毛体积密度，是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量，按式子0-表观密度m-材料的质量V0-材料在自然状态下的体积，或称表观体积材料在自然状态下体积是指材料的实际体积与材料内所含全部孔隙之和。对于外形规则的材料。其测定很简便，只要测得材料的质量和体积，即可算的表观密度。不规则材料的体积要采用排水法求的，但材料表面应预先图上蜡，以防水分渗入材料内部而影响测定值。（3）堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度（Bulk Density）用式子p0-堆积密度m-材料的质量V0-材料的堆积体积散粒材料在自然状态下的体积，是指既含颗粒内部的孔隙，又含颗粒之间的孔隙的总体积。测定散粒材料的堆积密度时，材料的质量是指在一定容积内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积。若以捣实体的体积计算时则称紧急堆积密度。土木工程中在计算材料用量，构件自重，配料计算以及确定堆放空间时，均需要用到材料的上述状态参数，见表材料名称密度/g表观密度/k g堆积密度/k g气孔率/%钢材7.8-7.97850-0花岗岩2.7-3.02500-2900-0.5-3.0石灰岩2.4-2.61800-26001400-1700(碎石)-砂2.5-2.6-1500-1700-粘土2.5-2.7-1600-1800-水泥2.8-3.1-1200-1300-烧结普通砖2.6-2.71600-1900-20-40烧结空心砖2.5-2.71000-1480-红松木1.55-1.60400-600-55-75二材料的密实度与气孔率（一）密实度：是指材料的固体物质部分体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所填充的程度，即反应了材料的致密程度，按D按孔隙的特征，材料的孔隙可分为开口孔隙和闭口孔隙两种，二者孔率之和等于材料的总气孔率。按孔隙的尺寸大小，又可分为微孔，细孔和大孔三种。不同的孔隙对材料的性能影响各不同。一般而言，气孔率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗冻性和抗渗性较好。工程中对需要保温隔热的建筑物或部位，要求其所用材料的气孔率较大。相反，对要求高强或不透水的建筑物或部位，则其所用的材料气孔率应很小。（二）气孔率：是指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率。P=%气孔率与密实度的关系为P+D=1（三）空隙率：是指散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率P=%=%三 材料与水有关的性质（一）亲水性与憎水性亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖，混凝土等材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水分子之间的亲和力大于水分子间的内聚力所致。当材料与水接触时，材料与水分子间的亲和力小于水分子间的内聚力时，材料则表现憎水性。憎水性材料如沥青，石油等。2润湿边角材料被水湿润时，在材料，水，空气三相的交界点，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿边角。3 亲水性材料与憎水性材料当角愈小，表明材料愈易被水润湿。当90时，材料表面不吸水，称为憎水性材料。当=90时，表明材料完全被水润湿。上述概念也适用于其他液体对固体的润湿情况，称为相应的亲液材料和憎液材料。、（二）材料的吸水性和吸湿性1 吸水性材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性（Water Absorption）.材料的吸水性用吸水率（Ratio of Water Absorption）表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材料干燥质量的百分率。用%式中，W材料质量的吸水率m材料在干燥和吸水饱和状态下的质量gB 体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。用%式中，W 材料体积吸水率V-干燥材料在自然状态下的体积V-水的体积2 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，称为还湿性。材料的吸湿性用含水率表示含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率%式中W-材料的含水率m-材料含水时的质量m-材料干燥至恒重的质量（三）材料的耐水性材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示式中K-材料的软化系数F饱-材料在饱和状态下的抗压强度;MPaF干-材料在干燥状态下的抗压强度；MPa软化系数大于0.80的材料，通常可认为是耐水材料（四） 材料的抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。或称不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数K表示渗透系数的物理意义：一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量。用式：W-透过材料试件的水量，mLt-透水时间A-透水面积ch-静水压力水头，cmd-试件厚度，cmK值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。混凝土的抗渗作用用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件，在标准试验方法下所能承受的最大静水压力来确定，以符号Pn表示，其中n为该材料所能承受的最大水压力的十倍的MPa如P4，P6 .P8.P10。分别表示材料能承受0.4MPa,0.6 MPa,0.8 MPa.1.0 MPa的水压而不渗水。材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。（五） 材料的抗冻性材料在饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件，在规定试验的条件下，测得其强度降低不超过25%，且质量损失不超过5%时所能承受的最多的循环次数来表示。用符号Fn表示，其中n即为最大冻融循环次数。如F25，F50等材料抗冻标号的选择，是根据结构物的种类，使用条件，气候条件等来决定的。第二节 建筑材料的基本力学性质一 材料的强度材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。根据外力作用形式的不同，材料的强度分为抗压强度，抗拉强度，抗弯强度以及抗剪强度等，均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来表示。材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总称为静力强度。表1-2，材料抗压，抗拉，抗剪，抗弯强度计算公式二 材料的等级大部分建筑材料根据其极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。如烧结普通砖按抗压强度分为6个等级，Mu30, Mu25, Mu20, Mu15, Mu10, Mu7.5;硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分为4个等级：32.5、42.5、52.5、62.5等；混凝土按其抗压强度分为12个等级：C7.5、C80等；碳素结构钢按其抗拉强度分为5个等级，Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等建筑材料按强度划分为若干个强度等级，对生产者和使用者均有重要的意义。它可使生产者在生产中控制产品质量时有依据，从而确保产品的质量。对使用者而言，则有利于掌握材料的性能指标，便于合理选用材料、正确进行设计和控制工程施工质量。常用建筑材料的强度见表1-3材料抗压强度抗压强度抗弯强度花岗岩100250581014烧结普通砖7.5301.84.0普通混凝土7.56014松木（顺纹）30508012060100建筑钢材23516002351600三 材料的比强度比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料强度与其表观密度之比。对于不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指标。比强度是按单位体积质量计算的材料强度，其值等于材料强度与表观密度之比。比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标。优质的结构材料，必须具有较高的比强度。几种主要材料的比强度见表1-4表1-4 钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度p/kgm抗压强度f/MPa比强度f/p0低碳钢78604150.053松木50034.3(顺纹)0.069普通混凝土240029.40.012四 材料的弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来的形状性质称为弹性。材料的这种当外力取消后瞬间内即可完全消失的变形，称为弹性变形。弹性变形属于可逆变形，其数值大小与外力成正比，其比例系数E称为材料的弹性模量。材料在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其数值等于应力与应变的比值，即弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。E值越大，材料愈不易变形，亦即刚度刚好。弹性模量是结构设计时的重要参数。在外力作用下材料产生变形，如果外力取消，仍保持变形后的形状尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形。塑性变形为不可逆变形，是永久变形。实际上纯弹性变形的材料是没有的，通常一些材料在受力不大时，仅产生弹性变形；受力超过到一定极限后，即可产生塑性变形。五 材料的脆性与韧性材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料发生突然破坏，且破坏是无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。脆性材料抵抗冲击荷载或振动荷载作用的能力很差。其抗压强度远大于抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍。所以脆性材料不能承受振动和冲击荷载，也不宜用作受拉构件，只适用于承压构件。建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷等。材料在冲击或振动载荷作用下，能吸收较大的能量，产生一定变形而不被破坏，这种性质称为韧性。如建筑钢材，木材等属于韧性较好的材料。材料的韧性值用冲击韧性指标表示。冲击韧性指标系指用带缺口的试件做冲击破坏实验时，断口处单位面积所吸收的功。六 材料的硬度耐磨性（一）硬度：硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。不同材料的硬度测定方法不同，通常采用的有刻划法和压入法两种。刻划法通常测定天然矿物的硬