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第一章 装饰材料的基本性质,本章教学目标,熟悉：主要技术性质的物理意义、影响因素及 对其它性质的影响。,掌握：材料与质量的关系。,了解：材料的耐久性。,第一节 材料与质量有关的性质,第二节 材料与水有关的性质,第三节 材料与热有关的性质,第四节 材料与声学有关的性质,第五节 材料与力学有关的性质,建筑装饰材料的基本性质,1.1 与质量有关的性质1 密度 2 表观密度 3 堆积密度（散粒体）4 密实度和孔隙率5 空隙率,1、材料的密度,材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：密度，gcm3； m 材料在干燥状态的质量，g； V 材料的绝对密实体积，cm3。,1,密实材料，如金属材料、花岗岩等,材料的内部密实而没有孔隙,材料的密度1密度,注意:绝对密实状态下的体积是指不包含材料内部孔隙的真实体积。,对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很容易测定。但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下材料是含有一些孔隙的。,有孔隙材料的体积测定方法：一般采用密度瓶法测定有孔材料的实体积,思考题： 如何测量有孔隙材料的密度？,*测量有孔隙材料密度的方法与步骤：,样品磨成细粉,烘 干,冷却到室温,称量质量,测定体积,密 度,烘箱105-110C,干燥器,天 平,密度瓶,2、材料的表观密度,材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：0表观密度，kgm3； m 材料的质量，kg； V0材料在自然状态下的外形体积，m3。,材料的密度2表观密度,2,材料的内部有许多孔隙,孔隙材料，如砖头、混凝土、木材等,思考题：如何测定材料的表观密度？,取材料样品,磨 细,烘 干,烘箱1050C1100C,冷却到室温,干燥器,称量质量 m,天平,测定材料的干质量m:,测定材料的自然体积V0,（1）对于形状规则的材料，如砖、石块等： 用游标卡尺可定材料的自然体积； 对于六面体，测定长、宽、高； 对于圆柱体，测定其直径和高；（2）对于形状不规则的材料，如卵石、碎石 等，采用排液法确定其自然体积。,排液法测定不规则材料自然体积：,注明材料含水情况，没有特殊说明是指气干状态下的材料表观密度。,材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在堆积状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中： 材料的堆积密度，kgm3； m 材料的质量，kg； 材料的自然(松散)堆积体积(包括材料颗粒体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。,3、材料的堆积密度,3,内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等,堆积材料颗粒的内部有许多孔隙,堆积材料颗粒之间存在许多空隙,材料的密度3堆积密度,end,思考题：如何测定砂和石子的堆积密度？,（1）首先采用前述方法测定其干质量m;（2）然后采用容量升来测定砂子、石子的堆积体积 ，方法如下： a）砂子采用1L、5L的容量升来测堆积体积； b）石子采用10L、20L、30L的容量升来测定其堆积体积；（3）利用公式计算堆积密度：,4、密实度：,是指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例，用D来表示。,5、材料的孔隙率,材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：即：DP=1或密实度孔隙率=1。,密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。,一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越少，则：,其强度越高；,吸水越少；,抗渗性和抗冻性越好；,但是导热性差；,P7表1-1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度和 孔隙率,6、空隙率,指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率，用P表示：,空隙率的大小反映了散粒 材料的颗粒之间 相互填充的致密程度；,思考：空隙率与孔隙率有什么区别？,（1.6）,1.2 材料与水有关的性质1 亲水性与憎水性2 吸水性3 吸湿性,4 耐水性5 抗渗性 6 抗冻性,1、亲水性和憎水性（1）亲（憎）水性： 材料在空气中与水接触时，能被水湿润的，称为亲水性，否则为憎水性；（2）亲（憎）水性材料： 具有亲水性的材料称为亲水性材料，如木材、砖、混凝土、石等；反之为憎水性材料，如沥青，石蜡、塑料等。 思考：材料亲水和憎水的原因是什么？,与水接触时，材料与水之间的分子亲合力大于水本身分子间的内聚力，材料表现为亲水性；材料与水之间的分子亲合力小于水本身分子间的内聚力，材料表现为憎水性。,原因,亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而渗入材料内部。 憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。 材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等，只有少数材料如沥青、石蜡及某些塑料等为憎水性材料。,是指材料与水接触吸收水分的性质，吸水性的大小用吸水率表示，吸水率用两种表示方式。（1）质量吸水率：,2、吸水率,（2）体积吸水率：材料在吸水饱和状态下，所吸收水的体积占材料自然体积的百分率。,思考：材料的亲水性和吸水性有什么区别？,是指材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性质，吸湿性的大小用含水率表示。,含水率是指材料中所含水的质量占其干质量的百分率用W 含表示；计算公式如下：,3 、吸湿性,干燥的材料,吸收空气中的水分,潮湿的材料,平衡含水率,平衡含水率：当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率。,释放水分,4、耐水性,是指材料长期在饱和水的作用下，其强度也没有显著下降的性质；一般用软化系数表示：,材料的软化系数,材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即式中：KP材料的软化系数； fw材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa； f 材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。,值的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。一般，材料被水浸湿后强度均会有所降低。因为水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒间的结合力。 值愈小，表示材料吸水饱和后强度下降愈多，即耐水性愈差。材料的软化系数在01之间。不同材料的值相差颇大，如粘土 =0，而金属 =1。土木工程中将 0.85的材料，称为耐水材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用 0.85的材料。用于受潮较轻或次要结构物的材料，其 值不宜小于0.75。,5、材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数 材料的渗透系数K可通过下式计算:式中：K渗透系数,（cm / h）; Q渗水量， （cm3 ）； A渗水面积,（cm2 ）； H材料两侧的水压差，（cm）； d试件厚度 （cm）；t渗水时间 （h）。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。,（2） 抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。思考题： 材料亲水性和憎水性哪个抗渗性好？ 密实度高的材料与孔隙大的材料哪个抗渗性较差？,6、材料的抗冻性,定义：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。,衡量指标：抗冻性指标用抗冻等级Fn表示，表示经过n次冻融循环次数后，质量损失不超过5%，强度损失不超过25%。所能经受的最大冻融循环次数来确定的。,材料的抗冻性,1. 材料的内部一般都充满着孔隙，,2. 如果浸入水中，孔隙中便会吸水,3. 气温下降，孔隙中的水会结冰并膨胀,4. 气温上升，孔隙中的冰会逐渐融化,5. 经过反复的浸水、冰冻、融化、干燥，材料的内部逐渐出现裂缝，表面会逐渐脱落，使材料的强度逐渐损失，质量变小。,6. 材料的质量损失5，强度损失25时，冻融的循环次数为材料的抗冻等级,end,由于结冰产生的膨胀会导致材料的表面部分破裂，内部产生裂纹。,影响抗冻性的因素,材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。材料的孔隙特征 开口孔隙越多则其抗冻性越差。材料的强度 强度越高则其抗冻性越好。材料的耐水性 耐水性越好则其抗冻性也越好。材料的吸水量大小 吸水量越大则其抗冻性越差。严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。,1 导热性2 热容量3 耐燃性与耐火性,1.3 材料与热有关的性质,1、导热性,材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导率（）表示。,式中 导热系数（W/m.K） Q传导的热量（J） A热传导面积（m2） d材料的厚度（m） t热传导时间（s） (T2-T1)材料两侧温差（K）,材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。各种材料的导热系数差别很大，大致在0.0293.5W/(m.K)通常将0.15的材料称为绝热材料。 导热系数与材料内部孔隙构造有密切关系。由于密闭空气的导热系数很小，所以，材料的孔隙率较大者其导热系数较小，但如果孔隙粗大或贯通，由于对流作用，材料的导热系数反而增高。材料受潮或受冻后，其导热系数大大提高。因此，绝热材料应经常处于干燥状态，以利于发挥材料的绝热效能。,2、热容量和比热材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。用热容量系数或比热表示。比热的计算式如下所示：式中：C材料的比热，J/（gK）； Q材料吸收或放出的热量(热容量)； m材料质量，g；（t2 t1）材料受热或冷却前后的温差，K。,材料的比热，对保持建筑物内部温度稳定有很大意义。比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。 材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋盖）进行热工计算时的重要参数。选用导热系数较小而热容量较大的土木工程建筑材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。,耐燃性 材料在火焰或高温作用下可否燃烧的性质（抵抗燃烧性）。分为可燃、难燃、不燃、易燃四个等级。 耐火性 材料在火焰或高温作用下，保持其不破坏、性能不明显下降的能力。用其耐受的时间来表示，称为耐火极限。分为三个类别P11表14,3. 耐燃性和耐火性,思考题：不燃性的材料一定耐火吗？,1.4 材料的声学性质1 吸声性2 隔声性,1、吸声性 声能穿透材料被材料消耗的性质称为吸声性用吸声系数表示（吸收声功率与入射功率之比）表示。一般在01之间。系数大说明吸声性越好。通常使用的6个频率125HZ、 250HZ、 500HZ 1000HZ、 2000HZ、 4000HZ的平均吸声系数均0.2的材料称为吸声材料。 影响吸声效果的主要因素有：,材料的孔隙率。 材料的孔隙特征。 材料的厚度。,2、隔声性 材料能减弱或隔断声波传递的性能称为材料的隔声性，声波在建筑结构中的传播主要通过空气和固体来实现，因而隔声可分为隔空气声和隔固体声。 隔空气声：材料单位面积的质量越大或材料的密度越大，其隔声效果越好。隔固体声：最为有效措施是断绝其声波传递的途径。具有一定弹性的衬垫材料，如软木、橡胶、地毯等能阻止或减弱固体声波的继续传播，具有较高的隔固体声能力。,1.5 材料的力学性质,1、材料的强度2、弹性和塑性3、韧性与脆性,4、硬度和耐磨性5、耐久性,1、材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。,抗压,抗拉,抗剪,抗弯,抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：式中：f材料强度， MPa； Fmax材料破坏时的最大荷载，N； A试件受力面积，mm2。,抗弯强度的计算： 中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：式中：fw材料的抗弯强度， MPa；Fmax材料受弯破坏时的最大荷载，N；A试件受力面积，mm2；L 、b 、 h 两支点的间距，试件横截面的宽及高， mm。,-,2、弹性和塑性（1）弹性 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称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。,（2）塑性 材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，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（或永久变形）。,思考题：有塑性的材料一定会有弹性吗？,3、材料的脆性与韧性,脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。,2.韧性在冲击、震动荷载的作用下，能吸收较大能量而不破坏的性质称为韧性。如钢材、木材、纤维等。,1.脆性在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。,桥梁、电梯井、高层建筑等处所用的材料须有较好的韧性。,4、硬度和耐磨性（1）硬度材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为10个硬度等级。回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。,（2)耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：式中： G 材料的磨耗率， （g/cm2）；m1材料磨损前的质量，（g）；m2 材料磨损后的质量，（g）； A材料试件的受磨面积 （cm2）。,5、耐久性,材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。,物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化