建筑材料及检测-第二章

建筑材料与检测 目录 模块1建筑材料的基本性质 学习目标 了解建筑材料的组成和结构 掌握建筑材料的基本物理性质 力学性质和耐久性 掌握建筑材料的实际密度 表观密度 堆积密度 孔隙率和密实度的计算方法 模块1建筑材料的基本性质 1 1建筑材料的组成和结构 1 1建筑材料的组成和结构 一 材料的组成 一 材料的组成是决定材料的性质的内在因素之 一 化学组成 二 矿物组成 三 相互组成 二 材料的结构 一 宏观结构指用肉眼或放大镜能观察到的结构 它分为散粒结构 聚集结构 多孔结构 致密结构 纤维结构 层状结构 宏观结构 1 散粒结构由单独的颗粒组成2 聚集结构材料中的颗粒通过胶结材料彼此牢固地结合在一起3 多孔结构材料中含有大量的 大的 或微小的均匀分布的孔隙4 致密结构材料在外观上和结构上都是致密的5 纤维结构是木材 玻璃纤维制品所特有的结构6 层状结构是板材常见的结构 显维结构和微观结构 二 显维结构指借助关学显微镜和电子显微镜观察到的结构 它可分为结晶和无定型两种 结晶和无定型是同一物质的不同状态 晶体呈稳定状态 而无定型则具有化学活性 三 微观结构指原子排列结构 根据质子间键的特性分为原子晶体 离子晶体 分子晶体 三 材料的孔隙 一 孔隙形成的原因 1 水分子的占据作用建筑材料加水拌和 用水量通常超过理论上的用水量 多余的水分占据的空间即为孔隙 2 外加的发泡作用如生产加气混泥土等的各种发泡剂 可在材料中形成大量的孔隙 3 火山作用火山爆发时 喷到空中的岩浆 冷却后在岩石中形成大量的孔隙 4 烧作用 孔隙的类型及对材料性质的影响 二 孔隙的类型 1 连通孔隙 2 封闭孔隙 3 半封闭孔隙 三 孔隙对材料性质的影响 孔隙增多 1 材料的体积密度减小 2 材料受力的有效面积减小 强度降低 3 体积密度减小 导热系数和热容随之减小 4 透气性 透水性 吸水性变大 5 对抗冻性 要试孔隙大小和形态而定 有些能提高抗冻性 1 2建筑材料的物理性质 1 2建筑材料的物理性质 1 2建筑材料的物理性质 式中 为实际密度 g cm3 m为材料在干燥状态下的质量 g V为材料在绝对密实状态下的体积 cm3 基本的物理参数实际密度 密度 定义 材料在绝对密实状态下 单位体积所具有的质量 14 实际密度 g cm3 m 材料在干燥状况下的质量V 材料在绝对密实状况下的体积测量方法 不规则的密实材料 用排水体积法有孔隙的材料 把干燥后的材料磨成细粉 用李氏瓶法测定其实体积 进行计算 15 1 2建筑材料的物理性质 式中 为表观密度 g cm3或kg m3 为材料在自然状态下的体积 或称表观体积 cm3或m3 定义 材料在自然状态下单位体积的质量 按下式计算 分 干表观密度和湿表观密度测量方法 规则形状 可根据实际测量不规则形状 用蜡封排液法 17 1 2建筑材料的物理性质 式中 为堆积密度 kg m3 为材料的堆积体积 m3 堆积密度堆积密度是散粒材料 粉状 颗粒状 在堆积状态下单位体积的质量 材料的堆积体积包括所有颗粒的体积以及颗粒之间的空隙体积 19 密度的测量 绝对密实状态下的体积 是指构成材料的固体物质本身的体积 或称实体积孔隙在内的体积 实际密度的测量 1 对近于绝对密实的材料 金属 玻璃等直接以排水法作为密实态体积近似值2 对有孔隙的材料 砖 混凝土 石材磨成细粉 排水法求的体积即为密实态体积 材料的孔隙 一 孔隙形成的原因 1 水分子的占据作用建筑材料加水拌和 用水量通常超过理论上的用水量 多余的水分占据的空间即为孔隙 2 外加的发泡作用如生产加气混泥土等的各种发泡剂 可在材料中形成大量的孔隙 3 火山作用火山爆发时 喷到空中的岩浆 冷却后在岩石中形成大量的孔隙 4 烧作用 1 2建筑材料的物理性质 孔隙的类型及对材料性质的影响 二 孔隙的类型 1 连通孔隙 2 封闭孔隙 3 半封闭孔隙 三 孔隙对材料性质的影响 孔隙增多 1 材料的体积密度减小 2 材料受力的有效面积减小 强度降低 3 体积密度减小 导热系数和热容随之减小 4 透气性 透水性 吸水性变大 5 对抗冻性 要试孔隙大小和形态而定 有些能提高抗冻性 1 2建筑材料的物理性质 材料的密实度与孔隙率密实度密实度是指材料体积内 被固体物质充实的程度 以D表示 并按下式计算 D V V0 0 孔隙率孔隙率是指材料体积内 孔隙体积所占有的比例 以P表示 并按下式计算 P V0 V V0 1 D 1 0 孔隙率与密实度从两个不同侧面来反映材料的致密程度 即D P 1 1 2建筑材料的物理性质 材料的填充率和空隙率1 填充率散粒状材料在其堆积体积中 被固体实体体积填充的程度 2 空隙率 空隙率是指散粒材料的堆积体积内 颗粒之间的空隙体积所占的比例 D P 1 空隙率反映了散粒材料的颗粒之间的相互填充的致密程度 对于混凝土的粗 细骨料 空隙率越小 表明颗粒大小搭配愈合理 亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性 耐水性 抗渗性 抗冻性 与水有关的性质 1 2建筑材料的物理性质 材料与水有关的性质 一 亲水性与憎水性材料遇水后其表面能降低 则水在材料表面易于扩展 这种与水的亲合性称为亲水性 表面与水亲合能力较强的材料称为亲水性材料 与此相反当材料与水接触时不与水亲合 这种性质称为憎水性 二 吸湿性与吸水性吸水性材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性 吸水性大小用吸水率表示 吸水率常用质量吸水率 即材料吸入水的质量与材料干质量之比表示 W质 m饱 m干 m干对于高度多孔的材料的吸水率常用体积吸水率表示 即材料吸入水的体积与材料自然状态下体积之比 W体 V水 V0 m饱 m干 wV0 吸湿性材料在环境中 能自发地吸收空气中水分的性质称为吸湿性 材料的吸湿性用含水率表示 即吸入水与干燥材料的质量之比 材料的吸湿性主要取决于材料的组成及结构状态 一般说 开口孔隙率较大的亲水性材料具有较强的吸湿性 材料的含水率还受到环境条件的影响 它随环境的温度和湿度的变化而改变 最后材料的含水率将与环境湿度达到平衡状态 与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率 此时的含水状态称为气干状态 材料吸水率的大小不仅取决于材料对水的亲憎性还取决于材料的孔隙率及孔隙特征 密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水的 具有粗大孔的材料因其水分不易存留 其吸水率也常小于其开口孔隙率 而那些孔隙率较大 且具有细小开口连通孔的亲水性材料往往具有较大的吸水能力 材料在水中吸水饱和后 吸入水的体积与孔隙体积之比称为饱和系数 材料含水后 不但可使材料的质量增加 而且会使强度降低 保温性能下降 抗冻性能变差 有时还会发生明显的体积膨胀 材料中含水对材料的性能往往是不利的 三 耐水性材料在水的作用下 其强度不显著降低的性质称为耐水性 一般材料含水后 将会以不同方式减弱材料的内部结合力 使强度有不同程度的降低 材料的耐水性用软化系数表示 Kp fw f材料的软化系数波动在0 1之间 软化系数越小 说明材料吸水饱和后强度降低得越多 耐水性越差 软化系数大于0 80的材料 可认为是耐水的 处于水中或潮湿环境中的重要结构物所选用的材料其软化系数不得小于0 85 4 抗渗性 材料抵抗有压介质 水 油 气 渗透的性质称抗渗性 用渗透系数K表示 依达西定律 Q KHAt d 5 抗冻性 浸水饱和的材料在冻融循环作用下保持其原有性质的能力称为抗冻性 用抗冻标号F表示 1 2建筑材料的物理性质 热变型性 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 2 影响导热系数的因数 1 材料的孔隙率愈大 即空气愈多 导热系数愈小同类材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大 则导热系数随体积密度的减小而减小 2 大多数材料的导热系数随温度升高而增加3 材料的化学组成和物理结构 金属材料的导热性大于非金属 无机材料导热性大于有机材料 晶体结构大于玻璃体结构 热容 2 热容 材料加热时吸收热量 冷却时放出热量的性质 称为热容 大小用比热容 比热 表示Q cm T2 T1 1 3建筑材料的力学性质 1 3建筑材料的力学性质 强度及强度等级根据外力作用方式的不同 材料的强度有抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 或抗折强度 及抗剪强度等 抗压 抗拉 抗剪强度的计算公式如下 f F A材料的抗弯强度在求解过程中 可用三点弯曲法求其抗弯强度 抗弯强度 不同种类的材料具有不同的抵抗外力的特点 相同种类的材料 其强度随孔隙率及宏观结构特征的不同有很大差异 材料的孔隙率越大 强度越低 两者有近似直线的比例关系 材料的强度除与组成和结构有关外 其强度值还受试件的形状 尺寸 表面状态 温度 湿度及试验时的加荷速度等因素影响 2 影响材料试验结果的因素 3 强度等级将材料按极限强度 或屈服点 划分成不同的等级 石材 混凝土 红砖等脆性材料主要用于抗压 因此以其抗压极限强度来划分等级 而钢材主要用于抗拉 故以其屈服点作为划分等级的依据 4 比强度比强度是评价材料是否轻质高强的指标 它等于材料的强度与体积密度之比 其数值大者 表明材料轻质高强 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形状的性质称为弹性 这种可恢复的变形称为弹性变形 材料在外力作用下产生变形 但不破坏 当外力取消后材料不能自动恢复到原来形状的性质称为塑性 这种不可恢复的变形称为塑性变形 塑性变形属于永久性变形 1 3建筑材料的力学性质 1 3建筑材料的力学性质 材料在外力作用下达到一定限度产生突然破坏 破坏时无明显塑性变形的性质称为脆性 具有脆性的材料称为脆性材料 脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度 因此其抵抗冲击荷载或振动荷载作用的能力很差 建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料 如混凝土 玻璃 天然岩石 石膏 生铁 砖瓦 陶瓷等 1 3建筑材料的力学性质 材料在冲击 振动荷载作用下抵抗破坏的性能 称为冲击韧性 根据荷载作用的方式不同 分冲击抗压 冲击抗拉 冲击抗弯等 冲击韧性以材料冲击破坏时消耗的能量表示 有些材料在破坏前有显著的塑性变形 如低碳钢 有色金属 木材等 这类材料在冲击 振动荷载作用下 能吸收较大的能量 有较高的韧性 1 3建筑材料的力学性质 1 3建筑材料的力学性质 1 3建筑材料的力学性质 1 4建筑材料的耐久性 1 4建筑材料的耐久性 材料耐久性降低的机理 物理作用 化学作用 生物作用 综合影响 材料腐蚀 物理作用 一般是指干湿变化 温度变化 冻融循环等 这些作用会使材料发生体积变化或引起内部裂纹的扩展 而使材料逐渐破坏 如混凝土 岩石 外装修材料的热胀冷缩等 化学作用 包括酸 碱 盐等物质的水溶液及有害气体的侵蚀作用 这些侵蚀作用会使材料逐渐变质而破坏 如水泥石的腐蚀 钢筋的锈蚀 混凝土在海水中的腐蚀 石膏在水中的溶解作用等 生物作用 菌类 昆虫等的侵害作用 包括使材料因虫蛀 腐朽而破坏 如木材