建筑材料的基本性质

学习材料性质的原因 建筑材料在使用过程中 承受着各种不同的作用 因而要求具有相应的不同性质 例如1 受力结构的材料必需具有良好的力学性能 2 防水材料必须具有抗渗防水能力 3 墙体材料必须具有隔热保温 吸声隔音性能 4 北方水工建筑物 许多材料必须具有良好的抗渗性和抗冻性 5 材料必须经受住风吹日晒等 因此必须具有良好的耐久性 因此 学习材料的性质对我们了解材料的性能 正确选择 使用 材料有着很好的理论基础 物理性质 密度 表观密度 堆积密度 孔隙率和空隙率 力学性质 材料的强度 强度等级 比强度 弹性和塑性 脆性与韧性 材料与水有关的性质 吸水性和吸湿性 耐水性 抗渗性和抗冻性 材料的热工性能 比热 导热性 热变形性 耐燃性 材料的耐久性能 材料的组成结构 构造与材料性质的关系 教学重点 难点 材料的物理 力学性质 第二章建筑材料的基本性质 教学目的与要求 2 1材料组成 结构及构造对性质的影响 2 1 1材料的组成材料的组成包括化学组成和矿物组成 1 化学组成 定义 化学组成是指构成材料的化学成分 化学组成对材料性质的影响 不同化学组成的材料其性质不同 例如 钢中的含碳量越多 硬度越大 但塑性 韧性越差 含碳量C 1 硬度 抗拉强度 断面收缩率 伸长率 冲击韧性 例 化学元素碳对钢材性质的影响如下图 1 4 2矿物组成许多无机非金属材料都是由各种矿物组成的 相同的化学成分组成的材料 不同矿物的矿物成分 材料的性质也是不同的 例如 硅酸盐水泥熟料中 铝酸三钙 硅酸三钙 硅酸二钙和铁铝酸四钙的性能都是不同的 2 1材料组成 结构及构造对性质的影响 2 1 2材料的结构和构造 1 宏观结构 2 细观结构 3 微观结构 1 宏观结构 用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织 2 细观结构 用光学显微镜观察到的微米级的组织结构 3 微观结构 用电子显微镜 X光射线衍射仪等手段来研究材料分子 原子级的微观组织 称为微观结构 2 2材料的物理性质 1 密度 指的是材料在绝对密实状态下 单位体积的干质量 计算公式为 上式中 密度 g cm3 m 材料在干燥状态下的质量 g v 材料在绝对密实状态下的体积 cm3 2 2 1密度 表观密度和堆积密度 关于密度计算中的体积问题 注意 材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的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 一般采用李氏瓶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 关于密度计算中的体积问题 测量有孔隙材料密度的方法与步骤 2 表观密度 指的是材料在自然状态下 单位体积的干质量 表观密度的计算公式为 上式中 表观密度 kg m3 m 材料在干燥状态下的质量 kg vo 材料在自然状态下的体积 m3 自然状态下的体积vo 密实状态下的体积v 孔隙体积v孔 思考题 比较密度和表观密度的大小 思考题 如何测定材料的表观密度 取材料样品 烘干 烘箱1050C 1100C 冷却到室温 干燥器 称量质量m 天平 一 测定材料的干质量m 二 测定材料的自然体积Vo 分两种情况 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V石 3堆积密度 指的是颗粒状或粉状材料在堆积状态下 单位体积的质量 计算公式为 堆积密度 kg m3 m 材料在干燥状态下的质 kg 材料在堆积状态下的体积 m3 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 2 2 2材料的密实度和孔隙率 一 材料的密实度和孔隙率 1 材料的密实度 是指材料体积内被固体物质充实的程度 也就是固体体积占总体积的比例 用D来表示 2孔隙率 是指材料体积内 孔隙体积占总体积的百分率 用P表示 孔隙可分为闭口孔和开口孔 P V0 V V0 100 1 V V0 100 材料内部孔隙示意 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 但是保温性差 导热性越好 P9表2 1常用材料的密度 表观密度 堆积密度和孔隙率 2 2 3材料的填充率与空隙率 1 填充率填充率是指散粒材料 如砂子 石子等 在堆积体积中 被其颗粒填充的程度 填充率一般用D 来表示 按下式计算 或 2 空隙率 空隙率是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 堆积密度 空隙率指标在工程中的应用 例如 在砼中 砂石间的空隙需要水泥浆填充 其空隙越大 拌制砼所需的水泥浆量越多 如果要节约水泥 减少砼的成本 就需要采用空隙率尽可能小的砂石 而孔隙率与表现密度和堆积密度有关 因此 建筑用卵石 碎石 GB T14658 2001中规定 表观密度大于2500千克 立方米 堆积密度大于1350千克 立方米 空隙率小于47 课堂练习 烧结普通砖的尺寸为240 115 53 其干燥质量为2487g 孔隙率为37 求其密度和表观密度 总结及作业 总结 本节主要讲述表观密度 堆积密度 孔隙率 空隙率 应该注重于材料的表观密度 堆积密度的测定 以上四个指标在工程中具体应用 作业 P191 2 3 over 2 2 4材料与水有关的性质 1 材料的亲水性和憎水性 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 防水防潮材料应优先选用哪种材料 2 材料的吸水性和吸湿性 1 材料吸湿性及含水率材料的吸湿性是指材料吸收空气中水分的性质 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Wh表示 计算公式如下 含水率在工程中的应用 例如 拌制砼所用材料质量是指干质量 但现场的砂石都不同程度有水存在 因此在称量上应该考虑到砂石的含水情况 己知每拌制1m3混凝土需要干砂606Kg 测得施工现场的含水率砂为7 则现场需要称取多少湿砂 砂用量 S S 1 Ws 606 1 7 648Kg 知识延伸 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 2 吸水性与吸水率吸水性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 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 材料的吸水性和吸湿性有什么区别 3 材料的耐水性 耐水性 是指材料长期在水的作用下 其强度也没有显著下降的性质 一般用软化系数K表示 KR 0 85的为耐水材料 4 抗渗性 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质 抗渗性的表示方法有两种 一 渗透系数K土一般采用K越大 说明抗渗性越差 二 抗渗等级P砼和砂浆一般采用 等级越高 说明抗渗性越好 用P6 P8 P10等表示如 P6表示材料的最大渗水压力为0 6MPa 5 抗冻性 定义 指材料在含水状态下能忍受多次冻融循环而不破坏 强度也不显著下降的性质 表示 抗冻等级F表示 如F10 表示在标准试验条件下 材料强度下降不大于25 质量损失不大于5 所能经受的冻融循环次数最多为10次 原因 1 结冰体积膨胀2 溶解由外向内进行 引起内外温度应力差 影响因素 外因和内因 注意 质量和强度损失都不超过标准规定的范围 二 材料的热工性能 比热 导热性 1 材料的导热性 是指材料存在温差时 热量能从材料的一面通过材料本身传到另一面的性质 称为导热性 导热性一般用导热系数表示 1 导热系数越小 材料的隔热保温性能越好 2 金属材料的导热系数大于非金属材料的导热系数 3 细小而封闭的孔隙 导热系数越小 开口而粗大 连通的孔隙 导热系数越大 2 材料的热容量 定义 是指材料受热时吸收热量 冷却时放出热量的性质 称为热容量 表示 比热C 解释一下 为什么滨海城市冬暖夏凉 3 热变形性 材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质 称为材料的热变形性 亦称为温度变形 温度变形一般用热膨胀系数表示 4 耐燃性 材料在空气中遇火不着火不燃烧的性能 称为耐燃性 2 3力学性质 2 3 1材料的强度和强度等级 1 材料的强度 材料的强度是指材料在外力作用下不破坏时所能承受的最大应力 2 材料的强度等级 强度等级的定义 大多数建筑材料根据其极限强度的大小 把材料划分为若干不同的等级 称为材料的强度等级 材料强度等级划分的标准 a 脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级 如混凝土 水泥 粘土砖等 例 混凝土的强度等级划分为9级 C15 C20 C55 b 韧性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级 如钢材等 如钢材分为Q195 215 235 255 275等 3 比强度 比强度 是指材料的强度与其表观密度的比值 比强度的意义 1 衡量材料轻质高强性能的一项重要指标 2 选用比强度高的材料或者提高材料的比强度 对大跨度 高高度建筑十分有利 普通混凝土 低碳钢 松木的比强度分别为0 012 0 053 0 069 2 3 2材料的弹性和塑性 1 弹性 是指材料在外力作用下产生变形 当取消外力后 能完全恢复原形状的性质 称为弹性 2 塑性 是指材料在外力作用下产生变形 当取消外力后 仍保持变形后的形状和尺寸的性质 称为塑性 低碳钢的 曲线 分段的弹性变形和塑性变形 2 3 3材料的脆性和韧性 1 脆性 是指材料在外力作用下 直到破坏前无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质 称为脆性 如玻璃 混凝土 水泥等 2 韧性 是指材料在冲击或震动荷载的作用下 能吸收较大能量 并产生较大变形而不发生破坏的性质 称为韧性 如钢材 木材 橡胶等 问题 脆性材料和塑性材料的主要区别是什么 2 3 4材料的硬度和耐磨性 1 硬度 是指材料表面抵抗较硬物体压入或刻划的能力 2 耐磨性 是指