第一章 建筑材料基本性质-1、2((已讲2-2)

第一章建筑材料的基本性质,本章教学目标,掌握：材料各种基本性质的概念、指标的计算。,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。,了解：材料的各性质在工程实践中的意义。,第一节材料的化学组成、结构和构造,(一）材料的组成包括化学组成与矿物组成决定材料各种性质的最基本因素。,材料的化学组成指构成材料的基本化合物或化学元素的种类与数量。表示方法：无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物的百分含量的百分率形式表示：金属材料则以其元素的百分含量来表示。作用：决定着材料的化学性质，影响着物理性质和力学性质。,材料的矿物组成：矿物定义材料中含有特定的晶体结构、特定物理力学性能的组织结构称为矿物。矿物组成指构成材料的矿物种类和数量。作用决定材料的许多重要性质的主要因素。,硅酸盐水泥熟料矿物组成,生料,SiO2,CaO,化合反应,8001450,800左右,分解反应,Al2O3,Fe2O3,2CaOSiO2,3CaOSiO2,3CaOAl2O3,4CaOAl2O3Fe2O3,生料,（二）材料的结构,分宏观、微观、细观结构作用决定材料各种性质的重要因素。,1.微观结构,指用电子显微镜、X射线衍射仪等手段来分析研究材料的原子分子层次的结构特征，其尺寸范围在10-1010-6m。作用决定材料的许多物理、力学性质，如强度、硬度、导热性、导电性等。,微观结构的主要形式：晶体、玻璃体、胶体（1）晶体：材料的质点（原子或分子、离子）按一定规律在空间重复排列的固体称为晶体。特点：具有特定的几何外形；具有各向异性；具有固定的熔点和化学稳定性；强度高、硬度大，机械性能较好。一般晶体越细，分布越均匀的晶体材料的强度越高。,微观结构玻璃体,玻璃体：指高温熔融物在急速冷却时形成的无定形体。如粉煤灰、普通玻璃等。特征：化学活性高；无固定的熔点；力学性质各向同性。,微观结构胶体胶体：指物质以极微小的质点分散在介质中所形成的结构，其粒径为10-910-7m。特征：能保持稳定性；具有黏结性；具有较大的流动性，也就是变形较大。,2.宏观结构即材料的构造。材料在宏观可见层次上的组成形式。,宏观分类：（1）按孔隙特征分：致密构造多孔构造微孔构造,致密构造这类材料的孔隙率很低或趋近于零、结构致密的材料。特征：密度较大，吸水性低，抗渗性好，强度较高；多孔构造指材料内部有粗大孔隙的结构。特征：密度较小，吸水率高，抗渗性差，但绝热、吸声性好。微孔构造指材料内部有分布较均匀的微细孔隙的结构。特征：一般密度较小，吸水率高，抗渗性差，绝热、吸声性好。,（2）按构造特征或存在状态分类：颗粒状构造纤维构造层状构造纹理结构,（2）按构造特征或存在状态分：颗粒状构造分为聚集构造与散粒构造。固体颗粒的聚集体。如砂、石、混凝土、砂浆、沥青混凝土。纤维构造由纤维状物质构成的材料。,（2）按构造特征或存在状态分：,层状结构天然形成或采用人工黏结等方向将材料叠合而成层状的结构。叠合结构。如胶合板、纸面石膏板、塑料贴面板等。纹理结构天然材料在生长或形成过程中自然造就天然纹理，如木材、大理石、人造花岗岩板材、瓷质彩胎砖等。,总之，建筑材料的组成决定了材料的化学性质，微观结构决定了材料的物理性质，宏观结构决定了其工程性质，它们三者互相联系，互相制约。,三、建筑材料的孔隙,孔隙材料实体内部被空气所占据的空间。孔隙状况对建筑各种基本性质具有重要的影响。产生原因：自然与人为因素。表示指标：孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径（1）孔隙率：孔隙在材料体积中所占的比例。（2）孔隙直径：分粗大孔、毛细孔、极细微孔三类孔隙。（3）连通性：连通孔和封闭孔。,连通孔开口孔隙封闭孔闭口孔隙,第二节材料的物理性质（重点内容）,指材料与其各种物理过程（水、热作用）有关的性质。一、与质量有关的性质二、与水有关的性质三、与热有关的性质,两个重要的概念：（一）材料的体积构成1.单体材料的体积构成：固体物质体积、孔隙体积（闭口与开口）；2.堆积材料的体积构成：固体物质体积、孔隙体积（闭口与开口）、空隙体积。,固体物质,（二）材料所处状态：材料在不同状态下的体积构成。,1.单体材料的状态：,2.堆积材料的状态,一、材料与质量有关的性质1.材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度2.材料的密实度与孔隙率3.材料的填充率与空隙率,1.材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度,（1）密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。密度,g/cm3或kg/m3；m材料的质量，g或kg；V材料的绝对密实体积，cm3或m3。,密度试验：,测试时，材料必须是绝对干燥状态。a、绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的固体物质部分的体积，也称实体积。b、对于测定可研磨的非密实材料的密度，要磨成细粉，干燥后用密度瓶（李氏瓶）测定体积，采用排开液体的方法来测定其体积，材料麿得越细，测得的数值就越接近绝对密实体积。,李氏瓶,天平,（2）表观密度、体积密度、视密度表观密度（俗称“容重”）材料在自然状态下，单位体积的质量。式中V0材料的表观体积，cm3或m3总结：材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。,表观体积的确定：a、对于外形规则的材料，如烧结砖、砌块，其体积的测定可用测量体积尺度或蜡封法排水得其外观体积体积密度；b、对于不规则外形材料的表观体积，如砂石类散粒材料，可用排水法测得其外观近似体积视密度。所以一般材料的表观密度小于其密度。通常所指的表观密度，是指干燥状态下的表观密度。,（3）堆积密度散粒状（粉状、颗料状、纤维状）材料在自然堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度。,0，材料的堆积密度,g/cm3或kg/m3m材料的质量，g或kgV0材料的堆积体积，cm3或m3测定散粒状材料的堆积密度时，材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的体积。,总结：散粒状材料在自然堆积状态下的体积，是指含有孔隙在内的散粒状材料的总体积与颗粒之间空隙体积之和。,在建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。,总结：密度,2、材料的密实度与孔隙率（1）密实度_指材料的内部固体物质填充的程度。D_材料的密实度V材料的绝对密实体积，也即干燥材料在绝对密实状态下的体积，cm3或m3V0材料的表观体积，也即材料在自然状态下的体积，cm3或m30材料的表观密度,g/cm3或kg/m3密度,g/cm3或kg/m3,（2）孔隙率_材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：V材料的绝对密实体积，也即干燥材料在绝对密实状态下的体积cm3或m3V0材料的表观体积，也即材料在自然状态下的体积，cm3或m30材料的表观密度,g/cm3或kg/m3密度,g/cm3或kg/m3,物理意义：材料的孔隙率与密实度从两个不同的侧面来反映材料的致密程度。其关系为P+D=1，但通常用孔隙率直接反映孔隙率大小，孔隙率越大，则密实度越小。,孔隙率与密实度之间有什么关系？,3、材料的填充率与空隙率（1）填充率指散粒状材料在堆积体积中，被其颗粒填充的程度。,（2）空隙率_指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P按下式计算：散粒材料的空隙率与填充率的关系为：,物理意义空隙率与填充率是相互关联的两个性质，空隙率的大小可直接反映散粒材料的颗粒之间相互填充的程度。散粒状材料空隙率越大，则填充率越小。在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制料级配与计算的重要依据。,空隙率与填充率之间有什么关系？,二、材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性工程实际中，材料的亲水性与憎水性，通常以润湿角的大小划分。,亲水性材料：接触角（润湿角）90。憎水性材料：接触角90。0铺展或完全润湿；180完全不润湿,大多数建筑材料都是亲水材料，憎水材料有沥青、石蜡、某些高分子材料等。憎水材料不仅可作为防水材料，还可用于处理亲水材料的表面，以降低材料的吸水性，提高材料的防水防潮性能。,问题：亲水性材料能做防水材料吗？,孔隙率较小的亲水性材料同样也具有较好的防水性，防潮性，仍可作为防水或防潮材料使用，如水泥砂浆、水泥混凝土、琉璃瓦等；,2、吸水性与吸湿性,（1）吸水性：指材料在水中吸水的性质。用吸水饱和时的质量吸水率和体积吸水率表示。,（1）质量吸水率指材料在吸水饱和时，所吸收水分的质量占材料在干燥状态下的质量百分比。（2）体积吸水率指材料在吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料总体积的百分率。常温下取w=1.0g/cm3,问题：是否所有的建筑材料的吸水率都既能用质量吸水率表示又能用体积吸水率表示呢？,常用的建筑材料，其吸水率一般采用质量吸水率表示。对于某些轻质材料，如木材等，由于其质量吸水率往往超过100%，一般采用体积吸水率表示。,影响材料吸水性的因素:（1）材料本身的性质，如亲水性或憎水性；（2）材料的孔隙率（3）孔隙构造特征,(2)吸湿性：材料在空气中吸收水汽的性质。吸湿性的大小用含水率表示如下：材料既能在空气中吸收水分，又能向外界释放水分，当材料中的水分与空气的湿度达到平衡，此时的含水率就称为平衡含水率。我们通常所说的材料的含水率多指平衡含水率。,影响材料的吸湿性的因素：（1）材料的本身的性质，如亲水性或憎水性（2）材料的孔隙率；（3）孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等；（4）周围空气的温度和湿度材料吸湿性的不利之处（1）表观密度提高（2导热性增加（3）体积有所膨胀（4）容易发生冻胀，使材料易腐朽，耐久性降低,吸水性与吸湿性的关系,3、耐水性,定义：材料在吸水饱和状态中，不发生破坏，强度也不显著降低的性能称为材料的耐水性。表示方法：用软化系数KPf饱/f干表示，式中KP材料的软化系数f饱材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。f干材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）.,软化系数的意义：其大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。软化系数的范围：KP是在01之间变化，KP0.80的材料，称为耐水性材料。,工程对材料软化系数的要求：1）对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软0.85；2）受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.75；,4、抗渗性定义：是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。渗透是水在压力下通过材料内部毛细孔的迁移过程，与材料内部的孔结构直接相关。表示方法：用渗透系数或抗渗等级表示。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）,（1）渗透系数的定义：指一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，单位时间内透过单位面积的水量。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强；渗透系数越大，表明渗透材料的水量愈多，即抗渗性愈差。,材料的抗渗性也可用抗渗等级P表示。用符号Pn表示，n为该该标准试验条件下所能承受的最大水压力的10倍数。工程应用：抗渗性是决定材料耐久性的重要因素，同时它也是检验防水材料质量的重要指标。地下建筑、水工建筑物、屋面、地面防水材料等均要求较高的抗渗