建筑材料与检测-第二章

1、 1.1 建筑材料的组成和结构建筑材料的组成和结构 1.2 建筑材料的物理性质建筑材料的物理性质 1.3 建筑材料的力学性质建筑材料的力学性质 1.4 建筑材料的耐久性建筑材料的耐久性 学习目标学习目标 了解建筑材料的组成和结构。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。隙率和密实度的计算方法。 1.化学组成化学组成 2.矿物组成矿物组成3.相组成相组成 材料的 组成 1.宏观结构宏观结构 2.显微

2、结构显微结构3.微观结构微观结构 材料的 结构 一一. .材料的材料的组组成成 一一.材料的组成是决定材料的性质的内在因素之材料的组成是决定材料的性质的内在因素之 (一一)化学组成化学组成 (二二)矿物组成矿物组成 （三）相互组成（三）相互组成 二二. .材料的结构材料的结构 ( (一一).).宏观结构宏观结构 指用肉眼或放大镜能观察到的结构指用肉眼或放大镜能观察到的结构, ,它分为它分为 散粒结构散粒结构, ,聚集结构聚集结构, ,多孔结构多孔结构, ,致密结构致密结构, ,纤维结构纤维结构, , 层状结构层状结构 宏宏观结构观结构 1.1.散粒散粒结构结构 由由单独单独的的颗颗粒粒组组成成

3、 2.2.聚集聚集结构结构 材料中的材料中的颗颗粒通粒通过胶结过胶结材料材料 彼此牢固地彼此牢固地结结合在一起合在一起 3.3.多孔多孔结构结构 材料中含有大量的材料中含有大量的, ,大的大的 , ,或微或微 小的均小的均匀匀分布的孔隙分布的孔隙 4.4.致密致密结构结构 材料在外材料在外观观上和上和结构结构上都是致密的上都是致密的 5.5.纤维结构纤维结构 是木材是木材, ,玻璃玻璃纤维纤维制品所特有的制品所特有的结构结构 6.6.层状结构层状结构 是板材常是板材常见见的的结构结构 显维结构显维结构和微和微观结构观结构 ( (二二).).显维结构显维结构 指借助指借助关学显关学显微微镜镜和和

4、电电子子显显微微镜观镜观察到的察到的结构结构, , 它它可分可分为结为结晶和无定型晶和无定型两种两种. .结结晶和无定型是同一物晶和无定型是同一物质质 的不同的不同状态状态, ,晶体呈晶体呈稳稳定定状态状态, ,而无定型而无定型则则具有化具有化学学活活 性性 ( (三三).).微微观结构观结构 指原子排列指原子排列结构结构, ,根据根据质质子子间键间键的特性分的特性分为为原子晶原子晶 体体, ,离子晶体离子晶体, ,分子晶体分子晶体 三三.材料的孔隙材料的孔隙 ( (一一).).孔隙形成的原因孔隙形成的原因 (1).(1).水分子的占据作用水分子的占据作用 建筑材料加水拌和建筑材料加水拌和,

5、,用水量通常超用水量通常超过过理理论论上上 的用的用 水量水量, ,多余的水分占据的空多余的水分占据的空间间即即为为孔隙孔隙 (2).(2).外加的外加的发发泡作用泡作用 如生如生产产加加气气混泥土等的各混泥土等的各种发种发泡泡剂剂, ,可在材料中可在材料中 形成大量的孔隙形成大量的孔隙 (3).(3).火山作用火山作用 火山爆火山爆发时发时, ,喷喷到空中的岩到空中的岩浆浆,冷却后在岩石中冷却后在岩石中 形成大量的孔隙形成大量的孔隙 (4).(4).烧烧作用作用 孔隙的孔隙的类类型及型及对对材料性材料性质质的影的影响响 ( (二二) )孔隙的孔隙的类类型型 (1)(1)连连通孔隙通孔隙 (2

6、)(2)封封闭闭孔隙孔隙 (3)(3)半封半封 闭闭孔隙孔隙 ( (三三).).孔隙孔隙对对材料性材料性质质的影的影响响( (孔隙增多孔隙增多) ) (1). (1).材料的体材料的体积积密度密度减减小小 (2).(2).材料受力的有效面材料受力的有效面积减积减小小, ,强度降低强度降低 (3).(3).体体积积密度密度减减小小, ,导热导热系系数数和和热热容容随随之之减减小小 (4).(4).透透气气性性, ,透水性透水性, ,吸水性吸水性变变大大 (5).(5).对对抗抗冻冻性性, ,要要试试孔隙大小和形孔隙大小和形态态而定而定, ,有些能提高有些能提高 抗抗冻冻性性 1.材料的体积构成材

7、料的体积构成 块体材料在自然状态下的体积是由固体物质体积 及其内部孔隙体积组成的。材料内部的孔隙按孔隙特征 又分为闭口孔隙(或封闭孔隙)和开口孔隙。 散粒材料是指具有一定粒径的材料的堆积体。其 体积构成包括团体物质体积、颗粒内部孔隙体积及固体 颗粒之间的空隙体积。 2.材料的含水状态材料的含水状态 材料在大气中或水中会吸附一定的水分，根据材 料吸附水分的情况，将材料的含水状态分为干燥状态、 气干状态、饱和面干状态及湿润状态4种。 1.实际密度实际密度 实际密度简称密度(density)，是指材料在绝对密实 状态下，单位体积所具有的质量，按下式计算。 V m 式中，为实际密度(g/cm3)；m为

8、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). 基本的物理参数基本的物理参数 实际密度（密度）实际密度（密度） 定义：材料在绝对密实定义：材料在绝对密实 状态下，单位体积所具状态下，单位体积所具 有的质量。有的质量。 V m 14 实际密度（实际密度（g/cm3) m材料在干燥状况下的质量材料在干燥状况下的质量 V材料在绝对密实状况下的材料在绝对密实状况下的 体积体积 l 测量方法：测量方法： l 不规则的密实材料不规则的密实材料用排水用排水 体积法体积法 l 有孔隙的材料有孔隙的材料把干燥后的把干燥后的 材料磨成细粉，用李氏瓶法测材料磨成细粉，用李氏瓶法测 定其实

9、体积，进行计算。定其实体积，进行计算。 15 2.表观密度表观密度 表观密度是指材料在自然状态下，单位体积所具 有的质量，按下式计算。 0 0 m V 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). 0 0 V 定义：材料在自然状态下单位体积的质量，定义：材料在自然状态下单位体积的质量， 按下式计算按下式计算 分：干表观密度和湿表观密度分：干表观密度和湿表观密度 测量方法：测量方法： 规则形状，规则形状， 可根据实际测量可根据实际测量 不规则形状，用蜡封排液法不规则形状，用蜡封排液法 17 3.堆积密度堆积密度 堆积密度是指散粒材料在

10、自然堆积状态下单位体 积的质量，按下式计算。 m 0 0 V 式中， 为堆积密度(kg/m3)； 为材料的堆积体积(m3). 0 0 V 堆积密度堆积密度 堆积密度是散粒材料堆积密度是散粒材料(粉状、颗粒状）粉状、颗粒状） 在堆积状态下单位体积的质量。在堆积状态下单位体积的质量。 材料的堆积体积包括所有材料的堆积体积包括所有 颗粒的体积以及颗粒之间的空颗粒的体积以及颗粒之间的空 隙体积，隙体积， 19 密密 度度 的的 测测 量量 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

11、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 材料的孔隙材料的孔隙 ( (一一).).孔隙形成的原因孔隙形成的原因 (1).(1).水分子的占据作用水分子的占据作用 建筑材料加水拌和建筑材料加水拌和, ,用水量通常超用水量通常超过过理理论论上上 的用的用 水量水量, ,多余的水分占据的空多余的水分占据的空间间即即为为孔隙孔隙 (2).(2).外加的外加的发发泡作用泡作用 如生如生产产加加气气混泥土等的各混泥土等的各种发种发泡泡剂剂, ,可在材料中可在材料中 形成大量的孔隙形成大量的孔隙 (3).(3).火山作用火山作用 火山爆火山爆发时发时, ,喷喷

12、到空中的岩到空中的岩浆浆,冷却后在岩石中冷却后在岩石中 形成大量的孔隙形成大量的孔隙 (4).(4).烧烧作用作用 孔隙的孔隙的类类型及型及对对材料性材料性质质的影的影响响 ( (二二) )孔隙的孔隙的类类型型 (1)(1)连连通孔隙通孔隙 (2)(2)封封闭闭孔隙孔隙 (3)(3)半封半封 闭闭孔隙孔隙 ( (三三).).孔隙孔隙对对材料性材料性质质的影的影响响( (孔隙增多孔隙增多) ) (1). (1).材料的体材料的体积积密度密度减减小小 (2).(2).材料受力的有效面材料受力的有效面积减积减小小, ,强度降低强度降低 (3).(3).体体积积密度密度减减小小, ,导热导热系系数数和

13、和热热容容随随之之减减小小 (4).(4).透透气气性性, ,透水性透水性, ,吸水性吸水性变变大大 (5).(5).对对抗抗冻冻性性, ,要要试试孔隙大小和形孔隙大小和形态态而定而定, ,有些能提高有些能提高 抗抗冻冻性性 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程 度，即固体物质部分的体积占总体积的比例，以D 表示，反映了材料的致密程度。 孔隙率是指块状材料中孔隙体积占材料在自然 状态下总体积的百分比。 材料的密实度与孔隙率材料的密实度与孔隙率 密实度密实度 密实度是指材料体积内，被固体物质充实的程度。以密实度是指材料体积内，被固体物质充实的程度。以D D表表 示，并按下式计算：示，并按下式

14、计算：D=V/VD=V/V0 0=0 0/ 孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占有的比例。以孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占有的比例。以P P表表 示，并按下式计算：示，并按下式计算：P=P=（V V0 0-V-V）/V/V0 0=1-D=1-=1-D=1-0 0/ 孔隙率与密实度从两个不同侧面来反映材料的致孔隙率与密实度从两个不同侧面来反映材料的致 密程度，即密程度，即D+P=1 D+P=1 。 填充率是指散粒状材料在堆积体积内被颗粒所 填充的程度，以D表示。 散粒状材料的空隙率是指散粒状材料颗粒之间 的空隙体积Va占材料堆积状态下总体积的百分比， 以P表示。 材料的填充率和空

15、隙率材料的填充率和空隙率 1 1）填充率）填充率 散粒状材料在其堆积体积中，被固体实体体积填散粒状材料在其堆积体积中，被固体实体体积填 充的程度。充的程度。 %100 V 0 0 V D 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。积所占的比例。 %100) V 1( 0 0 V P 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，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。配愈

16、合理。 与水有关 的性质 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 （一）（一） 亲水性与憎水性亲水性与憎水性 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，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。触时不与水亲合，这种性质称为憎水性。 （二）（二） 吸湿性与吸水性吸湿性与吸水性 吸水性吸水性 材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。吸材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。

17、吸 水性大小用吸水率表示，吸水率常用质量吸水率，即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：材料吸入水的质量与材料干质量之比表示： W W质质= =（m m饱饱-m-m干干）/m/m干干 对于高度多孔的材料的吸水率常用体积吸水率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表示，即材料吸入水的体积与材料自然状态下 体积之比。体积之比。 W W体体=V=V水水/V/V0 0= =（m m饱饱-m-m干干）/w wV V0 0 吸湿性吸湿性 材料在环境中，能自发地吸收空气中水材料在环境中，能自发地吸收空气中水 分的性质

18、称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率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。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。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

19、平衡含，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。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口连通孔的亲水性材

20、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积膨胀。材料中含水对材料的性能往往是不利的 。 （三）耐水性（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，

21、将会以不同方式减弱材料的内部性。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：化系数表示： Kp=fw/f 材料的软化系数波动在材料的软化系数波动在0-10-1之间，软化系数越小，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 化系数大于化系数大于0.800.80的材料，可认为是耐水的。处于水中或的材料，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潮湿环境中的重要结构物所选用的材料其

22、软化系数不得 小于小于0.850.85。 4 4、抗渗性、抗渗性材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性 质称抗渗性。用渗透系数质称抗渗性。用渗透系数K K表示。表示。 依达西定律依达西定律: Q=KHAt/d : Q=KHAt/d 5 5、抗冻性、抗冻性浸水饱和的材料在冻融循环作用下保持其原有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。用抗冻标号性质的能力称为抗冻性。用抗冻标号F F表示。表示。 与热有关 的性质 与热有关的性质与热有关的性质 AtTT Qd )( 21 1 1、导热性、导热性材料传导热量的能力称为导热性。其大小材料传导

23、热量的能力称为导热性。其大小 用热导率（用热导率（）表示。）表示。 2 2、影响导热系数的因数、影响导热系数的因数 1) 1)材料的孔隙率愈大材料的孔隙率愈大, ,即空气愈多即空气愈多, ,导热系数愈小导热系数愈小 同类材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大同类材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大, ,则导热则导热 系数随体积密度的减小而减小系数随体积密度的减小而减小. . 2) 2)大多数材料的导热系数随温度升高而增加大多数材料的导热系数随温度升高而增加 3) 3)材料的化学组成和物理结构：金属材料的导热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，晶体性

24、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。结构大于玻璃体结构。 热热 容容 2、热容材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，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）表示称为热容。大小用比热容（比热）表示 Q=cm(TQ=cm(T2 2T T1 1) ) 材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。当材料承受外 力作用时，在材料内部相应地产生应力，且应力随着外力的增大 而相应增大，直至材料内部质点间的结合力不足以抵抗所作用的 外力时，材料即发生破坏。材料破坏时，应力达到极限值，这个 极限应力值就是材料的强度，也称极限强度。强度的大小是通

25、过 试件的破坏试验而测得的，根据外力作用方式的不同，材料强度 有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。 1.强度 比强度是按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与 其表观密度之比，是衡量材料轻质高强的一项重要指标。如木材 强度值虽比混凝土低，但其比强度却高于混凝土，这说明木材与 混凝土相比较是典型的轻质高强材料。 2.比强度 强度及强度等级强度及强度等级 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。 2 max 2 3 bh LP f t

26、 抗弯强度抗弯强度 材材 料料抗抗 压压抗抗 拉拉抗抗 弯弯 花岗岩花岗岩100250581014 普通黏土砖普通黏土砖7.5301.64.0 普通混凝土普通混凝土7.56019 松木（顺纹）松木（顺纹）30508012060100 建筑钢材建筑钢材24015002401500 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、表形状、尺寸、表 面状态、温度、湿度及试验时的加荷速度面状态、温度、湿度及试验时的加荷速度等因

27、素影 响。 2 2、影响材料试验结果的因素、影响材料试验结果的因素 3 3、强度等级、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 4、比强度、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

28、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。 工程实际中，完全的弹性 材料或完全的塑性材料是不存 在的，一些材料在受力不大时 只产生弹性变形，而当外力达 到一定限度后，即产生塑性变 形，如低碳钢，其变形曲线如 图(a)所示。大多数材料在受力 时，既有弹性变形，也有塑性 变形，如普通混凝土，其变形 曲线如图(b)所示。 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

29、凝土、玻璃、天然岩石、 石膏、生铁、砖瓦、陶瓷等。 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。 材料表面抵抗其他物体压入或刻划的性能，称为硬度。不 同材料硬度的测定方法不同，金属材料的硬度常用压入法测定， 如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷 等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料具有强度 高、耐磨性较强的特点，但不宜加工。 耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力，材料的耐磨性用磨 损率来表示。材料的磨损率越低，表明材料的耐磨性越好。耐 磨性与材料的组成结构及强度、硬度有关，一般硬度较高的材 料，耐磨性也较好。对于楼地面、楼梯、路面等经常受到磨损 作用的部位，在选择材料时应该考虑其耐磨性。 耐久性的定义耐久性的定义1 材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在 环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久 地保持其使用性能的能力。耐久性是材料的一