建筑概论第一章建筑工程材料第一讲材料的物理性质

1、建筑材料河北联合大学轻工学院土木工程部河北联合大学轻工学院土木工程部杨杨 贵贵 金金第一章 材料的性质o本讲目的要求及重点难点：本讲目的要求及重点难点：o【目的要求目的要求】了解建筑材料的分类、掌握建了解建筑材料的分类、掌握建筑材料的基本性质。筑材料的基本性质。o【重 点】建筑材料的基本性质。建筑材料的基本性质。o【难 点】建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质1.1 概论概论o 1.1.1 建筑工程材料的分类建筑工程材料的分类 及检验评定标准及检验评定标准1 1、建筑工程材料的分类、建筑工程材料的分类建筑工程材料：建筑工程材料：构成建筑物和构筑物的材料。构成建筑物和构筑物的材料。（1 1）根据

2、工程材料的功能与用途分类：）根据工程材料的功能与用途分类：结构材料结构材料 装饰材料装饰材料防水材料防水材料 地面材料地面材料保温材料保温材料 屋面材料屋面材料吸声材料吸声材料 等等等等1.1 概论概论o 1.1.1 建筑工程材料的分类及建筑工程材料的分类及 检验评定标准检验评定标准1 1、建筑工程材料的分类、建筑工程材料的分类（2 2）根据化学成分不同划分）根据化学成分不同划分无机材料无机材料有机材料有机材料复合材料复合材料具体分类见具体分类见下表下表17/6建筑工程材料按化学成分分类表建筑工程材料按化学成分分类表 表表0-10-1无机材料无机材料金属材料金属材料黑色金属：铁、建筑钢材黑色金

3、属：铁、建筑钢材有色金属：铜、铝、铝合金有色金属：铜、铝、铝合金无机非金属材料无机非金属材料天然材料：石材、砂、碎石天然材料：石材、砂、碎石无机结合料：石灰、石膏、水泥无机结合料：石灰、石膏、水泥烧结制品：砖、瓦、玻璃、陶瓷烧结制品：砖、瓦、玻璃、陶瓷有机材料有机材料植物材料植物材料木材、竹材等木材、竹材等沥青材料沥青材料石油沥青、煤沥青等石油沥青、煤沥青等高聚物材料高聚物材料塑料、橡胶、有机涂料、胶粘剂塑料、橡胶、有机涂料、胶粘剂复合材料复合材料无机非金属复合材料无机非金属复合材料水泥混凝土、砂浆、无机结合料稳定水泥混凝土、砂浆、无机结合料稳定 混合料混合料金属金属- -无机非金属材料无机非

4、金属材料钢筋混凝土、钢纤维混凝土钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机有机- -无机非金属材料无机非金属材料玻璃钢、聚合物混凝土、沥青混凝土玻璃钢、聚合物混凝土、沥青混凝土1.1 概论概论o 1.1.1 建筑工程材料的分类及建筑工程材料的分类及 检验评定标准检验评定标准2 2、建筑工程材料的检验评定标准、建筑工程材料的检验评定标准 技术标准技术标准是是材料质量评定的依据材料质量评定的依据。 目前我国工程材料技术标准分为四个等级：目前我国工程材料技术标准分为四个等级： 国家标准国家标准 行业标准行业标准 地方标准地方标准 企业标准企业标准17/8国家标准国家标准 行业标准行业标准 gb ( 强制标准强制标

5、准 )：gb1751999硅酸盐水泥硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥 gb/t ( (试行标准，推荐性试行标准，推荐性) ): :gb/t 17671 1767119991999水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法(iso(iso法法) ) 建设部行业：建设部行业：jg 如：如：jgj55jgj5520002000 水泥混凝土配合比设计规程水泥混凝土配合比设计规程 交通行业：交通行业：jt 如：如：jtg e42jtg e4220052005 公路工程集料试验规程公路工程集料试验规程 建材行业：建材行业：jc 如：如：jc/t479jc/t4799292 建筑生石灰建筑生石灰 地

6、方标准（地方标准（db）和企业标准（）和企业标准（qb） 1.1 概论概论o 1.1.2 建筑工程材料的物理性质建筑工程材料的物理性质1 1、材料的密度、毛体积密度、表观密度、堆积密度、孔材料的密度、毛体积密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、空隙率隙率、空隙率1.1.固体（实体）固体（实体） 2.2.闭口孔隙闭口孔隙 3.3.开口孔隙开口孔隙 （1 1） 密度密度： 材料在绝对密实状态下，单位材料在绝对密实状态下，单位 实体体积的干质量。实体体积的干质量。vmv vv v0 0 v v0 0 33/cmvgmcmg实状态下的体积，材料在干燥、绝对密；质量，材料在干燥状态下的密度，不包含开口和闭口

7、空隙的体积。不包含开口和闭口空隙的体积。当材料的组成和微观结构一定时，材料的密度为常数。当材料的组成和微观结构一定时，材料的密度为常数。用李氏瓶法测定用李氏瓶法测定 （2 2） 表观密度表观密度：单位体积（实体矿物成分单位体积（实体矿物成分+封闭孔隙封闭孔隙体积）物质颗粒的体积）物质颗粒的干质量。干质量。00vmv vv v0 0 v v0 0 闭口孔隙的体积包括固体颗粒的体积表观体积，材料在干燥状态下的；质量，材料在干燥状态下的表观密度，3030/cmvgmcmg材料内部的闭口孔隙（封闭孔隙）的含量会影响材料的材料内部的闭口孔隙（封闭孔隙）的含量会影响材料的表观密度值表观密度值用排液置换法测

8、定用排液置换法测定 （3 3） 毛体积密度毛体积密度：材料在干燥状态下，单位体积材料在干燥状态下，单位体积（实体矿物成分（实体矿物成分+封闭孔隙封闭孔隙体积体积+开口孔隙）的开口孔隙）的质量。质量。，0vmv vv v0 0 v v0 0 内部开口孔隙的体积内部闭口孔隙的体积包括固体颗粒的体积体积，材料在自然状态下的；质量，材料在干燥状态下的毛体积密度，303/cmvgmcmg材料内部的孔隙（开口、闭口）的含量等会影响材料的材料内部的孔隙（开口、闭口）的含量等会影响材料的毛体积密度值毛体积密度值表面体积测定或封闭孔隙后的表面体积测定或封闭孔隙后的排液置换法排液置换法 反映散粒堆积的紧密（压实）

9、程度及可能的堆放空间。反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。（4 4）堆积密度）堆积密度 ：一般用量筒测定其体积：一般用量筒测定其体积 自然状态下自然状态下单位体积（含物质颗粒固体及其闭口、开单位体积（含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。xvvmm，00101v一般按自然状态下的湿度计算。一般按自然状态下的湿度计算。xvcmvgmcmg的空隙内部闭口孔隙、颗粒间部开口孔隙、包括颗粒的实体积、内体积，散料在自然状态下的质量，散料在自然状态下的材料的堆积密度，其中：3131/v vv v0 0 v v0 0 （

10、5 5）孔隙率与密实度）孔隙率与密实度( (对应概念对应概念) ) 块料块料 孔隙率孔隙率 %100)1 (%100)/vv/m1 (%100%100000，总体积孔隙体积mvvvp密实度密实度 %100%100/%100%10000，总体积实体体积mvmvvvdv vv v0 0 v v0 0 （2 2）空隙率与填充率）空隙率与填充率 散粒状材料散粒状材料 0mm 空隙率空隙率 填充度填充度 %100%1000xxvvvn，堆积体积空隙体积%100%100%100100，堆积体积颗粒体积xvvvd当含水率为当含水率为0 0时，时，则有则有%1001%100,1000xxvvvvvn，v vv

11、 v0 0 v v0 0 .教学试验录像砂试验细集料的堆积密度振实密度试验.flv.教学试验录像砂试验细集料表观密度试验.flv.教学试验录像石试验公路建筑材料试验之石料的密度试验.flv.教学试验录像石试验粗集料表观密度试验.flv1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质 材料的力学性质直指材料在外力作用下有关变形性质和抵抗破材料的力学性质直指材料在外力作用下有关变形性质和抵抗破坏的能力。坏的能力。1.3.1 1.3.1 强度强度 (strength) (strength) 材料抵抗外力破坏的能力。材料抵抗外力破坏的能力。 1.1.几种强度几种强度（1 1）静力强度：）静力强度： 在静荷

12、载作用下，材料达到破坏前所承受的应力极限在静荷载作用下，材料达到破坏前所承受的应力极限值，也成为材料强度或极限强度。包括抗压值，也成为材料强度或极限强度。包括抗压(compressive)(compressive)、抗拉抗拉(tensile)(tensile)、抗剪、抗剪(shearing)(shearing)强度强度 1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质 1.3.1 1.3.1 强度强度 (strength) (strength) 材料抵抗外力破坏的能力。材料抵抗外力破坏的能力。（1 1）静力强度：抗拉、抗压、抗剪强度）静力强度：抗拉、抗压、抗剪强度 （mpampa） ff破坏时的最

13、大荷载，破坏时的最大荷载，n n a a受力截面面积，受力截面面积，mmmm2 2aff （2 2）抗弯强度（抗折强度）抗弯强度（抗折强度 bending strengthbending strength）223bhflf 单点加荷：单点加荷：二分点加二分点加荷：荷：不同材料，强度等级有不同的划分方法不同材料，强度等级有不同的划分方法2bhflf l l/2/2l l/2/222-l3bhaff 1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质 1.3.1 强度强度 (strength) 材料抵抗外力破坏的能力材料抵抗外力破坏的能力。2.2.影响材料强度试验结果的主要因素：影响材料强度试验结果的主

14、要因素：（1）试件的形状、尺寸、表面状况（脆性材料）试件的形状、尺寸、表面状况（脆性材料） 棱柱、圆柱小于立方体；大尺寸棱柱、圆柱小于立方体；大尺寸小尺寸；表面粗糙小于表面光滑小尺寸；表面粗糙小于表面光滑（2）测试时试件的温度和湿度（沥青、木材、砖）测试时试件的温度和湿度（沥青、木材、砖） 通常温度和湿度升高，强度降低通常温度和湿度升高，强度降低（3）试验加荷速度和试验装置情况）试验加荷速度和试验装置情况加荷速度快，试验数据高；刚度大的试验设备试验数据高于刚度小的试验设加荷速度快，试验数据高；刚度大的试验设备试验数据高于刚度小的试验设备。备。.教学试验录像石试验公路建筑材料试验 之石料单轴抗压

15、强度试验.flv1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质 1.3.1 1.3.1 强度强度 (strength) (strength) 材料抵抗外力破坏的能力。材料抵抗外力破坏的能力。1.3.2 1.3.2 弹性弹性(elasticity)(elasticity)和塑性和塑性(mould)(mould)1.1.弹性弹性外力作用产生变形外力作用产生变形, ,外力取消能外力取消能完全恢复完全恢复。指标：指标：弹性模量弹性模量 e意义：意义：e e表示材料抵抗变形的指标，表示材料抵抗变形的指标，e e值值越大，材料越大，材料 越不易变形越不易变形，即抵抗变形的能力越强。，即抵抗变形的能力越强。2

16、.2.塑性塑性外力作用产生变形外力作用产生变形, ,外力取消变形外力取消变形不能恢复不能恢复1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质 1.3.3 1.3.3 韧性韧性(fragility)(fragility)和脆性和脆性(tenacity)(tenacity) 1.1.脆性脆性无明显塑性变形，突然破坏。无明显塑性变形，突然破坏。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 （宁为玉碎不为瓦全）（宁为玉碎不为瓦全） 2.2.韧性韧性产生一定变形不破坏产生一定变形不破坏, ,能吸收较大的能量。能吸收较大的能量。 韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。韧性材料

17、：低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用采用冲击试验冲击试验测定。测定。1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质 1.3.4 1.3.4 硬度硬度(hardness)(hardness)和耐磨性和耐磨性(abradability(abradability) ) 1.1.硬度硬度抵抗外物压入或刻划的能力。抵抗外物压入或刻划的能力。 可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏、洛氏硬度（金属材料）。布氏、洛氏硬度（金属材料）。 特点：特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。硬度高，耐磨性强，但不易加工。 2.2.耐磨性耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。材料表面抵抗磨损的能力。

18、（路面材料要求）（路面材料要求） 材料受外界的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象材料受外界的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象 成为磨损。成为磨损。.教学试验录像石试验石料磨耗试验洛杉矶法.flv1.3 1.3 材料的力学性质材料的力学性质 1.4 1.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 亲水性材料：亲水性材料：润湿角润湿角9090 水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力憎水性材料：憎水性材料：润湿角润湿角9090 水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力 1 1. .亲水性亲水性与憎水性与憎水性.教学试验录像石试

19、验矿粉亲水系数试验.flv质量吸水率质量吸水率：材料饱水状态：材料饱水状态, ,所吸水分质量占干质量的所吸水分质量占干质量的百分率百分率体积吸水率体积吸水率：材料饱水状态：材料饱水状态, ,所吸收水分体积占干体积所吸收水分体积占干体积百分率百分率%1001mmmx%100v/01水）（mmx2. 吸水性吸水性(absorption)与吸湿性与吸湿性(hygroscopicity) （1）吸水性）吸水性饱水状态（吸水饱）饱水状态（吸水饱）恒值恒值 由于材料的亲水性和开口孔隙的存在。由于材料的亲水性和开口孔隙的存在。 1.4 1.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 （2）吸湿性）吸湿性自然状

20、态自然状态 变值变值 含水率：自然状态下材料所含含水率：自然状态下材料所含水分质量占其干质量的百分率水分质量占其干质量的百分率%1002mmmm m1 1材料吸水饱和后的质量，材料吸水饱和后的质量，g gm2材料吸水后的质量，材料吸水后的质量，g gm m材料干质量，材料干质量，g g v0v0材料自然状态下的体积，立方分米材料自然状态下的体积，立方分米2. 吸水性吸水性(absorption)与吸湿性与吸湿性(hygroscopicity) 1.4 1.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 3.3.耐水性耐水性(water resistance)(water resistance)材料长

21、期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质 指标：指标：软化系数软化系数f fb b材料饱水状态抗压强度，材料饱水状态抗压强度，mpampaf fg g材料干燥状态抗压强度，材料干燥状态抗压强度，mpampa gbrffk注意：注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。经常位于水中或潮湿严重的重要结构，其材料的软化系数不于经常位于水中或潮湿严重的重要结构，其材料的软化系数不于0.850.900.850.90；受潮较轻或次要结构，材料软化系数也不宜小于受潮较轻或次要结构，材料软化系数也不宜

22、小于0.700.850.700.85 1.4 1.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 4.4.抗渗性抗渗性(water tightness)(water tightness) 抵抗压力水渗透的性质抵抗压力水渗透的性质 （1 1）渗透系数）渗透系数（2 2）抗渗等级）抗渗等级 指石料、砼或砂浆所能指石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。承受的最大水压力。如：最大承水压力为如：最大承水压力为0.2mpa0.2mpa，表示为，表示为p p2 2，另有，另有p p4 4、p p6 6 、p p8 8、p p1010dathkqs渗透系数：渗透系数： athqdks透水量：透水量：k ks s的意义

23、：的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。 1.4 1.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 o 抗冻等级：标准尺寸的材料试件，在水饱和状态下，经受标抗冻等级：标准尺寸的材料试件，在水饱和状态下，经受标准的冻融作用后，其强度不严重降低、质量部显著损失、想准的冻融作用后，其强度不严重降低、质量部显著损失、想能不明显下降时所能经受的冻融循环次数。能不明显下降时所能经受的冻融循环次数。 o 记为记为f50f50、f100f100、f200f200、f300 f300 1.5 1.5 材料的耐久性材料的耐久性耐久性耐久性(durability)(durability

24、)材料抵抗外力破坏材料抵抗外力破坏的能力。的能力。 耐久性为综合性质：耐久性为综合性质： 抗渗性、抗冻性、抗蚀性（化学腐蚀，抗渗性、抗冻性、抗蚀性（化学腐蚀，生物腐生物腐 蚀）、抗老化、耐热性、耐磨性等蚀）、抗老化、耐热性、耐磨性等不同环境中，应不同环境中，应考虑相应的性质。考虑相应的性质。材料的抗冻性：材料饱水状态下，能经材料的抗冻性：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。不显著下降的性质。因素：因素：水、负温度导致水、负温度导致冰胀压力作用、水压力冰胀压力作用、水压力作用和显微冰析作用。作用和显微冰析作用。o习题习题o 1

25、 1、概念：密度，毛体积密度、表观密度、堆积密度，孔、概念：密度，毛体积密度、表观密度、堆积密度，孔隙率、孔隙率隙率、孔隙率o 2 2、量取、量取10l10l气干状态下的卵石，称得质量为气干状态下的卵石，称得质量为14.5kg,14.5kg,又将又将该卵石烘干后，称取该卵石烘干后，称取500g,500g,放入装有放入装有500ml500ml水的量筒中，静水的量筒中，静置置2424小时，量筒水面升高到小时，量筒水面升高到685ml685ml处，求该卵石的表观密处，求该卵石的表观密度，堆积密度。度，堆积密度。o习题习题o 3 3、一块普通粘土砖，外形尺寸为、一块普通粘土砖，外形尺寸为240mm24

26、0mm* *115mm115mm* *53mm53mm，吸，吸水饱和后质量为水饱和后质量为2900g2900g，烘干后至恒温质量为，烘干后至恒温质量为2500g2500g，又将，又将该砖磨细再烘干后称取该砖磨细再烘干后称取50g50g，用李氏瓶测得其体积为，用李氏瓶测得其体积为18.518.5立方厘米。试求该砖的密度，毛体积密度，孔隙率（设所立方厘米。试求该砖的密度，毛体积密度，孔隙率（设所有孔隙为开口孔隙）。（水的密度按有孔隙为开口孔隙）。（水的密度按1 1克克/ /立方厘米计。）立方厘米计。）o 4 4、某工地所用碎石，其密度为、某工地所用碎石，其密度为2.652.65克克/ /立方厘米立方厘米, ,松散堆松散堆积密度为积密度为 16801680千克千克/ /立方米，表观密度为立方米，表观密度为2.612.61克克/ /立方厘立方厘米。求该碎石的空隙率和岩石的孔隙率。（设该碎石颗粒米。求该碎石的空隙率和岩石的孔隙率。（设该碎石颗粒中的孔隙均为闭口孔隙。）中的孔隙均为闭口孔隙。）o 答案：答案：33/703. 2500685500/45. 110001010005 .142cmgcmg表观密度堆积密度题%34.27%100