模块二 建筑材料基本性质

1、石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院建筑材料石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院第一节第一节 材料的物理性质材料的物理性质 第二节第二节 材料的力学性质材料的力学性质 第三节第三节 耐久性耐久性主要内容主要内容石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院第一节第一节 材料的物理性质材料的物理性质 一、与材料积体相关概念一、与材料积体相关概念 二、材料的密度、表观密度、堆积密二、材料的密度、表观密度、堆积密度度 三、密实度、孔隙率三、密实度、孔隙率 四、填充率、空隙率四、填充率、空隙率 五、与水有关的性质五、与水有关的性质 六、热工性能六、热工性能石家庄铁道学院石家庄铁道学

2、院材料科学与工程分院一、一、 与材料体积有关的几个概念与材料体积有关的几个概念1、材料结构、材料结构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p 固体（实体）固体（实体）p 孔孔u闭口孔隙闭口孔隙u开口孔隙开口孔隙2 2、材料的体积、材料的体积v体积是材料占有的空间尺寸。体积是材料占有的空间尺寸。v由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。v绝密体积、表观体积、堆积体积绝密体积、表观体积、堆积体积石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：干材料在绝对密实状态下的体积，即定义：干材料在绝

3、对密实状态下的体积，即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。隙的材料体积。v表示方法：以表示表示方法：以表示v测定方法：测定方法：q比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其于绝对密实状态下，直接测其体积；认为其于绝对密实状态下，直接测其体积； q 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于小于0.2mm0.2mm）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积实际体积石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：材料在自然状态下的体积，即整

4、体材定义：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。料的外观体积（含内部孔隙和水分）。v表示方法：以表示方法：以0 0表示。表示。v测定方法测定方法q对形状规则的材料，直接测量；对形状规则的材料，直接测量；q对形状不规则的材料，蜡封后用排水法对形状不规则的材料，蜡封后用排水法 测量测量石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。体外观体积。v表示方法：以表示方法：以V V表示表示v测定方法：测定方法：q包括了材料间的空隙体积包括了材料间的空隙体积q用既定容积的容器测定用既定容积的

5、容器测定。v与堆积状态有关与堆积状态有关（同一材料）（同一材料）q松散堆积下的体积较大松散堆积下的体积较大q密实堆积状态下的体积较小密实堆积状态下的体积较小石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院二、二、 材料的密度、表观密度、堆积密度材料的密度、表观密度、堆积密度 定义：材料在绝对密实状态下单位体积的重量。定义：材料在绝对密实状态下单位体积的重量。 计算式：计算式： = m/v式中式中 ： 密度（密度（kg/m3） m材料的干燥质量，材料的干燥质量，kg。 v材料在材料在绝对密实状态下的体积，绝对密实状态下的体积，m3 测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。测定方法：李氏瓶法、排水法、几

6、何法。 意义：反映材料的结构状态，意义：反映材料的结构状态， 例如：用密度控制例如：用密度控制玻璃的生产玻璃的生产石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院有孔材料密度的测定石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：表观定义：表观密度在自然状态下，材料单位体积的重量重量 计算式：计算式： 式中式中 。 表观密度，表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，材料的质量，kg。 V。 材料在自然材料在自然状态下的体积，状态下的体积，m3。 测定方法：测定方法：v规则试件：几何计算法；规则试件：几何计算法；v不规则试件：蜡封，饱和排水法不规则试件：蜡封，饱和排水法与含水状态的关系与含水状

7、态的关系：含水量越大，表观密度越小含水量越大，表观密度越小。mV石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积状态下单位体积的重量。状态下单位体积的重量。 计算式：计算式： 测定方法：测定方法：粉状或粒状材料的质量是指填充在一粉状或粒状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定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。的容积而言。 意义：在土木建筑工程中，计算材料用量、构意义：在土木建筑工程中，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件的自重，配料计算以及确定堆

8、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。用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。mV石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院几种密度的特点：几种密度的特点：v相同点：相同点：指单位体积质量。（质量指单位体积质量。（质量/ /体积）体积）v区别：区别：测试方法不同，获得体积大小不同测试方法不同，获得体积大小不同体积的测试方法：体积的测试方法：v实体体积实体体积 李氏比重瓶法或排水法李氏比重瓶法或排水法( (粉末粉末) )v表观体积表观体积（实体闭口开口）实体闭口开口） 规则试件：几何计算法；规则试件：几何计算法； 不规则试件：

9、蜡封，饱和排水法不规则试件：蜡封，饱和排水法v堆积体积堆积体积( (实体闭口开口间隙实体闭口开口间隙)密度筒法密度筒法小结小结石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。 计算式：计算式：三、密实度、孔隙率三、密实度、孔隙率%100%100000mmVVD 定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例的比例 计算式：计算式：%1001%1001%1000000P石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院孔隙率与密实度的关系？孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关

10、系？孔隙率与材料性质的关系？ 材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。抗冻性、保温性能等。两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？定相同？材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关孔的形状有关孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、 孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院某工程

11、顶层欲加保温层，以下两图为两种某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种 材料的剖面。请问选择何种材料？材料的剖面。请问选择何种材料？ AB石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院讨论：保温层的目的是外界温度变化对住户保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见好。观察两种材料的剖面，可见A A材料为多材料为多孔结构，孔结构，B B材料为密实结构，多孔材料的导材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。热系数较小，适于作保

12、温层材料。 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为 多孔、容量仅多孔、容量仅700 kg/m700 kg/m3 3的加气混凝土砌块。的加气混凝土砌块。 在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧 结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表 面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析 原因。原因。 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院分析：加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数

13、为多数为“墨水瓶墨水瓶”结构，肚大口小，毛结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。看孔的结构。 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定义：指指散粒材料在某堆积体积中，被其定义：指指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充颗粒填充 的程度。的程度。 计算式：计算式：四、填充率、孔隙率四、填充率、孔隙率 定义：指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的定义：指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体空隙体 积

14、所占的比例。积所占的比例。 计算式：计算式：%100%1000000VVDDP1%1001%1001%1000000000石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院意义：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互意义：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的相填充的 致密度。空隙率可作为控制混凝土骨致密度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计料级配与计 算含砂率的依据。算含砂率的依据。 关系：关系： D D + P + P =1 =1 （粉状材料）（粉状材料）石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院1 1 测定含测定含大量开口孔隙大量开口孔隙的材料表观密度时，的材料表观密度时，直接用排水法测

15、定其体积，为何该材料的质直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？度？ 2 2含水率为含水率为10%10%的的100g100g湿砂，其中干砂的重湿砂，其中干砂的重量为多少克？量为多少克？石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院五、与水有关的性质五、与水有关的性质石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？建筑红砖能否用作防水材料？建筑红砖能否用作防水材料？长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？有哪些要求？与水有关的性质包括与水有关的性质包括：亲

16、水性和憎水性；吸水性亲水性和憎水性；吸水性 和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为 亲水性材料：润湿角亲水性材料：润湿角9090 憎水性材料：润湿角憎水性材料：润湿角9090180180 亲水性憎水性v 建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等v 建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料 等属于憎水材料可用作防水材料，也

17、可用于亲水材料的表等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表 面处理。面处理。1 1、亲水性和憎水性、亲水性和憎水性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院（1）吸水性）吸水性饱水状态（吸水饱和）恒值饱水状态（吸水饱和）恒值定义：材料与水接触吸收水分的性质。定义：材料与水接触吸收水分的性质。指标：用吸水率表示。指标：用吸水率表示。质量吸水率：材料饱水状态质量吸水率：材料饱水状态, ,所吸水分质量占干质量的百分率所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料饱水状态体积吸水率：材料饱水状态, ,所吸收水分体积占干体积百分率所吸收水分体积占

18、干体积百分率2 2. 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性%100干干吸质mmmW%1001wmmmW干干吸体石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。q对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。较小。吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性

19、、抗冻性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。抗冻性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有的吸水率只有0.50.7，混凝土的吸水率为，混凝土的吸水率为23，粘土砖的吸水率达，粘土砖的吸水率达820，而木材，而木材的吸水率可超过的吸水率可超过100。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院（2）吸湿性）吸湿性自然状态自然状态 变值变值 定义定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 指标：含水率指标：含水率 定

20、义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率的百分率 计算式：计算式：。%100干干含含mmmW石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院与空气湿度有关与空气湿度有关 材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的叫作材料的平衡含水率平衡含水率。选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？选择瓷砖和木材要

21、关注材料的吸水率还是含水率？ 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强坏，其强 度也不显著降低的性质。度也不显著降低的性质。指标：软化系数（指标：软化系数（K软）软） 3 3. 耐水性耐水性干饱软ffK）的抗压强度（：材料吸水饱和状态下饱MPaf）压强度（：材料干燥状态下的抗干MPaf石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。例如：石膏和混凝土。 因为水分会分散在材料内微粒的表

22、面，削弱其因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。当材料内含有可溶内部结合力，则有不同程度的。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。解部分物质，造成强度的严重降低。|软化系数的范围波动在软化系数的范围波动在01之间，当软化系数大于之间，当软化系数大于0.80时，时， 认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，湿环境的建筑物， 则必须选用软化系数不低于则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造。的材料建造。石家庄铁道学院石家庄

23、铁道学院材料科学与工程分院4 4. 抗渗性抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质。定义：材料抵抗压力水渗透的性质。指标：指标：1）渗透系数：）渗透系数： 式中：式中： K K 渗透系数，渗透系数，cm/hcm/h；A A 透水面积，透水面积，cmcm2 2； Q Q 透水量，透水量，cmcm3 3； t t 时间，时间，h h ；d d 试件厚度，试件厚度，cmcm； H H 静水压力水头，静水压力水头，cmcm。K K的意义的意义：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。AtHQdK 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院2）抗渗等级）抗渗等级定义：定义：指指用

24、标准方法进行透水试验时，用标准方法进行透水试验时，石料、砼石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。或砂浆所能承受的最大水压力。 表示方法：字母表示方法：字母P+可承受的水压力（以可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。为单位）来表示抗渗等级。 举例：如举例：如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承等，表示试件能承受逐步增高至受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。的水压而不渗透。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院q 抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。侵蚀性）。q 材

25、料的抗渗性与材料内部的材料的抗渗性与材料内部的空隙率空隙率特别是开口孔隙特别是开口孔隙率有关，率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。越差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。q 地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。有好的抗渗性。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院

26、5 5. 抗冻性抗冻性定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。既不破坏强度又不显著下降的性质。指标：抗冻等级指标：抗冻等级抗压强度下降抗压强度下降25%25%；质量损失；质量损失5%5%时能经受冻融时能经受冻融 循环的循环的最大次数最大次数。 例如：例如： F150混凝土混凝土该混凝土能够抵抗的该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为最大冻融循环次数为150次次。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院材料抗冻标号的选择，足根据结构物的种材料抗冻标号的选择，足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。类

27、、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为材料，一般要求其抗冻标号为D15D15或或D25D25；用于桥梁和道路的混凝土应为用于桥梁和道路的混凝土应为D50D50、D100D100或或D200 D200 。水工混凝土要求高达水工混凝土要求高达D500D500。5 5. 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，

28、会使材料遭到局部破坏。随着冻融循料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。为冻融破坏。v冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强度降低。强度降低。 v冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成造成 压力。压力。 5 5. 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院冻融破坏的大坝坝面使用20年高速公路桥5 5. 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院5 5.

29、 抗冻性抗冻性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院1.1.材料的软化系数越大，则其材料的软化系数越大，则其 A)A)耐水性越好耐水性越好 B)B)耐水性越差耐水性越差 C)C)抗冻性越好抗冻性越好 D)D)抗冻性越差抗冻性越差2.2.干燥的石材试样重干燥的石材试样重450g450g，浸入水中吸水饱和，浸入水中吸水饱和后排出水的体积是后排出水的体积是230cmcm3 3，重，重500g,500g,取出后抹干取出后抹干再浸入水中排开水的体积是再浸入水中排开水的体积是190cmcm3 3，试样磨细，试样磨细烘干后再放入水中，排出水的体积为烘干后再放入水中，排出水的体积为170170cm3，

30、求求此石材的密度、表观密度、开口空隙率、此石材的密度、表观密度、开口空隙率、孔隙孔隙率率和质量吸水率、。和质量吸水率、。 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院3.3.材料的开口孔隙率越多，则其。材料的开口孔隙率越多，则其。 A)A)耐水性越好耐水性越好 B)B)耐水性越差耐水性越差 C)C)抗渗性越好抗渗性越好 D)D)抗渗性越差抗渗性越差4. 4. 材料吸水后，将使材料的材料吸水后，将使材料的 提高。提高。 A)A)耐久性耐久性 B)B)强度强度 C)C)保温保温 D)D)导热系数导热系数石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院5.5.有一块烧结普通砖，在吸水饱和状有一块烧结

31、普通砖，在吸水饱和状态下重态下重2900g2900g，其绝干质量为，其绝干质量为2550g2550g。砖的尺寸为。砖的尺寸为24024011511553mm53mm，经，经干燥并磨成细粉后取干燥并磨成细粉后取50g50g，用排水法，用排水法测得绝对密实体积为测得绝对密实体积为18.62 cm18.62 cm3 3 。试计算该砖的吸水率、真实密度、试计算该砖的吸水率、真实密度、表观密度、孔隙率。表观密度、孔隙率。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 解解 该砖的吸水率为该砖的吸水率为 真实密度为真实密度为 表观密度为表观密度为 孔隙率为孔隙率为 评注评注 质量吸水率是指材料在吸水饱和时

32、，所吸水质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比。量占材料在干燥状态下的质量百分比。%100255025502900%100ggbmMMMW3/69. 262.1850cmgVm300/74. 13 . 55 .11252550cmgVm%3 .3569. 274. 1110P石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院1有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下测得有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下测得的破坏荷载为的破坏荷载为185KN185KN，干燥状态下测得的破坏荷，干燥状态下测得的破坏荷载为载为207KN207KN（受压面积为（受压面积为115mm115mm12

33、0mm120mm），问砖），问砖的吸水饱和状态下和干燥状态下抗压强度各为的吸水饱和状态下和干燥状态下抗压强度各为多少？是否适宜常与水接触的工程结构物？多少？是否适宜常与水接触的工程结构物？ 2 2怎么区分材料的亲水性与憎水性？怎么区分材料的亲水性与憎水性？ 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗 能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材 料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。墙体节能、屋面节能和门窗节能。建筑节能建筑节能保温材料保温材料热工性质热工性质导热性导热性热容量热容量六、热工性质六、热工性质石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与

34、工程分院导热性导热性定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。指标：导热系数指标：导热系数 式中式中 导热系数，（导热系数，（）；传导的热量）；传导的热量材料厚度，；材料厚度，； 热传导面积，热传导面积， m m2 2；一热传一热传导时间，导时间，h h（t t2 2-t-t1 1）材料两面温度差，）材料两面温度差，K K)(12ttFZQd石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的各种材料的导热系数差别很大，常

35、见建筑材料的导热系数范围是导热系数范围是0.0350.0353.5 W3.5 W(mK)(mK)，工程中，工程中通常把通常把0.23W0.23W(mK)(mK)的材料称为的材料称为绝热材料绝热材料（保温和隔热材料）（保温和隔热材料）。 工程意义：判断材料的保温隔热性能（工程意义：判断材料的保温隔热性能（传热越传热越保温性保温性 物理意义：导热系数为单位厚度物理意义：导热系数为单位厚度(1m)(1m)的材料、两面温的材料、两面温度差为度差为1 1时、在单位时间时、在单位时间(1s)(1s)内通过单位面积内通过单位面积(1(1) )的热量。的热量。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院常用

36、建筑材料的热工性质指标常用建筑材料的热工性质指标材料名称材料名称 导热系数导热系数W/(mK) 比热比热J/(gK) 钢钢 55 0.46 玻璃玻璃0.9 花岗岩花岗岩 3.49 0.92 普通混凝土普通混凝土 1.510.88 水泥砂浆水泥砂浆 0.93 0.84 普通粘土砖普通粘土砖 0.81 0.84 粘土空心砖粘土空心砖 0.64 0.92 松木松木 0.170.35 2.51 泡沫塑料泡沫塑料 0.03 1.30 冰冰 2.20 2.05 水水 0.60 4.19 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|材料的化学组成与结构材料的化学组成与结构 p 化学组成不同的材料，其导热

37、系数不同，所以化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。不同材料的导热系数也不同。 p 如：一般情况下，导热系数的大小为：如：一般情况下，导热系数的大小为： 金属材料非金属材料金属材料非金属材料 有机材料有机材料影响导热性的因素：影响导热性的因素：石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|孔隙率和空隙构造特征孔隙率和空隙构造特征 P，导热性，导热性，原因是静止空气的，原因是静止空气的一般材一般材 料的料的。 P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，一定时，随着连通孔和粗孔的增多，因为若孔隙，因为若孔隙 粗大或贯通，对流作用加强，粗大或贯通，对流作用加强，。|材料的湿度和

38、温度材料的湿度和温度 材料受潮后，材料受潮后，导热性，导热性，保温隔热性，保温隔热性（水水空气空气） 材料再受冻，材料再受冻，进一步进一步，保温隔热性进一步，保温隔热性进一步(冰冰水水)。棉袄浸水后保暖棉袄浸水后保暖性变差？性变差？孔多的材料保温孔多的材料保温性能好？性能好？石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院热容热容v定义：材料受热时吸收定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量热量，冷却时放出热量的性质。用比热容的性质。用比热容C表表示。示。v在建筑工程中的作用：在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有室内温度的相对稳定有很大影响很大影响。材

39、料名称材料名称 比热比热J/(gK) 钢钢 0.46 铜铜 0.38 花岗岩花岗岩 0.92 普通混凝土普通混凝土 0.88 水泥砂浆水泥砂浆 0.84 普通粘土砖普通粘土砖 0.84 粘土空心砖粘土空心砖 0.92 松木松木 2.51 泡沫塑料泡沫塑料 1.30 冰冰 2.05 水水 4.19 石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院1 1中空玻璃为什么比同厚度的实心玻中空玻璃为什么比同厚度的实心玻 璃保温性能好？璃保温性能好？2 2保温材料为什么保持干燥状态保温保温材料为什么保持干燥状态保温 效果较好？效果较好？石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院一、材料的强度一、材料的强

40、度二、弹性和塑性二、弹性和塑性三、脆性和韧性三、脆性和韧性四、硬度和耐磨性四、硬度和耐磨性第二节第二节 材料的力学性质材料的力学性质石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院一、材料的强度l1.1.强度强度q材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。强度极限，材料发生破

41、坏。q在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。坏时的荷载值，计算材料的强度。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|2.根据外力作用方式不同分类: q 抗压强度、抗拉强度、 抗弯强度（或抗折强度） 及抗剪强度。如下图所示：石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料

42、科学与工程分院混凝土路面砖抗折强度试验石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：AFfmaxf-材料强度，材料强度， MPaFmax-材料破坏时的最大荷载，材料破坏时的最大荷载，NA-试件受力面积，试件受力面积，mm2石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v 抗弯强度（抗折强度抗弯强度（抗折强度 ） 223bhFLf 单点加荷：单点加荷： 三分点加荷：三分点加荷： 2bhFLf ppppLpLL / 3 L / 3 L / 3P / 2P / 2bpp( a )( b )( c )( d )石

43、家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。 3.强度等级强度和强度等级的联系与区别强度等级是人为规定的强度范围强度指的是材料的极限值，是唯一的,是实测值强度等级的确定必须以其极限强度值为依据,每一强度等级则包含一系列强度值用于评价材料是否轻质高强。如 C30 M10 Q2354.比强度材料的强度与其表观密度的比值石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院1)材料的组成、结构与构造2)孔隙率与孔隙特征3)试件的形状和尺寸4)加荷速度5)试验环境的温度、湿度6)受力面状态石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|弹性弹性q 定义：定义：材

44、料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹形称为弹 性变形（或瞬时变形）。性变形（或瞬时变形）。q 指标：弹性模量指标：弹性模量 q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值越大，材料值越大，材料越不易变形，即抵抗变形的能力越强。越不易变形，即抵抗变形的能力越强。二、弹性和塑性二、弹性和塑性E石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|2 2、塑性：塑性：q定义：定义：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消材料在外力作用下产生变

45、形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。永久变形）。q 常见塑性材料：常见塑性材料：混凝土拌合物、水泥浆、钢材、沥混凝土拌合物、水泥浆、钢材、沥青等青等Play石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|1、脆性、脆性q定义：定义：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时破坏时 并无并无 明显的塑

46、性变形的性质。明显的塑性变形的性质。q 特点：特点：破坏时，变形小；抗压强度高而抗拉、抗破坏时，变形小；抗压强度高而抗拉、抗折强度低折强度低q 脆性材料：脆性材料：大部分无机非金属材料均属脆性材料，大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然如天然 石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土凝土 砂浆等。砂浆等。三、脆性和韧性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|2、韧性（冲击韧性）、韧性（冲击韧性）q定义：定义：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产

47、生一定的变形而不致破坏的大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。性质。q 韧性材料：韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击试验测定路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结试验测定路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。构都要考虑材料的韧性。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院四、硬度和耐磨性四、硬度和耐磨性v 1.1.硬度硬度q定义：材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、定义：材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压压 入其表面的能力入其表面的能力q分类：摩氏硬度（石料、陶瓷

48、等）；分类：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；布氏布氏、洛氏硬、洛氏硬度（金属材料）。度（金属材料）。 q测定方法：刻划法，回弹法和压入法测定方法：刻划法，回弹法和压入法刻划法：用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石刻划法：用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级晶刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级 回弹法：用于测定混凝土表面硬度，并间接推算回弹法：用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝混凝 土的强度土的强度石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院v2 .2 .耐磨性耐磨性 定义：耐磨性是材

49、料表面抵抗磨损的能力。定义：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。 指标：材料的耐磨性用磨耗率表示指标：材料的耐磨性用磨耗率表示 计算公式：计算公式：式中：式中：G-G-材料的磨耗率，材料的磨耗率， （g/cmg/cm2 2）m m1 1 - -材料磨损前的质量，（材料磨损前的质量，（g g）m m2 2-材料磨损后的质量，（材料磨损后的质量，（g g）A-A-材料试件的受磨面积材料试件的受磨面积 （cmcm2 2）AmmG21石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院1. .影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？2.2.材料的强度与强度等级有何区别？材料的

50、强度与强度等级有何区别？3.3.在有冲击、振动荷载的部位宜选用具有哪些在有冲击、振动荷载的部位宜选用具有哪些特性的材料？为什么？特性的材料？为什么？石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院 定定 义义 材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。使用性能的性质。 破坏作用破坏作用 材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破还经常要受到环境

51、中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。第三节第三节 材料的耐久性材料的耐久性石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院|物理作用物理作用：可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这：可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融 变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下，变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下， 经常处于高

52、温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑 材料要具有耐热性能。材料要具有耐热性能。|化学作用化学作用：包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、：包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。|机械作用机械作用：包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材：包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。|生物作用生物作用：包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀：包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。蚀而破坏。石家庄铁道学院石家庄铁道学院材料科学与工程分院n砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。坏。n金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。n木材等有机质材料常因生物作用而破坏。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。n沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下会逐渐老