《建筑材料》第二次课(第一章第一节)(本科)

1、土木工程材料土木工程材料 第一章第一章 材料的基本性质材料的基本性质 建筑工程系建筑工程系主讲教师：李棱雪主讲教师：李棱雪l1.1 材料的物理性质材料的物理性质 l本节的学习目标本节的学习目标l1）掌握密度、表观密度以及堆积密）掌握密度、表观密度以及堆积密度之间的区别度之间的区别l2）掌握孔隙率及孔的形状对材料性）掌握孔隙率及孔的形状对材料性能的影响。能的影响。l3）掌握与水有关的性质）掌握与水有关的性质l4）了解材料的热工性质）了解材料的热工性质第第1章章 材料的基本性质材料的基本性质 1.1 材料的物理性质材料的物理性质 1.1.1 1.1.1 1. 1.几种密度几种密度 1.1.固体（实

2、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，单位实体体积的干质材料在绝对密实状态下，单位实体体积的干质量。量。 （不包括开口和闭口孔隙体积）（不包括开口和闭口孔隙体积）vmV VV V0 0（2 2）表观密度）表观密度 ： 材料单位表观体积（闭口孔隙材料单位表观体积（闭口孔隙+ +开口孔隙开口孔隙+ +实体）的干质量。实体）的干质量。KBVVVmVm00V VV V0 0两种密度异同：两种密度异同：m为为材料的烘干质量；材料的烘干质量； 体积不同，为体积不同，为实体体积，表观体积。实体体积，表观体积。 密度密度 表观密度

3、表观密度 l l（3）堆积密度）堆积密度 ：l 散粒状材料在自然状态下单位堆积体积散粒状材料在自然状态下单位堆积体积（开口（开口+闭口闭口+实体实体+空隙）的质量。空隙）的质量。反映散粒堆积的紧密（压实）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。SKBVVVVmVm00思考：思考：l颗粒材料的密度为颗粒材料的密度为，表观密度为，表观密度为0，堆积，堆积密度密度0 ，则三种密度的关系？，则三种密度的关系？ A 00 B. 00 C.00 D.00 1.1.2. 1.1.2. 孔隙率和空隙率孔隙率和空隙率孔隙的特征孔隙的特征l（1）按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为微孔、细）

4、按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为微孔、细孔和大孔三种孔和大孔三种l（2）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连通孔。立孔、连通孔。l（3）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。开口孔、封闭孔。孔隙对材料的影响：（孔隙对材料的影响：（1 1）孔隙的多少（孔隙率）孔隙的多少（孔隙率） （2 2）孔隙的特征）孔隙的特征1.1.孔隙率和密实度孔隙率和密实度%100)1 (%100%100000VVVP总体积孔隙体积PVVD1%100%100%10000总体积实体体积孔隙率孔隙率 密实度密实度 孔隙率是指材料内部孔

5、隙体积占材料孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。总体积的百分率。密实度是指材料的体积被固体物质充实的程度。密实度是指材料的体积被固体物质充实的程度。V VV V0 02.2.空隙率与填充率空隙率与填充率 散粒状材料散粒状材料%100)1 (%100%10000000VVVp堆积体积空隙体积空隙率空隙率 pVVD1%100%100%1000000堆积体积颗粒体积填充度填充度 空隙率是指散粒材料堆积体积中，颗粒间空隙体积空隙率是指散粒材料堆积体积中，颗粒间空隙体积占总体积的百分率。占总体积的百分率。填充率是指散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。填充率是指散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程

6、度。1.1.3 1.1.3 材料与水有关的性质材料与水有关的性质1. 材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性l湿润边角：在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面湿润边角：在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角做切线，此切线与材料和水接触面的夹角 ，称为湿润边，称为湿润边角。角。亲水性材料：亲水性材料：润湿角润湿角9090（表现为亲水性）（表现为亲水性） 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（表现为憎水性）（表现为憎水性） 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

7、力水分子与材料分子间吸引力2. 2. 材料的吸水性与吸湿性材料的吸水性与吸湿性 (1) 吸水性：材料在水中能吸收水分的性质吸水性：材料在水中能吸收水分的性质饱水状态饱水状态（吸水饱和）（吸水饱和） 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所吸水分质量占干质量的百分率分率 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所吸收水分体积占干体积百分率分率 %100%100%100000wbwbVmmmmmmVwVWwWWmV /0%100mmmWbm思考思考：l质量吸水率和体积吸水率可以大于质量吸水率和体积吸水率可以大于100%吗

8、？吗？l材料的孔隙率越大，吸水率越大，对吗？材料的孔隙率越大，吸水率越大，对吗？l l材料的吸水性不仅与材料的亲水性或憎水性有关，材料的吸水性不仅与材料的亲水性或憎水性有关，而且与孔隙率的大小和孔隙特征有关而且与孔隙率的大小和孔隙特征有关。对于孔特。对于孔特征相近的材料，一般孔隙率越大，吸水性也越强。征相近的材料，一般孔隙率越大，吸水性也越强。具有粗大孔隙的材料，虽然水分容易渗入，但仅具有粗大孔隙的材料，虽然水分容易渗入，但仅能润湿孔壁表面而不易在孔内存留，因而吸水率能润湿孔壁表面而不易在孔内存留，因而吸水率不高；密实材料以及仅有封闭孔隙的材料是不吸不高；密实材料以及仅有封闭孔隙的材料是不吸水

9、的，开口细微连通且孔隙率大，吸水性强。水的，开口细微连通且孔隙率大，吸水性强。（2）吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的）吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质性质 自然状态自然状态 含水率：自然状态，材料所含水分质量占其干质含水率：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率量的百分率%100mmmWshl有一块湿砖重有一块湿砖重2625g，其含水率为，其含水率为5% ，该湿，该湿砖所含水量为多少？砖所含水量为多少？l解：解：gxxxmmmWsh125%5%1002625%100吸水率与含水率的异同吸水率与含水率的异同：l材料的吸水率反映了材料在标准测试方法之下吸材料的吸水率反映了材料在标准测

10、试方法之下吸收水分的能力的大小，收水分的能力的大小，是恒值。是恒值。l材料的含水率反映材料在自然状态下含水的状态，材料的含水率反映材料在自然状态下含水的状态，不一定已经达到吸水饱和，当材料与空气湿度达不一定已经达到吸水饱和，当材料与空气湿度达到平衡时就不再吸收空气中水分，此时含水率称到平衡时就不再吸收空气中水分，此时含水率称为平衡含水率。为平衡含水率。是变值。是变值。 3.3.材料的耐水性材料的耐水性 材料长期在水的作用下既不破坏，强度又不显著降低材料长期在水的作用下既不破坏，强度又不显著降低的性质称为耐久性。的性质称为耐久性。 指标：指标：软化系数软化系数l原因：原因：随含水量增加，减弱其内

11、部结合力，导致强度随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。下降。KR的范围在01之间。 lKR0.85， 称为耐水材料称为耐水材料 dbRffK f fb b材料饱水状态抗压强度，材料饱水状态抗压强度，MPaMPaf fd d材料干燥状态抗压强度，材料干燥状态抗压强度，MPa MPa 4. 4.材料的抗渗性材料的抗渗性 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：抗渗等级越高，其抗渗性越好。）抗渗等级：抗渗等级越高，其抗渗性越好。 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

12、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 P1010渗透系数：渗透系数： AtHQdKSK Ks s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。l抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。在设计地抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。在设计地下建筑、压力管道、容器等结构时，均需要求其下建筑、压力管道、容器等结构时，均需要求其所用材料具有一定的抗渗性能。所用材料具有一定的抗渗性能。l抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。 5. 材料的抗冻性材料的抗冻性l材料饱水状

13、态下，能经受多次冻融交材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏，强度又不显著降低的替作用，既不破坏，强度又不显著降低的性质。性质。l抗冻等级：抗冻等级：能经受冻融循环的能经受冻融循环的最大次数最大次数，l 记为记为F50、F100、F200、F300 ：孔隙率越：孔隙率越大，材料的抗冻性大，材料的抗冻性是否越差？是否越差？材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入

14、孔隙的水越多，材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔越多，材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。在这样的隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。在这样的情况下，材料的抗冻性不会差。情况下，材料的抗冻性不会差。4.4.材料的热工性质材料的热工性质l4.1导热性导热性l导热性是指材料传导热量的能力。用导热系数来表示。导热性是指材料传导热量的能力。用导热系数来表示。l l材料的导热系数越小，表示其绝热性能越好。材料的导热系数越小，表示其绝热性能越好。l通常气体的导热系数

15、通常气体的导热系数液体的导热系数液体的导热系数固体的导热系数固体的导热系数 l4.2热容量热容量l热容量是指材料在温度变化时吸收或放出热热容量是指材料在温度变化时吸收或放出热量的能力。其大小用比热容来表示。量的能力。其大小用比热容来表示。l比热容的大小直接影响建筑内部空间的温度比热容的大小直接影响建筑内部空间的温度变化率。变化率。l设计过程中选用设计过程中选用导热系数较小而热容量较大导热系数较小而热容量较大的材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定的材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。性。思考某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，请问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？选择何种材料？ A B保温层的目的是较少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A材料为多孔结构，B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。l某材料的体积吸水率为某材料的体积吸水率为10%，密度为，密度为3.0g/cm3,表观密度为表观密度为1500kg/m3。试求该。试求该材料的质量吸水率、开口孔隙率、闭口孔材料的质量吸水率、开口孔隙率、闭口孔隙率？隙率？l已知某种建筑材料试样的孔隙率为已知某种