第一章材料性质

1、本章教学目标 l第一节 材料与质量有关的性质l第二节 材料与水有关的性质l第三节 材料与热有关的性质l第四节 材料与声学有关的性质l第五节 材料与力学有关的性质建筑装饰材料的基本性质建筑装饰材料的基本性质1.1 与质量有关的性质与质量有关的性质l1 1 密度密度 l2 2 表观密度表观密度 l3 3 堆积密度堆积密度（散粒体）（散粒体）4 4 密实度和孔隙率密实度和孔隙率5 5 空隙率空隙率1 1、材料的密度、材料的密度 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：密度，gcm3； m 材料在干燥状态的质量，g； V 材料的绝对密实体积，cm3。 1 . 1Vm1密实材料，如金属材

2、料、花岗岩等材料的内部密实而没有孔隙VM 密度：材料的密度1密度注意注意: :绝对密实状态下的体积绝对密实状态下的体积是指不包含材是指不包含材料内部孔隙的真实体积。料内部孔隙的真实体积。l对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很容易测定。部是不含孔隙的，故体积很容易测定。l但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下材料是含有一些孔隙的。材料是含有一些孔隙的。有有孔隙孔隙材料的体积测定方法：材料的体积测定方法：一般采用一般采用密度瓶法密度瓶法测定有孔材料的实体积测定有孔材料的实体积思考题：思考题： 如何

3、测量有孔隙材料的密度？如何测量有孔隙材料的密度？*测量有孔隙材料密度的方法与步骤：样品磨成细粉样品磨成细粉烘烘 干干冷却到室温冷却到室温称量质量称量质量测定体积测定体积密密 度度烘箱烘箱105-110C干燥器干燥器天天 平平密度瓶密度瓶2 2、材料的表观密度、材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：式中：0表观密度，表观密度，kgm3； m 材料的质量，材料的质量，kg； V0材料在自然状态下的外形体积，材料在自然状态下的外形体积，m3。2 . 100Vm材料的密度2表观密度2材料的内部有许多孔隙孔隙材料，如砖头、混凝土、

4、木材等孔表观密度：VVMVM00%VV1000孔孔隙率%VV1000密实度思考题：如何测定材料的表观密度？思考题：如何测定材料的表观密度？取材料样品取材料样品磨磨 细细烘烘 干干 烘箱烘箱1050C1100C冷却到室温冷却到室温 干燥器干燥器称量质量称量质量 m 天平天平测定材料的干质量测定材料的干质量m:m:（1）对于形状规则的材料，如砖、石块等： 用游标卡尺可定材料的自然体积； 对于六面体，测定长、宽、高； 对于圆柱体，测定其直径和高；（2）对于形状不规则的材料，如卵石、碎石 等，采用排液法确定其自然体积。注明材料含水情况，没有特殊说明是指气干状态下的材料表观密度。材料为散粒或粉状，如砂、

5、石子、水泥等，在堆积状态下，材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在堆积状态下，单位体积的质量。按下式计算：单位体积的质量。按下式计算：式中：式中： 材料的堆积密度，材料的堆积密度，kgkgm m3 3； m m 材料的质量，材料的质量，kgkg； 材料的自然材料的自然( (松散松散) )堆积体积堆积体积( (包括材料颗粒体包括材料颗粒体积和颗粒之间空隙的体积积和颗粒之间空隙的体积) )，m m3 3。3 3、材料的堆积密度、材料的堆积密度3 . 100Vm00V3内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等堆积材料颗粒的内部有许多孔隙堆积材料颗粒之间存在许多空隙空孔堆积密度：VV

6、VMVM00材料的密度3堆积密度%VV1000空空隙率%VV10000填充率？（1 1）首先采用前述方法测定其干质量首先采用前述方法测定其干质量m;m;（2 2）然后采用然后采用容量升容量升来测定砂子、石子的堆积体来测定砂子、石子的堆积体积积 ，方法如下：，方法如下： a a）砂子砂子采用采用1L1L、5L5L的容量升的容量升来测堆积体积来测堆积体积； b b）石子石子采用采用10L10L、20L20L、30L30L的容量升的容量升来测定其来测定其堆积体积；堆积体积；（3 3）利用公式计算堆积密度：利用公式计算堆积密度：0V00Vm4、密实度：、密实度： 是指材料体积内被固体物质充实的程度，是

7、指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例，用也就是固体物质的体积占总体积的比例，用D D来来表示。表示。%100VVD0 %100VVD0 或%100)m()m(0 %1000 5 5、材料的孔隙率、材料的孔隙率材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：即：即：DP=1或密实度孔隙率或密实度孔隙率=1。5 . 1%100)1 (10000VVVVVPv密实度和孔隙率反映了材料的致密程度密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越少，则：越少，则

8、：其强度越高；其强度越高；吸水越少吸水越少；抗渗性和抗冻性越好；抗渗性和抗冻性越好；但是导热性差但是导热性差；P7表表1-1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度和常用材料的密度、表观密度、堆积密度和 孔隙率孔隙率6、空隙率、空隙率 指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的的空隙体积占堆积体积的百分率空隙体积占堆积体积的百分率，用，用P P表示：表示：%100000 vvvp%100100 v 空隙率的大小反映了散粒空隙率的大小反映了散粒 材料的颗粒之间材料的颗粒之间 相互填充的致密程度相互填充的致密程度；思考：空隙率与孔隙率有什么区别？思考：空隙率与孔隙率有什么区别？

9、（1.61.6）l1 1 亲水性与憎水性亲水性与憎水性l2 2 吸水性吸水性l3 3 吸湿性吸湿性4 4 耐水性耐水性5 5 抗渗性抗渗性 6 6 抗冻性抗冻性1 1、亲水性和憎水性、亲水性和憎水性（1）亲（憎）水性： 材料在空气中与水接触时，能被水湿润的，称为亲水性，否则为憎水性；（2）亲（憎）水性材料： 具有亲水性的材料称为亲水性材料，如木材、砖、混凝土、石等；反之为憎水性材料，如沥青，石蜡、塑料等。 思考：材料亲水和憎水的原因是什么？思考：材料亲水和憎水的原因是什么？ 与水接触时，材料与水之间的分子亲合力大于水本身分子间的内聚力，材料表现为亲水性；材料与水之间的分子亲合力小于水本身分子间

10、的内聚力，材料表现为憎水性。原因原因 亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而渗入材料内部。 憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。 材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等，只有少数材料如沥青、石蜡及某些塑料等为憎水性材料。 是指材料与水接触吸收水分的性质，吸水是指材料与水接触吸收水分的性质，吸水性的大小用吸水率表示，吸水率用两种表示方性的大小用吸水率表示，吸水率用两种表示方式。式。（1 1）质量吸水率：）质量吸水率：%100干干湿质mmmW)%gmgmW量（材料在干燥状态下的质的质量（材料在吸水饱和状态下）材料的质量吸水率（其中干湿质2 2、吸水率

11、、吸水率（2 2）体积吸水率：）体积吸水率：材料在材料在吸水饱和状态下，所吸水饱和状态下，所吸收水的体积占材料自然体积的百分率。吸收水的体积占材料自然体积的百分率。%100)(%100V00VmmVW水干湿水体330/0 . 1);%cmgcmVW水的密度，常温下取的体积（干燥材料在自然状态下）材料的体积吸水率（其中，水体思考：材料的亲水性和吸水性有什么区别？思考：材料的亲水性和吸水性有什么区别？ 是指材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性是指材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性质质，吸湿性的大小用吸湿性的大小用含水率含水率表示。表示。含水率含水率是指材料中所含是指材料中所含水的质量占其干质量的百分

12、率水的质量占其干质量的百分率用用WW 含含表示；表示；计算公式如下计算公式如下：%100干干含含mmmW)%gmgmW量（材料在干燥状态下的质量（材料在含水状态下的质）材料的含水率（其中干含含3 3 、吸湿性、吸湿性干干燥燥的的材材料料吸收空气中吸收空气中的水分的水分潮潮湿湿的的材材料料平衡含水率平衡含水率平衡含水率：平衡含水率：当材料中所含水分与空气湿度达到当材料中所含水分与空气湿度达到相对平衡时的含水率。相对平衡时的含水率。释放水分释放水分4 4、耐水性、耐水性 是指材料长期在饱和水的作用下，其强度是指材料长期在饱和水的作用下，其强度也没有显著下降的性质也没有显著下降的性质；一般用一般用软

13、化系数软化系数表示：表示： 干饱压极限强度材料在干燥状态下的抗的抗压极限强度材料在吸水饱和状态下ffk 材料的软化系数材料的软化系数 材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即数表示，即式中：式中：KP材料的软化系数；材料的软化系数； fw材料在吸水饱和状态下的材料在吸水饱和状态下的抗压抗压强度，强度，MPa； f 材料在干燥状态下的材料在干燥状态下的抗压抗压强度，强度，MPa。10. 1ffKwP 值的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。一般，材料被水浸湿后强度均会有所降低。因为水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒间的

14、结合力。 值愈小，表示材料吸水饱和后强度下降愈多，即耐水性愈差。材料的软化系数在01之间。不同材料的值相差颇大，如粘土 =0，而金属 =1。土木工程中将 0.85的材料，称为耐水材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用 0.85的材料。用于受潮较轻或次要结构物的材料，其 值不宜小于0.75。pKpKpKpKpKpKpK5 5、材料的抗渗性、材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数 材料的渗透系数K可通过下式计算:式中：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

15、压差，（cm）； d试件厚度 （cm）；t渗水时间 （h）。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。AtHQdK（2） 抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。思考题： 材料亲水性和憎水性哪个抗渗性好？ 密实度高的材料与孔隙大的材料哪个抗渗性较差？6 6、材料的抗冻性、材料的抗冻性l定义：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不

16、显著降低的性质。l衡量指标：抗冻性指标用抗冻等级Fn表示，表示经过n次冻融循环次数后，质量损失不超过5%，强度损失不超过25%。所能经受的最大冻融循环次数来确定的。材料的抗冻性材料的抗冻性oC-20-1001020304050601. 材料的内部一般都充满着孔隙，2. 如果浸入水中，孔隙中便会吸水3. 气温下降，孔隙中的水会结冰并膨胀4. 气温上升，孔隙中的冰会逐渐融化5. 经过反复的浸水、冰冻、融化、干燥，材料的内部逐渐出现裂缝，表面会逐渐脱落，使材料的强度逐渐损失，质量变小。6. 材料的质量损失5，强度损失25时，冻融的循环次数为材料的抗冻等级由于结冰产生的膨胀会导致材料的表面部分破裂，内

17、部产生裂纹。影响抗冻性的因素影响抗冻性的因素l材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。l材料的孔隙特征 开口孔隙越多则其抗冻性越差。l材料的强度 强度越高则其抗冻性越好。l材料的耐水性 耐水性越好则其抗冻性也越好。l材料的吸水量大小 吸水量越大则其抗冻性越差。严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏等均需考虑冻融破坏。 1 1 导热性导热性l2 2 热容量热容量l3 3 耐燃性与耐火性耐燃性与耐火性1.3 1.3 材料与热有关的性质材料与热有关的性质1 1、导热性、导热性 材料传导热量的能力称为导热性

18、。其大小用热导率（）表示。 12QdA TTt12(T -T ) AQdt At2t1Q 式中 导热系数（W/m.K） Q传导的热量（J） A热传导面积（m2） d材料的厚度（m） t热传导时间（s） (T2-T1)材料两侧温差（K） 材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。各种材料的导热系数差别很大，大致在0.0293.5W/(m.K)通常将0.15的材料称为绝热材料。 导热系数与材料内部孔隙构造有密切关系。由于密闭空气的导热系数很小，所以，材料的孔隙率较大者其导热系数较小，但如果孔隙粗大或贯通，由于对流作用，材料的导热系数反而增高。材料受潮或受冻后，其导热系数大大提高。因此，绝热材料应经常

19、处于干燥状态，以利于发挥材料的绝热效能。2 2、热容量和比热、热容量和比热材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。用热容量系数或比热表示。比热的计算式如下所示：式中：C材料的比热，J/（gK）； Q材料吸收或放出的热量(热容量)； m材料质量，g；（t2 t1）材料受热或冷却前后的温差，K。）（12ttmQC 材料的比热材料的比热，对保持建筑物内部温度稳定有很大意义。比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。 材料的导热系数和热容量材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋盖）进行热工计算时的重要参数。选用导热系数较小而热容量较大的土木

20、工程建筑材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。 耐燃性耐燃性 材料在火焰或高温作用下可否燃烧的性质（抵抗燃烧性）。分为可燃、难燃、不燃、易燃四个等级。 耐火性耐火性 材料在火焰或高温作用下，保持其不破坏、性能不明显下降的能力。用其耐受的时间来表示，称为耐火极限。分为三个类别P11表143. 3. 耐燃性和耐火性耐燃性和耐火性思考题：不燃性的材料一定耐火吗？ 1.4 1.4 材料的声学性质材料的声学性质l1 1 吸声性吸声性l2 2 隔声性隔声性1、吸声性 声能穿透材料被材料消耗的性质称为吸声性用吸声系数表示（吸收声功率与入射功率之比）表示。一般在01之间。系数大说明吸声性越好。通常使用的6个

21、频率125HZ、 250HZ、 500HZ 1000HZ、 2000HZ、 4000HZ的平均吸声系数均0.2的材料称为吸声材料。 影响吸声效果的主要因素有：u 材料的孔隙率。u 材料的孔隙特征。u 材料的厚度。2 2、隔声性、隔声性 材料能减弱或隔断声波传递的性能称为材料的隔声性，声波在建筑结构中的传播主要通过空气和固体来实现，因而隔声可分为隔空气声和隔固体声。l 隔空气声：材料单位面积的质量越大或材料的密度越大，其隔声效果越好。l隔固体声：最为有效措施是断绝其声波传递的途径。具有一定弹性的衬垫材料，如软木、橡胶、地毯等能阻止或减弱固体声波的继续传播，具有较高的隔固体声能力。1.5 1.5

22、材料的力学性质材料的力学性质l1 1、材料的强度、材料的强度l2 2、弹性和塑性、弹性和塑性l3 3、韧性与脆性、韧性与脆性l4 4、硬度和耐磨性、硬度和耐磨性l5 5、耐久性、耐久性1 1、材料的强度、材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。FFFFFFlFl/2bh抗压抗拉抗剪抗弯l抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：式中：f材料强度， MPa； Fmax材料破坏时的最大荷载，N； A试件受力面积，mm2。l抗弯强度的计算： 中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：式中：fw材料的抗弯强度

23、， MPa；Fmax材料受弯破坏时的最大荷载，N；A试件受力面积，mm2；L 、b 、 h 两支点的间距，试件横截面的宽及高， mm。AFfmax2max23bhLFfw2 2、弹性和塑性、弹性和塑性（1）弹性 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称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。 （2）塑性 材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。思考题：有塑性的材料一定会有弹性吗？脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。 2.韧性

24、在冲击、震动荷载的作用下，能吸收较大能量而不破坏的性质称为韧性。如钢材、木材、纤维等。1.脆性在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。桥梁、电梯井、高层建筑等处所用的材料须有较好的韧性。4 4、硬度和耐磨性、硬度和耐磨性（1）硬度l材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。l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、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为10个硬度等级。l回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。（2)耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：式中： G 材料的磨耗率， （g/cm2）；m1材料磨损前的质量，（g）；m2 材料