土木工程材料建材基本性质第3讲

1、问题：一滴水是怎样停留在固体表面的？ 材料与水有关的性质材料与水有关的性质润湿是水在材料表面被吸附的过程，材料被水润湿的程度可用润湿角表示，如图1.1所示。 一般认为，润湿角90（如图1.1（a）所示）的材料为亲水性材料。反之，90时，表明该材料不能被水润湿，称为憎水性材料(如图1.1（b）所示)。 1.1.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 亲水性与憎水性亲水性与憎水性图1.1材料的润湿示意图 (a)亲水性材料；（b）憎水性材料 SV = SL + LVcos由它可以预测如下几种润湿情况：1）当=0，完全润湿；2）当90，部分润湿或润湿；3）当=90，是润湿与否的分界线；

2、4）当90，不润湿；5）当=180，完全不润湿。(1) 吸水性吸水性材料在浸水状态下吸入水分的能力称为吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。 质量吸水率材料吸水达饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率，可表示为： 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性100%mmWm干湿质干体积吸水率是指材料体积内被水充实的体积。即材料吸水达饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率，可按下式计算：00V1100%=100%VVmmW水干湿体水质量吸水率与体积吸水率有如下的关系： 001WWW体质质水(2) 吸湿性吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的

3、性质称为吸湿性。吸湿性的大小可用含水率表示。材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率，称为材料的含水率，可用下式计算： 100%mmWm干含含干材料长期在饱和水作用下而不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。一般材料随着含水量的增加，会减弱其内部的结合力，强度也会不同程度地降低。材料的耐水性用软化系数表示，可按下式计算： 耐水性耐水性Kff饱软干材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或不透水性），可用渗透系数K表示。材料的透水性可用达西定律来描述，即在一定时间内，透水材料试件的水量与试件的断面积及水头差（液压）成正比，与试件的厚度成反比。可用下式表示： 抗渗性抗

4、渗性W K100%hhWKAtdAth或渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质。渗透系数越大，材料的抗渗性越差。对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级S表示。材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有关 。 101SH抗冻性是材料抵抗冻融循环作用，保持其原有性能的能力。对结构材料，主要指保持强度的能力，并以抗冻标号来表示。抗冻标号是用材料在吸水饱和状态下（最不利状态），经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，所能抵抗的最多冻融循环次数来表示，记作D25、D50、D100、D150等。 抗冻性抗冻性材料抗冻性的高低决定于材料的吸水饱和程度和材料对结冰体积膨胀所产生的

5、压力的抵抗能力。抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。 材料的强度愈高，耐水性愈好，其抗冻性愈好。 材料传导热量的能力，称为导热性。材料导热能力的大小可以用导热系数（）表示。导热系数在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对两侧表面的温度差为1K时，经单位面积（1m2）单位时间（1s）所通过的热量。1.1.3 材料的热工性质材料的热工性质 导热性导热性材料的导热系数除与其本身的性质、结构、密度有关外，还与材料的含水率及环境温度等有关。 21()QAt TT可用下式表示： 影响导热系数的因数无机材料的导热系数大于有机材料无机材料的导热系数大于有机材料晶体的导热系数大于无定形体的热导系数

6、晶体的导热系数大于无定形体的热导系数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, ,导热系数愈小同类材料的孔隙率是随体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积密度的件小而增大, ,则导热系数随体积密度的件小而减小则导热系数随体积密度的件小而减小导热系数与孔隙形态特征的关系导热系数与孔隙形态特征的关系, ,认为有微细而封闭孔隙组成的材料认为有微细而封闭孔隙组成的材料, ,导导热系数小热系数小, ,反之大反之大材料的含水率增加材料的含水率增加, ,导热系数也增加导热系数也增加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导热系数越小，绝热性能

7、越好，差别很大，一般在0.035-3.5W（mk）之间。材料的孔隙率大，导热系数小，但如孔隙粗大而且联通，由于对流作用，材料的导热系数反而高。材料受潮后导热系数增大，因为水和冰的比空气的大，因此绝热材料应经常处于干燥状态。材料加热或冷却时，吸收或放出热量的性质，称为热容量。热容量的大小用比热容（也称热容量系数，简称比热）表示，比热容表示1g材料，温度升高1K时所吸收的热量，或降低1K时放出的热量。材料吸收或放出的热量和比热，可用下式计算： 比热容比热容21()Qcm TT21()Qcm TT比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。 。 比热是反映材料的吸热和放热能力的理量。

8、不同材料的比热不同，它对保持建筑物内部温度温度有很大的意义，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。表表1.2几种典型材料的热工性质指标几种典型材料的热工性质指标 材料 导热系数(W/（mK）) 比热容(J/（gK）) 钢材580.48铜材3700.38花岗岩3.490.92混凝土1.510.84烧结普通砖0.80.88松木0.170.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密闭空气0.0231.003. 3. 材料的保温隔热性能：热阻和传热系数材料的保温隔热性能：热阻和传热系数 热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力，

9、热阻的定义及计算式为： /，式中 材料层热阻，（m2K）/W； 材料层厚度，； 材料的导热系数，(K) 热阻的倒数称为材料层（墙体或其它围护结构）的传热系数。传热系数是指材料两面温度差为1时，在单位时间内通过单位面积的热量。导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。材料的导热系数越小，其热阻越大，则材料的保温隔热性能越好。常将0.175W/（mK）的材料称为绝热材料。 v4. 4. 材料的温度变形材料的温度变形材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为：L =（t2 - t1） L式中L-线膨胀或线收缩量 （mm 或 cm）(t2-t1）-材料升（降）温前后的温度差（）-材料在常温下的

10、平均线膨胀系数() L-材料原来的长度（或）声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，用吸声系数(吸收声功率与入射声功率之比)表示。吸声系数越大，材料的吸声性越好。吸声系数与声音的频率和入射方向有关。通常使用的六个频率为125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。 1.1.4 材料的声学性质材料的声学性质 吸声性吸声性一般将上述6个频率的平均吸声系数0.20的材料称为吸声材料。最常用的吸声材料大多为多孔材料。影响材料吸声效果的主要因素有： (1) 材料的孔隙率和体积密度 (2) 材料的孔隙特征 (3) 材料的厚度 (1) 隔空气声隔空气声透

11、射声功率与入射声功率的比值称为声透射系数，用表示，该值越大则材料的隔声性越差。材料的隔声能力用隔声量R（R=10lg(1/)来表示，单位为dB。与声透射系数相反，隔声量越大，材料的隔声性能越好。 隔声性隔声性(2) 固体隔声固体隔声固体声是由于振源撞击固体材料，引起固体材料受迫振动而发声，并向四周辐射声能。固体声在传播过程中，声能的衰减极少。弹性材料如地毯、木板、橡胶片等具有较高的隔固体声的能力。 1.2 材料的力学性质材料的力学性质材料的力学性能，就是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏和变形的能力。 1.2.1 材料的强度材料的强度材料因抵抗外力（荷载）作用而引起破坏的最大

12、能力，即为该材料的强度。其值是以材料受力破坏时单位面积上所承受的力表示。计算式为： FfA材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、压力、弯曲力及剪应力等。材料抵抗上述外力破坏的能力，分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。静力强度的分类和计算公式见表1.3。大部分建筑材料，根据极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。 材料的强度与材料本身的组成、结构和构造等有很大关系。钢材的抗拉、抗压强度都很高，如表1.4所示。 表表1.3静力强度分类静力强度分类 强度类别 举例 计算式 附注 抗压强度fc(MPa) fc=F/AF破坏荷载(N)A受荷面积(mm2) l跨度(mm) b断面宽度(mm)h断面高度

13、(mm) 抗拉强度ft(MPa) ft=F/A抗剪强度fv(MPa) fv=F/A抗弯强度ftm(MPa) ftm=3Fl/(2bh2)表表1.4 钢材、木材和混凝土的强度比较钢材、木材和混凝土的强度比较 材料 表观密度0（kg/m3） 抗压强度fc（MPa） 比强度fc/0 普通混凝土 240029.40.012低碳钢 78604150.053松木 50034.3(顺纹)0.069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。这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。 这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比。其比例系数E称为

14、弹性模量。 1.2.2 材料的弹性和塑性材料的弹性和塑性在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其值等于应力与应变的比值，即： 材料在外力作用下产生变形，但不破坏，并且当外力停止作用后，不能自动恢复原来形状的性质，称为塑性。这种不能消失的变形称为塑性变形或不可恢复变形。 E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，称为脆性。在冲击、震动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，产生一定的变形而不致破坏的性质，称为韧性。韧性值可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示，即： 1.2.3 材料的脆性和韧性材料的脆性和韧性kkAA硬度是材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。硬度的测定方法有刻划法和压入法。 按刻划法，材料的硬度可划分为110级(莫氏硬度)。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度HB）。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，常用磨损率表示： 1.2.4 材料的硬度和耐磨性材料的硬度和耐磨性12mmBA1.3 材料的耐久性材料的耐久性材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用，保持其原有性质的能力称为材料的耐久性。材料的耐久性是材料的一项综合性质，一般包括耐水