第2章 建筑材料的基本性质

1、第2章 建筑材料的基本性质2.1建筑材料的基本物理性质教学目的：理解材料的物理性质；掌握材料的主要物理性质的含义、影响因素。重点难点：基本物理参数的表达式； 主要内容：2.1.1材料的密度、表观密度与堆积密度一 密度 材料在绝对密实状态下，单位实体体积的干质量。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。 为了测得一些含孔材料的体积，应将材料磨细，除去空隙，干燥后。用李氏瓶测体积。材料磨得越细，测得的密度值就越精确。二 表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：0表观密度，kgm3； m 材料的质量，kg； V0材料在自然状态下的

2、外形体积，m3。一般指整块材料。三 堆积密度材料为散粒或粉状，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：式中： 材料的堆积密度，kgm3； m 材料的质量，kg； 材料的自然(松散)堆积体积(包括材料颗粒体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。思考：看表2-1 理解密度、表观密度、堆积密度的区别。2.1.2材料的密实度与孔隙率一 密实度材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：二 孔隙率材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。2.1.3材料的填充度与空隙率一 填充率粉状或颗粒状材料在某堆积体积内，被其颗粒填充的程度。按下式计算：二 空隙

3、率散粒材料颗粒间空隙体积占整个堆积体积的百分率。按下式计算：%空隙率的大小直接反映了散装颗粒的颗粒之间相互填充的致密程度。思考：孔隙率与空隙率的区别？2.2材料与水有关的性质教学目的：理解材料与水有关性质；掌握材料与水有关性质的含义、影响因素。重点难点：与水有关的物理性质的反映意义。主要内容：一 亲水性与憎水性：水可以在材料表面铺展开,即材料表面可以被水浸润,此种性质称为亲水性,具备此种性质的材料称为亲水性材料。若水不能在材料表面上铺展开, 即不能被浸润，则称为憎水性，该材料称为憎水性材料。亲水性材料：润湿角90° 水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力憎水性材料：润湿角90

4、6; 水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力含毛细孔的亲水性材料可自动将水吸入孔隙内。大多数建筑材料属于亲水性材料。孔隙率较小的亲水性材料仍可做防水或防潮材料使用,如混凝土、砂浆等。二 吸水性 吸水性是材料吸收水分的性质,用材料在吸水饱和状态下的吸水率来表示。分有质量吸水率(所吸收水的质量占绝干材料质量的百分率)、体积吸水率(所吸收水的体积占自然状态下材料体积的百分率),计算式分别如下： % % 其中Wm材料的质量吸水率，%；m1材料吸水饱和后的质量，g； m材料烘干至恒量的质量，g；Wv材料的体积吸水率，%；Vw材料吸水饱和后的体积，cm3；V0干燥状态在自然状态下的体积，cm3；w水的密度

5、，g/cm3;二者的关系为： . 吸水率主要与材料的开口孔隙率、亲水性与憎水性等有关。三 吸湿性 吸湿性是材料在空气中吸收水蒸汽的性质，用含水率表示。即材料中所含水的质量与材料绝干质量的百分比称为含水率。材料吸湿或干燥至与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。建筑材料在正常使用状态下,均处平衡含水状态。计算式分别如下：式中：W含材料的含水率，%；m含材料含水时的质量，g；m材料烘干至恒量时的质量，g。 吸湿性主要与材料的组成、微细孔隙的含量及材料的微观结构有关。材料吸水或吸湿后,可削弱内部质点间的结合力,引起强度下降。同时也使材料的表观密度、导热性增加,几何尺寸略有增加,使材料的保温性、吸声

6、性下降,并使材料受到的冻害、腐蚀等加剧。由此可见含水使材料的绝大多数性质变差。思考：吸水性和吸湿性两个概念的区别四 耐水性 材料长期在水作用下,保持其原有性质的能力。 对于结构材料,耐水性主要指强度,对装饰材料则主要指颜色的变化、是否起泡、起层等,即材料不同,耐水性表示方法也不同。对于结构材料,用软化系数()来表示,计算式如下。 材料的软化系数=01.0，>0.85的称为耐水性材料。长期处于潮湿或经常遇水的结构,需选用>0.75的材料,重要结构需选用>0.85的材料。材料的耐水性主要与其组成成分在水中的溶解度和材料的孔隙率有关。溶解度很小或不溶的材料,则软化系数()一般较大。

7、若材料可微溶于水且含有较大的孔隙率,则其软化系数()较小或很小。五 抗渗性：抗渗性是材料抵抗压力水渗透的性质。常用抗渗等级来表示,即材料所能抵抗的最大水压力。材料的抗渗性与其内部的孔隙率,特别是开口孔隙率有关,与材料的亲、憎水性也有一定关系。六 抗冻性：材料抵抗冻融循环作用,保持其原有性质的能力。对结构材料主要指保持强度的能力,并多以抗冻等级来表示。即以材料在吸水饱和状态下(最不利状态)所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。2.3材料的力学性质教学目的：理解材料有关主要力学性质的表示方法和反映意义；周围环境因素的作用形式；掌握材料主要力学性质的表示方法和反映意义；重点难点：材料主要力学性质的表示方

8、法和反映意义； 主要内容：2.3.1材料的强度1）材料的强度强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。n 根据外力作用形式不同，材料强度主要有抗拉、抗压、抗弯及抗剪强度强度等级2）强度等级根据材料极限强度的大小，把材料划分为若干不同的等级，称为材料的强度等级；材料强度等级划分的标准：a)脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级，如混凝土、水泥、粘土砖等；例：混凝土的强度等级划分为14级： C15，C20C80b)塑性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级，如钢材等；3)比强度比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；比强度的意义：（1）衡量材料轻质高强性能的一项重要指标；（2）选用比强度高的材

9、料或者提高材料的比强度，对大跨度、高高度建筑十分有利；普通混凝土、低碳钢、松木的比强度分别为0.012，0.053，0.069；2.3.2材料的变形性质1）弹性、塑性弹性：是指材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复原形状的性质。 塑性：是指材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质 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。弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，E越大材料越不易变形。2）脆性、韧性脆性：是指材料在外力作用下，直到破坏前无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质，称为脆性，如玻璃、混凝土、水泥等；脆性材料抗压强度非常高，常

10、用作承压构件。如：砼、砖、石、玻璃、陶瓷等韧性：是指材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质，称为韧性。如钢材、木材、橡胶等；补充内容：3）徐变：在长期荷载作用下随着时间的延长而慢慢增加的变形4）材料的硬度与耐磨性硬度：指材料表面抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力一般材料的硬度越大。耐磨性越好。河2.4材料的热工性质教学目的：了解导热性的影响因素，知道一般情况下各种材料的导热性能。重点难点： 无主要内容：2.4.1 导热性导热性：是指材料两面存在温差时，热量能从材料的一面传导到另一面的性质。导热性用导热系数来表示。导热系数：是指

11、在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用表示，单位为瓦/米·度（W/m·K,此处的K可用代替）。单位厚度的材料，两面温差为1K时在单位时间内通过单位面积的热量。式中：-导热系数，W/(m.K);Q-传导的热量，J；A-热传导面积，m2；-材料的厚度，m；t-热传导时间，s；T2-T1-材料两侧温差，K。材料导热系数越小，绝热性能越好。导热系数影响因素：物质构成、密实程度、含水率、温度等通常情况下：金属材料的导热性最大，无机非金属材料次之，有机材料最小。相同组成时，晶体材料比非晶态材料的导热系数大些；

12、密实性大（材料表观密度大，孔隙率小，孔少）的材料，导热系数也大；孔隙率相同时，具有微细孔构造的材料（均匀分散的封闭气孔），导热系数小；孔大且联通的易发生对流传热，导致导热系数大；材料含水或含冰时，导热系数会明显增大。材料在高温的导热系数比常温大。2.4.2热容量热容量：是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质。衡量材料热容量的指标是比热容。比热容：单位质量的材料温度升高或降低1K所吸收或放出的热量。Q材料吸收或放出的热量，kJ；C-材料的比热容，kJ/(Kg·K)m-材料的质量，kg；T2-T1-材料受热或冷却前后的温差，K；C·m-材料的热容量，kJ/K。热容量的意义

13、：稳定建筑物内部温度，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内温度的波动，材料的热容量越大，建筑屋内的温度越稳定。思考：为什么新建房屋冬季感觉特别冷？思考：围护结构应选择什么样的的建筑材料？ 应选择热容量大，导热系数小的材料补充内容：2.4.3耐燃性耐燃性：是指材料对火焰和高温的抵抗能力，是影响建筑物防火、建筑结构耐火等级的一项因素。由此出发，可把建筑材料的分三类：非燃烧材料难燃烧材料可燃烧材料2.4.4温度变形性能 指材料温度升高或降低时，材料的体积变化。对多数材料来说，温度变形特性都是热胀冷缩。该性能在工程中的应用：在修筑道路、桥梁以及其它一些长度较大的建筑物、构筑物时，要设温度缝。对

14、于温度变形要求严格的工程，应选择温度变性不敏感的材料。南2.5材料的耐久性教学目的：了解影响耐久性的内外因素重点难点： 无主要内容：1、概念：材料的耐久性耐久性：在环境的多种因素作用下，能经久不变质、不破坏，长久保持其性能的性质。2、影响耐久性的因素：（1）内在因素：内在因素主要包括材料的化学成分或组成性质、结构和构造性质。材料的成分或组分易溶于水或其他液体，或易于其它物质发生化学反应，材料的耐水性、耐蚀性较差；无机矿物质脆性材料在温度剧变时，耐极冷极热性较差；晶体材料较同组成的非晶体材料的化学稳定性高；含不饱和健的（双健或三健）的有机材料，抗老化性较差；构造为开口贯通且孔隙率较大的材料，耐久性通常较差；密实性较大的材料，耐久性通常较好。（2）外在因素：物理作用：干湿变化、温度变