第1章建材的基本性质1-22011详解

1、2011.021第第1 1章章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质 P4P4 概概 述述 一、学习目的与内容一、学习目的与内容 二、本章的学习要求二、本章的学习要求 三、三、本章的本章的重点与难点重点与难点 2011.022一、学习目的与内容一、学习目的与内容1.1.学习目的学习目的 了解建筑材料基本性质，以便能按要求正确选用材料。了解建筑材料基本性质，以便能按要求正确选用材料。2. 2. 学习内容学习内容将具有共同性和比较重要的材料性质作为基本性质进行重将具有共同性和比较重要的材料性质作为基本性质进行重点讲述，其它性质将在有关章节中介绍。点讲述，其它性质将在有关章节中介绍。2011.023

2、二、本章的学习要求二、本章的学习要求 了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求；了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求； 熟练掌握材料的物理性质、力学性质、与水有关熟练掌握材料的物理性质、力学性质、与水有关的性质和耐久性；的性质和耐久性； 了解材料热学性质的一般概念；了解材料热学性质的一般概念； 了解材料的组成、结构和构造；了解材料的组成、结构和构造； 了解材料性质与其组成、结构、构造的关系。了解材料性质与其组成、结构、构造的关系。2011.024三、本章的重点与难点本章的重点与难点 1. 1. 重点：重点：材料的物理性质、力学性质、与水有关材料的物理性质、力学性质、与水有关的性质和耐久性。的性

3、质和耐久性。 2. 2. 难点：难点：基本物理性质相互之间的关系；材料组基本物理性质相互之间的关系；材料组成、结构、成、结构、构造构造对材料性质的影响。对材料性质的影响。2011.0251.1 1.1 材料的组成、结构及构造材料的组成、结构及构造 1.1.1 1.1.1 材料的组成材料的组成 1.1.2 1.1.2 材料的材料的结构结构 1.1.3 1.1.3 材料的构造材料的构造 2011.0261.1.1 1.1.1 材料的组成材料的组成 材料的组成是指材料的材料的组成是指材料的化学组成、矿物组成化学组成、矿物组成和和相组成。相组成。一一. . 化学组成化学组成 1.1.定义定义-是指组成

4、材料的化学元素及化合物的种类和数量。是指组成材料的化学元素及化合物的种类和数量。 2.2.作用作用-直接影响材料的化学性质直接影响材料的化学性质, ,也是决定材料物理力学也是决定材料物理力学性质的重要因素。性质的重要因素。 3.3.表示方法：表示方法： 金属材料：以化学元素含量百分数表示；金属材料：以化学元素含量百分数表示； 矿物质材料：以元素的氧化物含量表示；矿物质材料：以元素的氧化物含量表示； 有机高分子材料：以构成高分子材料的单体表示。有机高分子材料：以构成高分子材料的单体表示。 2011.027 例例2: 2: 某水泥的化学成分（）如下：某水泥的化学成分（）如下：FeCMnCuPSSi

5、990.370.500.280.0210.0560.08例例1:1:某钢板的化学成分（）如下：某钢板的化学成分（）如下：SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3Na2OK2O21.424.686.1563.781.881.080.190.532011.028二二. . 矿物组成矿物组成 1. 1.矿物矿物-是指材料中具有特定化学成分、特定结构和特定物理是指材料中具有特定化学成分、特定结构和特定物理力学性能的物质或单质。力学性能的物质或单质。 矿物是构成岩石和各类无机非金属材料的基本单元。如：矿物是构成岩石和各类无机非金属材料的基本单元。如： 花岗岩的矿物组成主要是石英和长石；花岗岩的矿物

6、组成主要是石英和长石； 石灰岩的矿物组成为方解石；石灰岩的矿物组成为方解石； 硅酸盐水泥的主要矿物组成是硅酸钙、铝酸钙等。硅酸盐水泥的主要矿物组成是硅酸钙、铝酸钙等。 2.2.矿物组成矿物组成-是指构成材料的矿物种类和数量；它直接影响是指构成材料的矿物种类和数量；它直接影响无机非金属材料的性质。无机非金属材料的性质。2011.029三三. . 相组成相组成 1. 1. 材料中具有相同物理、化学性质的材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相均匀部分称为相。 2. 2. 凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。 建筑材料大多数是多相固体建筑材

7、料大多数是多相固体, ,可以看作复合材料。可以看作复合材料。 如混凝土如混凝土2011.02101.1.2 1.1.2 材料的结构材料的结构 材料的结构是指材料的材料的结构是指材料的微观微观组织组织状状况况（或指材料的内部（或指材料的内部组织情况）组织情况） 。通常。通常可分为可分为二二个层次个层次: : 1.1.2.1 1.1.2.1 微观结构微观结构 1.1.2.2 1.1.2.2 显微（细观）结构显微（细观）结构 1.1.2.3 1.1.2.3 微粉、超微颗粒及胶体微粉、超微颗粒及胶体2011.02111.1.2.1 1.1.2.1 微观结构微观结构 微观结构是原子、分子层次的结构，可用

8、电子显微镜或微观结构是原子、分子层次的结构，可用电子显微镜或X X射射线衍射仪来分析研究该层次的结构特征，其尺寸范围在线衍射仪来分析研究该层次的结构特征，其尺寸范围在1010-6-61010-10 -10 m m （ 级级 1 1=10=10-1 -1 nm nm 纳米纳米 nm = 10nm = 10-9 -9 m m ）。 材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、导热、导电性材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、导热、导电性等都是由微观结构所决定的。等都是由微观结构所决定的。 材料在微观结构可分为材料在微观结构可分为 晶体和非晶体（玻璃体）晶体和非晶体（玻璃体）及胶体。及胶体。2011.02

9、121.1.晶晶 体体 1.1 1.1 晶体是由离子、原子或分子等质点在空间按一定方式重晶体是由离子、原子或分子等质点在空间按一定方式重复排列而成的固体复排列而成的固体. . 1.2 1.2 特征：具有固定的几何外形，各向异性，在一定的压力特征：具有固定的几何外形，各向异性，在一定的压力下具有固定的熔点，受到外力作用时可产生弹性变形。下具有固定的熔点，受到外力作用时可产生弹性变形。NaCl晶体中Na+、Cl-离子有规则排列方方解解石石石英石英菱菱锰锰矿矿2011.0213 1.3 1.3 晶体的分类晶体的分类按组成晶体的质点及化学键的不同，晶体可分为：按组成晶体的质点及化学键的不同，晶体可分为

10、： 原子晶体，如石英；原子晶体，如石英； 离子晶体，如离子晶体，如CaClCaCl2 2 分子晶体，如有机化合物分子晶体，如有机化合物 金属晶体，如钢铁材料金属晶体，如钢铁材料2.2.非晶体（玻璃体）非晶体（玻璃体） 玻璃体结构上是近程有序，远程无序。其有序范围只是有玻璃体结构上是近程有序，远程无序。其有序范围只是有序单位尺寸的几倍距离。序单位尺寸的几倍距离。 玻璃体的特点是无一定的几何外形，无熔点而只有软化现象，玻璃体的特点是无一定的几何外形，无熔点而只有软化现象，各向同性，各向同性，化学性质不稳定化学性质不稳定。2011.0214钠硅玻璃结构钠硅玻璃结构2011.0215 粉煤灰中的玻璃微

11、珠粉煤灰中的玻璃微珠 2011.02161.1.2.2 1.1.2.2 显微（细观）结构显微（细观）结构显微结构是指用显微结构是指用光学显微镜光学显微镜所能观察到的材料结构，其尺寸所能观察到的材料结构，其尺寸范围在范围在1010-3-31010-6 -6 m m（微米级微米级）。）。 如：金属材料的金相组织；如：金属材料的金相组织； 木材的木纤维、导管、髓线木材的木纤维、导管、髓线等组织。等组织。 材料显微特征、数量、分布材料显微特征、数量、分布和界面性质对材料性能有重要影和界面性质对材料性能有重要影响。响。2011.02171.1.2.3 1.1.2.3 微粉、超微颗粒及胶体微粉、超微颗粒及

12、胶体1. 1. 微粉微粉2. 2. 超微颗粒超微颗粒3. 3. 胶体胶体2011.02181.1.微微 粉粉 微粉是指微粉是指 粒径为粒径为 0.00010.00010.1 0.1 （1010-7-71010-4 -4 m m）间的各种间的各种矿物或金属粉末，通常属散粒的显微层次。矿物或金属粉末，通常属散粒的显微层次。 将块状物体破碎成微粉，其将块状物体破碎成微粉，其比表面积比表面积随粒径减小而随粒径减小而增大增大，可，可加快颗粒溶解及表面化学反应速度；也可消除块加快颗粒溶解及表面化学反应速度；也可消除块块物体的裂纹、块物体的裂纹、内部孔隙内部孔隙等构造缺陷；同时还是进行材料密度测量的重要手段

13、。等构造缺陷；同时还是进行材料密度测量的重要手段。 2. 2. 超微颗粒超微颗粒（纳米微粒纳米微粒）是指）是指粒径在粒径在10-610-4 mm（10-910-7m）间的各种）间的各种微粒微粒（金属或非金属、晶体或非晶体等），一（金属或非金属、晶体或非晶体等），一般称之为纳米微粒，由它可构成各种般称之为纳米微粒，由它可构成各种 纳米材料纳米材料。2011.02193.3.胶胶 体体 胶体胶体 是指超微颗粒是指超微颗粒（粒径为（粒径为1010-9-91010-7 -7 m m 的纳米颗粒）的纳米颗粒）在在介质中形成的分散介质中形成的分散体系。体系。 （2 2）溶胶）溶胶当胶体的物理力学性质取决于

14、介质时；溶胶具有当胶体的物理力学性质取决于介质时；溶胶具有可流动的性质。可流动的性质。 （3 3）凝胶）凝胶当胶粒数量较多或在物理化学作用下，胶粒相互当胶粒数量较多或在物理化学作用下，胶粒相互吸附凝聚而形成吸附凝聚而形成网状结构网状结构。此时，胶体反映出胶粒的物理力学。此时，胶体反映出胶粒的物理力学性质。性质。2011.0220 溶溶 胶胶 凝胶凝胶 2011.0221触变性触变性 （如水泥浆体）（如水泥浆体）搅拌搅拌 静置静置 搅拌搅拌 溶胶溶胶 凝胶凝胶 溶胶溶胶这种这种互变互变的性质称为的性质称为触变性触变性2011.02221.1.3 1.1.3 材料的构造材料的构造 （教材（教材 P

15、8P8） 材料的构造是指材料的宏观组织状况材料的构造是指材料的宏观组织状况（宏观结构）（宏观结构）。 宏观结构宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织，其尺是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织，其尺寸在寸在1010-3-3m m级（级（毫米级毫米级）以上。）以上。材料的宏观结构可按其特征分为：材料的宏观结构可按其特征分为： 致密结构（钢材、玻璃等）致密结构（钢材、玻璃等） 多孔结构（泡沫塑料、加气混凝土等）多孔结构（泡沫塑料、加气混凝土等）纤维结构（竹材、纤维板等）纤维结构（竹材、纤维板等）层状结构（胶合板等）层状结构（胶合板等） 2011.0223一一、孔隙的构造特征孔隙的构造特征1.1

16、.孔的数量：孔的数量： 孔隙率孔隙率2.2.孔的特征：孔的特征：(1) (1) 开口孔隙、闭口孔隙开口孔隙、闭口孔隙 孔外界孔外界 ？连通？连通 (2) (2) 连通孔隙、不连通孔隙连通孔隙、不连通孔隙 孔孔孔孔 ？连通？连通 开放性开放性孔隙孔隙、封闭性封闭性孔隙孔隙 3.3.孔孔 径径 孔隙本身又按其孔隙本身又按其孔径孔径尺寸大小分为：尺寸大小分为： (1) (1) 粗大孔隙粗大孔隙 D D1.01.0 (2) (2) 毛细孔隙毛细孔隙 D = 0.01D = 0.011.01.0 (3) (3) 微小孔隙微小孔隙 D D0.010.012011.0224 孔隙的构造特征示意孔隙的构造特征

17、示意 材料中的孔隙，可分为与外界连通的开口孔和与外界材料中的孔隙，可分为与外界连通的开口孔和与外界隔绝的闭口孔。隔绝的闭口孔。闭口孔开口孔2011.02251.2 1.2 材料的密度、表观密度和孔隙率材料的密度、表观密度和孔隙率 P8P8 材料的四种含水状态（教材P82图5-12）2011.0226材料的四种含水状态与含水率材料的四种含水状态与含水率 1. 1.干燥状态：材料中所有的孔隙中无水；干燥状态：材料中所有的孔隙中无水； 2.2.气干状态：材料中部分的孔隙中含水；气干状态：材料中部分的孔隙中含水；（其含水量用（其含水量用平衡含水平衡含水率率来表示，其大小与环境有关）来表示，其大小与环境

18、有关） 3.3.饱和面干状态：材料中所有的孔隙中充满水；饱和面干状态：材料中所有的孔隙中充满水；（其含水量用（其含水量用吸吸水率水率来表示，其大小与孔隙率有关，来表示，其大小与孔隙率有关，吸水率的大小可以吸水率的大小可以反映材料的致密程反映材料的致密程度。）度。） 4.4.湿润状态：除材料中所有的孔隙中充满水之外，其表面还含湿润状态：除材料中所有的孔隙中充满水之外，其表面还含有表面水；有表面水；（其含水量用（其含水量用表面含水率表面含水率来表示，其大小与湿润程度有关来表示，其大小与湿润程度有关，表表面含水率可为负值）面含水率可为负值）2011.02271.2.1 1.2.1 密度密度 密度是指

19、材料在密度是指材料在绝对密实状态下绝对密实状态下单位体积的质量。单位体积的质量。 材料的密度可按下式计算：材料的密度可按下式计算： 式中式中 密度，密度，g/cmg/cm3 3； m m材料的质量，材料的质量，g g；（干燥状态干燥状态） V V材料在绝对密实状态下的体积，材料在绝对密实状态下的体积，cmcm3 3 。 每种材料的密度是固定不变的。每种材料的密度是固定不变的。Vm2011.02281.2.2 1.2.2 表观密度表观密度 表观密度（俗称容重）是指材料在自然状态下（包含孔隙）表观密度（俗称容重）是指材料在自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量。单位体积的质量。 材料的表观密度可按下

20、式计算：材料的表观密度可按下式计算： 式中式中 表观密度，表观密度，g/cmg/cm3 3 (kg/m(kg/m3 3) )； m m 材料的质量，材料的质量，g (kg)g (kg)； V V0 0 材料在自然状态下的体积，材料在自然状态下的体积，cmcm3 3 (m(m3 3) ) 材料的表观密度通常是指在材料的表观密度通常是指在气干状态下气干状态下的表观密度的表观密度. .0Vm2011.02291.2.3 1.2.3 孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。 材料的孔隙率可按下式计算：材料的孔隙率可按下式计算： Vp V0 V

21、孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。 密实度密实度 （压实度）（压实度） D D P = 1P = 1%100)1 (%10000VVVP2011.0230几种常用材料的密度、表观密度及孔隙率几种常用材料的密度、表观密度及孔隙率 P9材材 料料密密 度度 (g/cm3) 表观密度表观密度(kg/m3)孔隙率孔隙率 (%)建筑钢建筑钢7.8578500铝合金铝合金2.712.90270029000花岗岩花岗岩2.602.90250028000.51.0石灰岩石灰岩2.452.75220026000.55.0普通粘土砖普通粘土砖2.502.80150018002040松木松木1.553807005575普通玻璃普通玻璃2.502.60250026000普通混凝土普通混凝土23002500320石油沥青石油沥青0.951.10沥青混凝土沥青混凝土2200240026天然橡胶天然橡胶0.910.939109300聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂1.331.451330145002011.02311.2.4 1.2.4 散粒材料的视密度、堆积表观密度及空隙率散粒材料的视密度、堆积表观密度及空隙率 P10P10 1. 1. 视密度（视密度（ ）散粒材料密度试验常采用散粒材料