建材的基本性质

1、赵赵 珍珍 玲玲课程导入 建筑材料的基本性质教学内容：建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质1、材料的基本物理性质2、材料的力学性质3、材料的光学与声学性质4、材料的耐久性 1、材料的基本物理性质1）与材料构造有关的性质2）与水有关的性质3）与热有关的性质1、材料的基本物理性质 1）与材料构造有关的性质 体积；密度；密实度与孔隙率；填充率与空隙率 2）与水有关的性质 亲水性与憎水性；吸水性；吸湿性；耐水性；抗渗性；抗冻性 3）与热有关的性质 导热性；热容量（1）材料的体积定义： 体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。（1）材料的体积封闭孔隙（体积为Vb）开口

2、孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0V+Vp 孔隙体积：VpVb+VkVp孔隙体积（1）材料的体积绝对密实体积：不包括孔隙的固体物质体积。表观体积：整体材料外观体积，包括矿质实体与闭口孔隙体积。总体积V0 ：包括矿质实体、闭口孔隙和开口孔隙的总体积。堆积体积V0：堆积状态堆积状态下，粉状或粒状材料的总外观体积。包括总体积和颗粒间的空隙。不同体积的测定方法绝对密实体积：一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。表观体积：直接用排开液体的方法测定的体积。总体积V0 ：形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液

3、体的方法得到其体积。堆积体积V0：直接计算容器体积，松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。（2）材料的密度绝对密度（真实密度）定义： 密度是指材料在规定条件下（1055 烘干至恒重）下单位体积的质量。不包括孔隙的实体体积。 计算式为： 式中：密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料的质量，g 或 kg； V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。mV（2）材料的密度绝对密度（真实密度）测试，绝对干燥，含孔材料磨成细粉，（粒径小于0.2mm）排除内部孔隙，干燥至恒重，用密度瓶（李氏瓶）测其体积。（2）材料的密度 表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含

4、有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。 因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积（2）材料的密度表观密度（视密度）表观密度（视密度）材料单位表观体积的质量。按下式计算：式中： 体积密度， g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； 材料的表观体积，cm3 或 m3。Vm材料的表观体积是指包含孔隙的体积。一般是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的表观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度。 （2）材料的密度测定瓶+砂+水的质量m1测定瓶+水的质量m2体积密度（称容重）体积密度（称容重） 体积密度是指材料在自然状

5、态下单位体积 (包括闭口和开口孔隙的体积)的质量。按下式计算： 式中：0材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； V0材料的自然体积，cm3 或 m3。00Vm（2）材料的密度堆积密度堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算： 式中：0材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； 材料的堆积体积，cm3 或 m3。00Vm（2）材料的密度0V（3） 材料的密实度与孔隙率 密实度密实度D 定义：定义：密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映

6、材料的致密程度。 式中： 密度； 0材料的体积密度。 对于大多数土木工程材料， 因 0 ，密实度D 110010000VVD孔隙率孔隙率P 定义：是指块状材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：式中：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3；V0材料的自然体积，cm3 或 m3； 0材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。 孔隙率大小反映材料密实程度。）（1001100000VVVP （3） 材料的密实度与孔隙率孔隙率大小及孔隙特征对材料的性质影响：孔隙率大小及孔隙特征对材料的性质影响：如材料的强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸声性等性质。孔

7、隙特征指孔隙的大小、形状、分布、连通与否等。开口孔隙增多使材料表观密度变小，吸水性、吸湿性、吸声性提高，但是强度、抗冻性和抗渗性变差。闭口孔隙增多，使材料的保温隔热和耐久性提高。 （3） 材料的密实度与孔隙率（4）材料的填充率与空隙率 空隙率空隙率 定义：定义：填充率是指散粒材料在某种容器内被其颗粒填充的程度。 。空隙率 按下式计算：式中：0材料的体积密度； 材料的堆积密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。 ）（）（10011001100000000VVVVVP0P （4）材料的填充率与空隙率 空隙率可用于考虑压实度，如回填

8、土的压实； 或作为控制混凝土粗、细集料配料以及计算混凝土砂率的依据。 孔隙率与空隙率的区别孔隙率与空隙率的区别比较项目比较项目孔隙率孔隙率空隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作 用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式）（10010P）（100100P2）材料与水有关的性质 亲水性与憎水性； 吸水性； 吸湿性； 耐水性； 抗渗性； 抗冻性2)材料与水有关的性质 亲水性与憎水性亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触时，根据材料表面被水润湿的情况，分亲水性材料和憎水性材料两类 当材料分子与水分子间的相互作用力大于水分子间的作用力时，材料表面就会被水所润湿。此时在材料、水和空气的三相交点处，

9、沿水滴表面所引切线与材料表面所成的夹角90，这种材料属于亲水性材料。如果材料分子与水分子间的相互作用力小于水本身分子间的作用力，则表示材料不能被水润湿。此时，润湿角90180，这种材料称为憎水性材料。大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。 2)材料与水有关的性质 9090（）亲水性材料（）亲水性材料 （）憎水性材料（）憎水性材料称为润湿角。2)材料与水有关的性质吸水性吸水性 吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。 吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）

10、的百分比。 2)材料与水有关的性质质量吸水率质量吸水率 式中： mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。%100ggbmmmmW体积吸水率体积吸水率 式中:mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。 V0 材料在自然状态下的体积，（cm3 或 m3）； w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）。%10010WgbvVmmW2)材料与水有关的性质2)材料与水有关的性质影响材料吸水性的因素影响材料吸水性的因素 材料的吸水率与亲水性、孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内

11、部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。材料的体积吸水率就是材料开口空隙率。常用材料的吸水性用质量吸水率表示，轻质材料，质量吸水率大于1，用体积吸水率表示。2)材料与水有关的性质吸湿性吸湿性材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。%100ggshmmmW2)材料与水有关的性质 吸湿性越大，材料的表观密度增大，强度降低，保温、隔热性能降低，抗冻能力降低。材料吸水很不利。 2)材料与水有关的性质吸水率与含水率的区别吸水率与含水率的区别比较项目比较项目吸水率吸水率含水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水

12、分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率耐水性耐水性材料在长期饱和水作用下不被破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示。式中： KR 材料的软化系数； fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）； fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。gbRffK2)材料与水有关的性质2)材料与水有关的性质软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。 一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低

13、。2)材料与水有关的性质软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75 。2)材料与水有关的性质抗渗性抗渗性 含义：抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。材料的抗渗性可用渗透系数表示。渗透系数K 式中：K渗透系数,（cm / h）; Q渗水量， （cm3 ）； A渗水面积,（cm2 ） H材料两侧的水压差，（cm） d试件厚度 （cm）； t渗水时间（h）。AtHQdK2)材料与水有关的性质抗渗等级抗渗等级 对于混凝土砂浆等材料的抗渗等级是指用标准方法进

14、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。2)材料与水有关的性质影响材料抗渗性的因素影响材料抗渗性的因素 材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料； 材料的密实度 ：密实度高的材料其抗渗性也较高； 材料的孔隙特征 ： 具有开口孔隙多、粗孔多的材料其抗渗性较差。2)材料与水有关的性质抗冻性抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能

15、。材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。2)材料与水有关的性质抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失分别不超过5%和25%时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。2)材料与水有关的性质 影响抗冻性的因素影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率）：密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征 :开口孔隙

16、越多则其抗冻性差。3.材料的强度: 强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性 : 耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小: 吸水量越大则其抗冻性越差。3）材料与热有关的性质导热性导热性：传到热量的能力，导热系数，越小越保温绝热， 1/ 为材料的热阻R，热阻越大保温绝热性能越好。 材料受潮受冻后，不能保温隔热，因此要保持材料干燥。热容量：热容量：材料吸热或放热的能力，比热c，建筑物内部材料的比热越大，室内温度越稳定。因此，理想的材料是导热系数小，比热的材料。3）材料与热有关的性质导热性导热性 定义定义：材料传导热量的性能称为导热性。材料的导热性用导热系数表示。 导热系数的物理意义是指，

17、单位厚度的材料，当两个相对侧面温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。计算式为 小于0.25w/(m k)的材料称为绝热材料。21()QdAz tt3）材料与热有关的性质 式中：导热系数，W/（mK）； Q传导的热量，J； d材料厚度，m； F热传导面积，m2； Z热传导时间，h； （t2t1）材料两面温度差，K。）（12ttFZQd3）材料与热有关的性质热容量和比热容热容量和比热容材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。热容量用比热表示，1g材料温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量称为比热。比热的计算式为：材料的比热与质量的乘积为材料的热容量值Q容=cm。21()Qc

18、m tt3）材料与热有关的性质比热容的计算式如下所示：式中：C材料的比热容，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。）（12ttmQC2、材料的力学性质1）强度2）弹性与塑性3）脆性与韧性2、材料的力学性质1）材料的强度）材料的强度材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力，称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。按照国家标准规定的试验方法，将制作好的试件

19、安放在材料试验机上，施加外力(荷载)，直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为： FfA2、材料的力学性质AFfmax抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：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 。2、材料的力学性质抗弯强度的计算：抗弯强度的计算： 式中： fw材料的抗弯强度， 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。2max23bhLFfw图1.2 材料受力

20、示意图 (a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲 材料在外力作用下产生变形，若除去外力后变形随即消失，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍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。不能恢复的变形称为塑性变形。 2、材料的力学性质材料的弹性和塑性变形曲线见图1.3。有的材料在受力时弹性变形和塑性变形同时产生，如图1.4所示。2、材料的力学性质图1.3 材料的弹性和塑性变形曲线图1.4 材料的弹塑性变形曲线 材料受力破坏时，无显著的变形而突然断裂的性质称为脆性。在常温、静荷载下具有脆性的材料称为脆性材料。在冲击、振动荷载作用下

21、，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击韧性。材料的韧性是用冲击试验来测试的，以试件破坏时单位面积所消耗的功表示。 2、材料的力学性质2、材料的力学性质3）脆性和韧性）脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。2、材料的力学性质硬度和耐磨性硬度和耐磨性（1 1）硬度）硬度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。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。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。耐磨性耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的