《建筑材料》

1、参考书参考书 ：土木工程材料土木工程材料合肥工业大学出版社合肥工业大学出版社 建筑材料建筑材料东南大学出版社东南大学出版社 建筑装饰材料建筑装饰材料华中科技大学出版社华中科技大学出版社 主要内容主要内容一一.建筑材料的分类建筑材料的分类二二.建筑材料的重要作用建筑材料的重要作用四四. .建筑材料的标准化建筑材料的标准化五五. .学习本课程的目的、要求和方法学习本课程的目的、要求和方法一一.建筑材料的分类建筑材料的分类根据化学成分，建筑材料可分为无机材料，有根据化学成分，建筑材料可分为无机材料，有机材料和复合材料。见下表。机材料和复合材料。见下表。建建筑筑材材料料无无机机材材料料非金属材料非金属

2、材料天然石材：石子，砂，毛石天然石材：石子，砂，毛石烧土制品：黏土砖，瓦，空心砖，建筑陶瓷烧土制品：黏土砖，瓦，空心砖，建筑陶瓷玻璃：平板玻璃，安全玻璃，特种玻璃玻璃：平板玻璃，安全玻璃，特种玻璃 胶凝材料：石灰，石膏，水玻璃，各种水泥胶凝材料：石灰，石膏，水玻璃，各种水泥混凝土及砂浆：普通混凝土，轻混凝土，特种混凝土及砂浆：普通混凝土，轻混凝土，特种混凝土，各种砂浆混凝土，各种砂浆硅酸盐制品：粉煤灰砖、灰砂砖硅酸盐制品：粉煤灰砖、灰砂砖绝热材料：石棉，矿棉，玻璃棉，膨胀珍珠岩绝热材料：石棉，矿棉，玻璃棉，膨胀珍珠岩金属材料金属材料黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢有

3、色金属：铝，锌，铜及其合金有色金属：铝，锌，铜及其合金有有机机材材料料植物质材料植物质材料木材，竹材木材，竹材沥青材料沥青材料石油沥青，煤沥青，沥青防水制品石油沥青，煤沥青，沥青防水制品高分子材料高分子材料塑料，橡胶，部分涂料塑料，橡胶，部分涂料复复合合材材料料无机非金属无机非金属材料与金属材料与金属材料、有机材料、有机材料的复合材料的复合聚合物混凝土、沥青混凝土、玻璃钢；聚合物混凝土、沥青混凝土、玻璃钢；钢筋混凝土钢筋混凝土附：灰砂砖：蒸压灰砂砖是以适当比例的石灰附：灰砂砖：蒸压灰砂砖是以适当比例的石灰和石英砂、砂或细砂岩和石英砂、砂或细砂岩,经磨细、加水拌和、半经磨细、加水拌和、半干法压制

4、成型并经蒸压养护而成。干法压制成型并经蒸压养护而成。粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料(也可以也可以掺加适量石膏和骨料掺加适量石膏和骨料)，经坯料制备、压制成型，经坯料制备、压制成型，加常压或高压蒸汽养护而成的墙体材料。颜色加常压或高压蒸汽养护而成的墙体材料。颜色呈黑灰色。呈黑灰色。玻璃钢的科学名称是玻璃纤维增强塑料，它是玻璃钢的科学名称是玻璃纤维增强塑料，它是以玻璃纤维及其制品以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料作为增强材料,以合成树脂作基体材料制作而成以合成树脂作基体材料制作而成 。按功能可以分为建筑结构材料，墙体材料

5、和建筑功能按功能可以分为建筑结构材料，墙体材料和建筑功能材料。见下表。材料。见下表。建筑结构材料：主要指构成建筑物受力构件或结构所用建筑结构材料：主要指构成建筑物受力构件或结构所用的材料。如梁、板、柱、基础等部位所用材料。对这的材料。如梁、板、柱、基础等部位所用材料。对这类材料的主要技术性能要求是力学性能和耐久性。类材料的主要技术性能要求是力学性能和耐久性。建筑功能材料：主要是指担负某些建筑功能、非承重用建筑功能材料：主要是指担负某些建筑功能、非承重用的材料，它们赋予建筑物防水、防火、保温、隔热、的材料，它们赋予建筑物防水、防火、保温、隔热、采光、隔声、装饰等功能。采光、隔声、装饰等功能。用于

6、建筑物内、外及分隔墙体所用的墙体材料分为承重用于建筑物内、外及分隔墙体所用的墙体材料分为承重墙材和非承重墙材，前者有力学性能要求，后者则起墙材和非承重墙材，前者有力学性能要求，后者则起围护作用并担负部分建筑功能要求。围护作用并担负部分建筑功能要求。建建筑筑材材料料建筑结构材料建筑结构材料砖混结构砖混结构 ：石材、砖、水泥混凝土、钢：石材、砖、水泥混凝土、钢筋筋钢木结构：建筑钢材、木材钢木结构：建筑钢材、木材墙体材料墙体材料砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐砌砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐砌块块墙板：混凝土墙板、石膏板、复合墙板墙板：混凝土墙板、石膏板、复合墙板建筑功能材料建筑功能材料防水材料：

7、沥青及其制品防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨胀绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨胀珍珠岩珍珠岩吸声材料吸声材料: 木丝板、毛毡，泡沫塑料木丝板、毛毡，泡沫塑料采光材料：玻璃采光材料：玻璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝材、装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝材、陶瓷陶瓷l石棉：石棉：它是天然的纤维状的硅酸盐类类矿物质的总称。也是唯一它是天然的纤维状的硅酸盐类类矿物质的总称。也是唯一的天然矿物纤维。石棉由纤维束组成，而纤维束又由很长很细的天然矿物纤维。石棉由纤维束组成，而纤维束又由很长很细的能相互分离的纤维组成。石棉具有高度耐火性、电绝缘性和的能相互分离的纤维组成。石棉具有高

8、度耐火性、电绝缘性和绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料。绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料。l矿棉：由硅酸盐类熔融物制得的棉花状短纤维，包括矿渣棉、矿棉：由硅酸盐类熔融物制得的棉花状短纤维，包括矿渣棉、岩棉、岩棉、 玻璃棉和陶瓷纤维等，我国一般只指前两种。最早从夏玻璃棉和陶瓷纤维等，我国一般只指前两种。最早从夏威夷火山口得到的矿棉，称为威夷火山口得到的矿棉，称为“法尔的头发法尔的头发”。以冶金矿渣或。以冶金矿渣或粉煤灰为主要原料者称矿渣棉；以玄武岩等岩石粉煤灰为主要原料者称矿渣棉；以玄武岩等岩石 为主要原料者为主要原料者称称“岩棉岩棉”。将原料破碎成一定粒度后加助剂等进行配料，再。将原料破

9、碎成一定粒度后加助剂等进行配料，再入炉熔化、成棉、装包。矿棉及其制品质轻、耐久、不燃、不入炉熔化、成棉、装包。矿棉及其制品质轻、耐久、不燃、不腐、不受虫蛀等，是优良的隔热保温、吸声材料。腐、不受虫蛀等，是优良的隔热保温、吸声材料。 l玻璃棉：是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃棉：是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机纤维。具有成型好、体积密度小、热导率玻璃类，是一种无机纤维。具有成型好、体积密度小、热导率彽、保温绝热、吸音性能好、耐腐饰、化学性能稳定。彽、保温绝热、吸音性能好、耐腐饰、化学性能稳定。 l膨胀珍珠岩：珍珠岩在膨胀珍珠岩：珍珠岩在10001

10、300高温条件下体积迅速膨胀高温条件下体积迅速膨胀430倍，得到内部有大量孔隙的岩石，称为膨胀珍珠岩。是一倍，得到内部有大量孔隙的岩石，称为膨胀珍珠岩。是一种常用的保温隔热材料种常用的保温隔热材料 二二.建筑材料的重要作用建筑材料的重要作用（1）是各种土木工程的物质基础，在建筑工程中建材所占的投）是各种土木工程的物质基础，在建筑工程中建材所占的投资比例为资比例为40-70%左右。见图图。左右。见图图。（2）材料决定了建筑结构的设计方法。如钢材和混凝土强度提）材料决定了建筑结构的设计方法。如钢材和混凝土强度提高可使钢筋混凝土结构的承载力提高，从而可缩小结构的截高可使钢筋混凝土结构的承载力提高，从

11、而可缩小结构的截面尺寸，降低建筑物的自重和材料消耗量，继而可降低建筑面尺寸，降低建筑物的自重和材料消耗量，继而可降低建筑物造价和地基处理费用。物造价和地基处理费用。（3）材料决定施工方法。如木结构建筑物的施工，要用到锯子、）材料决定施工方法。如木结构建筑物的施工，要用到锯子、钉子、刨子等，而钢结构施工则要用到焊接工具、切割工具、钉子、刨子等，而钢结构施工则要用到焊接工具、切割工具、吊车等，而钢筋混凝土结构则要进行立模、钢筋绑扎、混凝吊车等，而钢筋混凝土结构则要进行立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑等工序。土浇筑等工序。（4）是工程质量优劣的决定性因素之一。）是工程质量优劣的决定性因素之一。材料质量的优

12、劣，配制是否合理，选用是否恰当直接影材料质量的优劣，配制是否合理，选用是否恰当直接影响建筑工程质量。响建筑工程质量。（）材料与建筑结构相互影响、相互发展。一种新的（）材料与建筑结构相互影响、相互发展。一种新的建筑材料的出现，必将促进建筑结构的改变。如钢筋混建筑材料的出现，必将促进建筑结构的改变。如钢筋混凝土、预应力混凝土的出现，大大提高了混凝土的抗拉凝土、预应力混凝土的出现，大大提高了混凝土的抗拉强度，从而使利用混凝土建造大跨度桥梁称为可能；高强度，从而使利用混凝土建造大跨度桥梁称为可能；高强度混凝土出现使建造高层建筑物成为可能。同样，新强度混凝土出现使建造高层建筑物成为可能。同样，新的建筑结

13、构的出现、新的建筑功能要求又会促进材料科的建筑结构的出现、新的建筑功能要求又会促进材料科学的发展。如港口工程、海洋工程中的结构物要求耐化学的发展。如港口工程、海洋工程中的结构物要求耐化学腐蚀能力强，故要求人们去研制耐腐蚀性高的混凝土学腐蚀能力强，故要求人们去研制耐腐蚀性高的混凝土和钢材。地下结构、隧道和地铁工程则需要高抗渗防水和钢材。地下结构、隧道和地铁工程则需要高抗渗防水材料，故人们想方设法的提高材料的抗渗性，等等。材料，故人们想方设法的提高材料的抗渗性，等等。土坯建造的住房天安门图l所用建筑材料：所用建筑材料： 土、石、木料、砖、石灰，砖石材料就土、石、木料、砖、石灰，砖石材料就达达1 1

14、亿亿m m3 3。图图埃菲尔铁塔图（1）轻质、高强材料。材料越轻质高强，则建筑物可越）轻质、高强材料。材料越轻质高强，则建筑物可越高、跨度可越大、施工越容易。高、跨度可越大、施工越容易。（2）高性能材料。材料的性能提高，相应地使用寿命提）高性能材料。材料的性能提高，相应地使用寿命提高，使用期材料的维修费用降低，从而可节约材料、降低高，使用期材料的维修费用降低，从而可节约材料、降低建造和使用成本，减少能耗和废弃物的排放等。建造和使用成本，减少能耗和废弃物的排放等。（3）绿色环保型材料。又称环境友好型材料或生态材料，）绿色环保型材料。又称环境友好型材料或生态材料，包括低耗能材料，用工农业废料、废渣

15、等代替自然资源生包括低耗能材料，用工农业废料、废渣等代替自然资源生产的材料产的材料, ,降低材料生产过程中废弃物的排放量，材料的降低材料生产过程中废弃物的排放量，材料的再生循环利用等等，要做到既发展建筑材料，又不损害后再生循环利用等等，要做到既发展建筑材料，又不损害后代人的利益。代人的利益。四四. .建筑材料的标准化建筑材料的标准化 材料的技术标准材料的技术标准: :国家标准、行业标准、企业标准和地方标准。国家标准、行业标准、企业标准和地方标准。GB-GB-国家标准国家标准 GB/TGB/T国家推荐性标准国家推荐性标准GBJ-GBJ-建筑工程国家标准建筑工程国家标准 JGJ-JGJ-建设部行业

16、标准建设部行业标准 JGJG建筑工业行业标准建筑工业行业标准 HGHG化工部标准化工部标准SHSH石油化学工业部标准石油化学工业部标准 JC-JC-国家建材局行业标准国家建材局行业标准YB-YB-冶金部行业标准冶金部行业标准 JTJ-JTJ-交通部行业标准交通部行业标准SD-SD-水电行业标准水电行业标准 DB-DB-地方标准地方标准 Q Q企业标准企业标准标准的表示方法：标准名称标准的表示方法：标准名称+ +部门代号部门代号+ +编号编号+ +批准年份批准年份例：例：通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥GB175-2007 GB175-2007 ASTM ASTM 美国国家标准美国国家标准 BS B

17、S 英国国家标准英国国家标准DIN DIN 德国国家标准德国国家标准 JIS JIS 日本国家标准日本国家标准 ISO ISO 国际标准国际标准 国家标准和部门行业标准都是全国通用标准，属国家指令性技国家标准和部门行业标准都是全国通用标准，属国家指令性技术文件，均必须严格遵照执行，尤其是强制性标准。术文件，均必须严格遵照执行，尤其是强制性标准。 标准是根据一定时期的技术水平制定的，它随技术水平的发展标准是根据一定时期的技术水平制定的，它随技术水平的发展需要进行修订，新标准实施后，旧标准自动废除。需要进行修订，新标准实施后，旧标准自动废除。标准是对重复性事物和概念所做的统一规定。它以科学、技术和

18、标准是对重复性事物和概念所做的统一规定。它以科学、技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。 标准的本质属性是一种标准的本质属性是一种“统一规定统一规定”。这种统一规定是作。这种统一规定是作为有关各方共同遵守的准则和依据。我国标准分为强制性标为有关各方共同遵守的准则和依据。我国标准分为强制性标准和推荐性标准两类。强制性标准必须严格执行，做到全国准和推荐性标准两类。强制性标准必须严格执行，做到全国统一。推荐性标准国家鼓励企业自

19、愿采用。但推荐性标准如统一。推荐性标准国家鼓励企业自愿采用。但推荐性标准如经协商，并计入经济合同或企业向用户作出明示担保，有关经协商，并计入经济合同或企业向用户作出明示担保，有关各方则必须执行，做到统一。各方则必须执行，做到统一。 标准制定的对象是重复性事物和概念。这里讲的标准制定的对象是重复性事物和概念。这里讲的“重复性重复性”指的是同一事物或概念反复多次出现的性质。例如批量生产指的是同一事物或概念反复多次出现的性质。例如批量生产的产品在生产过程中的重复投入，重复加工，重复检验等。的产品在生产过程中的重复投入，重复加工，重复检验等。只有当事物或概念具有重复出现的特性并处于相对稳定时才只有当事

20、物或概念具有重复出现的特性并处于相对稳定时才有制定标准的必要。有制定标准的必要。 制定标准过程要经有关方面协商一致。如制定产品标准不制定标准过程要经有关方面协商一致。如制定产品标准不仅要有生产部门参加，还应当有用户、科研、检验等部门参仅要有生产部门参加，还应当有用户、科研、检验等部门参加共同讨论研究，这样制定出来的标准才具有权威性、科学加共同讨论研究，这样制定出来的标准才具有权威性、科学性和适用性。性和适用性。标准化：包括制定，发布及实施标准的过程标准化：包括制定，发布及实施标准的过程 。通过制定、发布。通过制定、发布和实施标准，达到统一是标准化的实质。和实施标准，达到统一是标准化的实质。 五

21、五. .学习本课程的目的、要求和方法学习本课程的目的、要求和方法目的目的建筑材料建筑材料是一门专业基础课。本课程的目的是使学生具有建是一门专业基础课。本课程的目的是使学生具有建筑材料的基本知识筑材料的基本知识, ,在进行建筑工程设计、施工和工程监理时能在进行建筑工程设计、施工和工程监理时能正确认识和利用材料的物理、化学、力学性质和使用功能，并正正确认识和利用材料的物理、化学、力学性质和使用功能，并正确选用各类材料，同时也为后继课程的学习打下基础。确选用各类材料，同时也为后继课程的学习打下基础。要求要求熟练掌握建筑工程中常用材料的品种、规格、主要物理、化学和熟练掌握建筑工程中常用材料的品种、规格

22、、主要物理、化学和力学性能及其合理利用。力学性能及其合理利用。学习方法：多记、多思考、多做试验。这门课程的基本要求是学习方法：多记、多思考、多做试验。这门课程的基本要求是要重点掌握材料的基本性质和合理选用材料。为此必须熟记各种要重点掌握材料的基本性质和合理选用材料。为此必须熟记各种材料的性质，同时要多思考，弄清楚材料为什么会有这样的性质材料的性质，同时要多思考，弄清楚材料为什么会有这样的性质。建筑材料的基本性质归纳起来可分为：建筑材料的基本性质归纳起来可分为：一一.物理性质：包括密度、与水有关的性质、与热有关的物理性质：包括密度、与水有关的性质、与热有关的性质等。性质等。二二.力学性质：包括强

23、度、塑性与弹性、脆性与韧性等性力学性质：包括强度、塑性与弹性、脆性与韧性等性质。质。三三.耐久性：材料在长期使用中，会受到环境和其内部各耐久性：材料在长期使用中，会受到环境和其内部各种破坏因素的作用（物理、化学及生物因素等）而导种破坏因素的作用（物理、化学及生物因素等）而导致其使用功能下降。材料抵抗这些因素破坏作用的能致其使用功能下降。材料抵抗这些因素破坏作用的能力叫耐久性。包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等。力叫耐久性。包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等。l2.1 材料的物理性质材料的物理性质l2.2 材料的力学性质材料的力学性质l2.3 材料的耐久性材料的耐久性l2.4 材料的组成、结构和构造及其

24、对性能影响材料的组成、结构和构造及其对性能影响2.1.1与密度有关的性质与密度有关的性质 密度是指材料的质量与其体积之比。根据材料所处状态不同，可密度是指材料的质量与其体积之比。根据材料所处状态不同，可分为（真）密度、表观密度和堆积密度。分为（真）密度、表观密度和堆积密度。一、密度一、密度 干燥材料在绝对密实状态下，单位体积的质量称为密度。干燥材料在绝对密实状态下，单位体积的质量称为密度。 =m/v=m/v（式中：（式中：密度，密度， ；m m材料实体积的质量；材料实体积的质量；vv材料在绝对密实状态下的体积，即材料内固态物材料在绝对密实状态下的体积，即材料内固态物质的实体积，也可叫绝对体积）

25、质的实体积，也可叫绝对体积）注意：（注意：（1 1）干燥状态的材料）干燥状态的材料 （2 2）单位：）单位：，一般不用，一般不用kg/kg/ （3 3）实体积的测定：）实体积的测定： 在建筑材料中，除金属、玻璃、沥青等少数材料外，都含有在建筑材料中，除金属、玻璃、沥青等少数材料外，都含有一些孔隙。为了测得含孔材料的密度，应把材料磨成细粉（粒径至一些孔隙。为了测得含孔材料的密度，应把材料磨成细粉（粒径至少小于少小于0.20mm0.20mm），除去孔隙，经干燥后用李氏密度瓶测定实体积。），除去孔隙，经干燥后用李氏密度瓶测定实体积。材料磨得越细，所测得的体积越接近绝对体积材料磨得越细，所测得的体积越

26、接近绝对体积。 硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：3.03.15 ，火山灰水泥、矿渣水泥或粉，火山灰水泥、矿渣水泥或粉煤灰水泥：煤灰水泥： 2.8 3.0 ，粉煤灰：，粉煤灰：2.2 2.3 二、表观密度：在自然状态下，材料单位表观体积（实体积开二、表观密度：在自然状态下，材料单位表观体积（实体积开口孔隙体积口孔隙体积+闭口孔隙体积）的质量，称为表观密度。闭口孔隙体积）的质量，称为表观密度。 干燥状态干燥状态 式中：式中：o表观密度，表观密度，或或kgkg ； o表观体积；表观体积；vp孔隙的体积；孔隙的体积； mp孔隙的质量；孔隙的质量； 、意义同前。意义同前。ppooovvmmvm1实体实体2闭口孔

27、隙闭口孔隙3开口孔隙开口孔隙ovm 注意：注意： （1）表观体积）表观体积=实体积实体积+全部孔隙体积。但道路建筑材料表观全部孔隙体积。但道路建筑材料表观体积的含义与此不同，因而表观密度的定义也与此不同。体积的含义与此不同，因而表观密度的定义也与此不同。 （2）单位：）单位：kgkg和和均可。均可。 （3）表观密度与材料的含水状态有关，一般含水量增加，表）表观密度与材料的含水状态有关，一般含水量增加，表观密度增加。除有特别说明外，一般指干燥状态时的表观密观密度增加。除有特别说明外，一般指干燥状态时的表观密度。度。 （4）表观体积的测定方法：）表观体积的测定方法：形状规则的材料，用尺子测量。形状

28、规则的材料，用尺子测量。形状不规则的材料，加工成规则的形状，用尺子测量。形状不规则的材料，加工成规则的形状，用尺子测量。不必加工的材料，如吸水率（如砂、石）很小，直接用排液不必加工的材料，如吸水率（如砂、石）很小，直接用排液法（排水法或排油法）测量。否则将材料表面封蜡，再用排法（排水法或排油法）测量。否则将材料表面封蜡，再用排水法测量。水法测量。（5）碎石或卵石：）碎石或卵石：2.7 ，砂：，砂：2.6 ，普通混，普通混凝土：凝土：24002450 kgkgV 实体积实体积V0表观体积表观体积v 视密度时用到的体积视密度时用到的体积m实体积对应的质量实体积对应的质量mp孔隙的质量孔隙的质量mo

29、表观体积对应的质量表观体积对应的质量 V V V V V V0 0mmpmo某块材料的质量与体积关系某块材料的质量与体积关系三、堆积密度三、堆积密度定义：散粒材料在堆积状态下单位体积质量定义：散粒材料在堆积状态下单位体积质量。 00VmmmVVVVmmmspSKBsp堆积材料体积构成示意图堆积材料体积构成示意图oVm干燥状态mmpmsms空隙质量空隙质量Vs空隙体积空隙体积VB闭口孔体积闭口孔体积VK开口孔体积开口孔体积注意：注意：（1）堆积体积）堆积体积=所有颗粒实体积所有颗粒实体积+所有颗粒孔隙体积所有颗粒孔隙体积+颗粒之颗粒之间的空隙体积。间的空隙体积。（2）堆积密度包括松装堆积密度和紧

30、装堆积密度。在自然）堆积密度包括松装堆积密度和紧装堆积密度。在自然状态下的堆积密度为松装堆积密度，一般称堆积密度；在状态下的堆积密度为松装堆积密度，一般称堆积密度；在捣实状态下的堆积密度称紧装堆积密度。捣实状态下的堆积密度称紧装堆积密度。（3）单位：）单位： kgkg，一般不用，一般不用3 3（4）堆积体积测定：以散粒材料所占容器的容积作为堆积）堆积体积测定：以散粒材料所占容器的容积作为堆积体积。体积。（5）堆积密度与含水状态有关，一般指材料干燥时的堆积）堆积密度与含水状态有关，一般指材料干燥时的堆积密度。密度。 干燥状态下：干燥状态下： 密度密度 表观密度堆积密度表观密度堆积密度四、材料的孔

31、隙与密实度四、材料的孔隙与密实度孔隙对材料性质的影响：孔隙率大小和孔隙特征与材料的许多重孔隙对材料性质的影响：孔隙率大小和孔隙特征与材料的许多重要性质如强度、抗渗性、吸水性、抗冻性和导热性等有密切关系。要性质如强度、抗渗性、吸水性、抗冻性和导热性等有密切关系。 孔隙的多少：孔隙率小，则材料密实程度高，材料强度高。孔隙的多少：孔隙率小，则材料密实程度高，材料强度高。 孔隙的特征：孔隙的特征： 按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为为微孔（孔径按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为为微孔（孔径1000nm ）三种。）三种。 按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连通孔。按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连

32、通孔。 按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。 开口毛细孔越多，材料吸水性大；开口孔隙越多，材料抗渗、开口毛细孔越多，材料吸水性大；开口孔隙越多，材料抗渗、抗冻性越差；闭口孔隙越多，材料抗渗、抗冻性和隔热性反而越抗冻性越差；闭口孔隙越多，材料抗渗、抗冻性和隔热性反而越好。好。孔隙率：孔隙率是指材料内部孔隙体积孔隙率：孔隙率是指材料内部孔隙体积( (开口孔隙和闭口孔隙开口孔隙和闭口孔隙) )占占材料总体积的百分率。材料总体积的百分率。公式：公式： %100)1(%1001%100000）（ommVVVP密实度：材料内部固体物质的实

33、体积占材料总体积的百分率。密实度：材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率。公式：公式：开口空隙率：开口空隙率：指材料内部开口孔隙体积占材料总体积的百分指材料内部开口孔隙体积占材料总体积的百分率。用率。用P Pk k表示。表示。闭口空隙率：闭口空隙率：指材料内部闭口孔隙体积占材料总体积的百分指材料内部闭口孔隙体积占材料总体积的百分率。用率。用P Pb b表示。表示。 Pk+Pb=PpVVD1%100%10000空隙率：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的空隙率：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。空隙率大小反应了散粒材料的密实程度。百分率。空隙率大小反应了散粒材料的密实程度。在混凝

34、土配合比设计时，砂、石空隙率是计算砂率在混凝土配合比设计时，砂、石空隙率是计算砂率的重要依据。的重要依据。公式：公式：填充率：所有颗粒的表观体积占堆积体积的百分率。填充率：所有颗粒的表观体积占堆积体积的百分率。公式：公式： %100)1 (%100mm1%1000000000）（VVVp1pD2.1.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质一、材料的亲水性与憎水性一、材料的亲水性与憎水性 能被水润湿的材料为亲水性材料，反之为憎水性材料，如荷叶。能被水润湿的材料为亲水性材料，反之为憎水性材料，如荷叶。建筑材料大多为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖建筑材料大多为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂

35、、石、砖等，只有少数材料如沥青、石蜡及某些塑料等为憎水性材料。等，只有少数材料如沥青、石蜡及某些塑料等为憎水性材料。 润湿边角：在材料、水和空气的三相体的交点处沿水滴表面做润湿边角：在材料、水和空气的三相体的交点处沿水滴表面做切线，切线与材料和水接触面的夹角切线，切线与材料和水接触面的夹角 ，称为润湿边角。，称为润湿边角。 90时，材料表现为亲水性；时，材料表现为亲水性； =0时，材料完全被水时，材料完全被水润湿。润湿。 此时材料对水分子的吸引力大于水分子间的内聚力。此时材料对水分子的吸引力大于水分子间的内聚力。 90时，材料表现为憎水性时，材料表现为憎水性 。此时材料对水分子的吸。此时材料对

36、水分子的吸引力小于水分子间的内聚力。引力小于水分子间的内聚力。憎水性材料能阻止水分进入材料内部的毛细孔中，常用作防水材憎水性材料能阻止水分进入材料内部的毛细孔中，常用作防水材料。料。二、二、 吸湿性：自然状态下吸湿性：自然状态下定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率表示，对某一固定材料而言，含水率是一个变率表示，对某一固定材料而言，含水率是一个变值。值。 材料开口毛细孔数量越多则吸湿性越强。材料开口毛细孔数量越多则吸湿性越强。含水率：含水率： m m1 1材料湿质量；材料湿质量； m mo o材料干质量。材料干质量。平衡含水率：材料中所含水分

37、与周围空气的湿度相平衡时的平衡含水率：材料中所含水分与周围空气的湿度相平衡时的含水率为平衡含水率。含水率为平衡含水率。潮湿材料在干燥空气中放出水分的性能称还湿性。潮湿材料在干燥空气中放出水分的性能称还湿性。%100001mmmW三、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。用吸水率表示，它反三、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。用吸水率表示，它反应材料饱水（吸水饱和）状态下吸收水分的能力，对某一固定应材料饱水（吸水饱和）状态下吸收水分的能力，对某一固定材料而言为一恒值。材料而言为一恒值。质量吸水率：材料饱水时质量吸水率：材料饱水时, ,吸收水分的质量占材料干质量的百分率吸收水分的质量占材料干质量的百分

38、率 （式中：（式中：m m1 1材料饱水时的质量；材料饱水时的质量；m mo o材料干质量）材料干质量）体积吸水率：材料饱水时体积吸水率：材料饱水时, ,吸收水分的体积占材料干表观体积百分吸收水分的体积占材料干表观体积百分率率（式中：（式中：V Vo o材料干表观体积，材料干表观体积，o o材料干表观密度）材料干表观密度）注意：（注意：（1 1）开口毛细孔越多，吸水率越大。开口毛细孔越多，吸水率越大。 （2 2）一般，体积吸水率等于开口空隙率。）一般，体积吸水率等于开口空隙率。 （3）当材料吸湿达到饱和状态时的含水率即为吸水率。）当材料吸湿达到饱和状态时的含水率即为吸水率。%100001mmm

39、W水水水）（ooWmmmVmmW%100/%100001001四、耐水性：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降四、耐水性：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。的性质。软化系数：软化系数： KR 0.85为耐水材料，该值越小耐水性越差。为耐水材料，该值越小耐水性越差。一般，材料吸水后，强度会降低，故一般，材料吸水后，强度会降低，故KR=01。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须选用长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须选用KR0.85的的材料。受潮较轻或次要结构材料，材料。受潮较轻或次要结构材料，KR不宜小于不宜小于0.75.gbRffKf fb b材料饱水状态时抗压强

40、度；材料饱水状态时抗压强度；f fg g材料干燥状态时抗压强度。材料干燥状态时抗压强度。 五、抗渗性五、抗渗性：抵抗压力水渗透的性质：抵抗压力水渗透的性质 。用渗透系数或抗渗等级表示。用渗透系数或抗渗等级表示。渗透系数渗透系数: 透水量透水量（式中：（式中：KS、A、t、H、d分别表示渗透系数、渗水面积、渗水分别表示渗透系数、渗水面积、渗水时间、水压水头高度和材料厚度。水头也称压头，是水压力换算时间、水压水头高度和材料厚度。水头也称压头，是水压力换算成垂直水柱高度的形式。成垂直水柱高度的形式。1标准大气压标准大气压=760毫米汞柱毫米汞柱=10.336米米水柱）水柱）Ks的意义：渗透系数越小，

41、表明抗渗性能越好。的意义：渗透系数越小，表明抗渗性能越好。抗渗等级抗渗等级: :指材料不被水渗透时所能承受的最大水压力。指材料不被水渗透时所能承受的最大水压力。用用“P+10P+10倍最大水压力值（倍最大水压力值（MPaMPa）”表示。如：最大承水压力为表示。如：最大承水压力为0.4MPa0.4MPa，表示为，表示为P P4 4，有，有P4P4、P6P6 、P8P8、P10P10、P12P12等抗渗等级。等抗渗等级。 一般，抗渗性决定了材料的耐久性和质量。特别是地下结构、一般，抗渗性决定了材料的耐久性和质量。特别是地下结构、水池、压力管道和容器等对抗渗性要求高。水池、压力管道和容器等对抗渗性要

42、求高。 抗渗性与材料孔隙数量和特征有关。在孔隙数量相等时，开口抗渗性与材料孔隙数量和特征有关。在孔隙数量相等时，开口大孔数量多，抗渗性最差；开口连通细孔多，抗渗性也差；但封大孔数量多，抗渗性最差；开口连通细孔多，抗渗性也差；但封闭细孔多的材料的抗渗性反而好。因为使渗水路径延长了。闭细孔多的材料的抗渗性反而好。因为使渗水路径延长了。dAtHKQSAtHQdKS六、六、 抗冻性抗冻性材料在饱水状态下，能经受多次冻融循环作用不破坏，强度也材料在饱水状态下，能经受多次冻融循环作用不破坏，强度也不显著降低的性质。用抗冻等级表示。不显著降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级：按相关标准的规定进行冻融循环试验

43、，材料在达到抗冻等级：按相关标准的规定进行冻融循环试验，材料在达到规定的破坏程度（强度损失率不超过规定的破坏程度（强度损失率不超过25%且质量损失率不超且质量损失率不超过过5%）时能经受的最大冻融循环次数。）时能经受的最大冻融循环次数。用用“F+F+最大冻融循最大冻融循环次数环次数”表示。有表示。有F15F15、F25F25、F50F50、F100F100、F200F200、F300 F300 等等抗冻等级。抗冻等级。材料冻融破坏的主因是材料孔隙中的水结冰产生的膨胀造成的。材料冻融破坏的主因是材料孔隙中的水结冰产生的膨胀造成的。影响材料抗冻性的因素如下：影响材料抗冻性的因素如下：（1 1）孔隙

44、充水程度。孔隙未充满水，即使受冻也不一定会破）孔隙充水程度。孔隙未充满水，即使受冻也不一定会破坏，因为有孔隙中有多余的空间容纳结冰时产生的膨胀。坏，因为有孔隙中有多余的空间容纳结冰时产生的膨胀。（2）开口孔隙率：越大则抗冻性越差。）开口孔隙率：越大则抗冻性越差。（3）极细孔隙中的水的冰点降低，不会降低材料抗冻性。）极细孔隙中的水的冰点降低，不会降低材料抗冻性。根据热力学理论，孔中的水是否结冰，还取决于孔的孔径。根据热力学理论，孔中的水是否结冰，还取决于孔的孔径。孔径为孔径为10 nm 时，水在时，水在- 5 时才结冰；而孔径为时才结冰；而孔径为3.5 nm 时，水在时，水在- 20 时才结冰。

45、时才结冰。 （4）闭口孔隙率：越大则抗冻性好。）闭口孔隙率：越大则抗冻性好。 2.1.3 材料与热有关的性质材料与热有关的性质 现在国家非常重视节能、环保型房屋建设，大力推广保温、隔现在国家非常重视节能、环保型房屋建设，大力推广保温、隔热材料的使用，材料的热工性质也是一个重要性质。热材料的使用，材料的热工性质也是一个重要性质。一、导热性：材料传导热量的能力称导热性。用导热系数一、导热性：材料传导热量的能力称导热性。用导热系数表示。表示。 (式中：式中： 导热系数，导热系数，W/W/（m mk k）；）； Q Q、A A、t t、T T分别表示传导的热量、分别表示传导的热量、传热面积、材料厚度、

46、传热时间和材料两侧温差传热面积、材料厚度、传热时间和材料两侧温差)材料导热性与孔隙数量和特征有关：材料导热性与孔隙数量和特征有关：密闭细微孔隙越多，材料（如泡沫材料）隔热性能越好。因为密闭细微孔隙越多，材料（如泡沫材料）隔热性能越好。因为延长了传导路径。延长了传导路径。粗大孔隙或贯通孔隙越多，材料导热性能越好。因为这时热的粗大孔隙或贯通孔隙越多，材料导热性能越好。因为这时热的传递方式由传导为主变为对流为主。传递方式由传导为主变为对流为主。材料受潮或受冻后，导热性增加。因为空气、水、冰的导热系材料受潮或受冻后，导热性增加。因为空气、水、冰的导热系数分别为数分别为0.023（最小）、（最小）、0.

47、58、2.20 W/W/（m mk k） 。 普通混凝土普通混凝土=1.6=1.6；钢；钢=56=56；铜；铜=370=370。TAQt 二、热容量和比热二、热容量和比热 热容量：指材料升温时吸收热量多少或降温时放出热量热容量：指材料升温时吸收热量多少或降温时放出热量多少的性质。如吸收或放出热量多则热容量大，反之则小。多少的性质。如吸收或放出热量多则热容量大，反之则小。 Q=cmQ=cmT T （式中：（式中：QQ材料吸收或放出的热量；材料吸收或放出的热量； cc比热，比热，J/J/（gKgK）或）或kJ /kJ /（kgKkgK）；）； mm材料质量；材料质量； T T 温差；温差； cmc

48、m热容量）热容量） 比热比热c=Q/(m c=Q/(m T ), T ), 表示单位质量的材料温度升高或表示单位质量的材料温度升高或下降下降1K1K时吸收或放出的热量。时吸收或放出的热量。 导热系数和热容量是建筑物维护结构（墙体或屋盖）进导热系数和热容量是建筑物维护结构（墙体或屋盖）进行热工设计时的重要参数，应选用导热系数小而热容量大行热工设计时的重要参数，应选用导热系数小而热容量大的材料，以利于室内温度的稳定。的材料，以利于室内温度的稳定。 2.2.1 强度强度材料抵抗外力破坏的能力。用材料抵抗外力破坏的能力。用材料单位面积上能材料单位面积上能承受的最大应力表示，单位承受的最大应力表示，单位

49、MPa。一、形式：一、形式：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度： PP破坏时的最大荷载，破坏时的最大荷载，N N A A受力面积，受力面积，mmmm2 2 APf抗弯强度（抗折强度）抗弯强度（抗折强度）223bhFLf 单点加荷：单点加荷：三分点加三分点加荷：荷：2bhFLf L L/2/2L L/2/2 二、强度等级二、强度等级 为了合理选择材料，将材料按强度大小划分成不同的等为了合理选择材料，将材料按强度大小划分成不同的等级，即强度等级，如材料要达到某一强度等级，则其强度级，即强度等级，如材料要达到某一强度等级，则其强度不能低于该强度等级的规定值。石材、混凝土、红砖

50、等脆不能低于该强度等级的规定值。石材、混凝土、红砖等脆性材料主要用于抗压，以抗压强度划分等级，钢材主要用性材料主要用于抗压，以抗压强度划分等级，钢材主要用于抗拉，以抗拉强度划分等级。不同材料。具体的强度等于抗拉，以抗拉强度划分等级。不同材料。具体的强度等级划分方法在以后内容讲述。级划分方法在以后内容讲述。三、比强度三、比强度 它等于材料的强度与表观密度之比。比强度是评价材料它等于材料的强度与表观密度之比。比强度是评价材料轻质高强的指标，数值越大，表明材料越轻质高强。这对轻质高强的指标，数值越大，表明材料越轻质高强。这对保证建筑物强度、减小自重、节约材料、提高建筑物高度保证建筑物强度、减小自重、

51、节约材料、提高建筑物高度和跨度有重要的实际意义。和跨度有重要的实际意义。 比强度：木材低碳钢普通混凝土。普通混凝土不是轻比强度：木材低碳钢普通混凝土。普通混凝土不是轻质高强材料。质高强材料。 四、影响强度的因素：四、影响强度的因素：材料的组成：不同组成的材料，其强度不同。材料的组成：不同组成的材料，其强度不同。孔隙率：增加（表观密度降低），强度呈直孔隙率：增加（表观密度降低），强度呈直 线下降。线下降。含水状态：含水分时材料强度低于干燥状态时。含水状态：含水分时材料强度低于干燥状态时。温度：升高，强度降低。温度：升高，强度降低。试验条件：试验条件：试件尺寸：增大，强度降低；（试件越大，内部出现

52、缺陷试件尺寸：增大，强度降低；（试件越大，内部出现缺陷的几率越大，而试件的破坏就是从缺陷处开始的）的几率越大，而试件的破坏就是从缺陷处开始的）加荷速度：越快，强度越大；（试件的破坏与所受压力不加荷速度：越快，强度越大；（试件的破坏与所受压力不同步，有滞后效应）同步，有滞后效应）试件高度：长方形试件强度小于立方体试件；（长方体环试件高度：长方形试件强度小于立方体试件；（长方体环箍效应的影响要小些）箍效应的影响要小些）试件表面的平整度与光滑度：越平整、光滑，强度越小。试件表面的平整度与光滑度：越平整、光滑，强度越小。（环箍效应的影响减小）（环箍效应的影响减小） 2.2.2 2.2.2 材料的弹性与

53、塑性材料的弹性与塑性 材料受外力作用，在破坏前都会产生变形。根据变形的材料受外力作用，在破坏前都会产生变形。根据变形的特点，可分为弹性变形和塑性变形。特点，可分为弹性变形和塑性变形。 弹性变形：弹性变形： 材料在外力作用下产生变形，当外力取消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。这种能够完后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种能够完全恢复的变形称为弹性变形。用弹性模量（全恢复的变形称为弹性变形。用弹性模量（E E）来衡量弹）来衡量弹性变形能力。性变形能力。 E=E=/ E E越大，材料越不易产生弹性变形，刚度越大，为结构越大，材料越不易产生弹性变形，

54、刚度越大，为结构设计的重要参数。设计的重要参数。 塑性变形：塑性变形： 材料在外力作用下产生变形，当外力取消材料在外力作用下产生变形，当外力取消后仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称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。这种不能恢复的变形称为塑性变形。为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形。 实际上，单纯的弹性或塑性材料是不存在的。在较小实际上，单纯的弹性或塑性材料是不存在的。在较小力作用下时材料表现为弹性，但在较大力作用时则表现为力作用下时材料表现为弹性，但在较大力作用时则表现为塑性。塑性。2.2.3 2.2.3 材料的脆性与韧性材料的脆性与韧性 脆性：材料在

55、外力作用下，只发生很小的弹性变形和塑脆性：材料在外力作用下，只发生很小的弹性变形和塑性变形就突然破坏的性质称为脆性。具有这种性质的材料性变形就突然破坏的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，称为脆性材料。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达几倍到几十倍，如混凝土。脆性材料抵抗冲击或振动可达几倍到几十倍，如混凝土。脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差，故常用于承受静压力作用的工程部位如基荷载的能力差，故常用于承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子、墩座等。础、墙体、柱子、墩座等。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等。脆性材料：石、砖、砼、陶

56、瓷、玻璃、铸铁等。 韧性：材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能韧性：材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时也能产生一定的塑性或弹性变形而不破坏的性质量，同时也能产生一定的塑性或弹性变形而不破坏的性质称为韧性（或冲击韧性）。建筑钢材、木材、沥青混凝土称为韧性（或冲击韧性）。建筑钢材、木材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击韧性指求的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击韧性指标来衡量。标来衡量。2.2.4 2.2.4 硬度和耐磨性硬度和耐磨性 硬度是材料抵抗

57、其他物体刻划、压入其表面出现塑硬度是材料抵抗其他物体刻划、压入其表面出现塑性变形的能力。常用的测定测定硬度的方法有刻划法和性变形的能力。常用的测定测定硬度的方法有刻划法和压入法。通常，石料、陶瓷、矿物的硬度采用刻划法测压入法。通常，石料、陶瓷、矿物的硬度采用刻划法测定其莫氏硬度（共十级，级别越高材料越硬，滑石为定其莫氏硬度（共十级，级别越高材料越硬，滑石为1 1级，金刚石为级，金刚石为1010级）；钢材，木材，混凝土采用钢球压级）；钢材，木材，混凝土采用钢球压入法测定其布氏硬度（入法测定其布氏硬度（HBHB），以压痕单位面积上承受的），以压痕单位面积上承受的压力表示。硬度越大，材料耐磨性越好，

58、抗压强度越高。压力表示。硬度越大，材料耐磨性越好，抗压强度越高。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，通常用磨损率耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，通常用磨损率K K表示，即：表示，即： K=K=（M M1 1-M-M2 2）/A/A 其中其中 M M1 1，M M2 2分别表示磨损前后的质量；分别表示磨损前后的质量； A A受磨面积。受磨面积。 路面材料如石子、砂子，经常受水冲刷的部位用材料要路面材料如石子、砂子，经常受水冲刷的部位用材料要具有较高的耐磨性。具有较高的耐磨性。2cm 耐久性：材料在长期使用中，会受到环境和其内部各种破耐久性：材料在长期使用中，会受到环境和其内部各种破坏因素的作用（物

59、理、化学及生物因素等）而导致其使用坏因素的作用（物理、化学及生物因素等）而导致其使用功能下降，材料抵抗这些破坏因素长期作用的能力叫耐久功能下降，材料抵抗这些破坏因素长期作用的能力叫耐久性。混凝土耐久性是一个综合性质，包括抗渗性、抗冻性、性。混凝土耐久性是一个综合性质，包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、碱耐腐蚀性、碱- -骨料反应、抗碳化等性质。骨料反应、抗碳化等性质。 物理因素：冻融、干湿、冷热循环，风化，风沙、水流物理因素：冻融、干湿、冷热循环，风化，风沙、水流的冲刷等。的冲刷等。 化学因素：大气和环境水中的酸、碱、盐、化学因素：大气和环境水中的酸、碱、盐、COCO2 2、 O O2 2、 日光

60、等。日光等。 机械因素：包括荷载的持续作用，冲击，磨耗等。机械因素：包括荷载的持续作用，冲击，磨耗等。 生物因素：包括菌类、昆虫的破坏作用等。生物因素：包括菌类、昆虫的破坏作用等。 耐久性的判断：最可靠的判断是对材料进行长期观察和测耐久性的判断：最可靠的判断是对材料进行长期观察和测定，但这不便快速进行判断，常通过测定材料的抗渗性、定，但这不便快速进行判断，常通过测定材料的抗渗性、抗冻性、抗碳化性等来判断耐久性。抗冻性、抗碳化性等来判断耐久性。 耐久性良好的材料使用寿命长（间接节约了材料），维修耐久性良好的材料使用寿命长（间接节约了材料），维修费用低，有利于环保、节能。费用低，有利于环保、节能。