第1章建筑材料的基本性质

第1章建筑材料的基本性质材料的组成与结构材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性4321CONTENT内容大纲材料的组成与结构材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性4321CONTENT内容大纲1.1材料的组成与结构1.1.1材料的组成

材料的组成分为化学组成、矿物组成及相组成。1、化学组成定义：是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。

无机非金属材料含氧化物含量表示方法：

无机金属材料化学元素含量

有机材料各化合物含量1.1材料的组成与结构1.1.1材料的组成

2、矿物组成定义：是指构成材料的矿物的种类和数量。其中，将无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能的组成结构称为矿物。矿物组成不同，即使化学组成相同材料性质不同（金刚石、石墨）

1.1材料的组成与结构金刚石是全共价键，形成立体框架结构。

石墨中碳原子的作用力有两类，片层结构中的碳与碳是以共价键相连，片层结构之间的作用力是范德华力，因此石墨能够滑动。1.1材料的组成与结构1.1.1材料的组成

3、相组成定义：材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。自然界中的物质可分为气相、液相和固相。

1.1材料的组成与结构材料的组成是决定材料性质的内在因素之一。

1.1材料的组成与结构1.1.2材料的结构

1、宏观结构定义：是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。尺寸范围：10-3m级以上分类：

致密结构：完全没有或基本没有孔隙。（钢铁、玻璃）多孔结构：具有较多的孔隙，孔隙直径较大。（加气混凝土）微孔结构：具有众多直径微小的孔隙。（石膏制品）按孔隙特征

1.1材料的组成与结构1.1.2材料的结构

1、宏观结构分类：

堆聚结构：材料中的颗粒通过胶结材料结合在一起（水泥混凝土）纤维结构：是木材、玻璃纤维制品特有的结构（木材、岩棉）层状结构：是板材常见的结构（胶合板）散粒结构：由单独的颗粒组成（混凝土骨料）按存在状态

1.1材料的组成与结构堆聚结构：混凝土纤维结构：岩棉1.1材料的组成与结构层状结构：胶合板散粒结构：混凝土骨料1.1材料的组成与结构1.1.2材料的结构

2、细观结构定义：是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。尺寸范围：10-3-10-6m3、微观结构定义：是指原子分子层次的结构。尺寸范围：

10-6-10-10m

1.1材料的组成与结构材料的结构是决定材料性质的内在因素之一。

1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙

1、孔隙形成的原因（1）水分子占据作用：建筑材料加水拌合，用水量通常超过理论上的用水量，多余的水分占据的空间即为孔隙。（2）外加的发泡作用：如生产加气混凝土等的各种发泡剂，可在材料中形成大量的孔隙。1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙

1、孔隙形成的原因（3）火山爆发作用：火山爆发时喷到空中的岩浆，冷却后在岩石中形成大量的孔隙。（4）焙烧作用：材料中掺入的可燃材料在高温下燃烧掉而形成孔隙。1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙

外加发泡作用：加气混凝土1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙

焙烧作用：烧结砖1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙

2、孔隙的类型（1）开口孔隙：与外界相连通的细小孔隙；（2）闭口孔隙：与外界不连通的细小孔隙；1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙

3、孔隙对材料性质的影响（孔隙增多）（1）材料的体积密度减小；（2）材料受力的有效面积减小，强度降低；（3）导热系数减小；（4）透气性、透水性、吸声性、吸湿性、吸水性变大；材料的组成与结构材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性4321CONTENT内容大纲1.2材料的物理性质内容提要：1.2.1与质量有关的性质1.2.2与水有关的性质1.2.3与热有关的性质1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

1、密度5、密实度与孔隙率2、表观密度（视密度）6、填充率与空隙率3、体积密度7、压实度4、堆积密度1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

材料的体积组成：固体、孔隙

绝对密实：V

自然状态：V+V孔

堆积状态：V+V孔+V空不同状态

1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

1、密度定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。公式：ρ=m/v

ρ—材料的密度（g/cm3）；m—材料的质量（g）；绝干状态下的质量V—材料在绝对密实状态下的体积（cm3）。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

1、密度体积状况：绝对密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身的体积，或称实体积，不含孔隙在内的体积。（与材料孔隙无关）测定方法：测定有孔隙材料的密度，把材料磨成细粉消除内部孔隙；测定致密材料密度，采用排水法。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

2、表观密度（视密度）定义：材料在自然状态下不含开口孔隙时，单位体积的质量。公式：ρ’=m/v’，其中v’=v+vb

ρ’—材料的表观密度（g/cm3）；m—材料的质量（g）；绝干状态下的质量V’—材料在自然状态下不含开口孔隙时的体积（cm3）。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

2、表观密度（视密度）体积状况：构成材料的固体物质本身的体积与闭口孔隙体积之和，不含开口孔隙体积。（与材料内部闭口孔隙有关）测定方法：全干材料的排水体积（吸水饱和后）1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

3、体积密度定义：材料在自然状态下单位体积的质量。公式：ρ0=m/v0，其中v0=v+vb+vk

ρ0—材料的体积密度（g/cm3）；m—材料的质量（g）；V0—材料在自然状态下的体积（cm3）。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

3、体积密度注意：材料的质量可以是任意状态下的，但必须说明含水情况。

绝干状态下质量

绝干体积密度气干状态下质量气干体积密度吸水饱和状态下质量吸水饱和体积密度不同状态下质量

1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

3、体积密度体积状况：构成材料的固体物质本身的体积与闭口孔隙体积及开口孔隙体积之和。（与材料内部孔隙有关）测定方法：规则形状：直接测量外形尺寸；不规则形状：全干材料的排水体积，为了防止液体成分渗入材料内部，测定时表面涂蜡。1.2材料的物理性质1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

4、堆积密度定义：散粒状或粉状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。公式：ρ0’=m/v0’，其中v0’=v0+vv

ρ0’—材料的堆积密度（kg/m3）；m—材料的质量（kg）；V0’—材料的堆积体积（m3）;Vv—材料间空隙体积（m3）1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

4、堆积密度注意：材料的质量可以是任意状态下的，但必须说明含水情况。

绝干状态下质量

绝干堆积密度气干状态下质量气干堆积密度吸水饱和状态下质量吸水饱和堆积密度不同状态下质量

1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

4、堆积密度体积状况：构成材料的固体物质本身的体积、孔隙及颗粒间空隙之和。（与材料内部孔隙和颗粒间空隙有关）测定方法：以材料填充容器的容积大小来测量1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

密度名称体积状况体积测量密度计算绝对密度材料自身体积（不含孔隙）磨成细粉消除内部孔隙，干粉排水法ρ=m/v表观密度外形体积（含闭口孔）全干材料的排水体积（吸水饱和后），v’=v+vbρ’=m/v’体积密度外形体积（含所有孔）测量几何外形；排水法v0=v+vb+vkρ0=m/v0堆积密度材料堆积体积（含材料间堆积空隙）材料填充容器的容积v0’=v0+vv

ρ0’=m/v0’同种材料：密度＞表观密度＞体积密度＞堆积密度1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

5、密实度与孔隙率（1）密实度定义：材料的固体物质的体积占总体积的比例。公式：D=V/V0

×100%=ρ0

/ρ×100%ρ0为绝干状态下体积密度

1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

ρ0为绝干状态下体积密度

5、密实度与孔隙率（2）孔隙率定义：材料中孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：P=（V0-V）/V0×100%=（1-V/V0）×100%=（1-

ρ0

/ρ）×100%=（1-D）×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

ρ0为绝干状态下体积密度

5、密实度与孔隙率①开口孔隙率定义：材料中开口孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：Pk=（V0-V’）/V0×100%=（1-V’/V0）×100%=（1-

ρ0

/ρ’

）×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

5、密实度与孔隙率②闭口孔隙率定义：材料中闭口孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：Pb=P-Pk1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

6、填充率与空隙率（1）填充率定义：材料在自然堆积状态下，颗粒实体体积占堆积体积的百分率。公式：D’=V0/V0’×100%=ρ0

’/ρ0

×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

6、填充率与空隙率（2）空隙率定义：材料在自然堆积状态下，颗粒间的体积占堆积体积的百分率。公式：P’=（V0’-V0）/V0’×100%=（1-V0/V0’）×100%=（1-

ρ0

’/ρ0

）×100%=（1-D’）×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质

7、压实度定义：散粒状材料被压实的程度。公式：Ky=ρ’/ρm

’×100当散粒状材料经充分压实后，其堆积密度值达到最大干密度，相应的空隙率值已达到最小值，此时的堆积体最为稳定。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

1、亲水性与憎水性2、吸水性与吸湿性3、耐水性4、抗渗性5、抗冻性1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

1、亲水性与憎水性定义：材料在空气中与水接触时，根据其能否被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类。表示方法：润湿角θ。当θ≤90º时，为亲水性材料；当θ＞90º时，为憎水性材料。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

1、亲水性与憎水性1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

1、亲水性与憎水性亲水与憎水的原因：水关系水与材料状态内聚力＜吸引力水被吸附内聚力＞吸引力水不被吸附1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性（1）吸水性定义：材料在水中吸收水分的能力。表示方法：质量吸水率（Wm）和体积吸水率（Wv）。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性①质量吸水率（Wm）定义：材料在吸水饱和时，所吸水量占材料干质量的百分率。公式：Wm=（mb-m）/m×100%取值范围：≥1或＜1Wm—材料的质量吸水率（%）；mb—材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）;m—材料在干燥状态下的质量（g或kg）。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性②体积吸水率（Wv）定义：材料在吸水饱和时，吸水体积占材料自然体积的百分率。公式：Wv=（mb-m）/（V0×ρw）×100%=Pk

取值范围：＜1质量吸水率与体积吸水率之间的关系：Wv=Wm×ρ01.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性②体积吸水率（Wv）吸水率主要与材料的孔隙率，特别是开口孔隙率有关，并与材料的亲水性和憎水性有关。由于封闭孔隙不吸水（常压下），而是开口孔隙吸水。因此可以认为，当材料吸水饱和时，材料所吸水的体积与开口孔隙的体积相等，可得Wv=Pk

。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性（1）吸水性影响因素：亲水性、孔隙率、孔隙特征亲水性、孔隙率、微细连通孔吸水性材料钢铁花岗岩混凝土粘土砖木材吸水率00.5~0.72~38~20＞1001.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性（2）吸湿性定义：材料在空气中吸收水分的性质。表示方法：含水率（Wh）1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性（2）吸湿性公式：

Wh=（ms-mg）/mg×100%Wh—材料的含水率（%）；ms—材料在吸湿状态下的质量（g或kg）;mg—材料在绝对干燥状态下的质量（g或kg）。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性（2）吸湿性影响因素：

含水率与材料的组成结构有关，更与外部环境（空气湿度、环境温度）有关。空气相对湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

2、吸水性与吸湿性含水对材料性质的影响：

（1）材料吸水或吸湿后，引起强度下降；（2）材料的体积密度和导热性增加；（3）使材料的保温性、吸声性下降，并使材料受到冻害的机率增大。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

3、耐水性定义：材料长期在饱和水作用下而不受破坏，其强度也不显著降低的性质。表示方法：软化系数KR（结构材料）KR=fb/fgKR—材料的软化系数；fb—材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；fg—材料干燥状态下的抗压强度（MPa）。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

3、耐水性软化系数KR越小，耐水性越差；KR≥0.85，耐水材料选用要求：在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用KR＞0.85的建筑材料。对用于受潮较轻或次要结构的材料，KR不宜小于0.75。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

4、抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质。表示方法：渗透系数K或抗渗等级Pn公式：K=Qd/AtHQ=KAtH/d渗透系数越大，材料的抗渗性越差。抗渗标号越大，材料的抗渗性越好。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

4、抗渗性影响因素：亲水性、孔隙率（开口孔）、孔隙特征（连通孔）亲水性、孔隙率、连通孔抗渗性1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

5、抗冻性定义：材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。冻坏原因：水结冰体积膨胀9%，产生很大的内应力。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

5、抗冻性表示方法：抗冻等级Fn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。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质

5、抗冻性影响因素：（1）亲水性与憎水性；（2）孔隙率，特别是开口孔隙率越大，材料的抗冻性越差；（3）孔隙充水程度；（4）材料本身强度。1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

1、导热性2、热容与比热容3、耐燃性与耐火性1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

冬天：室内热量室外，室内温度夏天：室外热量室内，室内温度材料作用：绝热性好，热容量大室内冬暖夏凉传热方式：传导换热、对流换热、辐射换热1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

1、导热性定义：材料传导热量的能力。表示方法：导热系数λ公式：λ=Qδ/At（T2-T1）

Q=λAt（T2-T1）/δλ物理意义：材料单位面积为1m2，单位厚度为1m的单层平壁，当材料两侧温差为1K时，经单位时间1s所传导的热量。1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

1、导热性几种物质的导热系数：绝热材料：

λ＜0.23W/m·k物质λ（W/m·k）物质λ（W/m·k）静止空气0.023粘土砖0.75泡沫塑料0.035混凝土1.4木材0.29冰2.3水0.58钢铁581.2材料的物理性质影响导热性的主要因素：（1）材料的组成与结构：λ金属＞λ非金属，λ无机＞λ有机，λ晶体＞λ非晶体；（2）材料的孔隙率与孔隙形态特征：材料的孔隙率愈大，即空气愈多，导热系数愈小；由微细而封闭孔隙组成的材料，其导热系数小，由粗大而连通的孔隙组成的材料，其导热系数大；（3）材料含水率增加，导热系数随之增加，当材料结冰时，绝热性能显著下降。1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

2、热容与比热容热容定义：材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的能力。公式：

Q=cm（T2-T1）c=Q/m（T2-T1）表示方法：比热容c比热容c物理意义：单位质量材料在温度变化1K时，材料吸收或放出的热量。1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

3、耐燃性与耐火性（1）耐燃性定义：材料对火焰和高温度抵抗能力，是影响建筑物防火、建筑结构耐火等级的重要因素。分类：按燃烧性质分为非燃烧材料、难燃材料、可燃材料、易燃1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

非燃烧材料：不起火、不燃烧、不碳化（钢铁、砖）；难燃材料：难起火、难燃烧、难碳化，离开火源后，燃烧或微燃立即停止（经防火处理的木材）；可燃材料：立即起火或燃烧，离开火源后仍继续燃烧或微燃（木材）；易燃：立即起火并迅速燃烧，离开火源后仍继续迅速燃烧（油漆、纤维）。1.2材料的物理性质1.2.3与热有关的性质

4、耐燃性与耐火性（2）耐火性定义：指建筑材料或结构在一定时间内满足标准耐火试验中规定的稳定性、完事性、隔热性和其他预期功能的能力。表示方法：耐火极限，从材料受到火的作用时间起，到材料失去支持能力、完整性及隔火作用的时间。材料的组成与结构材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性4321CONTENT内容大纲1.3材料的力学性质内容提要：1.3.1材料的强度1.3.2材料的弹性与塑性1.3.3材料的脆性与韧性1.3.4材料的硬度与耐磨性1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度

1、强度2、抗拉（压、剪）强度3、抗弯（折）强度1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度

1、强度定义：材料承受外力而不被破坏的能力。分类：根据所受外力的作用形式不同，材料的强度分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度

1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度

2、抗拉（压、剪）强度定义：材料承受荷载（拉力、压力、剪力）作用直到破坏时，单位面积上所承受的拉力（压力、剪力）。公式：f=F/Af—抗拉、抗压、抗剪强度（N/mm2）；F—材料受拉、压、剪破坏时的最大荷载（N）；A—材料受力面积（mm2）1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度

3、抗弯（折）强度公式：fm=3FL/2bh2（一集中荷载）fm=FL/bh2（两个相等的集中荷载）fm—材料的抗弯（折）强度（N/mm2）；F—受弯时的破坏荷载（N）；L—两支点间距（mm）b、h—材料截面宽度、高度（mm）1.3材料的力学性质1.3.1材料的强度

影响强度的因素：内因：组成与结构（材料的孔隙率愈大，强度愈小）；外因（试验条件）：试件形状、试件尺寸、表面粗糙程度