建筑材料基本性质课件

建筑材料基本性质课件第1页，共78页，2023年，2月20日，星期四概论建筑工程材料的分类建筑工程材料：构成建筑物和构筑物的材料。（1）根据工程材料的功能与用途分类：结构材料装饰材料防水材料地面材料保温材料屋面材料吸声材料等等第2页，共78页，2023年，2月20日，星期四（2）根据化学成分不同划分无机材料有机材料复合材料具体分类见下表第3页，共78页，2023年，2月20日，星期四无机材料金属材料黑色金属：铁、建筑钢材有色金属：铜、铝、铝合金无机非金属材料天然材料：石材、砂、碎石无机结合料：石灰、石膏、水泥烧结制品：砖、瓦、玻璃、陶瓷有机材料植物材料木材、竹材等沥青材料石油沥青、煤沥青等高聚物材料塑料、橡胶、有机涂料、胶粘剂复合材料无机非金属复合材料水泥混凝土、砂浆、无机结合料稳定混合料金属-无机非金属材料钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机-无机非金属材料玻璃钢、聚合物混凝土、沥青混凝土第4页，共78页，2023年，2月20日，星期四

第一节材料的基本物理性质

第二节材料的基本力学性质

第三节材料的耐久性

第四节材料的装饰性主要内容第5页，共78页，2023年，2月20日，星期四第一节材料的物理性质

一、与材料积体相关概念

二、材料的密度、表观密度、堆积密度

三、密实度、孔隙率

四、填充率、空隙率

五、与水有关的性质

六、热工性能第6页，共78页，2023年，2月20日，星期四一、与材料体积有关的几个概念1、材料结构1.固体（实体）2.闭口孔隙3.开口孔隙

固体（实体）孔闭口孔隙开口孔隙2、材料的体积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。绝密体积、表观体积、堆积体积第7页，共78页，2023年，2月20日，星期四定义：干材料在绝对密实状态下的体积，即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。表示方法：以Ｖ表示测定方法：比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其于绝对密实状态下，直接测其体积；一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积绝密体积第8页，共78页，2023年，2月20日，星期四定义：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。表示方法：以Ｖ0表示。测定方法对形状规则的材料，直接测量；对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量表观体积第9页，共78页，2023年，2月20日，星期四定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。表示方法：以V’表示测定方法：包括了材料间的空隙体积用既定容积的容器测定。与堆积状态有关（同一材料）松散堆积下的体积较大密实堆积状态下的体积较小堆积体积第10页，共78页，2023年，2月20日，星期四二、材料的密度、表观密度、堆积密度定义：材料在绝对密实状态下单位体积的重量。计算式：=m/v式中：——密度（kg/m3）m——材料的干燥质量，kg。v——材料在绝对密实状态下的体积，m3测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。密度第11页，共78页，2023年，2月20日，星期四有孔材料密度的测定第12页，共78页，2023年，2月20日，星期四

定义：表观密度在自然状态下，材料单位体积的重量计算式：

式中

。——表观密度，kg/m3。m——材料的质量，kg。V。——材料在自然状态下的体积，m3。测定方法：规则试件：几何计算法；不规则试件：蜡封，饱和排水法与含水状态的关系：含水量越大，表观密度越小。表观密度第13页，共78页，2023年，2月20日，星期四

定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积状态下单位体积的重量。计算式：测定方法：粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。意义：在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。堆积密度第14页，共78页，2023年，2月20日，星期四几种密度的特点：相同点：指单位体积质量。（质量/体积）区别：测试方法不同，获得体积大小不同体积的测试方法：实体体积

——李氏比重瓶法或排水法(粉末)表观体积（实体＋闭口＋开口）

—规则试件：几何计算法；—不规则试件：蜡封，饱和排水法堆积体积(实体＋闭口＋开口＋间隙)——密度筒法小结第15页，共78页，2023年，2月20日，星期四定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。计算式：密实度三、密实度、孔隙率定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例计算式：孔隙率第16页，共78页，2023年，2月20日，星期四孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关系？材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度第17页，共78页，2023年，2月20日，星期四观察与讨论某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？AB第18页，共78页，2023年，2月20日，星期四讨论：保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。

第19页，共78页，2023年，2月20日，星期四某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。

案例分析第20页，共78页，2023年，2月20日，星期四分析：加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。

第21页，共78页，2023年，2月20日，星期四五、与水有关的性质石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？建筑红砖能否用作防水材料？长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。第22页，共78页，2023年，2月20日，星期四根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为亲水性材料：润湿角θ≦90°憎水性材料：润湿角90°＜θ＜180°

亲水性憎水性Play

建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表面处理。1、亲水性和憎水性第23页，共78页，2023年，2月20日，星期四第24页，共78页，2023年，2月20日，星期四（1）吸水性——饱水状态（吸水饱和）恒值定义：材料与水接触吸收水分的性质。指标：用吸水率表示。质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率2.

吸水性与吸湿性第25页，共78页，2023年，2月20日，星期四材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率为2％～3％，粘土砖的吸水率达8％～20％，而木材的吸水率可超过100％。第26页，共78页，2023年，2月20日，星期四（2）吸湿性——自然状态变值

定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。

指标：含水率定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率计算式：。第27页，共78页，2023年，2月20日，星期四与空气湿度有关材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？

第28页，共78页，2023年，2月20日，星期四定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。指标：软化系数（K软）

3.

耐水性第29页，共78页，2023年，2月20日，星期四一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。

因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。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。软化系数的范围波动在0~1之间，当软化系数大于0.80时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造。第30页，共78页，2023年，2月20日，星期四4.

抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质。指标：1）渗透系数：

式中：K—渗透系数，cm/h；A—透水面积，cm2；Q—透水量，cm3；t—时间，h；d—试件厚度，cm；H—静水压力水头，cm。K的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。Play第31页，共78页，2023年，2月20日，星期四2）抗渗等级

定义：指用标准方法进行透水试验时，石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。表示方法：字母P+可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。举例：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。

第32页，共78页，2023年，2月20日，星期四抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。材料的抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。

地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。第33页，共78页，2023年，2月20日，星期四5.

抗冻性定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。指标：抗冻等级

——抗压强度下降≯25%；质量损失≯5%时能经受冻融循环的最大次数。例如：F150混凝土——该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为150次。第34页，共78页，2023年，2月20日，星期四材料抗冻标号的选择，足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为D15或D25；用于桥梁和道路的混凝土应为D50、D100或D200。水工混凝土要求高达D500。5.

抗冻性第35页，共78页，2023年，2月20日，星期四材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨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。

冻融循环冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强度降低。冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成压力。

5.

抗冻性第36页，共78页，2023年，2月20日，星期四冻融破坏的大坝坝面使用20年高速公路桥5.

抗冻性第37页，共78页，2023年，2月20日，星期四5.

抗冻性第38页，共78页，2023年，2月20日，星期四能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。建筑节能保温材料热工性质导热性热容量六、热工性质第39页，共78页，2023年，2月20日，星期四导热性定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。指标：导热系数λ

式中λ——导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ｑ－传导的热量，Ｊｄ—材料厚度，ｍ；Ｆ——热传导面积，m2；Ｚ一热传导时间，h（t2-t1）－材料两面温度差，K第40页，共78页，2023年，2月20日，星期四各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系数范围是0.035～3.5W／(m·K)，工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。工程意义：判断材料的保温隔热性能（λ↑传热越↑保温性↓物理意义：导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1Ｋ时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1㎡)的热量。第41页，共78页，2023年，2月20日，星期四常用建筑材料的热工性质指标材料名称

导热系数W/(m·K)比热J/(g·K)钢

550.46玻璃0.9花岗岩

3.490.92普通混凝土

1.510.88水泥砂浆

0.930.84普通粘土砖

0.810.84粘土空心砖

0.640.92松木

0.17～0.352.51泡沫塑料

0.031.30冰

2.202.05水

0.604.19静止空气

0.023

第42页，共78页，2023年，2月20日，星期四材料的化学组成与结构

化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。如：一般情况下，导热系数的大小为：金属材料﹥非金属材料﹥有机材料影响导热性的因素：第43页，共78页，2023年，2月20日，星期四孔隙率和空隙构造特征

P↑，导热性↓，原因是静止空气的λ＜一般材料的λ。P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，λ↑，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，λ↑。材料的湿度和温度材料受潮后，λ↑，导热性↑，保温隔热性↓（λ水＞λ空气）材料再受冻，λ进一步↑，保温隔热性进一步↓(λ冰＞λ水)。棉袄浸水后保暖性变差？孔多的材料保温性能好？第44页，共78页，2023年，2月20日，星期四热容定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热容C表示。在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。材料名称

比热J/(g·K)钢

0.46铜

0.38花岗岩

0.92普通混凝土

0.88水泥砂浆

0.84普通粘土砖

0.84粘土空心砖

0.92松木

2.51泡沫塑料

1.30冰

2.05水

4.19第45页，共78页，2023年，2月20日，星期四复习思考题1．中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？2．保温材料为什么保持干燥状态保温效果较好？第46页，共78页，2023年，2月20日，星期四

一、材料的强度

二、弹性和塑性

三、脆性和韧性

四、硬度和耐磨性第三节材料的力学性质第47页，共78页，2023年，2月20日，星期四一、材料的强度1.强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，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。第48页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.根据外力作用方式不同分类:抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度。如下图所示：第49页，共78页，2023年，2月20日，星期四第50页，共78页，2023年，2月20日，星期四第51页，共78页，2023年，2月20日，星期四混凝土路面砖抗折强度试验第52页，共78页，2023年，2月20日，星期四材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：

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第53页，共78页，2023年，2月20日，星期四抗弯强度（抗折强度）

单点加荷：

三分点加荷：

第54页，共78页，2023年，2月20日，星期四根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。3.强度等级强度和强度等级的联系与区别强度等级是人为规定的强度范围强度指的是材料的极限值，是唯一的,是实测值强度等级的确定必须以其极限强度值为依据,每一强度等级则包含一系列强度值用于评价材料是否轻质高强。如C30M10Q2354.比强度材料的强度与其表观密度的比值第55页，共78页，2023年，2月20日，星期四1)材料的组成、结构与构造2)孔隙率与孔隙特征3)试件的形状和尺寸4)加荷速度5)试验环境的温度、湿度6)受力面状态5.影响材料强度的因素第56页，共78页，2023年，2月20日，星期四弹性

定义：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。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。

指标：弹性模量

意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料越不易变形，即抵抗变形的能力越强。二、弹性和塑性第57页，共78页，2023年，2月20日，星期四2、塑性：定义：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。

常见塑性材料：混凝土拌合物、水泥浆、钢材、沥青等Play第58页，共78页，2023年，2月20日，星期四第59页，共78页，2023年，2月20日，星期四第60页，共78页，2023年，2月20日，星期四1、脆性定义：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。

特点：破坏时，变形小；抗压强度高而抗拉、抗折强度低

脆性材料：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。三、脆性和韧性第61页，共78页，2023年，2月20日，星期四第62页，共78页，2023年，2月20日，星期四2、韧性（冲击韧性）定义：在冲击、震动荷载作用下，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。

韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击试验测定路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。第63页，共78页，2023年，2月20日，星期四第64页，共78页，2023年，2月20日，星期四四、硬度和耐磨性1.硬度定义：材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力分类：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；

布氏、洛氏硬度（金属材料）。测定方法：刻划法，回弹法和压入法刻划法：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第65页，共78页，2023年，2月20日，星期四2.耐磨性

定义：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。

指标：材料的耐磨性用磨耗率表示

计算公式：式中：G------材料的磨耗率，（g/cm2）

m1----材料磨损前的质量，（g）

m2-----材料磨损后的质量，（g）

A------材料试件的受磨面积（cm2）第66页，共78页，2023年，2月20日，星期四复习思考题1.影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？2.材料的强度与强度等级有何区别？3.在有冲击、振动荷载的部位宜选用具有哪些特性的材料？为什么？第67页，共78页，2023年，2月20日，星期四

定义材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。破坏作用材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。第四节材料的耐久性第68页，共78页，2023年，2月20日，星期四物理作用：可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑材料要具有耐热性能。化学作用：包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用：包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用：包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。第69页，共78页，2023年，2月20日，星期四各种建筑材料受到的主要破坏砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下会逐渐老化而使材料变脆或开裂。

第70页，共78页，2023年，2月20日，星期四耐久性是一个综合性性能，包括抵抗上述各种因素的长期作用耐久性主要包括：抗渗性抗冻性抗腐蚀性抗碳化性抗侵蚀性抗碱骨料反应耐久性抗渗性抗碳化性抗碱骨料反应性抗腐蚀性抗冻性抗侵蚀性第71页，共78页，2023年，2月20日，星期四耐久性指标材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。主要包括抗渗性、抗冻性、