建筑材料的基本性能

1建筑材料的基本性能

主要介绍建筑材料的基本物理性质、力学性能、材料的耐久性以及有关参数、性能指标和计算公式等，通过对材料基本性能的了解与掌握，为今后的学习与实践打下一定的基础。本章提要本章内容1.1

材料的基本物理性质1.2

材料的力学性质1.3

材料的耐久性1.1材料的基本物理性质材料在绝对密实状态下（内部不含任何孔隙），单位体积的质量称为材料的密度，以ρ表示。其计算式为：

绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的真实体积。1.1.1材料的基本物性参数1.1.1.1密度

表观密度是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量，其计算式为：

表观体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。对外形规则的材料，其几何体积即为表观体积；对外形不规则的材料，可用排水法测定。一般所指的表观密度，是以干燥状态下的测定值为准。1.1.1.2表观密度

堆积密度（旧称松散容重），是指散状（粉状、粒状或纤维状）材料在自然堆积状态下单位体积（包含了颗粒内部的孔隙即颗粒之间的空隙）所具有的质量。其计算式为：

常用建筑材料的基本物理参数见表1.1。1.1.1.3堆积密度表1.1常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率

材料密度ρ(kg/m3)表观密度ρ0(kg/m3)堆积密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)石灰岩2.601800~2600____花岗岩2.60~2.902500~2800__0.5~3.0碎石(石灰岩)2.60__1400~1700__砂2.60__1450~1650__普通粘土砖2.50~2.801600~1800____粘土空心砖2.501000~1400____材料密度ρ(kg/m3)表观密度ρ0(kg/m3)堆积密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)水泥

3.10__1200~1300__普通混凝土

__2100~2600__5~20木材1.55400~800__55~75钢材7.857850__0泡沫塑料__20~50____玻璃2.55______续表1.1(1)密度

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，以D表示。其计算式为：1.1.1.4密实度与孔隙率(2)孔隙率

孔隙率是指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率，以P表示。其计算式为：

材料的总体积是由该材料的固体物质与其所包含的孔隙所组成的。建筑材料的许多性能如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与材料的孔隙有关。孔隙按其尺寸大小又可分为微孔、细孔和大孔。几种常用建筑材料的孔隙率见表1.1。(1)填充率

填充率是指散粒状材料在其堆积体积内，被其颗粒填充的程度，以D′表示。其计算式为：1.1.1.5填充率与空隙率(2)空隙率

空隙率是指散粒状材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率，以P′表示。其计算式为：空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间相互填充的致密程度。填充率与空隙率的关系为：

润湿是水在材料表面被吸附的过程，材料被水润湿的程度可用润湿角θ表示，如图1.1所示。一般认为，润湿角θ≤90°（如图1.1（a）所示）的材料为亲水性材料。反之，θ＞90°时，表明该材料不能被水润湿，称为憎水性材料(如图1.1（b）所示)。1.1.2材料与水有关的性质1.1.2.1亲水性与憎水性图1.1材料的润湿示意图

(a)亲水性材料；（b）憎水性材料

(1)吸水性

材料在浸水状态下吸入水分的能力称为吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。

①质量吸水率材料吸水达饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率，可表示为：1.1.2.2吸水性与吸湿性②体纺积吸鼓水率是指轨材料悦体积硬内被虏水充迈实的详体积切。即浸材料偶吸水某达饱回和时艘，所山吸收慢水分摊的体杀积占仍干燥太材料仅自然巩体积舍的百搅分率否，可牲按下珍式计热算：质量补吸水举率与捆体积刻吸水市率有璃如下臭的关您系：(2瞎)吸湿芦性材料值在潮炼湿空撕气中育吸收屈水分谜的性酿质称想为吸湿犯性。吸鸦湿性绵的大昌小可醋用含水苹率表示僻。奏材料乱所含铲水的剂质量婶占材国料干累燥质降量的这百分常率，泄称为材料蜘的含丝式水率，可欠用下膏式计诊算：材料昆长期旋在饱是和水换作用捕下而僻不破棍坏，纯其强其度也低不显辽著降射低的诊性质泊称为耐水睛性。一般册材料参随着盗含水廉量的母增加怕，会誉减弱叙其内厨部的漆结合恒力，旨强度喜也会打不同放程度即地降贺低。材料详的耐安水性奴用软化功系数表示谎，可证按下险式计献算：1.猴1.挪2.巩3耐水呜性材料烟抵抗壤压力很水渗畏透的间性质冬称为抗渗咏性（或不透乞水性），奸可用渗透挂系数K表示由。材料黎的透享水性可用重达西脚定律他来描当述，蓝即在湿一定脱时间脱内，悄透水鲁材料逮试件颗的水仅量与株试件锐的断累面积及水匆头差要（液挡压）运成正熄比，歌与试智件的健厚度隆成反柏比。摆可用村下式能表示哗：1.献1.杜2.疮4抗渗暖性渗透僚系数闭反映驴了材垒料抵削抗压架力水统渗透渣的性伏质。添渗透滩系数叹越大摄，材齐料的辉抗渗负性越盗差。已对于碧混凝诞土和裤砂浆爷材料阴，抗窜渗性宏常用抗渗傍等级S表示犹。材料晚抗渗译性的及好坏该与材衡料的枯孔隙缺率和僻孔隙施特征姿有关然。抗冻恋性是材雀料抵示抗冻垫融循赢环作淋用，使保持友其原姐有性眯能的祝能力干。对结顺构材伐料，占主要端指保邀持强旱度的看能力务，并兽以抗鞭冻标舟号来哗表示揉。抗冻叨标号是用承材料艘在吸贵水饱贸和状强态下趴（最勇不利成状态炮），解经冻骨融循稍环作捕用，边强度论损失增和质至量损踩失均答不超朵过规番定值杏时，稳所能榜抵抗贫的最钻多冻处融循确环次树数来持表示万，记东作D2训5、D5疑0、D1戚00、D1级50等。1.猪1.哲2.孤5抗冻较性材料俭抗冻待性的照高低喇决定扬于材侧料的阶吸水仆饱和殊程度膏和材甘料对悉结冰辰体积粪膨胀改所产鄙生的盯压力狂的抵验抗能亚力。抗冻惯性常咽作为哗考查致材料阶耐久系性的窄一个裤指标碌。材料挥的强引度愈准高，念耐水岛性愈睁好，或其抗望冻性炸愈好雨。材料泄传导贡热量棕的能极力，兼称为导热狡性。材剖料导顽热能关力的燥大小者可以伟用导热台系数张（λ）表示勿。导热求系数检在数裤值上思等于厚度唤为1m的材做料，渗当其项相对振两侧展表面六的温扩度差紫为1K时，拨经单易位面坡积（1m2）单清位时烈间（1s）所堪通过鸦的热侦量。1.训1.欲3材料淡的热益工性寻质1.极1.食3.否1导热海性材料液的导奥热系搁数除超与其者本身姨的性顷质、挪结构嚼、密竟度有爹关外邮，还常与材酬料的舍含水示率及命环境蜜温度册等有贯关。可用顺下式需表示位：材料仆加热明或冷并却时浑，吸岛收或唱放出效热量钞的性催质，讯称为热容派量。热容爸量的义大小锦用比热胀容（也着称热气容量励系数息，简笼称比年热）串表示沈，比俯热容疗表示1g材料竞，温护度升呀高1K时所格吸收英的热柿量，觉或降叶低1K时放袭出的俊热量冒。材料捏吸收晒或放碍出的馅热量春和比分热，抢可用积下式惜计算思：1.膀1.挡3.察2比热咬容比热是反完映材法料的腐吸热焦或放午热能料力大武小的势物理赌量。常见匆建筑锻材料篇的热反工指绪标见表1.征2。表1.固2几种坟典型探材料梯的热厅工性妖质指拦标材料导热系数(W/（m·K）)比热容(J/（g·K）)钢材580.48铜材3700.38花岗岩3.490.92混凝土1.510.84烧结普通砖0.80.88松木0.17~0.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密闭空气0.0231.00在建桃筑工贤程中导常把1/独λ称为材料揪的热闷阻，用R表示浆。导热屈系数和热阻都是并评定解建筑傍材料触保温隶隔热秒性能释的重告要指班标。亿材料互的导匠热系较数越袋小，抵其热鱼阻越殊大，干则材序料的敌保温造隔热纷性能孕越好奸。常将λ≤黄0.血17筑5W紧/（m·抓K）的逐材料字称为绝热愉材料。1.装1.拿3.偿3材料娘的保没温隔昏热性声能挣穿透谢材料雀和被涌材料蒸消耗东的性轰质称巩为材料注的吸汉声性，用吸声趟系数α(吸收轰声功乱率与告入射见声功粗率之丢比)表示封。吸声绣系数α越大朴，材坟料的洞吸声棍性越恩好。雅吸声错系数子与声亏音的赶频率忙和入筝射方值向有蛙关。通常砌使用算的六阿个频蚂率为12赖5H已z、25探0H锹z、50卸0H肯z、10钉00拣Hz、20荡00衰Hz和40冷00谣Hz。1.瞎1.夸4材料变的声唉学性仅质1.信1.齿4.狂1吸声破性一般方将上顽述6个频节率的疑平均嘉吸声愉系数α≥蜂0.珠20的材剩料称荣为吸声穴材料。最帜常用堪的吸萍声材县料大亏多为偿多孔澡材料底。影响乱材料映吸声破效果别的主要逮因素有：(1安)材料脊的孔复隙率而和体怒积密历度(2浸)材料珍的孔咸隙特彻征(3甜)材料课的厚臭度(1角)隔空封气声透射序声功疤率与雁入射丸声功诸率的布比值街称为声透届射系攻数，用τ表示魄，该图值越陕大则锋材料扮的隔逆声性躺越差稀。材料界的隔户声能牙力用隔声嚼量R（R=梳10窜lg阅(1挖/τ算)来表覆示，础单位色为dB。与声壶透射占系数τ相反半，隔且声量著越大绝，材孤料的翅隔声苗性能老越好厘。1.嫂1.辉4.霉2隔声腔性(2稳)隔固脂体声固体进声是由碍于振督源撞旺击固横体材扑料，项引起狐固体路材料污受迫仇振动芹而发查声，珍并向机四周讨辐射乌声能妖。固体哄声在快传播合过程缩慧中，含声能闪的衰概减极聋少。贿弹性疑材料收如地伪毯、享木板忌、橡甘胶片虎等具祝有较剑高的抹隔固向体声鲜的能腐力。1.患2材料留的力蜜学性耗质材料新的力眠学性匠能，就敏是指讯材料圈在外末力（事荷载谨）作臂用下剃，抵秃抗破置坏和幼变形跨的能协力。1.智2.伶1材料惹的强得度材料淘因抵双抗外富力（禽荷载渐）作娘用而四引起越破坏姓的最险大能炭力，桨即为该材雀料的诞强度。其资值是劳以材朋料受力破他坏时蒙单位垒面积葵上所轰承受笔的力榴表示服。计都算式污为：材料遮在建印筑物竟上所瞎承受膏的力答，主薪要有盘拉力割、压税力、殊弯曲般力及见剪应芹力等裂。材慌料抵剑抗上疯述外誓力破钻坏的底能力沙，分单别称宋为抗偷拉、剧抗压使、抗羞弯和询抗剪舍强度牢。静园力强厅度的今分类呼和计尚算公寄式见表1.跟3。大部租分建只筑材错料，剪根据逝极限筑强度天的大犬小，缝可划胆分为科若干企不同页的强脸度等宰级。材料未的强逃度与守材料五本身屡的组扮成、选结构负和构搏造等肆有很兼大关励系。帖钢材失的抗罗拉、秋抗压趣强度拼都很悉高，如表1.锁4所示。表1.绢3静力缺强度设分类强度类别举例计算式附注抗压强度fc(MPa)fc=F/AF—破坏荷载(N)A—受荷面积(mm2)l—跨度(mm)b—断面宽度(mm)h—断面高度(mm)抗拉强度ft(MPa)ft=F/A抗剪强度fv(MPa)fv=F/A抗弯强度ftm(MPa)ftm=3Fl/(2bh2)表1.裹4钢材慈、木完材和叹混凝壳土的努强度晓比较材料表观密度ρ0（kg/m3）抗压强度fc（MPa）比强度fc/ρ0

普通混凝土240029.40.012低碳钢78604150.053松木50034.3(顺纹)0.069材料时在外朗力作曾用下层产生联变形彻，当钟外力行取消投后，碎材料再变形便即可泼消失斥并能反完全短恢复车原来催形状弦的性湿质，非称为弹性。这种播当外例力取芹消后踩瞬间驳即可栋完全院消失阵的变由形，灰称为弹性面变形。这种漂变形舱属于转可逆翅变形雾，其灭数值观的大仅小与枝外力怜成正学比。宏其比誉例系丑数E称为弹性筋模量。1.破2.卧2材料歪的弹璃性和犯塑性在弹维性变船形范给围内携，弹雄性模吩量E为常谎数，占其值规等于悟应力σ与应升变ε的比皱值，赤即：材料壮在外燥力作伍用下助产生参变形鞭，但叠不破籍坏，给并且纽奉当外绿力停爆止作朋用后夺，不嗓能自吵动恢涨复原馒来形野状的狗性质钥，称祸为塑性。这脉种不详能消碎失的依变形榜称为塑性浴变形或不可暗恢复往变形。在外妥力作雷用下深，当鸣外力详达到雹一定蛋限度串后，醉材料猎突然乒破坏帜而又斩无明前显的脑塑性于变形买的性且质，蓄称为脆性。在冲舌击、偷震动扩荷载萝作用扎下，届材料传能吸虫收较查大的袋能量盖，产缩慧生一走定的握变形接而不吉致破出坏的炭性质默，称惨为韧性。韧性祖值可用流材料昼受荷懒载达枪到破漠坏时焰所吸常收的愈能量弟来表文示，钞即：1.杰2.吸3材料付的脆浆性和菜韧性硬度是材脾料表岁面抵亮抗其陷他物墨体压主入或中刻划只