第1章建筑材料的基本性质

第一章建筑资料的根本性质石家庄铁道大学资料科学与工程学院2021年9月制造1根本要求资料的根本物理性质资料的根本力学性质资料与水有关性质资料的组成和构造主要内容2根本要求教学目的掌握资料的根本物理性质、与水有关性质和力学性质；了解资料组成与构造教学重点各种物理性质和力学性质的根本概念、表示方法、性质测定方法；

3资料体积绝对体积、表观体积和堆积体积密度、表观密度和堆积密度孔隙率和空隙率第一节资料的根本物理性质4一、资料与质量有关的性质资料的体积构成资料体积(Volumeofmaterials)是资料占有的空间尺寸。由于资料具有不同的物理形状，因此表现出不同的体积。5一、资料与质量有关的性质绝对密实体积(theabsolutevolumeofmaterials)枯燥资料在绝对密实形状下的体积。即资料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的资料体积。普通以Ｖ表示。普通将资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(therelativevolumeofmaterials)资料在自然形状下的体积，即整体资料的外观体积〔含内部孔隙和水分〕。普通以V0表示。外形规那么的资料可根据其尺寸计算其体积；外形不规那么的资料可先在资料外表涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。6似体积对于比较密实、孔隙较少的散粒状资料，不用磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。资料的堆积体积粉状或粒状资料，在堆积形状下的总体外观体积。松散堆积形状下的体积较大，密实堆积形状下的体积较小。普通以表示。丈量:资料的堆积体积，常以资料填充的容器大小衡量7颗粒资料体积8

二、密度、表观密度和堆积密度密度表观密度堆积密度9定义：资料在绝对密实形状下单位体积的质量。

计算式：测定方法：李氏瓶法、排水法。留意：测试时，资料必需是绝对枯燥形状。1.密度(specificdensity)绝对密实资料绝密体积：资料在绝对密实形状下的体积。不包括内部孔隙的体积。如图：10李氏瓶法1.密度(specificdensity)试验演示11定义：资料在自然形状下单位体积的质量。表观体积：整体资料的外观体积V0〔如图〕〔V0=闭口孔+开口孔+实体〕计算公式：

测定方法规那么资料：几何法不规那么资料：蜡封排液法

2.表观密度(relativedensity)规那么资料开口孔闭口孔12定义指散粒资料〔粉状或粒状资料〕在堆积形状下单位体积的分量。堆积体积V‘0：即容器的容积。V‘0=V0+空隙体积计算式：测试方法：密度筒法

3.堆积密度(bulkdensity)颗粒状资料V‘013土木工程中常用资料密度14问题？对于某一种资料来说，其密度、表观密度和堆积密度之间的相互关系怎样？答：密度＞表观密度＞堆积密度为什么？答：自然形状下的体积＝绝对密实体积＋孔隙体积；堆积体积＝密实体积＋孔隙体积＋空隙体积。15一样点均为单位体积的质量〔质量/体积〕。不同点各种密度值不同体积的测试方法不同，体积值不同实体体积V—李氏比重瓶法(粉末)表观体积〔V0=V＋闭口＋开口〕—规那么试件：计算法；—不规那么试件：饱和排液法堆积体积—密度筒法几种密度的比较16孔隙率空隙率密实度孔隙率填充率空隙率——单块资料——散粒状资料二、孔隙率与空隙率17密实度〔D〕定义资料体积内被固体物质充实的程度。计算公式：1)固体2,3)孔隙1.孔隙率和密实度18孔隙率定义资料体积内孔隙体积所占总体积的比例，用符号P表示。孔隙分类按孔隙特征分按孔径大小分：粗空、细孔和微孔计算公式1)固体2〕闭口孔3)开口孔1.孔隙率和密实度开口孔闭口孔191、某资料密度为2.65g/cm3，表观密度为2.53g/cm3，将表观体积为367cm3、分量为929g的该资料浸入水中，吸水饱和后称得分量为933g，问此资料的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率各为多少?(1〕孔隙率：解：P=1-2.33/2.65=4.53%例题(2)开口孔隙率：〔3〕闭口孔隙率4.53%-1.1%=3.43%0020填充率D’：散粒资料堆积体积中，颗粒填充的程度。空隙率P’：散粒资料空隙体积占堆积体积的比例。2.空隙率和填充率21在绝对密实形状在自然形状在堆积形状密度表观密度堆积密度孔隙率空隙率孔隙率和空隙率对比22作业某岩石的密度为2.66g/cm3，表观密度为2.59g/cm3，堆积密度为1720g/cm3，试计算该岩石的孔隙率和空隙率烧结普通粘土砖的尺寸为240mm×115mm×53mm,吸水饱和后重为2940g,烘干至恒重为2580g，现将该砖磨细并烘干后取50g，用李氏瓶测得其体积为18.58cm3，试求该砖的密度、表观密度、孔隙率及闭口孔隙率。23复习思索题？？何为土木工程资料，如何分类？谈谈他对建筑资料的认识。24亲水性与憎水性吸水性与吸湿性耐水性抗渗性三、资料与水有关性质25定义在空气中与水接触可以被水润湿的性质〔见以下图〕。〔1)亲水性亲水资料具有亲水性的资料成为亲水资料。例如混凝土、水泥、砂浆均属于亲水性资料。1.亲水性与憎水性资料被水润湿表示图26定义在空气中与水接触不可以被水润湿的性质〔见以下图〕。憎水资料具有憎水性的资料成为憎水资料。如，沥青、石蜡、塑料等均属于憎水性资料。1.亲水性与憎水性〔2)憎水性憎水性资料表示图27润湿边角θ：资料、空气和水三相接触角如以下图。

亲水性憎水性亲水性资料：θ≦90°;憎水性资料：90°＜θ＜180°〔3〕评定方法1.亲水性与憎水性281.亲水性与憎水性亲水性与憎水性演示图：29定义资料与水接触时，其内部孔隙会吸收水分，这种性质称为吸水性。目的〔吸水率〕质量吸水率：体积吸水率：二者关系：〔1〕吸水性2.吸水性与吸湿性30定义资料吸收空气中水分的性质称为吸湿性。目的含水率；〔2〕吸湿性2.吸水性与吸湿性31〔3〕影响要素资料经过内部开口或连通的孔隙吸收外部环境的水开口孔隙越多，资料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。亲水性资料的吸水〔湿〕性比憎水性资料强亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。2.吸水性与吸湿性321.为什么房屋一楼潮湿？如何处理？缘由：地下水沿资料毛细管上升，然后在空气中挥发。处理问题的原理与方法阻塞毛细通道，掺加引气剂对资料中的毛细管壁进展憎水处置。思索题332、某施工队原运用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量700kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前往墙上浇水，觉察原运用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块外表看来浇水不少，但实那么吸水不多，请分析缘由。案例分析解答：加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶〞构造，肚大口小，毛细管作用差，只需少数孔是水分蒸发构成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，资料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的构造。343.耐水性广义定义：资料抵抗水破坏作用的才干。狭义定义：资料浸水饱和后不被破坏，强度也不显著降低的性质。目的：软化系数KR资料吸水饱和时的抗压强度,MPa资料枯燥形状的抗压强度，MPaffKwR=35用于水中、潮湿环境中的重要构造资料，应选用：软化系数＞0.85的资料；用于受潮湿较轻或次要构造的资料，那么应选用软化系数≮0.75的资料耐水性资料选择：3.耐水性36例题1、某资料的抗压强度为28.0MPa，在水中吸水饱和后测得其强度为21.3MPa，问该资料能否用于长期与水接触的环境中？解：因此，不能用于长期与水接触的环境。＜0.8537抗渗等级or浸透系数定义：资料抵抗压力水浸透的性质。目的：4.抗渗性在一定时间t内，透过资料试件的水量Q，与试件的渗水面积A及水头差H成正比，与浸透间隔(试件的厚度)d成反比。在规范实验方法下进展透水实验，以规定的试件在透水前所能接受的最大水压力来确定。38计算公式：A—透水面积cm2；t—透水时间，h；d—试件厚度，cm；H—压力水头，cm。Q—透水量cm3；〔1〕浸透系数K的物理意义：一定厚度的资料，在单位时间、单位水压、单位面积内的渗水量。浸透系数越小，阐明抗渗性能越好。4.抗渗性39定义：指砼或砂浆所能接受的最大水压力。测试方法：6个试件中4个试件未出现渗水的最大水压力。表示方法：假设最大承水压力为0.2MPa，表示为P2〔2〕抗渗等级4.抗渗性混凝土抗渗压力实验40导热性热容量四、资料的热工性质41定义：资料传导热量的才干。目的：导热系数λ

1.导热性式中：λ——资料的导热系数，W/〔m·K〕；Q——传导的热量，J；d——资料的厚度，m；A——资料传热的面积，m2；t——传热时间，h；〔T2-T1〕——资料两侧温度差，K42常用建筑资料的热工性质目的

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

1.导热性43资料的化学组成不同组成：金属资料﹥非金属资料﹥有机资料一样组成：晶体资料﹥微晶体资料﹥非晶体资料孔隙率和孔隙特征P↑，细小、闭口孔↑〔λ固体物质＞λ空气〕，λ↓，保温隔热性↑；P↑，连通孔、粗孔↑〔孔隙粗大或贯穿，空气对流作用加强〕，λ↑，导热性↑，保温隔热性↓。影响导热性的要素：1.导热性44资料的温度和湿度T↑，将促使分子热运动加剧，λ↑。资料受潮后〔λ水＞λ空气〕，λ↑，导热性↑，保温隔热性↓。资料受潮后再受冻(λ冰＞λ水)，λ进一步↑，保温隔热性进一步↓棉袄浸水后保暖性变差？影响导热性的要素：1.导热性452.热容量定义：资料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。表示方法：用比热容C表示。单位质量资料在温度变化1℃时，资料吸收或放出的热量。热容量=C×M意义：热容量↑，有利于坚持室内温度的相对稳定。46察看与讨论某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种资料的剖面。请问选择何种资料？AB47解答：保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，资料保温性能的主要描画目的为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。察看两种资料的剖面，可见A资料为多孔构造，B资料为密实构造，多孔资料的导热系数较小，适于作保温层资料。察看与讨论48强度弹性与塑性脆性与韧性硬度与耐磨性第三节资料的根本力学性质49强度的定义强度的分类与计算与强度有关的两个概念强度的影响要素一、资料的强度501.强度的定义从定性角度:为资料抵抗外力作用的才干。返回定量角度:是指资料发生破坏的极限应力值。实验方法：采用破坏实验法来测混凝土的强度

51资料受力表示图抗压强度〔图〔a〕〕抗拉强度〔图〔b〕〕抗剪强度〔图〔c〕〕抗折强度〔图〔d〕〕2.强度的分类与计算〔1〕强度的分类〔d〕52抗压、抗拉、抗剪强度计算公式：受力截面的面积，mm2资料破坏时的最大荷载，N〔2〕强度的计算2.强度的分类与计算53抗弯强度计算公式：单分点集中加荷：三分点加荷：bh2.强度的分类与计算54常见建筑资料的强度/MPa抗拉强度

抗弯强度

5～810～14—

2.6～5.0混凝土10～1001～4

—

松木(顺纹)

30～5080～12060～100建筑钢材240～1500240～1500

—

材料抗压强度

花岗岩100～250普通粘土砖10～303.常用建筑资料的强度55〔1〕资料的强度等级对于砖石、混凝土等：按抗压强度划分强度等级。对于建筑钢材等：按抗拉强度划分牌号。4.与强度相关的两个概念根据极限强度的大小，划分的不同等级或牌号。如：C30，M10，Q23556定义：指按单位体积质量计算的资料强度，即资料的强度与其表观密度之比〔f/ρ0〕。意义：比强度↑，轻质高强在高层建筑及大跨度构造工程中常采用比强度较高的资料，减轻自重，节约资料。轻质高强是未来资料的开展方向。〔2)比强度4.与强度相关的两个概念57〔2〕比强度运用58两种主要资料的比强度

材料表观密度/(kg/m3)强度/MPa比强度普通混凝土（抗压）2400400.017松木（顺纹抗拉）50100.200〔2〕比强度59〔1〕资料的组成〔2)资料的构造、孔隙率与孔隙特征〔3)试件的外形和尺寸〔4)加荷速度〔5)试件湿度〔6)受力面形状5.强度的影响要素60弹性：资料在外力作用下产生变形，当外力除去后变形随即消逝，完全恢复原来外形的性质。弹性变形：这种可以完全恢复的变形〔或瞬时变形〕目的：弹性模量E意义：E表示资料抵抗变形的才干；E值越大，资料越不易变形，即抵抗变形的才干越强，资料的刚度越大。二、资料的弹性和塑性61塑性资料在外力作用下，当应力超越一定的限值时产生显著变形，且不产生裂痕或发生断裂，外力取消后，仍坚持变形后的外形和尺寸的性质。塑性变形这种不能恢复的变形〔或永久变形〕。二、资料的弹性和塑性62BAε0A0BCB0DCEDFEC上C下钢材的弹塑性变形曲线图混凝土的弹塑性变形曲线图二、资料的弹性和塑性63脆性：资料在外力作用下忽然破坏，无明显塑性变形。韧性：冲击、振动荷载下，能吸收较大的能量，产生一定变形不破坏。三、资料的脆性与韧性脆性资料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等韧性资料：低碳钢、木材、玻璃钢等。641.铸铁造桥酿成灾祸概略：1876年6月，英国人用铸铁在北海的Tay湾上建造了全长3160m，单跨73.5m的跨海大桥，采用梁式架构造，在石材和砖砌筑的根底上采用铸铁管做桥面。结果不到两年，在一次台风袭击的夜晚，在台风加上火车冲击荷载的作用下桥墩脆断、桥梁倒塌、车毁人亡。案例分析缘由分析：主要是铸铁的桥墩在冲击荷载作用下发生脆断呵斥的。

对钢材与铸铁的性能进展了深化的对比：发现钢材不仅具有很高的抗压强度很高的抗拉强度和抗冲击韧性人们开场用钢材建造桥梁。652.泰坦尼克号的沉没概略：1912年，当时世界上最大的客船泰坦尼克号初航，不幸撞上冰山，35m厚度船钢板在水线处像拉开拉链一样被撕裂，海水排山倒海般涌向船内，约3小时后沉没。缘由分析：人们对泰坦尼克号的钢板进展测试：发现其抗压强度比如今钢材还要高。对钢板进展冲击韧性实验：发现钢材断裂时吸收的冲击功很低，是韧性差的脆性资料。化学分析阐明:改钢材的含S量高，导致钢材的脆性添加。案例分析66硬度定义：资料外表能抵抗其它较硬物体压入或刻划的才干。硬度实验方法四、资料的硬度与耐磨性金属资料：压入法布氏硬度：单位压痕面积上所接受的压力。洛氏硬度：压头压入试件的深度来表示钢材硬度。无机非金属资料：刻划法莫氏硬度67目的：磨耗率计算公式：G——资料的磨耗率〔g/cm2〕

m1——资料磨损前的质量〔g〕

m2——资料磨损后的质量〔g〕

A——资料试件的受磨面积〔cm2〕耐磨性定义：是资料外表抵抗磨损的才干。四〕、资料的硬度与耐磨性68定义破坏作用耐久性目的提高措施第四节资料的耐久性69是指资料在运用条件下，抵抗其本身和环境的长期破坏作用，坚持其原有性质不破坏、不蜕变的才干。一、耐久性定义70化学作用生物作用干湿交替、温度变化冻融循环酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀。虫蛀或菌类的腐朽作用而产生的破坏。物理作用二、破坏作用71耐久性是一个综合性性能耐久性主要包括：耐水性抗渗性抗冻性抗腐蚀性抗老化性耐磨性耐久性抗渗性耐水性耐磨性抗腐蚀性抗冻性抗老化性三、耐久性目的72提高资料本身对外界作用的抵抗才干提高D、降低P，使侵蚀性介质不易进入资料内部；在P一定情况下，尽量添加资料内部微小封锁的孔隙。将资料与周围介质隔离如涂层，外表处置。四、耐久性的提高措施73重点：掌握各种密度、空隙率、孔隙率、密实度和填充率的概念、计算公式、测定方法及其相互关系。掌握与水有关的各种性质的概念和计算。掌握强度的计算公式及影响要素。掌握弹性、塑性、脆性、韧性的根本概念及工程意义。难点：资料的组成、构造、构造与性质的关系。本章小结741.有一块烧结普通砖，在吸水饱和形状下测得的破坏荷载为185KN，枯燥形状下测得的破坏荷载为207KN〔受压面积为115mm×120mm〕，问砖的吸水饱和形状下和枯燥形状下抗压强度各为多少？能否适能用于长期与水接触的工程构造物中？2.消费资料时，在组成一定的情况下，可采取什么措施来提高资料的强度？3.决议资料耐久性的内在要素是什么？作业751.当某一建筑资料的孔隙率增大时，资料的如下性能如何变化？

思索题P密度表观密度强度吸水性抗冻性导热性↑P密度表观密度强度吸水性抗冻性导热性↓762.怎样区分资料的亲水性与憎水性？3.弹性与塑性具有什么工程意义？4.中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？5.保温资料为什么坚持枯燥形状保温效果较好？思索题77资料的组成资料的构造资料的构造第一节资料的组成和构造78化学组成矿物组成相组成一、资料的组成791.化学组成定义构成资料的化学元素及化合物的种类与数量。与性质关系资料的化学性质、物理性质与化学组成亲密相关。举例钢材易锈蚀是由于含Fe，钢材中C含量的多少，确定钢的性质，C愈高，脆性愈大，韧性就愈差；水泥的化学组成不同，或相互比例不同，性质也不同。80定义矿物组成是指构成资料的矿物种类和数量。矿物资料中具有特定的晶体构造，特定的物理力学性质的组织构造。与性质关系矿物组成在其化学成分确定的条件下，是决议资料性质的主要要素。举例水泥中的熟料矿物，其相对含量不同，水泥性能不同。

2.矿物组成81定义资料中构造相近，性质一样的均匀部分。自然界中的物质分为气候、液相固相三种形状。资料中，同种化学成分由于加工工艺不同，温度压力等环境的不同，可构成不同的相。如，铁碳合金中有铁素体、渗碳体、珠光体。复合资料由两相或两相以上的物质组成的资料。如混凝土。与性质关系复合资料的性质与其构成资料的相组成和界面特性有亲密关系。界面为多相资料中相与相之间的分界面，是较薄弱区。改善界面性能可以提高资料性能。

3.