第一章建筑材料概述

建筑材料与检测主讲人：虞波第一章建筑资料的根本性质第一节建筑资料的分类及开展趋势建筑资料的分类按资料的化学成分分类 按资料在建筑物中的功能分类按运用部位分类按来源分类无论按什么方式分，建筑资料应同时满足两个根本要求：技术性能要求和经久耐用。按化学组成分类按功能分类按运用部位分类根底资料构造资料墙体资料屋面资料地面资料饰面资料其他建筑资料的开展趋势高强，减少构造尺寸、降低构造自重轻质，减轻建筑物自重具有多功能性，如保温、隔热、吸声等顺应于机械化施工综合利用第二节建筑资料的根本性质〔一〕密度1.密度2.表观密度3.堆积密度(二)资料的密实度与孔隙率(三)资料的填充率与空隙率一、与质量有关的性质〔一〕密度1.密度:定义：资料在绝对密实形状下，单位体积的质量。计算：式中ρ——资料的密度，g/cm3；m——资料的质量〔枯燥至恒重〕，g；V——资料在绝对密实形状下〔不含任何孔〕的体积，cm3。密度测定方法在测定有孔隙资料〔如砖、石等〕的密度时，应把资料磨成细粉，枯燥后，用李氏瓶测定其绝对密实体积。它等于被粉末排出的液体体积。资料磨得越细，测得的密实体积数值就越准确。相对密度相对密度又称比重，是用资料的质量与同体积水〔4℃〕的质量的比值表示，无单位。〔一〕密度2.表观密度定义：资料在自然形状下，单位体积的质量。计算：式中ρ0——资料的表观密度，kg/m3或g/cm3；m——资料的质量，kg或g；V0——资料在自然形状下〔含内部一切孔〕体积，m3或cm3。注：同种资料，由于含水形状不同，而有不同的表观密度值。(a)资料的自然体积构成(b)资料的堆积体积构成资料的体积构成〔一〕密度3.堆积密度定义：散粒资料〔如粉状、颗粒状资料等〕在堆积形状下，单位体积的质量。计算：式中ρ0′——资料的堆积密度，kg/m3；m——资料的质量，kg；V0′——资料的堆积体积，m3。资料密度〔g/cm3〕表观密度〔kg/m3〕堆积密度〔kg/m3〕石灰岩花岗岩碎石〔石灰岩〕砂粘土普通粘土砖粘土空心砖水泥普通混凝土钢材木材泡沫塑料2.602.60～2.802.602.602.602.50～2.802.503.10—7.851.55—1800～26002500～2900———1600～18001000～1400—2100～26007850400～80020～50——1400～17001450～16501600～1800——1200～1300————附表1-1:常用建筑资料的密度、表观密度与堆积密度选择题：１、单个块状资料的密度和表观密度之间的关系：a:密度大于表观密度；b：密度大于或等于表观密度；c：密度小于表观密度；d：密度小于或等于表观密度。２、散状堆积资料的视密度和堆积密度之间的关系：a：视密度大于堆积密度；b：视密度大于或等于堆积密度；c：视密度小于堆积密度；d：视密度小于或等于堆积密度。小结：不论资料构造方式如何，可把资料分为两大类：单个块状资料：其总体积V0=V开+V闭+V固，单个块状资料的密度≥表观密度；散状堆积资料：其总体积V’=V开+V闭+V固+V空，散状堆积资料的视密度＞堆积密度。注：视密度——散状堆积资料用排水法测体积〔近似密实形状下的体积——视体积〕，单位体积的质量。〔二〕资料的密实度与孔隙率1.密实度定义：资料体积内被固体物质充实的程度，即资料的密实体积与总体积之比。计算：注：含孔的固体资料D＜1；D越接近1，资料越密实〔二〕资料的密实度与孔隙率2.孔隙率定义：资料体积内孔隙体积所占的比例，即资料的孔隙体积与总体积之比。计算：〔三〕资料的填充率与空隙率1.填充率定义：散粒资料在堆积形状下被固体颗粒所填充的程度。计算：〔三〕资料的填充率与空隙率2.空隙率定义：散粒状资料在堆积体积形状中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算：小结：1、D+P=1即密实度+孔隙率=1D’+P’=1即填充率+空隙率=12、孔隙率的大小反映了资料本身的致密程度；空隙率的大小反映了资料堆积的严密程度。二、与水有关的性质〔一〕亲水性与憎水性〔二〕吸水性与吸湿性〔三〕耐水性、抗渗性和抗冻性〔一〕亲水性与憎水性亲水性资料是指当润湿边角θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与资料分子间的相互吸引力，这种资料称为亲水性资料。例：水泥制品、玻璃、陶瓷、金属资料、石材等无机资料和部分木材。憎水性资料是指当润湿边角θ＞90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与资料分子间的吸引力，那么资料外表不会外表不会被水浸润，这种资料称为憎水性资料。例：沥青、油漆、塑料、防水油膏等。〔二〕吸水性与吸湿性1.吸水性定义：资料在水中吸入水分的才干。目的：吸水率—资料中所含水的质量与绝干形状下资料的质量之比。计算：式中Ｗ——资料的吸水率，%；m0——资料在绝干形状下的质量，g；m1——资料含水形状下的质量，g。〔二〕吸水性与吸湿性1.吸水性质量吸水率〔1〕吸水率体积吸水率注：轻质资料如海绵、塑料泡沫，普通用体积吸水率表示，因可吸收水分的质量大于枯燥资料的质量。〔2〕资料吸水，普通对资料的运用性能不利。如强度降低，表观密度、导热性增大，保温性差，有些资料吸水发生化学反响蜕变。〔3〕细微开孔资料、粗大开孔资料和闭孔资料哪个吸水率大？对开孔资料和闭孔资料来说，哪个对耐久性有害？哪个保温、隔热好？哪个吸音好？

留意：封锁孔隙较多的资料，吸水率不大时通常用质量吸水率公式进展计算，对一些轻质多孔资料，如加气混凝土、木材等，由于质量吸水率往往超越100%,故可用体积吸水率进展计算。〔二〕吸水性与吸湿性2.吸湿性定义：资料在空气中吸入水分的才干。目的：含水率—资料中所含水的质量与绝干形状下资料的质量之比。计算：

式中Ｗ′——资料的含水率，%；m0——资料在绝干形状下的质量，g；m1——资料潮湿形状下的质量，g。〔二〕吸水性与吸湿性2.吸湿性〔1〕资料中所含水分与空气湿度相平衡时的含水率—平衡含水率。〔2〕资料吸湿，普通对资料的运用性能也不利。如强度降低，堆密度、导热性增大，体积膨胀。〔3〕含水率是一个非常重要的目的，在配合比以及最正确含水率和最大干密度中会涉及到。

〔三〕耐水性、抗渗性和抗冻性1.耐水性定义：资料长期在饱和水作用下不破坏,其强度也不显著降低的性能。目的：软化系数计算：耐水资料是指软化系数大于0.80的资料。受水浸泡或长期处于潮湿环境的重要建筑物或构筑物所用资料的软化系数不应低于0.85。〔三〕耐水性、抗渗性和抗冻性2.抗渗性定义：资料抵抗压力水浸透的性质。目的：浸透系数或抗渗等级计算：式中KS——浸透系数，cm/h；Q——透水量，cm3；d——试件厚度，cm；A——透水面积，cm2；t——时间，h；H——水头高度〔水压〕，cm。〔三〕耐水性、抗渗性和抗冻性对于混凝土,抗渗性常用抗渗等级P表示,共有P4、P6、P8、P10、P12，表示混凝土能抵抗0.4Mpa、0.6Mpa、0.8Mpa、1.0Mpa、1.2Mpa的静水压力而不浸透。浸透系数越小或抗渗等级越高，资料的抗渗性越好。3.抗冻性定义：资料在吸水饱和形状下，能经受多次冻融循环而不破坏，强度又不显著降低的性质。目的：抗冻等级Fn，抗冻等级也是衡量资料耐久性的目的。混凝土的抗冻等级以符号F表示，n表示所能接受的最大冻融循环次数，记为F10、F15、F25、F100等。如：F15表示所能接受的最大冻融循环〔在-15℃的温度下冻结后，再在20℃的水中融化，为一次冻融循环〕次数不少于15次，这时强度损失率不超越25%，质量损失不超越5%。〔三〕耐水性、抗渗性和抗冻性〔三〕耐水性、抗渗性和抗冻性〔三〕耐水性、抗渗性和抗冻性冻融循环对资料的损害资料外表将出现裂纹、剥落等景象，呵斥分量损失、强度降低。缘由：资料内部孔隙中的水分结冰时体积增大对孔壁产生很大的压力，冰融化时压力又骤然消逝所致。抗冻性影响要素强度：资料强度越高，抗冻性越好；孔隙特征：开口孔隙越多资料的抗冻性能越差。孔隙大小：封锁大孔资料的抗冻性较小孔资料的抗冻性好。因资料孔隙中有一定的空间，可缓解冰冻的破坏作用。小结：资料的冻融破坏作用是从外外表开场产生剥落，逐渐向内部深化开展。抗冻性良好的资料，对于抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用的才干较强，所以抗冻性常作为调查资料耐久性的一项目的。在设计冰冷地域及冰冷环境(如冷库)的建筑物时，必需求思索资料的抗冻性。处于暖和地域的建筑物，虽无冰冻作用，但为抵抗大气的风化作用，确保建筑物的耐久性，也常对资料提出—定的抗冻性要求。冻融破坏的大坝坝面运用20年的高速公路桥梁三、与热有关的性质〔一〕导热性〔二〕热容量〔三〕热变形性〔一〕导热性定义：导热性是指资料传送热量的才干。目的：导热系数λ导热系数的物理意义在稳定传热条件下，当资料层单位厚度内的温差为1℃时，在1h内经过1m2外表积的热量。T2T1〔一〕导热性绝热资料通常将导热系数λ≤0.175W/m·K的资料称为绝热资料。保温隔热——绝热两个相反的概念导热导热系数λ小，保温隔热好；如闭孔导热系数λ大，导热好〔一〕导热性影响资料导热系数的要素有：〔1〕资料组成金属资料＞非金属资料＞有机资料〔2〕孔隙率：大，表观密度小，导热系数小〔3〕孔隙特征细小闭孔＜粗大闭孔或连通孔〔4〕含水率由于水的导热系数λ=0.58W/m·K，远大于空气，所以资料含水率添加后其导热系数将明显添加，假设受冻〔冰λ=2.33W/m·K，〕那么导热才干更大。〔二〕热容量定义：热容量是指资料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。目的：比热〔或热容量系数〕C，单位为kJ/(kg·K)式中Q——资料吸收或放出的热量，kJ；m——资料的质量，kg；(T2-T1)——资料受热或冷却前后的温差，K。小结：选用围护构造资料时，要到达保温隔热效果，就选用导热系数小，热容量大的资料。〔三〕热变形性资料的热变形性是指资料在温度变化时其尺寸的变化常用长度方向变化的线膨胀系数表示。第三节建筑资料的力学性质内容一、强度与比强度二、弹性和塑性三、脆性和韧性四、硬度和耐磨性一、强度与比强度〔一〕强度是指资料抵抗外力〔荷载〕破坏的才干。不同资料的破坏能够出现两种情况：1.应力到达一定值时出现较大的不可恢复变形而导致破坏，如钢材的屈服；2.应力到达其极限值而出现断裂，几乎一切的脆性资料都属于这种。类型抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。a.压力b.拉力c.弯曲d.剪切资料受力表示图混凝土路面砖抗折强度实验混凝土路面砖抗压强度实验一、强度与比强度抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算式中：f——资料强度，MPa；P——破坏时最大荷载，N；F——受力截面面积，mm2。一、强度与比强度抗弯强度〔中央集中荷载〕按下式计算：式中：fm——资料抗弯强度，MPa；P——资料所受的荷载，N；L——两支点间间隔，mm；b——试件截面的宽度，mm；h——试件截面高度，mm。一、强度与比强度抗弯强度〔两个集中荷载〕按下式计算：式中：fm——资料抗弯强度，MPa；P——资料所受的荷载，N；L——两支点间间隔，mm；b——试件截面的宽度，mm；h——试件截面高度，mm。常用资料强度材料抗压MPa抗拉MPa抗弯MPa花岗岩100～2505～810～14普通粘土砖5～20—1.6～4.0普通混凝土5～601～9—松木〔顺纹〕30～5080～12060～100建筑钢材240～1500240～1500—一、强度与比强度〔二〕比强度fc/ρo比强度是指资料强度与其表观密度之比。它是衡量资料轻质高强的一个主要目的。下表列出常见几种建筑资料的比强度资料称号表观密度〔kg/m3〕强度〔MPa〕比强度低碳钢松木混凝土(C30)红砖7800500240017002353430100.03010.06800.01250.0059二、弹性和塑性1.弹性是指资料在外力作用下产生变形，当外力取消后，可以完全恢复原来外形的性质。这种可完全恢复的变形称为弹性变形，见图。二、弹性和塑性弹性模量E弹性变形的变形量与对应的应力大小成正比，其比例系数用弹性模量E来表示。按下式计算：式中：σ——资料所受的应力，MPa；ε——资料在应力σ作用下产生的应变，无单位。弹性模量越大，资料在荷载作用下越不易变形。二、弹性和塑性2.塑性是指在外力作用下资料产生变形，不破坏。当外力取消后，仍坚持变形后的外形和尺寸的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形，右图。二、弹性和塑性钢材受力变形在受力不大的情况下，表现为弹性变形，但受力超越一定限制后，那么表现为塑性变形。混凝土受力变形在受力后，弹性变形及塑性变形同时产生，假设取消外力，那么弹性变形部分可以恢复，而塑性变形部分那么不能恢复。三、脆性和韧性1.脆性是指资料在冲击或震动荷载作用下，忽然发生破坏而无明显变形的性能，如玻璃、烧结砖、建筑陶瓷等。2.韧性是指资料在冲击或震动荷载作用下，可以吸收较大的能量而不破坏的性能，如建筑钢材和木材。四、硬度和耐磨性1.硬度资料外表能抵抗其它较硬物体压入或刻划的才干。对于不同的建筑资料，有不同的硬度测试方法。主要有莫氏硬度、肖氏硬度和布氏硬度。在后续课程中将结合详细资料进展引见。2.耐磨性耐磨性是指资料抵抗磨损的才干，用耐磨率(单位面积资料磨前磨后质量变化率)表示。硬度莫氏硬度〔10级〕－石材1－滑石2－石膏3－方解石4－萤石5－磷石灰6－正长石7－石英8－黄玉