《建筑材料》课件-1.2建筑材料的基本性质

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建筑材料的基本性质1.材料的物理性质

一、密度1、真实密度定义

：真实密度是指材料在规定条件（105±5℃烘干至恒重，然后冷却至温度20±2℃）下，绝对密实状态下（不包括开口与闭口孔隙体积）单位体积的质量。可按下式计算：测定方法：一般多孔材料，如砖，应把材料磨成细粉，烘干至恒重后，用比重瓶来测定其绝对密实体积;比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积；2、表观密度定义：单位体积（含材料的实体矿物成分、闭口孔隙和过中尚未完全被水填充的孔隙体积）物质颗粒的干质量。（Apparentdensity）

3、毛体积密度定义：单位体积（含材料的实体矿物成分及其闭口孔隙、开口孔隙等颗粒表面轮廓线所包围的全部毛体积）物质颗粒的干质量。4、堆积密度定义：材料按照一定方式装填于容器中单位堆积体积（包括材料自身实体体积、闭口和开口孔隙之和的体积，以及颗粒之间的空隙体积）里所具有的质量。根据装样方式的不同，材料的堆积密度包括松散堆积状态、振实状态、捣实状态下的堆积密度。松散堆积密度是指以自由落入方式装填材料所测的密度；振实堆积密度又分为人工振实和振动台振实所测的密度；捣实堆积密度是指用装料时用捣棒插捣后所测的密度。自然堆积密度是指以用漏斗或料勺将试样自由落入方式装填；将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积。振实（紧装）密度

振实密度是将集料分层装入容器筒中,在容器筒底部放置一根圆钢筋,每装一层集料后,将容器筒左右交替颠击地面25次;捣实密度

捣实密度是将集料分三层装入容器中,每层用捣棒捣实25次。1、材料的孔隙材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。孔隙数量用孔隙率表征。二、材料的孔隙和空隙（1）孔隙率:材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。(2)密实度:材料内部固体物质的实际体积占材料总体积的百分率孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔；（2）按空隙间是否贯通分互相隔开的孤立孔和互相贯通的连通孔；（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。

2、材料的空隙

(2)填充率

:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率本节小结闭口孔隙自然状态下的块状材料开口孔隙2.材料的力学性质力学性质

是指材料在外力作用下所引起变化的性质。这些变化包括材料的变形和破坏。材料的变形指在外力的作用下，材料发生的形状改变。材料的破坏指当外力超过材料的承受极限时，材料出现断裂等丧失使用功能的变化。一、强度定义

材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。

根据外力作用方式的不同，材料有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。

LL

F/2F/2

F

F

L/3

F

FL/3L/3(a)压力(b)拉力(c)弯曲(d)剪切材料所受外力：各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度P——强度，Mpa；F——破坏时最大荷载，N；A

——受力截面面积，mm2。抗弯强度1）(中点集中荷载)2）(三分点两相等集中荷载)

许多土木工程材料常以其强度大小划分为若干等级，俗称“

标号”。材料强度受以下三个因素的影响：材料内部结构和构造

材料所处的环境条件(温度、湿度、含水量等)强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度等)材料的孔隙率愈大，则强度愈低。对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。强度与孔隙率的关系强度孔隙率常见建筑材料的强度/MPa材

料抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度钢材235~1600235~1600235~1600100~355普通混凝土7.5~601~40.7~92.5~3.5普通烧结砖5~30—1.8~4.01.8~4.0花岗岩100~2507~2510~4013~19石灰岩30~2505~252~207~14玄武岩150~30010~30—20~60松木（顺纹）30~5080~12060~1006.3~6.9比强度:单位体积重量的材料强度,等于材料的强度与其表观密度之比。衡量材料是否轻质、高强的指标。几种主要材料的比强度材

料表观密度（kg/m³）强度（MPa）比

强

度低碳钢78504200.054普通混凝土（抗压）2400400.017松木（顺纹抗拉）5001000.200玻璃钢20004500.225烧结普通砖（抗压）1700100.006二、弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。

（a）弹性变形

（b）塑性变形

（c）弹塑性变形

三、脆性与韧性脆性——材料受外力达到一定程度后突然破坏，破坏时无明显的塑性变形的性质。

脆性材料：大理石、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等。

韧性——在冲击外力和震动荷载作用下，材料能吸收大量的能量，产生一定变形而不致破坏的性质。

韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。四、硬度与耐磨性硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。工程中有时用硬度来间接推算材料的强度，如回弹仪。耐磨性——材料表面抵抗磨损的能力。用于道路、地面、踏步等部位的材料均应考虑其硬度和耐磨性。一般说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。3.材料与水有关的性质一、亲水性与憎水性材料与水接触时，在材料、水以及空气三相的交点处，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿角，θ角愈小，表明材料愈易被水润湿。

90

亲水材料

90

憎水材料土木工程材料中石料、砖、混凝土、木料等无机材料和部分木材为亲水性材料；沥青、塑料、橡胶和油漆等为憎水性材料，工程上多利用材料的憎水性来制造防水材料。二、吸水性吸水性——材料（如石材、混凝土等）在水中能吸收水分的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。质量吸水率——材料吸水饱和时，吸收的水分重量占材料干燥时重量的百分率；体积吸水率——材料吸水饱和时，吸收的水分体积占材料干燥时体积的百分率；材料的体积吸水率等于其质量吸水率乘上材料干燥状态时的表观密度。

材料吸水率的大小主要取决于它的孔隙率和孔隙特征。水分通过材料的开口孔隙吸入，通过连通孔隙渗入其内部，通过润湿作用和毛细管作用等因素将水分存留住。具有较多细微连通孔隙的材料，其吸水率较大；而具有粗大孔隙的材料，虽水分容易渗入，但也仅能润湿孔壁表面，不易在孔内存留，其吸水率并不高；致密材料和仅有闭口孔隙的材料是不吸水的。三、吸湿性吸湿性

——亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率表示ms––––材料含水状态下的质量，g；mg––––材料干燥状态下的质量，g。材料的吸湿性的大小与材料的亲水性、孔隙率、孔隙特征有关之外，还受所处环境的影响，随环境的温度、湿度的变化而变化。当空气的湿度保持稳定时，材料中的湿度会与空气的湿度达到平衡，也即材料的吸湿与干燥达到平衡，这时的含水率称为平衡含水率。四、耐水性

材料长期在水的作用下不破坏、强度不明显下降的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示：

五、抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质，对于土木工程中大量使用的砂浆和混凝土等材料，用抗渗等级表示。抗渗等级是在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pn”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水压力而不渗透。抗渗性与材料内部的孔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。抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关。抗渗性与材料的耐久性有着密切的关系。六、抗冻性材料在吸水饱和状态下，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称为抗冻性。冻融循环次数越多，抗冻性越好。抗冻性用抗冻等级Fn表示。抗冻等级Fn:以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数，以此作为抗冻标号，用符号“Fn”表示，其中“n”即为最大冻融循环次数，如F25、F50等。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9％。材料抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。从外界条件来看，材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关。【练习题】当材料的孔隙率增大时，则其真实密度____，松散堆积密度____，强度____，吸水率____，抗渗性____，抗冻性____。不变、减小、降低、增大、降低、降低3.材料与热有关的性质一、热容性

定义：材料在温度变化时吸收或放出热量的能力不同材料的热容性可用比热进行比较。比热：单位质量的材料升高单位温度所需热量。二、导热性定义材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。常用导热系数表示。材料的导热性能与孔隙特征有关，增加孤立的、不连通孔隙可降低材料导热能力。材料的导热系数越小，其热传导能力越差，绝热性能越好。工程上把＜0.23W/(m•K)的材料称为绝热材料。常用材料的热工性质指标见表。三、热变形性定义材料在温度变化时的尺寸变化。常用线膨胀系数表示。有保温隔热要求的工程尽量选用热容量大、导热系数小的材料。5.材料的耐久性一、耐久性定义是指材料在使用条件下，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性质不破坏、不变质的能力。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、耐久性指标【练习题】1.选择承受动荷载作用的结构材料时，要选择下述哪一类材料？(

)A.具有良好塑性的材料B.具有良好韧性的材料C.具有良好弹性的材料D.具有良好硬度的材料2.材料吸水后，将使材料的____提高。A.耐久性B.强度C.密度D.导热系数3.某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。（）4.材料比强度越大，越轻质高强。（

）5.材料的亲水性与憎水性用

来表示，材料的吸湿性用

来表示。材料的吸水性用

来表示。6.材料的耐水性是指材料在长期

作用下，

不显著降低的性质。材料的耐水性可以用

系数表示，该值越大，表示材料的耐水性