建筑材料-第2章 建筑材料的基本性质

建筑材料第二章建筑材料的基本性质建筑材料性质定义建筑材料在不同的使用条件和环境下所表现出来的最基本、共有的性质称为建筑材料的基本性质。性质与质量决定建筑材料的性质是选择、使用、分析和评价材料的依据,建筑材料的性质与质量在很大程度上决定了工程的性质和质量。本章主要内容本章主要介绍材料的物理性质、力学性质及材料的耐久性，性质与质量决定工程的命运。性质与工程关系不同的环境和使用功能要求对建筑材料的性质需求各异，性质决定工程质，建筑材料是土木工程的物质基础。建筑材料性质与工程应用堆积密度反映散粒状材料在堆积状态下的单位体积质量，包括颗粒间与内部孔隙，堆积方式影响体积大小，进而影响密度测定结果。密度密度是材料绝对密实状态下单位体积的质量，通过干燥质量除以密实体积计算，常用于评估材料紧凑度和质量分布。表观密度材料在自然状态下单位体积的质量，含内部孔隙及水分影响，需注明含水状态以准确评估其质量分布，表观密度与烘干密度存在差异。材料的密度材料的密实度与孔隙率颗粒状材料堆积体积中空隙部分占比，与填充率互为补充，其和为1，为优化颗粒堆积设计提供理论依据，影响材料性能与成本效益。空隙率04颗粒状材料堆积体积中颗粒所占比例，反映堆积紧密程度，其计算公式基于排水法求得的材料体积，是评估材料堆积效率的关键指标。填充率03材料中孔隙体积占比，与密实度互补，影响表观密度、强度、耐腐蚀性等多项性质，尤其关联材料强度与抗渗抗冻性能。孔隙率02材料单位体积内被固体物质充实的程度，影响材料强度、吸水性、耐水性等关键性质，是评估材料性能的重要指标。密实度01亲水性与憎水性材料与水接触时表现亲水性或憎水性，决定其是否易于被水润湿或排斥水。亲水性材料如砖、混凝土等吸附水能力强，而憎水性材料如沥青、塑料等则作为防水材料常用。材料与水有关的性质吸水性与吸湿性吸水性指材料吸收水分的能力，以吸水率量化，分质量与体积吸水率；吸湿性则指材料在空气中吸收水分的能力，用含水率表示。亲水性材料吸湿性强，如木材因吸湿增重、强度降。耐水性耐水性反映材料在饱和水作用下保持强度和稳定性的能力，以软化系数K衡量，K值越小，耐水性越差。重要结构材料需选K≥0.85的耐水材料。抗渗性反映材料抵抗液体渗透的能力，用渗透系数K或抗渗等级S衡量，K值小或S值高表示抗渗性好。防水材料需具备优良抗渗性以防止漏水渗水。抗渗性抗冻性表示材料在吸水饱和后多次冻融循环中保持完整而不显著降低强度的能力，用抗冻标号Dn表示。Dn反映材料耐冻融循环次数。冬季寒冷地区建筑材料需进行抗冻性检验。抗冻性材料与水有关的性质材料与热有关的性质导热性材料传导热量的能力称为导热性，材料的导热能力用导热系数λ表示。热容量与比热材料温度每升高或降低1℃所吸收或放出的热量为材料的热容量。比热为材料每单位质量改变单位温度所吸收或释放的热量。耐火性与耐燃性耐火性指材料在高温或火作用下保持性能稳定的能力，耐火性用耐火度表示，耐火材料分耐火度大于1580℃、1350~1580℃、小于1350℃三类。强度材料强度试验材料的各种强度可通过相应的试验测得，如通过拉压、剪切、弯曲试验可分别测得材料的拉压、剪切、弯曲强度。材料强度极限材料强度差异轴向拉压、剪切荷载作用下的材料强度（应力）可由应力=荷载/受力面积计算，两端铰支的矩形截面试件的抗弯（折）强度。不同种类的材料其强度不同，相同种类的材料当其内部构造不同时，其强度有较大的差异，材料的致密度愈高，其强度愈高。脆性材料应用混凝土、砖、石、铸铁等脆性材料抗压强度高而抗拉强度较低，钢材等塑性材料则抗拉、抗压强度均较高，脆性、塑性材料制作的构件分别用于承受压力和拉力。材料强度等级脆性、塑性材分别以抗压、抗拉强度划分的强度等级，如普通硅酸盐水泥有425、525、625等标号，混凝土有75、100、…、600等标号。强度混凝土弹塑性变形混凝土材料在加载时产生总变形oa，卸载后变形ab得到恢复，而变形bo不能恢复，ab为弹性变形，bo为塑性变形。材料的弹性和塑性在外力作用下材料要产生变形，当外力去除后变形若能够完全恢复，称为弹性，恢复的变形称为弹性变形，不能恢复则称为塑性变形。材料的弹塑性变形在弹性极限范围内表现为弹性，在超过弹性极限后则表现为塑性，如建筑钢材就属于这种类型，受力后同时产生弹性变形与塑性变形。弹性和塑性在外力作用下材料无明显变形而突然破坏的性质称为脆性；脆性材料的抗压强度远大于抗拉强度，往往用作受压构件。脆性材料特性在冲击或振动载荷作用下，材料吸收较大能量产生一定变形而不致破坏的性质称为韧性；建筑钢材、木材等均属于韧性材料。韧性材料应用混凝土、铸铁、石材、砖等都是脆性材料，而路面、桥梁、吊车梁及有抗震要求的结构在选择材料时需考虑材料的韧性。脆性与韧性材料脆性和韧性材料硬度材料表面抵抗较硬物体刻划或压入的能力称为硬度。非金属材料硬度用莫氏硬度表示，用系列标准硬度矿物块刻划材料表面，由划痕确定硬度等级，分为10个等级。硬度和耐磨性硬度与耐磨性关系金属材料硬度等级用压入法测定，主要有布氏和洛氏硬度法。工程上常用材料硬度推算其强度，因为硬度大的材料其强度也高，如回弹仪测混凝土硬度可推算强度。材料耐磨性材料耐磨性用磨损率表示，是磨损前后质量差与表面积之比。耐磨性与硬度、强度和组成结构有关，硬度高、致密的材料耐磨性好，如地面、路面等磨损部位需使用耐磨材料。材料耐久性的影响因素物理作用材料长期受到温度变化、干湿交替、冻融循环、磨损等物理因素影响，导致性能逐渐下降，影响其长期使用。化学作用材料与酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体发生化学反应，导致材料组成成分发生变化，从而破坏其结构。生物影响材料受到昆虫的蛀蚀或菌类的腐朽作用，以及多种破坏同时发生，如混凝土受到物理、化学破坏，塑料和沥青则因热和气体老化。混凝土耐久性评估混凝土耐久性评价基于抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性和抗炭化性，确保工程安全可靠，延长使用寿命。钢材耐久性考量沥青耐久性评估工程上评价材料耐久性的方法钢材耐久性主要取决于其抗腐蚀性，这直接关系到钢材在工程结构中的长期使用性能和安全性。沥青的耐久性评估涉及其在空气中的稳定性和对温度的敏感性，这是确保沥青路面性能的关键因素。结构环境与部位工程上选用材料时，需充分考虑结构所处的环境和材料在结构上的部位，确保材料能够适应特定条件。材料耐久性特点依据材料的耐久性特点，合理选择适用于特定工程部位的材料，以保障结构的安全性与使用寿命。工程上选用材料的原则密度堆积密度区别材料的密度、表观密度及堆积密度三者之间有何区别；密度是材料密实状态单位体积的质量，表观密度含孔隙，堆积密度为散粒材料单位体积的质量。01.复习思考题材料与水有关性质材料与水有关的主要性质有亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性和抗冻性，这些性质决定了材料在潮湿或水下环境中的性能表现。02.材料的导热性材料的导热性是指材料传导热量的能力，用导热系数λ表示；而热容量和比热是描述材料温度变化时吸收或释放热量的能力，是材料热性能的重要指标。03.复习思考题01材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，简称强度；强度极限是材料强度的具体数值，根据外力作用方式不同，强度可分为多种类型。材料的弹性变形是指材料在外力作用下发生变形，当外力去除后能够完全恢复的变形；而塑性变形则是指材料在外力作用下发生变形，不能完全恢复的变形。材料的硬度与耐磨性之间存在密切关系；硬度高的材料表面抵抗磨损的能力通常更强，因为其结构紧密、耐磨性更好；而硬度低的材料则相对容易磨损。0203材料强度等级关系材料的变形阐述硬度与耐磨性关系材料的脆性和韧性材料的脆性和韧性是两种相反的性质；脆性材料在外力作用下容易突然破坏，而韧性材料则能够吸收较多