材料的基本状态参数

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——杨子

1.2材料的基本状态参数

（教材2至10页重点浓缩及部分参考资料扩展，学问点示

意图请参考教材）

1.实际密度（密度）

材料在肯定密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3

公式：p=J22_

V

式中P——材料的密度（g/cm3）

m-材料在干燥状态下的质量（g）

v——材料在肯定密实状态下的体积（cm3）

肯定密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙在内的体

积。

实际密度的测量：

1）对近于肯定密实的材料：金属、玻璃等

测量几何体积一承重一代人公式

2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材

磨成细粉一李氏比重瓶法测试

2.表观密度（容重）

材料在自然状态下单位体积的质量。单位g/cm，或kg/才

m

伊二一

公式：Vo

式中Po——材料的表观密度（kg/m3）

m―材料的质量（kg）

3

v0——材料在自然状态下的体积（m）

自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料

内部孔隙含有材料水分时，其质量和体积均发生变化。

表观密度的测量：

1）对外形规章的材料：砖、混凝土、石材

烘干一测量几何体积一称重一代入公式

2）对外形不规章的材料：

烘干一蜡封一浮力天平

3.积累密度（松散容积）

散粒状材料在自然积累状态下单住体积的质量。单住g/crn?

或kg/m3

-m

公式:P°=Vo,

Po——散装材料积累密度（kg/m4

m—散装材料的质量（kg）

V°——散装材料的自然积累体积（射）

积累体积是指包含颗粒内部孔隙和颗粒间的空隙在内的体

积0

积累密度的测量:

1）容器法:

散装材料装入容器一测量体积一称净重一代入公式

2）自然积累法:

积累成肯定外形一测量几何体积一称重一代入公式

4.材料的孔隙

1）密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。反映

材料的致密程度。

力二齐『00%

公式:

影响材料的：强度、吸水性、耐久性、导热性

2）孔隙率是指材料体积内孔隙体积与总体积之比。直接反

映材料的致密程度。

*9m—=(l--^)xl00%

公式:VoVop

5.材料的空隙

填充率指散粒材料在某容器的积累体积中，被其颗粒填充的

程度。反映散装材料积累的致密程度。

,

D=-Y-7=-^-X100%

公式:Vop

空隙率是指散装材料在某容器的积累体积中，颗粒之间的空

隙体积占总体积的比率

公式：P,=%7。=1一四=(1-WX100%

V。V。Vp°/

空隙率与填充率的关系：P'+D'=1

孔隙率与空隙率的区分:

比较项目孔隙率空隙率

适用场合个体材料内部积累材料之间

作用可推断材料性质可进行材料用量计算

1.3材料的力学性质

1.材料的强度与比强度

强度是材料在外力（荷载）作用下反抗破坏的力量

•依受力形式有：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强

度等。

•不同材料的承载特点是不同的：

混凝土、石材、砖一抗压强度高

钢材、各类纤维一抗拉强度高

•建筑材料常依据极限强度的大小，划分为不同的强度等级

或符号。（留意：1.脆性材料如混凝土主要以抗拉强度来

划分等级或标号，塑性材料如钢材以抗拉强度来划分。2.

强度值是材料力学性质的指标，强度等级是依据强度值划

分的级别）

如混凝土按抗压强度划分为C15~C80共十四个强度等级

水泥按抗压和抗拉强度划分为32.5~72.5

砂浆按抗压强度划分为M2.5~M20六个等级

热轧钢筋按屈服强度划分为IIIIIIIV

•材料的抗压、抗拉、抗剪强度计算：

cFmax

匚丁

式中：f——材料强度（Mpa）

Fg——材料破坏时的最大荷载（N）

A----试件受力面积（mm?）

•抗弯强度计算：

1）.试件在两支点的中间受一集中荷载作用，如下计算

f_3PL

=2bh2

式中ff——抗弯（折）强度（Mpa）

P——试件破坏时的最大荷载（N）

L----二支点之间的距离（mm）

b、h——试件截面的宽度和高度（mm）

2）.试件在二支点的三分点处作用两个大小相等的集中荷

载，计算如下：

图表1

PL

比强度是指材料强度与其表观密度之比。

意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强

2.材料的弹性与塑性

弹性是指材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，

材料变形即可消逝并能完全恢复原来外形的弹性。

弹性模量E=?£

塑性是指材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，

仍保持变形后的外形和尺寸，并且不产生裂缝的性质。

（实际的材料并不存在抱负的弹性变形和塑性变形。）

3.材料的脆性、韧性、徐变

脆性是指在外力作用下，当外力达到肯定限度后，材

料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。

（脆性材料如混凝土、玻璃、石材反抗冲击或震

惊荷载的力量很差）

韧性是指在冲击、震惊荷载的作用下，材料承受很大

的变形也不至于破坏的性能。如钢材、木材、纤维等

（建筑实体例如桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等

徐变是指材料在长期不变荷载作用下，变形随着时间

的延长而渐渐增长的现象。

4.材料的硬度、耐磨性

硬度是指材料表面能反抗其他较硬物体压入或刻画的力

量。.

刻画法莫氏硬度（10级）

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9—刚玉

10一金刚石

回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的

强度（亦用于陶瓷、砖、砂浆等）

耐磨性是指材料表面反抗磨损的力量。常用磨损率表示

公式：M=^也

A

式中：M----耐磨率（g/cm2）

.叱----磨前质量（g）

.mi----磨后质量（g）

.A——试样受磨面积（cm3）

（用于计算道路、地面、踏步、水库泄洪道、溢流

面等磨损状况）

1.4材料与水有关的性质

1.材料的亲水性与憎水性

材料在空气中与水接触时，依据其是否能被水泗湿，

将材料分为亲水性和憎水性两大类。常用润湿角6表示。

亲水性材料eW90°

憎水性材料0>90°

2.材料的含水状态

亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态：

•干燥状态——材料的孔隙中不含水或含水极微

•气干状态一材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡

•饱和面干状态——材料表面干燥，而孔隙中布满水达到饱

和

•潮湿状态——材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水

润湿附有一层水膜

（材料还可以处于以上两种基本状态的过渡状态中）

3.材料的吸湿性

吸湿性是指材料在空气中汲取空气中水分的性质。用含水

率表示。

公式：0含=：干X1OO%

式中：W含——材料的质量含水率（％）

解温---材料含水时的质量（g）

用千——材料烘干到恒重的质量（g）

影响含水率大小的因素：

1）材料的本性一亲水性或憎水性材料

2）环境温度、湿度一温度越低、相对湿度越大，材

料含水率越高

吸水性对材料的影响：

导热性增大、热阻降低一对围护结构材料不利

体积膨胀一对木结构和木制品不利

湿涨干缩与四周环境平衡的平衡含水率

4.材料的吸水性

吸水性是指材料在浸水状况下吸入水分的力量。用吸水率

表示。.

-m_,

公式：W.=：+x100%

式中：W质一材料的质量吸水率（％）

m湿一材料吸水饱和后的质量（g）

m干一材料烘干到恒重的质量（g）

影响吸水率大小的因素：

1）材料的本性一亲水性或憎水性材料

2）材料的孔结构一孔径大小、开口与否、孔

隙率大小等

吸水性对材料的影响;

1）导热性增大、热阻降低一对围护结构材料

不利

2）强度降低、体积膨胀

5.材料的耐水性

耐水性是指材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显

著降低的性质。用软化系数表示

式中K软一材料的软化系数（0~1）

f饱一材料在饱水状态下的抗压强度（Mpa）

f干一材料在干燥状态下的抗压强度（Mpa）

软化系数要求

1）软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越

多，其耐水性越差。

2）对常常处于水中或受潮严峻的重要结构物（如地下

构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软20.85

3）受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软，0.75

4）K软，0.80的材料，一般称为耐水材料

6.材料的抗渗性

抗渗性是指材料反抗有压介质（水、油、气）渗透的性质

用渗透系数K表示，依达西定律

K=—

AtH

式中K—材料的渗透系数(ml/cEs)

t—渗水时间(s)

A—渗水面积(cm2)

H—净水压力(cm)

d—试件厚度(cm)

抗渗等级

1)渗透系数越大，材料的抗渗性越差

2)对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示：

S=10H-1

H一试件开头渗水时的水压力(Mpa)

3)影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征

4)地下建筑(地铁、人防建筑、地下室)、水工建筑、

防水材料等要求较高的抗渗性

7.材料的抗冻性

抗冻性是指材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和

溶化作用而不破坏，同时也不严峻降低强度的性质。用抗

冻符号D表示

冻融破坏的缘由

1)材料有孔且孔隙含水

2)水——►冰体积膨胀9%,结冰压力高达10OMpa

3）结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂

4）裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度

5）饱水程度的增加进一步加剧了冰融破坏

6）反复多次——进一步加剧——最终材料崩溃

1.5材料的热性质

1.热容量是指材料加热时汲取热量，冷却时放出热

量的性质。大小用比热容表示

公式：Q=cm（T2-T1）

式中Q—材料汲取或放出的热量（J）

c—材料的比热（J/g.k）

m-材料的质量（g）

⑴一七）一材料受热或冷却前后的温

差（K）

比热的建筑物理意义：

材料的比热对保持建筑物内部温度稳定有很大

关系，比热大的材料，能在热流变动或采暖设施供

热不均时，缓和室内温度的波动。

常见的比热（单住J/g.k）

钢材c=0.48空气c=1.00

木材c=2.72水c=4.18

2.导热性是指材料传导热量的力量。其大小用热导率

入=Q6

At（T2-T。

式中人一导热率（W/m.K）

Q—传导的热量（J）

A-热传导面积（布）

8—材料的厚度（m）

t—热传导时间（s）

（T2-“）一材料两侧温度差（K）

在建筑工程中的意义：推断材料的保温隔热性能（入越

大，传热越快，保温性越差）

各种材料的导热系数差别很大，常见的建筑材料的导热

系数范围是0.035~3.5“/（血•10,工程中通常把入V0.23W/

（m-k）的材料称为绝热材料（保温隔热材料）

影响导热性的因素：

a）材料的化学组成与结构

化学组成不同的材料，其导热系数不同

如一般状况下，导热系数的大小为：

金属材料〉非金属材料〉有机材料

b）孔隙率和空隙构造特征

一般来说：PT,导热性1,缘由是静止空气的人〈一

般材料的人。

P肯定时，随着连通孔和粗孔的增多，入T,由于若

孔隙粗大或贯穿，对流作用加强，入T

c）材料的湿度和温度

材料受潮后，入T,导热性T,保温隔热】（入水〉

入空％）材料受潮后再受冻，人进一步T,保温隔热性

进一步J（入冰〉入水）

常见的导热率参数：

泡沫塑料入二0.035水入=0.58

大理石入=3.5冰入=2.2

钢材入=58空气入=0.023

混凝土X=1.51松木X=1.17~0.35

3.材料的热变形性

材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化，除个

别的如水结冰之外，一般材料均符合热胀冷缩这一自然规

律。

材料的热变形性常用线膨胀系数表示：

△L

OC——

L«2-0）

式中a一线性膨胀系数（1/K）

L—材料原来的长度（mm）

△L—材料的线变形量（mm）

22-