材料的基本性质课件

建築材料的基本性質1.1材料的基本物理性質

一、材料的狀態參數1、實際密度（密度）－材料在絕對密實狀態下單位體積的品質。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中ρ－實際密度（g/cm3

）

m－材料的品質（g）V－材料在絕對密實狀態下的體積

（cm3）實際密度的測量絕對密實狀態下的體積－是指不包括材料內部孔隙在內的體積。實際密度的測量：

1）對近於絕對密實的材料：金屬、玻璃等量測幾何體積－稱重－代入公式

2）對有孔隙的材料：磚、混凝土、石材磨成細粉－李氏比重瓶法測試2、表觀密度（容重）－材料在自然狀態下單位體積的品質。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中ρo－表觀密度（g/cm3

）

m－材料的品質（g）Vo－材料在自然狀態下的體積（cm3）表觀密度的測量

自然狀態下的體積－是指包含材料內部孔隙在內的體積。材料內部孔隙含有水分時，其品質和體積均發生變化。注明含水情況表觀密度一般是採用材料在氣幹狀態下的品質和體積來測定。在烘乾狀態下的表觀密度稱為幹表觀密度。

3、堆積密度（鬆散容重）－散粒狀材料在自然堆積狀態下單位體積的品質。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中ρ/o－堆積密度（g/cm3

）

m－材料的品質（g）

V/o－材料的堆積體積（cm3）堆積密度的測量

堆積體積－是指包含顆粒內部孔隙和顆粒之間的空隙在內的體積。堆積密度的測量：

1）容器法：散粒材料裝入容器－量測體積－稱淨重－代入公式

2）自然堆積法：堆積成一定形狀－量測幾何體積－稱重－代入公式4、密實度－指材料體積內被固體物質所充實的程度。反映材料的緻密程度。公式

影響材料的：強度吸水性耐久性導熱性5、孔隙率－指材料體積內，孔隙體積與總體積之比。直接反映材料的緻密程度。公式

孔隙率與密實度的關係P+D=1

孔結構－孔隙率、孔徑尺寸、開口形狀影響材料的：強度、吸水性、耐久性、導熱性6、空隙率－散粒材料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占總體積的比率。公式

空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的密實程度。1.2材料的基本力學性質內容：材料的強度材料的彈性與塑性材料的脆性與韌性材料的硬度與耐磨性一、材料的強度強度－材料在外力（荷載）作用下抵抗破的能力稱為強度。依受力形式有：抗拉強度抗壓強度抗彎強度抗剪強度等不同材料的承載特點是不同的：

混凝土、石材、磚－抗壓強度高鋼材、各類纖維－抗拉強度高

強度等級建築材料常根據極限強度的大小，劃分為不同的強度等級或標號。如混凝土按抗壓強度劃分為C7.5～C60

水泥按抗壓和抗拉強度劃分為325#~725#

砂漿按抗壓強度劃分為M2.5～M20六個等級熱軋鋼筋按屈服強度劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級

幾種材料的強度比較材料表觀密度(kg/m3)強度fc(MPa)比強度（fc/ρo）低碳鋼78604150.053松木50034.30.059混凝土2400600.025碳纖維二、材料的彈性與塑性彈性－材料在外力的作用下產生變形，當外力取消後，材料變形即可消失並能完全恢復原來形狀的性質。彈性模量E=σ/ε塑性－材料在外力的作用下產生變形，當外力取消後，仍保持變形後的形狀和尺寸，並且不產生裂縫的性質。實際的材料並不存在理想的彈性變形和塑性變形。低碳鋼的σ～ε曲線分段的彈性變形和塑性變形混凝土的σ～ε曲線

同時進行的彈性變形和塑性變形三、材料的脆性與韌性脆性－在外力作用下，當外力達到一定限度後，材料突然破壞而又無明顯的塑性變形的性質。脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗衝擊或震動荷載的能力很差。韌性－在衝擊、震動荷載的作用下，材料承受很大的變形也不致破壞的性能稱為韌性。如鋼材、木材、纖維等。四、材料的硬度與耐磨性硬度－是材料表面能抵抗其他較硬物體壓入或刻劃的能力。莫氏硬度（10級）

1－滑石2－石膏3－方解石

4－螢石5－磷石灰6－正長石

7－石英8－黃玉9－剛玉

10－金剛石肖氏硬度布氏硬度（HB）耐磨性耐磨性－材料表面抵抗磨損的能力。常用磨損率（B）表示。

道路、地面、踏步、水庫洩洪道、縊流面等1.3

材料與水有關的性質1、親水性與憎水性

材料在空氣中與水接觸時，根據其是否能被水潤濕，將材料分為親水性和憎水性兩大類。常用潤濕角θ表示。潤濕角θ親水性材料θ≤90°憎水性材料θ＞90與水有關的性質2、吸水性－材料在浸水情況下吸入水分的能力。用吸水率表示。公式

式中W

－材料的品質吸水率（％）

m

－材料吸水飽和後的品質（g）

m1－材料乾燥狀態下的品質（g）影響吸水率大小的因素：材料的本性－親水性或憎水性材料材料的孔結構－孔徑大小、開口與否、孔隙率大小等吸水性對材料的影響：導熱性增大、熱阻降低－對圍護結構材料不利強度降低、體積膨脹與水有關的性質3、吸濕性－材料在空氣中吸收空氣中水分的性質。用含水率表示。公式

式中Wh－材料的品質含水率（％）

ms－材料含水時的質量（g）

mg－材料烘乾到恒重的質量（g）

影響含水率大小的因素：材料的本性－親水性或憎水性材料環境溫度、濕度－氣溫越低、相對濕度越大，材料的含水率越高吸濕性對材料的影響：導熱性增大、熱阻降低－對圍護結構材料不利體積膨脹－對木結構和木製品不利濕脹幹縮--與周圍環境平衡的平衡含水率與水有關的性質4、耐水性－材料長期在飽水作用下不破壞，其強度也不顯著降低的性質。用軟化係數表示。公式

式中

KR－材料的軟化係數（K軟＝0～1）

fb－材料在飽水狀態下的抗壓強度（MPa）

fg－材料在乾燥狀態下的抗壓強度（MPa）材料軟化係數的要求軟化係數越小，說明材料吸水飽和後的強度降低越多，其耐水性越差。對經常處於水中或受潮嚴重的重要結構物（如地下構築物、基礎、水工結構）的材料，其K軟≥0.85；受潮較輕的或次要結構物的材料，其K軟≥0.85；K軟≥0.80的材料，一般稱為耐水的材料。5、抗滲性－材料抵抗有壓介質（水、油、氣）滲透的性質稱抗滲性。用滲透係數K表示。

公式

式中

K－材料的滲透係數（

cm3/cm2﹒h）

Q－透過材料試件的水量（cm3）

d－試件的厚度（cm）

F－透水面積（cm2

）

H－淨水壓力（cm）

t－透水時間（s）抗滲等級

滲透係數越大，材料的抗滲性越差。

S=10H－1H－試件開始滲水時的水壓力（MPa）影響材料抗滲性的因素：孔隙率、孔隙特徵對於混凝土和砂漿，抗滲性常用抗滲等級(S)表示：地下建築（地鐵、人防建築、地下室）、水工結構、防水材料等均要求較高的抗滲性。與水有關的性質6、抗凍性－材料在吸水飽和的狀態下，能經受多次凍結和融化作用而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性質稱為抗凍性。用抗凍標號D表示。

凍融破壞的原因材料有孔且孔隙含水水→冰體積膨脹9％，結冰壓力高達100MPa結冰壓力超過材料的抗拉強度時，材料開裂裂縫的增加也進一步增加了材料的飽水程度飽水程度的增加進一步加劇了凍融破壞反復多次－進一步加劇－最終材料崩潰

嚴寒地區道路、橋樑、水壩、堤防、海上鑽井平臺、跨海大橋等均需考慮凍融破壞凍融破壞的橋樑1.4材料的耐久性定義：材料在使用過程中能抵抗周圍各種介質的侵蝕而不破壞，也不易失去其原有性能的性質。包括：抗凍性－混凝土、磚、石材陶瓷、磚抗老化性－有機建材耐化學腐蝕－金屬材料侵蝕介質物理介質－溫度、濕度、凍融、陽光、輻射化學介質－酸、堿、鹽的溶液或氣體、水、大氣生物介質－昆蟲、菌類、白蟻機械介質－荷載、衝擊、震動、磨損、磨耗

如瀝青的老化、木材的腐蝕、鋼材的腐蝕等等

耐久性的特點長期性、後期加劇作用；多種介質同時作用；材料劣化－結構失效－服務壽命降低西直門橋1.5材料的熱工性質1、導熱性－材料傳導熱量的能力稱為導熱性。其大小用熱導率（λ）表示。公式

式中λ－熱導率（W/m﹒K）熱阻R=1/λQ－傳導的熱量（J）

F－熱傳導面積（m2）

a－材料的厚度（m）

Z－熱傳導時間（s）

(t2-t1)－材料兩側溫差（K）熱工性質材料的熱導率越小，絕熱性能越好。影響熱導率的因素：

材料內部的孔隙構造－密閉的空氣使λ降材料的含水情況－含水、結冰使λ增常見熱導率參數：泡沫塑料λ＝0.035水λ＝0.58

大理石λ＝3.5冰λ＝2.2

鋼材λ＝58空氣λ＝0.023

混凝土λ＝1.51松木λ＝1.17～0.35熱工性質2、熱容量－材料加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質，稱為熱容量。大小用比熱容（比熱）表示

公式Q=cG(t2－t1)

式中Q－材料吸收或放出的熱量（J）

c－材料的比熱(J/g.K)G－材料的品質（g）

(t2－t1)－材料受熱或冷卻前後的溫差（K)材料的熱工要求保溫－防止室內熱量的散失隔熱－防止外部熱量的進入－統稱為絕熱