建筑材料基本性质课件

1、,第二章 建筑材料,建筑工程概论,概论,建筑工程材料的分类 建筑工程材料：构成建筑物和构筑物的材料。 （1）根据工程材料的功能与用途分类：,结构材料 装饰材料 防水材料 地面材料 保温材料 屋面材料 吸声材料 等等,（2）根据化学成分不同划分,无机材料 有机材料 复合材料,具体分类见下表,第一节 材料的基本物理性质 第二节 材料的基本力学性质 第三节 材料的耐久性 第四节 材料的装饰性,主要内容,第一节 材料的物理性质,一、与材料积体相关概念 二、材料的密度、表观密度、堆积密度 三、密实度、孔隙率 四、填充率、空隙率 五、与水有关的性质 六、热工性能,一、 与材料体积有关的几个概念,1、材料结

2、构,1.固体（实体） 2.闭口孔隙 3.开口孔隙,固体（实体） 孔 闭口孔隙 开口孔隙,2、材料的体积,体积是材料占有的空间尺寸。 由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。 绝密体积、表观体积、堆积体积,定义：干材料在绝对密实状态下的体积，即材料内 部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的 材料体积。 表示方法：以表示 测定方法： 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其 于绝对密实状态下，直接测其体积； 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于 0.2mm）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积,绝 密 体 积,定义：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外 观体积（含内部孔隙和水分）

3、。 表示方法：以0表示。 测定方法 对形状规则的材料，直接测量； 对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量,表 观 体 积,定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观 体积。 表示方法：以V表示 测定方法： 包括了材料间的空隙体积 用既定容积的容器测定。 与堆积状态有关（同一材料） 松散堆积下的体积较大 密实堆积状态下的体积较小,堆 积 体 积,二、 材料的密度、表观密度、堆积密度,定义：材料在绝对密实状态下单位体积的重量。 计算式： = m/v 式中 ： 密度（kg/m3） m 材料的干燥质量，kg。 v 材料在绝对密实状态下的体积，m3 测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。 意义：反映材料

4、的结构状态， 例如：用密度控制玻璃 的生产。,密 度,有孔材料密度的测定,定义：表观密度在自然状态下，材料单位体积的重量 计算式： 式中 。 表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，kg。 V。 材料在自然状态下的体积，m3。 测定方法： 规则试件：几何计算法； 不规则试件：蜡封，饱和排水法 与含水状态的关系：含水量越大，表观密度越小。,表 观 密 度,定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积状态下单 位体积的重量。 计算式： 测定方法：粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容 器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器 的容积而言。 意义：在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重 ，配料计算以及确

5、定堆放空间时经常要用到材料 的密度、表观密度和堆积密度等数据。,堆 积 密 度,几种密度的特点： 相同点：指单位体积质量。（质量/体积） 区别：测试方法不同，获得体积大小不同 体积的测试方法： 实体体积 李氏比重瓶法或排水法(粉末) 表观体积（实体闭口开口） 规则试件：几何计算法； 不规则试件：蜡封，饱和排水法 堆积体积(实体闭口开口间隙)密度筒法,小结,定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。 计算式：,密 实 度,三、密实度、孔隙率,定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例 计算式：,孔 隙 率,孔隙率与密实度的关系？ 孔隙率与材料性质的关系？ 材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗

6、渗性、抗冻性、保温性能等。 两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？,材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关,孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、 孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度,观察与讨论,某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种 材料的剖面。请问选择何种材料？,A,B,讨论：,保温层的目的是外界温度变化对住户 的影响，材料保温性能的主要描述指标为 导热系数和热容量，其中导热系数越小越 好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多 孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导 热系数较小，适于作保温层材料。,某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为 多孔、容量仅

7、700 kg/m3的加气混凝土砌块。 在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧 结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表 面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析 原因。,案例分析,分析：,加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。,五、与水有关的性质,石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？ 建筑红砖能否用作防水材料？ 长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？ 与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性 和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。,根据材料在空气中与水

8、接触时，能否被润湿分为 亲水性材料：润湿角90 憎水性材料：润湿角90180,亲水性,憎水性,Play,建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等 建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料 等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表 面处理。,1、亲水性和憎水性,（1）吸水性饱水状态（吸水饱和）恒值 定义：材料与水接触吸收水分的性质。 指标：用吸水率表示。 质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率 体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率,2. 吸水性与吸湿性,材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。 对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率

9、愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。 吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。 各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.50.7，混凝土的吸水率为23，粘土砖的吸水率达820，而木材的吸水率可超过100。,（2）吸湿性自然状态 变值 定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 指标：含水率 定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率 计算式： 。,与空气湿度有关 材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程

10、处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。,选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？,定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强 度也不显著降低的性质。 指标：软化系数（K软）,3. 耐水性,一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石 膏和混凝土。 因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。 软化系数的范围波动在01之间，当软化系数大于0.80时， 认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物， 则必须选用软化系数不低

11、于0.85的材料建造。,4. 抗渗性,定义：材料抵抗压力水渗透的性质。 指标： 1）渗透系数： 式中： K 渗透系数，cm/h；A 透水面积，cm2； Q 透水量，cm3； t 时间，h ；d 试件厚度，cm； H 静水压力水头，cm。,K的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。,Play,2）抗渗等级 定义：指用标准方法进行透水试验时，石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。 表示方法：字母P+可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。 举例：如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。,抗渗性是决定材料

12、耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。 材料的抗渗性与材料内部的空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。材料的抗 渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性 优于亲水性材料。 地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料 应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。,5. 抗冻性,定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏 强度又不显著下降的性质。 指标：抗冻等级 抗压强度下降25%；质量损失5%时能经受冻融 循环的最大次数。 例如： F150混凝土该混凝土能够抵抗的最大冻 融循环次数为150次。,材料抗冻标号的选择，足根

13、据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。 烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为D15或D25； 用于桥梁和道路的混凝土应为D50、D100或D200 。 水工混凝土要求高达D500。,5. 抗冻性,材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结 成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材 料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步 加剧，这种破坏称为冻融破坏。,冻融循环,冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强 度降低。 冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成 压力。,5. 抗冻性,冻融破坏的大坝坝面,使用20年高速

14、公路桥,5. 抗冻性,5. 抗冻性,能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗 能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材 料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。,六、热工性质,导热性,定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。 指标：导热系数 ,式中 导热系数，（）；传导的热量，材料厚度，； 热传导面积， m2；一热传导时间，h（t2-t1）材料两面温度差，K,各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系 数范围是0.0353.5 W(mK)，工程中通常把0.23 W(mK)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。,工程意义：判断材料的保

15、温隔热性能（传热越保温性,物理意义：导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1 时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1)的热量。,常用建筑材料的热工性质指标,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，所以不同材料的导热系数也不同。 如：一般情况下，导热系数的大小为： 金属材料非金属材料 有机材料,影响导热性的因素：,孔隙率和空隙构造特征 P，导热性，原因是静止空气的一般材 料的。 P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，因为若孔隙 粗大或贯通，对流作用加强，。 材料的湿度和温度 材料受潮后，导热性，保温隔热性（水空气） 材料再受冻，进一步，保温隔热性进一步(冰水)。,棉袄浸水

16、后保暖性变差？ 孔多的材料保温性能好？,热容,定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热容C表示。 在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。,复习思考题,1中空玻璃为什么比同厚度的实心玻 璃保温性能好？ 2保温材料为什么保持干燥状态保温 效果较好？,一、材料的强度 二、弹性和塑性 三、脆性和韧性 四、硬度和耐磨性,第三节 材料的力学性质,一、材料的强度,1.强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破

17、坏。 在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。,2.根据外力作用方式不同分类: 抗压强度、抗拉强度、 抗弯强度（或抗折强度） 及抗剪强度。如下图所示：,混凝土路面砖抗折强度试验,材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：,f-材料强度， MPa Fmax-材料破坏时的最大荷载，N A-试件受力面积，mm2,抗弯强度（抗折强度 ）,单点加荷：,三分点加荷：,根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。,3.强度等级,强度和强度等级的联系与区别,强度等级是人为规定的强度范围,

18、强度指的是材料的极限值，是唯一的,是实测值,强度等级的确定必须以其极限强度值为依据,每一强度等级则包含一系列强度值,用于评价材料是否轻质高强。,如 C30 M10 Q235,4.比强度,材料的强度与其表观密度的比值,1)材料的组成、结构与构造 2)孔隙率与孔隙特征 3)试件的形状和尺寸 4)加荷速度 5)试验环境的温度、湿度 6)受力面状态,5.影响材料强度的因素,弹性 定义：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完 全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹 性变形（或瞬时变形）。 指标：弹性模量 意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料越不易变 形，即抵抗变形的能力越强。,

19、二、弹性和塑性,2、塑性： 定义：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能 保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。 这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。 常见塑性材料：混凝土拌合物、水泥浆、钢材、沥青等,Play,1、脆性 定义：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时 并无 明显的塑性变形的性质。 特点：破坏时，变形小；抗压强度高而抗拉、抗折强度低 脆性材料：大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然 石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土 砂浆等。,三、脆性和韧性,2、韧性（冲击韧性） 定义：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能 量，同时也能产生一定的变

20、形而不致破坏的性质。 韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击试验测定 路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。,四、硬度和耐磨性,1.硬度 定义：材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压 入其表面的能力 分类：摩氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏、洛氏硬度（金属材料）。 测定方法：刻划法，回弹法和压入法 刻划法：用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、 方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶 刚玉、金刚石的顺序，分为个硬度等级 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,2 .耐磨性 定义：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。 指标：材料的耐磨性用磨耗率表示 计算公

21、式：,式中：G-材料的磨耗率， （g/cm2） m1 -材料磨损前的质量，（g） m2-材料磨损后的质量，（g） A-材料试件的受磨面积 （cm2）,复习思考题,1.影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？ 2.材料的强度与强度等级有何区别？ 3.在有冲击、振动荷载的部位宜选用具有哪些特性的材料？为什么？,定 义 材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来 自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。 破坏作用 材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常 要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理 、化学、机械及生物的作用。,第四节 材料的耐久性,物

22、理作用：可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将 使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时 间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融 变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下， 经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑 材料要具有耐热性能。 化学作用：包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体 或有害气体对材料的侵蚀作用。 机械作用：包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳， 冲击、磨损、磨耗等。 生物作用：包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。,各种建筑材料受到的主要破坏,砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用 而破坏，也可能同时会受到化学

23、作用的破坏。 金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。 木材等有机质材料常因生物作用而破坏。 沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下 会逐渐老化而使材料变脆或开裂。,耐久性是一个综合性性能，包括抵抗上述各种因素的长期作用 耐久性主要包括： 抗渗性 抗冻性 抗腐蚀性 抗碳化性 抗侵蚀性 抗碱骨料反应,耐久性指标 材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。主要包括抗渗性、抗冻性、耐化学腐蚀性等。 例如：处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。,定义：是指材料在生产、使用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负荷，包括生产中废物的利用、减少三废的产生，使用中减少对环境的污染，废弃时有较高可回收率。 为了保障人民群众的身体健康和人身安全，国家制订了GB 6566-2001建筑材料放射性核素限量