建筑材料课件章2.ppt

1、黎明职业大学 土木建筑工程系,第2章 材料的基本性质,一、材料与质量有关的性质,材料的体积构成 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。,一、材料与质量有关的性质,绝对密实体积 干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示。 一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。 表观体积 对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。一般以 表示。,材料的自然体积 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）。一般以V0 表示。 形状规则的材料可根据

2、其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。 材料的堆积体积 粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以 表示。,一、材料与质量有关的性质,（一）材料的密度,1. 密度（工程上称比重） 指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算： 式中：密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料的质量，g 或 kg； V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。,2.表观密度（视密度） 材料单位表观体积的质量。按下式计算： 式中： 体积密度， g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； 材

3、料的表观体积，cm3 或 m3。,（一）材料的密度,（一）材料的密度,表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。 因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。,工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积,（一）材料的密度,砂表观密度s的测定（kg/m3） 式中： m0砂试样的烘干质量，g； m0300g； m1砂试样、水及容量瓶总质量，g; m2水及容量瓶总质量，g。,测定瓶+砂+水的质量m1,测定瓶+水的质量m2,3.体积密度（工程称容重） 体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算： 式中：0材料的

4、体积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； V0材料的自然体积，cm3 或 m3。,（一）材料的密度,4. 堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算： 式中：0材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； 材料的堆积体积，cm3 或 m3。,（一）材料的密度,（一）材料的密度,砂堆积密度的测定,将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积,（一）材料的密度,几种密度的比较 在工程中，计算材料和构件的自重、材料的用量，以及计算配料、运输台班和堆放场地时，经常要用到材料的密度、表观密度以及堆密度

5、等数据。,（二） 材料的密实度,密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下： 式中： 密度； 0材料的体积密度。 对于绝对密实材料， 因 0 = ，故密实度D =1 或100%。对于大多数土木工程材料， 因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。,材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算： 式中：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3； V0材料的自然体积，cm3 或 m3； 0材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。 空隙率大小反映材料密实程度。,（三）孔隙率,（四）空隙率,空隙率是指散粒材料在其

6、堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率 按下式计算： 式中：0材料的体积密度； 材料的堆积密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。,（四）空隙率,孔隙率与空隙率的区别,二、材料与水有关的性质,1.材料的亲水性与憎水性 与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。 具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。,二、材料与水有关的性质,（）亲水性材料

7、（）憎水性材料,二、材料与水有关的性质,2.材料的吸水性 材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率来表示。 （1） 质量吸水率 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以Wm 表示。质量吸水率Wm 的计算公式为： 式中： mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。,（2） 体积吸水率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WV表示。体积吸水率WV的计算公式为： 式中:mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。 V0 材

8、料在自然状态下的体积，（cm3 或 m3）； w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）。,二、材料与水有关的性质,二、材料与水有关的性质,（3）影响材料吸水性的因素 材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。 （4）质量吸水率与体积吸水率之间的关系 WWm =水 材料的体积吸水率就是材料开口空隙率。,二、材料与水有关的性质,3. 材料的吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率h表示，其计算公式为： 式中：ms材料吸湿状态下的质量（g或kg） mg材料在干燥状态下

9、的质量（g或kg）。 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处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率。,二、材料与水有关的性质,吸水率与含水率的区别,4. 材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数KR表示： 式中： KR 材料的软化系数； fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）； fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。,二、材料与水有关的性质,二、材料与水有关的性质,软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。 一般材料吸水后，水分会分散在材料

10、内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。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。,二、材料与水有关的性质,软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75 。,二、材料与水有关的性质,5.抗冻性 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。 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，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部

11、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。,二、材料与水有关的性质,抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失分别不超过5%和25%时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。 材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。,二、材料与水有关的性质,影响抗冻性的因素 1.材料的密实度（孔隙率）：密实度越高则其抗冻性越好。 2.材料的孔隙特征 :开口孔隙越多则其抗冻性差。 3.材料的强度: 强度越高则其抗冻性越好。 4.材料的耐水性 : 耐水性越好则其抗冻性也越 好。 5

12、.材料的吸水量大小: 吸水量越大则其抗冻性越差。,二、材料与水有关的性质,6.材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。 （1）渗透系数 材料的渗透系数K可通过 计算。 式中：K渗透系数,（cm / h）; Q渗水量， （cm3 ）； A渗水面积,（cm2 ） H材料两侧的水压差，（cm） d试件厚度 （cm）； t渗水时间（h）。,二、材料与水有关的性质,（2） 抗渗等级 对于混凝土砂浆等材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6

13、、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。,二、材料与水有关的性质,（3）影响材料抗渗性的因素 材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料； 材料的密实度 ：密实度高的材料其抗渗性也较高； 材料的孔隙特征 ： 具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。,三、材料的热工性质,1.导热性 当材料两面存在温度差时，热量提高建筑材料传递的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数表示。 物理意义：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1K时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1 m2 ）的热量。值越小，材料的绝热性能越好。习惯上把0

14、.175w/(m )的材料称为绝热材料。,三、材料的热工性质,式中：导热系数，W/（mK）； Q传导的热量，J； d材料厚度，m； F热传导面积，m2； Z热传导时间，h； （t2t1）材料两面温度差，K。,2. 热容量和比热容 性质称为材料的热容量。用热容量或比热容表示。热容量（cm）较大，导热系数较小的材料才是良好的绝热材料。,三、材料的热工性质,三、材料的热工性质,比热容的计算式如下所示： 式中：C材料的比热容，J/（gK）； Q材料吸收或放出的热量(热容量)； m材料质量，g； （t2 t1）材料受热或冷却前后的温差，K。,三、材料的热工性质,3.材料的耐燃性 材料的耐燃性是指建筑物失

15、火时，材料能经受高温与火的作用不破坏，强度不严重下降的性能。 (1)不燃烧类 材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，如混凝土。,三、材料的热工性质,(2)难燃烧类 材料遇火遇高温不易起火、不阴燃、不炭化，只有在火源存在时继续燃烧阴燃，火焰熄灭后，而停止燃烧或阴燃，如沥青混凝土。 (3)难燃类 材料遇火遇高温而起火或阴燃，在火源扑灭后，能继续燃烧或阴燃，如木材。,三、材料的热工性质,4.材料的耐火性 材料的耐火性是指材料长期高温作用下，保持不溶性并能工作的性能。 (1)耐火材料 耐火度580的材料，如耐火砖中硅砖。 (2)难溶材料 耐火度在1350 1580 ，如耐火混凝土。 (3)易溶材料

16、耐火度1350 ，如普通粘土砖。,四、材料的力学性质,1.材料的强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉 、抗剪、抗弯（抗折）强度等。,抗压,抗拉,抗剪,抗弯,四、材料的力学性质,-,抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算： 式中： 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 。,四、材料的力学性质,抗弯强度的计算： 式中： fw材料的抗弯强度， MPa； Fmax材料受弯破坏时的最大荷载，N； A试件受力面积， mm2 ； L 、b 、 h 两支点的间距，试件横截面的宽及高， mm。,四、材料的力学

17、性质,2.弹性和塑性 （1）弹性 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称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。,（2）塑性 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称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。,四、材料的力学性质,3.脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。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。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类

18、材料的特性。,四、材料的力学性质,4.硬度和耐磨性 （1）硬度 材料的硬度是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。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。 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10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；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。,（2)耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下： 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）