建筑材料的基本性质

1、第二章 建筑材料的基本性质,本章教学目标,熟悉：主要技术性质的物理意义、影响因素及 对其它性质的影响。,掌握：材料各种基本性质的概念、指标的计算。,了解：材料的各性质在工程实践中的意义。,本章内容,第二节 材料的基本物理性质,第三节 材料的力学性质,第四节 材料的耐久性,第一节 建筑材料概述,第一节 建筑材料概述,一、建筑材料的定义 建筑材料是指建筑结构物中使用的各种材料的总称，它是一切建筑工程的物质基础。,二、建筑材料的分类,按化学组成分为：无机材料、有机材料及复合材料。,按材料的使用功能：结构材料、墙体材料、装饰材料及其他功能材料。,建筑材料按化学成分分类,建筑材料按使用功能分类,三、建筑

2、材料的发展趋势,1.研制和生产高强度材料，以减少承重结构构件的截面和提高建筑物结构强度和抗震性能，降低结构的自重。 2.发展轻质材料，不仅可以减轻建筑物自重，还能降低运输费用和工人的劳动强度。 3.发展高效无机保温（隔热）、吸声材料，改善建筑物围护结构的质量，推广建筑节能技术。,三、建筑材料的发展趋势,4.发展适应于机械化施工的材料和制品，进一步提高施工机械化程度和加快施工速度。 5.大搞综合利用，充分利用各种废弃物生产建筑材料，变废为宝，节约能源，改善环境，造福人民。 什么是节能建筑？发展节能环保建筑材料在我国的重要意义？,四、建筑材料技术标准简介,GB、 GBJ、GB/T（国家标准） JC

3、J（国家建材业标准） 、JGJ（建筑行业标准） QB（企业标准）,第二节 材料的基本物理性质,砖等固体 材料,（一）材料的密度、表观密度与堆积密度,一、材料与质量有关的基本物理性质,材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。,材料在自然状态下，单位体积的质量。,材料在堆积状态下，单位体积的质量。,g/cm3,/m3,/m3或g/cm3,问题一,1.材料的体积密度是指不包括孔隙在内的单位体积的质量。（是或否） 2.同种材料的密度和体积密度，哪一个更大？ 4.密度对建筑材料性质有哪些影响？,（二）密实度与孔隙率,密实度,密实度是指材料体积内，被固体物质 所充实的程度。,含有孔隙的固体材料的密实度均小于

4、1。材料的强度、吸水性、耐久性、导热性与密实度有关。,（二）密实度与孔隙率,孔隙率,图2-1 材料孔隙率示意图,孔隙率是指材料体 积内，孔隙体积占 总体积的百分率。,孔隙率与密实度的关系：P+D=1 表明：材料的总体积是由该材料的固体物质与其所包含的孔隙所组成。,（三）填充率与空隙率,填充率,图2-2 材料填充率示意图,填充率是指散粒材料 在其堆积体积中，被 其颗粒填充的程度 。,空隙率,图2-2 材料空隙率示意图,空隙率是指散粒材料在 其堆积体积中，颗粒之 间的空隙体积占材料堆 积体积的百分率 。,（三）填充率与空隙率,空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的致密程度。,例题,已知某种

5、建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40立方厘米，质量为85.50克，吸水饱和后的质量为89.77克，烘干后的质量为82.30克。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率、含水率。,例题,密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40（1-0.24）=2.7克/立方厘米 开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-82.3）1/40=0.187 闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053 表观密度=质量/表观体积=85.5/40（1-0.187）=2.63 含水率=水的质量/干重=（85.5-82.3）/82.3=0.039

6、,例题,密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40（1-0.24）=2.7克/立方厘米 开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-82.3）1/40=0.187 闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053 表观密度=干质量/表观体积=82.3/40（1-0.187）=2.53 表观密度=质量/表观体积=85.5/40（1-0.187）=2.63 含水率=水的质量/干重=（85.5-82.3）/82.3=0.039,问题二,1.什么是孔隙率？ 2.孔隙率和密实度分别与建筑材料的哪些性能有关？ 3.木材、混凝土、普通的粘土砖，哪一个孔隙率最小？,（一）

7、材料的亲水性与憎水性,(b) 憎水性材料,二、材料与水有关的性质,一亲水性与憎水性根据材料在空气中与水接触是是否被水润湿区分。 一般用润湿角表示。 角越小，则材料能被水所润湿的程度越高。 1 90的材料是亲水材料。如：砖、石、混凝土、木材。 2 90的材料是憎水材料。如：沥青、石蜡，可作防水材料。,(a) 亲水性材料,（二）吸水性,定义：吸水性是指材料在水中吸收水分的性质，其大小用吸水率表示。,影响吸水性的因素,影响吸水性的因素：,材料的孔隙率；,材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；,孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等 。,（三）吸湿性,定义：材料在空气中，吸收空气中水分的性质，称为吸湿性。

8、其大小用含水率表示。,含水率表示了材料在某一时间的含水状态，不是固定值。气温越低，相对湿度越大，含水率越大。当材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时的含水率，称为平衡含水率。当材料吸水达到饱和状态时的含水率即为吸水率。,影响吸湿性的因素,影响吸湿性的因素：,材料的孔隙率；,材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；,孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等；,周围空气的温度和湿度 。,（四）材料的耐水性,定义：材料在长期饱和水作用下，其强度也不显著降低的性质，称为耐水性。其衡量指标为：,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。,f饱材料在水饱和状态下的抗压强度。 f干材料在干燥状态

9、下的抗压强度。,材料软化系数的要求,工程对材料软化系数的要求,软化系数表明材料浸水后强度降低的程度。范围值：01。软化系数越小，材料的耐水性越差。耐水材料是指软化系数大于0.85的材料。 对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软0.85； 受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.75； K软0.80的材料，一般称为耐水的材料。,衡量指标： 渗透系数k，单位cm/h k越大，材料的抗渗性越差。,(五)材料的抗渗性,定义：材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。,Q,抗渗等级Pn,抗渗等级,对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示： S=10H1 H试件

10、开始渗水时的水压力（MPa）,影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征,地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结构、防水材料等均要求较高的抗渗性。,（六）材料的抗冻性,定义：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。,衡量指标：抗冻性指标用抗冻等级Fn表示，表示经过n次冻融循环次数后，质量损失不超过5%，强度损失不超过25%。 材料抗冻性的高低，决定于材料的吸水饱和程度和材料对结冰时体积膨胀所产生的压力的抵抗能力。抗冻性作为材料耐久性的一个指标。,冻融破坏的原因,材料有孔且孔隙含水； 水冰，体积膨胀9，结冰压力高达100MPa， 结冰压力超过材料的抗拉强度时

11、，材料开裂； 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度， 饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏； 反复多次加剧破坏，最终材料崩溃； 严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。,三、材料的热工性质导热性,导热性材料传导热量的能力称为导热性。其大小用 热导率（）表示。,式中 导热系数（W/m.K） Q传导的热量（J） A热传导面积（m2） d材料的厚度（m） t热传导时间（s） (T2-T1)材料两侧温差（K）,导热系数的物理意义：表示单位厚度的材料，当两侧温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。,材料的组成与结构 孔隙率及孔隙特征 含水情况,影响材料导热系数的因

12、素有：,问题三,1.举出几种憎水建筑材料。 2.判断：材料的吸湿性与周围的环境的湿度和温度有关，当材料周围温度低，相对湿度大时，材料含水率也越大。 3.孔越大，越多，吸水率越大。 4.平衡含水率是一定的。,第三节 材料的力学性质,第三节 材料的力学性质,一、材料的强度与强度等级,材料的力学性质是指材料在外力作用下， 抵抗破坏和变形的能力。 强度指材料抵抗破坏的能力。,材料的抗弯强度 根据其极限强度的大小，建筑材料划分为不同的强度等级。 例如：混凝土：C7.5C60，共12个等级。,材料的抗压、抗拉、抗剪强度。 单位：MPa ，1MPa=1N/mm2,比强度,比强度材料的强度与其表观密度的比值（

13、f/o）， 它是评价材料是否轻质高强的指标。 几种材料的强度比较,二、材料的比强度 衡量材料轻质高强的一个指标，材料的强度与其 表观密度之比，即：,三、弹性与塑性,材料在外力作用下产生变形，外力撤掉后变形能完全恢复的性质，称为弹性。,材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍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。,四、材料的脆性与韧性,脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。,2.韧性在冲击、震动荷载的作用下，能吸收较大能量而不破坏的性质称为韧性。如钢材、木材、纤维等。,1.脆性在外力作用下，当外力达到一定限度后， 材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。,

14、桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等处所用的材料须有较好的韧性。,湖南凤凰县大桥坍塌14人死亡22人受伤,五、硬度和耐磨性,测定方法：刻划法、回弹法、压入法。,1.硬度指材料表面的坚硬程度，是抵抗其他物体 刻划、压入其表面的能力。,五、硬度和耐磨性,2.耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。用磨损率表示。,m1试件磨损前的质量（g）； m2试件磨损后的质量（g）； A试件受磨面积（cm2）。,第四节 材料的耐久性,第四节 材料的耐久性,一、概念 材料的耐久性是指材料在使用期间，受到各种内在的 或外来因素的影响，能经久不变质不破坏，能保持原 有性能不影响使用的性质。这是一个综合性指标。,二、提高耐久性的措施 减轻介质对材料的破坏作用 提高材料密实度 对材料进行憎水或防腐处理 在材料表面设置保护层,材料