第一章 建筑材料的基本性質

1、建筑材料建筑材料1u密度、表觀密度和堆積密度密度、表觀密度和堆積密度u孔隙率和孔隙率和密實度密實度u填充率和空隙率填充率和空隙率u材料與水有關的性質材料與水有關的性質u材料的熱工性質材料的熱工性質第二節(jié)第二節(jié) 材料的基本物理性質材料的基本物理性質 建筑材料建筑材料2（一）親水性與憎水性（一）親水性與憎水性（二）吸水性與吸濕性（二）吸水性與吸濕性u 耐水性耐水性u 抗?jié)B性抗?jié)B性建筑材料建筑材料3v定義定義 在空氣中與水接觸能夠被水潤濕的性質（見下圖）。在空氣中與水接觸能夠被水潤濕的性質（見下圖）。1 1 親水性親水性v親水材料親水材料具有親水性的材料成為親水材料。具有親水性的材料成為親水材料。例

2、如混凝土、水泥、砂漿均屬于親水性材料。例如混凝土、水泥、砂漿均屬于親水性材料。（一）親水性與憎水性（一）親水性與憎水性材料被水潤濕示意圖材料被水潤濕示意圖建筑材料建筑材料4v定義定義 在空氣中與水接觸不能夠被水潤濕的性質在空氣中與水接觸不能夠被水潤濕的性質（見下圖）。（見下圖）。v憎水材料憎水材料 具有憎水性的材料成為憎水材料。具有憎水性的材料成為憎水材料。 如，瀝青、石蠟、塑料等均屬于憎水性材料。如，瀝青、石蠟、塑料等均屬于憎水性材料。2 2 憎水性憎水性憎水性材料示意圖憎水性材料示意圖建筑材料建筑材料5v潤濕邊角潤濕邊角：材料、空氣和水三相接觸角如下圖。：材料、空氣和水三相接觸角如下圖。

3、親水性親水性憎水性憎水性 親水性材料：親水性材料： 90; 憎水性材料憎水性材料： 90180 3 3 評定方法評定方法建筑材料建筑材料6親水性與憎水性演示圖：親水性與憎水性演示圖：建筑材料建筑材料7n定義定義材料與水接觸時，其內(nèi)部孔隙會吸收水分，這材料與水接觸時，其內(nèi)部孔隙會吸收水分，這種性質稱為吸水性。種性質稱為吸水性。n指標指標（吸水率）（吸水率）質量吸水率：質量吸水率：體積吸水率：體積吸水率：二者關系：二者關系：1. 1. 吸水性吸水性%100001mmmWm%100001VVVWv0mvWW（二）吸水性與吸濕性（二）吸水性與吸濕性建筑材料建筑材料8n定義定義 材料吸收空氣中水分的性質

4、稱為吸濕性。材料吸收空氣中水分的性質稱為吸濕性。n指標指標含水率；含水率；2 2 吸濕性吸濕性%100001mmmW（二）吸水性與吸濕性（二）吸水性與吸濕性建筑材料建筑材料9 3 3 影響因素影響因素u 材料通過內(nèi)部開口或連通的孔隙吸收外部環(huán)境的水材料通過內(nèi)部開口或連通的孔隙吸收外部環(huán)境的水開口孔隙越多，材料吸水率越大；開口孔隙越多，材料吸水率越大；開口連通孔徑較小，因毛細管作用而容易吸水。開口連通孔徑較小，因毛細管作用而容易吸水。u 親水性材料的吸水（濕）性比憎水性材料強親水性材料的吸水（濕）性比憎水性材料強親水性孔壁使水自動吸入；親水性孔壁使水自動吸入；憎水性孔壁難以使水吸入。憎水性孔壁難

5、以使水吸入。（二）吸水性與吸濕性（二）吸水性與吸濕性建筑材料建筑材料101.1.為什么房屋一樓潮濕？如何解決？為什么房屋一樓潮濕？如何解決？ 原因：地下水沿材料毛細管上升，然后原因：地下水沿材料毛細管上升，然后在空氣中揮發(fā)。在空氣中揮發(fā)。解決問題的原理與辦法解決問題的原理與辦法阻塞毛細通道，摻加引氣劑阻塞毛細通道，摻加引氣劑對材料中的毛細管壁進行憎水處理。對材料中的毛細管壁進行憎水處理。建筑材料建筑材料11 2 2、某施工隊原使用普通燒結粘土磚，后改為多孔、容量、某施工隊原使用普通燒結粘土磚，后改為多孔、容量700 kg/m700 kg/m3 3的加氣混凝土砌塊。在抹灰前往墻上澆水，發(fā)的加氣混

6、凝土砌塊。在抹灰前往墻上澆水，發(fā)覺原使用的普通燒結粘土磚易吸足水量，但加氣混凝土砌覺原使用的普通燒結粘土磚易吸足水量，但加氣混凝土砌塊表面看來澆水不少，但實則吸水不多，請分析原因。塊表面看來澆水不少，但實則吸水不多，請分析原因。 解答：加氣混凝土砌塊雖多孔，但其氣孔大多數(shù)為加氣混凝土砌塊雖多孔，但其氣孔大多數(shù)為“墨水瓶墨水瓶”結構，肚大口小，毛細管作用差，只有少數(shù)孔是水分蒸發(fā)結構，肚大口小，毛細管作用差，只有少數(shù)孔是水分蒸發(fā)形成的毛細孔。故吸水及導濕均緩慢，材料的吸水性不僅形成的毛細孔。故吸水及導濕均緩慢，材料的吸水性不僅要看孔數(shù)量多少，還需看孔的結構。要看孔數(shù)量多少，還需看孔的結構。 建筑材

7、料建筑材料12u 導熱性導熱性u 熱容量熱容量建筑材料建筑材料13l定義：定義：材料傳導熱量的能力。材料傳導熱量的能力。l指標：導熱系數(shù)指標：導熱系數(shù) （一）（一） 導熱性導熱性)(12TTAtQd式中：式中： 材料的導熱系數(shù)，材料的導熱系數(shù)，W/（mK）；）； Q 傳導的熱量，傳導的熱量，J； d材料的厚度，材料的厚度，m； A 材料傳熱的面積，材料傳熱的面積，m2； t傳熱時間，傳熱時間，h； （T2-T1）材料兩側溫度差，材料兩側溫度差，K 建筑材料建筑材料14常用建筑材料的熱工性質指標常用建筑材料的熱工性質指標材料名稱材料名稱 導熱系數(shù)導熱系數(shù)W/(mK) 比熱J/(gK) 鋼鋼 55

8、 0.46 玻璃0.9 花崗巖 3.49 0.92 普通混凝土 1.510.88 水泥砂漿 0.93 0.84 普通粘土磚 0.81 0.84 粘土空心磚 0.64 0.92 松木 0.170.35 2.51 泡沫塑料 0.03 1.30 冰冰 2.20 2.05 水水 0.60 4.19 靜止空氣靜止空氣 0.023 建筑材料建筑材料15n材料的化學組成材料的化學組成u不同組成：金屬材料非金屬材料不同組成：金屬材料非金屬材料 有機材料有機材料u相同組成：晶體材料微晶體材料相同組成：晶體材料微晶體材料 非晶體材料非晶體材料n孔隙率和孔隙特征孔隙率和孔隙特征 uP，細小、閉口孔，細小、閉口孔 （

9、 固體物質固體物質 空氣空氣 ），）， ，保溫隔，保溫隔熱性熱性 ；uP ，連通孔、粗孔，連通孔、粗孔 （孔隙粗大或貫通，空氣對流作（孔隙粗大或貫通，空氣對流作用加強），用加強），導熱性，導熱性，保溫隔熱性，保溫隔熱性 。l影響導熱性的因素：影響導熱性的因素：建筑材料建筑材料16n材料的溫度和濕度材料的溫度和濕度uT，將促使分子熱運動加劇，將促使分子熱運動加劇， 。u材料受潮后（材料受潮后（水水空氣空氣），）， ，導熱性，導熱性，保溫隔熱，保溫隔熱性性。u 材料受潮后再受凍材料受潮后再受凍(冰冰水水) ，進一步進一步，保溫隔熱，保溫隔熱性進一步性進一步棉襖浸水后保暖棉襖浸水后保暖性變差？性變差

10、？l影響導熱性的因素：影響導熱性的因素：建筑材料建筑材料17（二）（二） 熱容量熱容量l定義：定義：材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質。材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質。l表示方法：表示方法： 用比熱容用比熱容C表示。表示。u單位質量材料在溫度變化單位質量材料在溫度變化1時，材料吸收或放出的時，材料吸收或放出的熱量。熱量。 u熱容量熱容量= CMl意義：意義：熱容量熱容量，有利于保持室內(nèi)溫度的相對穩(wěn)定。，有利于保持室內(nèi)溫度的相對穩(wěn)定。建筑材料建筑材料18某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面。請某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面。請問選擇何種材料？問選擇何種材

11、料？ AB建筑材料建筑材料19解答：保溫層的目的是外界溫度變化對住戶的影響，材料保保溫層的目的是外界溫度變化對住戶的影響，材料保溫性能的主要描述指標為導熱系數(shù)和熱容量，其中導熱溫性能的主要描述指標為導熱系數(shù)和熱容量，其中導熱系數(shù)越小越好。系數(shù)越小越好。觀察兩種材料的剖面，可見觀察兩種材料的剖面，可見A A材料為多孔結構，材料為多孔結構，B B材料材料為密實結構，多孔材料的導熱系數(shù)較小，適于作保溫層為密實結構，多孔材料的導熱系數(shù)較小，適于作保溫層材料。材料。 建筑材料建筑材料20l強度強度l彈性與塑性彈性與塑性l脆性與韌性脆性與韌性l硬度與耐磨性硬度與耐磨性第三節(jié)第三節(jié) 材料的基本力學性質材料的

12、基本力學性質建筑材料建筑材料21建筑材料建筑材料22（一）（一） 強度的定義強度的定義u 從定性角度從定性角度: 為材料抵抗外力作用的能力。為材料抵抗外力作用的能力。u 定量角度定量角度: 是指是指材料發(fā)生破壞的極限應力值。材料發(fā)生破壞的極限應力值。u 實驗方法：實驗方法：采用破壞試驗法來測混凝土的強度采用破壞試驗法來測混凝土的強度 建筑材料建筑材料23 材料受力示意圖材料受力示意圖u 抗壓強度抗壓強度（圖（圖（a a）u 抗拉強度抗拉強度（圖（圖（b b）u 抗剪強度抗剪強度（圖（圖（c c）u 抗折強度抗折強度（圖（圖（d d）（二）（二） 強度的分類與計算強度的分類與計算（1 1）強度的

13、分類）強度的分類（d）建筑材料建筑材料24S 抗壓、抗拉、抗剪強度計算公式：抗壓、抗拉、抗剪強度計算公式：AFfmax受力截面的面積受力截面的面積，mm2材料破壞時的最大荷載，材料破壞時的最大荷載，N（2 2）強度的計算）強度的計算建筑材料建筑材料25S 抗彎強度計算公式抗彎強度計算公式：2maxbhLFfm2max23bhLFfmu 單分點集中加荷：單分點集中加荷：u 三分點加荷：三分點加荷：ppppLpLL / 3 L / 3 L / 3P / 2P / 2bpp(a )(b )(c )(d )bh建筑材料建筑材料26常見建筑材料的強度常見建筑材料的強度/ /MPa抗拉強度 抗彎強度 58

14、 1014 2.65.0 混凝土 10100 14 松木(順紋) 3050 80120 60100 建筑鋼材 2401500 2401500 材料 抗壓強度 花崗巖 100250 普通粘土磚 1030 （三）（三） 常用建筑材料的強度常用建筑材料的強度建筑材料建筑材料27（1 1）材料的強度等級）材料的強度等級 對于磚石、混凝土等：按對于磚石、混凝土等：按抗壓強度抗壓強度劃分強度等級。劃分強度等級。 對于建筑鋼材等：按對于建筑鋼材等：按 抗拉強度抗拉強度劃分牌號。劃分牌號。（四）（四） 與強度相關的兩個概念與強度相關的兩個概念 根據(jù)極限強度的大小，劃分的不同等級或牌號根據(jù)極限強度的大小，劃分的

15、不同等級或牌號。 如： C30， M10 ， Q235建筑材料建筑材料28| 定義：定義：指按單位體積質量計算的材料強度，即材料的指按單位體積質量計算的材料強度，即材料的 強度與其表觀密度之比（強度與其表觀密度之比（f /0）。）。| 意義：意義：比強度比強度，輕質高強，輕質高強在高層建筑及大跨度結構工程中常采用比強度較高的在高層建筑及大跨度結構工程中常采用比強度較高的材料，減輕自重，節(jié)約材料。材料，減輕自重，節(jié)約材料。輕質高強是未來材料的發(fā)展方向。輕質高強是未來材料的發(fā)展方向。（2) 2) 比強度比強度建筑材料建筑材料29兩種主要材料的比強度兩種主要材料的比強度材料材料 表觀密度表觀密度/(

16、kg/m3) 強度強度/MPa 比強度比強度 普通混凝土（抗壓）普通混凝土（抗壓） 2 400 40 0.017 松木（順紋抗拉）松木（順紋抗拉） 50100.200 （2） 比強度比強度建筑材料建筑材料30（1 1）材料的組成）材料的組成（2) 2) 材料的結構、孔隙率與孔隙特征材料的結構、孔隙率與孔隙特征（3) 3) 試件的形狀和尺寸試件的形狀和尺寸（4) 4) 加荷速度加荷速度（5) 5) 試件濕度試件濕度（6) 6) 受力面狀態(tài)受力面狀態(tài)（五）（五） 強度的影響因素強度的影響因素建筑材料建筑材料31 彈性彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力除去材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力除去 后

17、變形后變形 隨即消失，完全恢復原來形狀的性質。隨即消失，完全恢復原來形狀的性質。 彈性變形彈性變形：這種可以完全恢復的變形這種可以完全恢復的變形（或瞬時變形）（或瞬時變形） 指標：指標：彈性模量彈性模量E 意義：意義：u E表示材料抵抗變形的能力；表示材料抵抗變形的能力；u E值越大，材料越不易變形，即抵抗變形的能力越強，值越大，材料越不易變形，即抵抗變形的能力越強， 材料的剛度越大。材料的剛度越大。 建筑材料建筑材料32 塑性塑性 材料在外力作用下，當應力超過一定的限值時產(chǎn)生材料在外力作用下，當應力超過一定的限值時產(chǎn)生顯著變形，且不產(chǎn)生裂縫或發(fā)生斷裂，外力取顯著變形，且不產(chǎn)生裂縫或發(fā)生斷裂，

18、外力取 消后，消后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質。仍保持變形后的形狀和尺寸的性質。 塑性變形塑性變形 這種不能恢復的變形（或永久變形）。這種不能恢復的變形（或永久變形）。 建筑材料建筑材料33BA0A0BCB0DCEDFEC上C下鋼材的彈塑性變形曲線圖鋼材的彈塑性變形曲線圖混凝土的彈塑性變形曲線圖混凝土的彈塑性變形曲線圖 建筑材料建筑材料34u 脆性：脆性：材料在外力作用下突然破壞，無明顯塑性變形。材料在外力作用下突然破壞，無明顯塑性變形。u 韌性韌性：沖擊、振動荷載下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定沖擊、振動荷載下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定 變形不破壞。變形不破壞。 脆性材料：石、磚、砼、陶

19、瓷、玻璃、鑄鐵等脆性材料：石、磚、砼、陶瓷、玻璃、鑄鐵等韌性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。韌性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。建筑材料建筑材料351. 鑄鐵造橋釀成災禍鑄鐵造橋釀成災禍u概況概況：1876年6月，英國人用鑄鐵在北海的Tay灣上建造了全長3160m，單跨73.5m的跨海大橋，采用梁式 架結構，在石材和磚砌筑的基礎上采用鑄鐵管做橋面。結果不到兩年，在一次臺風襲擊的夜晚，在臺風加上火車沖擊荷載的作用下橋墩脆斷、橋梁倒塌、車毀人亡。u原因分析：原因分析：主要是鑄鐵的橋墩在沖擊荷載作用下發(fā)生主要是鑄鐵的橋墩在沖擊荷載作用下發(fā)生 脆斷造成的。脆斷造成的。 u對鋼材與鑄鐵的性能進行了深入的對比

20、：對鋼材與鑄鐵的性能進行了深入的對比：發(fā)現(xiàn)鋼材不僅具有很高的抗壓強度發(fā)現(xiàn)鋼材不僅具有很高的抗壓強度很高的抗拉強度和抗沖擊韌性很高的抗拉強度和抗沖擊韌性人們開始用鋼材建造橋梁。人們開始用鋼材建造橋梁。建筑材料建筑材料362. 泰坦尼克號的沉沒泰坦尼克號的沉沒u概況：概況：1912年，當時世界上最大的客船泰坦尼克號年，當時世界上最大的客船泰坦尼克號初航，不幸撞上冰山，初航，不幸撞上冰山，35m厚度船鋼板在水線處像拉厚度船鋼板在水線處像拉開拉鏈一樣被撕裂，海水排山倒海般涌向船內(nèi)，約開拉鏈一樣被撕裂，海水排山倒海般涌向船內(nèi)，約3小時后沉沒。小時后沉沒。u原因分析：原因分析：l人們對泰坦尼克號的鋼板進行

21、測試：發(fā)現(xiàn)其抗壓強人們對泰坦尼克號的鋼板進行測試：發(fā)現(xiàn)其抗壓強度比現(xiàn)在鋼材還要高。度比現(xiàn)在鋼材還要高。l對鋼板進行沖擊韌性試驗：發(fā)現(xiàn)鋼材斷裂時吸收的對鋼板進行沖擊韌性試驗：發(fā)現(xiàn)鋼材斷裂時吸收的沖擊功很低，是韌性差的脆性材料。沖擊功很低，是韌性差的脆性材料。l化學分析表明化學分析表明:改鋼材的含改鋼材的含S量高，導致鋼材的脆性量高，導致鋼材的脆性增加。增加。建筑材料建筑材料37u 硬度定義：硬度定義：材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或 刻刻 劃的能力。劃的能力。u 硬度實驗方法硬度實驗方法 金屬材料金屬材料：壓入法壓入法l布氏硬度布氏硬度：單位壓痕面積上所承受的壓力

22、。：單位壓痕面積上所承受的壓力。l洛氏硬度：洛氏硬度：壓頭壓入試件的深度來表示鋼材壓頭壓入試件的深度來表示鋼材硬度。硬度。無機非金屬材料無機非金屬材料：刻劃法刻劃法l莫氏硬度莫氏硬度莫氏硬度10 金剛石9 剛玉8 黃玉7 石英6 長石5 磷石灰4 螢石3 方解石2 石膏1 石墨建筑材料建筑材料38u 指標：指標：磨耗率磨耗率u 計算公式：計算公式：AmmG21G材料的磨耗率（g/cm2）m1材料磨損前的質量（g）m2材料磨損后的質量（g）A材料試件的受磨面積（cm2）u 耐磨性定義：耐磨性定義：是材料表面抵抗磨損的能力。是材料表面抵抗磨損的能力。 建筑材料建筑材料39l 定義定義l 破壞作用破

23、壞作用l 耐久性指標耐久性指標l 提高措施提高措施第四節(jié)第四節(jié) 材料的耐久性材料的耐久性建筑材料建筑材料40 是指材料在使用條件下，抵抗其自身和是指材料在使用條件下，抵抗其自身和環(huán)境的長期破壞作用，保持其原有性質不環(huán)境的長期破壞作用，保持其原有性質不破壞、不變質的能力。破壞、不變質的能力。建筑材料建筑材料41化學作用化學作用生物作用生物作用干濕交替、溫度變化干濕交替、溫度變化凍融循環(huán)凍融循環(huán)酸、堿、鹽等物質的水溶酸、堿、鹽等物質的水溶液或有害氣體的侵蝕。液或有害氣體的侵蝕。蟲蛀或菌類的腐朽作用蟲蛀或菌類的腐朽作用而產(chǎn)生的破壞。而產(chǎn)生的破壞。物理作用物理作用建筑材料建筑材料42| 耐久性是一個綜

24、合性性能耐久性是一個綜合性性能| 耐久性主要包括：耐久性主要包括：v耐水性耐水性v抗?jié)B性抗?jié)B性v抗凍性抗凍性v抗腐蝕性抗腐蝕性v抗老化性抗老化性v耐磨性耐磨性耐久性耐久性抗?jié)B抗?jié)B性性耐水性耐水性耐磨性耐磨性抗腐蝕性抗腐蝕性抗凍性抗凍性抗老化性抗老化性建筑材料建筑材料431. 1. 耐水性耐水性廣義定義：廣義定義：材料抵抗水破壞作用的能力。材料抵抗水破壞作用的能力。狹義定義：狹義定義：材料浸水飽和后不被破壞，強度也不顯著材料浸水飽和后不被破壞，強度也不顯著 降低的性質。降低的性質。指標：指標：軟化系數(shù)軟化系數(shù)KR材料吸水飽和時的抗壓強度,MPa材料干燥狀態(tài)的抗壓強度，MPaffKwR建筑材料建筑

25、材料44X 用于水中、潮濕環(huán)境中的重要結構材料，應選用：用于水中、潮濕環(huán)境中的重要結構材料，應選用： 軟化系數(shù)軟化系數(shù)0.850.85的材料；的材料；X 用于受潮濕較輕或次要結構的材料，則應選用用于受潮濕較輕或次要結構的材料，則應選用 軟化系數(shù)軟化系數(shù) 0.750.75的材料的材料耐水性材料選擇：耐水性材料選擇：建筑材料建筑材料45例例 題題1 1、某材料的抗壓強度為、某材料的抗壓強度為28.0MPa28.0MPa，在水中吸水飽和后測得，在水中吸水飽和后測得其強度為其強度為21.3MPa21.3MPa，問該材料能否用于長期與水接觸的環(huán)境，問該材料能否用于長期與水接觸的環(huán)境中？中？解解：76.

26、00 .283 .21ffKwR因此，不能用于長期與水接觸的環(huán)境。因此，不能用于長期與水接觸的環(huán)境。0.85建筑材料建筑材料46抗?jié)B等級抗?jié)B等級or滲透系數(shù)滲透系數(shù)定義定義：材料抵抗壓力水滲透的性質。：材料抵抗壓力水滲透的性質。指標：指標：2. 2. 抗?jié)B性抗?jié)B性在一定時間在一定時間t內(nèi)，透過材料試件內(nèi)，透過材料試件的水量的水量Q，與試件的滲水面積，與試件的滲水面積A及水頭差及水頭差H成正比，與滲透成正比，與滲透距離距離(試件的厚度試件的厚度)d成反比。成反比。在標準試驗方法下進行透在標準試驗方法下進行透水試驗，以規(guī)定的試件在水試驗，以規(guī)定的試件在透水前所能承受的最大水透水前所能承受的最大水壓力來確定。壓力來確定。建筑材料建筑材料47AtHQdK 計算公式：計算公式：A 透水面積透水面積cm2；t 透水時間，透水時間，h ；d 試件厚度，試件厚度，cm； H 壓力水頭，壓力水頭，cm。 Q 透透水量水量cm3； K K的物理意義的物理意義：一定厚度的材料，在單位時間、單位水壓、：一定厚度的材料，在單位時間、單位水壓、 單位面積內(nèi)的滲水量。單位面積內(nèi)的滲水量。 滲透系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好。滲透系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好。建筑材料建筑材料48 定義定義：指砼或砂漿所指砼或砂漿所能承受的最大水壓力。能承受的最大水壓力。測試方法：測試方法：6個個試件中試件