第1章建筑材料的基本性質(zhì)

1、第1章 建筑材料的基本性質(zhì) 本章提要n熟悉和掌握材料的基本性質(zhì)，對于正確熟悉和掌握材料的基本性質(zhì)，對于正確選擇和合理使用材料至關重要。本章主選擇和合理使用材料至關重要。本章主要介紹了材料的基本物理、力學性質(zhì)及要介紹了材料的基本物理、力學性質(zhì)及其有關指標和計算公式。物理性質(zhì)包括其有關指標和計算公式。物理性質(zhì)包括材料與質(zhì)量有關的性質(zhì)、與水有關的性材料與質(zhì)量有關的性質(zhì)、與水有關的性質(zhì)、熱工性質(zhì)，力學性質(zhì)包括強度、彈質(zhì)、熱工性質(zhì)，力學性質(zhì)包括強度、彈性與塑性、脆性與韌性。性與塑性、脆性與韌性。n1.111.11材料的體積組成：材料的體積組成：n（1 1）材料的絕對密實體積）材料的絕對密實體積V Vn（

2、2 2）材料的孔體積）材料的孔體積V VP Pn 3 3）材料在自然狀態(tài)下的體積）材料在自然狀態(tài)下的體積 V V0 0n上述幾種體積存在以下關系上述幾種體積存在以下關系。nV V0 0=V+V=V+VP P V VP P=V=VK K+V+VB B1.1 1.1 材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)1.1.2 與質(zhì)量有關的性質(zhì)與質(zhì)量有關的性質(zhì)n1.密度、表觀密度、堆積密度密度、表觀密度、堆積密度mV00mV00mV密度密度表觀密度表觀密度堆積密度堆積密度n試驗方法：密度 李氏瓶表觀密度 排水法 n2.密實度與孔隙率密實度與孔隙率000100%100%mVDmV00001(1) 100%VVVP

3、VV 1PD密實度密實度孔隙率孔隙率注意：注意：n3.空隙率與填充率空隙率與填充率0000100%100%VDV 00000001(1) 100%VVVPVV 1PD填充率填充率空隙率空隙率注意：注意：1.1.2 與水有關的性質(zhì)與水有關的性質(zhì)1.親水性與憎水性（a）親水材料（b）憎水材料圖 材料潤濕角 n2.吸水性與吸濕性（1）吸水性1100%mmmwm質(zhì)量吸水率1001100%wVwVmmwVV0Vmwww體積吸水率二者的關系（2）吸濕性當空氣中的濕度保持穩(wěn)定時，材料的濕度會與會與空氣的濕度達到平衡稱為平衡含水率。含水率計算公式如下：100%mmWm干含含干n3.耐水性用軟化系數(shù)表示。fKf

4、飽軟干K軟軟0.85的材料稱為耐水材料的材料稱為耐水材料。n4.抗?jié)B性用滲透系數(shù)表示。QKdA t HK越小，抗?jié)B性越好。對于砂漿和混凝土常用抗?jié)B等級表示抗?jié)B性。P=10H-1n5.抗凍性用抗凍等級表示。F100 表示材料在一定實驗條件下能承受100次凍融循環(huán).而不損壞。（1） 熱容量和比熱容熱容量和比熱容材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量，用比熱容表示。21()Qcm tt比熱容：比熱容：1.1.5材料的熱工性質(zhì)) )( (21ttCmQ指材料傳導熱量的能力，用指材料傳導熱量的能力，用導熱系數(shù)導熱系數(shù)表示。表示。21QtA TT=材料的導熱率越小，表示其絕熱性能越好。熱

5、導率受材料本身的物質(zhì)構(gòu)成、密實程度、構(gòu)造特征、環(huán)境的溫濕度及熱流方向的影響。（2）導熱性）導熱性 指材料在長期高溫作用下，保持其結(jié)構(gòu)和性能的基本穩(wěn)定而不損壞的性能，用耐火度表示。根據(jù)耐火度的不同。可分為三大類。1）耐火材料 2）難熔材料 3）易熔材料4. 耐燃性耐燃性指材料能經(jīng)受火焰和高溫的作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。根據(jù)材料耐燃性的不同，可分為三大類。1）不燃材料 2）難燃材料 3）易燃材料3、耐火性5.溫度變形指材料在溫度變化時產(chǎn)生的體積變化，多數(shù)材料在溫度升高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮，溫度變形在單向尺寸上的變化稱為線膨脹或線收縮一般用線膨脹系數(shù)來衡量，其計算公式如下：Lt

6、tLa) )( (21n例題：試分析新建房屋冬季特別冷的原因。石棉、礦棉及其制品石棉、礦棉及其制品玻璃棉、植物纖維復合板玻璃棉、植物纖維復合板膨脹蛭石膨脹蛭石膨脹珍珠巖膨脹珍珠巖多孔混凝土、輕骨料混凝土、泡沫塑料多孔混凝土、輕骨料混凝土、泡沫塑料軟木板、蜂窩板軟木板、蜂窩板n在建筑中，圍護結(jié)構(gòu)隔熱設計的方法：（1）采用隔熱材料（2）外表面做淺色飾面，如淺色粉刷、淺色涂層和淺色面磚等（3）采用多排孔的混凝土或輕骨料混凝土空心砌塊墻體（4）采用蓄水屋頂、有土或無土植被屋頂，以及墻面垂直綠化（5）窗戶采用絕熱薄膜（6）設置通風層，如通風屋頂、通風墻等。1.2.材料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì) 材料受力示

7、意圖（a)受拉 （b）受壓（c）受剪（d）彎曲 n在試驗室采用破壞試驗法測試材料的強度。 材料的抗拉、抗壓和抗剪強度的計算式為：FfA材料的抗彎強度的計算式為：232FLfbh1.22材料的強度2、比強度即單位體積質(zhì)量材料所具有的強度，即材料的強度與其表觀密度的比值 f/pf/p0 0。比強度是衡量材料輕質(zhì)高強特性的技術指標n影響材料強度的因素：（1）材料的組成、結(jié)構(gòu)（2）材料的孔隙率越小，則強度越高。（3）材料的強度還與含水狀態(tài)及溫度有關。（4）材料的強度還與其測試條件和方法等因素有關。3、彈性與塑性、彈性與塑性n1)彈性與彈性變形n彈性指材料在外力作用下變形，去除外力后能完全恢復原形狀的性

8、質(zhì)。彈性變形所受應力與應變的比值稱為彈性模量，它是衡量材料抵抗變形的指標，按下式計算：E2)塑性與塑性變形塑性指材料在外力作用下變形，去除外力后仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)。材料的塑性變形是因為其內(nèi)部的剪應力作用，致使部分質(zhì)點間產(chǎn)生相對滑移的結(jié)果。完全的彈性材料或塑性材料是沒有的，大多數(shù)材料在受力變形時，既有彈性變形，也有塑性變形。只是在不同的受力階段，變形的主要表現(xiàn)形式不同。材料的彈塑性變形曲線材料的彈性和塑性變形曲線4、 脆性和韌性脆性和韌性1）脆性：指材料在外力作用下，無明顯塑性變形而突然破壞的性質(zhì)。2）韌性：指材料在振動和或沖擊荷載作用下能吸收較大能量，并產(chǎn)生較大變形而不破壞的性質(zhì)。

9、采用沖擊試驗來測試。公式：AAkKa 5、硬度與耐磨性1）硬度指材料表面抵抗其他硬物壓入或刻劃的能力。為保持較好表面使用性質(zhì)和外觀質(zhì)量，要求材料必須具有足夠的硬度。非金屬材料的硬度用莫氏硬度表示。金屬材料的硬度常用壓入法測定，主要有布氏硬度法（HB）.洛氏硬度法（HR）。硬度大的材料強度也高，工程上常用材料的硬度來推算其強度。2）耐磨性指材料表明抵抗磨損的能力。磨損性常以磨損率衡量，計算式為：AmmG21n材料的耐久性是指其在長期的使用過程中，能抵抗環(huán)境的破壞作用，并保持原有性質(zhì)不變、不破壞的一項綜合性質(zhì)。n耐久性不能用一個參數(shù)來衡量，通常用抗?jié)B性，抗凍性，抗老化和抗碳化等性質(zhì)來衡量。n工程上

10、常用提高密實度，改善表面形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)的方法來提高耐久性。1.3材料的耐久性1.4材料的組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造與性質(zhì)材料的組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造與性質(zhì)1.41 材料的組成材料的組成1、化學組成、化學組成化學組成即化學成分、是構(gòu)成材料的化學元素及化化學組成即化學成分、是構(gòu)成材料的化學元素及化合物的種類和數(shù)量。有無機非金屬材料、金屬材料合物的種類和數(shù)量。有無機非金屬材料、金屬材料有機材料等。化學組成是決定材料化學性質(zhì)、物理有機材料等?；瘜W組成是決定材料化學性質(zhì)、物理性質(zhì)、力學性質(zhì)的主要因素。性質(zhì)、力學性質(zhì)的主要因素。2、礦物組成、礦物組成礦物是具有一定化學成分和結(jié)構(gòu)特征的穩(wěn)定單質(zhì)或礦物是具有一定化學成分和結(jié)構(gòu)特征

11、的穩(wěn)定單質(zhì)或化合物。無機非金屬材料是由各種礦物組成的化合物。無機非金屬材料是由各種礦物組成的1.42 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)n1、微觀結(jié)構(gòu)n固體可分為晶體和非晶體兩大類。n1）晶體是質(zhì)點（原子、離子、分子）按一定規(guī)律在空間重復排列的固體，具有特定的幾何外形和固定的熔點。各向同型。其鍵的構(gòu)成不是單一的，往往是由共價鍵、離子鍵等共同聯(lián)接，其性質(zhì)差異較大。n2）非晶體是相對晶體而言的，又稱玻璃體。無定型體，是溶融物在急切冷卻時質(zhì)點來不及按特定規(guī)律排列所形成的質(zhì)點無序排列的固體或固態(tài)液體。2、亞微觀結(jié)構(gòu)、亞微觀結(jié)構(gòu)n指用光學顯微鏡和一般掃描投射所能觀察到的結(jié)構(gòu)，n其尺度介于微觀和宏觀之間范圍在0.001

12、 mn亞微觀結(jié)構(gòu)主要研究材料內(nèi)部的晶粒，顆粒等的大小和形態(tài)、晶界或界面的形態(tài)，孔隙及微裂紋的大小及分布。n材料內(nèi)部的晶粒越細小，分布越均勻，其受力越均勻，強度越高。脆性越小。耐久性越好；晶粒或不同材料組成之間的界面粘結(jié)越好，則其強度和耐久性越好。9109103、宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）、宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）n指用肉眼和放大鏡即可觀察到的毫米級以上的組織。宏觀結(jié)構(gòu)主要研究和分析材料的組合和復合方式、組成材料的分布情況、材料中的孔隙構(gòu)造、材料的構(gòu)造缺陷等。n材料按其組成可分為單一材料和復合材料兩大類，常見的結(jié)構(gòu)形式有：密實結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、聚集結(jié)構(gòu)、疊合（層狀）結(jié)構(gòu)、散粒結(jié)構(gòu)和紋理結(jié)構(gòu)。1.43材料內(nèi)

13、部孔隙與性質(zhì)材料內(nèi)部孔隙與性質(zhì)n1、內(nèi)部空隙的來源與產(chǎn)生n天然材料是形成過程中產(chǎn)生的。n人造材料是在生產(chǎn)過程中受條件所限，不可避免產(chǎn)生的。n也有為了某種目的有意造成的。n2、孔隙的分類n3、孔隙對材料性質(zhì)的影響n同一種材料空隙率越高，密實度越低，強度彈性模量越低；耐磨性、耐水性、抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕及其他耐久性性質(zhì)越差；而吸水性、吸濕性、保溫性、吸聲性越強。n水和侵蝕介質(zhì)容易進入開口孔隙。開口空隙多的材料，其強度、耐磨性、耐水性、抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性等性質(zhì)下降更多。n填空題填空題1 材料的吸濕性是指材料的性質(zhì)。材料的吸濕性是指材料的性質(zhì)。2 材料的抗凍性以材料在吸水飽和狀態(tài)下所能抵抗的材

14、料的抗凍性以材料在吸水飽和狀態(tài)下所能抵抗的來表示。來表示。3 水可以在材料表面展開，即材料表面可以被水浸潤，水可以在材料表面展開，即材料表面可以被水浸潤，這種性質(zhì)稱為。這種性質(zhì)稱為。n4.孔隙率增大，材料的密度，孔隙率增大，材料的密度，體積密度體積密度 ，保溫，保溫性性 ，強度，強度 。n5.材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為。材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為。答案答案 1. 在空氣中吸收水分在空氣中吸收水分 2.凍融循環(huán)次數(shù)凍融循環(huán)次數(shù) 3.親水親水性性 4.不變、增大、提高、降低不變、增大、提高、降低 5. 吸水性吸水性n選擇填空題選擇填空題1. 1.理想的保溫材料往往具有的特征是（理想的保溫材料往

15、往具有的特征是（ ）。）。 A.A.孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率大孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率大 B.B.孔隙率大、孔隙尺寸大、且為開孔隙孔隙率大、孔隙尺寸大、且為開孔隙 C.C.孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率小孔隙率大、孔隙尺寸小，吸水率小 D.D.孔隙率小，吸孔隙率小，吸 水率小水率小2.2.致密結(jié)構(gòu)的材料具有的特性有（致密結(jié)構(gòu)的材料具有的特性有（ ）。）。 A.A.導熱系數(shù)小導熱系數(shù)小 B.B.強度高強度高 C.C.抗?jié)B性差抗?jié)B性差 D.D.體積密度小體積密度小3.3.多孔結(jié)構(gòu)的材料具有的特性有（多孔結(jié)構(gòu)的材料具有的特性有（ ）。）。 A.A.體積密度小、導熱系數(shù)小體積密度小、導熱系數(shù)小

16、B.B.體積密度大、強度高體積密度大、強度高 C.C.保溫性差、抗?jié)B性差保溫性差、抗?jié)B性差 D.D.體積密度小、導熱性高體積密度小、導熱性高4.4.脆性材料適合的荷載類型為（脆性材料適合的荷載類型為（ ）。）。 A.A.拉力拉力 B.B.沖擊振動荷載沖擊振動荷載 C. C. 壓力壓力 D.D.彎曲力彎曲力5.5.材料含水率增加時，材料的（材料含水率增加時，材料的（ ）。）。 A.A.強度下降強度下降 B.B.體積密度下降體積密度下降 C.C.導熱系數(shù)下降導熱系數(shù)下降 D.D.吸水率下降吸水率下降6.6.材料含水率變化時，隨之變化的材料性質(zhì)為（材料含水率變化時，隨之變化的材料性質(zhì)為（ ）。）。

17、A.A.密度密度 B.B.體積密度體積密度 C.C.視密度視密度 D.D.吸水率吸水率7.7.材料吸水后，材料的（材料吸水后，材料的（ ）。）。 A.A.強度提高強度提高 B.B.抗凍性提高抗凍性提高 C.C.導熱系數(shù)增導熱系數(shù)增 D.D.吸水率增大吸水率增大8.對同一材料而言，其不同狀態(tài)下的密度關系為（對同一材料而言，其不同狀態(tài)下的密度關系為（ ）。）。 A.密度堆積密度表觀密度密度堆積密度表觀密度 B.密度表觀度堆積密度密度表觀度堆積密度 C.表觀密度堆積密度密度表觀密度堆積密度密度 D. 堆積密度密度表觀密度堆積密度密度表觀密度9.材料開口孔隙率在數(shù)值上等于材料的（材料開口孔隙率在數(shù)值上

18、等于材料的（ ）。）。 A.空隙率空隙率 B.質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率 C.體積含水率體積含水率 D.體積吸水率體積吸水率10.某材料的在氣干狀態(tài)、絕干狀態(tài)和吸水飽和狀態(tài)下的某材料的在氣干狀態(tài)、絕干狀態(tài)和吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度分別為抗壓強度分別為128、132、112MPa，則該材料的軟化，則該材料的軟化系數(shù)為（系數(shù)為（ ）。）。 A.0.88 B.0.85 C.0.97 D.0.1511.11.提高材料的密實度，材料的耐久性（提高材料的密實度，材料的耐久性（ ）。）。 A.A.提高提高 B.B.降低降低 C.C.不變不變 D.D.不確定不確定12.12.選擇墻體材料時通常選用（選擇墻體材料時通

19、常選用（ ）。）。 A.A.導熱系數(shù)小、熱容（熱容量）小導熱系數(shù)小、熱容（熱容量）小 B.B.導熱系數(shù)小、熱容（熱容量）大導熱系數(shù)小、熱容（熱容量）大 C.C.導熱系數(shù)大、熱容（熱容量）大導熱系數(shù)大、熱容（熱容量）大 D.D.導熱系數(shù)大、熱容（熱容量）小導熱系數(shù)大、熱容（熱容量）小13.13.對材料抗凍性影響最大的因素是材料的（對材料抗凍性影響最大的因素是材料的（ ）。）。 A.A.抗?jié)B性抗?jié)B性 B.B.吸水飽和程度（水飽和度）吸水飽和程度（水飽和度） C.C.孔隙率孔隙率 D.D.吸水率吸水率14.14.能對凍融破壞作用起到緩沖作用的是（能對凍融破壞作用起到緩沖作用的是（ ）。）。A.A.開

20、口孔隙開口孔隙 B.B.閉口孔隙閉口孔隙 C.C.毛細孔隙毛細孔隙 D.D.粗大孔隙粗大孔隙15.F15表示材料在吸水飽和狀態(tài)下，最多能抵抗表示材料在吸水飽和狀態(tài)下，最多能抵抗 ( ) . A.15次凍融循環(huán)次凍融循環(huán) B.15個晝夜的凍融循環(huán)個晝夜的凍融循環(huán) C.15個月的凍融循環(huán)個月的凍融循環(huán) D.15年的凍融循環(huán)年的凍融循環(huán)16.承受沖擊振動荷載的結(jié)構(gòu)應選用（承受沖擊振動荷載的結(jié)構(gòu)應選用（ ）。）。 A.塑性材料塑性材料 B.韌性材料韌性材料 C.彈性材料彈性材料 D.彈塑性材料彈塑性材料17.抗壓強度大于（或大大高于）抗拉強度的材料通常屬于（抗壓強度大于（或大大高于）抗拉強度的材料通常

21、屬于（ ）。）。 A.塑性材料塑性材料 B.韌性材料韌性材料 C.彈性材料彈性材料 D.脆性材料脆性材料18.比強度是衡量材料（比強度是衡量材料（ ）。）。 A.抗拉強度與抗壓強度比值大小的一項指標抗拉強度與抗壓強度比值大小的一項指標 B.抗壓強度與抗拉強度比值大小的一項指標抗壓強度與抗拉強度比值大小的一項指標 C.強度與彈性變形比值大小的一項指標強度與彈性變形比值大小的一項指標 D.輕質(zhì)高強的一項指標輕質(zhì)高強的一項指標計算題計算題 1 1、某種材料在氣干、絕干、吸水飽和情況下測得質(zhì)量、某種材料在氣干、絕干、吸水飽和情況下測得質(zhì)量分別為分別為2570g2570g、2550g2550g、2900

22、g2900g，并已知該材料的密度，并已知該材料的密度為為2.55g/cm2.55g/cm3 3，求該材料的絕對體積、質(zhì)量吸水率、含，求該材料的絕對體積、質(zhì)量吸水率、含水率？水率？解：絕對體積解：絕對體積V=m/=2550/2.55=1000 V=m/=2550/2.55=1000 (cm(cm3 3) )質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率WWmm= m= mswsw /m=(2900-2550)/2550=13.7% /m=(2900-2550)/2550=13.7%含水率含水率WWm=mm=mww /m=(2570-2550/2550=0.78% /m=(2570-2550/2550=0.78%2 2、某

23、材料的絕干體積密度為、某材料的絕干體積密度為14001400/m/m3 3, ,密度為密度為2.7g/cm2.7g/cm3 3, ,質(zhì)量吸質(zhì)量吸水率為水率為17%17%，求其孔隙率，體積吸水率，及開口孔隙率占孔隙，求其孔隙率，體積吸水率，及開口孔隙率占孔隙率的百分比？率的百分比？解：孔隙率解：孔隙率P=P=（1 1-0 0/）100%=(1 -1.4/2.7)100%=(1 -1.4/2.7)100%100% =48.2%=48.2%體積吸水率體積吸水率WWv v= W= Wm m 0 0 / /w w =17%17%1.4/1.0=23.8%1.4/1.0=23.8%開口孔隙率開口孔隙率=體積吸水率體