建筑材料的基本性能

1建筑材料的基本性能

主要介紹建筑材料的基本物理性質(zhì)、力學(xué)性能、材料的耐久性以及有關(guān)參數(shù)、性能指標(biāo)和計(jì)算公式等，通過對材料基本性能的了解與掌握，為今后的學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下一定的基礎(chǔ)。本章提要本章內(nèi)容1.1

材料的基本物理性質(zhì)1.2

材料的力學(xué)性質(zhì)1.3

材料的耐久性1.1材料的基本物理性質(zhì)材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下（內(nèi)部不含任何孔隙），單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度，以ρ表示。其計(jì)算式為：

絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)的真實(shí)體積。1.1.1材料的基本物性參數(shù)1.1.1.1密度

表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，其計(jì)算式為：

表觀體積是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。對外形規(guī)則的材料，其幾何體積即為表觀體積；對外形不規(guī)則的材料，可用排水法測定。一般所指的表觀密度，是以干燥狀態(tài)下的測定值為準(zhǔn)。1.1.1.2表觀密度

堆積密度（舊稱松散容重），是指散狀（粉狀、粒狀或纖維狀）材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積（包含了顆粒內(nèi)部的孔隙即顆粒之間的空隙）所具有的質(zhì)量。其計(jì)算式為：

常用建筑材料的基本物理參數(shù)見表1.1。1.1.1.3堆積密度表1.1常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率

材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)石灰?guī)r2.601800~2600____花崗巖2.60~2.902500~2800__0.5~3.0碎石(石灰?guī)r)2.60__1400~1700__砂2.60__1450~1650__普通粘土磚2.50~2.801600~1800____粘土空心磚2.501000~1400____材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)水泥

3.10__1200~1300__普通混凝土

__2100~2600__5~20木材1.55400~800__55~75鋼材7.857850__0泡沫塑料__20~50____玻璃2.55______續(xù)表1.1(1)密度

密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度，也就是固體物質(zhì)的體積占總體積的比例，以D表示。其計(jì)算式為：1.1.1.4密實(shí)度與孔隙率(2)孔隙率

孔隙率是指材料體積內(nèi)孔隙體積占材料總體積的百分率，以P表示。其計(jì)算式為：

材料的總體積是由該材料的固體物質(zhì)與其所包含的孔隙所組成的。建筑材料的許多性能如強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性等均與材料的孔隙有關(guān)。孔隙按其尺寸大小又可分為微孔、細(xì)孔和大孔。幾種常用建筑材料的孔隙率見表1.1。(1)填充率率填充率率是指散散粒狀狀材料料在其其堆積積體積積內(nèi)，，被其其顆粒粒填充充的程程度，，以D′表示。。其計(jì)算算式為為：1.1.1.5填充率率與空空隙率率(2)空隙率空隙率是指散粒狀狀材料在堆堆積體積中中，顆粒之之間的空隙隙體積占堆堆積體積的的百分率，，以P′表示。其計(jì)算式為為：空隙率的大大小反映了了散粒狀材材料的顆粒粒之間相互互填充的致致密程度。。填充率與空空隙率的關(guān)關(guān)系為：潤濕是水在材料料表面被吸吸附的過程程，材料被被水潤濕的的程度可用用潤濕角θ表示，如圖1.1所示。一般認(rèn)為，，潤濕角θ≤90°°（如圖1.1（a）所示）的材料為為親水性材料料。反之，θ＞90°時(shí)，表明該該材料不能能被水潤濕濕，稱為憎水性材料料(如圖1.1（b）所示)。1.1.2材料與水有有關(guān)的性質(zhì)質(zhì)1.1.2.1親水性與憎憎水性圖1.1材料的潤濕濕示意圖(a)親水性材料料；（b）憎水性材材料(1)吸水性材料在浸水水狀態(tài)下吸吸入水分的的能力稱為為吸水性。吸水性的的大小，以以吸水率表示，有兩兩種表示方方法：質(zhì)量吸水率率和體積吸水率率。①質(zhì)量吸水水率材料吸水達(dá)達(dá)飽和時(shí)，，其所吸收收水分的質(zhì)質(zhì)量占材料料干燥時(shí)質(zhì)質(zhì)量的百分分率，可表表示為：1.1.2.2吸水性與吸吸濕性②體積吸水水率是指材料體體積內(nèi)被水水充實(shí)的體體積。即材材料吸水達(dá)達(dá)飽和時(shí)，，所吸收水水分的體積積占干燥材材料自然體體積的百分分率，可按按下式計(jì)算算：質(zhì)量吸水率率與體積吸吸水率有如如下的關(guān)系系：(2)吸濕性材料在潮濕濕空氣中吸吸收水分的的性質(zhì)稱為為吸濕性。吸濕性的的大小可用用含水率表示。材料所所含水的質(zhì)質(zhì)量占材料料干燥質(zhì)量量的百分率率，稱為材料的含水水率，可用下式式計(jì)算：材料長期在在飽和水作作用下而不不破壞，其其強(qiáng)度也不不顯著降低低的性質(zhì)稱稱為耐水性。一般材料隨隨著含水量量的增加，，會(huì)減弱其其內(nèi)部的結(jié)結(jié)合力，強(qiáng)強(qiáng)度也會(huì)不不同程度地地降低。材料的耐水水性用軟化系數(shù)表示，可按按下式計(jì)算算：1.1.2.3耐水性材料抵抗壓壓力水滲透透的性質(zhì)稱稱為抗?jié)B性（或不透水性），可用滲透系數(shù)K表示。材料的透水水性可用達(dá)西定定律來描述述，即在一一定時(shí)間內(nèi)內(nèi)，透水材材料試件的的水量與試試件的斷面面積及水頭差（（液壓）成成正比，與與試件的厚厚度成反比比。可用下下式表示：：1.1.2.4抗?jié)B性滲透系數(shù)反反映了材料料抵抗壓力力水滲透的的性質(zhì)。滲滲透系數(shù)越越大，材料料的抗?jié)B性性越差。對于混凝土土和砂漿材材料，抗?jié)B滲性常用抗?jié)B等級S表示。材料抗?jié)B性性的好壞與與材料的孔孔隙率和孔孔隙特征有有關(guān)。抗凍性是材料抵抗抗凍融循環(huán)環(huán)作用，保保持其原有有性能的能能力。對結(jié)構(gòu)材料料，主要指指保持強(qiáng)度度的能力，，并以抗凍凍標(biāo)號(hào)來表表示?？箖鰳?biāo)號(hào)是用材料在在吸水飽和和狀態(tài)下（（最不利狀狀態(tài)），經(jīng)經(jīng)凍融循環(huán)環(huán)作用，強(qiáng)強(qiáng)度損失和和質(zhì)量損失失均不超過過規(guī)定值時(shí)時(shí)，所能抵抵抗的最多多凍融循環(huán)環(huán)次數(shù)來表表示，記作作D25、D50、D100、D150等。1.1.2.5抗凍性材料抗凍凍性的高高低決定定于材料料的吸水水飽和程程度和材材料對結(jié)結(jié)冰體積積膨脹所所產(chǎn)生的的壓力的的抵抗能能力。抗凍性常常作為考考查材料料耐久性性的一個(gè)個(gè)指標(biāo)。。材料的強(qiáng)強(qiáng)度愈高高，耐水水性愈好好，其抗抗凍性愈愈好。材料傳導(dǎo)導(dǎo)熱量的的能力，，稱為導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)導(dǎo)熱能力力的大小小可以用用導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)（λ）表示。導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)在數(shù)值值上等于于厚度為1m的材料，，當(dāng)其相相對兩側(cè)側(cè)表面的的溫度差差為1K時(shí)，經(jīng)單單位面積積（1m2）單位時(shí)時(shí)間（1s）所通過過的熱量量。1.1.3材料的熱熱工性質(zhì)質(zhì)1.1.3.1導(dǎo)熱性材料的導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)除與其其本身的的性質(zhì)、、結(jié)構(gòu)、、密度有有關(guān)外，，還與材材料的含含水率及及環(huán)境溫溫度等有有關(guān)?？捎孟率绞奖硎荆海翰牧霞訜釤峄蚶鋮s卻時(shí)，吸吸收或放放出熱量量的性質(zhì)質(zhì)，稱為為熱容量。熱容量的的大小用用比熱容（也稱熱熱容量系系數(shù)，簡簡稱比熱熱）表示示，比熱熱容表示示1g材料，溫溫度升高高1K時(shí)所吸收收的熱量量，或降降低1K時(shí)放出的的熱量。。材料吸收收或放出出的熱量量和比熱熱，可用用下式計(jì)計(jì)算：1.1.3.2比熱容比熱是反映材材料的吸吸熱或放放熱能力力大小的的物理量量。常見建筑筑材料的的熱工指指標(biāo)見表1.2。表1.2幾種典型型材料的的熱工性性質(zhì)指標(biāo)標(biāo)材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/（m·K）)比熱容(J/（g·K）)鋼材580.48銅材3700.38花崗巖3.490.92混凝土1.510.84燒結(jié)普通磚0.80.88松木0.17~0.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密閉空氣0.0231.00在建筑工工程中常常把1/λ稱為材料的熱熱阻，用R表示。導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)和熱阻都是評定定建筑材材料保溫溫隔熱性性能的重重要指標(biāo)標(biāo)。材料料的導(dǎo)熱熱系數(shù)越越小，其其熱阻越越大，則則材料的的保溫隔隔熱性能能越好。。常將λ≤0.175W/（m·K）的材料料稱為絕熱材料料。1.1.3.3材料的保保溫隔熱熱性聲能穿透透材料和和被材料料消耗的的性質(zhì)稱稱為材料的吸吸聲性，用吸聲系數(shù)數(shù)α(吸收聲功功率與入入射聲功功率之比比)表示。吸聲系數(shù)數(shù)α越大，材材料的吸吸聲性越越好。吸吸聲系數(shù)數(shù)與聲音音的頻率率和入射射方向有有關(guān)。通常使用用的六個(gè)個(gè)頻率為為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。1.1.4材料的聲聲學(xué)性質(zhì)質(zhì)1.1.4.1吸聲性一般將上上述6個(gè)頻率的的平均吸吸聲系數(shù)數(shù)α≥0.20的材料稱稱為吸聲材料料。最常用用的吸聲聲材料大大多為多多孔材料料。影響材料料吸聲效效果的主要因素素有：(1)材料的孔孔隙率和和體積密密度(2)材料的孔孔隙特征征(3)材料的厚厚度(1)隔空氣聲聲透射聲功功率與入入射聲功功率的比比值稱為為聲透射系系數(shù)，用τ表示，該該值越大大則材料料的隔聲聲性越差差。材料的隔隔聲能力力用隔聲量R（R=10lg(1/ττ)來表示，，單位為為dB。與聲透射射系數(shù)τ相反，隔隔聲量越越大，材材料的隔隔聲性能能越好。。1.1.4.2隔聲性(2)隔固體聲聲固體聲是由于振振源撞擊擊固體材材料，引引起固體體材料受受迫振動(dòng)動(dòng)而發(fā)聲聲，并向向四周輻輻射聲能能。固體聲在在傳播過過程中，，聲能的的衰減極極少。彈彈性材料料如地毯毯、木板板、橡膠膠片等具具有較高高的隔固固體聲的的能力。。1.2材料的力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)材料的力力學(xué)性能能，就是指指材料在在外力（（荷載））作用下下，抵抗抗破壞和和變形的的能力。。1.2.1材料的強(qiáng)強(qiáng)度材料因抵抵抗外力力（荷載載）作用用而引起起破壞的的最大能能力，即即為該材料的的強(qiáng)度。其值是是以材料料受力破壞時(shí)時(shí)單位面面積上所所承受的的力表示示。計(jì)算算式為：：材料在建筑物物上所承受的的力，主要有有拉力、壓力力、彎曲力及及剪應(yīng)力等。。材料抵抗上上述外力破壞壞的能力，分分別稱為抗拉拉、抗壓、抗抗彎和抗剪強(qiáng)強(qiáng)度。靜力強(qiáng)強(qiáng)度的分類和和計(jì)算公式見表1.3。大部分建筑材材料，根據(jù)極極限強(qiáng)度的大大小，可劃分分為若干不同同的強(qiáng)度等級級。材料的強(qiáng)度與與材料本身的的組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)和構(gòu)造等有有很大關(guān)系。。鋼材的抗拉拉、抗壓強(qiáng)度度都很高，如表1.4所示。表1.3靜力強(qiáng)度分類類強(qiáng)度類別舉例計(jì)算式附注抗壓強(qiáng)度fc(MPa)fc=F/AF—破壞荷載(N)A—受荷面積(mm2)l—跨度(mm)b—斷面寬度(mm)h—斷面高度(mm)抗拉強(qiáng)度ft(MPa)ft=F/A抗剪強(qiáng)度fv(MPa)fv=F/A抗彎強(qiáng)度ftm(MPa)ftm=3Fl/(2bh2)表1.4鋼材、木材和和混凝土的強(qiáng)強(qiáng)度比較材料表觀密度ρ0（kg/m3）抗壓強(qiáng)度fc（MPa）比強(qiáng)度fc/ρ0

普通混凝土240029.40.012低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069材料在外力作作用下產(chǎn)生變變形，當(dāng)外力力取消后，材材料變形即可可消失并能完完全恢復(fù)原來來形狀的性質(zhì)質(zhì)，稱為彈性。這種當(dāng)外力取取消后瞬間即即可完全消失失的變形，稱稱為彈性變形。這種變形屬于于可逆變形，，其數(shù)值的大大小與外力成成正比。其比比例系數(shù)E稱為彈性模量。1.2.2材料的彈性和和塑性在彈性變形范范圍內(nèi)，彈性性模量E為常數(shù)，其值值等于應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)诺谋戎?，即：：材料在外力作作用下產(chǎn)生變變形，但不破破壞，并且當(dāng)當(dāng)外力停止作作用后，不能能自動(dòng)恢復(fù)原原來形狀的性性質(zhì)，稱為塑性。這種不能消消失的變形稱稱為塑性變形或不可恢復(fù)變形形。在外力作用下下，當(dāng)外力達(dá)達(dá)到一定限度度后，材料突突然破壞而又又無明顯的塑塑性變形的性性質(zhì)，稱為脆性。在沖擊、震