建筑材料孔隙率

項目一

建筑材料的基本性質

建筑材料的基本性質，是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質。因為建筑材料所處建（構）筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質也就有所不同。

材料的組成、結構

及構造對性質的影響材料的組成：化學組成礦物組成材料的結構和構造：宏觀結構、細觀結構和微觀結構

任務一材料的物理性質一、與質量有關的基本物理性質1.材料的密度

材料的密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量，按下式計算：

ρ=m/v式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質量，g或kg

V—材料的絕對密實體積，cm3或m3

測試時，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細后采用排開液體的方法來測定其體積。2.材料的表觀密度

表觀密度（俗稱“容重”）是指多孔固體材料在自然狀態(tài)下單位體積的質量。

按下式計算：

式中 ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3

m—材料的質量，g或kg

V0—材料的表觀體積，cm3或m3材料的表觀體積是指包括內部孔隙在內的體積。因為大多數材料的表觀體積中包含有內部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質量（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結構和組成有關外，還與其內部構成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關

3.材料的堆積密度

堆積密度是指粉狀或顆粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質量。

按下式計算：

式中 ρ0，—材料的堆積密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質量，g或kg

V0，—材料的堆積體積，cm3或m3

粉狀或粒狀材料的質量是指填充在一定容器內的材料質量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。

在土木建筑工程中，計算材料用量、構件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數據。例1-1材料的密度、表觀密度、堆積密度有何區(qū)別？如何測定？材料含水后對三者有什么影響？解 密度： 表觀密度： 堆積密度：V為材料的絕對密實體積V0為材料的表觀體積(固、液、氣）V0，為材料的堆積體積4.材料的密實度

密實度是指材料體積內被固體物質充實的程度。密實度的計算式如下：

對于絕對密實材料，因ρ0=ρ，故密實度D=1或100%。對于大多數土木工程材料，因ρ0〈

ρ，故密實度D?1或D

?

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度5.孔隙率

材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計算：V—材料的絕對密實體積，cm3或m3V0—材料的表觀體積，cm3或m3ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3

孔隙率率的組組成：：開孔孔、閉閉孔開孔隙隙率：：材料料內部部開口口孔隙隙體積積與材材料在在自然然狀態(tài)態(tài)下體體積的的白分分比，，即被被水飽飽和的的孔隙隙體積積所占占的白白分率率。圖1-1材料內內部孔孔隙示示意6.空空隙隙率空隙率率是指指散粒粒材料料在其其堆集集體積積中,顆顆粒之之間的的空隙隙體積積所占占的比比例。?？障断堵蔖，按下式式計算算：ρ0—材料的的表觀觀密度度;ρ0，—材料的的堆積積密度度空隙率率的大大小反反映了了散粒粒材料料的顆顆?；セハ嗵钐畛涞牡闹旅苊艹潭榷??？湛障堵事士勺髯鳛榭乜刂苹旎炷镣凉橇狭霞壟渑渑c計計算含含砂率率的依依據。。7．填充充率與空隙隙率相相對應應的是是填充率率，填充率率定義：：顆粒粒的自自然狀狀態(tài)體體積占占堆積積體積積的百百分率率，可可按下下式計計算某地發(fā)發(fā)生歷歷史罕罕見的的洪水水。洪洪水退退后，，許多多磚房房倒塌塌，其其砌筑筑用的的磚多多為未未燒透透的多多孔的的紅磚磚，見見圖。。請分分析原原因。。這些紅磚沒沒有燒透，，磚內開口口孔隙率大大，吸水率率高。吸水水后，紅磚磚強度下降降，特別是是當有水進進入磚內時時，未燒透透的粘土遇遇水分散，，強度下降降更大，不不能承受房房屋的重量量，從而導導致房屋倒倒塌。常見問題解解答1測定含大量量開口孔隙隙的材料表表觀密度時時，直接用用排水法測測定其體積積，為何該該材料的質質量與所測測得的體積積之比不是是該材料的的表觀密度度？解答：表觀密度是是材料在自自然狀態(tài)下下單位體積積的質量。。所謂自然然狀態(tài)下的的體積包含含材料內的的孔隙。而而直接將含含大量開口口孔隙的材材料放入水水中，部分分水進入材材料的開口口孔隙中，，故，所測得得的體積已已不是材料料在自然狀狀態(tài)下的體體積。正確的做法法是將材料料表面涂蠟蠟將其密封封，然后方方能用排水水法測定其其自然狀態(tài)態(tài)下的體積積。例1-1某工地所用用卵石材料料的密度為為2.65g/cm3、表觀密度為為2.61g/cm3、堆積密度為為1680kg/m3，計算此石子子的孔隙率與空空隙率？解石子的孔隙隙率P為：石子的空隙隙率P，為：溫故1、建筑材料料的標準種種類2、建筑材料料與質量有有關的性質質有哪些？？3、絕對密實實體積、表表觀體積和和堆積體積積測量？二材料與與水有關的的性質（一）材料的親水性與憎水性與水接觸時時，有些材材料能被水水潤濕，而而有些材料料則不能被被水潤濕，，對這兩種種現象來說說，前者為為親水性，，后者為憎憎水性。材材料料具有親水水性或憎水水性的根本本原因在于材料的的分子結構。親水性材材料分子與與水分子之之間的相互互作用力大大于水分子子之間親合合力；反之之，憎水性性材料分子子與水分子子之間的親親合力，小小于水分子子本身之間間的內聚力力。圖1－3材料潤濕示示意圖（（ａ）親水水性材料；；（ｂ）憎憎水性材料料在材料、水水和空氣的的三相交叉叉點處沿水水滴表面作作切線，此此切線與材材料和水接接觸面的夾夾角θ，稱為潤濕邊角。當θ≤90°°時，材料能能被水潤濕濕表現出親水性，這種材料料稱為親水性材料料；當θ>90°°時，材料不不能被水潤潤濕表現出出憎水性，這種材料料稱為憎水性材料料。當θ=0時，表示該材料料完全被水水潤濕。大大多數建筑筑材料，如如磚、木、、混凝土等等均屬瀝青、玻璃璃、毛石、、木材、混混凝土、石蠟、粘土土磚、塑料料、油氈、、鋼材？應用？（二）材料的吸水水性材料能吸收收水分的能能力，稱為為材料的吸吸水性。吸吸水的大小小以吸水率率來表示。。質量吸水率率質量吸水率率是指材料料在吸水飽飽和時，所所吸水量占占材料在干干燥狀態(tài)下下的質量百百分比，并并以ｗm表示。質量量吸水率ｗｗm的計算公式式為：式中mb——材料吸水飽飽和狀態(tài)下下的質量（（ｇ或kg）mg——材料在干燥燥狀態(tài)下的的質量（ｇｇ或kg）。。體積吸水水率體積吸水水率是指指材料在在吸水飽飽和時，，所吸水水的體積積占材料料自然體體積的百百分率，，并以WＶ表示。體體積吸水水率WＶ的計算公公式為：式中mb——材料吸水水飽和狀狀態(tài)下的的質量（（ｇ或kg）mg——材料在干干燥狀態(tài)態(tài)下的質質量（ｇｇ或kg）。。V0—材料在自自然狀態(tài)態(tài)下的體體積，（（cm3或m3）ρρw—水的密度度,（g/cm3或kg/m3），常溫下取取ρw=1.0g/cm3Wm~Wv？材料的吸吸水率與與其孔隙隙率有關關，更與與其孔特特征有關關。因為為水分是是通過材材料的開開口孔吸吸入并經經過連通通孔滲入入內部的的。材料料內與外外界連通通的細微微孔隙愈愈多，其其吸水率率就愈大大。（三）.材料的吸吸濕性材料的吸吸濕性是是指材料料在潮濕空氣氣中吸收水水分的性性質。干干燥的材材料處在在較潮濕濕的空氣氣中時，，便會吸吸收空氣氣中的水水分；而而當較潮潮濕的材材料處在在較干燥燥的空氣氣中時，，便會向向空氣中中放出水水分。前前者是材材料的吸濕過程程，后者是是材料的的干燥過程程。由此可可見，在在空氣中中，某一一材料的的含水多多少是隨隨空氣的的濕度變變化的。。材料在任任一條件件下含水水的多少少稱為材材料的含水率，并以ＷＷh表示，其其計算公公式為：：式中mh——材料含水水時的質質量（ｇｇ或kg）mg——材料在干干燥至恒恒重時的的質量（（ｇ或kg）。?？諝鉂穸榷绕胶夂剩ㄋ乃模┎牧狭系牡哪湍退孕圆牧狭系牡哪湍退孕允鞘侵钢覆牟牧狭祥L長期期在在飽和和水水的作作用用下下不不破破壞壞，，強強度度也也不不顯顯著著降降低低的的性性質質。。衡衡量量材材料料耐耐水水性性的的指指標標是是材材料料的的軟軟化化系系數數KR：式中中KR———材料料的的軟軟化化系系數數fb—材料料吸吸水水飽飽和和狀狀態(tài)態(tài)下下的的抗抗壓壓強強度度（（MPa））。。fg—材料料在在干干燥燥狀狀態(tài)態(tài)下下的的抗抗壓壓強強度度（（MPa））0~1潮濕濕環(huán)環(huán)境境：：≥≥0.85較輕輕潮潮濕濕環(huán)環(huán)境境：：≥≥0.75例1-2某石石材材在在氣氣干干、、絕絕干干、、水水飽飽和和情情況況下下測測得得的的抗抗壓壓強強度度分分別別為為174、、178、、165MPa，，求該該石石材材的的軟軟化化系系數數，，并并判判斷斷該該石石材材可可否否用用于于水水下下工工程程。。解該石石材材的的軟軟化化系系數數為為:由于于該該石石材材的的軟軟化化系系數數為為0.93，，大大于于0.85，，故故該該石石材材可可用用于于水水下下工工程程。。（五）材料的抗?jié)B滲性抗?jié)B性是材材料在壓力水作用下抵抗抗水滲透的的性能。土木建筑工工程中許多多材料常含含有孔隙、、孔洞或其其它缺陷，，當材料兩兩側的水壓壓差較高時時，水可能能從高壓側側通過內部部的孔隙、、孔洞或其其它缺陷滲滲透到低壓壓側。這種種壓力水的的滲透，不不僅會影響響工程的使使用，而且且滲入的水水還會帶入入能腐蝕材材料的介質質，或將材材料內的某某些成分帶帶出，造成成材料的破破壞。５.1滲透透系數材料的滲透透系數可通通過下式計計算:式中K—滲透系數,（cm/h）;w—滲水量，（（cm3）

A—滲水面積,（cm2）

H—材料兩側的的水壓差，，（cm）d—試件厚度（（cm）t—滲水時間（（h）材料的滲透透系數越小小，說明材材料的抗?jié)B滲性越強。。5.2抗?jié)B滲等級材料的抗?jié)B滲等級是指指用標準方方法進行透透水試驗時時，材料標標準試件在在透水前所所能承受的的最大水壓壓力，并以以字母P及可承受的的水壓力（（以0.1MPa為單位）來來表示抗?jié)B滲等級。如P4、P6、P8、、P10…等，表示試試件能承受受逐步增高高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不不滲透。（六）抗抗凍性材料吸水后后，在負溫溫作用條件件下，水在在材料毛細細孔內凍結結成冰，體體積膨漲所所產生的凍凍脹壓力造造成材料的的內應力，，會使材料料遭到局部部破壞。隨隨著凍融循循環(huán)的反復復，材料的的破壞作用用逐步加劇劇，這種破破壞稱為凍融破壞?？箍箖鲂允鞘侵覆牧显谠谖柡秃蜖顟B(tài)下，，能經受反反復凍融循環(huán)作作用而不破壞，，強度也不不顯著降低低的性能。。抗凍性以試試件在凍融融后的質量量損失、外外形變化或或強度降低低不超過一一定限度時時所能經受受的凍融循循環(huán)次數來來表示，或或稱為抗凍凍等級。材材料的抗凍凍等級可分分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表表示此材料料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循循環(huán)。材料料的抗凍性性與材料的的強度、孔孔結構、耐耐水性和吸吸水飽和程程度有關。。三材料的熱工工性質1.導熱熱性當材料兩面面存在溫度度差時，熱熱量從材料料一面通過過材料傳導導至另一面面的性質，，稱為材料料的導熱性性。導熱性性用導熱系系數λ表示。導熱熱系數的定定義和計算算式如下所所示：式中λ——導熱系數，，Ｗ／（ｍｍ·Ｋ）；ＱＱ－傳導的的熱量，ＪＪ

&—材料厚度，，ｍ；A——熱傳導面積積，m2t一熱傳導時時間，h；

（T2-T1）－材料兩面溫溫度差，K在物理意義義上，導熱熱系數為單單位厚度(1m)的材料、兩兩面溫度差差為1Ｋ時時、在單位位時間(1s)內通過單位位面積(1㎡)的熱熱量。2.熱容容量和比熱熱材料在受熱熱時吸收熱熱量，冷卻卻時放出熱熱量的性質質稱為材料料的熱容量量。單位質質量材料溫溫度升高或或降低1ＫＫ所吸收或或放出的熱熱量稱為熱熱容量系數數或比熱。。比熱的計計算式如下下所示：式中C---材料的比比熱，J/（g·K）Q--材料吸收收或放出出的熱量量(熱容量)m---材料質量量，g

（t2-t1）--材料受熱熱或冷卻卻前后的的溫差，，K任務二材料的力力學性質質一、強度度與比強強度（一）強強度定義：抵抵抗外力力破壞的的最大應應力值分類：抗抗拉、抗抗壓、抗抗彎和抗抗剪強度度外力引起→→→→→內部的應應力→→→→外力增加加→→→→應力力隨之增大→→→→超過抵抗抗的極限限（即強度極限限）→→→→破壞??！在工程上上，通常常采用破破壞試驗驗法對材材料的強強度進行行實測。。將預先先制作的的試件放放置在材材料試驗驗機上，，施加外外力（荷荷載）直直至破壞壞，根據據試件尺尺寸和破破壞時的的荷載值值，計算算材料的的強度。。PPP材料的抗抗拉、抗抗壓、抗抗剪強度度可用下下式計算算：式中：f——抗拉或抗抗壓或抗抗剪強度度（MPa）；P——材料破壞壞時的最最大荷載載（N）；A——受力面面面積（mm2）P抗彎（折折）強度度計算公公式為：：式中：ff——抗彎（折折）強度度（MPa）；P——試件破壞壞時的最最大荷載載（N）；L——二支點之之間距離離（mm）；b、h——試件截面面的寬度度和高度度（mm）。影響材料料強度的的因素:1、內因。指組成成、結構構的影響響。2、外因。（實驗條件件）包括：試件尺寸寸和形狀狀加荷速度度環(huán)境溫濕濕度等因因素材料的組組成和構構造3、材料的的含水狀態(tài)態(tài)及溫度度（二）材材料強度度等級1燒結普通通磚、燒燒結多孔孔磚等的的強度等等級：MU30、MU25、MU20、MU15和MU10；2蒸壓灰砂磚磚、蒸壓粉粉煤灰磚的的強度等級級：MU25、MU20、MU15和MU10；3砌塊的強度度等級：MU25、MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5；4石材的強度度等級：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20；5砂漿的強度度等級：M15、M10、M7.5、M5和M2.5。6常用各類水水泥抗壓強強度和抗折折強度劃分分的強度共共設32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R八個等級7混凝土的強強度等級通通常采用C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60.強度等級為為C60及其以上的的混凝土屬屬高強混凝凝土。磚與石材代代號：MU砂漿代號：：M混凝土代號號：C（三）比強強度比強度：是指材料的的強度與其其表觀密度度的比值；；比強度的意意義：（1）衡量材料輕輕質高強性性能的一項項重要指標標；（2）選用比強度度高的材料料或者提高高材料的比比強度，對對大跨度、、高高度建建筑十分有有利；普通混凝土土、低碳鋼鋼、松木的的比強度分分別為0.012，0.053，0.069；輕質高強的的指標二、彈性和和塑性彈性定義：材料在外外力作用下下產生變形形，當外力力去除后，，能完全恢恢復原來形形狀的性質質。這種可可恢復的變變形稱彈性性變形，如如圖（a）。塑性定義：若去除外外力，材料料仍保持變變形后的形形狀和尺寸寸，且不產產生裂縫的的性質，稱稱為塑性，，此種不可可恢復的變變形稱為塑塑性變形。。如圖（b）。（a）彈性變形形曲線（（b）塑性變形形曲線（（c）彈塑性變變形曲線三、脆性和和韌性脆性：材料在外外力作用下下，無明顯顯塑性變形形而突然破破壞的性質質，稱為脆脆性。具有這種性性質的材料料稱為脆性材料，，它的變形形曲線如右右圖?！?韌性（沖擊韌性性）：材料料在沖擊或或震動荷載載作用下，，能吸收較較大的能量量，產生一一定的變形形而不破壞壞的性質。。1、非金屬材料料、鋼筋砼砼、木材、、混凝土、、低碳鋼、、有色金屬屬、燒結普普通磚各屬屬于脆性材材料和韌性性材料的哪哪一種？2、吊車車梁梁、、路路面面、、柱柱子子、、橋橋梁梁、、橋橋墩墩各各自自應應選選用用脆脆性性材材料料還還是是韌韌性性材材料料的的哪哪一一種種？？人們們在在測測試試混混凝凝土土等等材材料料的的強強度度時時可可觀觀察察到到，，同同一一試試件件，，加加荷荷速速度度過過快快，，所所測測值值偏偏高高。。請請分分析析原原因因。。原因因：：材料料的的強強度度除除與與其其組組成成結結構構有有關關外外，，還還與與其其測測試試條條件件有有關關，，包包括括加加荷荷速速度度、、溫溫度度、、試試件件大大小小和和形形狀狀等等。。當當加加荷荷速速度度較較快快時時，，荷荷載載的的增增長長大大于于材材料料變變形形速速度度，，測測出出的的數數值值就就會會偏偏高高。。為為此此，，在在材材料料的的強強度度測測試試中中，，一一般般都都規(guī)規(guī)定定其其加加荷荷速速度度范范圍圍。。四、、硬硬度度和和耐耐磨磨性性1．硬硬度度定義義：：硬硬度度是是材材料料抵抵抗抗較較硬硬物物質質刻劃劃或壓入入的能能力力。。測定定方方法法：：測測定定硬硬度度的的方方法法很很多多，，常常用用刻劃劃法法和壓入入法法。莫氏氏硬硬度度、、布布氏氏硬硬度度、、洛洛氏氏硬硬度度和和維維氏氏硬硬度度。。布氏氏法法是是在在布布氏氏硬硬度度機機上上用用一一規(guī)規(guī)定定直直徑徑的的硬硬質質鋼鋼球球，，加加以以一一定定的的壓壓力力，，將將其其壓壓入入鋼鋼材材表表面面，，使使形形成成壓壓痕痕，，將將壓壓力力除除以以壓壓痕痕面面積積，，所所得得應應力力值值為為該該鋼鋼材材的的布布氏氏硬硬度度值值（（HB）。。數值值越越大大表表示示鋼鋼材材越越硬硬?！?2．耐耐磨磨性性定義義：：耐耐磨磨性性是是材材料料抵抵抗抗磨磨損損的的能能力力，，用用耐耐磨磨率率表表示示，，計算算公公式式：：式中中M————耐磨磨率率，，g/cm2;m0———磨前前質質量量，，g;m1———磨后后質質量量，，g；A————試樣樣受受磨磨面面積積，，cm2。任務務三三材料料的的耐耐久久性性材料料的的耐耐久久性性是泛指材料料在使用條件下，受受各種內在在或外來自然因素及有害介質的作用，能能長久地保保持其使用性能的性質。材材料在建筑筑物之中，，除要受到到各種外力力的作用之之外，還經經常要受到到環(huán)境中許許多自然因因素的破壞壞作用。這這些破壞作作用包括物理、化學學、機械及及生物的作用。破壞作用：：物理作用－溫濕度、、凍融、流流水、紫外外線；化學作用－酸堿鹽水水溶液、有有害氣體；；生物作用－蟲、菌物理作用：：干濕變化化、溫度變變化及凍融融變化等。。（體積的的脹縮或內內部裂縫的的擴展材料破壞））在寒冷地區(qū)區(qū)，凍融變變化對材料料會起著顯顯著的破壞壞作用。在高溫環(huán)境境下，經常常處于高溫溫狀態(tài)的建建筑物或構構筑物，~耐熱性能。。在民用和公公共建筑中中，~難燃或不燃燃的材料。。化學作用包括大氣、、環(huán)境水以以及使用條條件下酸、、堿、鹽等等液體或有有害氣體對對材料的侵侵蝕作用。。機械作用包括使用荷荷載的持續(xù)續(xù)作用，交交變荷載引引起材料疲疲勞，沖擊擊、磨損、、磨耗等。。生物作用包括菌類、、昆蟲等的的作用而使使材料腐朽朽、蛀蝕而而破壞。磚、石料、、混凝土等等礦物材料，多是由于于物理作用用而破壞，，也可能同同時會受到到化學作用用的破壞。。金屬材料主要是由于于化學作用用引起的腐腐蝕。木材等有機機質材料常常因生物