建筑材料基本性質(zhì)教學(xué)課件

建筑材料基本性質(zhì)教學(xué)課件第一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第一章建筑材料的基本性質(zhì)建筑材料第二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)材料的基本物理參數(shù)

1.1基本物理性質(zhì)

1.1.1材料的體積構(gòu)成及含水狀態(tài)

1.1.1.1材料的體積構(gòu)成自然界中的材料，由于其單位體積中所含孔隙形狀及數(shù)量不同，因而其基本的物理性質(zhì)參數(shù)——單位體積的質(zhì)量也由差別。塊狀材料在自然狀態(tài)下的體積是由固體物質(zhì)體積及其內(nèi)部孔隙體積組成的。材料內(nèi)部的孔隙按孔隙特征又分為開(kāi)口孔隙和閉口孔隙。閉口孔隙不進(jìn)水，開(kāi)口孔隙與材料周?chē)慕橘|(zhì)相通，材料在浸水時(shí)易被水飽和。見(jiàn)圖1-1。散粒材料是指具有一定粒徑材料的堆積體，如工程中常用的砂、石子等。其體積構(gòu)成包括固體物質(zhì)體積、顆粒內(nèi)部孔隙體積及固體顆粒之間的空隙體積。見(jiàn)圖1-2。第三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日1.1.1.2材料的含水狀態(tài)材料在大氣中或水中會(huì)吸附一定的水分，根據(jù)材料吸附水分的情況，將材料的含水狀態(tài)分為干燥狀態(tài)、氣干狀態(tài)、飽和面干狀態(tài)及濕潤(rùn)狀態(tài)4種，見(jiàn)圖1－3。材料的含水狀態(tài)會(huì)對(duì)材料的多種性質(zhì)產(chǎn)生一定影響。干燥狀態(tài)氣干狀態(tài)飽和面干燥狀態(tài)濕潤(rùn)狀態(tài)

圖1-3材料含水狀態(tài)飽和水表面水飽和水表面水干燥狀態(tài)氣干狀態(tài)飽和面干燥狀態(tài)濕潤(rùn)狀態(tài)

圖1-3材料含水狀態(tài)第五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日密度：定義：材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。表達(dá)式：p=m/v（g/cm3

）

m――材料干燥時(shí)的質(zhì)量（g）

v――材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積（cm3）即不包括任何孔隙在內(nèi)的體積。

意義：反映材料的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，例如：用密度控制玻璃的生產(chǎn)。V的測(cè)定：

a.比較密實(shí)的材料，如玻璃、鋼材等，通常認(rèn)為其處于絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，直接測(cè)其體積；

b.一般多孔材料，如磚，應(yīng)磨成細(xì)粉（粒徑小于0.2mm）排除其內(nèi)部孔隙，用密度瓶測(cè)其實(shí)際體積；密度表觀密度堆積密度是否存在絕對(duì)密實(shí)的材料？1.1.2密度、表觀密度與堆積密度第六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日表觀密度定義：材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。表達(dá)式：（g/cm3

）或(kg/m3)m――材料的質(zhì)量（g或kg）

v0――材料在自然狀態(tài)下的體積，也稱(chēng)表觀體積(cm3

或m3)。包括材料孔隙在內(nèi)的體積，既包括開(kāi)口孔隙，也包括閉口孔隙。意義：反映材料輕重的量，也與材料的強(qiáng)度有關(guān)，是選擇結(jié)構(gòu)材料和承重材料的依據(jù)。V0的測(cè)量：對(duì)形狀規(guī)則的材料，直接測(cè)量；對(duì)形狀不規(guī)則的材料，蠟封后用排水法測(cè)量。密度表觀密度堆積密度第七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日堆積密度定義：堆積密度指粉狀、粒狀、或纖維狀材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。表達(dá)式：（kg/m3

）

m――材料的質(zhì)量（kg）

――堆積體積（m3

）的特點(diǎn)：包括了材料間的空隙體積。的測(cè)定：用既定容積的容器測(cè)定。

密度表觀密度堆積密度第八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日密實(shí)度定義：在材料體積內(nèi)，固體物質(zhì)的體積占總體積的比例。

表達(dá)式：密實(shí)度孔隙率第九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日孔隙率定義：材料體積內(nèi)，孔隙體積占總體積的比例。表達(dá)式：孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系？孔隙率與材料性質(zhì)的關(guān)系？材料的強(qiáng)度、材料的表觀密度、吸水率、抗?jié)B性、抗凍性、保溫性能等。兩個(gè)孔隙率相同的同種同體積的材料吸水率是否一定相同？密實(shí)度孔隙率材料的性質(zhì)除了與孔的多少有關(guān)外，還與孔的特征、孔的形狀有關(guān)?？椎奶卣鳎喊ㄩ_(kāi)口孔和閉口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形狀、孔隙在材料內(nèi)部的分布均勻程度等。第十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日觀察與討論某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面。請(qǐng)問(wèn)選擇何種材料？AB第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日討論：保溫層的目的是外界溫度變化對(duì)住戶的影響，材料保溫性能的主要描述指標(biāo)為導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量，其中導(dǎo)熱系數(shù)越小越好。觀察兩種材料的剖面，可見(jiàn)A材料為多孔結(jié)構(gòu)，B材料為密實(shí)結(jié)構(gòu)，多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，適于作保溫層材料。

第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日填充率空隙率填充率定義：在散粒材料的堆積體積中，顆粒體積占總體積的比例。表達(dá)式：第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日填充率空隙率空隙率定義：在散粒材料的堆積體積中，顆粒體積的空隙占總體積的比例。表達(dá)式：試題練習(xí)第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日石膏能否用于砌筑橋墩、大壩？建筑紅磚能否用作防水材料？長(zhǎng)期與水接觸的建筑部位和潮濕部位對(duì)建筑材料有哪些要求？與水有關(guān)的性質(zhì)包括：親水性和憎水性；吸水性和吸濕性；耐水性；抗?jié)B性和抗凍性。2.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2.2.1親水性與憎水性根據(jù)材料在空氣中與水接觸時(shí)，能否被潤(rùn)濕分為親水性材料：潤(rùn)濕角θ≦90°憎水性材料：潤(rùn)濕角90°＜θ＜180°

親水性憎水性建筑中大部分材料屬于親水材料，瀝青、石蠟、塑料等屬于憎水材料可用作防水材料，也可用于親水材料的表面處理。第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2吸水性與吸濕性材料在浸水狀態(tài)下吸收水分的能力稱(chēng)為吸水性。材料的吸水性能，不僅取決于材料本身是否具有親水性，還與其空隙率的大小及空隙的構(gòu)造有關(guān)。

吸水性第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱(chēng)為吸濕性（潮濕材料在干燥的空氣中也會(huì)放出水分）。材料的吸濕性用含水率表示。含水率系指材料內(nèi)部所含水重占材料干重的百分率。

吸濕性材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變，當(dāng)空氣濕度較大且溫度較低時(shí)，材料的含水率就大，反之則小。材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時(shí)的含水率，稱(chēng)為平衡含水率。選擇瓷磚和木材要關(guān)注材料的吸水率還是含水率？

第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日2.2.3耐水性耐水性是指材料長(zhǎng)期在飽和水作用下，而不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。用軟化系數(shù)表示。第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日一般材料吸水后，強(qiáng)度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。

因?yàn)樗謺?huì)分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，則有不同程度的。當(dāng)材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時(shí)（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強(qiáng)度的嚴(yán)重降低。軟化系數(shù)的范圍波動(dòng)在0~1之間，當(dāng)軟化系數(shù)大于0.80時(shí)，認(rèn)為是耐水性的材料。受水浸泡或處于潮濕環(huán)境的建筑物，則必須選用軟化系數(shù)不低于0.85的材料建造.第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日材料抵抗壓力水或其他液體滲透的性質(zhì)稱(chēng)為抗?jié)B性。用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級(jí)表示（一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)單位面積的水量），抗?jié)B等級(jí)是在規(guī)定試驗(yàn)方法下材料所能抵抗的最大水壓力，用“Pi”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水壓力而不滲透。抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標(biāo)（抗凍性和抗侵蝕性）。材料的抗?jié)B性與材料內(nèi)部的空隙率特別是開(kāi)口孔隙率有關(guān)，開(kāi)口空隙率越大，大孔含量越多，則抗?jié)B性越差。材料的抗?jié)B性還與材料的增水性和親水性有關(guān)，增水性材料的抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料。地下建筑及水工建筑等，因經(jīng)常受壓力水的作用，所用材料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性。對(duì)于防水材料則應(yīng)具有好的抗?jié)B性。2.2.4抗?jié)B性第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日材料飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融交替作用，既不破壞強(qiáng)度又不顯著下降的性質(zhì)。用抗凍等級(jí)表示。抗凍等級(jí)Fi，i表示凍融循環(huán)的次數(shù)。2.2.5抗凍性

F150混凝土——該混凝土能夠抵抗的最大凍融循環(huán)次數(shù)為150次例如思考題:孔隙率越大，材料的抗凍性是否越差？第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日抗凍性實(shí)驗(yàn)通常是將規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試件浸水飽和后，在零下15℃條件下凍結(jié)一定時(shí)間，然后在室溫的水中融化，進(jìn)行反復(fù)凍融，試件強(qiáng)度降低及質(zhì)量損失不超過(guò)規(guī)定值（質(zhì)量損失不大于5%，強(qiáng)度損失不大于25%），材料表面不明顯損傷，所對(duì)應(yīng)的最大循環(huán)次數(shù)，定為該材料的抗凍等級(jí)。第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日材料吸水后，在負(fù)溫作用條件下，水在材料毛細(xì)孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會(huì)使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復(fù)，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱(chēng)為凍融破壞。

凍融循環(huán)凍融破壞的表現(xiàn)：表面出現(xiàn)剝落、裂紋、質(zhì)量損失，強(qiáng)度降低。凍融破壞的原因：孔隙中水結(jié)冰體積膨脹，對(duì)孔壁造成壓力。

廚房的瓷磚有剝落現(xiàn)象，試分析原因，如何解決？第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日孔隙率越大，材料的抗凍性是否越差？

解答：材料的孔隙包括開(kāi)口孔隙和閉口孔隙兩種，材料的孔隙率則是開(kāi)口孔隙率和閉口孔隙率之和。材料受凍融破壞主要是因其孔隙中的水結(jié)冰所致。進(jìn)入孔隙的水越多，材料的抗凍性越差。水較難進(jìn)入材料的閉口孔隙中。若材料的孔隙主要是閉口孔隙，即使材料的孔隙率大，進(jìn)入材料內(nèi)部的水分也不會(huì)很多。在這樣的情況下，材料的抗凍性不會(huì)差。第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日定義：材料傳導(dǎo)熱量的能力（冬季材料保持熱量不傳遞出去；夏季材料阻礙熱量傳入室內(nèi)）。表示方法：用導(dǎo)熱系數(shù)λ表示，導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是：厚度為1m的材料，當(dāng)溫度每改變1K時(shí)，在lh時(shí)間內(nèi)通過(guò)1m2面積的熱量。用公式表示為

式中λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m·K）；

Q

——傳導(dǎo)的熱量，J；

a

——材料的厚度，m；

A

——材料傳熱的面積，m2；

Z

——傳熱時(shí)間，h；

（t1-t2）——材料兩側(cè)溫度差，K在建筑工程中的意義：判斷材料的保溫隔熱性能（λ越大，傳熱越快，保溫性越差）。2.2.6導(dǎo)熱性棉襖浸水后保暖性變差？孔多的材料保溫性能好？第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日3.1強(qiáng)度與比強(qiáng)度強(qiáng)度材料的強(qiáng)度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內(nèi)部的應(yīng)力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應(yīng)力也隨之增大，直至應(yīng)力超過(guò)材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所能抵抗的極限，即強(qiáng)度極限，材料發(fā)生破壞。在工程上，通常采用破壞試驗(yàn)法對(duì)材料的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)測(cè)。將預(yù)先制作的試件放置在材料試驗(yàn)機(jī)上，施加外力（荷載）直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時(shí)的荷載值，計(jì)算材料的強(qiáng)度。3材料的力學(xué)性質(zhì)第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度可直接由下式計(jì)算：

f------材料強(qiáng)度，MPa

Fmax--材料破壞時(shí)的最大荷載，N

A------試件受力面積，mm2第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日材料的抗彎強(qiáng)度與受力情況有關(guān)，一般試驗(yàn)方法是將條形試件放在兩支點(diǎn)上，中間作用一集中荷載，對(duì)矩形截面試件，則其抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算：式中 fw------材料的抗彎強(qiáng)度，MPa

Fmax---材料受彎破壞時(shí)的最大荷載，N

A------試件受力面積，mm2

L------兩支點(diǎn)的間距，mm

b、h---試件橫截面的寬及高，mm第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日3.2彈性與塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱(chēng)為彈性。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱(chēng)為材料的塑性。彈性變形與塑性變形的區(qū)別在于，前者為可逆變形，后者為不可逆變形。第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)，2022年，8月28日3.3脆性與韌性脆性：材