建筑材料與檢測-第1章

第1章建筑材料的基本性質(zhì)

教學(xué)目標(biāo)了解建筑材料基本性質(zhì)的分類

。掌握各種基本性質(zhì)的概念、表示方法及有關(guān)的影響因素。了解材料的耐久性。

1.1材料的基本物理性質(zhì)1.1.4材料的聲學(xué)性能1.1.3材料的熱工性能1.1.2材料與水有關(guān)的性能1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性能1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性能（一）材料的體積：體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。（一）材料的體積：

絕對密實體積干燥材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部固體物質(zhì)的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示。一般將材料磨成規(guī)定細(xì)度的粉末，用排開液體的方法得到其體積。表觀體積對于比較密實、孔隙較少的散粒狀材料，不必磨細(xì)，直接用排開液體的方法測定的體積。一般以表示。材料的自然體積材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。一般以V0

表示。形狀規(guī)則的材料可根據(jù)其尺寸計算其體積；形狀不規(guī)則的材料可先在材料表面涂臘，然后用排開液體的方法得到其體積。材料的堆積體積粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下的總體外觀體積。松散堆積狀態(tài)下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。一般以表示。（一）材料的體積：1.表觀密度材料單位表觀體積的質(zhì)量。按下式計算：式中：——體積密度，g/cm3

或kg/m3；

m——材料的質(zhì)量，g或kg；

——材料的自然體積，cm3

或m3。（二）材料的密度（二）材料的密度表觀體積是指包括內(nèi)部封閉孔隙在內(nèi)的體積。其封閉孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質(zhì)量或體積。因此，材料的表觀密度與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)。工程中砂石材料，直接用排水法測定其表觀體積2.體積密度體積密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：

式中：ρ0——材料的體積密度,g/cm3

或kg/m3；

m

——材料的質(zhì)量，g或kg；

V0——材料的自然體積，cm3

或m3。（二）材料的密度3.堆積密度堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)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(zhì)量，g或kg；

——材料的堆積體積，cm3

或m3。（二）材料的密度（二）材料的密度幾種密度的比較比較項目實際密度表觀密度體積密度堆積密度材料狀態(tài)絕對密實近似絕對密實狀態(tài)自然狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積VV0計算公式應(yīng)用判斷材料性質(zhì)用量計算、體積計算（三）材料的密實度密實度是指材料體積內(nèi)固體物質(zhì)填充的程度。密實度的計算式如下：

式中：ρ——密度；

ρ0——材料的表觀密度。

對于絕對密實材料，因ρ0=ρ

，故密實度D=1或100%。對于大多數(shù)土木工程材料，因ρ0

＜ρ

，故密實度D

＜1或D

＜100%。材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。孔隙率P按下式計算：式中：V——材料的絕對密實體積，cm3

或m3；

V0——材料的表觀體積，cm3

或m3；

ρ0——材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3

或kg/m3。

（四）孔隙率（五）空隙率空隙率是指散粒材料在其堆積體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例?？障堵拾聪率接嬎悖?/p>

式中：ρ0——材料的體積密度；

——材料的堆積密度。空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭取？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算砂率的依據(jù)。

孔隙率與空隙率的區(qū)別比較項目孔隙率空隙率適用場合個體材料內(nèi)部堆積材料之間作用可判斷材料性質(zhì)可進(jìn)行材料用量計算計算公式1.1.2材料與水有關(guān)的性能1.材料的親水性與憎水性與水接觸時，材料表面能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性；材料表面不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性。

具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子作用力，大于水分子相互之間的內(nèi)聚力；憎水性材料與水分子之間的作用力，小于水分子相互之間的內(nèi)聚力。（ａ）親水性材料（ｂ）憎水性材料1.1.2材料與水有關(guān)的性能2.材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率來表示。（1）質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以ｗm

表示。質(zhì)量吸水率ｗm

的計算公式為：式中：mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）；

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。（2）體積吸水率體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WV表示。體積吸水率WV的計算公式為：式中: mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）；

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。

V0——材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3

或m3）；

ρw——

水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常溫下取

ρ

w=1.0g/cm3。1.1.2材料與水有關(guān)的性能1.1.2材料與水有關(guān)的性能（3）影響材料吸水性的因素材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。1.1.2材料與水有關(guān)的性能3.材料的吸濕性

材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。用含水率Ｗh表示，其計算公式為：式中：ms——材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）。

當(dāng)空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率稱為平衡含水率。1.1.2材料與水有關(guān)的性能吸水率與含水率的區(qū)別比較項目吸水率含水率適用場合在水中吸收水分在空氣中吸收水分表示方法吸收水分的質(zhì)量比或體積比吸收水分的質(zhì)量比吸收水量達(dá)到飽和與空氣中水分平衡通常小于吸水率4.材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。材料耐水性的指標(biāo)用軟化系數(shù)KR表示：式中：KR——材料的軟化系數(shù)；

fb——

材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）；

fg

——

材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。1.1.2材料與水有關(guān)的性能1.1.2材料與水有關(guān)的性能軟化系數(shù)反映了材料飽水后強(qiáng)度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強(qiáng)度則有不同程度的降低。當(dāng)材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時（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)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將KR＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75。1.1.2材料與水有關(guān)的性能5.抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能。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，體積膨脹所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會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，這種破壞稱為凍融破壞。抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失不超過一定限度時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。材料的抗凍等級可分為F15、F25、F50、F100、F200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。1.1.2材料與水有關(guān)的性能影響抗凍性的因素1.材料的密實度（孔隙率）密實度越高則其抗凍性越好。2.材料的孔隙特征開口孔隙越多則其抗凍性越差。3.材料的強(qiáng)度強(qiáng)度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大則其抗凍性越差。1.1.2材料與水有關(guān)的性能6.材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級表示。（1）滲透系數(shù)材料的滲透系數(shù)K可通過下式計算:式中：K——滲透系數(shù),（cm/h）;

Q——滲水量，（cm3

）；A——滲水面積,（cm2

）；

H——材料兩側(cè)的水壓差，（cm）；

d——試件厚度（cm）；t——滲水時間（h）。

材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強(qiáng)。1.1.2材料與水有關(guān)的性能（2）抗?jié)B等級材料的抗?jié)B等級是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水試驗時，材料標(biāo)準(zhǔn)試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。（3）影響材料抗?jié)B性的因素材料親水性和憎水性通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料；材料的密實度密實度高的材料其抗?jié)B性也較高；材料的孔隙特征具有開口孔隙的材料其抗?jié)B性較差。1.1.3材料的熱工性能1.導(dǎo)熱性當(dāng)材料兩面存在溫度差時，熱量提高建筑材料傳遞的性質(zhì)，稱為材料的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)λ表示：式中：λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；

Q——傳導(dǎo)的熱量，J；

d——材料厚度，m；

F——熱傳導(dǎo)面積，m2；

Z——熱傳導(dǎo)時間，h；

（t2－t1）——材料兩面溫度差，K。物理意義：單位厚度（1m）的材料、兩面溫度差為1K時、在單位時間（1s）內(nèi)通過單位面積（1m2

）的熱量。2.熱容量和比熱:材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。用熱容量系數(shù)或比熱表示。比熱的計算式如下所示：式中：C——材料的比熱，J/（g·K）；

Q——材料吸收或放出的熱量(熱容量)；

m——材料質(zhì)量，g；（t2

－t1）——材料受熱或冷卻前后的溫差，K。1.1.3材料的熱工性能1.1.3材料的熱工性能1.1.3材料的熱工性能3.熱阻和傳熱系數(shù)熱阻是材料層（墻體或其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計算式為：

Ｒ＝ｄ/λ

式中：R——材料層熱阻，（m2·K）/W；

d——材料層厚度，m；

λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）。熱阻的倒數(shù)１／Ｒ稱為材料層（墻體或其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)）的傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)是指材料兩面溫度差為1Ｋ時，在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。1.1.3材料的熱工性能4.材料的溫度變形性材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。用線膨脹系數(shù)α表示。

ΔL=（t2－t1）·α·L式中：ΔL——線膨脹或線收縮量，mm或cm；

（t2－t1）——材料前后的溫度差，K；

α——材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)，1/K；

L——材料原來的長度，mm或m。材料的線膨脹系數(shù)與材料的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。1.1.4材料的聲學(xué)性能1.材料的吸聲性能被材料吸收的聲能（包括穿透材料的聲能在內(nèi)）與原先傳遞給材料的全部聲能之比，是評定材料吸聲性能好壞的主要指標(biāo)，稱為吸聲系數(shù)，用下式表示：α=E/E。式中α——材料的吸聲系數(shù)；

E。——傳遞給材料的全部入射聲能；

E——被材料吸收（包括透過）的聲能。1.1.4材料的聲學(xué)性能

高速公路聲屏障1.1.4材料的聲學(xué)性能2.材料的隔聲性能材料能減弱或隔斷聲波傳遞的性能稱為隔聲性能。結(jié)構(gòu)的隔聲性能用隔聲量表示，隔聲量是指入射與透過材料聲能相差的分貝（dB）數(shù)。隔聲量越大，隔聲性能越好。隔音棉

1.2材料的力學(xué)性能1.2.4材料的硬度、耐磨性1.2.3材料的脆性和韌性1.2.2材料的彈性和塑性1.2.1材料的強(qiáng)度、強(qiáng)度等級和比強(qiáng)度

1.2.1材料的強(qiáng)度、強(qiáng)度等級和比強(qiáng)度1.材料的強(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。根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強(qiáng)度等?？箟嚎估辜艨箯?/p>

材料的強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的計算：式中：f——材料強(qiáng)度，MPa；

Fmax——材料破壞時的最大荷載，N；

A——試件受力面積，mm2?？箯潖?qiáng)度的計算：中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強(qiáng)度用下式計算：式中：fw——材料的彎強(qiáng)度，MPa；Fmax——材料受彎破壞時的最大荷載，N；A——試件受力面積，mm2；L、b、h——兩支點的間距，試件橫截面的寬及高，mm。

彈性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。

塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。1.2.2材料的彈性和塑性

彈性和塑性

1、材料的韌性：在沖擊、振動荷載作用下，材料可吸收較大的能量產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)稱之。鋼材、木材、塑料是典型的韌性材料。

材料的韌性和脆性

1.2.3材料的脆性和韌性

3.脆性和韌性

材料受力達(dá)到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機(jī)非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強(qiáng)度高而抗拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中使用時，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。1.2.4材料的硬度、耐磨性（1）硬度材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓