建材基本性质单元2

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1、,第二章 建筑材料的基本性质 及其测定,建筑材料,2.1材料的基本物理性质 2.2材料的力学性质 2.3材料的耐久性与环境的协调性 2.4材料的基本性质测定,主要内容,2.1材料的基本物理性质,一、与材料积体相关概念 二、材料的密度、表观密度、堆积密度 三、密实度、孔隙率 四、填充率、空隙率 五、与水有关的性质 六、热工性能,一、 与材料体积有关的几个概念,1、材料结构,1.固体（实体） 2.闭口孔隙 3.开口孔隙,固体（实体） 孔 闭口孔隙 开口孔隙,2、材料的体积,体积是材料占有的空间尺寸。 由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。 绝密体积、表观体积、堆积体积,定义：干材料在绝

2、对密实状态下的体积，即材料内 部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的 材料体积。 表示方法：以表示 测定方法： 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其 于绝对密实状态下，直接测其体积； 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于 0.2mm）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积,绝 密 体 积,定义：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外 观体积（含内部孔隙和水分）。 表示方法：以0表示。 测定方法 对形状规则的材料，直接测量； 对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量,表 观 体 积,定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观 体积。 表示方法：以V表示 测定方法： 包括了材料间的空隙体积

3、 用既定容积的容器测定。 与堆积状态有关（同一材料） 松散堆积下的体积较大 密实堆积状态下的体积较小,堆 积 体 积,二、 材料的密度、表观密度、堆积密度,定义：材料在绝对密实状态下单位体积的重量。 计算式： = m/v 式中 ： 密度（kg/m3） m 材料的干燥质量，kg。 v 材料在绝对密实状态下的体积，m3 测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。 意义：反映材料的结构状态， 例如：用密度控制玻璃 的生产。,密 度,有孔材料密度的测定,定义：表观密度在自然状态下，材料单位体积的重量 计算式： 式中 。 表观密度，kg/m3。 m 材料的质量，kg。 V。 材料在自然状态下的体积，m3。 测

4、定方法： 规则试件：几何计算法； 不规则试件：蜡封，饱和排水法 与含水状态的关系：含水量越大，表观密度越小。,表 观 密 度,定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积状态下单 位体积的重量。 计算式： 测定方法：粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容 器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器 的容积而言。 意义：在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重 ，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料 的密度、表观密度和堆积密度等数据。,堆 积 密 度,几种密度的特点： 相同点：指单位体积质量。（质量/体积） 区别：测试方法不同，获得体积大小不同 体积的测试方法： 实体体积 李氏比重瓶法或排水法(粉末

5、) 表观体积（实体闭口开口） 规则试件：几何计算法； 不规则试件：蜡封，饱和排水法 堆积体积(实体闭口开口间隙)密度筒法,小结,定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。 计算式：,密 实 度,三、密实度、孔隙率,定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例 计算式：,孔 隙 率,孔隙率与密实度的关系？ 孔隙率与材料性质的关系？ 材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。 两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？,材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关,孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、 孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度,

6、定义：指指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充 的程度。 计算式：,填 充 率,四、填充率、孔隙率,定义：指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体 积所占的比例。 计算式：,空 隙 率,意义：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的 致密度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计 算含砂率的依据。 关系： D + P =1 （粉状材料）,孔隙率与空隙率,孔隙率与空隙率的区别,Page 7,例1-1：某石灰岩的=2.62 g/cm3，孔隙率 P=1.20%。今将石灰岩破碎成碎石， 碎石的堆积密度为1580 kg/m3。 求：此碎石的表观密度和空隙率。 解： P=（V0- V）/ V0100% =（

7、1-0/）100%=1.20% 0=2.59 g/cm3 P=（V0- V0）/ V0 100% =（1-0/0）100% =39%,例1-2 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？ 解 石子的孔隙率P为：,石子的空隙率P，为：,五、与水有关的性质,建筑红砖能否用作防水材料？ 长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？ 与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性 和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。,根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为 亲水性材料：润湿角90 憎水性材料：润湿角9

8、0180,亲水性,憎水性,Play,建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等 建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料 等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表 面处理。,1、亲水性和憎水性,（1）吸水性饱水状态（吸水饱和）恒值 定义：材料与水接触吸收水分的性质。 指标：用吸水率表示。 质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率 体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干燥材料自然体积百分率,2. 吸水性与吸湿性,.,材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。 对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，

9、但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。 吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。 各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.50.7，混凝土的吸水率为23，粘土砖的吸水率达820，而木材的吸水率可超过100。,（2）吸湿性自然状态 变值 定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 指标：含水率 定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率 计算式： 。,与空气湿度有关 材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材

10、料的平衡含水率。,选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？,28,与水有关的性质,吸水性与吸湿性产生的不利影响,材料吸水后会导致其自重增大、导热性增大、 强度和耐久性将产生不同程度的下降。材料 干湿交替还会引起其形状尺寸的改变而影响使用,定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强 度也不显著降低的性质。 指标：软化系数（K软）,3. 耐水性,一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石 膏和混凝土。 因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。 软化系数的

11、范围波动在01之间，当软化系数大于0.80时， 认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物， 则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造。,例1-2：一块烧结普通砖的外形尺寸为24011553，吸水饱和 重2940g，烘干至恒重为2580g。今将该砖磨细至粉末，并烘干后取50g，用李氏比重瓶测得其体积为18.58cm3。求：、0、P、Wm。 解：=m/V=5018.58=2.69 g/ cm3 0= m/V0=2580 （2401155310-3） =1.76 g/ cm3（干表观密度） 孔隙率P=（1-0/）100%=34.6% Wm=（mb- mg）/ mg100%=（2940-2

12、580）2580100%=13.95%,4. 抗渗性,定义：材料抵抗压力水渗透的性质。 指标： 1）渗透系数： 式中： K 渗透系数，cm/h；A 透水面积，cm2； Q 透水量，cm3； t 时间，h ；d 试件厚度，cm； H 静水压力水头，cm。,K的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。,2）抗渗等级 定义：指用标准方法进行透水试验时，石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。 表示方法：字母P+可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。 举例：如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。,抗渗性是决

13、定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。 材料的抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关， 开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗 渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性 优于亲水性材料。 地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料 应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。,5. 抗冻性,定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏 强度又不显著下降的性质。 指标：抗冻等级 抗压强度下降25%；质量损失5%时能经受冻融 循环的最大次数。 例如： F150混凝土该混凝土能够抵抗的最大冻 融循环次数为150次。,材料抗冻标号的选择

14、，足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。 烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为D15或D25； 用于桥梁和道路的混凝土应为D50、D100或D200 。 水工混凝土要求高达D500。,5. 抗冻性,材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结 成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材 料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步 加剧，这种破坏称为冻融破坏。,冻融循环,冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强 度降低。 冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成 压力。,5. 抗冻性,冻融破坏的大坝坝面,使用20

15、年高速公路桥,5. 抗冻性,5. 抗冻性,能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗 能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材 料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。,六、热工性质,导热性,定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。 指标：导热系数 ,式中 导热系数，（）；传导的热量，材料厚度，； 热传导面积， m2；一热传导时间，h（t2-t1）材料两面温度差，K,各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系 数范围是0.0353.5 W(mK)，工程中通常把0.23 W(mK)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。,工程意义：判断材料的保温隔热性能（传热越保温性,物理意义：导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1 时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1)的热量。,常用建筑材料的热工性质指标,材料的化学组成与结构 化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。 如：一般情况下，导热系数的大小为： 金属材料非金属材料 有机材料,影响导热性的因素：,孔隙率和空隙构造特征 P，导热性，原因是静止空气的一般材 料的。 P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，因为若孔隙 粗大或贯通，对流作用加强，。 材料的湿度和温度 材料受潮后，导热性，保温隔热性（水空气） 材料再受冻，进一步，保温隔热