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1、大连理工大学网络教育学院建筑材料辅导资料二主 题：第一章 建筑材料基本性质的辅导资料学习时间：2013年10月7日10月13日内 容：这周我们将学习本门课的第一章建筑材料基本性质。一、学习要求1、了解材料的两种组成类型及无机非金属材料化学组成的表示方法；2、了解材料结构的三个层次、六种宏观结构的类型及特征，无定形材料与晶体材料之间性质的差异，微观结构下不同晶体的性质特征；3、了解孔隙形成的原因、类型及其对材料性质的影响；4、重点掌握体积密度、密度及表观密度的定义、公式及其测定方法；5、掌握孔隙率、开口孔隙率与闭口孔隙率的定义、公式及计算方法；6、掌握堆积密度、空隙率的定义与计算公式；7、掌握亲
2、水性、憎水性、吸水性的概念，重点掌握质量吸水率、体积吸水率、水饱和度的定义、计算式及其对材料性质的影响；8、掌握材料耐水性、抗渗性、抗冻性的概念，表示方法及其对材料的影响；9、掌握导热性的概念及表示方法，导热系数的物理意义，影响材料导热系数的因素。了解热容量与耐热性的概念；10、掌握弹性变形、塑性变形及弹性模量的概念，试验条件对强度试验结果的影响，材料标号的作用及其划分方法。比强度、理论强度，冲击韧性，硬度、磨损及磨耗仅为一般了解；11、了解材料化学稳定性与耐久性的概念。重点掌握内容：1重点：材料的密度、表现密度、堆积密度的定义；材料吸水性、吸湿性的定义、表示方法；材料抗冻性、抗渗性表示方法；
3、材料各强度的确定方法。2难点：材料密度、表现密度、堆积密度三者之间的区别与联系；材料密实度与孔隙率间的关系；密实度、孔隙率与实际密度、表现密度之间的关系。 二、主要内容（一）状态物理性质1、材料的状态参数 （需要重点掌握的内容）（1）密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量，称为密度。密度用下式表示：式中密度，；材料干燥时的质量，；材料的绝对密实体积，。（2）表观密度材料在自然状态下单位体积的质量，称为表观密度。表观密度用下式表示：式中表观密度，或；材料的质量，或；材料自然状态下的体积，或。表观密度值通常取气干状态下的数据，否则当注明是何种含水状态。几点说明：由于自然状态下材料的孔隙常吸湿水分，
4、故表观密度值必须注明含水情况，未注明者常指气干状态。绝干状态下的表观密度称为干表观密度。对于粉末材料，如水泥，熟石灰粉等，其颗粒很小，与一般石料测定密度时所研碎制作的试样粒径相近似。因而它们的表观密度，特别是干表观密度值与密度值可视为相等。对于砂石类散粒材料自然状态下的表观密度测定是将其饱水后在水中称量使量，按排水法计算其体积，体积包括固体实体积和闭口孔隙体积，而不包括其开口孔隙和颗粒间隙体积。（3）堆积密度散粒状材料在一定的疏松堆放状态下，单位体积的质量，称为堆积密度。堆积密度用下式表示：式中堆积密度，；材料的质量，；散粒状材料的堆积体积，。散粒材料的堆积体积，会因堆放的疏松状态不同而异，必
5、须在规定的装填方法下取值。因此，堆积密度又有松堆密度和紧堆密度之分。2、材料的组成 （1）化学组成 化学组成是指材料的化学成份。其中：无机非金属材料以氧化物含量的百分数表示；金属材料则以化学元素含量表示；有机高分子材料：基元。（2）基元组成 基元是构成材料最基本单元。 其中：无机非金属材料的基元是矿物。有机高分子化合物是链节。概念解释矿物：是指具有一定化学组成及结构特征的物质，它具有一定的分子结构和性质，是决定材料性质的主要因素。 链节：有机高分子化合物是由特定的结构单元多次重复构成。这种特定的结构单元称为链节，其重复个数称为聚合度。 3、材料的结构（1）微观结构微观结构是指材料内部原子、分子
6、、离子等微观质点的空间排列方式。般是借助电子显微镜及x射线衍射分析等手段进行研究。其分辨程度是以“埃”来计算的。材料的许多性质、如强度、硬度、熔点、导热性、导电性等都是由它的微观结沟所决定的。材料的微观结构，大体上可分为晶体结构、玻璃结构两大类。晶体结构把相同质点（原子、分子、离子等）在空间作周期排列成固定几何外形的固体称为晶体。玻璃体结构晶态物体在高温下熔融变为液态，当温度骤然下降到低于凝固点温度时，熔体内部质点来不及排列成有序结构而凝固成固体状态即成为玻璃体结构。玻璃体结构是无定形物质（或称非晶体），其质点的排列是没有规律的，因此他没有定的几何外形，而具有各向同件的性质。玻璃体没有一定的熔
7、点，只出现软化现象。玻璃体是化学不稳定结构，易与其他物质发生化学作用，如火山灰、炉碴、粒化高炉矿碴与石灰在有水的条件下起硬化作用。又如玻璃体在陶瓷烧结中起胶结剂作用。胶体结构胶体是指高度分散的分散体、更严格的说是胶态分散体。最简单的分散体系总是两相组成。其中形成粒子的相称为分散相，是不连续相；分散相以外的介质称分散介质，是连续相。胶体由于脱水作用或加入电解质，会形成凝胶。凝胶具有固体性质，在长期应力作用又具有粘性液体流动性质。可见，胶体是晶态和玻璃态的一种特殊现象。胶体在建筑材料中有广泛应用，如涂料、液态沥青、水玻璃、硅胶、水泥凝胶、橡胶胶乳等。（2）细观结构细观结构（也称压微观结构）：是指用
8、光学显微镜观察到的结构。 其特征、数量和分布对建筑材料有重要影响。 如：混凝土的细观结构：水泥石、骨料、界面（3）宏观结构宏观结构亦称构造，是指用肉眼或放大镜能够分辨材料的组织。其分辨率约为毫米级大小。如材料的孔隙，裂缝以及岩石的节理和木材的纹理等。建筑材料的宏观结构按孔隙尺寸可分为：致密结构：如金属、玻璃、致密石材等。孔隙结构：如水泥制品、石膏制品和砖、瓦等。多孔结构：如加气混凝土，泡沫塑料等。按构成形态可分为：聚集结构：如水泥混凝土、砂浆、沥青混凝上、烧土制品、塑料等。纤维结构：如玻璃纤维、矿棉等。层状结构：如胶合板、纸面石膏板等。散粒结构：如砂、石、水泥、粉煤灰、珍珠岩等。孔隙结构：对某
9、种持定材料来说。无论是晶体结构、玻璃体结构还是胶体结构，其结构和组成都是确定的。从材料宏观结构角度来看，影响材料性能的因素主要是孔隙。从广义来说，孔隙也包含裂缝。孔隙对建筑材料来说尤为重要。尽管组成和微观结构相同，而宏观结构不同的材料也会表现出不同的物理性能，如玻璃砖和泡沫玻璃，其根本原因就在于孔结构不同；同样，尽管不同的组成相微观结构，只要宏观结构相同也会表现出相向的工程性质，如泡沫玻璃和泡沫混凝土都可用作保温材料。其原因就在于有相同的孔结构。孔隙率与空隙率：建筑材料常以孔隙率作为材料密实程度的指标，如图l6所示。在自然状态下，材料体积内孔隙小，一些是相互连通，且与外界相通称为开口孔，而与外
10、界不相通的孔称为闭口孔。材料的孔隙率是指固体材料内，孔隙体积在总体积内所占比例。对于散粒体材料而言，其颗粒间间隙称为空隙，如图l7所示。其空隙体积占堆积体积的百分数成为空隙率。孔隙对材料件能影响孔隙可以减轻材料自重。利用材料不同孔结构可以充分发挥其保温、绝热和隔声功能。但对建筑结构材料来说，孔隙对材料性能会产生不良影响。首光是为水提供了向材料内部湿润和渗透的通道，进而使材料溶蚀；其次是当材料受外力作用时，孔隙会因应力集中现象导致其力学指标下降，特别是浸水后这种影响就更为严重；再有就是材料孔隙在水饱和状态下，因冻融作用会使材料抗冻性降低。（二）工程性质工程力学性质1、力学性质（1）材料在外力作用
11、下所引起的变化的性质。这些变化包括材料的变形和破坏。（2）材料的变形指在外力的作用下，材料通过形状的改变来吸收能量。 （3）材料的破坏指当外力超过材料的承受极限时，材料出现断裂等丧失使用功能的变化。弹性、弹性变形当材料受到外力作用时产生变形，外力解除时变形能消失的性质称为弹性，这种变形称为弹性变形。塑性、塑性变形若外力解除时还存在永久变形的性质称为塑性，这种永久变形称为塑性变形。 脆性、脆性材料材料在外力作用下，破坏时不产生塑性变形，即使产生其数量也很小这种性质称为脆性，具有这种性质的材料称为脆性材料。如：素混凝土 延性、延性材料 材料在破坏前就产生很大的塑性变形，这种性质叫延性。具有这种性质
12、的材料称为延性材料。软钢、橡胶、钢筋混凝土材料的韧性材料的韧性是指以材料抵抗冲击或振动荷载作用而不破坏的能力。徐变引起的桥梁垮塌硬度 指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。 方法：刻划法和压入法。 莫氏硬度（10级）石材 肖氏硬度 石材 布氏硬度（HB）钢材 维氏硬度和韦氏硬度 铝合金 耐磨性 材料表面抵抗磨损的能力。以磨损率表示。 2、材料的力学破坏材料的力学破坏本质：上是由于原子间或分子间的结合键受拉力作用发生断裂所造成的。材料受压破坏并非是压坏，而是由于压力作用引起内部产生拉应力或剪应力而造成的破坏。3、力学性能指标（1）材料的强度是材料的力学性能指标，根据作用方式的不同，有抗压强度、抗拉
13、强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等。（2）影响材料强度的因素材料的组成、结构与构造 孔隙率与孔隙特征 试件的形状和尺寸 加荷速度 试验环境的温度、湿度 受力面状态（3）强度与强度等级强度等级：建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。 强度与强度等级的定义不同。强度是实测值，强度等级是人为规定的强度范围。耐久性1、定义：所谓材料的耐久性，是指在使用条件下，在各种因素作用下，在规定使用期限内不破坏，也不失去原有性能的性质。 2、耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学侵蚀性等均属于耐久性范围。3、各种因素（1）物理作用主要有干湿交替、温度变化、冻融
14、循环等。（2）化学作用主要是指材料受到酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀作用，如钢材的锈蚀等。 （3）生物作用主要是指材料受到虫蛀或菌类的腐朽作用而产生的破坏。如木材等一类的有机质材料，常会受到这种破坏作用的影响。 4、材料在水作用下的性质（1）亲水性、憎水性材料遇水后水在材料表面易于扩展，这种与水的亲合性称为亲水性，相应材料亦称亲水材料。 当材料与水接触时不与水亲合，这种性质称为憎水性。 （2）吸水性与吸湿性 吸水性：材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 （3）耐水性与抗渗性 耐水性：材料长期处于水的作用下而不破坏，其强度也不显著降
15、低的性质。一般用软化系数表示。软化系数是材料在饱和水状态和干燥状态下的力学指标比值。材料的软化系数越小，说明材料的耐水性越差，软化系数大于0.85的材料，可以认为是耐水的。抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性通常用渗透系数和抗渗等级两种指标表示。5、建筑材料的抗冻性（1）定义 建筑材料抗冻性是指建筑材料抵抗冻融循环作用的能力，或者说是建筑材料在规定的冻融循环制度下保持强度和外观完整性的能力。（2）冻害机理 材料受冻融破坏主要是：因为其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9，若材料孔隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂。随着冻融次数的增多，材料破坏加重。（3）抗冻性的主要影响因素 材料的孔结构及孔隙率； 饱水程度； 材料本身性能：强度、变形能力等； 外界条件：冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素。
