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1、建筑材料的基本性质,内容： 1.1 引言 1.2 基本状态参数(与质量有关的性质) 1.3 材料的基本力学性质 1.4 材料与水有关的性质 1.5 材料的热工性质 1.6 材料的耐久性,1.2 材料基本状态参数 (与质量有关的性质),内容： 1.2.1 材料的密度、表观密度和堆积密度 1.2.2 材料的孔隙和空隙,1.2.1 基本状态参数(与质量有关的性质),1、实际密度（密度）材料在绝对密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式： 式中 实际密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） V材料在绝对密实状态下的体积（cm3）,实际密度的测量,绝对密实状态下的体积是指不包括材料
2、内部孔隙在内的体积。 实际密度的测量： 1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等 量测几何体积称重代入公式 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材 磨成细粉 李氏比重瓶法测试,2、表观密度（容重）材料在自然状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式： 式中 o表观密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） Vo材料在自然状态下的体积（cm3）,表观密度的测量,自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况 表观密度的测量： 1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材 烘干量测几何体积称重代入公式 2）对形状不规则的材料： 烘干
3、蜡封浮力天平,3、堆积密度（松散容重）散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式： 式中 /o堆积密度（ g/cm3 ） m材料的质量（g） V/o材料的堆积体积（cm3）,堆积密度的测量,堆积体积是指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的体积。 堆积密度的测量： 1）容器法： 散粒材料装入容器量测体积称净重代入公式 2）自然堆积法： 堆积成一定形状量测几何体积称重代入公式,1.2.2 孔隙和空隙,1、密实度指材料体积内被固体物质所充实的程度。反映材料的致密程度。 公式 影响材料的： 强度 吸水性 耐久性 导热性,2、孔隙率指材料体积内，孔隙体积与总体积之比。
4、直接反映材料的致密程度。 公式 孔隙率与密实度的关系 P+D=1 孔结构孔隙率孔径尺寸开口形状 影响材料的：强度、 吸水性、耐久性、 导热性,3、填充率指散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度。反映散粒材料堆积的致密程度。 公式,4、空隙率散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比率。 公式 空隙率与填充率的关系 P/+D/=1,1.3.1 材料的弹性与塑性,弹性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。 弹性模量 E=/ 塑性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。 实际
5、的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。,低碳钢的曲线,分段的弹性变形和塑性变形,混凝土的曲线,同时进行的弹性变形和塑性变形,1.3.2 材料的脆性与韧性,脆性在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。 脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击或震动荷载的能力很差。 韧性在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大的变形也不致破坏的性能称为韧性。如钢材、木材、纤维等。 桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等,徐变 材料在长期不变荷载载作用下，变形随 着时间的延长而逐渐增长的现象称为徐变。,1.3.3 . 材料的硬度与耐磨性,硬度是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力
6、。 莫氏硬度（10级） 1滑石 2石膏 3方解石 4 萤石 5磷石灰 6正长石 7 石英 8黄玉 9刚玉 10金刚石 肖氏硬度 布氏硬度（HB）,耐磨性,耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率（B）表示。 公式 式中 m1、m2试件被磨损前后的质量（g） A试件受磨损的面积（cm2） 道路、地面、踏步、水库泄洪道、缢流面等,1.4 材料与水有关的性质,1.4.1 亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类。常用润湿角表示。 亲水性材料 90 憎水性材料 90,润湿角,润湿角示意图,1.4.2、吸水性,1.4.2、吸水性材料在浸水情况下吸入水分
7、的能力。用吸水率表示。 公式 式中 W质材料的质量吸水率（） m湿材料吸水饱和后的质量（g） m干材料烘干到恒重的质量（g）,影响吸水率大小的因素： a) 材料的本性亲水性或憎水性材料 b)材料的孔结构孔径大小、开口与否、孔隙率大小等 吸水性对材料的影响： a)导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利 b)强度降低、体积膨胀,与水有关的性质,吸湿性材料在空气中吸收空气中水分的性质。用含水率表示。 公式 式中 W含材料的质量含水率（） m湿材料含水时的质量（g） m干材料烘干到恒重的质量（g）,影响含水率大小的因素： a)材料的本性亲水性或憎水性材料 b)环境温度、湿度气温越低、相对湿度越大，材料
8、的含水率越高 吸水性对材料的影响： 导热性增大、热阻降低对围护结构材料不利 体积膨胀对木结构和木制品不利 湿胀干缩 与周围环境平衡的平衡含水率,1.4.3 耐水性,1.4.4 耐水性材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。 公式 式中K软材料的软化系数（K软01） f饱材料在饱水状态下的抗压强度（MPa） f干材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）,材料软化系数的要求,软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。 对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软0.85； 受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.7
9、5； K软0.80的材料，一般称为耐水的材料。,例1 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165 MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。 解 该石材的软化系数为:,由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。,1.4.4 抗渗性,5、抗渗性材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质称抗渗性。用渗透系数K表示。 依达西定律 式中K材料的渗透系数（ml/cm2.s） W透过材料试件的水量（ml） t透水时间（s） A透水面积（ cm2 ） H净水压力（cm） d试件的厚度（cm）,抗渗等级,渗透系数越大，材料的抗渗性越差。
10、 对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示： S=10H1 H试件开始渗水时的水压力（MPa） 影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征 地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结构、防水材料等均要求较高的抗渗性。,1.4.5 抗冻性,抗冻性材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。用抗冻标号D表示。,冻融破坏的原因,材料有孔且孔隙含水 水冰体积膨胀9，结冰压力高达100MPa 结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂 裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度 饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏 反复多次进一步加剧最终材料崩溃 严寒地区道路
11、、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏,冻融破坏的桥梁,海上钻井平台,大贝尔特海峡工程（Denmark 丹 麦）,Highway Bridge in Service of 20 Years 使用20年的高速公路桥梁,热工性质,1.5.1 热容量材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量。大小用比热容（比热）表示 公式 Q=cm(T2T1) 式中 Q材料吸收或放出的热量（J） c材料的比热(J/g.K) m材料的质量（g） (T2T1) 材料受热或冷却前后的温差（K),比热的建筑物理意义,材料的 比热对保持建筑物内部温度稳定有很大关系，比热大的材料，能在热流变动或
12、采暖设备供热不匀时，缓和室内温度的波动。 常见材料的比热（单位 J/g.K ） 钢材 c=0.48 空气 c=1.00 木材 c=2.72 水 c=4.18,1.5 材料的热工性质,1.5.2 导热性材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导率（）表示。 公式 式中 热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ Q传导的热量（J） A热传导面积（m2） 材料的厚度（m） t热传导时间（s） (T2-T1)材料两侧温差（K）,热工性质,材料的热导率越小，绝热性能越好。 影响热导率的因素： 材料内部的孔隙构造密闭的空气使降 材料的含水情况含水、结冰使增 常见热导率参数： 泡沫塑料 0.035 水 0.58
13、 大理石 3.5 冰 2.2 钢材 58 空气 0.023 混凝土 1.51 松木 1.170.35,材料的热工要求,保温防止室内热量的散失 隔热防止外部热量的进入 统称为绝热 为构筑舒适的室内空间，对材料要求 热阻（R1/）要大，即热导率要小 比热要大 窑洞（生土建筑）,1.5.3 热变形性,3、热变形性 定义： 指标： 注意：隔热、保温材料要防潮、防冻。,1.6 材料的耐久性,定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质。 1、物理作用：干、湿变化，温度变化，冻融循环； 2、化学作用：酸、碱、盐、气体侵蚀； 3、生物作用：昆虫、菌类的侵蚀作用。 包括：抗冻性混凝土、砖、石材 抗风化性陶瓷、砖 抗老化性有机建材 耐化学腐蚀金属材料,侵蚀介质,物理介质温度、湿度、冻融、阳光、辐射 化学介质酸、碱、盐的溶液或气体、水、大气 生物介质昆虫、菌类、白蚁 机械介质荷载、冲击、震动、磨损、磨耗 如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等等,耐久性的特点,长期性、后期加剧作用； 多种介质同时作用； 材料劣化结构失效服务寿命降低,西直门桥,冻融破坏的水库坝面,冻融破坏的桥梁,
