第一章 建筑材料的基本性质

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1、,第一章 建筑材料的基本性质,1,建筑材料的工程性质 力学、变形 破坏特性、耐久性,第一章 建筑材料的基本性质,建筑材料的状态物理性质 组成、结构 密度、孔,建筑材料的功能物理性质 声、光、热学特性；装饰性,第一章 建筑材料的基本性质,2,第一节 材料的状态物理性质,一、材料的状态参数（密度） 二、材料的组成 三、材料的结构（孔）,第一章 建筑材料的基本性质,3,堆积密度,一、材料的状态参数,密度,表观密度,孔隙率 密实度,空隙率 填充度,第一章 建筑材料的基本性质,4,定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 测定: 将材料磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得的体积越接近真

2、实体积。,一、材料的状态参数,密度,干燥质量，g,绝对密实状态下体积，cm3,第一章 建筑材料的基本性质,5,定义：材料在自然状态下单位体积的质量。 测定：排开液体置换法/尺量法测量体积,表观密度,一、材料的状态参数,质量，g,自然状态下体积，cm3,V0=V+Vk+Vb,V0,V,Vk,Vb,第一章 建筑材料的基本性质,6,第一章 建筑材料的基本性质,7,定义：指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。 测试方法：容量器/尺量法测量体积；,堆积密度,一、材料的状态参数,质量，kg,堆积体积，m3,空隙,V0=V0+Vv,Vv,V0,V0,第一章 建筑材料的基本性质,8,第一章 建筑材料

3、的基本性质,9,密实度D 材料体积（自然状态）内固体物质的充实程度，称为材料的密实度D。 密实度D反映材料的密实程度，D越大，材料越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。,一、材料的状态参数,第一章 建筑材料的基本性质,10,孔隙率P 孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率。 分为总孔隙率（简称孔隙率）、开口孔隙率Pk和闭口孔隙率Pb。,一、材料的状态参数,开口孔隙率Pk 材料内部开口孔隙的体积占材料在自然状态下体积的百分率。由于水可进入开口孔隙，工程中常将材料在吸水饱和状态下所吸水的体积，视为开口孔隙的体积（Vk）。,闭口孔隙率Pb 材料内部闭口孔隙的体积（Vb）占材料在自

4、然状态下体积的百分率，称为材料的闭口孔隙率。,第一章 建筑材料的基本性质,11,第一章 建筑材料的基本性质,12,空隙率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒固体物质间空隙体积占堆积体积的百分率，称为材料的空隙率。 公式：,一、材料的状态参数,第一章 建筑材料的基本性质,13,填充率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占堆积体积的百分率，称为材料的填充率。 公式：,一、材料的状态参数,第一章 建筑材料的基本性质,14,二、材料的组成,1.化学组成 材料的化学成分。 无机非金属材料：氧化物含量的百分数； 金属材料：化学元素含量； 有机高分子材料：由一种或几种简单的低分子化合物重复连接而成。例如聚

5、氯乙稀就是由氯乙稀单体聚合而成，即CH2CHCln。,CaO 石灰 CaO-SO3 石膏 CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3 水泥 Na2O-CaO-SiO2 玻璃,第一章 建筑材料的基本性质,15,二、材料的组成,2.基元组成 基元是构件材料最基本单元。 无机非金属材料：矿物（氧化物相互作用） 例如：硅酸盐水泥中含有四种矿物 硅酸三钙3CaOSiO2 硅酸二钙2CaOSiO2 铝酸三钙3CaOAl2O3 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 有机高分子化合物：链节CH2CHCln,第一章 建筑材料的基本性质,16,三、材料的结构,显微结构 宏观结构（孔结构）,第一章 建筑材料的基本

6、性质,17,三、材料的结构,1 显微结构 指材料内部微观质点(原子、分子、离子等)的空间排列方式。 研究手段:电子显微镜、X射线衍射分析等 分辨程度:=10-10m 微观结构决定材料的许多性质：强度、硬度、熔点、导热性、导电性等。 材料的微观结构，大体上可分为晶体结构、玻璃结构两大类。,第一章 建筑材料的基本性质,18,物性区别,近程/远程有序 近程/远程无序 规则几何形状 无固定外形 固定熔点 软化范围 各项异性 各向同性,晶体,非晶体,物理性质（声/光/电/力/热等）,第一章 建筑材料的基本性质,19,三、材料的结构,1.1 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

7、几何外形的固体称为晶体。 原子晶体原子 共价键 高强、高硬、高熔点 金刚石、石英、刚玉 离子晶体离子键 高强、高硬、高熔点（波动大） 分子晶体分子间力 硬度小、熔点低 冰、有机化合物 金属晶体金属键 自由电子 导电、导热、延展性,第一章 建筑材料的基本性质,20,三、材料的结构,1.2 非晶体结构（玻璃体） 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非晶体结构（玻璃体结构）。 玻璃体是化学不稳定结构（介稳态）。 具有各向同性的性质。 玻璃体无固定熔沸点熔点，只有软化现象。,第一章 建筑材料的基本性质,21,三、材料的结

8、构,1.3 胶体结构 高度分散的分散体 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，在长期应力作用下又具有粘性液体流动性质。,第一章 建筑材料的基本性质,22,三、材料的结构,2.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。 分辨率：mm。 如材料的孔隙、裂缝以及岩石的解理和木材的纹理等。,第一章 建筑材料的基本性质,23,三、材料的结构,宏观结构分类 按孔隙尺寸： 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： 聚集结构：如水泥混凝土、砂浆、沥青混凝土、烧土制品、塑料等。 纤

9、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。,第一章 建筑材料的基本性质,24,三、材料的结构,孔结构 孔结构的主要内容包括：孔隙率、孔径分布(或称孔级配)和孔几何学。 混凝土的孔分类 小于200 无害 （吴中伟） 200-500 少害 500-2000 有害孔径 大于2000 多害,材料的孔结构对材料的许多性质有重要的影响，如强度、变形行为、重量、导热性、吸水性、渗透性以及耐久性等。 从材料宏观结构角度来看，影响材料性能的因素主要是孔结构。 举例： 组成 微观 宏观 性能 玻璃砖-泡沫玻璃 同 同 异 异 加气砼-泡沫玻璃 异

10、 异 同 同,第一章 建筑材料的基本性质,25,第一章 建筑材料的基本性质,26,孔的利弊 有利：减轻自重 保温 隔热 隔声 不利：水的通道，腐蚀 应力集中 饱水状态下，抗冻性下降,第一章 建筑材料的基本性质,27,三、材料的结构,分析：孔结构对材料性能的影响 随着材料孔隙率的提高 材料的密度 强度 耐久性 导热性 抗渗性,第一章 建筑材料的基本性质,28,第二节 建筑材料的工程性质,一、材料的力学性质 建筑材料的力学性质是选择材料时首先考虑到的基本性质。 这不仅对于受力的结构而言，对于围护材料和功能材料也同样适用。,第一章 建筑材料的基本性质,29,一、材料的力学性质,1. 材料的应力应变关

11、系 （本构关系） 材料受到外力作用时，内部就产生应力，同时也产和应变，应力和应变的关系可用下图所示的应力应变曲线来表示。 学会通过应力应变曲线来看出材料的力学性质：强度、弹性、塑性、脆性、韧性,第一章 建筑材料的基本性质,30,一、材料的力学性质,1-低碳钢； 2-PC钢丝、硬石、玻璃等； 3-软石、木材，硬质脆性塑料等； 4-硬质韧性塑料； 5-软质韧性塑料,第一章 建筑材料的基本性质,31,二、力学性能指标,1.材料的强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。 在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺

12、寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。此谓：破型实验 抗压强度、抗拉强度、抗弯强度(或抗折强度)及抗剪强度等。,第一章 建筑材料的基本性质,32,二、力学性能指标,抗拉、抗压、抗剪强度的计算式如下：,第一章 建筑材料的基本性质,33,二、力学性能指标,材料的抗弯强度,第一章 建筑材料的基本性质,34,三、材料的耐久性,材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。 耐久性是在使用条件下，在上述各种因素作用下，于规定使用期限内不破坏，也不失去原有性能的性质。 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。,物理

13、、化学、机械、生物,第一章 建筑材料的基本性质,35,（一）材料在水作用下的性质 （二）材料的抗冻性 （三）化学稳定性,三、材料的耐久性,第一章 建筑材料的基本性质,36,1.材料的亲水性与憎水性,定义：与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。 分析：材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。,第一章 建筑材料的基本性质,37,润湿角 ,：沿水滴表面的切线与水和固体接触面所形成的夹角。 润湿角

14、90时，材料表现为亲水性； 润湿角90时，材料表现为憎水性。,第一章 建筑材料的基本性质,38,材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。 材料的吸水性取决于材料的孔隙率及孔隙特征。 质量吸水率m 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比。 式中： m1材料吸水饱和状态下的质量（或kg） m0材料在干燥状态下的质量（或kg）。,2.材料的吸水性,体积吸水率W 材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率。 式中：m1材料吸水饱和状态下的质量（或kg） m0材料在干燥状态下的质量（或kg）。 V0 材料在自然状态下的体积，（cm3 或

15、 m3） w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3） 常温下取 w =1.0 g/cm3 WmWv的关系 P24 式1-20,第一章 建筑材料的基本性质,39,第一章 建筑材料的基本性质,40,3.材料的吸湿性,材料在潮湿空气中吸收水分的性质。常用含水率W0表示，即吸入水量与干燥材料的质量之比。 式中：m2材料含水状态下的质量（或kg） m0材料在干燥状态下的质量（或kg） 一般来说，开口孔隙率较大的亲水性材料具有较强的吸湿性。,第一章 建筑材料的基本性质,41,4.材料的耐水性,材料长期处于水的作用下而不破坏，其强度也不显著降低的性质。 常用软化系数表示，即材料在饱和水状态和干燥状态下的力学指标比值： 软化系数越小，表明材料耐水性越差，软化系数大于0.85的材料，可以认为是耐水的。,第一章 建筑材料的基本性质,42,5.材料的抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(或称不渗水性)，常用渗透系数表示。 材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。 材料的抗渗性也可用抗渗等级来表示 。 抗渗等级是在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pn”表示，如P2，P4，P6，P8等，分别表示可抵抗0.2MPa，0.4MPa，0.6 MPa，0.8 M