建筑材料的基本性能

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1、建筑材料的基本性能重庆大学材料学院白 冷0.材料的组成、结构和构造 0.1 化学组成 元素组成： 矿物组成：0.2 结构、构造 微观结构： 晶体、玻璃体、胶体 宏观构造： 致密、多孔、微孔、颗粒、纤维、层状0.3 孔隙和空隙 孔隙：材料内部形成原因：水分占据、火山作用、外加剂作用、焙烧作用表示：孔隙率、孔隙连通性、孔隙直径 空隙：材料之间0.4 材料的体积自然体积V0绝对密实体积V孔隙V孔开口孔隙V K闭口孔隙V B表观体积V 1空隙V空堆积体积Vl0本 章 内 容 1 材料的基本物理性质 2 材料的力学性质 3 材料的耐久性1 材料的基本物理性质1.1 与质量有关的 绝对密实状态下（内部不含

2、任何孔隙） 密度不变 ！ 1.1.2 体积密度 自然状态下，单位体积所具有的质量，其计算式为： 随材料含水率变化，一般以干燥状态下的测定值为准。 1.1.3 表观密度 表观体积是指不包含材料开口孔隙在内的体积。对外形不规则的材料，可用排水法测定。 表观密度 =m/V1.1.4 堆积密度 粉状、粒状或纤维状材料在自然堆积状态下单位体积（包含了颗粒内部的孔隙即颗粒之间的空隙）所具有的质量。 其计算式为： 常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率 材料 密度 (kg/m3) 表观密度0(kg/m3) 堆积密度0(kg/m3) 孔隙率(%)石灰岩 2.60 18002600 _ _花岗岩 2.6

3、02.90 25002800 _ 0.53.0碎石(石灰岩) 2.60 _ 14001700 _砂 2.60 _ 14501650 _普通粘土砖 2.502.80 16001800 _ _粘土空心砖 2.50 10001400 _ _1.1.5 密实度与孔隙率 (1) 密度度指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例，以D 表示。 其计算式为： (2) 孔隙率 指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率，以 P 表示。 其计算式为： 材料的总体积是由该材料的固体物质与其所包含的孔隙所组成的。 建筑材料的许多性能如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与材料的孔隙有关。 孔隙

4、按其尺寸大小又可分为微孔、细孔和大孔。 几种常用建筑材料的孔隙率见表 1.1。 1.1.6 填充率与空隙率 (1) 填充率指散粒状材料在其堆积体积内，被其颗粒填充的程度，以 D表示。 计算式为： 0mV01%VD000()P101%VD (2) 空隙率指散粒状材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率，以 P表示。 计算式为： 填充率与空隙率的关系为： 空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间相互填充的致密程度。 1.2 材料与水有关的性质1.2.1 亲水性与憎水性润湿是水在材料表面被吸附的过程，材料被水润湿的程度可用润湿角 表示图 1.1材料的润湿示意图 (a)亲水性材料；（b）憎

5、水性材料 亲水性材料90的材料 憎水性材料90材料原因： 引力： 材料分子对水分子的引力 水分子间的引力1.2.2 吸水性与吸湿性 (1) 吸水性材料在浸水状态下吸入水分的能力以吸水率表示，有两种表示方法：质量吸水率体积吸水率质量吸水率吸水饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率，可表示为： 体积吸水率材料吸水达饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率质量吸水率与体积吸水率有如下的关系： 0001()1%VP D10%mW干湿质 干00V=水 干 湿体 水 (2) 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质 用含水率表示。材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率，称为材料的含水率，

6、可用下式计算： 影响含水率的因素：内因：孔隙率、孔隙直径、连通性外因：环境温度、湿度 平衡含水率： 极限含水率：1.2.3 耐水性 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 原因：一般材料随着含水量的增加，会减弱其内部的结合力，强度也会不同程度地降低。 用软化系数表示1.2.4 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质（或不透水性） ， 用渗透系数 K 表示。达西定律：在一定时间内，透水材料试件的水量与试件的断面积及水头差（液压）成正比，与试件的厚度成反比。 渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质。渗透系数越大，材料的抗渗性越差。 对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级 S 表示。

7、材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有关 。 1.2.5 抗冻性 材料抵抗冻融循环作用，保持其原有性能的能力。 对结构材料，主要指保持强度的能力，并以抗冻标号来表示。 抗冻等级用材料在吸水饱和状态下（最不利状态） ，经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，所能抵抗的最多冻融循环次数来表示，记作 F25、F50、F100、F150 等。 材料抗冻性的高低决定于：材料的吸水饱和程度材料对结冰体积膨胀所产生的压力的抵抗能力。 抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。 材料的强度愈高，耐水性愈好，其抗冻性愈好。 1.3 材料的热工性质1.1.3.1 导热性 材料传导热量的能力001W体

8、质 质 水 10%m干含含 干f饱软 干 W K10%hhAtdt或 10H 用导热系数（）表示。导热系数在数值上等于厚度为 1m 的材料，当其相对两侧表面的温度差为 1K 时，经单位面积（1m2）单位时间（ 1s）所通过的热量。可用下式表示：材料的导热系数除与其本身的性质、结构、密度有关外，还与材料的含水率及环境温度等有关。 1.3.2 热容 热容材料加热或冷却时，吸收或放出热量的性质 用热容量表示热容量=Cm 比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。 比热容表示 1g 材料，温度升高 1K 时所吸收的热量，或降低 1K 时放出的热量。 常见建筑材料的热工指标见表 1.2。 表 1.2几

9、种典型材料的热工性质指标 材料 导热系数(W/ （ mK）) 比热容(J/（gK）) 钢材 58 0.48铜材 370 0.38花岗岩 3.49 0.92混凝土 1.51 0.84烧结普通砖 0.8 0.88松木 0.170.36 2.72泡沫塑料 0.03 1.30冰 2.20 2.05水 0.6 4.19密闭空气 0.023 1.001.3.3 材料的保温隔热性 材料的热阻常把 1/ 称为，用 R 表示。 导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。材料的导热系数越小，其热阻越大，则材料的保温隔热性能越好。 常将 0.175W/（mK）的材料称为绝热材料。1.4 材料的声学性质声

10、能的传递21()QAtT21()QcmT21(Q入射能热能反射能透射能1.4.1 吸声性 材料的吸声性声能穿透材料和被材料消耗的性质 用吸声系数 (吸收声功率与入射声功率之比 )表示。 吸声系数 越大，材料的吸声性越好。 吸声系数与声音的频率和入射方向有关。 通常使用的六个频率为 125Hz、250Hz、500Hz 、1000Hz 、2000Hz 和 4000Hz。 一般将上述 6 个频率的平均吸声系数 0.20 的材料称为吸声材料。最常用的吸声材料大多为多孔材料。 影响材料吸声效果的主要因素有：材料的孔隙率和体积密度 材料的孔隙特征 材料的厚度 1.1.4.2 隔声性 (1) 隔空气声 透射

11、声功率与入射声功率的比值称为声透射系数，用 表示，该值越大则材料的隔声性越差。 材料的隔声能力用隔声量 R（R=10lg(1/)来表示，单位为 dB。 与声透射系数 相反，隔声量越大，材料的隔声性能越好。 (2) 隔固体声固体声是由于振源撞击固体材料，引起固体材料受迫振动而发声，并向四周辐射声能。固体声在传播过程中，声能的衰减极少。弹性材料如地毯、木板、橡胶片等具有较高的隔固体声的能力。 2 材料的力学性质 材料的力学性能，就是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏和变形的能力。 1.2.1 材料的强度 抵抗外力（荷载）作用而引起破坏的最大能力 以材料受力破坏时单位面积上所承受的力表示。计算式为

12、： FfA 主要有拉力、压力、弯曲力及剪应力等。大部分建筑材料，根据极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。 材料的强度与材料本身的组成、结构和构造等有很大关系。钢材的抗拉、抗压强度都很高表 1.3静力强度分类 强度类别 举例 计算式 附注 抗压强度fc(MPa) fc=F/A抗拉强度ft(MPa) ft=F/A抗剪强度fv(MPa) fv=F/A抗弯强度ftm(MPa) ftm=3Fl/(2bh2)F破坏荷载(N)A受荷面积(mm2) l跨度(mm) b断面宽度(mm)h断面高度(mm) 表 1.4 钢材、木材和混凝土的强度比较 材料 表观密度0（kg/m3） 抗压强度fc（MPa） 比

13、强度 fc/0 普通混凝土 2400 29.4 0.012低碳钢 7860 415 0.053松木 500 34.3(顺纹) 0.069影响强度的因素： 试件形状、大小、表面状况 加荷速率 温度 材料的含水率强度等级和比强度 强度等级： 比强度：衡量材料轻质高强的指标，为强度与体 积密度之比1.2.2 材料的弹性和塑性 弹性材料在外力作用下产生变形，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 弹性变形这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比。其比例系数 E 称为弹性模量。 在弹性变形范围内，弹性模量 E 为常数，其值等于应力 与应变 的

14、比值，即： 塑性材料在外力作用下产生变形，但不破坏，并且当外力停止作用后，不能自动恢复原来形状的性质 塑性变形不可恢复变形、不能消失的变形。 2.3 材料的脆性和韧性 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。 韧性在冲击、震动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，产生一定的变形而不致破坏的性质韧性值用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示2.4 材料的硬度和耐磨性 硬度材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。 硬度的测定方法：刻划法压入法 莫氏硬度、布氏硬度 HB 耐磨性材料表面抵抗磨损的能力， 常用磨损率表示： 3 材料的耐久性 材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用，保持其原有性质的能力 材料的一项综合性质包括耐水性、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性等多项性能。 破坏作用一般可分为：物理作用、化学作用、生物作用等。 物理作用包括干湿交替、冻融循环、光、电、热、温度差、湿度差等，这些都将引起材料的膨胀、收缩或产生内应力。 化学作用包括各种酸、碱、盐及其水溶液以及各种腐蚀性气体对材料产生的破坏作用。 生物作用是指昆虫、菌类等对材料所产生的蛀蚀、腐朽等破坏作用。 E