材料的密度

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1、第二章 建筑材料,建筑工程概论,概论,建筑工程材料的分类 建筑工程材料：构成建筑物和构筑物的材料。 （1）根据工程材料的功能与用途分类：,结构材料 装饰材料 防水材料 地面材料 保温材料 屋面材料 吸声材料 等等,（2）根据化学成分不同划分,无机材料 有机材料 复合材料,具体分类见下表,第一节 材料的基本物理性质 第二节 材料的基本力学性质 第三节 材料的耐久性 第四节 材料的装饰性,主要内容,第一节 材料的物理性质,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

2、,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）。

3、 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 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

4、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

5、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) 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

6、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,观察与讨论,某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种 材料的剖面。请问选择何种材料？,A,B,讨论：,保温层的目的是外界温度变化对住户 的影响，材料保温性能的主要描述指标为 导热系数和热容量，其中导热系数越小越 好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多 孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导 热系数较小，适于作保温层材料。,某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为 多孔、容量仅7

7、00 kg/m3的加气混凝土砌块。 在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧 结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表 面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析 原因。,案例分析,分析：,加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。,五、与水有关的性质,石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？ 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

8、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90180,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

9、大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，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

10、于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。,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。,4. 抗渗性,定义：材料

11、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。,Play,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。,抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。 材料的抗

12、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，足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。

13、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年高速公路桥,5. 抗冻性,5. 抗冻性,能源紧缺是一

14、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

15、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，保温隔热性进一步(冰水)。,棉袄浸水后保暖性变差？ 孔多的材料保温性能好？,热容,定

16、义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热容C表示。 在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。,复习思考题,1中空玻璃为什么比同厚度的实心玻 璃保温性能好？ 2保温材料为什么保持干燥状态保温 效果较好？,一、材料的强度 二、弹性和塑性 三、脆性和韧性 四、硬度和耐磨性,第三节 材料的力学性质,一、材料的强度,1.强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。 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