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1、第一章 建筑材料的基本性质内容提要了解和掌握材料的基本性质，对于合理选用材料至关重要。本章主要介绍材料的基本物 理、力学、化学性质和有关参数及计算公式。在建筑物中，建筑材料要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料具有相应的不同性质。 如用于建筑结构的材料要受到各种外力的作用，因此，选用的材料应具有所需要的力学性能。 又如，根据建筑物各种不同部位的使用要求，有些材料应具有防水、绝热、吸声等性能；对 于某些工业建筑，要求材料具有耐热、耐腐蚀等性能。此外，对于长期暴露在大气中的材料， 要求能经受风吹、日晒、雨淋、冰冻而引起的温度变化、湿度变化及反复冻融等的破坏作用。 为了保证建筑物的耐久性，要求在工程
2、设计与施工中正确的选择和合理的使用材料，因此， 必须熟悉和掌握各种材料的基本性质。1.1 建筑材料的基本物理性质建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受各种不同的作用，因而要求建筑材 料必须具有相应的基本性质。物理性质包括密度、密实性、空隙率、孔隙率（计算材料用量、构件自重、配料计算、 确定堆放空间）一、材料的密度、表观密度与堆积密度密度是指物质单位体积的质量。单位为g/cm3或kg/m3。由于材料所处的体积状况不同，故有实际密度（密度）、表观密度和堆积密度之分。（1）实际密度 （True Density）以前称比重、真实密度），简称密度（Density）。实际密度是指材料在绝对密实状态
3、下，单位体积所具有的质量，按下式计算：式中：Q实际密度（g/cm3 ）；m材料在干燥状态下的质量（g）；V材料在绝对密实状态下的体积（cm3）。绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。除了钢材、玻璃等少数接近于绝对 密实的材料外，绝大多数材料都有一些孔隙，如砖、石材等块状材料。在测定有孔隙的材料 密度时，应把材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥至恒重后，用密度瓶（李氏瓶）测定 其实际体积，该体积即可视为材料绝对密实状态下的体积。材料磨得愈细，测定的密度值愈 精确。(2) 表观密度 (Apparent Density)以前称容重、有的也称毛体积密度。 表观密度是指材料在自然状态下，单位体积
4、所具 有的质量，按下式计算：式中：p厂表观密度(g/cm3或kg/m3)；m材料的质量(g或kg)；V材料在自然状态下的体积，或称表观体积(cm3或m3)。材料在自然状态下的体积是指材料的实体积与材料内所含全部孔隙体积之和。对于外形 规则的材料，其测定很简便，只要测得材料的重量和体积，即可算得表观密度。不规则材料 的体积要采用排水法求得，但材料表面应预先涂上蜡，以防水分渗人材料内部而影响测定值。( 3)堆积密度 (Bulk Density)散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。可用下式表示：式中：p 0堆积密度(kg/m3)；m材料的质量(kg)；V0材料的堆积体积(m3)。散粒
5、材料在自然状态下的体积，是指既含颗粒内部的孔隙，又含颗粒之间空隙在内的总 体积。测定散粒材料的堆积密度时，材料的质量是指在一定容积的容器内的材料质量，其堆 积体积是指所用容器的容积。若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。土木工程中在计算材料用量、构件自重、配料计算以及确定堆放空间时，均需要用到材料的上述状态参数。常用土木工程材料的密度见表1.1.1 所示。表 1.1.1 常用建筑材料的密度、表观密度堆积密度及孔隙率材料名称密度(g/cm3)表观密度 (kg/m3)堆积密度(kg/m3)孔隙率()钢材7.8 7.978500花冈岩2.7 3.0250029000.5 3.0石灰岩2.4 2.61
6、800260014001700 （碎 石）砂2.5 2.615001700粘土2.5 2.716001800水泥2.8 3.112001300烧结普通 砖2.6 2.71600190020 40烧结空心 砖2.5 2.710001480红松木1.55 1.6040060055 75、材料的密实度与孔隙率(1)密实度(Dense Degree)密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所 充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：)= _L = Lxioo% Q按孔隙的特征，材料的孔隙可分为开口孔隙和闭口孔隙两种，二者孔隙率之和等于材料 的总孔隙率。按孔隙的
7、尺寸大小，又可分为微孔、细孔及大孔三种。不同的孔隙对材料的性 能影响各不相同。一般而言，孔隙率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高， 抗冻性和抗渗性较好。工程中对需要保温隔热的建筑物或部位，要求其所用材料的孔隙率要 较大。相反，对要求高强或不透水的建筑物或部位，则其所用的材料孔隙率应很小。(2)孔隙率(Porosity)孔隙率是指材料体积内孔隙体积(V )占材料总体积(V )的百分率。可用下式计算：p0尸=上工汎 wo% = i-Lioo%川孔隙率与密实度的关系为：P + D = (3) 空隙率(Interstice )空隙率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积(V
8、a)占堆积体积的 百分率，以P表示，因Va=VOV0,则P值可用下式计算:三、材料与水有关的性质（一）亲水性与憎水性（1）亲水性与憎水性亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖、混凝土等。材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水分子之间的亲合力大于水分子之间 的内聚力所致。当材料与水接触，材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时， 材料则表现为憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。问题： 亲水性材料与憎水性材料在实际工程中有何意义？（2）润湿边角材料被水湿润的情况可用润湿边角e来表示。当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点，作沿水滴表面的切线，此切线与 材料和水接触面的夹角 e ，
9、称为润湿边角 。图 1.1.1 材料的润湿示意图（a）亲水性材料（b）憎水性材3）亲水性材料与憎水性材料e 角愈小，表明材料愈易被水润湿。当0 V90时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称亲水 性材料。0 90时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。当0=0时，表明材料完全被水润湿。上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况，相应称为亲液材料和憎液材料。（二）材料的吸水性与吸湿性1.吸水性（Water Absorption）材料在水中能吸收水分的性质称吸水性。材料的吸水性用吸水率（Ra tio of Water Absorp ti on）表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示
10、方法。（1）质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材料干燥质量的百分率，用 下式计算：W 材料的质量吸水率 （）；质m湿材料在吸水饱和状态下的质量（g）；湿m干材料在干燥状态下的质量（g）。2）体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的百分 率。用公式表示如下：W体材料的体积吸水率（）；V0干燥材料在自然状态下的体积（cm3）；水的密度（g/cm3）。2.吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。 材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率
11、。用公式表示为xlOO%啊干W 含材料的含水率（）；含m含材料含水时的质量（g）;含m干材料干燥至恒重时的质量（g）。（三）材料的耐水性材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，如下式：K 软材料的软化系数;软f饱材料在饱水状态下的抗压强度（MPa）；饱f干材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。软化系数大于0.80 的材料，通常可认为是耐水材料。（四）材料的抗渗性 （ Permeability Resistance） 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数K表示。渗透系数的物理意义是：一定厚度的材料，在一定水压
12、力下，在单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为：WdAthh静水压力水头(cm)；d 试件厚度(cm).K 值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件、在标准试验方法下所能承 受的最大静水压力来确定，以符号Pn表示，其中n为该材料所能承受的最大水压力的十倍 的 MPa 数，如 P4、P6、P8、PIO、P12 等,分别表示材料能承受 0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa 的水压而不渗水。材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。(五) 材料的抗冻性(Frost Resistance)材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破
13、坏，也不严重降低强度的性质 称为材料的抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过 25，且质量损失不超过5时所能承受的最多的循环次数来表示。用符号Fn表示，其中n即为最大冻融循环次数，如F25、F50等。材料抗冻标号的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。1.2 建筑材料的基本力学性质一、材料的强度材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。根据外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等， 均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来表示。 材料的这些强度是通过静力 试验来测定的，故
14、总称为静力强度。材料的静力强度是通过标准试件的破坏试验而测得，必 须严格按照国家规定的试验方法标准进行。材料的强度是大多数材料划分等级的依据。表 1.2.1列出了材料的抗压、抗拉、抗剪和抗弯强度的计算公式。表1.2.1 材料的抗压、抗拉、抗剪、抗弯强度计算公式强度类别受力作用示意图强度计算式抗拉强度 f (MPa)tA受荷面积(mm2);b断面宽度 (mm);h断面高度(mm)l跨度(mm);F破坏荷载(N);抗弯强度f (MPa)tm抗剪强度f (MPa)V抗压强度f (MPa)c_ 3Fltm2bh 2附注二、材料的等级大部分建筑材料根据其极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。如：烧结普通砖按抗压强度分为六个等级：Mu30、Mu25、Mu20、Mul5、MulO、Mu7.5； 硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分为四个 等级： 32.5、 42.5、 52.5、 62.5等； 混凝土按其抗压强度分为十二个等级：C7.5、C10、C80等；碳素结构钢按其抗拉强度分为五个等级，如Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。建筑材料按强度划分为若干个强度等级，对生产者和使用者均有重要的意义，它可使生 产者在生产中控制产品质量时有依据，从而确保产品的质量。对使用者而言，
