建筑材料第1章建筑材料的基本性质

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1、广州科技职业技术学院建筑工程系第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质学习目的通过本章的学习，了解在不同使用环境下，各类建筑材料的基本性质，并掌握各性质的涵义，影响这些性质的因素。并能联系工程中的实际应用研究和改进材料的性质，对后面具体材料的学习作一个很好的铺垫。建筑材料的基本性质1.1建筑材料的基本物理性质1.2建筑材料的力学性质1.3建筑材料的耐久性与环保性1.1建筑材料的基本物理性质1.1.1与质量有关的性质1.1.2与水有关的性质1.1.3与热、声有关的性质1.1.1材料与质量有关的性质材料的体积构成 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。材料

2、的体积表现绝对密实体积干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。（砂、石）材料的表观体积 材料在自然状态下的体积，即整体材料的表观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0 表示。 形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。材料的堆积体积 散粒材料（粉状、粒状或纤维状材料），在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积

3、较小。一般以 表示。材料的体积表现材料的密度 1.密度 指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算： 式中：密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料在干燥状态下的质量，g 或 kg； V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。1 密度n意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。nV的测定： a. 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积； b. 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于）排除其内部孔隙，用密度瓶测其实际体积；2.表观密度 表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算： 式中：0材料的表观密度, g/cm3 或 kg/

4、m3； m 材料的质量，g 或 kg； V0材料的表观体积，cm3 或 m3。材料的密度2.表观密度l意义：反映材料轻重的量，也与材料的强度有关，是选择结构材料和承重材料的依据。lV0的测量：对形状规则的材料，直接测量；对形状不规则的材料，蜡封蜡封后用排水法测量。3. 堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：式中：0材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； 材料的堆积体积，cm3 或 m3。材料的密度特点：包括了材料间的空隙体积。包括了材料间的空隙体积。测定：用既定容积的容器测定。材料的密度几种密度的比较比较项目实际密

5、度表观密度堆积密度材料状态绝对密实自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算材料的密实度 密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下： 式中： 密度； 0材料的表观密度。 对于绝对密实材料， 因 0 = ，故密实度D =1 或100%。对于大多数土木工程材料， 因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：式中：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3； V0材料的表观体积，cm3 或 m3； 0材料的表观密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m

6、3。 孔隙率空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率 按下式计算： 式中：0材料的体积密度； 材料的堆积密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。 孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式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；吸水性亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。和吸湿性；耐水性；抗渗性

7、和抗冻性。1.1.2 材料与水有关的性质1.1.2 材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性 与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。 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作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。（）亲水性材料 （）憎水性材料1.1.2 材料与水有关的性质2.材料的吸水性 材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率来表示。（1） 质量吸水率 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，

8、并以m 表示。质量吸水率m 的计算公式为：式中： mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。（2） 体积吸水率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WV表示。体积吸水率WV的计算公式为：式中:mb材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。V0 材料在自然状态下的体积，（cm3 或 m3）；w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常温下取 w =1.0 g/cm3。1.1.2 材料与水有关的性质1.1.2 材料与水有关的性质（3）影响材料吸水性的因素 材料的吸水率与其孔隙率有

9、关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。 对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。水率愈大。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。2.材料的吸水性l吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：瓷砖的吸水率越大，例如：瓷砖的吸水率越大，抗冻性越差。抗冻性越差。l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，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。某施工队原使

10、用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700 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。 1.1.2 材料与水有关的性质3. 材料的吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率h表示，其计算公式为：式中：ms材料吸湿状态下的质量（g或kg） mg材料在干燥状态下的质量（g或kg）。

11、 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于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率。1.1.2 材料与水有关的性质吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率4. 材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数KR表示：式中： KR 材料的软化系数； fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）； fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。1.1.2 材料与水有关的性

12、质1.1.2 材料与水有关的性质软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。 一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。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。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR的材料称为耐水材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75 。 1.1.2 材料与水有关的性质5.材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数

13、材料的渗透系数K可通过下式计算:式中：K渗透系数,（cm / h）; Q渗水量， （cm3 ）； A渗水面积,（cm2 ）； H材料两侧的水压差，（cm）； d试件厚度 （cm）；t渗水时间 （h）。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。1.1.2 材料与水有关的性质（2） 抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至、1.0MPa的水压而不渗透。（3）影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性 通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材

14、料的密实度 密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征 具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。1.1.2 材料与水有关的性质6.抗冻性指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。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，体积膨胀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。1.1.2 材料与水有关的性质6.抗冻性抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200

15、等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。F150混凝土该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为150次。1.1.2 材料与水有关的性质影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越差。孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？ 解答：材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材解答：材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔隙率则是开口孔隙率和闭

16、口孔隙率之和。材料受冻料的孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水越融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水越多，材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔隙中。多，材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。在这样的情况下，材料的入材料内部的水分也不会很多。在这样的情况下，材料的抗冻性不会差。抗冻性不会差。1.1.3 材料与热声有关的性质1.导热性 当材料两面存在温度差时，热量提高建筑材料传递的性质，称为

17、材料的导热性。导热性用导热系数表示：式中：导热系数，W/（mK）； Q传导的热量，J； d材料厚度，m； A热传导面积，m2； t热传导时间，h；（t2t1）材料两面温度差，K。物理意义：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1K时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1 m2 ）的热量。1.1.3 材料的热工性质导热系数小-绝热性越好绝热材料-导热系数在（cmk）以下影响导热性的因素物质组成：金属非金属有机材料孔隙构造：闭口孔隙大时？孔隙粗大且联通时？湿度：干燥时？温度：绝热材料-低温？热流方向：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？AB讨论：保温层的目的是

18、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。 1.1.3 材料与热有关性质2.耐急冷急热性（热稳定性）材料抵抗急冷急热的交替作用，并能保持原有性质的能力。原理：热胀冷缩性能：标准试验评定常见：装饰材料1.1.3 材料与热有关的性质3.耐燃性与耐火性耐燃性-材料抵抗燃烧的性质影响防火等级可分为不燃烧材料、难燃材料、可燃材料、易燃材料耐火性-材料抵抗高温的作用保持原有性质的能力指标-耐火极限-用时间表示耐火材料：普通、高级、特级1.1.3 材料与声

19、有关的性质吸声性：声能穿透材料和被材料消耗的性质指标：吸声系数相关因素：表观密度、孔隙特征、厚度、表面条件、声波入射角和频率吸声材料：平均1.1.3 材料与声有关的性质隔声性：减弱或隔绝声波传递隔声量：R隔空气声：质量定律隔固体声：弹性材料-垫层吸声性：反射声能小隔声性：透射性能小1.2材料的力学性质1.材料的强度材料的强度是材料在力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有：抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。抗压抗拉抗剪抗弯常见建筑材料的强度常见建筑材料的强度/ /MPa材料 抗压强度抗拉强度抗弯强度花岗岩 100250581014普通烧结砖 7.5301.84.0普通混凝土 7

20、.56014松木(横纹)30508012060100建筑钢材 235160023516001.2 材料的力学性质相关因素：孔隙率及构造特征、形状尺寸、表面状态、含水率、温度、加荷速率工程应用：强度等级-C30MU15比强度：单位质量的强度-轻质高强 几种材料的强度比较衡量材料轻质高强的一个指标，材料的强度与其表观密度之比，即：材料的比强度材料 表观密度/(kg/m3)强度/MPa比强度 低碳钢 78504200.054普通混凝土（抗压） 2400400.017松木（顺纹抗拉） 5001000.200玻璃钢 20004500.225烧结普通砖（抗压）1700100.0061.2 材料的力学性质2

21、.弹性和塑性（1）弹性 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。 （2）塑性 材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。1.2 材料的力学性质3.脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料. 如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。 脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的

22、特性。1.2 材料的力学性质3.脆性和韧性 材料能吸收能量，产生一定的变形而不致破坏时称为韧性材料。 韧性材料抗冲击、震动能力强 钢材、木材、橡胶 用于冲击荷载的结构和有抗震要求的结构1.2 材料的力学性质4.硬度和耐磨性（1）硬度材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为10个硬度等级。回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。（2

23、)耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨损率表示，计算公式如下：式中： B 材料的磨耗率， （g/cm2）；m1材料磨损前的质量，（g）；m2 材料磨损后的质量，（g）； A材料试件的受磨面积 （cm2）。1.2 材料的力学性质1.3 材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。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。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。1.3 材料的耐久性物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。化学作用包括大气、环境水以及

24、使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。n砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。n金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。n木材等有机质材料常因生物作用而破坏。n沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。各种建筑材料受到的主要破坏n材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。例如例如材料的耐久性 环境协调性材料的环境协调性环境协调性是指材料在生产、使用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负荷，包括生产中废物的利用、减少三废的产生，使用中减少对环境的污染，废弃时有较高可回收率。为了保障人民群众的身体健康和人身安全，国家制订了GB 6566-2001建筑材料放射性核素限量以及关于室内装饰装修材料有害物质限量等10项国家标准，提出了有关控制要求，并已于2002年1月1日开始实施。 本章总结：材料的基本物理性质；材料的力学性质；材料的耐久性。