建筑材料學第一章基本性質第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月本章提要

熟悉和掌握材料的基本性質，對于正確選擇和合理使用材料至關重要。本章主要介紹了材料的狀態(tài)物理性質、工程性質、功能物理性質及其有關指標和計算公式。第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月要目

0.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

0.2建筑材料的工程性質

0.3建筑材料的功能物理性質第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)二材料的組成三材料的結構第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量。計算式為：式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質量，g或kg

V—材料的絕對密實體積，cm3或

m3測試時，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細后采用排開液體的方法來測定其體積。（李氏瓶測定）1密度第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)2表觀密度表觀密度（容重）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質量。計算式為：式中 ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3

m—材料的質量，g或kg

V0—材料的表觀體積，cm3或m3第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)2表觀密度材料的表觀體積是指包含孔隙的體積。V0=V+Vk+Vb,一般是指材料長期在空氣中干燥，即氣干狀態(tài)下的表觀密度。在烘干狀態(tài)下的表觀密度，稱為干表觀密度。因為大多數(shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質量（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結構和組成有關外，還與其內(nèi)部構成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)2表觀密度粉末材料：干表觀密度值與密度值近似相等（？）砂石類散粒材料：飽水法測試塊狀材料及：幾何外形計算或蠟封法第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)指粉狀、粒狀或纖維狀材料在堆積狀態(tài)下單位體積的質量。計算式為：式中：—堆積密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質量，g或kg

V0’—堆積體積，cm3或

m3粉狀或粒狀材料的質量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。3堆積密度第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)

指材料體積內(nèi)被固體物質充實的程度。密實度的計算式如下：

ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度對于絕對密實材料，因ρ0=ρ，故密實度D=1或100%。對于大多數(shù)土木工程材料，因ρ0〈

ρ，故密實度D?1或D

?

100%。

4材料的密實度第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計算：V—材料的絕對密實體積，cm3

或m3V0—材料的表觀體積，cm3

或m3ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3ρ—密度,g/cm3

或kg/m35孔隙率第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

一材料的狀態(tài)參數(shù)

指散粒材料在其堆集體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例?？障堵蔖，按下式計算：

ρ0—材料的表觀密度;ρ0，—材料的堆積密度空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭??？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂率的依據(jù)。5空隙率第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

表1.1常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率

材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)石灰?guī)r2.60~2.802000~2600____花崗巖2.60~2.902600~2800__0.5~3.0碎石(石灰?guī)r)2.60~2.80__1400~1700__砂2.60__1450~1650__粘土2.60__1600~1800__普通粘土磚2.501600~1800__20~40第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

二材料的組成化學組成

無機非金屬建筑材料的化學組成以各種氧化物含量來表示。

金屬材料以元素含量來表示。

有機高分子材料由一種或幾種簡單的低分子化合物鏈接而成，由低分子化合物到高分子化合物的轉變稱為聚合。 化學組成決定著材料的化學性質，影響其物理性質和力學性質。第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

二材料的組成2.基元組成

基元是構建材料最基本單位。 無機非金屬材料的基元是礦物（具有一定化學組成及結構特征的物質）

有機高分子材料的基元是鏈節(jié)（能夠重復的特定結構單元）。

第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

三材料的結構（一）顯微結構

顯微結構是指材料內(nèi)部原子、分子、離子等微觀質點的空間排列方式。（1）晶體結構把相同質點（原子、分子、離子等）在空間做周期排練成固定幾何外形的固體稱為晶體。（2）玻璃結構

晶態(tài)物體在高溫下熔融變?yōu)橐簯B(tài)，當溫度驟然下降到低于凝固點溫度時，熔體內(nèi)部質點來不及排列成有序結構而凝固成固體狀態(tài)即成玻璃體機構。（3）膠體結構指高度分散的分散體，或膠態(tài)分散體。由形成粒子的不連續(xù)分散相和分散相以外的分散介質組成。

第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月材料的微觀結構形式及其主要特性第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

三材料的結構（二）宏觀結構1.定義與分類宏觀結構（構造）是指用肉眼或放大鏡能夠分辨材料的組織。其尺寸約為毫米級大小，以及更大尺寸的構造情況。宏觀構造，按孔隙尺寸可以分為：（1）致密結構，基本上是無孔隙存在的材料。例如鋼鐵、有色金屬、致密天然石材、玻璃、玻璃鋼、塑料等 第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

三材料的結構

（2）多孔結構，是指具有粗大孔隙的結構。如加氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造輕質材料等。

(3）微孔結構，是指微細的孔隙結構。如石膏制品、粘土磚瓦等。第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

三材料的結構按孔隙尺寸可以分為：（1）聚集結構：如水泥混凝土、砂漿、瀝青混凝土等（2）纖維結構：是指木材纖維、玻璃纖維、礦物棉纖維所具有的結構。（3）層狀結構：采用粘結或其他方法將材料迭合成層狀的結構。如膠合板、迭合人造板、蜂窩夾芯板、以及某些具有層狀填充料的塑料制品等。

（4）散粒結構：是指松散顆粒狀結構。比如混凝土骨料、用作絕熱材料的粉狀和和粒狀的添充料。第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

2孔結構材料的孔結構對材料的很多性質有重大影響，如強度、變形行為、導熱性、滲透性等。從宏觀結構角度來看，影響材料性能的因素主要是孔結構?？捉Y構的主要內(nèi)容包括：孔隙率孔徑分布（孔級配，不同孔徑的孔互相搭配情況）孔幾何學（孔的形貌和排列）第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1建筑材料的狀態(tài)物理性質

三材料的結構從宏觀結構看，影響材料性能的主要因素是孔隙。組成和微觀結構相同而宏觀結構不同，會表現(xiàn)出不同的物理性能：玻璃磚和泡沫玻璃組成和微觀結構不同而宏觀結構相同，會表現(xiàn)出一定程度相同的工程性質：泡沫玻璃和泡沫混凝土可作保溫材料孔隙可減輕材料自重不同孔結構可以發(fā)揮保溫、絕熱和隔聲功能孔隙會對建筑材料的力學性能產(chǎn)生不利影響第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

一材料的力學性質1.材料的應力-應變關系彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

一材料的力學性質1.材料的應力-應變關系脆性：材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質稱為脆性。如：巖石、混凝土、玻璃延性：材料在破壞前產(chǎn)生很大的塑性變形，這種性質稱為延性。如：軟鋼、橡膠、塑料韌性:在沖擊、振動荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時也能產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質稱為韌性或沖擊韌性。如：設計路面、橋梁、吊車梁徐變：當材料長時間承受一定荷載時變形卻隨時間而增長，這種現(xiàn)象稱為徐變第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

一材料的力學性質2.材料的力學破壞材料的力學破壞本質上是由于原子間或分子間的結合鍵受拉力作用發(fā)生斷裂所造成的。斷裂的形式：脆裂或產(chǎn)生晶界面滑移強度：材料在外力作用下，抵抗破壞的能力理論強度：實際強度約為理論強度的E/100-E/1000第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

二力學性能指標

材料在外力(荷載)作用下抵抗破壞的能力，稱為強度。當材料承受外力作用時，內(nèi)部就產(chǎn)生應力。隨著外力逐漸增加，應力也相應增大。直至材料內(nèi)部質點間的作用力不能再抵抗這種應力時，材料即破壞，此時的極限應力值就是材料的強度。根據(jù)外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪和抗彎(抗折)強度等(圖1.12)。第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

二力學性能指標圖1.12材料受力示意圖(a)拉力；(b)壓力；(c)剪切；(d)彎曲第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

二力學性能指標在試驗室采用破壞試驗法測試材料的強度。按照國家標準規(guī)定的試驗方法，將制作好的試件安放在材料試驗機上，施加外力(荷載)，直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時的荷載值，計算材料的強度。

材料的抗拉、抗壓和抗剪強度的計算式為：f-材料強度（MPa);F-材料破壞時最大荷載（N）；A材料受力截面積（mm2)第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

二力學性能指標

材料的抗彎強度與試件受力情況、截面形狀以及支承條件有關。通常是將矩形截面的條形試件放在兩個支點上，中間作用一集中荷載。

材料的抗彎強度的計算式為：

材料的強度主要取決于它的組成和結構。一般說材料孔隙率越大，強度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，強度也不相同。第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性材料在建筑物的使用過程中，受到各種破壞作用物理作用：溫度和干濕的交替變化、循環(huán)凍融等機械作用：荷載的持續(xù)作用、反復荷載引起材料的疲勞、沖擊疲勞、磨損等化學作用：包括酸、堿、鹽等液體或氣體對材料的侵蝕作用生物作用：昆蟲、菌類等的作用而使材料蛀蝕或腐朽第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性材料的耐久性，是在使用條件下，在上述各種因素作用下，于規(guī)定使用期限內(nèi)不破壞，也不失去原有性能的性質。耐久性是一種綜合性質：抗凍性、抗風化、抗老化、耐化學侵蝕性第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性（一）材料在水作用下的性質1.親水性與憎水性

與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性。

材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結構。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

潤濕角的大小劃分親水憎水潤濕角為在材料、水和空氣的交點處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。潤濕角θ＜９０?時，為親水性材料；當材料的潤濕角θ＞９０?時，為憎水性材料。大多數(shù)建筑材料，如石材、磚瓦、陶器、混凝土、木材等都屬于親水性材料，而瀝青、石蠟和某些高分子材料屬于憎水性材料。第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性2.吸水性與吸濕性

材料在水中能吸收水分的性質稱為吸水性，常用吸水率表示

（1）質量吸水率質量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質量百分比，并以ｗm表示。質量吸水率ｗm的計算公式為：

第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性（2）體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WＶ表示。體積吸水率WＶ的計算公式為：

式中 mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質量（ｇ或kg）。

V0—

材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3或m3）

ρw—

水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常溫下取ρw=1.0g/cm3第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性質量吸水率和體積吸水率之間的關系材料的吸水性取決于材料的孔隙率及孔隙特征。密實材料不吸水，粗大孔隙，水分不易存留材料體積吸水率與材料空隙率的比值稱為孔隙飽和系數(shù)花崗巖：0.5%-0.7%，粘土磚：8%-20%，木材>100%第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性（3）吸濕性材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以Ｗh表示，其計算公式為：

式中 ms——材料吸濕狀態(tài)下的質量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質量（ｇ或kg）。如果材料的含水率與環(huán)境濕度達到平衡狀態(tài)，此時的含水率稱為平衡含水率第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性3.耐水性與抗?jié)B性

（1）耐水性材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質。衡量材料耐水性的指標是材料的軟化系數(shù)KR：式中KR——

材料的軟化系數(shù)

fb—

材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。

fg—

材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）

第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

軟化系數(shù)反映了材料飽水后強度降低的程度，是材料吸水后性質變化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結合力，強度則有不同程度的降低。當材料內(nèi)含有可溶性物質時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質，造成強度的嚴重降低。材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化系數(shù)小的材料耐水性差，其使用環(huán)境尤其受到限制。工程中通常將ＫＲ＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75。第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性3.耐水性與抗?jié)B性

（2）抗?jié)B性

抗?jié)B性是指材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性質。材料的抗?jié)B性可用滲透系數(shù)表示。式中K—滲透系數(shù),（cm/h）;Q—滲水量，（cm3）

A—滲水面積,（cm2

）；H—材料兩側的水壓差，（cm）

d—試件厚度（cm）；t—滲水時間（h）

材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強。第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

材料的抗?jié)B性也可以用抗?jié)B等級Pn來表示。

材料的抗?jié)B等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。例如：某防水混凝土的抗?jié)B等級為P6，表示該混凝土試件經(jīng)標準養(yǎng)護28d后，按照規(guī)定的試驗方法在0.6MPa壓力水的作用下無滲透現(xiàn)象。第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

三材料的耐久性（一）建筑材料的抗凍性材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內(nèi)凍結成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞?？箖鲂允侵覆牧显谖柡蜖顟B(tài)下，能經(jīng)受反復凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

1凍害機理（1）凍脹假說水結冰時體積膨脹9%，產(chǎn)生壓力使材料破壞凍害條件：（1）飽水狀態(tài)（2）孔結構（>32×10-10m（2）滲脹假說

毛細孔水量小于孔隙容積的91.7%（極限飽和度）時，其結冰不至于使材料內(nèi)部結構破壞過冷狀態(tài)的水的蒸氣壓高于同溫度下冰的蒸氣壓，使凝膠孔中水向毛細孔中冰的界面處滲透，產(chǎn)生滲透壓力，與冰脹壓力共同作用使結構破壞第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

2抗凍性的主要影響因素材料孔結構水飽和度：摻入引氣劑凍融齡期：冷凍溫度、凍融速度、凍融時間養(yǎng)護齡期：養(yǎng)護時間的增加，可結冰的水減少，水中溶鹽濃度增加，冰點降低，材料的抗凍性提高。加入早強劑第46頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

3抗凍性指標抗凍標號（或稱為抗凍等級）：以同時滿足強度損失率不超過25%，質量損失率不超過5%的最大循環(huán)次數(shù)來表示。

材料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。耐久性指標：指材料經(jīng)受快速凍融循環(huán)（2-4h完成），以同時滿足性對動彈性模量值不小于60%和質量損失率不超過5%時最大循環(huán)次數(shù)來表示。第47頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2建筑材料的工程性質

3抗凍性指標耐久性系數(shù)Kn：經(jīng)快速凍融試驗后用Kn=PN/300計算得到的，其中N表示凍融循環(huán)300次，或相對動彈性模量下降到60%以下，或重量損失率在到5%，滿足之一者的凍融循環(huán)次數(shù)；P為經(jīng)N次凍融循環(huán)后試件的相對動彈性模量。第48頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)例1-1某工