第一章

建筑資料的根本性質(zhì)

建筑資料所處建〔構〕筑物的部位不同、運用環(huán)境不同，所起的作用就不同，人們對資料性質(zhì)的要求也就有所不同。建筑資料的根本性質(zhì)，是指資料處于不同的運用條件和運用環(huán)境時，通常必需思索的最根本的、共有的性質(zhì)。第一節(jié)資料的組成及構造1.資料的組成資料的組成是決議資料的性質(zhì)的內(nèi)在要素之一。(一)化學組成化學組成是指構成資料的化學成分。不同化學組成的資料其性質(zhì)不同。對于無機非金屬資料，常以其各種氧化物的百分含量來表示。(二)礦物組成〔晶相〕由一樣化學成分組成的資料，假設其礦物組成不同，資料的性質(zhì)也是不同的。通常水泥中主要化學成分為SiO2、CaO，而由此構成的礦物那么有硅酸三鈣與硅酸二鈣之分，彼此的性能是不同的。2.資料的構造

(一)宏觀構造指用肉眼或放大鏡能察看到毫米級以上的構造。它分為散粒構造,聚集構造,多孔構造,致密構造,纖維構造,層狀構造。1.散粒構造由單獨的顆粒組成〔砂、石子〕2.聚集構造資料中的顆粒經(jīng)過膠結資料彼此結實地結合在一同〔混凝土、燒結磚〕3.多孔構造資料中含有大量的,大的,或微小的均勻分布的孔隙〔泡沫資料〕4.致密構造資料在外觀上和構造上都是致密的〔鋼材、玻璃〕5.纖維構造是木材,玻璃纖維制品所特有的構造6.層狀構造是板材常見的構造宏觀構造(二)顯微構造指借助光學顯微鏡和電子顯微鏡察看到的構造。主要有巖相分析和金相分析兩種分析方法。透明礦物－偏光顯微鏡不透明礦物－反光顯微鏡〔金相分析〕(三)微觀構造指原子〔離子或分子〕陳列構造。根據(jù)質(zhì)子間鍵的特性分為原子晶體,離子晶體,分子晶體、金屬晶體和玻璃體。3.資料的孔隙(一)孔隙構成的緣由(1)水分子的占據(jù)作用建筑資料加水拌和,用水量通常超越實際上的用水量,多余的水分占據(jù)的空間即為孔隙。(2)外加的發(fā)泡作用如用于消費加氣混凝土的發(fā)泡劑,可在資料中構成大量的孔隙。(3)火山作用火山迸發(fā)時,噴到空中的巖漿,冷卻時大量水蒸汽或某些氣體產(chǎn)生，從而在所得巖石中構成大量的孔隙。(4)焙燒作用：資料中摻有可燃物或高溫下產(chǎn)生氣體(二)孔隙的類型(1)連通孔隙；(2)封鎖孔隙；(3)半封鎖孔隙(三)孔隙對資料性質(zhì)的影響(孔隙增多)(1)資料的體積密度減小；(2)資料受力的有效面積減小,強度降低；(3)體積密度減小,導熱系數(shù)和熱容隨之減小；(4)透氣性,透水性,吸水性變大；(5)對抗凍性,要試孔隙大小和形狀而定,有些孔隙能提高抗凍性。大量的規(guī)那么的球形微孔,可以緩沖凍融破壞應力,從而改善混凝土的抗凍性。1.資料的密度

資料的密度是指資料在絕對密實形狀下單位體積的質(zhì)量，按下式計算：ρ=m/v式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—資料的絕對枯燥質(zhì)量，g或kg

V—資料的絕對密實體積，cm3或m3第二節(jié)資料的物理性質(zhì)絕對密實形狀下的體積－是指構成資料的固體物質(zhì)本身的體積，或稱實體積。1〕對有孔隙的資料：磚、混凝土、石材，磨成細粉〔消除資料內(nèi)部的孔隙〕后，用排水法求的體積即為密實態(tài)體積；2〕對近于絕對密實的資料：金屬、玻璃等，直接以排水法作為密實態(tài)體積近似值。表觀密度是對于密實資料直接以排水法求的體積V?作為密實態(tài)體積的近似值所求得的密度。

按右式計算：式中 ρ?—資料的表觀密度,g/cm3或kg/m3m—資料的質(zhì)量，g或kgV?—用排水法求得的資料的體積，cm3或m32.資料的表觀密度3.資料的體積密度

資料的體積密度是指資料在自然形狀下單位體積的質(zhì)量，按下式計算：

式中：ρ0—體積密度,g/cm3或kg/m3

m—資料的質(zhì)量，g或kg

V0—資料在自然形狀下的體積，cm3或m3自然形狀下的體積－是指構成資料的固體物質(zhì)的體積與全部孔隙體積之和。資料內(nèi)部孔隙含有水分時，其質(zhì)量和體積均發(fā)生變化。測定含水形狀下體積密度時，應注明含水情況。體積密度的丈量：1〕對外形規(guī)那么的資料：磚、混凝土、石材；烘干－量測幾何體積－稱重－代入公式2〕對外形不規(guī)那么的資料：烘干－蠟封－浮力天平4.資料的堆積密度堆積密度是指散粒資料，在規(guī)定裝填條件下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：

式中ρ0，—資料的堆積密度,g/cm3或kg/m3 m—資料的質(zhì)量，g或kg V0，—資料的堆積體積，cm3或m3散粒資料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的資料質(zhì)量，其堆積體積是指所占用容器的容積。因此，散粒資料的堆積體積包含了資料的顆粒在自然形狀下的體積和顆粒之間的空隙體積。在土木建筑工程中，計算資料用量、構件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經(jīng)常要用到資料的密度、體積密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。5.空隙率空隙率是指散粒資料在其堆積體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例。空隙率P?按下式計算：

ρ0—資料的體積密度;ρ0?—資料的堆積密度空隙率的大小反映了散粒資料的顆粒相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂率的根據(jù)。6.孔隙率資料的孔隙率是指資料內(nèi)部孔隙的體積占資料總體積的百分率。孔隙率P按下式計算：V—資料的絕對密實體積，cm3或m3V0—資料在自然形狀下的體積，cm3或m3ρ0—資料的體積密度,g/cm3或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3開口孔隙率是指資料中能被水所飽和的孔隙體積與資料在自然形狀下的體積百分率：PK=(m2-m1)/V0×(1/ρw)×100%式中：m1—枯燥形狀下資料的質(zhì)量,gm2—水飽和形狀下資料的質(zhì)量,gρw—水的密度，常溫下可取1g/cm3閉口孔隙率pB為總孔隙率與開口孔隙率之差即PB=P-PK第三節(jié)資料與水有關的性質(zhì)與水接觸時，有些資料能被水潤濕，而有些資料那么不能被水潤濕，對這兩種景象來說，前者為親水性，后者為憎水性。資料具有親水性或憎水性的根本緣由在于資料的分子構造。親水性資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，憎水性資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。一.資料的親水性與憎水性工程實踐中，資料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在資料、水和空氣的交點處，沿水滴外表的切線與水和資料接觸面所成的夾角。潤濕角θ愈小，闡明資料愈易被水潤濕。當資料的潤濕角θ＜90?時，為親水性資料；當資料的潤濕角θ＞90?時，為憎水性資料。水在親水性資料外表可以鋪展開，且能經(jīng)過毛細管作用自動將水吸入資料內(nèi)部；水在憎水性資料外表不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入資料的毛細管中。見圖２-1圖２－1資料潤濕表示圖

〔ａ〕親水性資料；〔ｂ〕憎水性資料二.資料的吸水性資料能吸收水分的才干，稱為資料的吸水性。吸水性以吸水率來表示。1、質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率是指資料在吸水飽和時，所吸水量占資料在枯燥形狀下的質(zhì)量百分比，并以ｗm表示。質(zhì)量吸水率ｗm的計算公式為：式中mb——資料吸水飽和形狀下的質(zhì)量〔ｇ或kg〕

mg——資料在枯燥形狀下的質(zhì)量〔ｇ或kg〕。2、體積吸水率體積吸水率是指資料在吸水飽和時，所吸水的體積占資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——資料吸水飽和形狀下的質(zhì)量〔ｇ或kg〕

mg——資料在枯燥形狀下的質(zhì)量〔ｇ或kg〕。

V0—資料在自然形狀下的體積，〔cm3或m3〕

ρw—水的密度,〔g/cm3或kg/m3〕，常溫下取ρw=1.0g/cm3資料的吸水率與其孔隙率有關，更與其孔特征有關。由于水分是經(jīng)過資料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。資料內(nèi)與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大。吸水率增大將導致體積膨脹，導熱性增大，強度、抗凍性下降等不良影響。三.資料的吸濕性資料的吸濕性是指資料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)?？菰锏馁Y料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮濕的資料處在較枯燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是資料的吸濕過程，后者是資料的枯燥過程。由此可見，在空氣中，某一資料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。資料在任一條件下含水的多少稱為資料的含水率，并以Wh表示，其計算公式為：式中 ms——資料吸濕形狀下的質(zhì)量〔ｇ或kg〕

mg——資料在枯燥形狀下的質(zhì)量〔ｇ或kg〕顯然，資料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。當空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時，資料的吸濕過程和枯燥過程處于平衡形狀，此時資料的含水率堅持不變，其含水率叫作資料的平衡含水率。經(jīng)過比較可知，資料的吸水率就是該資料的最大含水率。四.資料的耐水性

資料的耐水性是指資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(zhì)。衡量資料耐水性的目的是資料的軟化系數(shù)Kp：式中Kp—資料的軟化系數(shù)

fb—資料吸水飽和形狀下的抗壓強度〔MPa〕

fg—資料在枯燥形狀下的抗壓強度〔MPa〕軟化系數(shù)反映了資料飽水后強度降低的程度，是資料吸水后性量變化的重要特征之一。普通資料吸水后，水分會分散在資料內(nèi)微粒的外表，減弱其內(nèi)部結合力，強度那么有不同程度的降低。當資料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時〔如石膏、石灰等〕，吸入的水還能夠溶解部分物質(zhì)，呵斥強度的嚴重下降。資料耐水性限制了資料的運用環(huán)境，軟化系數(shù)小的資料耐水性差，其運用環(huán)境尤其遭到限制。軟化系數(shù)的動搖范圍在0至1之間。工程中通常將Ｋp＞0.85的資料稱為耐水性資料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于普通受潮較輕或次要的工程部位時，資料軟化系數(shù)也不得小于0.70∽0.85。五.資料的抗?jié)B性抗?jié)B性是資料在壓力水作用下抵抗水浸透的性能。土木建筑工程中許多資料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當資料兩側的水壓差較高時，水能夠從高壓側經(jīng)過內(nèi)部的孔隙、孔洞或其它缺陷浸透到低壓側。這種壓力水的浸透，不僅會影響工程的運用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕資料的介質(zhì)，或?qū)①Y料內(nèi)的某些成分帶出，呵斥資料的破壞。5.1浸透系數(shù)

資料的浸透系數(shù)K可經(jīng)過下式計算:式中K—浸透系數(shù),〔cm/h〕;

Q—滲水量，〔cm3〕

F—滲水面積,〔cm2〕

H—資料兩側的水壓差，〔cm〕

d—試件厚度〔cm〕

t—滲水時間〔h〕

資料的浸透系數(shù)越小，闡明資料的抗?jié)B性越強。5.2抗?jié)B等級資料的抗?jié)B等級是指用規(guī)范方法進展透水實驗時，資料規(guī)范試件在透水前所能接受的最大水壓力，并以字母P及可接受的水壓力〔以0.1MPa為單位〕來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能接受逐漸增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa……的水壓而不浸透。六、資料的抗凍性資料吸水后，在負溫作用條件下，水在資料毛細孔內(nèi)凍結成冰，體積膨脹所產(chǎn)生的凍脹壓力呵斥資料的內(nèi)應力，會使資料遭到部分破壞。隨著凍融循環(huán)的反復，資料的破壞作用逐漸加劇，這種破壞稱為凍融破壞?？箖鲂允侵纲Y料在吸水飽和形狀下，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。抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失、外形變化或強度降低不超越一定限制時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。資料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此資料可接受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。資料的抗凍性與資料的強度、孔構造、耐水性和吸水飽和程度有關。1、導熱性當資料兩側存在溫度差時，熱量從資料一側經(jīng)過資料傳導至另一側的性質(zhì)，稱為資料的導熱性。導熱性用導熱系數(shù)λ表示。導熱系數(shù)的定義和計算式如下所示：第四節(jié)資料的熱工性質(zhì)—導熱系數(shù)，W/(m·K)；Q—傳導的熱量，J；δ—資料厚度，m；A—熱傳導面積，m2；t—熱傳導時間，h；(T2-T1)—資料兩側溫度差，K在物理意義上，導熱系數(shù)為單位厚度(1m)的資料、兩側溫度差為1Ｋ時、在單位時間(1s)內(nèi)經(jīng)過單位面積(1㎡)的熱量。影響導熱系數(shù)的因數(shù)無機資料的導熱系數(shù)大于有機資料晶體的導熱系數(shù)大于無定形體的熱導系數(shù)資料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱系數(shù)愈小同類資料的孔隙率是隨體積密度的減小而增大,那么導熱系數(shù)隨體積密度的減小而減小導熱系數(shù)與孔隙形狀特征的關系,以為有微細而封鎖孔隙組成的資料,導熱系數(shù)小,反之那么大資料的含水率添加,導熱系數(shù)也添加大多數(shù)資料的導熱系數(shù)隨溫度升高而添加2、熱容量和比熱容資料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為資料的熱容量。單位質(zhì)量資料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為比熱容。比熱容的計算式如下所示：式中

C---資料的比熱容，J/〔g·K〕

Q--資料吸收或放出的熱量(熱容量),Jm---資料質(zhì)量，g

〔T2-T1〕--資料受熱或冷卻前后的溫差，K

3、熱阻和傳熱系數(shù)熱阻是資料層〔墻體或其它圍護構造〕抵抗熱流經(jīng)過的才干，熱阻的定義及計算式為：Ｒ＝ｄ/λ式中Ｒ——資料層熱阻，〔m2·K〕/W；ｄ——資料層厚度，ｍ；λ——資料的導熱系數(shù)，Ｗ／(ｍ·K)熱阻的倒數(shù)１/Ｒ稱為資料層〔墻體或其它圍護構造〕的傳熱系數(shù)〔K〕。傳熱系數(shù)K是指資料兩面溫度差為1Ｋ時，在單位時間內(nèi)經(jīng)過單位面積的熱量。資料的溫度變形性資料的溫度變形是指溫度升高或降低時資料的體積變化。除個別資料以外，多數(shù)資料在溫度升高時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。這種變化表如今單向尺寸時，為線膨脹或線收縮，相應的技術目的為線膨脹系數(shù)〔α〕。1.資料的強度資料的強度是資料在應力作用下抵抗破壞的才干。通常情況下，資料內(nèi)部的應力多由外力〔或荷載〕作用而引起。隨著外力添加，應力也隨之增大，直至應力超越資料內(nèi)部質(zhì)點所能抵抗的極限，即強度極限，資料發(fā)生破壞。第五節(jié)資料的力學性質(zhì)在工程上，通常采用破壞實驗法對資料的強度進展實測。將預先制造的試件放置在資料實驗機上，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，計算資料的強度。根據(jù)外力作用方式的不同，資料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎〔抗折〕強度等。資料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下：資料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下：式中 f------資料強度，MPa Pmax--資料破壞時的最大荷載，N A------試件受力面積，m2資料的抗彎強度與受力情況有關，普通實驗方法是將條形試件放在兩支點上，中間加一集中荷載。對矩形截面試件，那么其抗彎強度用下式計算：式中fw------資料的抗彎強度，MPa

Pmax---資料受彎破壞時的最大荷載，N

L------兩支點的間距，mm

b、h---試件橫截面的寬及高，mm實驗條件對強度結果的影響1.強度與實驗條件有親密關系:如試件的外形、尺寸、外表形狀、含水率、溫度及實驗時加荷速度等。2.棱柱體比正方體的強度低。3.尺寸大的試件強度低于尺寸小的試件。4.含水的試件，其強度較枯燥的低。5.普通來說溫度高，強度將降低。6.加荷速度快時，那么破環(huán)時的強度值較高。2.彈性和塑性資料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后可以完全恢復原來外形的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形〔或瞬時變形〕。資料在外力作用下產(chǎn)生變形，假設外力取消后，仍能堅持變形后的外形和尺寸，并且不產(chǎn)生裂痕的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形〔或永久變形〕。3.脆性和韌性資料受力到達一定程度時，忽然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，資料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機非金屬資料均屬脆性資料，如天然石材，燒結普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性資料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中運用時，應留意發(fā)揚這類資料的特性。式中ak-----資料的沖擊韌性，J/mm2

Ｗk-----試件破壞時所耗費的功，J；

A-------資料受力截面積?！瞞m2〕資料在沖擊或動力荷載作用下，能吸收較大能量而不破壞的性能，稱為韌性或沖擊韌性。韌性以試件破壞時單位面積所耗費的功表示。計算公式如下：4、硬度和耐磨性4.1硬度資料的硬度是資料外表的鞏固程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其外表的才干。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定資料的硬度?？虅澐ㄓ糜谔烊坏V物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為10個硬度等級?；貜椃ㄓ糜跍y定混凝土外表硬度，并間接推算混凝土的強度；也用于測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的外表硬度并間接推算其強度。式中Km------資料的磨耗率，〔g/cm2〕

m1----資料磨損前的質(zhì)量，〔g〕

m2-----資料磨損后的質(zhì)量，〔g〕

A------資料試件的受磨面積，〔cm2〕4.2耐磨性耐磨性是資料外表抵抗磨損的才干。資料的耐磨性用磨耗率表示，計算公式如下：資料的耐久性是泛指資料在運用條件下，受各種內(nèi)在或外來自然要素及有害介質(zhì)的作用，能長久地堅持其運用性能的性質(zhì)。資料在建筑物之中，除要遭到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要遭到環(huán)境中許多自然要素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。第六節(jié)資料的耐久性1、物理作用物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使資料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂痕的擴展。時間長久之后即會使資料逐漸破壞。在冰冷地域，凍融變化對資料會起著顯著的破壞作用。在高溫環(huán)境下，經(jīng)常處于高溫形狀的建筑物或構筑物，所選用的建筑資料要具有耐熱性能。在民用和公共建筑中，思索平安防火要求，須選器具有抗火性能的難燃或不燃的資料。2、化學作用化學作用包括大氣、環(huán)境水以及運用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對資料的侵蝕作用。3、機械作用機械作用包括運用荷載的繼續(xù)作用，交變荷載引起資料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。4、生物作用生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使資料腐朽、蛀蝕而破壞。磚、石料、混凝土等礦物資料，多是由于物理作用而