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02

建筑材料的基本性質(zhì)1.材料的物理性質(zhì)

一、密度1、真實(shí)密度定義

：真實(shí)密度是指材料在規(guī)定條件（105±5℃烘干至恒重，然后冷卻至溫度20±2℃）下，絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不包括開口與閉口孔隙體積）單位體積的質(zhì)量?？砂聪率接?jì)算：測(cè)定方法：一般多孔材料，如磚，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉，烘干至恒重后，用比重瓶來(lái)測(cè)定其絕對(duì)密實(shí)體積;比較密實(shí)的材料，如玻璃、鋼材等，通常認(rèn)為其處于絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，直接測(cè)其體積；2、表觀密度定義：?jiǎn)挝惑w積（含材料的實(shí)體礦物成分、閉口孔隙和過中尚未完全被水填充的孔隙體積）物質(zhì)顆粒的干質(zhì)量。（Apparentdensity）

3、毛體積密度定義：?jiǎn)挝惑w積（含材料的實(shí)體礦物成分及其閉口孔隙、開口孔隙等顆粒表面輪廓線所包圍的全部毛體積）物質(zhì)顆粒的干質(zhì)量。4、堆積密度定義：材料按照一定方式裝填于容器中單位堆積體積（包括材料自身實(shí)體體積、閉口和開口孔隙之和的體積，以及顆粒之間的空隙體積）里所具有的質(zhì)量。根據(jù)裝樣方式的不同，材料的堆積密度包括松散堆積狀態(tài)、振實(shí)狀態(tài)、搗實(shí)狀態(tài)下的堆積密度。松散堆積密度是指以自由落入方式裝填材料所測(cè)的密度；振實(shí)堆積密度又分為人工振實(shí)和振動(dòng)臺(tái)振實(shí)所測(cè)的密度；搗實(shí)堆積密度是指用裝料時(shí)用搗棒插搗后所測(cè)的密度。自然堆積密度是指以用漏斗或料勺將試樣自由落入方式裝填；將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積。振實(shí)（緊裝）密度

振實(shí)密度是將集料分層裝入容器筒中,在容器筒底部放置一根圓鋼筋,每裝一層集料后,將容器筒左右交替顛擊地面25次;搗實(shí)密度

搗實(shí)密度是將集料分三層裝入容器中,每層用搗棒搗實(shí)25次。1、材料的孔隙材料的孔隙從兩個(gè)方面對(duì)材料的性能產(chǎn)生影響：一是孔隙的多少（孔隙數(shù)量），二是孔隙特征?？紫稊?shù)量用孔隙率表征。二、材料的孔隙和空隙（1）孔隙率:材料內(nèi)部孔隙體積占材料總體積的百分率。(2)密實(shí)度:材料內(nèi)部固體物質(zhì)的實(shí)際體積占材料總體積的百分率孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、細(xì)孔和大孔；（2）按空隙間是否貫通分互相隔開的孤立孔和互相貫通的連通孔；（3）按孔隙是否與外界連通分為與外界連通的開口孔和不與外界連通的封閉孔（閉口孔）。

2、材料的空隙

(2)填充率

:顆粒的自然狀態(tài)體積占堆積體積的百分率本節(jié)小結(jié)閉口孔隙自然狀態(tài)下的塊狀材料開口孔隙2.材料的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)

是指材料在外力作用下所引起變化的性質(zhì)。這些變化包括材料的變形和破壞。材料的變形指在外力的作用下，材料發(fā)生的形狀改變。材料的破壞指當(dāng)外力超過材料的承受極限時(shí)，材料出現(xiàn)斷裂等喪失使用功能的變化。一、強(qiáng)度定義

材料在外力作用下不破壞時(shí)能承受的最大應(yīng)力。

根據(jù)外力作用方式的不同，材料有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。

LL

F/2F/2

F

F

L/3

F

FL/3L/3(a)壓力(b)拉力(c)彎曲(d)剪切材料所受外力：各種強(qiáng)度的計(jì)算公式如下：抗壓、抗拉、抗剪的強(qiáng)度P——強(qiáng)度，Mpa；F——破壞時(shí)最大荷載，N；A

——受力截面面積，mm2。抗彎強(qiáng)度1）(中點(diǎn)集中荷載)2）(三分點(diǎn)兩相等集中荷載)

許多土木工程材料常以其強(qiáng)度大小劃分為若干等級(jí)，俗稱“

標(biāo)號(hào)”。材料強(qiáng)度受以下三個(gè)因素的影響：材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

材料所處的環(huán)境條件(溫度、濕度、含水量等)強(qiáng)度值的測(cè)試條件(試件尺寸、加荷速度等)材料的孔隙率愈大，則強(qiáng)度愈低。對(duì)于同一品種的材料，其強(qiáng)度與孔隙率之間存在近似直線的反比關(guān)系。強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系強(qiáng)度孔隙率常見建筑材料的強(qiáng)度/MPa材

料抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度鋼材235~1600235~1600235~1600100~355普通混凝土7.5~601~40.7~92.5~3.5普通燒結(jié)磚5~30—1.8~4.01.8~4.0花崗巖100~2507~2510~4013~19石灰?guī)r30~2505~252~207~14玄武巖150~30010~30—20~60松木（順紋）30~5080~12060~1006.3~6.9比強(qiáng)度:單位體積重量的材料強(qiáng)度,等于材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比。衡量材料是否輕質(zhì)、高強(qiáng)的指標(biāo)。幾種主要材料的比強(qiáng)度材

料表觀密度（kg/m3）強(qiáng)度（MPa）比

強(qiáng)

度低碳鋼78504200.054普通混凝土（抗壓）2400400.017松木（順紋抗拉）5001000.200玻璃鋼20004500.225燒結(jié)普通磚（抗壓）1700100.006二、彈性與塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱為彈性。當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為材料的塑性。彈性變形與塑性變形的區(qū)別在于，前者為可逆變形，后者為不可逆變形。

（a）彈性變形

（b）塑性變形

（c）彈塑性變形

三、脆性與韌性脆性——材料受外力達(dá)到一定程度后突然破壞，破壞時(shí)無(wú)明顯的塑性變形的性質(zhì)。

脆性材料：大理石、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等。

韌性——在沖擊外力和震動(dòng)荷載作用下，材料能吸收大量的能量，產(chǎn)生一定變形而不致破壞的性質(zhì)。

韌性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。四、硬度與耐磨性硬度是指材料表面抵抗硬物壓入或刻劃的能力。金屬材料等的硬度常用壓入法測(cè)定，如布氏硬度法，是以單位壓痕面積上所受的壓力來(lái)表示。陶瓷等材料常用刻劃法測(cè)定。一般情況下，硬度大的材料強(qiáng)度高、耐磨性較強(qiáng)，但不易加工。工程中有時(shí)用硬度來(lái)間接推算材料的強(qiáng)度，如回彈儀。耐磨性——材料表面抵抗磨損的能力。用于道路、地面、踏步等部位的材料均應(yīng)考慮其硬度和耐磨性。一般說，強(qiáng)度較高且密實(shí)的材料，其硬度較大，耐磨性較好。3.材料與水有關(guān)的性質(zhì)一、親水性與憎水性材料與水接觸時(shí)，在材料、水以及空氣三相的交點(diǎn)處，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤(rùn)濕角，θ角愈小，表明材料愈易被水潤(rùn)濕。

90

親水材料

90

憎水材料土木工程材料中石料、磚、混凝土、木料等無(wú)機(jī)材料和部分木材為親水性材料；瀝青、塑料、橡膠和油漆等為憎水性材料，工程上多利用材料的憎水性來(lái)制造防水材料。二、吸水性吸水性——材料（如石材、混凝土等）在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，吸水率有質(zhì)量吸水率和體積吸水率兩種表示方法。質(zhì)量吸水率——材料吸水飽和時(shí)，吸收的水分重量占材料干燥時(shí)重量的百分率；體積吸水率——材料吸水飽和時(shí)，吸收的水分體積占材料干燥時(shí)體積的百分率；材料的體積吸水率等于其質(zhì)量吸水率乘上材料干燥狀態(tài)時(shí)的表觀密度。

材料吸水率的大小主要取決于它的孔隙率和孔隙特征。水分通過材料的開口孔隙吸入，通過連通孔隙滲入其內(nèi)部，通過潤(rùn)濕作用和毛細(xì)管作用等因素將水分存留住。具有較多細(xì)微連通孔隙的材料，其吸水率較大；而具有粗大孔隙的材料，雖水分容易滲入，但也僅能潤(rùn)濕孔壁表面，不易在孔內(nèi)存留，其吸水率并不高；致密材料和僅有閉口孔隙的材料是不吸水的。三、吸濕性吸濕性

——親水材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。用含水率表示ms––––材料含水狀態(tài)下的質(zhì)量，g；mg––––材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。材料的吸濕性的大小與材料的親水性、孔隙率、孔隙特征有關(guān)之外，還受所處環(huán)境的影響，隨環(huán)境的溫度、濕度的變化而變化。當(dāng)空氣的濕度保持穩(wěn)定時(shí)，材料中的濕度會(huì)與空氣的濕度達(dá)到平衡，也即材料的吸濕與干燥達(dá)到平衡，這時(shí)的含水率稱為平衡含水率。四、耐水性

材料長(zhǎng)期在水的作用下不破壞、強(qiáng)度不明顯下降的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示：

五、抗?jié)B性定義：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)，對(duì)于土木工程中大量使用的砂漿和混凝土等材料，用抗?jié)B等級(jí)表示?？?jié)B等級(jí)是在規(guī)定試驗(yàn)方法下材料所能抵抗的最大水壓力，用“Pn”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水壓力而不滲透。抗?jié)B性與材料內(nèi)部的孔隙率特別是開口孔隙率有關(guān)，開口空隙率越大，大孔含量越多，則抗?jié)B性越差?？?jié)B性還與材料的增水性和親水性有關(guān)?？?jié)B性與材料的耐久性有著密切的關(guān)系。六、抗凍性材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)稱為抗凍性。凍融循環(huán)次數(shù)越多，抗凍性越好?？箖鲂杂每箖龅燃?jí)Fn表示。抗凍等級(jí)Fn:以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗(yàn)條件下，測(cè)得其強(qiáng)度降低不超過規(guī)定值，并無(wú)明顯損壞和剝落時(shí)所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)，以此作為抗凍標(biāo)號(hào)，用符號(hào)“Fn”表示，其中“n”即為最大凍融循環(huán)次數(shù)，如F25、F50等。材料受凍融破壞主要是因其孔隙中的水結(jié)冰所致。水結(jié)冰時(shí)體積增大約9％。材料抗凍性取決于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。從外界條件來(lái)看，材料受凍融破壞的程度，與凍融溫度、結(jié)冰速度、凍融頻繁程度等因素有關(guān)。【練習(xí)題】當(dāng)材料的孔隙率增大時(shí)，則其真實(shí)密度____，松散堆積密度____，強(qiáng)度____，吸水率____，抗?jié)B性____，抗凍性____。不變、減小、降低、增大、降低、降低3.材料與熱有關(guān)的性質(zhì)一、熱容性

定義：材料在溫度變化時(shí)吸收或放出熱量的能力不同材料的熱容性可用比熱進(jìn)行比較。比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的材料升高單位溫度所需熱量。二、導(dǎo)熱性定義材料兩側(cè)有溫差時(shí)熱量由高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞的能力。常用導(dǎo)熱系數(shù)表示。材料的導(dǎo)熱性能與孔隙特征有關(guān)，增加孤立的、不連通孔隙可降低材料導(dǎo)熱能力。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱傳導(dǎo)能力越差，絕熱性能越好。工程上把＜0.23W/(m?K)的材料稱為絕熱材料。常用材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)見表。三、熱變形性定義材料在溫度變化時(shí)的尺寸變化。常用線膨脹系數(shù)表示。有保溫隔熱要求的工程盡量選用熱容量大、導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。5.材料的耐久性一、耐久性定義是指材料在使用條件下，抵抗其自身和環(huán)境的長(zhǎng)期破壞作用，保持其原有性質(zhì)不破壞、不變質(zhì)的能力?；瘜W(xué)作用生物作用干濕交替、溫度變化、凍融循環(huán)酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液或有害氣體的侵蝕。蟲蛀或菌類的腐朽作用而產(chǎn)生的破壞。物理作用二、破壞作用耐久性是一個(gè)綜合性性能耐久性主要包括：耐水性抗?jié)B性抗凍性抗腐蝕性抗老化性耐磨性耐久性抗?jié)B性耐水性耐磨性抗腐蝕性抗凍性抗老化性三、耐久性指標(biāo)【練習(xí)題】1.選擇承受動(dòng)荷載作用的結(jié)構(gòu)材料時(shí)，要選擇下述哪一類材料？(

)A.具有良好塑性的材料B.具有良好韌性的材料C.具有良好彈性的材料D.具有良好硬度的材料2.材料吸水后，將使材料的____提高。A.耐久性B.強(qiáng)度C.密度D.導(dǎo)熱系數(shù)3.某些材料雖然在受力初期表現(xiàn)為彈性，達(dá)到一定程度后表現(xiàn)出塑性特征，這類材料稱為塑性材料。（）4.材料比強(qiáng)度越大，越輕質(zhì)高強(qiáng)。（

）5.材料的親水性與憎水性用

來(lái)表示，材料的吸濕性用

來(lái)表示。材料的吸水性用

來(lái)表示。6.材料的耐水性是指材料在長(zhǎng)期

作用下，

不顯著降低的性質(zhì)。材料的耐水性可以用

系數(shù)表示，該值越大，表示材料的耐水性