1、第一章建筑材料的基本性質,2010.9,本章教學目標,熟悉：主要技術性質的物理意義、影響因素及 對其它性質的影響。,掌握：材料各種基本性質的概念、指標的計算。,了解：材料的各性質在工程實踐中的意義。,引言,建筑材料是建筑工程的物質基礎，材料的性質與質量很大程度上決定了工程的性能與質量。 在工程實踐中，選擇、使用、分析和評價材料，通常是以其性質為基本依據(jù)的。,材料的性質,基本性質：建筑工程中通常必須考慮 的最基本的、共有的性質。,特殊性質：材料本身的不同于別的 材料的性質，是材料的具體 使用特點的體現(xiàn)。,本章講述,相關章節(jié)講述,1.1 材料的基本物理性質,1.3 材料的耐久性,1.2 材料的力學

2、性質,本章內容,1.1 材料的基本物理性質,1.1.1 與質量有關的基本物理性質 （1）材料的體積組成 大多數(shù)建筑材料的內部都含有孔隙，孔隙的多少和孔隙的特征對材料的性能均產(chǎn)生影響。 開口孔、閉口孔。,（1）材料絕對密實體積 （2）材料的孔體積 開口孔體積 閉口孔體積 （3） 材料在自然狀態(tài)下的體積,材料堆積體積 間隙體積,（2）密度 材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量，稱為材料的密度(俗稱比重)。,1,密實材料，如金屬材料、花崗巖等,材料的內部密實而沒有孔隙,密實體積的測定方法,請看密度試驗動畫,（3）表觀密度 材料在自然狀態(tài)下單位體積的質量，稱為材料的表觀密度（原稱容重）。,2,材料的內部

3、有許多孔隙,孔隙材料，如磚頭、混凝土、木材等,形狀規(guī)則的體積可以直接量測計算而得； 形狀不規(guī)則的體積可將其表面用蠟封以后用排水法測得。 砂、石的表觀密度可以近似地當作其密度，稱為視密度。 測定表觀密度時須同時測定其含水率，注明含水狀態(tài)。 一般為氣干狀態(tài)，烘干狀態(tài)下的表觀密度叫干表觀密度。,（4）堆積密度 散粒材料在堆積狀態(tài)下單位堆積體積的質量，稱為材料的堆積密度（原稱松散容重）。,3,內部有孔隙材料的材料破碎成顆粒堆積在一起，如石子、砂礫等,堆積材料顆粒的內部有許多孔隙,堆積材料顆粒之間存在許多空隙,材料的堆積密度大小取決于散粒材料的視密度、含水率以及堆積的疏密程度。 松散堆積密度自然堆積狀態(tài)

4、 緊密堆積密度振實、壓實狀態(tài) 干堆積密度干燥狀態(tài),請看堆積密度試驗動畫,材料的密度、表觀密度與堆積密度,材料在絕對密實狀態(tài)下,單位體積的質量。,材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質量。,材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質量。,g/cm3,/m3,/m3或g/cm3,（5）密實度與孔隙率 1. 密實度 密實度是指材料體積內被固體物質所充實的程度。,圖1-1 材料孔隙率示意圖,2. 孔隙率 孔隙率是指材料體積內，孔隙體積占總體積的百分率。 由上式可見：,圖1-1 材料孔隙率示意圖,孔隙率由開口孔隙率和閉口孔隙率兩部分組成。 開口孔隙率與閉口孔隙率之和為材料總孔隙率 。,一般情況下，材料內部的孔隙率越高，則材

5、料的表觀密度、強度越小，抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕性、耐水性及其他耐久性越差。 通常開口孔隙有利于吸水性、吸聲性、透水性的增強；而閉口孔隙則有利于材料保溫隔熱性的提高。,（6）填充率與空隙率,填充率,圖1-2 材料空隙率示意圖,填充率是指散粒材料 在其堆積體積中，被 其顆粒填充的程度 。,空隙率,圖1-2 材料空隙率示意圖,空隙率是指散粒材料在 其堆積體積中，顆粒之 間的空隙體積占材料堆 積體積的百分率 。,填充率和空隙率是從兩個不同側面反映散粒材料的顆粒互相填充的疏密程度。,1.1.2 材料與水有關的性質 （1）親水性與憎水性 根據(jù)材料表面被水潤濕的情況，分為親水性材料和憎水性材料。 潤濕是水在

6、材料表面被吸附的過程。 潤濕角當材料在空氣中與水接觸時，在材料、水、空氣交界處，沿水滴表面所作切線與材料表面所夾的角。,材料分子與水分子間相互作用力大于水分子之間作用力時，材料表面會被水潤濕。 石料、磚、混凝土、木材,材料分子與水分子之間相互作用力小于水分子間作用力時，則認為材料不能被水潤濕。 瀝青、石蠟、塑料,請看親水性與憎水性動畫演示,（2）吸水性 吸水性是指材料在水中吸收水分的性質，其大小用吸水率表示。 吸水率有質量吸水率和體積吸水率之分。,質量吸水率：材料在吸水飽和狀態(tài)下，吸收水分的質量占材料干燥質量的百分率。,體積吸水率：材料吸水飽和后，吸人水的體積占干燥材料自然體積的百分率。,質量

7、吸水率與體積吸水率的關系為：,材料吸水率不僅與材料的親水性、僧水性有關，而且與材料的孔隙率和孔隙特征有密切的關系。 一般來說，密實材料或具有閉口孔隙的材料是不吸水的；具有粗大孔隙的材料因其水分不易存留，吸水率一般小于孔隙率；而孔隙率較大且有細小開口連通孔隙的親水材料，吸水率較大。 材料吸收水分后，不僅表觀密度增大、強度降低，保溫、隔熱性能降低，且更易受冰凍破壞，因此，材料吸水后對材質是不利的。,影響吸水性的因素,影響吸水性的因素：,材料的孔隙率；,材料的本身的性質，如親水性或憎水性；,孔隙構造特征，如孔徑大小、開口與否等 。,（3）吸濕性 干燥材料在空氣中，吸收空氣中水分的性質，稱為吸濕性。吸

8、濕性大小可用含水率表示 。,當空氣濕度大且溫度較低時，材料的含水率就大，反之則小。 當材料的含水率與空氣濕度相平衡時，其含水率稱為平衡含水率。 當材料吸水達到飽和狀態(tài)時的含水率即為吸水率。,影響吸濕性的因素,影響吸濕性的因素：,材料的孔隙率；,材料的本身的性質，如親水性或憎水性；,孔隙構造特征，如孔徑大小、開口與否等；,周圍空氣的溫度和濕度 。,（4）耐水性 材料長期處于飽和水作用下不被破壞，其強度也不顯著降低的性質，稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)來表示。,鋼、玻璃、瀝青等材料的軟化系數(shù)基本為1 ，而未經(jīng)處理的生土軟化系數(shù)為0，花崗巖等密實石材的軟化系數(shù)接近于1 。 用于嚴重受水侵蝕或潮濕

9、環(huán)境的材料，其軟化系數(shù)應不低于0 . 85 ， 用于受潮較輕的或次要結構物的材料，則不宜小于0 . 75 。 軟化系數(shù)值越大，耐水性越好，通常認為軟化系數(shù)大于0 . 80 的材料為耐水材料。,（5）抗?jié)B性 抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水滲透的性質。滲透是指水在壓力作用下，通過材料內部毛細孔的遷移過程，材料的抗?jié)B性可以用滲透系數(shù)來表示。,滲透系數(shù)反映了材料在單位時間內，在單位水頭作用下通過單位面積及厚度的滲透水量。K 值越大，材料的抗?jié)B性越差。 抗?jié)B等級（PN ），其中N 表示試件所能承受的最大水壓的10 倍。 密實的材料及具有閉口微細小孔的材料，具有較好的抗?jié)B性；具有較大孔隙及細微連通的毛細孔的親水

10、性材料往往抗?jié)B性較差。,（6）抗凍性 抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)過多次凍融循環(huán)作用而不被破壞，強度也不顯著降低的性質。 一次凍融循環(huán)是指材料吸水飽和后，先在-15 的溫度下（水在微小的毛細管中低于-15 才能凍結）凍結后，然后再在20 的水中融化。,凍融破壞的原因,材料有孔且孔隙含水； 水冰，體積膨脹9，結冰壓力高達100MPa， 結冰壓力超過材料的抗拉強度時，材料開裂； 裂縫的增加也進一步增加了材料的飽水程度， 飽水程度的增加進一步加劇了凍融破壞； 反復多次加劇破壞，最終材料崩潰； 嚴寒地區(qū)道路、橋梁、水壩、堤防、海上鉆井平臺、跨海大橋等均需考慮凍融破壞。,材料的抗凍性常用抗凍等級來

11、表示?；炷敛牧峡箖龅燃墸‵N ）。其中N表示混凝土試件經(jīng)受凍融循環(huán)試驗后，強度及質量損失不超過國家規(guī)定標準值時，所對應的最大凍融循環(huán)次數(shù)，如F25 、F50 材料具有細小的開口孔隙，孔隙率大且處于飽和水狀態(tài)下材料容易受凍破壞。 一般說來，密實的材料、具有閉口孔隙且強度較高的材料，有較強的抗凍能力。,1.1.3 材料的熱工性質 （1）導熱性 當材料兩側存在溫度差時，熱量從材料的一側傳遞至材料另一側的性質，稱為材料的導熱性。導熱性大小可以用導熱系數(shù)表示。,導熱系數(shù)是評定建筑材料保溫隔熱性能的重要指標，導熱系數(shù)愈小，材料的保溫隔熱性能愈好。 影響材料導熱系數(shù)的主要因素： 1 材料的化學組成與結構

12、2 材料的表觀密度（包括材料的孔隙率、孔隙的性質和大小等） 3 環(huán)境的溫濕度,（2）熱容量和比熱容 材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質稱為材料的熱容量。,1.2 材料的力學性質,什么是材料的力學性質？ 材料的力學性質就是指材料在外力作用下，產(chǎn)生變形和抵抗破壞方面的性質。 內容： 1.2.1 材料的強度 1.2.2 彈性和塑性 1.2.3 脆性和韌性 1.2.4 硬度和耐磨性,1.2.1 材料的強度 1. 材料強度 材料強度是以材料試件在靜荷載作用下，達到破壞時的極限應力值來表示的。 材料強度： 抗壓、抗拉、抗剪、抗折（抗彎）強度。,請看材料受壓破壞動畫演示,請看材料受拉破壞動畫演示,請

13、看材料受彎破壞動畫演示,請看材料受剪破壞動畫演示,強度指材料抵抗破壞的能力。,（1）材料的抗壓、抗拉、抗剪強度 單位：MPa ，1MPa=1N/mm2,（2）材料的抗彎強度（抗折強度）,中間作用一集中荷載,在三分點上作用兩個集中荷載,（3）影響材料強度的因素 1）影響材料強度的主要因素是材料的組成及構造 2）試驗條件 3）材料的含水狀態(tài)及溫度 特別注意： 材料的強度是在特定條件下測定的數(shù)值。為使試驗結果準確，且具有可比性，國家對材料試驗方法、步驟及設備有統(tǒng)一的規(guī)定，在測定材料強度時，必須嚴格按照規(guī)定的試驗方法進行。,2. 強度等級 定義：為了掌握材料的力學性質，合理選擇和正確使用材料，常將建筑

14、材料按其強度值，劃分為若干個等級，即強度等級。 強度值與強度等級的區(qū)別： 強度值是表示材料力學性質的指標； 強度等級是根據(jù)強度值劃分的級別。,3. 比強度 定義：比強度是指按單位體積質量計算的材料強度，即材料的強度與其表觀密度之比。 工程意義：反映材料輕質高強的指標。值越大，材料越輕質高強。,幾種材料的強度比較,1.2.2 彈性和塑性,彈性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，外力撤掉后變形能完全恢復的性質，稱為彈性。,塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去外力后仍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。,單純的彈性材料是沒有的,1.2.3 脆性和韌性 脆性材料在外力達到一定程度時，突然發(fā)生破

15、壞，并無明顯的變形，這種性質稱為脆性。 脆性材料：天然石材、燒結普通磚、陶瓷、普通混凝土、砂漿。 韌性材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質稱為韌性。 韌性材料：低碳鋼、低合金鋼、木材、鋼筋混凝土,請看材料脆性、韌性破壞動畫演示,1.2.4 硬度和耐磨性 1. 硬度 硬度指材料表面的堅硬程度，是抵抗其他物體刻劃、壓人其表面的能力。 測定方法： 回彈法 刻劃法 壓入法,請看壓入法測材料硬度動畫演示,2. 耐磨性 磨損材料受外界物質的摩擦作用而質量和體積減小的現(xiàn)象稱為磨損。 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。 磨損率材料的耐磨性用磨損率表示。,磨損率,1. 定義 材料的耐久性是指材料在使用期間，受到各種內在的或外來因素的作用，能經(jīng)久不變質、不破壞，能保持原有性能，不影響使用的性質。,1.3 材料的耐久性,2. 環(huán)境對材料的破壞 （1）物理作用 干濕交替、溫度變化、凍融循環(huán) （2）化學作用 材料受到酸、堿、鹽等物質的水溶液或有害氣體的侵蝕作用 （3）