建筑材料孔隙率.ppt

项目一建筑材料的基本性质 建筑材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。,材料的组成、结构及构造对性质的影响,材料的组成：化学组成 矿物组成材料的结构和构造：宏观结构、细观结构和微观结构,任务一 材料的物理性质一、与质量有关的基本物理性质1.材料的密度 材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：=m/v式中：密度,g/cm3 或 kg/m3m材料的质量，g 或 kgV材料的绝对密实体积，cm3 或 m3 测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。,2.材料的表观密度 表观密度（俗称“容重”）是指多孔固体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/m3m 材料的质量，g 或 kgV0材料的表观体积，cm3 或 m3,材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关,3.材料的堆积密度 堆积密度是指粉状或颗粒状材料，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/m3m 材料的质量，g 或 kgV0，材料的堆积体积，cm3 或 m3,粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。,例1-1 材料的密度、表观密度、堆积密度有何区别？如何测定？材料含水后对三者有什么影响？解密度：表观密度：堆积密度：,V为材料的绝对密实体积V0为材料的表观体积(固、液、气）V0，为材料的堆积体积,4.材料的密实度 密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密实度的计算式如下：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%。密度；0材料的表观密度,5.孔隙率 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：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3V0材料的表观体积，cm3 或 m30材料的表观密度,g/cm3 或 kg/m3密度,g/cm3 或 kg/m3,孔隙率的组成：开孔、闭孔,开孔隙率：材料内部开口孔隙体积与材料在自然状态下体积的白分比，即被水饱和的孔隙体积所占的白分率。,图1-1材料内部孔隙示意,6.空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P，按下式计算：0材料的表观密度;0，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含砂率的依据。,7填充率与空隙率相对应的是填充率，填充率定义：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率，可按下式计算,某地发生历史罕见的洪水。洪水退后，许多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未烧透的多孔的红砖，见图。请分析原因。,这些红砖没有烧透，砖内开口孔隙率大，吸水率高。吸水后，红砖强度下降，特别是当有水进入砖内时，未烧透的粘土遇水分散，强度下降更大，不能承受房屋的重量，从而导致房屋倒塌。,常见问题解答1 测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？,解答：表观密度是材料在自然状态下单位体积的质量。所谓自然状态下的体积包含材料内的孔隙。而直接将含大量开口孔隙的材料放入水中，部分水进入材料的开口孔隙中，故，所测得的体积已不是材料在自然状态下的体积。正确的做法是将材料表面涂蜡将其密封，然后方能用排水法测定其自然状态下的体积。,例1-1 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？解石子的孔隙率P为：,石子的空隙率P，为：,温 故1、建筑材料的标准种类2、建筑材料与质量有关的性质有哪些？3、绝对密实体积、表观体积和堆积体积测量？,二材料与水有关的性质（一）材料的亲水性与憎水性与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料分子与水分子之间的相互作用力大于水分子之间亲合力；反之，憎水性材料分子与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。,图13 材料润湿示意图（）亲水性材料；（）憎水性材料,在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿边角。,当90时，材料能被水润湿表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料；当90时，材料不能被水润湿表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。当=0时，表示该材料完全被水润湿。大多数建筑材料，如砖、木、混凝土等均属,沥青、玻璃、毛石、木材、混凝土、石蜡、粘土砖、塑料、油毡、钢材？,应用？,（二）材料的吸水性材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。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，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（或kg）mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。,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W表示。体积吸水率W的计算公式为：,式中mb材料吸水饱和状态下的质量（或kg）mg材料在干燥状态下的质量（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,WmWv？,材料的吸水率与其孔隙率有关，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。,（三）.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。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。,材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以h表示，其计算公式为：,式中 mh材料含水时的质量（或kg）mg材料在干燥至恒重时的质量（或kg）。,空气湿度 平衡含水率,（四）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。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR：,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）,01潮湿环境：0.85较轻潮湿环境：0.75,例1-2 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165 MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。解该石材的软化系数为:,由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。,（五）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。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。,.1 渗透系数材料的渗透系数可通过下式计算:,式中K渗透系数,（cm/h）;w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。,5.2 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0.1MPa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0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。,（六）抗冻性 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，体积膨涨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。抗冻性是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。,抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低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15、25、50、100、200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。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。,三 材料的热工性质 1.导热性当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数 表示。导热系数的定义和计算式如下所示：,式中导热系数，（）；传导的热量，&材料厚度，；A热传导面积，m2t一热传导时间，h；（T2-T1）材料两面温度差，K,在物理意义上，导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1)的热量。,2.热容量和比热 材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低1所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热。比热的计算式如下所示：,式中C-材料的比热，J/（gK）Q-材料吸收或放出的热量(热容量)m-材料质量，g（t2-t1）-材料受热或冷却前后的温差，K,任务二 材料的力学性质一、强度与比强度,（一）强度定义：抵抗外力破坏的最大应力值分类：抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度,外力引起 内部的应力 外力增加 应力随之增大 超过抵抗的极限（即强度极限）破坏！在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。,材料的抗拉、抗压、抗剪强度可用下式计算：,式中：f抗拉或抗压或抗剪强度（MPa）；P材料破坏时的最大荷载（N）；A受力面面积（mm2）,抗弯（折）强度计算公式为：,式中：ff抗弯（折）强度（MPa）；P试件破坏时的最大荷载（N）；L二支点之间距离（mm）；b、h试件截面的宽度和高度（mm）。,影响材料强度的因素:1、内因。指组成、结构的影响。2、外因。（实验条件）包括：试件尺寸和形状 加荷速度 环境温湿度等因素 材料的组成和构造3、材料的含水状态及温度,（二）材料强度等级,1烧结普通砖、烧结多孔砖等的强度等级：MU30、MU25、MU20、MU15 和 MU10；2蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖的强度等级：MU25、MU20、MU15 和 MU10；3 砌块的强度等级：MU25、MU20、MU15、MU10、MU7.5 和 MU5；4石材的强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30 和 MU20；5砂浆的强度等级：M15、M10、M7.5、M5 和 M2.5。6 常用各类水泥抗压强度和抗折强度划分的强度共设32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R八个等级7 混凝土的强度等级通常采用C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60.强度等级为C60及其以上的混凝土属高强混凝土。,砖与石材代号：MU,砂浆代号：M,混凝土代号：C,（三）比强度,比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；比强度的意义：（1）衡量材料轻质高强性能的一项重要指标；（2）选用比强度高的材料或者提高材料的比强度，对大跨度、高高度建筑十分有利；普通混凝土、低碳钢、松木的比强度分别为0.012，0.053，0.069；,轻质高强的指标,二、弹性和塑性,弹性定义：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来形状的性质。这种可恢复的变形称弹性变形，如图（a）。塑性定义：若去除外力，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性，此种不可恢复的变形称为塑性变形。如图（b）。,（a）弹性变形曲线（b）塑性变形曲线（c）弹塑性变形曲线,三、脆性和韧性,脆性：材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料，它的变形曲线如右图。,1,韧性（冲击韧性）：材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。,1、非金属材料、钢筋砼、木材、混凝土、低碳钢、有色金属、烧结普通砖各属于脆性材料和韧性材料的哪一种？,2、吊车梁、路面、柱子、桥梁、桥墩各自应选用脆性材料还是韧性材料的哪一种？,人们在测试混凝土等材料的强度时可观察到，同一试件，加荷速度过快，所测值偏高。请分析原因。,原因：材料的强度除与其组成结构有关外，还与其测试条件有关，包括加荷速度、温度、试件大小和形状等。当加荷速度较快时，荷载的增长大于材料变形速度，测出的数值就会偏高。为此，在材料的强度测试中，一般都规定其加荷速度范围。,四、硬度和耐磨性,1硬度定义：硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力。测定方法：测定硬度的方法很多，常用刻划法和压入法。莫氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。布氏法是在布氏硬度机上用一规定直径的硬质钢球，加以一定的压力，将其压入钢材表面，使形成压痕，将压力除以压痕面积，所得应力值为该钢材的布氏硬度值（HB）。数值越大表示钢材越硬。,1,2耐磨性定义：耐磨性是材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示，计算公式：,式中M耐磨率，g/cm2;m0磨前质量，g;m1磨后质量，g；A试样受磨面积，cm2。,任务三 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。,破坏作用：物理作用温湿度、冻融、流水、紫外线；化学作用酸碱盐水溶液、有害气体；生物作用虫、菌,物理作用：干湿变化、温度变化及冻融变化等。（体积的胀缩或内部裂缝的扩展 材料破坏）在寒冷地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，耐热性能。在民用和公共建筑中，难燃或不燃的材料。,化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、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。,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。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。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。,材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。例如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。,（1）了解材料的密度、表观密度及孔隙率的概念与测定。（2）理解几个基本概念：材料耐水性、抗渗性、抗冻性、耐燃性、强度、比强度、硬度、弹性、塑性、耐久性等。（3）熟练掌握土木工程材料的基本力学性质。注意脆性材料与韧性材料的差别。（4）掌握土木工程材料耐久性的基本概念，理解材料的环境协调性。,简答：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。,填空题1 材料的吸湿性是指材料在的性质。2 材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的来表示。3 水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为。,选择题1 孔隙率增大，材料的降低。A 密度 B 表观密度 C 憎水性 D 抗冻性 2 材料在水中吸收水分的性质称为。A 吸水性B 吸湿性C 耐水性 D 渗透性,是非判断题1 某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。2 材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。3 在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。,