建筑材料材料性质.ppt

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1、第二章 建筑材料的基本性质,建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。基本性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性、装饰性、防火性、防放射性等物理性质包括密度、密实性、空隙率（计算材料用量、构件自重、配料计算、确定堆放空间）力学性质包括强度、弹性、塑脆韧性、硬度。,第一节 建筑材料的物理性质,一、材料的密度、表观密度与堆积密度,二、材料的密实度、孔隙率与空隙率,三、材料与水有关的性质,四、材料的热工性质,一、材料的密度、表观密度与堆积密度 密度是指物质单位体积的质量。单位为g/cm3或kgm3。由于材料所处的体积状况不同，故有实际密度（

2、以前称为真密度）、表观密度和堆积密度之分。.实际密度(Density)以前称比重、真实密度(True Density)，简称密度(Density)。实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。,式中：实际密度（g/cm3）m 材料的质量（g）V 材料在绝对密实状态下的体积（cm3）,绝对密实状态下的体积的测定：近于绝对密实的材料（金属、玻璃等）：直接以排水法测定；有孔隙的材料（砖、混凝土、石材）：将材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥后用密度瓶（李氏瓶）测定其实际体积，该体积即可视为绝对密实状态下的体积。,.实际密度,李氏瓶,.表观密度 也称容重，是指材料在自然状态下，单位体积所具

3、有的质量，按下式计算：,式中 0材料的表观密度（kg/m3）m 材料的质量（kg)V0材料在自然状态下的体积，或称表观体积（m3）,包含内部空隙在内的体积（规则几何形状、松散体积用排液法）,3 堆积密度 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。可用下式表示,式中 0 散粒材料的堆积密度（kg/m3）m 散粒材料的质量（kg）v 0，材料在自然状态下的堆积体积（m3），它包含内部和颗粒之间的空隙。,计算材料的堆放空间,二、材料的孔隙率与空隙率1.密实度 密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：,2.孔

4、隙率孔隙率材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，称为材料的孔隙率（P）。可用下式表示：,P+D=1 孔隙按大小分为粗孔和细孔，按特征分为连通孔隙和封闭孔隙，它与材料的吸水性、强度、抗渗性、抗冻性等性质有关。,4.填充率填充率是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度，按下式计算 D=V/V0100%,3.空隙率 散颗材料（如砂、石子）堆积体积（V0）中，颗粒间空隙体积所占的百分率称为空隙率（P），可用下式表示为,三、材料与水有关的性质,（一）亲水性与憎水性1.概念亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖、混凝土等。材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水分子之间的亲合力大于水分子之间的内

5、聚力所致。当材料与水接触，材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时，材料则表现为憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。2.润湿边角材料被水湿润的情况可用润湿边角来表示。当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿边角。,3.亲水性材料与憎水性材料用润湿边角来反映角愈小，表明材料愈易被水润湿。当90时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称亲水性材料。90时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。当=0时，表明材料完全被水润湿。上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况，相应称为亲液材料和憎液材料。,材料的润湿示意图（

6、a）亲水性材料；（b）憎水性材料,（二）材料的吸水性与吸湿性1.吸水性 材料在水中能吸收水分的性质称吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。材料的吸水率：花岗岩的吸水率：0.5%0.7%；混凝土的吸水率：2%3%；粘土砖的吸水率：8%20%；木材的吸水率：可超过100%。（1）质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材料干燥质量的百分率，用下式计算：,式中 Wm材料的质量吸水率（）；mb材料在吸水饱和状态下的质量（g）；mg材料在干燥状态下的质量（g）,（2）体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的

7、百分率。用公式表示如下,式中 wv材料的体积吸水率（）；V0干燥材料在自然状态下的体积（cm3）；w水的密度（g/cm3）工程用建筑材料一般采用质量吸水率，质量吸水率与体积吸水率的关系,材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。,2.吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。用公式表示为,式中 Wh材料的含水率（）ms 一材料含水时的质量（）mg 材料干燥至恒重时的质量（）材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。,例：某立方体岩石试件，

8、外形尺寸为50mm50mm50mm，测得其在绝干、自然状态及吸水饱和状态下的质量分别为325g，325.3g，326.1g，并测得该岩石的密度为2.68g/cm3。试求该岩石的体积吸水率、质量含水率、绝干表观密度、孔隙率。,=1-2.6/2.68=2.98%,1.1/125=0.88%,=0.3/325=0.092%,=325/125=2.6 g/cm3,解：,V0555125cm3m含325.3gm干325gm饱326.1g w1g/cm3,例：岩石试件经完全干燥后，其质量为482g，将放入盛有水的量筒中，经一定时间岩石吸水饱和后，量筒的水面由原来的452cm3上升至630cm3。取出岩石，

9、擦干表面水分后称得质量为487g。试求该岩石的密度、表观密度及质量吸水率？(假设岩石内无封闭空隙),思考题：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：因m干=482g,m饱=487g，V=630-452=178cm3Vo 178+5=183cm3,故：=m干/V=482/178=2.71g/cm3 o=m干/Vo=482/(178+5)=2.63g/cm3 Wm=(m饱-m干)/m1100%=(487-482)/482100%=1%,（三）材料的耐水性,材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低

10、的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，如下式：,式中:kR 材料的软化系数；fb材料在饱水状态下的抗压强度（MPa）；fg材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。,软化系数KR的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。kR小耐水性差。材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将0.80的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。,例：某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别

11、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。,（四）材料的抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数表示。渗透系数的物理意义是：一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为,式中 Ks材料的渗透系数（cm/h）；Q渗透水量（cm3）；d材料的厚度（cm）；A 渗水面积（cm2）；t渗水时间（h）；H静水压力水头（cm）。Ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。,实质上就是达西定

12、律,材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件、在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定，以符号Pn表示，其中n为该材料所能承受的最大水压力的十倍的MPa数，如P4、P6、P8等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不渗水。材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。我国现行抗渗等级的确定，是以龄期为28d的圆台体试件(高150mm、底面直径185mm、顶面直径175mm)来做抗渗试验，并定出抗渗等级。抗渗圆柱体试件每组为六个，试验时，当试件只有两个试件表面开始发现渗水现象时的水压力值(以MPa计)，就称为该混凝土的抗渗等级，用符号P来表示。混凝土的抗渗等级划分为P4、

13、P6、P8、P10、P12等五个等级。相应表示混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力。,混凝土抗渗仪,（五）材料的抗冻性,材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。,材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级：以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数。用符号Fn表示，其中n即为最大冻融循环次数，如F25、F50等。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。如混凝土抗冻等级15是

14、指所能承受的最大冻融次数是15次(在-15的温度冻结后，再在20 的水中融化，为一次冻融循环)，这时强度损失率不超过25，质量损失不超过5。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。材料抗冻等级的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。,四、材料的热工性质 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。无机材料的导热系数大于有机材料；材料的孔隙率愈大,即空气愈多,导热系数愈小同类材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大,则导热系数随体积密度的减小而减小；导热系数与孔隙形态特征的关系,认为有微细而

15、封闭孔隙组成的材料,导热系数小,反之大；材料的含水率增加,导热系数也增加。,第二节 材料的力学性质,一、材料的强度与等级（一）材料的强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。根据外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等，均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来表示。,材料的力学性质系指材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。,材料的强度分类及受外力作用示意图,（二）材料的脆性与韧性脆性：材料在外力作用下至破坏前无明显塑性变形而突然破坏的性质。脆性材料抗动载能力差，但抗压强度高。如砖、混凝土、玻璃等。韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能承受很

16、大变形也不致破坏的性能。如钢材、木材等。,第三节 材料的耐久性,1.概念 材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的性质。耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。2.环境影响因素 材料在建筑物使用过程中长期受到周围环境和各种自然因素的破坏作用，一般可分为物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。干湿变化 物理作用 温度变化 冻融变化(寒冷地区)这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。,

17、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。,