2 建筑材料的基本性质

西南民族大学化学与环境学院1建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质建筑材料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。因此在工程设计和施工中必须充分了解和掌握各种材料的性质和特点，才能正确选择和合理使用材料。建筑材料的基本性质建筑材料选择要求：建筑材料是一切建筑工程的物质基础。对建筑材料的基本要求是：（1）必须具备足够的强度，能安全地承受设计荷载;（2）材料自身的质量以轻为宜，以减小建筑下部结构和地基的负荷;（3）具有与使用环境相适应的耐久性，以减小维修费用;（4）具有一定的装饰性，美化建筑;（5）具有相应的功能性，如隔热、防水，隔声等。1建筑材料的基本性质1.1材料的物理性质1.2材料与水有关的性质1.3材料的力学性质1.4材料的热工性质1.5材料的化学性质1.6材料的耐久性1.1材料的基本物理性质材料的体积构成体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp孔隙体积：Vp＝Vb+VkVp——孔隙体积1.1建筑材料的物理性质（一）材料的密度、表观密度与堆积密度1.材料的密度(俗称比重)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：式中：ρ—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。Vm1.1建筑材料的物理性质（一）材料的密度、表观密度与堆积密度2.材料的表观密度（俗称“容重”）材料的表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0—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m300Vm表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积1.1建筑材料的物理性质（一）材料的密度、表观密度与堆积密度3.材料的堆积密度（又称松散容重）材料的堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0，—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m3'0'0Vm1.1建筑材料的物理性质（一）材料的密度、表观密度与堆积密度例：1.1建筑材料的物理性质（二）材料的孔隙率与空隙率1.材料的孔隙率材料的孔隙率是指材料中孔隙体积占总体积的比例。按下式计算：式中：V—材料的绝对密实体积，cm3或m3V0—材料的表观体积，cm3或m3ρ0—材料的表观密度,g/cm3或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m30001VVVP1.1建筑材料的物理性质（二）材料的孔隙率与空隙率1.材料的孔隙率材料中固体体积占总体积的比例，称为密实度，密实度D=1-P，即材料的密实度+孔隙率=1；材料的孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率的大小及孔隙本身的特征（孔隙构造与大小）对材料的性质影响较大；通常，对于同一种材质的材料，如其孔隙率在一定范围内变化，则这种材料的强度与孔隙率有显著的相关性，即孔隙率越大，则强度越低。1.1建筑材料的物理性质（二）材料的孔隙率与空隙率2.材料的空隙率材料的空隙率是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。按下式计算：式中：ρ0—材料的表观密度;ρ0，—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。00000011VVVVVP1.1建筑材料的物理性质答案：C（二）材料的孔隙率与空隙率例：一种材料孔隙率增大时，以下性质①密度、②表观密度、③吸水率、④强度、⑤抗冻性，其中哪些一定下降？A①②；B①③；C②④；D②③。1.2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，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。建筑材料大多为亲水性材料，如砖、混凝土、木材等；少数材料如沥青、石蜡等为憎水性材料。憎水性材料有较好的防水效果。图1－1材料润湿示意图（ａ）亲水性材料；（ｂ）憎水性材料（1）如果润湿边角θ为零，则表示该材料完全被水所浸润;（2）当润湿边角θ≤900时，水分子之间的教聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力，此种材料称为亲水性材料;（3）当θ900时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力，则材料表面不会被浸润，此种材料称为憎水性材料。（二）材料的吸水性与吸湿性1、材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率来表示。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ｗm表示。质量吸水率ｗm的计算公式为：式中：m1——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；m——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。%1001mmmWm1.2材料与水有关的性质1.2材料与水有关的性质影响材料吸水性的因素材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔隙特征有关。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。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大，闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗石的吸水率只有0.5%~0.7%，混凝土的吸水率2%~3%，粘土砖的吸水率达8%~20%，而木材的吸水率可超过100%。1.2材料与水有关的性质2.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。用含水率Ｗh表示，其计算公式为：式中：ms——材料吸湿状态下的质量（g或kg）mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，材料中所含水分与空气湿度达到平衡，此时的含水率称为平衡含水率。%100mmmW含含1.2材料与水有关的性质吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率1.2材料与水有关的性质（三）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。材料耐水性的指标用软化系数K软表示：式中：K软——材料的软化系数；f饱——材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；f干——材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。K软值愈小，表示材料吸水饱和后强度下降愈大，即耐水性愈差。材料的软化系数K软在0~1之间。不同材料的KR值相差较大，如勃土K软=0，而金属K软=l，工程中将K软0.85的材料，称为耐水的材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用K软0.85的建筑材料。对用于受潮较轻或次要结构物的材料，其K软值不宜小于0.75。干饱软ffK1.2材料与水有关的性质（四）材料的抗渗性（不透水性）抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数材料的渗透系数K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。AtHWdK（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静水水压力，并以字母S及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如S4、S6、S8、S10…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。（3）影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性——通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料。材料的密实度——密实度高的材料其抗渗性也较高。材料的孔隙特征——具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。1.2材料与水有关的性质（五）材料的抗冻性•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。•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，体积膨胀(9%)所产生的冻胀压力造成材料的内应力(可达100MP)，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。•抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失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D25、D50、D100、D200等，分别表示此材料可承受25次、50次、100次、200次的冻融循环.影响抗冻性的因素1.材料的密实度密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征开口孔隙越少则其抗冻性越好。3.材料的强度强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越小则其抗冻性越好。1.3材料的力学性质材料的力学性质是指材料在外力作用下产生变形及抵抗破坏的性质。1.材料的强度、等级、标号2.弹性和塑性3.脆性和韧性4.硬度1.3材料的力学性质1.材料的强度材料的强度是材料在外力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗拉、抗剪、抗弯（抗折）强度等。FFFFFFlFl/2bh抗压抗拉抗剪抗弯1.3材料的力学性质（1）弹性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。（2）塑性材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。2.弹性和塑性材料的变形是指材料在外力作用下，由于质点间平衡位置改变，质点产生相对位移而产生形状和体积的变化。1.3材料的力学性质3.脆性和韧性材料外力作用下，当外力达到一定限度时，突然破坏而无明显塑性变形的性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料变形很小，抗冲击或震动荷载能力差，抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时也能产生一定的塑性变形而不破坏的性质，称为韧性。韧性材料塑性变形很小，抗拉、抗压强度都较高。1.3材料的力学性质4.硬度材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法（莫氏硬度）用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为10个硬度等级。回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。压入法（布氏硬度）1.4材料的热工性质导热性材料传导热量的能力，称为材料的导热性。导热性用导热系数λ表示：式中：λ——导热系数，W/（m·K）；Q——传导的热量，J；δ——材料厚度，m；A——热传导面积，m2；t——热传导时间，h；（T2－T1）——材料两面温度差，K。•物理意义：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1K时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1m2）的热量。•λ是评定材料绝热性的重要指标。λ越小绝热性越好。λ与物质构成、密实程度、构造特征、环境温湿度及热流方向有关。•建材λ：0.02－3.