XXXX年建筑材料培训教材(78p)

第一章建筑材料的基本性质2010年建筑材料培训教材问题导入？选择结构材料——关注什么？选择保温材料——关注什么？选择防水材料——关注什么？教学目标通过本章的学习，了解在不同使用环境下，各类建筑材料的基本性质，并掌握各性质的涵义，影响这些性质的因素。并能联系工程中的实际应用研究和改进材料的性质，对后面具体材料的学习作一个很好的铺垫。本章内容第一节材料的组成、结构及构造1.1材料的组成1.2材料的结构与构造第二节材料的基本物理参数2.1基本物理性质2.2材料与水有关的性质2.3材料与热有关的性质第三节材料的力学性质3.1强度与比强度3.2弹性与塑性3.3韧性与脆性3.3硬度与耐磨性第四节材料的耐久性与环境协调性4.1耐久性4.2环境协调性课堂练习复习思考题第一节材料的组成、结构及构造1.材料的组成1.1化学组成无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物含量来表示。金属材料以元素含量来表示。化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理性质和力学性质。1.2矿物组成材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材料的许多重要性质。矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。1.3相组成材料中结构相近性质相同的均匀部分。2.材料的结构与构造2.1宏观结构（构造）材料的宏观结构是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸约为毫米级大小，以及更大尺寸的构造情况。宏观构造，按孔隙尺寸可以分为：（1）致密结构，基本上是无孔隙存在的材料。例如钢铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等。（2）多孔结构，是指具有粗大孔隙的结构。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质材料等。(3）微孔结构，是指微细的孔隙结构。如石膏制品、粘土砖瓦等。•（4）纤维结构，是指木材纤维、玻璃纤维、矿物棉纤维所具有的结构。•（5）层状结构，采用粘结或其他方法将材料迭合成层状的结构。如胶合板、迭合人造板、蜂窝夹芯板、以及某些具有层状填充料的塑料制品等。•（6）散粒结构，是指松散颗粒状结构。比如混凝土骨料、用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料。2.2微观结构微观结构是指材料在原子、分子层次的结构。材料的微观结构，基本上可分为晶体，非晶体与胶体结构。晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间周期性排列，具有固定的熔点和化学稳定性。非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，容易与其它物体起化学作用。胶体结构粒径为10-7~10-9m的固体微粒（分散相），均匀分散在连续相介质中所形成的分散体系称为胶体。当介质为液体时，称此种胶体为溶胶体；当分散相颗粒极细，具有很大的表面能，颗粒能自发相互吸附并形成连续的空间网状结构时，称此种胶体为凝胶体。溶胶结构具有较好的流动性，液体性质对结构的强度及变形性质影响较大；凝胶结构基本上不具流动性，呈半固体或固体状态，强度较高，变形性较小。第二节材料的基本物理参数2.1基本物理性质2.1.1材料的体积构成及含水状态2.1.1.1材料的体积构成自然界中的材料，由于其单位体积中所含孔隙形状及数量不同，因而其基本的物理性质参数——单位体积的质量也由差别。块状材料在自然状态下的体积是由固体物质体积及其内部孔隙体积组成的。材料内部的孔隙按孔隙特征又分为开口孔隙和闭口孔隙。闭口孔隙不进水，开口孔隙与材料周围的介质相通，材料在浸水时易被水饱和。见图1-1。散粒材料是指具有一定粒径材料的堆积体，如工程中常用的砂、石子等。其体积构成包括固体物质体积、颗粒内部孔隙体积及固体颗粒之间的空隙体积。见图1-2。2.1.1.2材料的含水状态材料在大气中或水中会吸附一定的水分，根据材料吸附水分的情况，将材料的含水状态分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态及湿润状态4种，见图1－3。材料的含水状态会对材料的多种性质产生一定影响。干燥状态气干状态饱和面干燥状态湿润状态图1-3材料含水状态饱和水表面水饱和水表面水干燥状态气干状态饱和面干燥状态湿润状态图1-3材料含水状态密度：定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。表达式：p=m/v（g/cm3）m――材料干燥时的质量（g）v――材料在绝对密实状态下的体积（cm3）即不包括任何孔隙在内的体积。意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。V的测定：a.比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积；b.一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用密度瓶测其实际体积；密度表观密度堆积密度是否存在绝对密实的材料？2.1.2密度、表观密度与堆积密度表观密度定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。表达式：（g/cm3）或(kg/m3)m――材料的质量（g或kg）v0――材料在自然状态下的体积，也称表观体积(cm3或m3)。包括材料孔隙在内的体积，既包括开口孔隙，也包括闭口孔隙。意义：反映材料轻重的量，也与材料的强度有关，是选择结构材料和承重材料的依据。V0的测量：对形状规则的材料，直接测量；对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量。00Vm密度表观密度堆积密度堆积密度•定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在堆积状态下，单位体积的质量。•表达式：（kg/m3）m――材料的质量（kg）――堆积体积（m3）•的特点：包括了材料间的空隙体积。•的测定：用既定容积的容器测定。0V0V0V密度表观密度堆积密度00Vm实验1土木工程材料基本物理性质实验(1)实验目的通过材料密度的测试，计算出材料的孔隙率，了解材料的构造特征。(2)试样制备将试样研磨，用孔径0.2mm筛子筛分除去筛余物，并放到105～110℃的烘箱中，烘至恒重。将烘干的粉料放入干燥器中冷却至室温待用。(3)实验步骤①密度的测定点击图标演示动画A在李氏瓶中注入煤油至突颈下部，记下刻度数。将李氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温为20℃。B称取60～90g试样，用漏斗将试样逐渐送入李氏瓶内，使液面上升至接近20cm3的刻度为止。再称剩下的试样，计算送入李氏瓶中的试样质量m(g)。将注入试样后的李氏瓶液面的读数，减去未注前的读数，得试样得绝对体积V(cm3)。②体积密度的测定点击图标演示动画A称取试样质量m及蜡封试件在空气的质量m1，并对试样表面涂蜡。B在容量瓶中加入适量的水，记录水的体积数V1。C将试样放入容量瓶中，记录水的体积数V2。密实度•定义：在材料体积内，固体物质的体积占总体积的比例。•表达式：密实度孔隙率2.1.3.1%100%100000mmVVD孔隙率定义：材料体积内，孔隙体积占总体积的比例。表达式：孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关系？材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？密实度孔隙率%1001%1001%1000000P材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关。•孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度等。观察与讨论某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？AB讨论：保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。案例分析分析：加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。%100%1000000VVD填充率空隙率填充率•定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积占总体积的比例。•表达式：2.1.3.2DP1%1001%1001%1000000000填充率空隙率空隙率•定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积的空隙占总体积的比例。•表达式：试题练习•石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？•建筑红砖能否用作防水材料？•长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？•与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。2.2材料与水有关的性质2.2.1亲水性与憎水性根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为亲水性材料：润湿角θ≦90°憎水性材料：润湿角90°＜θ＜180°亲水性憎水性建筑中大部分材料属于亲水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表面处理。2.2.2吸水性与吸湿性•材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性，用吸水率表示，吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。吸水性%100干干吸质＝mmmW材料中所吸水分是通过开口孔隙吸入的，故开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多。材料吸水达饱和时的体积吸水率，即为材料的开口孔隙率。%10010HVmmW干吸体材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。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。吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：瓷砖的吸水率越大，抗冻性越差。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率为2％～3％，粘土砖的吸水率达8％～20％，而木材的吸水率可超过100％。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）。材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水重占材料干重的百分率。吸湿性%100干干含含mmmW材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？2.2.3耐水性•耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。干饱软＝ffK）的抗压强度（：材料吸水饱和状态下饱MPaf）压强度（：材料干燥状态下的抗干MPaf•一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。•软化系数的范围波动在0~1之间，当软化系数大于0.80时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造.•材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质称为抗渗性。•用渗透系数或抗渗等级表示（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），抗渗等级是在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pi”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水压力而不渗透。•抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。•材料的抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。•地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。2.2.4抗渗性•材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。•用抗冻等级表示。抗冻等级Fi，i表示冻融