建筑材料项目2

项目2建筑材料的基本性质了解建筑材料的组成和结构，掌握建筑材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度、孔隙率和密实度、空隙率和填充率的概念与计算理解材料与水有关的性质、与热有关的性质、力学性质及耐久性。建筑材料的基本性质主要包括材料的结构状态参数、化学性质、力学性质和耐久性等。任务2.1材料的组成和结构2.1.1材料的组成：材料的组成包括材料的化学组成和矿物组成。2.1.1.1材料的化学组成：是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。2.1.1.2材料的矿物组成：是指化学元素组成相同，但分子组成形式各异的现象。2.1.2材料的结构：材料的结构可分为：宏观结构、细观结构和微观结构2.1.2.1宏观结构：是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。建筑材料的宏观结构按照材料的宏观组织和孔隙状态的不同可分为以下类型：（1）致密状结构，如钢材、致密石材和玻璃等。（2）多孔状结构，如加气混凝土、泡沫塑料及人造轻质多孔材料等。（3）微孔状结构，如石膏制品、烧结砖等。（4）颗粒状结构，如砂、石、粉煤灰和膨胀珍珠岩等。（5）纤维状结构，如木材、岩棉和玻璃钢等。（6）层状结构，如胶合板、纸面石膏板等。2.1.2.2细观结构:是指可用光学显微镜观察到的结构。2.1.2.2微观结构:主要指材料在原子、分子、离子层次上的组织形式。建筑材料的微观结构基本上可分为：晶体、玻璃体和胶体三类。2.1.3材料的结构参数2.1.3.1材料的体积体积是材料占有的空间尺寸。材料的体积有绝对密度体积、表观体积、自然体积和堆积体积。（1）绝对密度体积是指干材料在绝对密实度状态下的体积，一般以V表示。（2）表观体积是指材料在自然状态下不含开口孔隙的体积，一般以V’表示。（3）自然体积是指材料在自然状态下（包括所有孔隙）的体积，一般以V0表示。（4）堆积体积是指粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积，一般以V0’表示。2.1.3.2材料的密度，表观密度，体积密度和堆积密度（1）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。可按下式计算：ρ=m/v式中ρ—材料的密度,g/cm3或kg/m3；m---材料的干质量，g或kg；v—材料在绝对密实状态下的体积，cm3或m3。（2）表观密度：是指材料在自然状态下不含开口孔隙时单位体积的质量。可按下式计算：ρ’=m/v’式中ρ’—材料的表观密度,g/cm3或kg/m3；m---材料的干质量，g或kg；v0—材料的表观体积，cm3或m3（3）体积密度：是指材料在自然状态下单位体积的质量。可按下式计算：ρ0=m/v0式中ρ0—材料的体积密度,g/cm3或kg/m3；m---材料的质量，g或kg；v0—材料的自然体积，cm3或m3（4）堆积密度：是指粉状、颗粒状或纤维材料在堆积状态下单位体积的质量。可按下式计算：ρ0’=m/v0’式中ρ0’—材料的堆积密度,g/cm3或kg/m3；m---材料的质量，g或kg；v0’—材料的堆积体积，cm3或m32.1.3.3材料的密实度和孔隙率（1）密实度：是指材料体积内被固体物质充实的程度，用D表示。密实度的计算式如下:D=V/V0×100%亦可用材料的密度和体积密度计算：D=V/V0=m/ρ/m/ρ0=ρ0/ρ×100%对于大多数建筑材料，因为V＜V0，故密实度D＜1。（2）孔隙率：是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，用P表示。并按下式计算：P=（V0-V）/V0=1-V/V0=1-D=（1-ρ/ρ0）×100%P+D=12.1.3.4材料的填充率和空隙率（1）填充率：是指散粒材料在其堆积体积中，被颗粒实体填充的程度，用D’表示。填充率的计算式如下:D’=V’/V0’×100%=ρ0’/ρ’×100%（2）空隙率:是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例，用P’表示。并按下式计算：P’=（1-V’/V0’）×100%=（1-ρ0’/ρ’）×100%P’+D’=1任务2.2材料与水有关的性质材料与水有关的性质包括材料的亲水性与憎水性，以及材料的吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性、霉变性与腐朽性等。2.2.1材料的亲水性与憎水性：润湿角:在材料、水和空气交接处，沿水滴表面作切线，此切线和水与材料接触面所形成的夹角θ。（1）当θ≤90°时，说明与水之间的作用力（吸附力）要大于水分子之间的作用力（内聚力），材料表面吸附水分，即材料被水所湿润，称该材料是亲水的。（2）当θ＞90°时，说明与水之间的作用力（吸附力）要小于水分子之间的作用力（内聚力），材料表面不吸附水分，即材料不能被水所湿润，称该材料是憎水的。2.2.2材料的吸水性与吸湿性：2.2.2.1吸水性材料的吸水性是指材料在水中吸收水分达到饱和的能力。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达方式，分别以WW和Wv表示，计算式如下：WW=(m2-m1)/m1×100%Wv=Vw/V0=(m2-m1)/V0×1/ρw×100%式中Ww—质量吸水率，%；Wv—体积吸水率，%；m2---材料在吸水饱和状态下的质量，g；m1---材料在绝对干燥状态下的质量，g；vw—材料所吸收水分的体积，cm3；ρw—水的密度，常温下可取1g/cm3。两种吸水率之间的关系：Wv=WWρ02.2.2.2吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的能力。吸湿性用含水率WH表示。计算式如下：WH=(mK-m1)/m1×100%式中WH—材料的含水率，%；mK---材料吸湿后的质量，g；m1---材料在绝对干燥状态下的质量，g。2.2.3材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，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，以KR表示KR=fb/fg式中KR—材料的软化系数；fb---材料饱水状态下的抗压强度，MPa；fg---材料干燥状态下的抗压强度，MPa。KR＞0.85的材料称为耐水性材料2.2.4材料的抗渗性材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性可用渗透系数和抗渗等级表示。2.2.4.1渗透系数渗透系数用Ks表示,Ks值越小，其抗渗能力愈强。如屋面防水材料、防水涂料等均采用渗透系数表示。2.2.4.2抗渗等级材料的抗渗等级是指材料用标准方法进行透水试验时，规定的试件在透水前所能承受的最大水压力，以符号P及可承受的水压力值（以0.1MPa单位)表示。材料的抗渗等级越高，其抗渗性越强。2.2.5材料的抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏、强度也不显著降低的性质。以符号F及材料可承受的最多冻融循环次数表示。如抗冻等级为F10的材料，表示材料所能经受的冻融循环次数最多为10。2.2.6材料的霉变性和腐朽性（1）霉变性：材料在潮湿或温暖的气候条件下受到真菌侵蚀，在材料的表面产生绒毛状的或棉花状的，颜色从白色到暗灰色至黑色，有时也会显出蓝绿色、黄绿色或微红色的物质称为材料霉变。材料发生霉变的主要原因：水分、温度、空气。（2）腐朽性：材料在使用过程中受到酸、碱、盐以及真菌等各种腐蚀介质的作用，在材料内部发生一系列的物理、化学变化，使材料逐渐受到损害，性能改变，力学性质降低，严重时会引起整个材料彻底破坏的现象称为材料腐朽。任务2.3材料与热有关的性质材料与热有关的性质包括热容性、导热性和热变形性。2.3.1材料的热容性材料的热容性是指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的能力，它以材料升温或降温时的热量的变化来表示，即热容量，计算公式为Q=M·C·(t1-t2)式中Q—材料的热容量，KJ；M---材料的质量，Kg；t1-t2---材料受热或冷却前后的温差，K；C---材料的比热，KJ/（Kg·K)由Q=M·C·(t1-t2)导出C=Q/M·(t1-t2)C值是真正反映不同材料间热容性差别的参数。C值的物理意义是质量为1Kg的材料，在温度每改变1K时所吸收或放出热量的大小。2.3.2材料的导热性材料的导热性是指材料两侧有温差时，材料将热量由温度高的一侧向温度低的一侧传递的能力，也就是传导热得能力。材料的导热性以导热系数λ表示，λ是指当材料两侧的温差为1K时，在单位时间（1h）内，通过单位面（1m2），透过单位厚度（1m）材料所传导的热量，即λ=Q·d/(T1-T2)材料吸水率的大小不仅取决于材料对水的亲憎性还取决于材料的孔隙率及孔隙特征。密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水的；具有粗大孔的材料因其水分不易存留，其吸水率也常小于其开口孔隙率；而那些孔隙率较大，且具有细小开口连通孔的亲水性材料往往具有较大的吸水能力。材料在水中吸水饱和后，吸入水的体积与孔隙体积之比称为饱和系数。材料含水后，不但可使材料的质量增加，而且会使强度降低，保温性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显的体积膨胀。可见材料中含水对材料的性能往往是不利的。（三）耐水性材料在水的作用下，其强度不显著降低的性质称为耐水性。一般材料含水后，将会以不同方式减弱材料的内部结合力，使强度有不同程度的降低。材料的耐水性用软化系数表示：K=f1/f式中K—材料的软化系数；f1—材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；f—材料在干燥状态下的抗压强度，Mpa。材料的软化系数波动在0-1之间，软化系数越小，说明材料吸水饱和后强度降低得越多，耐水性越差。处于水中或潮湿环境中的重要结构物所选用的材料其软化系数不得小于0.85～0.90。因此软化系数大于0.85的材料，可认为是耐水的。干燥环境下使用的材料可不考虑耐水性。返回键材料名称密度g/cm3表观密度g/cm3堆积密度g/cm3钢材7.85————松木1.550.40~0.80——水泥2.80~3.20——900~1300砂2.662.651450~1650碎石（石灰石）2.60~2.802.601400~1700普通混凝土2.601.95~2.50——普通黏土砖2.6016.0~1.90——返回键第二节材料的力学性质一.强度及强度等级根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等，抗压、抗拉、抗剪强度的计算公式如下:f=F/A式中f—材料的强度，Mpa；F—材料破坏时的最大荷载，N；A—材料受力截面积，mm2。材料的抗弯强度用下式计算f弯=3FL/2bh~2不同种类的材料具有不同的抵抗外力的特点。相同种类的材料，其强度随孔隙率及宏观结构特征的不同有很大差异。一般说，材料的孔隙率越大，强度越低，两者有近似直线的比例关系，如图1-5所示。材料的强度除与组成和结构有关外，其强度值还受试件的形状、尺寸、表面状态、温度、湿度及试验时的加荷速度等因素影响，因此国家规定了试验方法，测定强度时应严格遵守。强度等级强度等级为了掌握材料的力学性质，合理选择材料，将材料按极限强度(或屈服点)划分成不同的等级，即强度等级。如石材、混凝土、红砖等脆性材料主要用于抗压，因此以其抗压极限强度来划分等级，而钢材主要用于抗拉，故以其屈服点作为划分等级的依据。“比强度”比强度是评价材料是否轻质高强的指标。它等于材料的强度与体积密度之比，其数值大者，表明材料轻质高强。二、脆性与韧性脆性材料在外力作用下，直至断裂前只发生很小的弹性变形，不出现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。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达几倍到几十倍。脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差，故常用于承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子、墩座等。属于此类的材料如石材、砖、混凝土、铸铁等。韧性材料在冲击、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致破坏的性质称为韧性（或冲击韧性）。建筑钢材、木材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击试验来检验。常用材料的强度表1-2材料的理论强度与实际强度材料在外力作用