第1章建筑材料的基本性质

1第一章建筑材料的基本性质石家庄铁道大学材料科学与工程学院2012年9月制作土木工程材料2基本要求材料的基本物理性质材料的基本力学性质材料与水有关性质材料的组成和结构主要内容土木工程材料3基本要求教学目标掌握材料的基本物理性质、与水有关性质和力学性质；了解材料组成与结构教学重点各种物理性质和力学性质的基本概念、表示方法、性质测定方法；土木工程材料4材料体积绝对体积、表观体积和堆积体积密度、表观密度和堆积密度孔隙率和空隙率第一节材料的基本物理性质土木工程材料5一、材料与质量有关的性质材料的体积构成材料体积(Volumeofmaterials)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——孔隙体积土木工程材料6一、材料与质量有关的性质绝对密实体积(theabsolutevolumeofmaterials)干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。表观体积(therelativevolumeofmaterials)材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0表示。形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。土木工程材料7似体积对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。材料的堆积体积粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以表示。测量:材料的堆积体积，常以材料填充的容器大小衡量0V土木工程材料8颗粒材料体积土木工程材料9二、密度、表观密度和堆积密度密度表观密度堆积密度土木工程材料10定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。mV计算式：测定方法：李氏瓶法、排水法。注意：测试时，材料必须是绝对干燥状态。1.密度(specificdensity)绝对密实材料绝密体积：材料在绝对密实状态下的体积。不包括内部孔隙的体积。如图：土木工程材料11李氏瓶法1.密度(specificdensity)试验演示土木工程材料12定义：材料在自然状态下单位体积的质量。表观体积：整体材料的外观体积V0（如图）（V0=闭口孔+开口孔+实体）计算公式：测定方法规则材料：几何法不规则材料：蜡封排液法2.表观密度(relativedensity)00Vm规则材料开口孔闭口孔土木工程材料13定义指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积状态下单位体积的重量。堆积体积V‘0：即容器的容积。V‘0=V0+空隙体积计算式：测试方法：密度筒法3.堆积密度(bulkdensity)''00Vm颗粒状材料V‘0土木工程材料14土木工程中常用材料密度土木工程材料15问题？对于某一种材料来说，其密度、表观密度和堆积密度之间的相互关系怎样？答：密度＞表观密度＞堆积密度为什么？答：自然状态下的体积＝绝对密实体积＋孔隙体积；堆积体积＝密实体积＋孔隙体积＋空隙体积。土木工程材料16相同点均为单位体积的质量（质量/体积）。不同点各种密度值不同体积的测试方法不同，体积值不同实体体积V—李氏比重瓶法(粉末)表观体积（V0=V＋闭口＋开口）—规则试件：计算法；—不规则试件：饱和排液法堆积体积—密度筒法几种密度的比较土木工程材料17孔隙率空隙率密实度孔隙率填充率空隙率——单块材料——散粒状材料二、孔隙率与空隙率土木工程材料18密实度（D）定义材料体积内被固体物质充实的程度。计算公式：1)固体2,3)孔隙%100%100%10000VVD总体积实体体积1.孔隙率和密实度土木工程材料19孔隙率定义材料体积内孔隙体积所占总体积的比例，用符号P表示。孔隙分类按孔隙特征分按孔径大小分：粗空、细孔和微孔计算公式1)固体2）闭口孔3)开口孔%100)1(%100%10000oVVVP总体积孔隙体积1.孔隙率和密实度开口孔闭口孔土木工程材料201、某材料密度为2.65g/cm3，表观密度为2.53g/cm3，将表观体积为367cm3、重量为929g的该材料浸入水中，吸水饱和后称得重量为933g，问此材料的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率各为多少?(1）孔隙率：解：P=1-2.33/2.65=4.53%例题(2)开口孔隙率：（3）闭口孔隙率9.557.631.92%bkPPP4.53%-1.1%=3.43%%1.1%100367929957%100/)(%1000120VmmVVPwk00土木工程材料21填充率D’：散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。空隙率P’：散粒材料空隙体积占堆积体积的比例。%100%100%1000'0'00'VVD堆积体积颗粒体积%100)1(%100%1000'0'00'0'VVVP堆积体积空隙体积2.空隙率和填充率土木工程材料22在绝对密实状态在自然状态在堆积状态密度表观密度堆积密度孔隙率空隙率孔隙率和空隙率对比土木工程材料23作业某岩石的密度为2.66g/cm3，表观密度为2.59g/cm3，堆积密度为1720g/cm3，试计算该岩石的孔隙率和空隙率烧结普通粘土砖的尺寸为240mm×115mm×53mm,吸水饱和后重为2940g,烘干至恒重为2580g，现将该砖磨细并烘干后取50g，用李氏瓶测得其体积为18.58cm3，试求该砖的密度、表观密度、孔隙率及闭口孔隙率。土木工程材料24复习思考题？？何为土木工程材料，如何分类？谈谈你对建筑材料的认识。土木工程材料25亲水性与憎水性吸水性与吸湿性耐水性抗渗性三、材料与水有关性质土木工程材料26定义在空气中与水接触能够被水润湿的性质（见下图）。（1)亲水性亲水材料具有亲水性的材料成为亲水材料。例如混凝土、水泥、砂浆均属于亲水性材料。1.亲水性与憎水性材料被水润湿示意图土木工程材料27定义在空气中与水接触不能够被水润湿的性质（见下图）。憎水材料具有憎水性的材料成为憎水材料。如，沥青、石蜡、塑料等均属于憎水性材料。1.亲水性与憎水性（2)憎水性憎水性材料示意图土木工程材料28润湿边角θ：材料、空气和水三相接触角如下图。亲水性憎水性亲水性材料：θ≦90°;憎水性材料：90°＜θ＜180°（3）评定方法1.亲水性与憎水性土木工程材料291.亲水性与憎水性亲水性与憎水性演示图：土木工程材料30定义材料与水接触时，其内部孔隙会吸收水分，这种性质称为吸水性。指标（吸水率）质量吸水率：体积吸水率：二者关系：（1）吸水性%100001mmmWm%100001VVVWv0mvWW2.吸水性与吸湿性土木工程材料31定义材料吸收空气中水分的性质称为吸湿性。指标含水率；（2）吸湿性%100001mmmW2.吸水性与吸湿性土木工程材料32（3）影响因素材料通过内部开口或连通的孔隙吸收外部环境的水开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。2.吸水性与吸湿性土木工程材料331.为什么房屋一楼潮湿？如何解决？原因：地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，掺加引气剂对材料中的毛细管壁进行憎水处理。思考题土木工程材料342、某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量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。案例分析解答：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。土木工程材料353.耐水性广义定义：材料抵抗水破坏作用的能力。狭义定义：材料浸水饱和后不被破坏，强度也不显著降低的性质。指标：软化系数KR材料吸水饱和时的抗压强度,MPa材料干燥状态的抗压强度，MPaffKwR土木工程材料36用于水中、潮湿环境中的重要结构材料，应选用：软化系数＞0.85的材料；用于受潮湿较轻或次要结构的材料，则应选用软化系数≮0.75的材料耐水性材料选择：3.耐水性土木工程材料37例题1、某材料的抗压强度为28.0MPa，在水中吸水饱和后测得其强度为21.3MPa，问该材料能否用于长期与水接触的环境中？解：76.00.283.21ffKwR因此，不能用于长期与水接触的环境。＜0.85土木工程材料38抗渗等级or渗透系数定义：材料抵抗压力水渗透的性质。指标：4.抗渗性在一定时间t内，透过材料试件的水量Q，与试件的渗水面积A及水头差H成正比，与渗透距离(试件的厚度)d成反比。在标准试验方法下进行透水试验，以规定的试件在透水前所能承受的最大水压力来确定。土木工程材料39AtHQdK计算公式：A—透水面积cm2；t—透水时间，h；d—试件厚度，cm；H—压力水头，cm。Q—透水量cm3；（1）渗透系数K的物理意义：一定厚度的材料，在单位时间、单位水压、单位面积内的渗水量。渗透系数越小，表明抗渗性能越好。4.抗渗性土木工程材料40定义：指砼或砂浆所能承受的最大水压力。测试方法：6个试件中4个试件未出现渗水的最大水压力。表示方法：若最大承水压力为0.2MPa，表示为P2（2）抗渗等级4.抗渗性混凝土抗渗压力实验土木工程材料41导热性热容量四、材料的热工性质土木工程材料42定义：材料传导热量的能力。指标：导热系数λ1.导热性)(12TTAtQd式中：λ——材料的导热系数，W/（m·K）；Q——传导的热量，J；d——材料的厚度，m；A——材料传热的面积，m2；t——传热时间，h；（T2-T1）——材料两侧温度差，K土木工程材料43常用建筑材料的热工性质指标材料名称导热系数W/(m·K)比热J/(g·K)钢550.46玻璃0.9花岗岩3.490.92普通混凝土1.510.88水泥砂浆0.930.84普通粘土砖0.810.84粘土空心砖0.640.92松木0.17～0.352.51泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.604.19静止空气0.0231.导热性土木工程材料44材料的化学组成不同组成：金属材料﹥非金属材料﹥有机材料相同组成：晶体材料﹥微晶体材料﹥非晶体材料孔隙率和孔隙特征P↑，细小、闭口孔↑（λ固体物质＞λ空气），λ↓，保温隔热性↑；P↑，连通孔、粗孔↑（孔隙粗大或贯通，空气对流作用加强），λ↑，导热性↑，保温隔热性↓。影响导热性的因素：1.导热性土木工程材料45材料的温度和湿度T↑，将促使分子热运动加剧，λ↑。材料受潮后（λ水＞λ空气），λ↑，导热性↑，保温隔热性↓。材料受潮后再受冻(λ冰＞λ水)，λ进一步↑，保温隔热性进一步↓棉袄浸水后保暖性变差？影响导热性的因素：1.导热性土木工程材料462.热容量定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。表示方法：用比热容C表示。单位质量材料在温度变化1℃时，材料吸收或放出的热量。热容量=C×M意义：热容量↑，有利于保持室内温度的相对稳定。土木工程材料47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土木工程材料48解答：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