第1章建筑材料的基本性质.

第1章建筑材料的基本性质材料的组成与结构材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性4321CONTENT内容大纲材料的组成与结构材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性4321CONTENT内容大纲1.1材料的组成与结构1.1.1材料的组成材料的组成分为化学组成、矿物组成及相组成。1、化学组成定义：是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。无机非金属材料含氧化物含量表示方法：无机金属材料化学元素含量有机材料各化合物含量1.1材料的组成与结构1.1.1材料的组成2、矿物组成定义：是指构成材料的矿物的种类和数量。其中，将无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能的组成结构称为矿物。矿物组成不同，即使化学组成相同材料性质不同（金刚石、石墨）1.1材料的组成与结构金刚石是全共价键，形成立体框架结构。石墨中碳原子的作用力有两类，片层结构中的碳与碳是以共价键相连，片层结构之间的作用力是范德华力，因此石墨能够滑动。1.1材料的组成与结构1.1.1材料的组成3、相组成定义：材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。自然界中的物质可分为气相、液相和固相。1.1材料的组成与结构材料的组成是决定材料性质的内在因素之一。1.1材料的组成与结构1.1.2材料的结构1、宏观结构定义：是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。尺寸范围：10-3m级以上分类：致密结构：完全没有或基本没有孔隙。（钢铁、玻璃）多孔结构：具有较多的孔隙，孔隙直径较大。（加气混凝土）微孔结构：具有众多直径微小的孔隙。（石膏制品）按孔隙特征1.1材料的组成与结构1.1.2材料的结构1、宏观结构分类：堆聚结构：材料中的颗粒通过胶结材料结合在一起（水泥混凝土）纤维结构：是木材、玻璃纤维制品特有的结构（木材、岩棉）层状结构：是板材常见的结构（胶合板）散粒结构：由单独的颗粒组成（混凝土骨料）按存在状态1.1材料的组成与结构堆聚结构：混凝土纤维结构：岩棉1.1材料的组成与结构层状结构：胶合板散粒结构：混凝土骨料1.1材料的组成与结构1.1.2材料的结构2、细观结构定义：是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。尺寸范围：10-3-10-6m3、微观结构定义：是指原子分子层次的结构。尺寸范围：10-6-10-10m1.1材料的组成与结构材料的结构是决定材料性质的内在因素之一。1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙1、孔隙形成的原因（1）水分子占据作用：建筑材料加水拌合，用水量通常超过理论上的用水量，多余的水分占据的空间即为孔隙。（2）外加的发泡作用：如生产加气混凝土等的各种发泡剂，可在材料中形成大量的孔隙。1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙1、孔隙形成的原因（3）火山爆发作用：火山爆发时喷到空中的岩浆，冷却后在岩石中形成大量的孔隙。（4）焙烧作用：材料中掺入的可燃材料在高温下燃烧掉而形成孔隙。1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙外加发泡作用：加气混凝土1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙焙烧作用：烧结砖1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙2、孔隙的类型（1）开口孔隙：与外界相连通的细小孔隙；（2）闭口孔隙：与外界不连通的细小孔隙；1.1材料的组成与结构1.1.3材料的孔隙3、孔隙对材料性质的影响（孔隙增多）（1）材料的体积密度减小；（2）材料受力的有效面积减小，强度降低；（3）导热系数减小；（4）透气性、透水性、吸声性、吸湿性、吸水性变大；材料的组成与结构材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性4321CONTENT内容大纲1.2材料的物理性质内容提要：1.2.1与质量有关的性质1.2.2与水有关的性质1.2.3与热有关的性质1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质1、密度5、密实度与孔隙率2、表观密度（视密度）6、填充率与空隙率3、体积密度7、压实度4、堆积密度1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质材料的体积组成：固体、孔隙绝对密实：V自然状态：V+V孔堆积状态：V+V孔+V空不同状态1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质1、密度定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。公式：ρ=m/vρ—材料的密度（g/cm3）；m—材料的质量（g）；绝干状态下的质量V—材料在绝对密实状态下的体积（cm3）。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质1、密度体积状况：绝对密实状态下的体积是指构成材料的固体物质本身的体积，或称实体积，不含孔隙在内的体积。（与材料孔隙无关）测定方法：测定有孔隙材料的密度，把材料磨成细粉消除内部孔隙；测定致密材料密度，采用排水法。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质2、表观密度（视密度）定义：材料在自然状态下不含开口孔隙时，单位体积的质量。公式：ρ’=m/v’，其中v’=v+vbρ’—材料的表观密度（g/cm3）；m—材料的质量（g）；绝干状态下的质量V’—材料在自然状态下不含开口孔隙时的体积（cm3）。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质2、表观密度（视密度）体积状况：构成材料的固体物质本身的体积与闭口孔隙体积之和，不含开口孔隙体积。（与材料内部闭口孔隙有关）测定方法：全干材料的排水体积（吸水饱和后）1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质3、体积密度定义：材料在自然状态下单位体积的质量。公式：ρ0=m/v0，其中v0=v+vb+vkρ0—材料的体积密度（g/cm3）；m—材料的质量（g）；V0—材料在自然状态下的体积（cm3）。1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质3、体积密度注意：材料的质量可以是任意状态下的，但必须说明含水情况。绝干状态下质量绝干体积密度气干状态下质量气干体积密度吸水饱和状态下质量吸水饱和体积密度不同状态下质量1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质3、体积密度体积状况：构成材料的固体物质本身的体积与闭口孔隙体积及开口孔隙体积之和。（与材料内部孔隙有关）测定方法：规则形状：直接测量外形尺寸；不规则形状：全干材料的排水体积，为了防止液体成分渗入材料内部，测定时表面涂蜡。1.2材料的物理性质1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质4、堆积密度定义：散粒状或粉状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。公式：ρ0’=m/v0’，其中v0’=v0+vvρ0’—材料的堆积密度（kg/m3）；m—材料的质量（kg）；V0’—材料的堆积体积（m3）;Vv—材料间空隙体积（m3）1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质4、堆积密度注意：材料的质量可以是任意状态下的，但必须说明含水情况。绝干状态下质量绝干堆积密度气干状态下质量气干堆积密度吸水饱和状态下质量吸水饱和堆积密度不同状态下质量1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质4、堆积密度体积状况：构成材料的固体物质本身的体积、孔隙及颗粒间空隙之和。（与材料内部孔隙和颗粒间空隙有关）测定方法：以材料填充容器的容积大小来测量1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质密度名称体积状况体积测量密度计算绝对密度材料自身体积（不含孔隙）磨成细粉消除内部孔隙，干粉排水法ρ=m/v表观密度外形体积（含闭口孔）全干材料的排水体积（吸水饱和后），v’=v+vbρ’=m/v’体积密度外形体积（含所有孔）测量几何外形；排水法v0=v+vb+vkρ0=m/v0堆积密度材料堆积体积（含材料间堆积空隙）材料填充容器的容积v0’=v0+vvρ0’=m/v0’同种材料：密度＞表观密度＞体积密度＞堆积密度1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质5、密实度与孔隙率（1）密实度定义：材料的固体物质的体积占总体积的比例。公式：D=V/V0×100%=ρ0/ρ×100%ρ0为绝干状态下体积密度1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质ρ0为绝干状态下体积密度5、密实度与孔隙率（2）孔隙率定义：材料中孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：P=（V0-V）/V0×100%=（1-V/V0）×100%=（1-ρ0/ρ）×100%=（1-D）×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质ρ0为绝干状态下体积密度5、密实度与孔隙率①开口孔隙率定义：材料中开口孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：Pk=（V0-V’）/V0×100%=（1-V’/V0）×100%=（1-ρ0/ρ’）×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质5、密实度与孔隙率②闭口孔隙率定义：材料中闭口孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。公式：Pb=P-Pk1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质6、填充率与空隙率（1）填充率定义：材料在自然堆积状态下，颗粒实体体积占堆积体积的百分率。公式：D’=V0/V0’×100%=ρ0’/ρ0×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质6、填充率与空隙率（2）空隙率定义：材料在自然堆积状态下，颗粒间的体积占堆积体积的百分率。公式：P’=（V0’-V0）/V0’×100%=（1-V0/V0’）×100%=（1-ρ0’/ρ0）×100%=（1-D’）×100%1.2材料的物理性质1.2.1与质量有关的性质7、压实度定义：散粒状材料被压实的程度。公式：Ky=ρ’/ρm’×100当散粒状材料经充分压实后，其堆积密度值达到最大干密度，相应的空隙率值已达到最小值，此时的堆积体最为稳定。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质1、亲水性与憎水性2、吸水性与吸湿性3、耐水性4、抗渗性5、抗冻性1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质1、亲水性与憎水性定义：材料在空气中与水接触时，根据其能否被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类。表示方法：润湿角θ。当θ≤90º时，为亲水性材料；当θ＞90º时，为憎水性材料。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质1、亲水性与憎水性1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质1、亲水性与憎水性亲水与憎水的原因：水关系水与材料状态内聚力＜吸引力水被吸附内聚力＞吸引力水不被吸附1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性（1）吸水性定义：材料在水中吸收水分的能力。表示方法：质量吸水率（Wm）和体积吸水率（Wv）。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性①质量吸水率（Wm）定义：材料在吸水饱和时，所吸水量占材料干质量的百分率。公式：Wm=（mb-m）/m×100%取值范围：≥1或＜1Wm—材料的质量吸水率（%）；mb—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）。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性②体积吸水率（Wv）定义：材料在吸水饱和时，吸水体积占材料自然体积的百分率。公式：Wv=（mb-m）/（V0×ρw）×100%=Pk取值范围：＜1质量吸水率与体积吸水率之间的关系：Wv=Wm×ρ01.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性②体积吸水率（Wv）吸水率主要与材料的孔隙率，特别是开口孔隙率有关，并与材料的亲水性和憎水性有关。由于封闭孔隙不吸水（常压下），而是开口孔隙吸水。因此可以认为，当材料吸水饱和时，材料所吸水的体积与开口孔隙的体积相等，可得Wv=Pk。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性（1）吸水性影响因素：亲水性、孔隙率、孔隙特征亲水性、孔隙率、微细连通孔吸水性材料钢铁花岗岩混凝土粘土砖木材吸水率00.5~0.72~38~20＞1001.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性（2）吸湿性定义：材料在空气中吸收水分的性质。表示方法：含水率（Wh）1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性（2）吸湿性公式：Wh=（ms-mg）/mg×100%Wh—材料的含水率（%）；ms—材料在吸湿状态下的质量（g或kg）;mg—材料在绝对干燥状态下的质量（g或kg）。1.2材料的物理性质1.2.2与水有关的性质2、吸水性与吸湿性（2）吸湿性影响因