材料――基本性质(建筑材料)

1.1.2材料的密实度与孔隙率(1)密实度(density)(2)孔隙率(porosity)1.1.3材料的填充率与空隙率（散粒体）(1)填充率(fillingratio)(2)空隙率(voidsratio,voidcontent,voidvolume)表1.1常用材料的密度、表观密度、堆积密度及孔隙率1.2材料与水有关的性质1.2.1材料的亲水性与憎水性(1)亲水性（被水润湿）(hydrophilicnature)(2)憎水性（润湿角θ90°）(hydrophobicnature)–1.2.2材料的吸水性与吸湿性•(1)吸水性(waterabsorptivity)»吸水率(waterabsorption)•(2)吸湿性(hydroscopicnature)»含水率(moisturecontent)1.2.3材料的耐水性(抗水性)(waterresistance)软化系数(softeningcoefficient)1.2.4材料的抗冻性与抗渗性(1)抗冻性(frostresistance)水结冰时体积约增大9％，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环(freezingandthawingcircle)抗冻标号(grade)D15(Dong)→F15(Freeze)(2)抗渗性(impermeability)渗透系数(coefficientofpermeability)抗渗等级（抗渗标号）S(Shen)→P(Permeate)1.3材料的基本力学性质1.3.1材料的强度(strength)(1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(2)材料的抗弯强度表1.2常用材料的强度/MPa1.3.2材料的弹性与塑性1.3.3材料的脆性与韧性1.4材料的热工、声学、光学性质及材料的耐久性1.4.1材料的热工性质(1)材料的导热性导热系数影响材料导热系数的主要因素①物质构成②微观结构③孔隙构造④湿度⑤温度⑥热流方向(2)材料的热容量(heatcapacity)比热容(3)耐燃性（防失火）(flameresistance)材料根据耐燃性可分为三大类：1)不燃烧类2)难燃烧类3)燃烧类(4)耐火性（耐高温）（耐热性）(fireresistance)按耐火性高低可将材料分为以下3类：1)耐火材料2)难熔材料3)易熔材料1.4.2材料的声学性质(1)吸声性(soundabsorption)吸声系数(sound-absorptioncoefficient)(2)隔声性（与吸声不同）(soundinsulation)1.4.3材料的光学性质(opticalproperties)材料的颜色、光泽、透明度、表面组织、形状尺寸，建筑物采光、立体造型、明暗对比等1.4.4材料的耐久性(durability)作用于材料的自然因素和有害介质可概括为以下几个方面：(1)物理作用(2)化学作用(3)生物作用1.5材料的装饰性1.色彩2.光泽3.透明性4.表面质感5.形状尺寸1.6材料的组成、结构与构造及其对材料性质的影响1.6.1材料的组成(1)化学组成(chemical)(2)矿物组成(mineral)(3)相组成(phase)1.6.2材料的结构和构造(structure&constitution)(1)宏观结构(环境的尺度,grandview)(2)粗观(＞mm的尺度,macro-structure)1)致密结构(densestructure)2)多孔结构(porousstructure)3)纤维结构(fibrousstructure)4)层状结构(layeredstructure,stratifiedstructure)(3)细观结构(亚微观结构)(μm尺度,submicro)金属材料的金相组织木材的木纤维混凝土内的微裂缝等(4)微观结构(原子、分子尺度,micro-structure)1)晶体(crystal)①原子晶体(atomiccrystal)②离子晶体(ioniccrystal)③分子晶体(molecularcrystal)④金属晶体(metalcrystal)2)玻璃体(glass)3)胶体(gel)(5)构造——材料的搭配组合(constitution)思考题(1)当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密度、强度、吸水率、抗冻性及导热性是下降、上升还是不变?(2)材料的密度、近似密度、表观密度、堆积密度有何差别?(3)材料的孔隙率和空隙率的含义如何?如何测定?了解它们有何意义?(4)亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的?举例说明怎样改变材料的亲水性与憎水性?(5)普通粘土砖进行抗压实验，浸水饱和后的破坏荷载为183kN，干燥状态的破坏荷载为207kN(受压面积为115mm×l20mm)，问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触的部位?(6)塑性材料和脆性材料在外力作用下，其变形性能有何区别?(7)材料的耐久性应包括哪些内容?(8)建筑物的屋面、外墙、基础所使用的材料各应具备哪些性质?ENDOFTHISCHAPTER附录材料的密度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；m——材料在干燥状态的质量，g；V——材料的绝对密实体积，cm3。1.1Vm材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0——表观密度，kg／m3；m——材料的质量，kg；V0——材料在自然状态下的外形体积，m3。2.100Vm材料为散粒或粉状，如砂、石子、水泥等，在堆积状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：——材料的堆积密度，kg／m3；m——材料的质量，kg；——材料的自然(松散)堆积体积(包括材料颗粒体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。材料的堆积密度3.1'0'0Vm'0'0V材料的密实度材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：4.1%100%10000DVVD或材料的孔隙率材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：即：D＋P=1或密实度＋孔隙率=1。5.1%100)1(10000VVVVVP材料的填充率散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。按下式计算：6.1%100'%100''0'0DVVD或材料的空隙率散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算：即：D’＋P’=1或填充率＋空隙率=1。7.1%100)1(1''0'0'0'0VVVVVP材料的吸水率（质量、体积）材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，即式中：W——材料质量吸水率，%；m——材料干燥状态下质量，g；m1——材料吸水饱和状态下质量，g。8.1%1001mmmWm%10011wvmmmW材料的含水率材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示，即式中：W含——材料质量吸水率，%；m含——材料含水时的质量，g；m——材料干燥状态下的质量，g。9.1%100mmmW含含材料的软化系数材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即式中：KP——材料的软化系数；fw——材料在吸水饱和状态下的强度，MPa；f——材料在干燥状态下的强度，MPa。10.1ffKwP材料的渗透系数材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，用渗透系数表示，即式中：K——渗透系数，cm／h；Q——透水量，cm3；d——试件厚度，cm；A——透水面积，cm2；t——渗水时间，h；H——静水压力水头，cm。11.1AthQdK材料的抗渗等级P=10H－1式中：P——抗渗等级；H——试件开始渗水时的水压力，MPa。S(Shen)→P(Permeate)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(compressive,tensileandshearstrength)材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算：式中：f——材料的强度，MPa；Fmax——破坏时最大荷载，N；A——受力截面面积，mm2。12.1maxAFf材料的抗弯强度(bendingstrength)1)二分法。将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则抗弯强度按下式计算：2)三分法。在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载，则抗弯强度按下式计算：式中：fm——抗弯强度，MPa；Fmax——弯曲破坏时最大荷载，N；b、h——试件横截面的宽及高，mm；L——两支点间的距离，mm。13.1232maxbhLFfm14.12maxbhLFfm材料的弹性与塑性、脆性与韧性弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，变形能完全消失的性质。(elasticity)塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状，并不产生裂缝的性质。(plasticity)•脆性：材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。(brittleness,fragility)•韧性：材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。(fracturetoughness)材料的导热系数(coefficientofthermalconduction)材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即式中：λ——导热系数，W／(m·K)；Q——总传热量，J；a——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。15.112TTAtQa可将本式与材料的渗透系数定义式比较理解和记忆材料的比热容(specificheatcapacity)材料受热(或冷却)时吸收(或放出)热量的性质称为材料的热容量，用比热容表示，即式中：C——材料比热容，J/(g·K)Q——材料吸收或放出的热量，J；m——材料的质量，g；T2—T1——材料受热或冷却前后温差，K。16.112TTmQC材料的吸声系数(acousticalcoefficient)声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数(α)，即式中：Ea——穿透材料的声能；Eτ——材料消耗的声能；E0——入射到材料表面的全部声能。17.10EEEa