第一章 建筑材料的基本性质

2006年2月西安欧亚学院建工系第一章建筑材料的基本性质主要授课内容：材料的化学组成、结构与构造材料的物理性质材料的力学性质材料的耐久性第一章建筑材料的基本性质主要授课内容2006年2月西安欧亚学院建工系第一节材料的化学组成、结构与构造一、材料的化学组成材料的化学组成是决定材料性质的内在因素之一。主要包括：元素组成和矿物组成。材料的元素组成主要是指其化学元素的组成特点。材料的矿物组成主要是指元素组成相同，但分子团组成形式各异的现象。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造2006年2月西安欧亚学院建工系二、材料的微观结构材料的性质与材料内部的结构有密切的关系。材料的结构主要分成：宏观结构、显微结构、微观结构。微观结构是指原子、分子层次的结构,可用电子显微镜和X射线来分析研究该层次上的结构特征。材料的许多物理性质，如强度、硬度、弹塑性、熔点、导热性、导电性等都是由其微观结构所决定。微观结构层次上，材料分为晶体、玻璃体、胶体。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造61010~1061010~102006年2月西安欧亚学院建工系1．晶体质点（离子、原子、分子）在空间上按特定的规则呈周期性排列时所形成的结构称为晶体结构。碳素钢晶体，质点相对密集程度较高，又以金属键联结，结合力强，故钢材具有较高的强度、很大的塑性变形能力。硅酸盐矿物材料（如陶瓷）的复杂晶体结构（基本单元为硅氧四面体），质点相对密集程度不高，且大多以共价键联结，结合力较弱，故这类材料的强度较低，变形能力差，呈现脆性。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系2．玻璃体将熔融物质迅速冷却（急冷），使其内部质点来不及作有规则的排列就凝固，这时形成的物质结构即为玻璃体，又称为无定形体或非晶体。玻璃体的结合键为共价键与离子键，构成玻璃体的质点在空间上呈非周期性排列。玻璃体无固定的几何外形，具有各向同性，破坏时也无清晰的解理面，加热时无固定的熔点，只出现软化现象。同时，因玻璃体是在快速急冷下形成的，故内应力较大，具有明显的脆性，例如玻璃。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系3．胶体物质以极微小的质点分散在介质中所形成的结构称为胶体。分散粒子一般带有电荷（正电荷或负电荷），而介质带有相反的电荷，从而使胶体保持稳定性；胶体的质点很微小，总表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，所以胶体具有较强的粘结力。硅酸盐水泥主要水化产物的最后形式就是干凝胶体。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系三、材料的构造材料在宏观可见的层次上的组成形式称为构造。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造材料致密状构造纤维状构造层状构造颗粒状构造微孔状构造多孔状构造2006年2月西安欧亚学院建工系1.致密状构造密实结构材料内部基本上无孔隙，结构致密。特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗性和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差。如钢材、天然石材、玻璃、玻璃钢等。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系2.多孔状构造多孔结构材料内部存在大体上呈均匀分布的独立或部分相通的孔隙，孔隙率较大。具有多孔结构的材料，其性质决定于孔隙的特征、多少、大小及分布情况。一般来说，这类材料的强度较低，抗渗性和抗冻性较差，吸水性较大，绝热性较好。如加气混凝土、石膏制品、烧结普通砖等。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系3.微孔状构造微孔状结构具有众多直径微小的孔隙，通常密度和导热系数较小，有良好的隔声吸声性能和吸水性，抗渗性能较差。石膏制品，烧结砖具有典型的微孔状构造。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系4.颗粒状构造颗粒状构造材料是指呈松散颗粒状的材料。颗粒有密实颗粒与轻质多孔颗粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密、强度高，适合做承重的混凝土骨料；后者如陶粒、膨胀珍珠岩等，因其多孔结构，适合做绝热材料。颗粒状构造的材料，颗粒间存在大量的空隙，其空隙率主要取决于颗粒级配。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系5.纤维状构造纤维结构材料的内部组成有方向性，纵向较紧密而横向较疏松，组织中存在相当多的孔隙。纤维结构材料的性质具有明显的方向性，一般平行纤维方向的强度较高，导热性较好。如木材、玻璃纤维、石棉等。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系6.层状构造层状结构材料具有叠合结构，用胶结料将不同的片状材料或具有各向异性的片状材料胶合成整体。每一层的材料性质不同，但叠合成层状构造的材料后，可获得平面各向同性，更重要的是可以显著提高材料的强度、硬度、绝热性或装饰性等性质，扩大其使用范围。如胶合板、纸面石膏板、塑料贴面板等。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造返回2006年2月西安欧亚学院建工系四、建筑材料的孔隙材料实体内部和实体间常常部分被空气所占据，一般称材料实体内部被空气所占据的空间为孔隙，而材料实体之间被空气所占据的空间为空隙。孔隙率是指孔隙在材料体积中所占的比例。一般孔隙率越大，材料的密度越小、强度越低、保温隔热性能越好、吸声隔热能力越高。第一章建筑材料的基本性质第一节化学组成、结构与构造2006年2月西安欧亚学院建工系第二节材料的物理性质一、材料与质量有关的性质1.材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质密度实际密度表观密度体积密度堆积密度根据材料所处的体积状况不同密度：物质单位体积的质量2006年2月西安欧亚学院建工系（1）实际密度（简称密度）实际密度公式：第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质Vm（1-1）3/cmgmgV3cm——材料的密度()——材料的重量()——材料在绝对密实状态下的体积()2006年2月西安欧亚学院建工系实际密度测定：材料在绝对密实状态下的体积，指不包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积，亦称实体积。土木工程材料除钢材、玻璃等外，绝大多数材料均含有一定孔隙。测定有孔隙的材料密度时，须将材料磨成细粉（粒径小于0.20mm），经干燥后用李氏瓶测得其实体积。材料磨得愈细，测得的密度值愈精确。磨成细粉用密度瓶测体积--密度致密的不规则散粒材料--排水法第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质返回2006年2月西安欧亚学院建工系（2）表观密度包含孔隙在内--水分影响密度--干密度。表观密度公式：第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质——材料的表观密度()——材料的重量()——材料的表观体积()''Vm''Vm3/cmgg3cm（1-2）2006年2月西安欧亚学院建工系表观密度测定：材料表观密度的大小与其含水情况有关。当材料含水率变化时，其重量和体积均有所变化。因此测定材料表观密度时，须同时测定其含水率，并予以注明。通常材料的表观密度是指气干状态下的表观密度。在烘干状态下的表观密度称为干表观密度。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质返回2006年2月西安欧亚学院建工系（3）体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量。材料在自然状态下单位体积的重量称为材料的体积密度（原称容重，道路工程中亦称为毛体积密度）。体积密度公式：3cm第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质00Vm03/cmgm0V——体积密度()——材料的重量()——材料在自然状态下的体积()(1-3)g2006年2月西安欧亚学院建工系体积密度测定：材料在自然状态下的体积是指包含材料内部开口孔隙和闭口孔隙的体积。对于外形规则的材料，其表观密度测定很简便，只要测得材料的重量和体积（可用量具量测），即可算得。不规则材料的体积要采用排水法求得，材料表面应预先涂上蜡，以防止水分渗入材料内部而使所测结果不准。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质返回2006年2月西安欧亚学院建工系（4）堆积密度粉状、粒状、纤维状材料在堆积状态下，单位体积所具有的质量。堆积密度公式：第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质'0'0Vm(1-3)'03/cmkg——散粒材料的堆积密度（）——散粒材料的重量（）mg'0V——散粒材料在自然堆积状态下的体积（）3m2006年2月西安欧亚学院建工系堆积密度测定：散粒材料在自然堆积状态下的体积，是指既含颗粒内部的孔隙，又含颗粒之间空隙在内的总体积。散粒材料的体积可用已标定容积的容器测得。砂子、石子的堆积密度即用此法求得。若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。由于大多数材料或多或少含有一些孔隙，故一般材料的表观密度总是小于密度。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质返回2006年2月西安欧亚学院建工系2．材料的密实度和孔隙率（1）密实度固体物质的体积占总体积的百分率称为密实度，反映材料体积内被固体物质所充实的程度。（1-5）第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质2006年2月西安欧亚学院建工系（2）孔隙率材料内部孔隙体积占总体积的百分率称为材料的孔隙率（P）。（1-6）第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质2006年2月西安欧亚学院建工系材料孔隙率的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率小，则密实程度高。按孔隙的特征，材料的孔隙可分为连通孔和封闭孔两种。连通孔不仅彼此贯通且与外界相通，而封闭孔彼此不连通且与外界隔绝。按孔隙的尺寸大小，又可分为微孔、细孔及大孔三种。一般而言，孔隙率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗渗性和抗冻性较好。密实度＋孔隙率＝1第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质2006年2月西安欧亚学院建工系3.填充率与空隙率（1）填充率散粒状材料在其堆积体积中，被颗粒实体体积填充的程度，称为填充率。（1-7）第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质2006年2月西安欧亚学院建工系（2）空隙率散粒材料堆积体积中，颗粒间空隙体积所占总体积的百分率称为空隙率。'P（1-8）空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的密实程度。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质2006年2月西安欧亚学院建工系二、材料与水有关的性质1.亲水性与憎水性2.吸水性3.吸湿性4.耐水性5.抗渗性6.抗冻性第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质2006年2月西安欧亚学院建工系1.亲水性与憎水性当材料在空气中与水接触时可以发现，有些材料能被水润湿，即具有亲水性；有些材料则不能被水润湿，即具有憎水性。与水接触时，材料与水之间的分子亲合力大于水本身分子间的内聚力，材料表现为亲水性；材料与水之间的分子亲合力小于水本身分子间的内聚力，材料表现为憎水性。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质原因2006年2月西安欧亚学院建工系材料被水湿润的情况可用润湿边角θ表示。当θ≤90度时（如图1-2-1a），材料表面吸附水，材料能被水润湿而表现出亲水性，称为亲水性材料；θ＞90度时（如图1-2-1b），材料表面不吸附水，称为憎水性材料。当θ=0度时，表明材料完全被水润湿。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质图1-2-1：润湿边角2006年2月西安欧亚学院建工系亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而渗入材料内部。憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。土木工程材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等，只有少数材料如沥青、石蜡及某些塑料等为憎水性材料。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质返回2006年2月西安欧亚学院建工系（1）质量吸水率即材料在吸水饱和时，其内部所吸收水分的质量占材料干质量的百分率。第一章建筑材料的基本性质第二节材料的物理性质2.吸水性（浸水状态下）材料在水中吸收水分的性质称为吸水性,用吸水率表示。%100112