建筑材料基本性质精品课

石家庄铁道学院材料科学与工程分院第二章建筑材料的基本性质建筑材料石家庄铁道学院材料科学与工程分院第一节材料的组成、结构和构造第二节材料的物理性质第三节材料的力学性质第四节耐久性主要内容石家庄铁道学院材料科学与工程分院第一节材料的组成与结构组成化学组成矿物组成相组成结构宏观结构微观结构细观结构石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。表示方法：--金属材料以各化学元素含量表示--无机非金属材料以各氧化物含量表示--有机材料以各化合物的含量表示意义:化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学性质的主要因素之一举例化学组成石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。意义:也是决定无机非金属材料化学性质、物理性质、力学性质和耐久性的重要因素之一。举例:如硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸三钙含量越多，硅酸盐水泥的早期强度越高，水化热越大，因此不适用于冬季施工。矿物组成石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：材料中结构相近性质相同的均匀部分矿物。例如，自然界中的物质可以分为气、固、液三大相同一种材料可以由多相的相组成。例如建筑钢材就有铁素体、渗碳体和珠光体，它们的比例不同，就能生产出不同强度和塑性的钢材。两种或以上相组成的材料是复合材料。混凝土可认为由集料颗粒（集料相）分散在水泥浆体（基相）中组成的两相复合材料；钢筋混凝土又可认为是钢筋和混凝土两相的复合材料。相组成石家庄铁道学院材料科学与工程分院相同组成材料，其的性能是相同的？解答：例如同是二氧化硅成分组成的材料，蛋白石是无定型二氧化硅，石英是结晶型二氧化硅。它们的分子结构不同，因而它们的性质不同。石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织（毫米级及以上）分类（孔和构成形态）致密结构多孔结构纤维结构宏观结构层状结构散粒结构纹理结构石家庄铁道学院材料科学与工程分院致密结构致密构造的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。大理岩的致密表面图石家庄铁道学院材料科学与工程分院多孔结构多孔构造的材料其内部存在大体上呈均匀分布的独立的或部分相通的孔隙，含孔率较高。性质：强度较低，抗渗性和抗冻性较差，绝热性较好。如：加气混凝土、石膏制品、烧结普通砖等。加气混凝土砌块的多孔构造图石家庄铁道学院材料科学与工程分院纤维结构纤维构造的材料内部组成有方向性，纵向较紧密而横向疏松，组织中存在相当多的孔隙.性质:具有明显方向性，一般平行纤维方向的强度较高，导热性较好。如：木材、竹、玻璃纤维、石棉等。竹的纤维构造图石家庄铁道学院材料科学与工程分院层状结构层状构造的材料具有叠合结构，是用胶结料将不同的片材或具有各向异性的片材胶合而成整体。性质：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、绝热或装饰等性质，扩大其使用范围。如：胶合板、纸面石膏板塑料贴面板等。胶合板的层状构造图石家庄铁道学院材料科学与工程分院散粒结构散粒状构造指呈松散颗粒状的材料。密实颗粒：如砂子、石子等，因其致密，强度高，适合做承重的混凝土骨料。轻质多孔颗粒：如陶粒、膨胀珍珠岩等，因具多孔结构，适合做绝热材料。陶粒的粒状构造图石家庄铁道学院材料科学与工程分院纹理结构天然材料在生长或形成过程中，自然造成的天然纹理，如木材、大理石、花岗石等板材人工制造材料时特意造成的纹理，如瓷质彩胎砖、人造花岗石板材等，这些天然或人工造成的纹理，使材料具有良好的装饰性。目前广泛采用仿真技术，已研制出多种纹理的装饰材料。大理石的纹理结构图石家庄铁道学院材料科学与工程分院亚微观结构也称作细观结构指用光学显微镜所看到的结构是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式其尺寸范围在10-3～10-6m。该结构主要研究：材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。细观结构石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究原子、分子层次的结构意义：决定着材料的许多物理、力学性质，如强度、硬度、熔点、导热性、导电性等分类分类晶体非晶体（玻璃体）胶体微观结构石家庄铁道学院材料科学与工程分院其内部质点按照特定的规则在空间周期性排列具有特定的几何外形和固定的熔点固定熔点按晶体的质点间结合键的特性，晶体又分为：原子晶体分子晶体离子晶体金属晶体晶体石家庄铁道学院材料科学与工程分院也称玻璃体，是熔融物在急速冷却时，质点来不及作有规则的排列而形成的无定形体近程有序，远程无序具有各向同性，没有固定的熔点具有化学不稳定性，容易与其他物质反应或自行缓慢地向晶体转换。如在水泥、混凝土中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等均属玻璃体，在有水存在条件下，它们能与石膏、石灰发生反应，生成具有水硬性的产物。非晶体石家庄铁道学院材料科学与工程分院晶体非晶体（玻璃体）石家庄铁道学院材料科学与工程分院是指以极微小的质点（1～100μm）分散在介质中所形成的结构具有较强的粘结力：原因：由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，例如：胶体硅酸盐水泥水化产物中的胶体将砂石粘结在一起形成整体，就形成了混凝土。胶体在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。正是由于硅酸盐水泥的主要水化产物是凝胶体，混凝土的徐变就是由于水泥凝胶体而产生的。胶体石家庄铁道学院材料科学与工程分院某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要求，但施工单位将硅粉理解为磨细石英粉，生产中加入的磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效果不好，水泥浆体成分不均，请分析原因。案例分析石家庄铁道学院材料科学与工程分院硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净浆施工性能。磨细石英粉的化学组成也为SiO2，微观结构为晶体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结构不同，导致材料的性能差异明显。讨论：石家庄铁道学院材料科学与工程分院组成+结构共同决定性质:组成不同，性质不同如，混凝土与钢材。组成相同，结构不同，性能也不同。如：C有三种形态——不定型碳、石墨和金刚石。小结从组成和结构上来研究建筑材料的性质，才能深入其本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着重要的意义。石家庄铁道学院材料科学与工程分院第二节材料的物理性质一、与材料积体相关概念二、材料的密度、表观密度、堆积密度三、密实度、孔隙率四、填充率、空隙率五、与水有关的性质六、热工性能石家庄铁道学院材料科学与工程分院一、与材料体积有关的几个概念1、材料结构1.固体（实体）2.闭口孔隙3.开口孔隙固体（实体）孔闭口孔隙开口孔隙2、材料的体积体积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。绝密体积、表观体积、堆积体积石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：干材料在绝对密实状态下的体积，即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。表示方法：以Ｖ表示测定方法：比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其于绝对密实状态下，直接测其体积；一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积绝密体积石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：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）。表示方法：以Ｖ0表示。测定方法对形状规则的材料，直接测量；对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量表观体积石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。表示方法：以V’表示测定方法：包括了材料间的空隙体积用既定容积的容器测定。与堆积状态有关（同一材料）松散堆积下的体积较大密实堆积状态下的体积较小堆积体积石家庄铁道学院材料科学与工程分院二、材料的密度、表观密度、堆积密度定义：材料在绝对密实状态下单位体积的重量。计算式：=m/v式中：——密度（kg/m3）m——材料的干燥质量，kg。v——材料在绝对密实状态下的体积，m3测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。密度石家庄铁道学院材料科学与工程分院有孔材料密度的测定石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：表观密度在自然状态下，材料单位体积的重量计算式：式中。——表观密度，kg/m3。m——材料的质量，kg。V。——材料在自然状态下的体积，m3。测定方法：规则试件：几何计算法；不规则试件：蜡封，饱和排水法与含水状态的关系：含水量越大，表观密度越小。表观密度mV石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：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。计算式：测定方法：粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。意义：在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。堆积密度''mV石家庄铁道学院材料科学与工程分院几种密度的特点：相同点：指单位体积质量。（质量/体积）区别：测试方法不同，获得体积大小不同体积的测试方法：实体体积——李氏比重瓶法或排水法(粉末)表观体积（实体＋闭口＋开口）—规则试件：几何计算法；—不规则试件：蜡封，饱和排水法堆积体积(实体＋闭口＋开口＋间隙)——密度筒法小结石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。计算式：密实度三、密实度、孔隙率%100%100000mmVVD定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例计算式：孔隙率%1001%1001%1000000P石家庄铁道学院材料科学与工程分院孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关系？材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度石家庄铁道学院材料科学与工程分院观察与讨论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石家庄铁道学院材料科学与工程分院讨论：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材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。石家庄铁道学院材料科学与工程分院某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅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。案例分析石家庄铁道学院材料科学与工程分院分析：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。石家庄铁道学院材料科学与工程分院定义：指指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。计算式：填充率四、填充率、孔隙率定义：指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积