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第四讲 建筑材料篇,第16章 建筑材料的基本性质,材料的物理性质 材料的力学性质 材料与水有关的性质 材料的热工性,16.1 材料的物理性质,固体物质,闭口孔隙,开口孔隙,材料体积组成示意图,一、材料的密度、表观密度和堆积密度,定义 指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 公式 式中：密度，g/cm³ m 材料在干燥状态下(105+5烘干至恒重）的质量，g v材料在绝对密实状态下的体积，cm³ 测试方法 将岩石粉碎磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得的体积越接近真实体积。,密 度,定义 指材料在自然状态下，单位体积的质量。 公式 式中：0表观密度，g/cm³或Kg/m³ m材料的质量，g或Kg v0材料自然状态下的体积，cm³或m³,表观密度,定义 粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。 公式 式中： o´堆积密度，Kg/m³ m 材料的质量，Kg vo´材料的堆积体积，m³,堆积密度,常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度,密实度,定义 材料体积中固体物质充实的程度。 公式 密实度反映材料的密实程度，D越大，材料越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。,二、材料的密实度和孔隙率,孔隙率,定义 材料体积中孔隙体积所占的比例。 公式 孔隙率与密实度的关系：P+D=1 材料的密实度和孔隙率是从不同方面反映材料的密实程度，通常采用孔隙率表示。,孔隙特征 孔隙构造 连通的孔： 彼此连通且与外界相通 封闭的孔： 相互独立且与外界隔绝 孔隙大小 微孔、细孔、大孔,填充率,定义 散粒材料在某种堆积体积内被其颗粒填充的程度。 公式,三、材料的填充率和空隙率,定义 散粒材料在某种堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例。 公式 空隙率与填充率的关系：P+D=1 空隙率的大小反映了散粒材料颗粒间相互填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂量的依据。,空隙率,16.2 材料的力学性质,材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力，称为强度。 当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。,强度,根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度。,材料受力示意图,(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲,材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：,式中：f材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPa F材料承受的最大荷载， A材料的受力面积，mm2,式中：f材料的抗弯(折)强度，MPa F材料承受的最大荷载， L两支点之间的距离，mm b材料受力截面的宽度，mm h材料受力截面的高度，mm,材料的抗弯强度的计算式为：,材料的强度主要取决于它的组成和结构。一般说材料孔隙率越大，强度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同。,材料在外力作用下产生变形，若除去外力后变形随即消失，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。不能恢复的变形称为塑性变形。,弹性与塑性,材料的弹性和塑性变形曲线,材料受力破坏时，无显著的变形而突然断裂的性质称为脆性。在常温、静荷载下具有脆性的材料称为脆性材料。 在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击韧性。,脆性与韧性,材料在空气中与水接触时，根据材料表面被水润湿的情况，分亲水性材料和憎水性材料两类。 当材料分子与水分子间的相互作用力大于水分子间的作用力时，材料表面就会被水所润湿。此时在材料、水和空气的三相交点处，沿水滴表面所引切线与材料表面所成夹角90°，这种材料属于亲水性材料。,16.3 材料与水有关的性质,亲水性与憎水性,如果材料分子与水分子间的相互作用力小于水本身分子间的作用力，则表示材料不能被水润湿。此时，润湿角90°180°，这种材料称为憎水性材料。 大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。,材料润湿边角,吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。 吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。 质量吸水率：,吸水性,体积吸水率：,材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙构造特征有关。,材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。 含水率为材料所含水的质量占材料干燥质量的百分比。计算式为：,吸湿性,材料在长期饱和水作用下不被破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示。 计算式为：,耐水性,抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。材料的抗渗性可用渗透系数表示。,抗渗性,材料的抗渗性也可以用抗渗等级Pn来表示。,抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用(冻融循环)而不被破坏，强度也无显著降低的性能。 材料的抗冻性用抗冻等级Fn表示。n表示材料试件经n次冻融循环试验后，质量损失不超过5%，抗压强度降低不超过25%。n的数值越大，说明抗冻性愈好。,抗冻性,材料传导热量的性能称为导热性。材料的导热性用导热系数表示。 导热系数的物理意义是指，单位厚度的材料，当两个相对侧面温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。,16.4 材料的热工性质,导热性,式中：材料的导热系数(W/(mK)。 Q传导的热量(J)。 d材料的厚度(m)。 A材料传热的面积(m2)。 z传热时间(s)。 t1t2材料两侧的温度差(K)。 材料的导热系数越小，其热传导能力越差，绝热性能越好。工程上把0.175W/(mK)的材料称为绝热材料。,材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。热容量用比热表示，1g材料温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量称为比热。比热的计算式为： 式中：Q材料的热容量(J)。 C材料的比热容，J/(gK)。 m材料的质量(g)。 t1t2材料受热或冷却前后的温差(K)。,热容量,比热容与材料质量的积，称为材料的热容量值，即材料温度上升1K须吸收的热量或温度降低1K所放出的热量。 材料比热容对保持室内温度稳定作用很大，比热容大的材料能在热流变化、采暖、空调不均衡时，缓和室内温度的波动；屋面材料也宜选用比热容大的材料。常用材料的热性质见下表。,常用材料的热性质指标,材料在温度变化时产生的体积变化。一般材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。 温度变形在单向尺寸上的变化称为线膨胀或线收缩，材料的热变形性常用线膨胀系数来衡量，其计算式如下：,热变形性,式中：线膨胀系数(1/K)。 L材料的变形量(mm)。 t2t1材料在升、降温前后的温度差(K)。 L材料原来的长度(mm)。 材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土木工程结构的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系其安全与稳定的重要因素。工程上常用预留伸缩缝的办法来解决温度变形问题。,