建筑材料的基本性质

,小田 www.iloveppt.org,*,绿色建筑材料讲义,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,小田 www.iloveppt.org,*,绿色建筑材料讲义,第三章 建筑材料的基本性质,绿色建筑材料,Green Building Materials,选择结构材料关注什么？,选择保温材料关注什么？,选择防水材料关注什么？,问题导入,小田 www.iloveppt.org,教学目标,通过本章的学习，了解在不同使用环境下，各类建筑材料的基本性质，并掌握各性质的,涵义,和影响这些性质的,因素,。并能联系工程中的实际应用，研究和改进材料的性质，对后面具体材料的学习作一个很好的铺垫。,小田 www.iloveppt.org,本章内容,3.1,建筑材料的,基本物理参数,3.2,建筑材料的,热学,性质,3.3,建筑材料的,力学,性质,3.4,建筑材料与,水,有关的性质,3.5,建筑材料的,耐久,性,3.6,建筑材料的,环境协调,性,小田 www.iloveppt.org,定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。,表达式：,=m/V （g/cm,3,）,m材料干燥时的质量（g）,V材料在,绝对密实,状态下的体积（cm,3,）,即不包括任何孔隙在内的体积。,意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。,V的测定：,a. 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积；,b. 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，用密度瓶测其实际体积。,密 度,是否存在绝对密实的材料？,2.1.1,3.1,建筑材料的基本物理参数,小田 www.iloveppt.org,定义：材料在,包含其内部闭口孔隙,条件下的单位体积所具有的质量。,表达式： （,g/cm,3,）或,(kg/m,3,),m,材料的质量（,g,或,kg,）,V,材料,在自然状态下,不含开口孔隙,的体积。,意义：实际密度的,近似密度,，测量某些较致密的不规则的散粒材料。,V,的测量：排水法，水中称重法。,表观密度,小田 www.iloveppt.org,定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。,表达式： （,g/cm,3,）或,(kg/m,3,),m,材料的质量（,g,或,kg,）,V,0,材料在,自然状态,下的体积，也称表观体积,(cm,3,或,m,3,),。包括材料孔隙在内的体积，既包括开口孔隙，也包括闭口孔隙。,意义：反映材料轻重的量，也与材料的强度有关，是选择结构材料和承重材料的依据。,V,0,的测量：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。,体积密度,小田 www.iloveppt.org,定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在自然,堆积状态,下，单位体积的质量。,表达式： （,kg/m,3,）,m,材料的质量（,kg,）,堆积体积（,m,3,）,的特点：,包括了,孔隙,及材料颗粒间的,空隙,体积。,的测定：用既定容积的容器测定。,堆积密度,小田 www.iloveppt.org,定义：在材料体积内，固体物质的体积占总体积的比例。,表达式：,密实度,小田 www.iloveppt.org,定义：材料体积内，孔隙体积占总体积的比例。,表达式：,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等。,孔隙率,小田 www.iloveppt.org,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？,A,B,小田 www.iloveppt.org,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。,小田 www.iloveppt.org,某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅,700 kg/m,3,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,小田 www.iloveppt.org,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。,小田 www.iloveppt.org,填充率,定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积占总体积的比例。,表达式：,2.1.3,小田 www.iloveppt.org,空隙率,定义：在散粒材料的堆积体积中，空隙体积占总体积的比例。,表达式：,小田 www.iloveppt.org,能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材料，其中包括,墙体节能、屋面节能和门窗节能,。,建筑节能,保温材料,热学性质,导热性,热容量,3.2,建筑材料的热学,(,工,),性质,小田 www.iloveppt.org,定义,：材料传导热量的能力（冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料阻碍热量传入室内）。,表示方法,：用导热系数,表示，导热系数的物理意义是：厚度为,1 m,的材料，当温度每改变,1 K,时，在,l h,时间内通过,1 m,2,面积的热量。用公式表示为,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，,m,2,；,t,传热时间，,h,； （,T,1,-,T,2,）,材料两侧温度差，,K,在建筑工程中的,意义,：判断材料的保温隔热性能（,越大，传热越快，保温性越差）。,导热性,小田 www.iloveppt.org,各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系数范围是,0.035,3.5 W,(mK),，工程中通常把,0.23 W,(mK),的材料称为,绝热材料（保温和隔热材料）,。,常用建筑材料的热工性质指标,小田 www.iloveppt.org,材料的化学组成与结构,化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数不同。,如：一般情况下，导热系数的大小为：,金属材料,非金属材料,有机材料,孔隙率和空隙构造特征,一般来说：,P,，导热性，原因是静止空气的,一般材料的,。,P,一定时，随着连通孔和粗孔的增多，,，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，,。,材料的湿度和温度,材料受潮后，,，导热性，保温隔热性（,水,空气,）。材料受潮后再受冻，,进一步，保温隔热性进一步,(,冰,水,),。,影响导热性的因素,棉袄浸水后保暖性变差？,孔多的材料保温性能好？,小田 www.iloveppt.org,思考题,1.中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？,2.保温材料为什么保持干燥状态保温效果较好？,小田 www.iloveppt.org,定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热容,C,表示。,在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的,相对稳定,有很大影响。,热 容,小田 www.iloveppt.org,材料的强度是材料在应力作用下,抵抗破坏,的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。,在工程上，通常采用,破坏试验法,对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。,3.3 建筑材料的力学性质,强 度,小田 www.iloveppt.org,根据外力作用方式的不同，材料的强度有,抗压强度,、,抗拉强度,、,抗弯强度,（或抗折强度）及,抗剪强度,等形式。如下图所示：,小田 www.iloveppt.org,材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：,f,- 材料强度，MPa,F,max,-材料破坏时的最大荷载，N,A,-试件受力面积，mm,2,小田 www.iloveppt.org,材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是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，则其抗弯强度用下式计算：,式中,f,w,-材料的抗弯强度， MPa,F,max,-材料受弯破坏时的最大荷载，N,L,-两支点的间距，mm,b,、,h,-试件横截面的宽及高，mm,小田 www.iloveppt.org,常见建筑材料的强度/,MPa,小田 www.iloveppt.org,比强度,是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其体积密度之比（,f,/,0,）。在高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。是反映材料,轻质高强,的力学参数。,在高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。这类轻质高强的材料，也是未来土木建筑材料发展的主要方向。,木材强度值虽比混凝土低，但其比强度却高于混凝土，这说明木材与混凝土相比较是典型的轻质高强材料。,例如,比强度,小田 www.iloveppt.org,几种主要材料的比强度,小田 www.iloveppt.org,材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为,弹性,。,材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的,塑性,。,弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为,可逆,变形，后者为,不可逆,变形。,弹性与塑性,小田 www.iloveppt.org,材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生,突然破坏,，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。,砖、石材、玻璃、混凝土等都是脆性材料,。,脆 性,小田 www.iloveppt.org,材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生,较大的变形而不破坏,，这种性质称为韧性。,建筑钢材、木材、塑料等是较典型的韧性材料。,路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。,韧 性,小田 www.iloveppt.org,课堂讨论,大理石和玻璃谁更坚硬？,大理石,玻璃,小田 www.iloveppt.org,材料的硬度是材料表面的,坚硬程度,，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法,、,回弹法和压入法测定材料的硬度。,刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为,10,个硬度等级。,硬 度,小田 www.iloveppt.org,耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：,式中,G,材料的磨耗率（g/cm,2,）,m,1,材料磨损前的质量（g）,m,2,材料磨损后的质量（g）,A,材料试件的受磨面积（cm,2,）,耐磨性,小田 www.iloveppt.org,石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？,建筑红砖能否用作防水材料？,长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？,与水有关的性质包括：,亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。,3.4 建筑材料与水有关的性质,小田 www.iloveppt.org,根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为, ,亲水性材料：润湿角,90, ,憎水性材料：润湿角,90,180,亲水性,憎水性,建筑中大部分材料属于亲水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表面处理。,亲水性与憎水性,小田 www.iloveppt.org,材料在,浸水,状态下,吸收水分的能力,称为吸水性，用,吸水率,表示，吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。,材料中所吸水分是通过,开口孔隙,吸入的，故开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多。材料吸水达饱和时的体积吸水率，即为材料的开口孔隙率。,吸水性,小田 www.iloveppt.org,材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关：,对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。,闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。,吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），,例如：瓷砖的吸水率越大，抗冻性越差。,各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有,0.5,0.7,，混凝土的吸水率为,2,3,，粘土砖的吸水率达,8,20,，而木材的吸水率可超过,100,。,小田 www.iloveppt.org,材料在,潮湿空气,中吸收水分的性质称为吸湿性（,潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分,）。,材料的吸湿性用,含水率,表示。含水率系指材料内部所含水重占材料干重的百分率。,材料的吸湿性随空气的,湿度,和环境,温度,的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。,材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为,平衡含水率,。,选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？,吸湿性,小田 www.iloveppt.org,耐水性是指材料长期在,饱和水,作用下，而不破坏，其,强度,也不显著降低的性质。用,软化系数,表示。,耐水性,小田 www.iloveppt.org,一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同。,例如：石膏和混凝土。,水分分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力的程度是不同的。当材料内含有可溶性物质时,(,如石膏、石灰等,),，吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。,软化系数的范围波动在,01,之间，当软化系数大于,0.80,时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于,0.85,的材料建造。,小田 www.iloveppt.org,材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质称为抗渗性。,用,渗透系数或抗渗等级表示,。,渗透系数,：一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量。,抗渗等级,：在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“,Pn”,表示。如,P6,表示可抵抗,0.6MPa,的水压力而不渗透。,抗渗性,小田 www.iloveppt.org,抗渗性是决定材料,耐久性,的主要指标,(,抗冻性,和,抗侵蚀性,),。,材料的抗渗性与材料内部的孔隙率特别是,开口孔隙率,有关，开口孔隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的憎水性和亲水性有关，憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料。,地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。,小田 www.iloveppt.org,材料在饱水状态下，能经受多次,冻融交替作用,，既不破坏,、,强度又不显著下降的性质。,用,抗冻等级,表示。抗冻等级,F,N,，,N,，抗冻性。,F,150,混凝土,该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为,150,次。,例如,抗冻性,小田 www.iloveppt.org,材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的,内应力,，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。,冻融破坏,冻融破坏的,表现,：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强度降低。,冻融破坏的,原因,：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成压力。,厨房的瓷砖有剥落现象，试分析原因。,小田 www.iloveppt.org,材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，统称之为耐久性,。,耐久性是一种,复杂的、综合的,性质,包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。,材料在使用过程中，除受到各种,外力,作用外，还要受到环境中各种,自然因素,的破坏作用，这些破坏作用可分为,物理作用、化学作用和生物作用,。,要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素，综合考虑其耐久性，并根据各种材料的耐久性特点，合理地选用。,3.5 建筑材料的耐久性,小田 www.iloveppt.org,砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。,金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。,木材等有机质材料常因生物作用而破坏。,沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。,各种建筑材料受到的主要破坏,小田 www.iloveppt.org,材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。,处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。,例如,小田 www.iloveppt.org,材料的环境协调性是指材料在生产、使用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负荷，包括生产中废物的利用、减少三废的产生，使用中减少对环境的污染，废弃时有较高可回收率。,为了保障人民群众的身体健康和人身安全，国家制订了,GB 6566-2001,建筑材料放射性核素限量,以及关于室内装饰装修材料有害物质限量等,10,项国家标准，提出了有关控制要求，并已于,2002,年,1,月,1,日开始实施。,3.6 建筑材料的环境协调性,小田 www.iloveppt.org,1.,导热系数小的材料适合做保温材料。,课堂练习,2.材料吸水后，将使材料的强度提高。,3.材料的孔隙率越大，吸水率越大。,4.某材料的软化系数为0.85，可用于建筑物的底层。,5.材料的孔隙率恒定时，孔隙尺寸越小，强度越高。,是,否,是,否,是,否,是,否,是,否,小田 www.iloveppt.org,6.材料的比强度是体现材料哪方面性能的（ ）,强度,耐久性,抗渗性,轻质高强,7.软化系数是衡量材料什么性能的指标（ ）,8.当材料的润湿角为（ ）时，称为憎水性材料。,90,90,0,9.含水率是表示材料（）大小的指标。,吸湿性,耐水性,吸水性,抗渗性,10.以下哪一项不是冻融破坏的表现（ ）,剥落,裂纹,密度减小,强度降低,A,B,C,D,强度,耐久性,抗渗性,耐水性,A,B,C,D,A,B,C,A,B,C,D,A,B,C,D,小田 www.iloveppt.org,太棒了！,小田 www.iloveppt.org,继续努力哦！,小田 www.iloveppt.org,太棒了！,小田 www.iloveppt.org,继续努力哦！,小田 www.iloveppt.org,同学们记得复习哦！,小田 www.iloveppt.org,本章结束!,小田 www.iloveppt.org,