建筑材料基本性能

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,1,建筑材料的基本性能,熟悉和掌握材料的基本性质，对于正确选择和合理使用材料至关重要。本章主要介绍了材料的基本物理、力学性质及其有关指标和计算公式。物理性质包括材料与质量有关的性质、与水有关的性质、热工性质，力学性质包括强度、弹性与塑性、脆性与韧性。,本章提要,本 章 内 容,1.1,材料的物理性质,1.2,材料的力学性质,1.1,材料的物理性质,密度,是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。计算式为：,绝对密实状态下的体积,是指不包括孔隙在内的体积。,1.1.1,材料与质量有关的性质,1.1.1.1,密度,1.1.1.3,表观密度,表观密度,是指材料在自然状态下单位体积的质量。计算式为：,材料的表观体积,是指包含内部孔隙的体积。一般是指材料长期在空气中干燥，即,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,。,0,0,m,V,r,=,堆积密度,是指粉状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。计算式为：,砂子、石子等散粒材料的堆积体积,，是在特定条件下所填充的容量筒的容积。材料的堆积体积包含了颗粒之间或纤维之间的孔隙。,常用建筑材料的有关数据,见表,1.1,。,1.1.1.3,堆积密度,表,1.1,常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率,材料,密度,(kg/m,3,),表观密度,0,(kg/m,3,),堆积密度,0,(kg/m,3,),孔隙率,(%),石灰岩,1.601.80,20002600,_,_,花岗岩,1.601.90,26002800,_,0.53.0,碎石,(,石灰岩,),1.601.80,_,14001700,_,砂,1.60,_,14501650,_,粘土,1.60,_,16001800,_,普通粘土砖,1.50,16001800,_,2040,材料,密度,(kg/m,3,),表观密度,0,(kg/m,3,),堆积密度,0,(kg/m,3,),孔隙率,(%),粘土空心砖,1.50,10001400,_,_,水泥,3.10,_,12001300,_,普通混凝土,_,21002600,_,520,木材,1.55,400800,_,5575,钢材,7.85,7850,_,0,泡沫塑料,_,2050,_,_,(1),密实度,密实度,是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映材料的致密程度。计算式为：,1.1.1.4,材料的密实度与孔隙率,例如：,某种普通粘土砖,0,=1700kg/m,3,，,=1.5g/cm,3,。,那么其密实度,D=,0,100%,=17002500100%,=68%,(2),孔隙率,孔隙率,是指材料体积内，孔隙体积所占的比例。计算式为：,孔隙率与密实度的关系为：,如,上述普通粘土砖的孔隙率为：,P=,（,1-,0,)100%,=(1-0.68)100%=32%,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。,根据材料内部孔隙构造的不同，孔隙分为,连通的,和,封闭的,两种。,几种常用材料的孔隙率列于,表,1.1,。,(1),填充率,填充率,是指散粒材料在某种堆积体积内被其颗粒填充的程度。,其计算式为：,1.1.1.5,材料的填充率与空隙率,(2),空隙率,空隙率,是指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。计算式为：,空隙率与填充率的关系为：,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的夹角,90,图,1.1(a),，这种材料属于,亲水性材料,。,1.1.2,材料与水有关的性质,1.1.1.1,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,图,1.1(b),，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,。,图,1.1,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,1.1.1.2,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：,1.1.1.3,吸湿性,=(,/,),100%,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：,1.1.1.4,耐水性,K,f,f,=,sw,p,d,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。,1.1.1.5,抗渗性,材料的抗渗性也可以用抗渗等级,Pn,来表示。,例如：,某防水混凝土的抗渗等级为,P6,，表示该混凝土试件经标准养护,28d,后，按照规定的试验方法在,0.6MPa,压力水的作用下无渗透现象。,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，说明抗冻性能愈好。,材料的抗冻性与材料的密实度、强度、孔隙构造特征、耐水性以及吸水饱和程度有关。,1.1.1.6,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。计算式为：,材料的导热系数与材料的成分、构造等因素有关。,1.1.3,材料的热工性质,1.1.3.1,导热性,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：,材料的比热与质量的乘积为材料的热容量值,Q,容,=,cm,。,1.1.3.2,热容量,1.2,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,。,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,等,(,图,1.2,),。,1.1.1,强度,在试验室采用,破坏试验法,测试材料的强度。按照国家标准规定的试验方法，将制作好的试件安放在材料试验机上，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。,材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：,材料的抗弯强度,与试件受力情况、截面形状以及支承条件有关。通常是将矩形截面的条形试件放在两个支点上，中间作用一集中荷载。,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,。材料的韧性是用,冲击试验,来测试的，以试件破坏时单位面积所消耗的功表示。,1.1.3,脆性与韧性,图,1.2,材料受力示意图,(a),拉力；,(b),压力；,(c),剪切；,(d),弯曲,某种墙体材料密度为,1.7g/cm,3,浸水饱和状态下的表观密度为,1862kg/m3,其体积吸水率为,4.62%.,试问改材料干燥状态下表观密度及孔隙率各为多少？,