1建筑材料的基本性能第一章第二節(jié).ppt

1、第二節(jié) 建筑材料的基本性能,主要介紹建筑材料的基本物理性質(zhì)、力學(xué)性能、材料的耐久性以及有關(guān)參數(shù)、性能指標(biāo)和計(jì)算公式等，通過(guò)對(duì)材料基本性能的了解與掌握，為今后的學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下一定的基礎(chǔ)。,本節(jié)提要,本 章 內(nèi) 容,1.1 材料的基本物理性質(zhì) 1.2 材料的力學(xué)性質(zhì) 1.3 材料的耐久性,1.1 材料的基本物理性質(zhì),材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（內(nèi)部不含任何孔隙），單位體積的質(zhì)量稱(chēng)為材料的密度，以表示。其計(jì)算式為： 絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)的真實(shí)體積。,1.1.1 材料的基本物性參數(shù),1.1.1.1 密度,表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，其計(jì)算式為： 表觀

2、體積是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。對(duì)外形規(guī)則的材料，其幾何體積即為表觀體積；對(duì)外形不規(guī)則的材料，可用排水法測(cè)定。 一般所指的表觀密度，是以干燥狀態(tài)下的測(cè)定值為準(zhǔn)。,1.1.1.2 表觀密度,堆積密度（舊稱(chēng)松散容重），是指散狀（粉狀、粒狀或纖維狀）材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積（包含了顆粒內(nèi)部的孔隙即顆粒之間的空隙）所具有的質(zhì)量。 其計(jì)算式為： 常用建筑材料的基本物理參數(shù)見(jiàn)表1.1。,1.1.1.3 堆積密度,表1.1 常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率,續(xù)表1.1,(1) 密實(shí)度 密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度，也就是固體物質(zhì)的體積占總體積的比例，以D表示。 其計(jì)算式為

3、：,1.1.1.4 密實(shí)度與孔隙率,(2) 孔隙率 孔隙率是指材料體積內(nèi)孔隙體積占材料總體積的百分率，以P表示。 其計(jì)算式為：,材料的總體積是由該材料的固體物質(zhì)與其所包含的孔隙所組成的。 建筑材料的許多性能如強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性等均與材料的孔隙有關(guān)。 孔隙按其尺寸大小又可分為微孔、細(xì)孔和大孔。 幾種常用建筑材料的孔隙率見(jiàn)表1.1。,(1) 填充率 填充率是指散粒狀材料在其堆積體積內(nèi)，被其顆粒填充的程度，以D表示。 其計(jì)算式為：,1.1.1.5 填充率與空隙率,(2) 空隙率 空隙率是指散粒狀材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率，以P表示。 其計(jì)算式為：,空隙率的大小反

4、映了散粒狀材料的顆粒之間相互填充的致密程度。,填充率與空隙率的關(guān)系為：,潤(rùn)濕是水在材料表面被吸附的過(guò)程，材料被水潤(rùn)濕的程度可用潤(rùn)濕角表示，如圖1.1所示。 一般認(rèn)為，潤(rùn)濕角90（如圖1.1（a）所示）的材料為親水性材料。反之，90時(shí)，表明該材料不能被水潤(rùn)濕，稱(chēng)為憎水性材料(如圖1.1（b）所示)。,1.1.2 材料與水有關(guān)的性質(zhì),1.1.2.1 親水性與憎水性,圖1.1材料的潤(rùn)濕示意圖,(a)親水性材料；（b）憎水性材料,(1) 吸水性 材料在浸水狀態(tài)下吸入水分的能力稱(chēng)為吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有兩種表示方法：質(zhì)量吸水率和體積吸水率。 質(zhì)量吸水率材料吸水達(dá)飽和時(shí)，其所吸收水分的質(zhì)量

5、占材料干燥時(shí)質(zhì)量的百分率，可表示為：,1.1.2.2 吸水性與吸濕性,體積吸水率是指材料體積內(nèi)被水充實(shí)的體積。即材料吸水達(dá)飽和時(shí)，所吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，可按下式計(jì)算：,質(zhì)量吸水率與體積吸水率有如下的關(guān)系：,(2) 吸濕性 材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱(chēng)為吸濕性。吸濕性的大小可用含水率表示。 材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率，稱(chēng)為材料的含水率，可用下式計(jì)算：,材料長(zhǎng)期在飽和水作用下而不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱(chēng)為耐水性。 一般材料隨著含水量的增加，會(huì)減弱其內(nèi)部的結(jié)合力，強(qiáng)度也會(huì)不同程度地降低。 材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，可按下式計(jì)算：,1.1.2.3 耐水性

6、,材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱(chēng)為抗?jié)B性（或不透水性），可用滲透系數(shù)K表示。 材料的透水性可用達(dá)西定律來(lái)描述，即在一定時(shí)間內(nèi)，透水材料試件的水量與試件的斷面積 及水頭差（液壓）成正比，與試件的厚度成反比。可用下式表示：,1.1.2.4 抗?jié)B性,滲透系數(shù)反映了材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差。 對(duì)于混凝土和砂漿材料，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(jí)p表示。 材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān) 。,抗凍性是材料抵抗凍融循環(huán)作用，保持其原有性能的能力。 對(duì)結(jié)構(gòu)材料，主要指保持強(qiáng)度的能力，并以抗凍標(biāo)號(hào)來(lái)表示。 抗凍標(biāo)號(hào)是用材料在吸水飽和狀態(tài)下（最不利狀態(tài)），經(jīng)凍融循環(huán)作用，強(qiáng)度損失和質(zhì)

7、量損失均不超過(guò)規(guī)定值時(shí)，所能抵抗的最多凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示，記作D25、D50、D100、D150等。,1.1.2.5 抗凍性,材料抗凍性的高低決定于材料的吸水飽和程度和材料對(duì)結(jié)冰體積膨脹所產(chǎn)生的壓力的抵抗能力。 抗凍性常作為考查材料耐久性的一個(gè)指標(biāo)。 材料的強(qiáng)度愈高，耐水性愈好，其抗凍性愈好。,材料傳導(dǎo)熱量的能力，稱(chēng)為導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)熱能力的大小可以用導(dǎo)熱系數(shù)（）表示。 導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于厚度為1m的材料，當(dāng)其相對(duì)兩側(cè)表面的溫度差為1K時(shí)，經(jīng)單位面積（1m2）單位時(shí)間（1s）所通過(guò)的熱量。,1.1.3 材料的熱工性質(zhì),1.1.3.1 導(dǎo)熱性,材料的導(dǎo)熱系數(shù)除與其本身的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、密度有關(guān)外，還

8、與材料的含水率及環(huán)境溫度等有關(guān)。,可用下式表示：,材料加熱或冷卻時(shí)，吸收或放出熱量的性質(zhì)，稱(chēng)為熱容量。 熱容量的大小用比熱容（也稱(chēng)熱容量系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)比熱）表示，比熱容表示1g材料，溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量，或降低1K時(shí)放出的熱量。 材料吸收或放出的熱量和比熱，可用下式計(jì)算：,1.1.3.2 比熱容,比熱是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物理量。 常見(jiàn)建筑材料的熱工指標(biāo)見(jiàn)表1.2。,表1.2幾種典型材料的熱工性質(zhì)指標(biāo),在建筑工程中常把1/稱(chēng)為材料的熱阻，用R表示。 導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻都是評(píng)定建筑材料保溫隔熱性能的重要指標(biāo)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱阻越大，則材料的保溫隔熱性能越好。 常將0.175W/（

9、mK）的材料稱(chēng)為絕熱材料。,1.1.3.3 材料的保溫隔熱性,聲能穿透材料和被材料消耗的性質(zhì)稱(chēng)為材料的吸聲性，用吸聲系數(shù)(吸收聲功率與入射聲功率之比)表示。 吸聲系數(shù)越大，材料的吸聲性越好。吸聲系數(shù)與聲音的頻率和入射方向有關(guān)。 通常使用的六個(gè)頻率為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。,1.1.4 材料的聲學(xué)性質(zhì),1.1.4.1 吸聲性,一般將上述6個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)0.20的材料稱(chēng)為吸聲材料。最常用的吸聲材料大多為多孔材料。 影響材料吸聲效果的主要因素有： (1) 材料的孔隙率和體積密度 (2) 材料的孔隙特征 (3) 材料的厚度,(1) 隔空氣聲

10、透射聲功率與入射聲功率的比值稱(chēng)為聲透射系數(shù)，用表示，該值越大則材料的隔聲性越差。 材料的隔聲能力用隔聲量R（R=10lg(1/)來(lái)表示，單位為dB。 與聲透射系數(shù)相反，隔聲量越大，材料的隔聲性能越好。,1.1.4.2 隔聲性,(2) 隔固體聲 固體聲是由于振源撞擊固體材料，引起固體材料受迫振動(dòng)而發(fā)聲，并向四周輻射聲能。 固體聲在傳播過(guò)程中，聲能的衰減極少。彈性材料如地毯、木板、橡膠片等具有較高的隔固體聲的能力。,1.2 材料的力學(xué)性質(zhì),材料的力學(xué)性能，就是指材料在外力（荷載）作用下，抵抗破壞和變形的能力。,1.2.1 材料的強(qiáng)度,材料因抵抗外力（荷載）作用而引起破壞的最大能力，即為該材料的強(qiáng)度

11、。其值是以材料受 力破壞時(shí)單位面積上所承受的力表示。計(jì)算式為：,材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、壓力、彎曲力及剪應(yīng)力等。材料抵抗上述外力破壞的能力，分別稱(chēng)為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。靜力強(qiáng)度的分類(lèi)和計(jì)算公式見(jiàn)表1.3。 大部分建筑材料，根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，可劃分為若干不同的強(qiáng)度等級(jí)。 材料的強(qiáng)度與材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等有很大關(guān)系。鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度都很高，如表1.4所示。,表1.3靜力強(qiáng)度分類(lèi),表1.4 鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較,材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)，稱(chēng)為彈性。 這種當(dāng)外力取消后瞬間即可完全消失的變形，稱(chēng)為彈性變

12、形。 這種變形屬于可逆變形，其數(shù)值的大小與外力成正比。其比例系數(shù)E稱(chēng)為彈性模量。,1.2.2 材料的彈性和塑性,在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量E為常數(shù)，其值等于應(yīng)力與應(yīng)變的比值，即： 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，但不破壞，并且當(dāng)外力停止作用后，不能自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)，稱(chēng)為塑性。這種不能消失的變形稱(chēng)為塑性變形或不可恢復(fù)變形。,在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材料突然破壞而又無(wú)明顯的塑性變形的性質(zhì)，稱(chēng)為脆性。 在沖擊、震動(dòng)荷載作用下，材料能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)，稱(chēng)為韌性。韌性值可用材料受荷載達(dá)到破壞時(shí)所吸收的能量來(lái)表示，即：,1.2.3 材料的脆性和韌性,硬度是材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃的能力。硬度的測(cè)定方法有刻劃法和壓入法。 按刻劃法，材料的硬度可劃分為110級(jí)(莫氏硬度)。木材、混凝土、鋼材等的硬度常用鋼球壓入法測(cè)定（布氏硬度HB）。 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，常用磨損率表示：,1.2.4 材料的硬度和耐磨性,1.3 材料的耐久性,材料長(zhǎng)期抵抗各種內(nèi)外破壞因素或腐蝕介質(zhì)的作用，保持其原有性質(zhì)的能力稱(chēng)為材料的耐久性。 材料的耐久性是材料的一項(xiàng)