建筑材料與檢測-第二章

建筑材料與檢測目錄模塊1建筑材料的基本性質(zhì)

1.1建筑材料的組成和結構

1.2建筑材料的物理性質(zhì)

1.3建筑材料的力學性質(zhì)

1.4建筑材料的耐久性學習目標了解建筑材料的組成和結構。掌握建筑材料的基本物理性質(zhì)、力學性質(zhì)和耐久性。掌握建筑材料的實際密度、表觀密度、堆積密度、孔隙率和密實度的計算方法。模塊1建筑材料的基本性質(zhì)1.1.1材料的組成1.1建筑材料的組成和結構1.化學組成2.礦物組成3.相組成材料的組成1.1.2

材料的結構1.1建筑材料的組成和結構1.宏觀結構2.顯微結構3.微觀結構材料的結構一.材料的組成

一.材料的組成是決定材料的性質(zhì)的內(nèi)在因素之

(一)化學組成(二)礦物組成（三）相互組成二.材料的結構(一).宏觀結構指用肉眼或放大鏡能觀察到的結構,它分為散粒結構,聚集結構,多孔結構,致密結構,纖維結構,層狀結構

宏觀結構1.散粒結構由單獨的顆粒組成2.聚集結構材料中的顆粒通過膠結材料彼此牢固地結合在一起3.多孔結構材料中含有大量的,大的,或微小的均勻分布的孔隙4.致密結構材料在外觀上和結構上都是致密的5.纖維結構是木材,玻璃纖維制品所特有的結構6.層狀結構是板材常見的結構顯維結構和微觀結構(二).顯維結構指借助關學顯微鏡和電子顯微鏡觀察到的結構,它可分為結晶和無定型兩種.結晶和無定型是同一物質(zhì)的不同狀態(tài),晶體呈穩(wěn)定狀態(tài),而無定型則具有化學活性(三).微觀結構指原子排列結構,根據(jù)質(zhì)子間鍵的特性分為原子晶體,離子晶體,分子晶體三.材料的孔隙(一).孔隙形成的原因(1).水分子的占據(jù)作用建筑材料加水拌和,用水量通常超過理論上的用水量,多余的水分占據(jù)的空間即為孔隙(2).外加的發(fā)泡作用如生產(chǎn)加氣混泥土等的各種發(fā)泡劑,可在材料中形成大量的孔隙(3).火山作用火山爆發(fā)時,噴到空中的巖漿,,冷卻后在巖石中形成大量的孔隙(4).燒作用孔隙的類型及對材料性質(zhì)的影響(二)孔隙的類型

(1)連通孔隙(2)封閉孔隙(3)半封閉孔隙(三).孔隙對材料性質(zhì)的影響(孔隙增多)(1).材料的體積密度減小

(2).材料受力的有效面積減小,強度降低

(3).體積密度減小,導熱系數(shù)和熱容隨之減小

(4).透氣性,透水性,吸水性變大

(5).對抗凍性,要試孔隙大小和形態(tài)而定,有些能提高抗凍性1.2.1材料的體積構成及含水狀態(tài)1.2建筑材料的物理性質(zhì)

1.材料的體積構成塊體材料在自然狀態(tài)下的體積是由固體物質(zhì)體積及其內(nèi)部孔隙體積組成的。材料內(nèi)部的孔隙按孔隙特征又分為閉口孔隙(或封閉孔隙)和開口孔隙。散粒材料是指具有一定粒徑的材料的堆積體。其體積構成包括團體物質(zhì)體積、顆粒內(nèi)部孔隙體積及固體顆粒之間的空隙體積。1.2.1材料的體積構成及含水狀態(tài)1.2建筑材料的物理性質(zhì)

2.材料的含水狀態(tài)材料在大氣中或水中會吸附一定的水分，根據(jù)材料吸附水分的情況，將材料的含水狀態(tài)分為干燥狀態(tài)、氣干狀態(tài)、飽和面干狀態(tài)及濕潤狀態(tài)4種。1.2.2

材料的實際密度、表觀密度與堆積密度1.2建筑材料的物理性質(zhì)

1.實際密度實際密度簡稱密度(density)，是指材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，按下式計算。式中，為實際密度(g/cm3)；m為材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g)；V為材料在絕對密實狀態(tài)下的體積(cm3).基本的物理參數(shù)實際密度（密度）定義：材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量。

14ρ——實際密度（g/cm3)m——材料在干燥狀況下的質(zhì)量

V——材料在絕對密實狀況下的體積測量方法：不規(guī)則的密實材料——用排水體積法有孔隙的材料——把干燥后的材料磨成細粉，用李氏瓶法測定其實體積，進行計算。151.2.2

材料的實際密度、表觀密度與堆積密度1.2建筑材料的物理性質(zhì)

2.表觀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，按下式計算。式中，為表觀密度(g/cm3或kg/m3)；為材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積(cm3或m3).

定義：材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算分：干表觀密度和濕表觀密度測量方法：規(guī)則形狀，可根據(jù)實際測量不規(guī)則形狀，用蠟封排液法171.2.2

材料的實際密度、表觀密度與堆積密度1.2建筑材料的物理性質(zhì)

3.堆積密度堆積密度是指散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算。式中，為堆積密度(kg/m3)；為材料的堆積體積(m3).

堆積密度

堆積密度是散粒材料(粉狀、顆粒狀）在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

材料的堆積體積包括所有顆粒的體積以及顆粒之間的空隙體積，19密度的測量絕對密實狀態(tài)下的體積－是指構成材料的固體物質(zhì)本身的體積，或稱實體積孔隙在內(nèi)的體積。實際密度的測量：1）對近于絕對密實的材料：金屬、玻璃等直接以排水法作為密實態(tài)體積近似值2）對有孔隙的材料：磚、混凝土、石材磨成細粉－排水法求的體積即為密實態(tài)體積材料的孔隙(一).孔隙形成的原因(1).水分子的占據(jù)作用建筑材料加水拌和,用水量通常超過理論上的用水量,多余的水分占據(jù)的空間即為孔隙(2).外加的發(fā)泡作用如生產(chǎn)加氣混泥土等的各種發(fā)泡劑,可在材料中形成大量的孔隙(3).火山作用火山爆發(fā)時,噴到空中的巖漿,,冷卻后在巖石中形成大量的孔隙(4).燒作用1.2建筑材料的物理性質(zhì)孔隙的類型及對材料性質(zhì)的影響(二)孔隙的類型

(1)連通孔隙(2)封閉孔隙(3)半封閉孔隙(三).孔隙對材料性質(zhì)的影響(孔隙增多)(1).材料的體積密度減小

(2).材料受力的有效面積減小,強度降低

(3).體積密度減小,導熱系數(shù)和熱容隨之減小

(4).透氣性,透水性,吸水性變大

(5).對抗凍性,要試孔隙大小和形態(tài)而定,有些能提高抗凍性1.2.3

材料的密實度與孔隙率1.2建筑材料的物理性質(zhì)密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度，即固體物質(zhì)部分的體積占總體積的比例，以D表示，反映了材料的致密程度?？紫堵适侵笁K狀材料中孔隙體積占材料在自然狀態(tài)下總體積的百分比。材料的密實度與孔隙率

密實度

密實度是指材料體積內(nèi)，被固體物質(zhì)充實的程度。以D表示，并按下式計算：D=V/V0=ρ0/ρ

孔隙率

孔隙率是指材料體積內(nèi)，孔隙體積所占有的比例。以P表示，并按下式計算：P=（V0-V）/V0=1-D=1-ρ0/ρ

孔隙率與密實度從兩個不同側面來反映材料的致密程度，即D+P=1。1.2.4

材料的填充率與孔隙率1.2建筑材料的物理性質(zhì)填充率是指散粒狀材料在堆積體積內(nèi)被顆粒所填充的程度，以D′表示。散粒狀材料的空隙率是指散粒狀材料顆粒之間的空隙體積Va占材料堆積狀態(tài)下總體積的百分比，以P′表示。

材料的填充率和空隙率1）填充率散粒狀材料在其堆積體積中，被固體實體體積填充的程度。

2）空隙率空隙率是指散粒材料的堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積所占的比例。D'+P'=1空隙率反映了散粒材料的顆粒之間的相互填充的致密程度，對于混凝土的粗、細骨料，空隙率越小。表明顆粒大小搭配愈合理。1.2.5

材料與水有關的性質(zhì)親水性與憎水性吸水性與吸濕性耐水性抗?jié)B性抗凍性與水有關的性質(zhì)1.2建筑材料的物理性質(zhì)材料與水有關的性質(zhì)

（一）親水性與憎水性

材料遇水后其表面能降低，則水在材料表面易于擴展，這種與水的親合性稱為親水性。表面與水親合能力較強的材料稱為親水性材料。與此相反當材料與水接觸時不與水親合，這種性質(zhì)稱為憎水性。

（二）吸濕性與吸水性

吸水性材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。吸水性大小用吸水率表示，吸水率常用質(zhì)量吸水率，即材料吸入水的質(zhì)量與材料干質(zhì)量之比表示：W質(zhì)=（m飽-m干）/m干對于高度多孔的材料的吸水率常用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積與材料自然狀態(tài)下體積之比。W體=V水/V0=（m飽-m干）/ρwV0

吸濕性材料在環(huán)境中，能自發(fā)地吸收空氣中水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸濕性用含水率表示，即吸入水與干燥材料的質(zhì)量之比。材料的吸濕性主要取決于材料的組成及結構狀態(tài)。一般說，開口孔隙率較大的親水性材料具有較強的吸濕性。材料的含水率還受到環(huán)境條件的影響，它隨環(huán)境的溫度和濕度的變化而改變。最后材料的含水率將與環(huán)境濕度達到平衡狀態(tài)，與空氣濕度達到平衡時的含水率稱為平衡含水率。此時的含水狀態(tài)稱為氣干狀態(tài)。

材料吸水率的大小不僅取決于材料對水的親憎性還取決于材料的孔隙率及孔隙特征。密實材料及具有閉口孔的材料是不吸水的；具有粗大孔的材料因其水分不易存留，其吸水率也常小于其開口孔隙率；而那些孔隙率較大，且具有細小開口連通孔的親水性材料往往具有較大的吸水能力。

材料在水中吸水飽和后，吸入水的體積與孔隙體積之比稱為飽和系數(shù)。材料含水后，不但可使材料的質(zhì)量增加，而且會使強度降低，保溫性能下降，抗凍性能變差，有時還會發(fā)生明顯的體積膨脹。材料中含水對材料的性能往往是不利的。

（三）耐水性

材料在水的作用下，其強度不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。一般材料含水后，將會以不同方式減弱材料的內(nèi)部結合力，使強度有不同程度的降低。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示：

Kp=fw/f

材料的軟化系數(shù)波動在0-1之間，軟化系數(shù)越小，說明材料吸水飽和后強度降低得越多，耐水性越差。軟化系數(shù)大于0.80的材料，可認為是耐水的。處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結構物所選用的材料其軟化系數(shù)不得小于0.85。4、抗?jié)B性－材料抵抗有壓介質(zhì)（水、油、氣）滲透的性質(zhì)稱抗?jié)B性。用滲透系數(shù)K表示。依達西定律:Q=KHAt/d

5、抗凍性－浸水飽和的材料在凍融循環(huán)作用下保持其原有性質(zhì)的能力稱為抗凍性。用抗凍標號F表示。

1.2.6

材料與熱有關的性質(zhì)導熱性熱容量與熱有關的性質(zhì)1.2建筑材料的物理性質(zhì)熱變型性與熱有關的性質(zhì)1、導熱性－材料傳導熱量的能力稱為導熱性。其大小用熱導率（λ）表示。

2、影響導熱系數(shù)的因數(shù)

1)材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱系數(shù)愈小同類材料的孔隙率是隨體積密度的件小而增大,則導熱系數(shù)隨體積密度的減小而減小.2)大多數(shù)材料的導熱系數(shù)隨溫度升高而增加3)材料的化學組成和物理結構：金屬材料的導熱性大于非金屬，無機材料導熱性大于有機材料，晶體結構大于玻璃體結構。熱容2、熱容－材料加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容。大小用比熱容（比熱）表示

Q=cm(T2－T1)

1.3建筑材料的力學性質(zhì)材料在外力作用下抵抗破壞的能力稱為強度。當材料承受外力作用時，在材料內(nèi)部相應地產(chǎn)生應力，且應力隨著外力的增大而相應增大，直至材料內(nèi)部質(zhì)點間的結合力不足以抵抗所作用的外力時，材料即發(fā)生破壞。材料破壞時，應力達到極限值，這個極限應力值就是材料的強度，也稱極限強度。強度的大小是通過試件的破壞試驗而測得的，根據(jù)外力作用方式的不同，材料強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度等。1.3.1

材料的強度和比強度1.強度1.3建筑材料的力學性質(zhì)比強度是按單位體積質(zhì)量計算的材料強度，即材料的強度與其表觀密度之比，是衡量材料輕質(zhì)高強的一項重要指標。如木材強度值雖比混凝土低，但其比強度卻高于混凝土，這說明木材與混凝土相比較是典型的輕質(zhì)高強材料。1.3.1

材料的強度和比強度2.比強度強度及強度等級

根據(jù)外力作用方式的不同，材料的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度（或抗折強度）及抗剪強度等，抗壓、抗拉、抗剪強度的計算公式如下:

f=F/A材料的抗彎強度在求解過程中，可用三點彎曲法求其抗彎強度。

抗彎強度

不同種類的材料具有不同的抵抗外力的特點。相同種類的材料，其強度隨孔隙率及宏觀結構特征的不同有很大差異。材料的孔隙率越大，強度越低，兩者有近似直線的比例關系，材料的強度除與組成和結構有關外，其強度值還受試件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、溫度、濕度及試驗時的加荷速度等因素影響。2、影響材料試驗結果的因素3、強度等級

將材料按極限強度(或屈服點)劃分成不同的等級，石材、混凝土、紅磚等脆性材料主要用于抗壓，因此以其抗壓極限強度來劃分等級，而鋼材主要用于抗拉，故以其屈服點作為劃分等級的依據(jù)。

4、比強度

比強度是評價材料是否輕質(zhì)高強的指標。它等于材料的強度與體積密度之比，其數(shù)值大者，表明材料輕質(zhì)高強。1.3.2

材料的彈性和塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為彈性，這種可恢復的變形稱為彈性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，但不破壞，當外力取消后材料不能自動恢復到原來形狀的性質(zhì)稱為塑性，這種不可恢復的變形稱為塑性變形。塑性變形屬于永久性變形。1.3建筑材料的力學性質(zhì)1.3.2

材料的彈性和塑性1.3建筑材料的力學性質(zhì)工程實際中，完全的彈性材料或完全的塑性材料是不存在的，一些材料在受力不大時只產(chǎn)生彈性變形，而當外力達到一定限度后，即產(chǎn)生塑性變形，如低碳鋼，其變形曲線如圖(a)所示。大多數(shù)材料在受力時，既有彈性變形，也有塑性變形，如普通混凝土，其變形曲線如圖(b)所示。1.3.3

材料的脆性和韌性材料在外力作用下達到一定限度產(chǎn)生突然破壞，破壞時無明顯塑性變形的性質(zhì)稱為脆性。具有脆性的材料稱為脆性材料。脆性材料的抗壓強度遠大于其抗拉強度，因此其抵抗沖擊荷載或振動荷載作用的能力很差。建筑材料中大部分無機非金屬材料均為脆性材料，如混凝土、玻璃、天然巖石、石膏、生鐵、磚瓦、陶瓷等。1.3建筑材料的力學性質(zhì)1.3.3

材料的脆性和韌性材料在沖擊、振動荷載作用下抵抗破壞的性能，稱為沖擊韌性。根據(jù)荷載作用的方式不同，分沖擊抗壓、沖擊抗拉、沖擊抗彎等。沖擊韌性以材料沖擊破壞時消耗的能量表示。有些材料在破壞前有顯著的塑性變形，如低碳鋼、有色金屬、木材等。這類材料在沖擊、振動荷載作用下，能吸收較大的能量，有較高的韌性。1.3建筑材料的力學性質(zhì)1.3.4

材料的硬度與耐磨性1.3建筑材料的力學性質(zhì)材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃的性能，稱為硬度。不同材料硬度的測定方法不同，金屬材料的硬度常用壓入法測定，如布氏硬度法，是以單位壓痕面積上所受的壓力來表示。陶瓷等材料常用刻劃法測定。一般情況下，硬度大的材料具有強度高、耐磨性較強的特點，但不宜加工。1.3.4

材料的硬度與耐磨性1.3建筑材料的力學性質(zhì)耐磨性是指材料表面抵抗磨損的能力，材料的耐磨性用磨損率來表示。材料的磨損率越低，表明材料的耐磨性越好。耐磨性與材料的組成結構及強度、硬度有關，一般硬度較高的材料，耐磨性也較好。對于樓地面、樓梯、路面等經(jīng)常受到磨損作用的部位，在選擇材料時應該考慮其耐磨性。1.4建筑材料的耐久性耐久性的定義1材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在環(huán)境的多種因素作用下不變質(zhì)、不破壞，長久地保持其使用性能的能力。耐久性是材料的一種綜合性質(zhì)，諸如抗凍性、抗風化性、抗老化性、耐化學腐蝕性等均屬耐久性的范圍。工程上通常用材料抵抗使用環(huán)境中主要影響因素的能力來評價其耐久性。1.4建筑材料的耐久性環(huán)境影響因素2材料在建筑物使用過程中長期受到周圍環(huán)境和各種自然因素的破壞作用，一般可分為物理作用、化學作用、機械作用、生物作用等。不同材料受到的環(huán)境作用及程度也不相同。材料耐久性降低的機理

物理作用化學作用生物作用綜合影響材料腐蝕物