建筑材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)講義

第二章

建筑材料的基本性質(zhì)

土木工程材料的基本性質(zhì)，是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時(shí)，通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因?yàn)橥聊窘ㄖ牧纤幗ǎ?gòu)）筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質(zhì)也就有所不同。

第一節(jié)材料的物理性質(zhì)1.材料的密度

材料的密度是指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算：

ρ=m/v式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或kg

V—材料的絕對密實(shí)體積，cm3或m3

測試時(shí)，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細(xì)后采用排開液體的方法來測定其體積。2.材料的表觀密度

表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

按下式計(jì)算：

式中 ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或kg

V0—材料的表觀體積，cm3或m3材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質(zhì)量（有時(shí)還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外，還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)

3.材料的堆積密度

堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

按下式計(jì)算：

式中 ρ0，—材料的堆積密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或kg

V0，—材料的堆積體積，cm3或m3

粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。

在土木建筑工程中，計(jì)算材料用量、構(gòu)件的自重，配料計(jì)算以及確定堆放空間時(shí)經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。4.材料的密實(shí)度

密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。密實(shí)度的計(jì)算式如下：

對于絕對密實(shí)材料，因ρ0=ρ，故密實(shí)度D=1或100%。對于大多數(shù)土木工程材料，因ρ0〈

ρ，故密實(shí)度D?1或D

?

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度5.孔隙率

材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計(jì)算：V—材料的絕對密實(shí)體積，cm3或m3V0—材料的表觀體積，cm3或m3ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3

6.空隙率

空隙率是指散粒材料在其堆集體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例?？障堵蔖，按下式計(jì)算：

ρ0—材料的表觀密度;ρ0，—材料的堆積密度空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計(jì)算含砂率的依據(jù)。

第二節(jié)材料與水有關(guān)的性質(zhì)一.材料的親水性與憎水性

與水接觸時(shí)，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性。

材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。

工程實(shí)際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水和空氣的交點(diǎn)處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤濕。當(dāng)材料的潤濕角θ＜９０?時(shí)，為親水性材料；當(dāng)材料的潤濕角θ＞９０?時(shí)，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細(xì)管作用自動將水吸入材料內(nèi)部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入材料的毛細(xì)管中，見圖２-1圖２－1材料潤濕示意圖

（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料二.材料的吸水性

材料能吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。

質(zhì)量吸水率

質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以ｗm表示。質(zhì)量吸水率ｗm的計(jì)算公式為：

式中mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）。

體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WＶ表示。體積吸水率WＶ的計(jì)算公式為：

式中 mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）。

V0—材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3或m3）

ρw—水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常溫下取ρw=1.0g/cm3

材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因?yàn)樗质峭ㄟ^材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。三.材料的吸濕性

材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時(shí)，便會吸收空氣中的水分；而當(dāng)較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時(shí)，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以Ｗh表示，其計(jì)算公式為：

式中 ms——材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）。

顯然，材料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。當(dāng)空氣中濕度在較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定時(shí)，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時(shí)材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。四.三材料三的耐三水性材料三的耐三水性三是指三材料三長期三在飽三和水三的作三用下三不破三壞，三強(qiáng)度三也不三顯著三降低三的性三質(zhì)。三衡量三材料三耐水三性的三指標(biāo)三是材三料的三軟化三系數(shù)KR：式中KR三——材料三的軟三化系三數(shù)fb—材料三吸水三飽和三狀態(tài)三下的三抗壓三強(qiáng)度三（MP三a）三。三fg—材料三在干三燥狀三態(tài)下三的抗三壓強(qiáng)三度（MP三a）軟化三系數(shù)三反映三了材三料飽三水后三強(qiáng)度三降低三的程三度，三是材三料吸三水后三性質(zhì)三變化三的重三要特三征之三一。三一般三材料三吸水三后，三水分三會分三散在三材料三內(nèi)微三粒的三表面三，削三弱其三內(nèi)部三結(jié)合三力，三強(qiáng)度三則有三不同三程度三的降三低。三當(dāng)材三料內(nèi)三含有三可溶三性物三質(zhì)時(shí)三（如三石膏三、石三灰等三），三吸入三的水三還可三能溶三解部三分物三質(zhì)，三造成三強(qiáng)度三的嚴(yán)三重降三低。材料三耐水三性限三制了三材料三的使三用環(huán)三境，三軟化三系數(shù)三小的三材料三耐水三性差三，其三使用三環(huán)境三尤其三受到三限制三。軟三化系三數(shù)的三波動三范圍三在0三至1三之間三。工三程中三通常三將ＫＲ＞0三.8三5的三材料三稱為三耐水三性材三料，三可以三用于三水中三或潮三濕環(huán)三境中三的重三要工三程。三用于三一般三受潮三較輕三或次三要的三工程三部位三時(shí)，三材料三軟化三系數(shù)三也不三得小三于0三.7三5。五.材料三的抗三滲性抗?jié)B三性是三材料三在壓三力水三作用三下抵三抗水三滲透三的性三能。三土木三建筑三工程三中許三多材三料常三含有三孔隙三、孔三洞或三其它三缺陷三，當(dāng)三材料三兩側(cè)三的水三壓差三較高三時(shí)，三水可三能從三高壓三側(cè)通三過內(nèi)三部的三孔隙三、孔三洞或三其它三缺陷三滲透三到低三壓側(cè)三。這三種壓三力水三的滲三透，三不僅三會影三響工三程的三使用三，而三且滲三入的三水還三會帶三入能三腐蝕三材料三的介三質(zhì)，三或?qū)⑷牧先齼?nèi)的三某些三成分三帶出三，造三成材三料的三破壞三。５.1滲透三系數(shù)材料三的滲三透系三數(shù)可三通過三下式三計(jì)算:式中K—滲透三系數(shù),（cm三/三h）;三w—滲水三量，（cm3）A—滲水三面積,（cm2）H三—材料三兩側(cè)三的水三壓差三，（cm）d三—試件三厚度（cm）t三—滲水三時(shí)間（h）材料三的滲三透系三數(shù)越三小，三說明三材料三的抗三滲性三越強(qiáng)三。5.2抗?jié)B三等級材料三的抗三滲等三級是三指用三標(biāo)準(zhǔn)三方法三進(jìn)行三透水三試驗(yàn)三時(shí)，三材料三標(biāo)準(zhǔn)三試件三在透三水前三所能三承受三的最三大水三壓力三，并三以字三母P及可三承受三的水三壓力三（以0.三1MP三a為單三位）三來表三示抗三滲等三級。如P4、P6、P8、P1三0…等，三表示三試件三能承三受逐三步增三高至0.三4MP三a、0.三6M三Pa、0.三8M三Pa、1.三0M三Pa…的水三壓而三不滲三透。6.抗凍三性材料三吸水三后，三在負(fù)三溫作三用條三件下三，水三在材三料毛三細(xì)孔三內(nèi)凍三結(jié)成三冰，三體積三膨漲三所產(chǎn)三生的三凍脹三壓力三造成三材料三的內(nèi)三應(yīng)力三，會三使材三料遭三到局三部破三壞。三隨著三凍融三循環(huán)三的反三復(fù)，三材料三的破三壞作三用逐三步加三劇，三這種三破壞三稱為三凍融三破壞三?？箖鋈允侨覆娜显谌柡腿隣顟B(tài)三下，三能經(jīng)三受反三復(fù)凍三融循三環(huán)作三用而三不破三壞，三強(qiáng)度三也不三顯著三降低三的性三能?？箖鋈砸匀嚰趦鋈诤笕馁|(zhì)三量損三失、三外形三變化三或強(qiáng)三度降三低不三超過三一定三限度三時(shí)所三能經(jīng)三受的三凍融三循環(huán)三次數(shù)三來表三示，三或稱三為抗三凍等三級。材料三的抗三凍等三級可三分為三Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ10三0、Ｆ20三0等，三分別三表示三此材三料可三承受15次、25次、50次、10三0次、20三0次的三凍融三循環(huán)三。材三料的三抗凍三性與三材料三的強(qiáng)三度、三孔結(jié)三構(gòu)、三耐水三性和三吸水三飽和三程度三有關(guān)三。第三三節(jié)材料三的力三學(xué)性三質(zhì)1.三材料三的強(qiáng)三度材料三的強(qiáng)三度是三材料三在應(yīng)三力作三用下三抵抗三破壞三的能三力。三通常三情況三下，三材料三內(nèi)部三的應(yīng)三力多三由外三力（三或荷三載）三作用三而引三起，三隨著三外力三增加三，應(yīng)三力也三隨之三增大三，直三至應(yīng)三力超三過材三料內(nèi)三部質(zhì)三點(diǎn)所三能抵三抗的三極限三，即三強(qiáng)度三極限三，材三料發(fā)三生破三壞。在工三程上三，通三常采三用破三壞試三驗(yàn)法三對材三料的三強(qiáng)度三進(jìn)行三實(shí)測三。將三預(yù)先三制作三的試三件放三置在三材料三試驗(yàn)三機(jī)上三，施三加外三力（三荷載三）直三至破三壞，三根據(jù)三試件三尺寸三和破三壞時(shí)三的荷三載值三，計(jì)三算材三料的三強(qiáng)度三。根據(jù)三外力三作用三方式三的不三同，三材料三強(qiáng)度三有抗拉三、抗三壓、三抗剪三、抗三彎（三抗折三）強(qiáng)三度等。材三料的三抗拉三、抗三壓、三抗剪三強(qiáng)度三的計(jì)三算式三如下三：式中f-三--三--三-材料三強(qiáng)度三，MP三a三Fma三x--材料三破壞三時(shí)的三最大三荷載三，N三A三--三--三--試件三受力三面積三，mm2材料三的抗三彎強(qiáng)三度與三受力三情況三有關(guān)三，一三般試三驗(yàn)方三法是三將條三形試三件放三在兩三支點(diǎn)三上，三中間三作用三一集三中荷三載，三對矩三形截三面試三件，三則其抗彎三強(qiáng)度用下三式計(jì)三算：式中fw--三--三--材料三的抗三彎強(qiáng)三度，MP三a三Fma三x--三-材料三受彎三破壞三時(shí)的三最大三荷載三，N三A三--三--三--試件三受力三面積三，mm2L-三--三--三-兩支三點(diǎn)的三間距三，mm三b、三h-三--試件三橫截三面的三寬及三高，mm2.彈性三和塑三性材料三在外三力作三用下三產(chǎn)生三變形三，當(dāng)三外力三取消三后能三夠完三全恢三復(fù)原三來形三狀的三性質(zhì)三稱為三彈性三。這三種完三全恢三復(fù)的三變形三稱為三彈性三變形三（或三瞬時(shí)三變形三）。三材料三在外三力作三用下三產(chǎn)生三變形三，如三果外三力取三消后三，仍三能保三持變?nèi)魏笕男稳隣詈腿叽缛?，并三且不三產(chǎn)生三裂縫三的性三質(zhì)稱三為塑三性。三這種三不能三恢復(fù)三的變?nèi)畏Q三為塑三性變?nèi)危ㄈ蛴廊米內(nèi)危┤?.脆性三和韌三性材料三受力三達(dá)到三一定三程度三時(shí)，三突然三發(fā)生三破壞三，并三無明三顯的三變形三，材三料的三這種三性質(zhì)三稱為三脆性三。大三部分三無機(jī)三非金三屬材三料均三屬脆三性材三料，三如天三然石三材，三燒結(jié)三普通三磚、三陶瓷三、玻三璃、三普通三混凝三土、三砂漿三等。三脆性三材料三的另三一特三點(diǎn)是三抗壓三強(qiáng)度三高而三抗拉三、抗三折強(qiáng)三度低三。在三工程三中使三用時(shí)三，應(yīng)三注意三發(fā)揮三這類三材料三的特三性。第四三節(jié).材料三的熱三工性三質(zhì)1.導(dǎo)熱三性當(dāng)材三料兩三面存三在溫三度差三時(shí)，三熱量三從材三料一三面通三過材三料傳三導(dǎo)至三另一三面的三性質(zhì)三，稱三為材三料的三導(dǎo)熱三性。三導(dǎo)熱三性用三導(dǎo)熱三系數(shù)λ表示三。導(dǎo)三熱系三數(shù)的三定義三和計(jì)三算式三如下三所示三：式中λ—三—導(dǎo)熱三系數(shù)三，Ｗ三／（三ｍ·三Ｋ）三；三Ｑ－三傳導(dǎo)三的熱三量，三Ｊ三&—三材料三厚度三，ｍ三；A—三—熱傳三導(dǎo)面三積，m2t一熱三傳導(dǎo)三時(shí)間三，h；三（三T2-T1）－材料三兩面三溫度三差，K在物三理意三義上三，導(dǎo)三熱系三數(shù)為三單位三厚度三(1m)的材三料、三兩面三溫度三差為三1Ｋ三時(shí)、三在單三位時(shí)三間(三1s)內(nèi)通三過單三位面三積(三1㎡三)的三熱量三。2.熱容三量和三比熱材料三在受三熱時(shí)三吸收三熱量三，冷三卻時(shí)三放出三熱量三的性三質(zhì)稱三為材三料的三熱容三量。三單位三質(zhì)量三材料三溫度三升高三或降三低1三Ｋ所三吸收三或放三出的三熱量三稱為三熱容三量系三數(shù)或三比熱三。比三熱的三計(jì)算三式如三下所三示：式中C-三--材料三的比三熱，J/三（g三·K三）三Q-三-材料三吸收三或放三出的三熱量三(熱容三量)m-三--材料三質(zhì)量三，g三（t2-三t1）-三-材料三受熱三或冷三卻前三后的三溫差三，K材料三的溫三度變?nèi)涡圆牧先臏厝茸內(nèi)问侨笢厝壬呋蛉档腿龝r(shí)材三料的三體積三變化三。除個(gè)三別材三料以三外，三多數(shù)三材料三在溫三度升三高時(shí)三體積三膨脹三，溫三度下三降時(shí)三體積三收縮三。這三種變?nèi)砣F(xiàn)在三單向三尺寸三時(shí)，三為線三膨脹三或線三收縮三，相三應(yīng)的三技術(shù)三指標(biāo)三為線三膨脹三系數(shù)三（α）。第五三節(jié)材料三的耐三久性材料三的耐三久性是泛三指材三料在三使用三條件三下，三受各三種內(nèi)三在或三外來三自然三因素三及有三害介三質(zhì)的三作用三，能三長久三地保三持其三使用三性能三的性三質(zhì)。材料三在建三筑物三之中三，除三要受三到各三種外三力的三作用三之外三，還三經(jīng)常三要受三到環(huán)三境中三許多三自然三因素三的破三壞作三用。三這些三破壞三作用三包括三物理三、化三學(xué)、三機(jī)械三及生三物的三作用三。物理三作用三可有三干濕三變化三、溫三度變?nèi)叭齼鋈谌兓?。三這些三作用三將使三材料三發(fā)生三體積三的脹三縮，三或?qū)聝?nèi)三部裂三縫的三擴(kuò)展三。時(shí)三間長三久之三后即三會使三材料三逐漸三破壞三。在三寒冷三地區(qū)三，凍三融變?nèi)瘜θ牧先龝鹑@三著的三破壞三作用三。在三高溫三環(huán)境三下，三經(jīng)常三處于三高溫三狀態(tài)三的建三筑物三或構(gòu)三筑物三，所三選用三的建三筑材三料要三具有三耐熱三性能三。在三民用三和公三共建三筑中三，考三慮安三全防三火要三求，三須選三用具三有抗三火性三能的三難燃三或不三燃的三材料三?；瘜W(xué)三作用包括三大氣三、環(huán)三境水三以及三使用三條件三下酸三、堿三、鹽三等液三體或三有害三氣體三對材三料的三侵蝕三作用三。機(jī)械三作用包括三使用三荷載三的持三續(xù)作三用，三交變?nèi)奢d三引起三材料三疲勞三，沖三擊、三磨損三、磨三耗等三。生物三作用包括三菌類三、昆三蟲等三的作三用而三使材三料腐三朽、三蛀蝕三而破三壞。磚、三石料三、混三凝土三等礦三物材三料，三多是三由于三物理三作用三而破三壞，三也可三能同三時(shí)會三受到三化學(xué)三作用三的破三壞。三金屬三材料三主要三是由三于化三學(xué)作三用引三起的三腐蝕三。木三材等三有機(jī)三質(zhì)材三料常三因生三物作三用而三破壞三。瀝三青材三料、三高分三子材三料在三陽光三、空三氣和三熱的三作用三下，三會逐三漸老三化而三使材三料變?nèi)嗷蛉_裂三。材料三的耐三久性三指標(biāo)三是根三據(jù)工三程所三處的三環(huán)境三條件三來決三定的三。例三如處三于凍三融環(huán)三境的三工程三，所三用材三料的三耐久三性以三抗凍三性指三標(biāo)來三表示三。處三于暴三露環(huán)三境的三有機(jī)三材料三，其三耐久三性以三抗老三化能三力來三表示三。例1三-1材料三的密三度、三表觀三密度三、堆三積密三度有三何區(qū)三別？三如何三測定三？材三料含三水后三對三三者有三什么三影響三？例1三-2某工三地所三用卵三石材三料的三密度三為2三.6三5g/三cm3、表觀三密度三為2三.6三1g/三cm3、堆積三密度三為1三68三0kg三/m3，計(jì)算三此石三子的孔隙三率與三空隙三率？例1三-3某石三材在三氣干三、絕三干、三水飽三和情三況下三測得三的抗三壓強(qiáng)三度分三別為三17三4、三17三8、三16三5MP三a，求該三石材三的軟三化系三數(shù)，三并判三斷該三石材三可否三用于三水下三工程三。例1三-1材料三的密三度、三表觀三密度三、堆三積密三度有三何區(qū)