高職高專建筑材料與檢測課件第二章VIP

項目二建筑材料的基本性質

基本性質主要包括物理性質、力學性質、化學性質、耐久性、裝飾性等物理性質包括密度、密實性、空隙率（計算材料用量、構件自重、配料計算、確定堆放空間）力學性質包括強度、彈性、塑脆韌性、硬度。

建筑材料在建筑物的各個部位的功能不同，均要承受各種不同的作用，因而要求建筑材料必須具有相應的基本性質。任務一建筑材料的物理性質

一、材料的密度、表觀密度與堆積密度

二、材料的密實度與孔隙率、填充率與空隙率三、材料與水有關的性質四、材料的熱工性質五、材料的光學性質

一、材料的密度、表觀密度與堆積密度

密度是指物質單位體積的質量。單位為g/cm3或kg／m3。由于材料所處的體積狀況不同，故有實際密度（以前稱為真密度）、表觀密度和堆積密度之分。１.密度

以前稱比重、真實密度，簡稱密度。密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積所具有的質量。式中：ρ—

密度（g/cm3）

m—

材料干燥狀態(tài)下的質量（g）

V—

材料在絕對密實狀態(tài)下的體積（cm3）絕對密實狀態(tài)下的體積的測定：近于絕對密實的材料（金屬、玻璃等）：直接以排水法測定；有孔隙的材料（磚、混凝土、石材）：將材料磨成細粉以排除其內部孔隙，經干燥后用密度瓶（李氏瓶）測定其實際體積，該體積即可視為絕對密實狀態(tài)下的體積。１.密度李氏瓶２.表觀密度

也稱容重，是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質量，按下式計算：式中ρ0—材料的表觀密度（g/cm3或kg/m3）

m—材料的質量（g或kg)V0—材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積（cm3或m3）,包含內部空隙在內的體積（規(guī)則幾何形狀、松散體積用排液法）作用：計算構件的自重3堆積密度散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的重量稱為堆積密度?？捎孟率奖硎?/p>

式中ρ0’

—

散粒材料的堆積密度（g/cm3或kg/m3）

m—

散粒材料的質量（g或kg）

v0，—材料在自然狀態(tài)下的堆積體積（cm3或m3），它包含內部和顆粒之間的空隙。思考：密度、表觀密度和堆積密度之間的大小關系如何？計算材料的堆放空間二、材料的密實度與孔隙率、空隙率與填充率1.密實度密實度是指材料的固體物質部分的體積占總體積的比例，說明材料體積內被固體物質所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式計算：2.孔隙率孔隙率材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率，稱為材料的孔隙率（P）?？捎孟率奖硎荆?100%

P+D=1

孔隙按大小分為粗孔和細孔，按特征分為連通孔隙和封閉孔隙，它與材料的吸水性、強度、抗?jié)B性、抗凍性等性質有關。3.空隙率散顆材料（如砂、石子）堆積體積（V’0）中，顆粒間空隙體積所占的百分率稱為空隙率（P’），可用下式表示為材料的孔隙率與密實度4、填充率填充率是指散粒材料在堆積體積內被其顆粒填充的程度，用D?表示。D?=Vo/Vo???100%填充率與空隙率的關系P?+D?=1三、材料與水有關的性質

（一）親水性與憎水性1.概念親水性：材料能被水潤濕的性質，如磚、混凝土等。材料產生親水性的原因是因其與水接觸時，材料與水分子之間的親合力大于水分子之間的內聚力所致。當材料與水接觸，材料與水分子之間的親合力小于水分子之間的內聚力時，材料則表現為憎水性。憎水性材料如瀝青、石油等。問題：親水性材料與憎水性材料在實際工程中有何意義？當材料與水接觸時，在材料、水、空氣三相的交界點，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤濕角。

材料的潤濕示意圖2.潤濕角材料被水濕潤的情況可用潤濕角θ來表示。（一）親水性與憎水性

3.親水性材料與憎水性材料用潤濕角θ來反映θ角愈小，表明材料愈易被水潤濕。當θ＜90°時，材料表面吸附水，材料能被水潤濕而表現出親水性，這種材料稱親水性材料。θ>90°時，材料表面不吸附水，此稱憎水性材料。當θ=0°時，表明材料完全被水潤濕。上述概念也適用于其它液體對固體的潤濕情況，相應稱為親液材料和憎液材料。

材料的潤濕示意圖（a）親水性材料；（b）憎水性材料（二）材料的吸水性與吸濕性1.吸水性

材料在水中能吸收水分的性質稱吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，有質量吸水率與體積吸水率兩種表示方法。

（1）質量吸水率質量吸水率是指材料在吸水飽和時，內部所吸水分的質量占材料干燥質量的百分率，用下式計算：式中W——材料的質量吸水率（％）；

m1—材料在吸水飽和狀態(tài)下的質量（g）；

m2—材料在干燥狀態(tài)下的質量（g）

材料的吸水率：花崗巖的吸水率：0.5%~0.7%；混凝土的吸水率：2%~3%；粘土磚的吸水率：8%~20%；木材的吸水率：可超過100%。花崗巖1.吸水性

（2）體積吸水率體積吸水率是指材料在吸水飽和時，其內部所吸水分的體積占干燥材料自然體積的百分率。用公式表示如下式中w0——材料的體積吸水率（％）；

V0——干燥材料在自然狀態(tài)下的體積（cm3）；

ρ——水的密度（g/cm3）材料的吸水性與其親水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有關。2.吸濕性

材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。潮濕材料在干燥的空氣中也會放出水分，此稱還濕性。材料的吸濕性用含水率表示。含水率系指材料內部所含水的質量占材料干燥質量的百分率。用公式表示為式中W含—材料的含水率（％）

m含—一材料含水時的質量（ｇ）

m干—

材料干燥至恒重時的質量（ｇ）

材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變。例：某立方體巖石試件，外形尺寸為50mm×50mm×50mm，測得其在絕干、自然狀態(tài)及吸水飽和狀態(tài)下的質量分別為325g，325.3g，326.1g，并測得該巖石的密度為2.68g/cm3。試求該巖石的體積吸水率、質量含水率、絕干表觀密度、孔隙率。

=1-2.6/2.68=2.99%

1.1/125=0.88%=0.3/325=0.092%=325/125=2.6g/cm3解：V0＝5×5×5＝125cm3m含＝325.3gm干＝325gm飽＝326.1gρw＝1g/cm3（三）材料的耐水性材料長期在水作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數表示，如下式：式中:kR

—材料的軟化系數；

fb—材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）；

fg——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。

軟化系數KR的大小表明材料在浸水飽和后強度降低的程度。一般來說，材料被水浸濕后，強度均會有所降低。

kR小——耐水性差。材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化系數小的材料耐水性差，其使用環(huán)境尤其受到限制。軟化系數的波動范圍在0至1之間。工程中通常將ＫＲ＞0.80的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數也不得小于0.75

。（三）材料的耐水性（四）材料的抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗?jié)B性，或稱不透水性。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數K表示。滲透系數的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時間內透過單位面積的水量。用公式表示為式中K——材料的滲透系數（cm/h）；

W——滲透水量（cm3）；

d——材料的厚度（cm）；

A——滲水面積（cm2）；

t——滲水時間（h）；

H——靜水壓力水頭（cm）?！獙嵸|上就是達西定律K值愈大，表示材料滲透的水量愈多，即抗?jié)B性愈差。

材料的抗?jié)B性也可用抗?jié)B等級表示?？?jié)B等級是以規(guī)定的試件、在標準試驗方法下所能承受的最大水壓力來確定，以符號Pn表示，其中n為該材料所能承受的最大水壓力的十倍的MPa數，如P4、P6、P8等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不滲水。

材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關。（四）材料的抗?jié)B性

我國現行抗?jié)B等級的確定，是以齡期為28d的圓臺體試件(高150mm、底面直徑185mm、頂面直徑175mm)來做抗?jié)B試驗，并定出抗?jié)B等級?？?jié)B圓柱體試件每組為六個，試驗時，當試件只有兩個試件表面開始發(fā)現滲水現象時的水壓力值(以MPa計)，就稱為該混凝土的抗?jié)B等級，用符號P來表示?；炷量?jié)B儀混凝土的抗?jié)B等級劃分為P4、P6、P8、P10、P12等五個等級。相應表示混凝土抗?jié)B試驗時一組6個試件中4個試件未出現滲水時的最大水壓力。（四）材料的抗?jié)B性（五）材料的抗凍性

材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經受多次凍融循環(huán)作用而不被破壞，也不嚴重降低強度的性質，稱為材料的抗凍性。材料的抗凍性用抗凍等級表示。抗凍等級：以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗條件下，測得其強度降低不超過規(guī)定值，并無明顯損壞和剝落時所能經受的凍融循環(huán)次數。用符號Fn表示，其中n即為最大凍融循環(huán)次數，如F25、F50等。材料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。如混凝土抗凍等級Ｆ15是指所能承受的最大凍融次數是15次(在-15℃的溫度凍結后，再在20℃的水中融化，為一次凍融循環(huán))，這時強度損失率不超過25％，質量損失不超過5％。

（五）材料的抗凍性

混凝土抗凍等級D15號中的15是指()。

A．承受凍融的最大次數為15次

B．凍結后在15~C的水中融化

C．最大凍融次數后強度損失率不超過15％

D．最大凍融次數后質量損失率不超過15％

材料的抗凍性與材料的強度、孔結構、耐水性和吸水飽和程度有關。

材料抗凍等級的選擇，是根據結構物的種類、使用條件、氣候條件等來決定的。

A（五）材料的抗凍性四、材料的熱工性質

1.導熱性

當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質，稱為材料的導熱性。導熱性用導熱系數λ表示。導熱系數的定義和計算式如下所示：式中

λ——導熱系數，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；

Ｑ－傳導的熱量，Ｊ

ｄ—材料厚度，ｍ；

A——熱傳導面積，m2

Ｚ一熱傳導時間，h；

Δt—材料兩面溫度差，K

四、材料的熱工性質

影響導熱系數的因素無機材料的導熱系數大于有機材料；材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱系數愈小同類材料的孔隙率是隨體積密度的減小而增大,則導熱系數隨體積密度的減小而減小；材料的含水率增加,導熱系數也增加。四、材料的熱工性質2.熱容量和比熱

材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質稱為材料的熱容量。單位質量材料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數或比熱。比熱的計算式如下所示：式中

C---材料的比熱，J/（g·K）

Q--材料吸收或放出的熱量(熱容量)

m或G---材料質量，g

（t2-t1）--材料受熱或冷卻前后的溫差，K四、材料的熱工性質比熱是反映材料的吸熱和放熱能力的理量。不同材料的比熱不同，它對保持建筑物內部溫度有很大的意義，比熱大的材料，能在熱流變動或采暖設備供熱不均勻時，緩和室內的溫度波動。Return五.材料的光學性質(閱讀教材P13)

任務二建筑材料的基本力學性質

一、材料的強度與等級（一）材料的強度材料在外力作用下抵抗破壞的能力，稱為材料的強度。根據外力作用形式的不同，材料的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度及抗剪強度等，均以材料受外力破壞時單位面積上所承受的力的大小來表示。

材料的力學性質系指材料在外力作用下的變形性和抵抗破壞的性質。材料的強度分類及受外力作用示意圖強度類別受力作用示意圖強度計算式附注抗壓強度fc(MPa)F——破壞荷載(N);A——受荷面積(mm2);l——跨度(mm);b——斷面寬度(mm);h——斷面高度(mm)抗拉強度ft(MPa)抗剪強度fv(MPa)抗彎強度ftm(MPa)（一）材料的強度（二）材料的等級建筑材料常按其強度值的大小劃分為若干個等級。如：燒結普通磚按抗壓強度分為六個等級：Mu30、Mu25、Mu20、Mu15、Mu10、Mu7.5；硅酸鹽水泥按抗壓和抗折強度分為6個等級：42.5、52.5、62.5、42.5R、52.5R、62.5R；普通混凝土按其抗壓強度分為十二個等級：C15、C10、…、C80等碳素結構鋼按其抗拉強度分為五個等級，如Q235等等。（三）材料的比強度比強度是按單位體積質量計算的材料強度，其值等于材料強度與其表觀密度之比。對于不同強度的材料進行比較，可采用比強度這個指標。比強度是衡量材料輕質高強性能的重要指標，優(yōu)質的結構材料，必須具有較高的比強度。材料表觀密度（g/cm3）抗壓強度（MPa）比強度低碳鋼78604150.053普通混凝土（抗壓）240029.40.012松木（順紋、抗拉）50034.30.069玻璃鋼20004500.225燒結普通磚（抗壓）1700100.006（四）材料的彈性與塑性彈性：外力→變形→卸外力→變形完全恢復材料的彈性用彈性模量Ｅ表示塑性：：外力→變形→卸外力→變形不完全恢復彈塑性材料的變形曲線

（五）材料的脆性與韌性脆性：材料在外力作用下至破壞前無明顯塑性變形而突然破壞的性質。脆性材料抗動載能力差，但抗壓強度高。如磚、混凝土、玻璃等。韌性：在沖擊、振動荷載作用下，材料能承受很大變形也不致破壞的性能。如鋼材、木材等。（六）硬度和耐磨性

1.硬度

材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法和壓入法測定材料的硬度。

刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石的順序，分為１０個硬度等級。

2.耐磨性

耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨損率表示，計算公式如下：式中B------材料的磨損率，（g/cm2）

m1----材料磨損前的質量，（g）

m2-----材料磨損后的質量，（g）

A------材料試件的受磨面積（cm2）任務三建筑材料的耐久性1.概念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、不破壞，長久地保持其使用性能