第一章建筑材料概述

建筑材料與檢測(cè)主講人：虞波第一章建筑資料的根本性質(zhì)第一節(jié)建筑資料的分類及開展趨勢(shì)建筑資料的分類按資料的化學(xué)成分分類 按資料在建筑物中的功能分類按運(yùn)用部位分類按來(lái)源分類無(wú)論按什么方式分，建筑資料應(yīng)同時(shí)滿足兩個(gè)根本要求：技術(shù)性能要求和經(jīng)久耐用。按化學(xué)組成分類按功能分類按運(yùn)用部位分類根底資料構(gòu)造資料墻體資料屋面資料地面資料飾面資料其他建筑資料的開展趨勢(shì)高強(qiáng)，減少構(gòu)造尺寸、降低構(gòu)造自重輕質(zhì)，減輕建筑物自重具有多功能性，如保溫、隔熱、吸聲等順應(yīng)于機(jī)械化施工綜合利用第二節(jié)建筑資料的根本性質(zhì)〔一〕密度1.密度2.表觀密度3.堆積密度(二)資料的密實(shí)度與孔隙率(三)資料的填充率與空隙率一、與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)〔一〕密度1.密度:定義：資料在絕對(duì)密實(shí)形狀下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：式中ρ——資料的密度，g/cm3；m——資料的質(zhì)量〔枯燥至恒重〕，g；V——資料在絕對(duì)密實(shí)形狀下〔不含任何孔〕的體積，cm3。密度測(cè)定方法在測(cè)定有孔隙資料〔如磚、石等〕的密度時(shí)，應(yīng)把資料磨成細(xì)粉，枯燥后，用李氏瓶測(cè)定其絕對(duì)密實(shí)體積。它等于被粉末排出的液體體積。資料磨得越細(xì)，測(cè)得的密實(shí)體積數(shù)值就越準(zhǔn)確。相對(duì)密度相對(duì)密度又稱比重，是用資料的質(zhì)量與同體積水〔4℃〕的質(zhì)量的比值表示，無(wú)單位?！惨弧趁芏?.表觀密度定義：資料在自然形狀下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：式中ρ0——資料的表觀密度，kg/m3或g/cm3；m——資料的質(zhì)量，kg或g；V0——資料在自然形狀下〔含內(nèi)部一切孔〕體積，m3或cm3。注：同種資料，由于含水形狀不同，而有不同的表觀密度值。(a)資料的自然體積構(gòu)成(b)資料的堆積體積構(gòu)成資料的體積構(gòu)成〔一〕密度3.堆積密度定義：散粒資料〔如粉狀、顆粒狀資料等〕在堆積形狀下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：式中ρ0′——資料的堆積密度，kg/m3；m——資料的質(zhì)量，kg；V0′——資料的堆積體積，m3。資料密度〔g/cm3〕表觀密度〔kg/m3〕堆積密度〔kg/m3〕石灰?guī)r花崗巖碎石〔石灰?guī)r〕砂粘土普通粘土磚粘土空心磚水泥普通混凝土鋼材木材泡沫塑料2.602.60～2.802.602.602.602.50～2.802.503.10—7.851.55—1800～26002500～2900———1600～18001000～1400—2100～26007850400～80020～50——1400～17001450～16501600～1800——1200～1300————附表1-1:常用建筑資料的密度、表觀密度與堆積密度選擇題：１、單個(gè)塊狀資料的密度和表觀密度之間的關(guān)系：a:密度大于表觀密度；b：密度大于或等于表觀密度；c：密度小于表觀密度；d：密度小于或等于表觀密度。２、散狀堆積資料的視密度和堆積密度之間的關(guān)系：a：視密度大于堆積密度；b：視密度大于或等于堆積密度；c：視密度小于堆積密度；d：視密度小于或等于堆積密度。小結(jié)：不論資料構(gòu)造方式如何，可把資料分為兩大類：?jiǎn)蝹€(gè)塊狀資料：其總體積V0=V開+V閉+V固，單個(gè)塊狀資料的密度≥表觀密度；散狀堆積資料：其總體積V’=V開+V閉+V固+V空，散狀堆積資料的視密度＞堆積密度。注：視密度——散狀堆積資料用排水法測(cè)體積〔近似密實(shí)形狀下的體積——視體積〕，單位體積的質(zhì)量。〔二〕資料的密實(shí)度與孔隙率1.密實(shí)度定義：資料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，即資料的密實(shí)體積與總體積之比。計(jì)算：注：含孔的固體資料D＜1；D越接近1，資料越密實(shí)〔二〕資料的密實(shí)度與孔隙率2.孔隙率定義：資料體積內(nèi)孔隙體積所占的比例，即資料的孔隙體積與總體積之比。計(jì)算：〔三〕資料的填充率與空隙率1.填充率定義：散粒資料在堆積形狀下被固體顆粒所填充的程度。計(jì)算：〔三〕資料的填充率與空隙率2.空隙率定義：散粒狀資料在堆積體積形狀中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。計(jì)算：小結(jié)：1、D+P=1即密實(shí)度+孔隙率=1D’+P’=1即填充率+空隙率=12、孔隙率的大小反映了資料本身的致密程度；空隙率的大小反映了資料堆積的嚴(yán)密程度。二、與水有關(guān)的性質(zhì)〔一〕親水性與憎水性〔二〕吸水性與吸濕性〔三〕耐水性、抗?jié)B性和抗凍性〔一〕親水性與憎水性親水性資料是指當(dāng)潤(rùn)濕邊角θ≤90°時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與資料分子間的相互吸引力，這種資料稱為親水性資料。例：水泥制品、玻璃、陶瓷、金屬資料、石材等無(wú)機(jī)資料和部分木材。憎水性資料是指當(dāng)潤(rùn)濕邊角θ＞90°時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力大于水分子與資料分子間的吸引力，那么資料外表不會(huì)外表不會(huì)被水浸潤(rùn)，這種資料稱為憎水性資料。例：瀝青、油漆、塑料、防水油膏等?！捕澄耘c吸濕性1.吸水性定義：資料在水中吸入水分的才干。目的：吸水率—資料中所含水的質(zhì)量與絕干形狀下資料的質(zhì)量之比。計(jì)算：式中Ｗ——資料的吸水率，%；m0——資料在絕干形狀下的質(zhì)量，g；m1——資料含水形狀下的質(zhì)量，g?！捕澄耘c吸濕性1.吸水性質(zhì)量吸水率〔1〕吸水率體積吸水率注：輕質(zhì)資料如海綿、塑料泡沫，普通用體積吸水率表示，因可吸收水分的質(zhì)量大于枯燥資料的質(zhì)量?！?〕資料吸水，普通對(duì)資料的運(yùn)用性能不利。如強(qiáng)度降低，表觀密度、導(dǎo)熱性增大，保溫性差，有些資料吸水發(fā)生化學(xué)反響蛻變?！?〕細(xì)微開孔資料、粗大開孔資料和閉孔資料哪個(gè)吸水率大？對(duì)開孔資料和閉孔資料來(lái)說(shuō)，哪個(gè)對(duì)耐久性有害？哪個(gè)保溫、隔熱好？哪個(gè)吸音好？

留意：封鎖孔隙較多的資料，吸水率不大時(shí)通常用質(zhì)量吸水率公式進(jìn)展計(jì)算，對(duì)一些輕質(zhì)多孔資料，如加氣混凝土、木材等，由于質(zhì)量吸水率往往超越100%,故可用體積吸水率進(jìn)展計(jì)算?！捕澄耘c吸濕性2.吸濕性定義：資料在空氣中吸入水分的才干。目的：含水率—資料中所含水的質(zhì)量與絕干形狀下資料的質(zhì)量之比。計(jì)算：

式中Ｗ′——資料的含水率，%；m0——資料在絕干形狀下的質(zhì)量，g；m1——資料潮濕形狀下的質(zhì)量，g?！捕澄耘c吸濕性2.吸濕性〔1〕資料中所含水分與空氣濕度相平衡時(shí)的含水率—平衡含水率?！?〕資料吸濕，普通對(duì)資料的運(yùn)用性能也不利。如強(qiáng)度降低，堆密度、導(dǎo)熱性增大，體積膨脹?！?〕含水率是一個(gè)非常重要的目的，在配合比以及最正確含水率和最大干密度中會(huì)涉及到。

〔三〕耐水性、抗?jié)B性和抗凍性1.耐水性定義：資料長(zhǎng)期在飽和水作用下不破壞,其強(qiáng)度也不顯著降低的性能。目的：軟化系數(shù)計(jì)算：耐水資料是指軟化系數(shù)大于0.80的資料。受水浸泡或長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境的重要建筑物或構(gòu)筑物所用資料的軟化系數(shù)不應(yīng)低于0.85。〔三〕耐水性、抗?jié)B性和抗凍性2.抗?jié)B性定義：資料抵抗壓力水浸透的性質(zhì)。目的：浸透系數(shù)或抗?jié)B等級(jí)計(jì)算：式中KS——浸透系數(shù)，cm/h；Q——透水量，cm3；d——試件厚度，cm；A——透水面積，cm2；t——時(shí)間，h；H——水頭高度〔水壓〕，cm?！踩衬退浴⒖?jié)B性和抗凍性對(duì)于混凝土,抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(jí)P表示,共有P4、P6、P8、P10、P12，表示混凝土能抵抗0.4Mpa、0.6Mpa、0.8Mpa、1.0Mpa、1.2Mpa的靜水壓力而不浸透。浸透系數(shù)越小或抗?jié)B等級(jí)越高，資料的抗?jié)B性越好。3.抗凍性定義：資料在吸水飽和形狀下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，強(qiáng)度又不顯著降低的性質(zhì)。目的：抗凍等級(jí)Fn，抗凍等級(jí)也是衡量資料耐久性的目的。混凝土的抗凍等級(jí)以符號(hào)F表示，n表示所能接受的最大凍融循環(huán)次數(shù)，記為F10、F15、F25、F100等。如：F15表示所能接受的最大凍融循環(huán)〔在-15℃的溫度下凍結(jié)后，再在20℃的水中融化，為一次凍融循環(huán)〕次數(shù)不少于15次，這時(shí)強(qiáng)度損失率不超越25%，質(zhì)量損失不超越5%?！踩衬退?、抗?jié)B性和抗凍性〔三〕耐水性、抗?jié)B性和抗凍性〔三〕耐水性、抗?jié)B性和抗凍性凍融循環(huán)對(duì)資料的損害資料外表將出現(xiàn)裂紋、剝落等景象，呵斥分量損失、強(qiáng)度降低。緣由：資料內(nèi)部孔隙中的水分結(jié)冰時(shí)體積增大對(duì)孔壁產(chǎn)生很大的壓力，冰融化時(shí)壓力又驟然消逝所致。抗凍性影響要素強(qiáng)度：資料強(qiáng)度越高，抗凍性越好；孔隙特征：開口孔隙越多資料的抗凍性能越差?？紫洞笮。悍怄i大孔資料的抗凍性較小孔資料的抗凍性好。因資料孔隙中有一定的空間，可緩解冰凍的破壞作用。小結(jié)：資料的凍融破壞作用是從外外表開場(chǎng)產(chǎn)生剝落，逐漸向內(nèi)部深化開展?？箖鲂粤己玫馁Y料，對(duì)于抵抗大氣溫度變化、干濕交替等風(fēng)化作用的才干較強(qiáng)，所以抗凍性常作為調(diào)查資料耐久性的一項(xiàng)目的。在設(shè)計(jì)冰冷地域及冰冷環(huán)境(如冷庫(kù))的建筑物時(shí)，必需求思索資料的抗凍性。處于暖和地域的建筑物，雖無(wú)冰凍作用，但為抵抗大氣的風(fēng)化作用，確保建筑物的耐久性，也常對(duì)資料提出—定的抗凍性要求。凍融破壞的大壩壩面運(yùn)用20年的高速公路橋梁三、與熱有關(guān)的性質(zhì)〔一〕導(dǎo)熱性〔二〕熱容量〔三〕熱變形性〔一〕導(dǎo)熱性定義：導(dǎo)熱性是指資料傳送熱量的才干。目的：導(dǎo)熱系數(shù)λ導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義在穩(wěn)定傳熱條件下，當(dāng)資料層單位厚度內(nèi)的溫差為1℃時(shí)，在1h內(nèi)經(jīng)過(guò)1m2外表積的熱量。T2T1〔一〕導(dǎo)熱性絕熱資料通常將導(dǎo)熱系數(shù)λ≤0.175W/m·K的資料稱為絕熱資料。保溫隔熱——絕熱兩個(gè)相反的概念導(dǎo)熱導(dǎo)熱系數(shù)λ小，保溫隔熱好；如閉孔導(dǎo)熱系數(shù)λ大，導(dǎo)熱好〔一〕導(dǎo)熱性影響資料導(dǎo)熱系數(shù)的要素有：〔1〕資料組成金屬資料＞非金屬資料＞有機(jī)資料〔2〕孔隙率：大，表觀密度小，導(dǎo)熱系數(shù)小〔3〕孔隙特征細(xì)小閉孔＜粗大閉孔或連通孔〔4〕含水率由于水的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.58W/m·K，遠(yuǎn)大于空氣，所以資料含水率添加后其導(dǎo)熱系數(shù)將明顯添加，假設(shè)受凍〔冰λ=2.33W/m·K，〕那么導(dǎo)熱才干更大?！捕碂崛萘慷x：熱容量是指資料受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)。目的：比熱〔或熱容量系數(shù)〕C，單位為kJ/(kg·K)式中Q——資料吸收或放出的熱量，kJ；m——資料的質(zhì)量，kg；(T2-T1)——資料受熱或冷卻前后的溫差，K。小結(jié)：選用圍護(hù)構(gòu)造資料時(shí)，要到達(dá)保溫隔熱效果，就選用導(dǎo)熱系數(shù)小，熱容量大的資料?！踩碂嶙冃涡再Y料的熱變形性是指資料在溫度變化時(shí)其尺寸的變化常用長(zhǎng)度方向變化的線膨脹系數(shù)表示。第三節(jié)建筑資料的力學(xué)性質(zhì)內(nèi)容一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度二、彈性和塑性三、脆性和韌性四、硬度和耐磨性一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度〔一〕強(qiáng)度是指資料抵抗外力〔荷載〕破壞的才干。不同資料的破壞能夠出現(xiàn)兩種情況：1.應(yīng)力到達(dá)一定值時(shí)出現(xiàn)較大的不可恢復(fù)變形而導(dǎo)致破壞，如鋼材的屈服；2.應(yīng)力到達(dá)其極限值而出現(xiàn)斷裂，幾乎一切的脆性資料都屬于這種。類型抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。a.壓力b.拉力c.彎曲d.剪切資料受力表示圖混凝土路面磚抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)混凝土路面磚抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度按下式計(jì)算式中：f——資料強(qiáng)度，MPa；P——破壞時(shí)最大荷載，N；F——受力截面面積，mm2。一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度〔中央集中荷載〕按下式計(jì)算：式中：fm——資料抗彎強(qiáng)度，MPa；P——資料所受的荷載，N；L——兩支點(diǎn)間間隔，mm；b——試件截面的寬度，mm；h——試件截面高度，mm。一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度〔兩個(gè)集中荷載〕按下式計(jì)算：式中：fm——資料抗彎強(qiáng)度，MPa；P——資料所受的荷載，N；L——兩支點(diǎn)間間隔，mm；b——試件截面的寬度，mm；h——試件截面高度，mm。常用資料強(qiáng)度材料抗壓MPa抗拉MPa抗彎MPa花崗巖100～2505～810～14普通粘土磚5～20—1.6～4.0普通混凝土5～601～9—松木〔順紋〕30～5080～12060～100建筑鋼材240～1500240～1500—一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度〔二〕比強(qiáng)度f(wàn)c/ρo比強(qiáng)度是指資料強(qiáng)度與其表觀密度之比。它是衡量資料輕質(zhì)高強(qiáng)的一個(gè)主要目的。下表列出常見幾種建筑資料的比強(qiáng)度資料稱號(hào)表觀密度〔kg/m3〕強(qiáng)度〔MPa〕比強(qiáng)度低碳鋼松木混凝土(C30)紅磚7800500240017002353430100.03010.06800.01250.0059二、彈性和塑性1.彈性是指資料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，可以完全恢復(fù)原來(lái)外形的性質(zhì)。這種可完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形，見圖。二、彈性和塑性彈性模量E彈性變形的變形量與對(duì)應(yīng)的應(yīng)力大小成正比，其比例系數(shù)用彈性模量E來(lái)表示。按下式計(jì)算：式中：σ——資料所受的應(yīng)力，MPa；ε——資料在應(yīng)力σ作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，無(wú)單位。彈性模量越大，資料在荷載作用下越不易變形。二、彈性和塑性2.塑性是指在外力作用下資料產(chǎn)生變形，不破壞。當(dāng)外力取消后，仍堅(jiān)持變形后的外形和尺寸的性質(zhì)。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形，右圖。二、彈性和塑性鋼材受力變形在受力不大的情況下，表現(xiàn)為彈性變形，但受力超越一定限制后，那么表現(xiàn)為塑性變形?；炷潦芰ψ冃卧谑芰螅瑥椥宰冃渭八苄宰冃瓮瑫r(shí)產(chǎn)生，假設(shè)取消外力，那么彈性變形部分可以恢復(fù)，而塑性變形部分那么不能恢復(fù)。三、脆性和韌性1.脆性是指資料在沖擊或震動(dòng)荷載作用下，忽然發(fā)生破壞而無(wú)明顯變形的性能，如玻璃、燒結(jié)磚、建筑陶瓷等。2.韌性是指資料在沖擊或震動(dòng)荷載作用下，可以吸收較大的能量而不破壞的性能，如建筑鋼材和木材。四、硬度和耐磨性1.硬度資料外表能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的才干。對(duì)于不同的建筑資料，有不同的硬度測(cè)試方法。主要有莫氏硬度、肖氏硬度和布氏硬度。在后續(xù)課程中將結(jié)合詳細(xì)資料進(jìn)展引見。2.耐磨性耐磨性是指資料抵抗磨損的才干，用耐磨率(單位面積資料磨前磨后質(zhì)量變化率)表示。硬度莫氏硬度〔10級(jí)〕－石材1－滑石2－石膏3－方解石4－螢石5－磷石灰6－正長(zhǎng)石7－石英8－黃玉