第一章建筑材料概述

第一章建筑材料概述2024/3/13第一章建筑材料概述第一章建筑材料的基本性質(zhì)第一章建筑材料概述第一節(jié)建筑材料的分類及發(fā)展趨勢(shì)第一章建筑材料概述建筑材料的分類按材料的化學(xué)成分分類 按材料在建筑物中的功能分類按使用部位分類按來(lái)源分類無(wú)論按什么方式分，建筑材料應(yīng)同時(shí)滿足兩個(gè)基本要求：技術(shù)性能要求和經(jīng)久耐用。第一章建筑材料概述按化學(xué)組成分類第一章建筑材料概述按功能分類第一章建筑材料概述按使用部位分類基礎(chǔ)材料結(jié)構(gòu)材料墻體材料屋面材料地面材料飾面材料其他第一章建筑材料概述建筑材料的發(fā)展趨勢(shì)高強(qiáng)，減少結(jié)構(gòu)尺寸、降低結(jié)構(gòu)自重輕質(zhì)，減輕建筑物自重具有多功能性，如保溫、隔熱、吸聲等適應(yīng)于機(jī)械化施工綜合利用第一章建筑材料概述第二節(jié)建筑材料的基本性質(zhì)第一章建筑材料概述

（一）密度

1.密度2.表觀密度3.堆積密度

(二)材料的密實(shí)度與孔隙率(三)材料的填充率與空隙率一、與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)第一章建筑材料概述（一）密度

1.密度:定義：材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：

式中ρ——材料的密度，g/cm3；

m——材料的質(zhì)量（干燥至恒重），g；V——材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下（不含任何孔）的體積，cm3。

第一章建筑材料概述密度測(cè)定方法在測(cè)定有孔隙材料（如磚、石等）的密度時(shí)，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉，干燥后，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。材料磨得越細(xì)，測(cè)得的密實(shí)體積數(shù)值就越精確。相對(duì)密度相對(duì)密度又稱比重，是用材料的質(zhì)量與同體積水（4℃）的質(zhì)量的比值表示，無(wú)單位。

第一章建筑材料概述（一）密度

2.表觀密度定義：材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：式中ρ0——材料的表觀密度，kg/m3或g/cm3；m——材料的質(zhì)量，kg或g；V0——材料在自然狀態(tài)下（含內(nèi)部所有孔）體積，m3或cm3。注：同種材料，由于含水狀態(tài)不同，而有不同的表觀密度值。第一章建筑材料概述(a)材料的自然體積構(gòu)成(b)材料的堆積體積構(gòu)成材料的體積構(gòu)成

第一章建筑材料概述（一）密度3.堆積密度定義：散粒材料（如粉狀、顆粒狀材料等）在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：

式中ρ0′——材料的堆積密度，kg/m3；m——材料的質(zhì)量，kg；V0′——材料的堆積體積，m3。

第一章建筑材料概述材料密度（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:常用建筑材料的密度、表觀密度與堆積密度第一章建筑材料概述選擇題：１、單個(gè)塊狀材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、散狀堆積材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。

第一章建筑材料概述小結(jié)：不論材料構(gòu)造形式如何，可把材料分為兩大類：?jiǎn)蝹€(gè)塊狀材料：其總體積V0=V開(kāi)+V閉+V固，單個(gè)塊狀材料的密度≥表觀密度；散狀堆積材料：其總體積V’=V開(kāi)+V閉+V固+V空，散狀堆積材料的視密度＞堆積密度。注：視密度——散狀堆積材料用排水法測(cè)體積（近似密實(shí)狀態(tài)下的體積——視體積），單位體積的質(zhì)量。第一章建筑材料概述（二）材料的密實(shí)度與孔隙率1.密實(shí)度定義：材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，即材料的密實(shí)體積與總體積之比。計(jì)算：注：含孔的固體材料D＜1；D越接近1，材料越密實(shí)第一章建筑材料概述（二）材料的密實(shí)度與孔隙率2.孔隙率定義：材料體積內(nèi)孔隙體積所占的比例，即材料的孔隙體積與總體積之比。計(jì)算：第一章建筑材料概述（三）材料的填充率與空隙率1.填充率定義：散粒材料在堆積狀態(tài)下被固體顆粒所填充的程度。計(jì)算：第一章建筑材料概述（三）材料的填充率與空隙率2.空隙率定義：散粒狀材料在堆積體積狀態(tài)中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。計(jì)算：第一章建筑材料概述小結(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材料本身的致密程度；空隙率的大小反映了材料堆積的緊密程度。第一章建筑材料概述二、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性和抗凍性第一章建筑材料概述（一）親水性與憎水性親水性材料是指當(dāng)潤(rùn)濕邊角θ≤90°時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料分子間的相互吸引力，這種材料稱為親水性材料。例：水泥制品、玻璃、陶瓷、金屬材料、石材等無(wú)機(jī)材料和部分木材。憎水性材料是指當(dāng)潤(rùn)濕邊角θ＞90°時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力大于水分子與材料分子間的吸引力，則材料表面不會(huì)表面不會(huì)被水浸潤(rùn)，這種材料稱為憎水性材料。例：瀝青、油漆、塑料、防水油膏等。

第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性1.吸水性

定義：材料在水中吸入水分的能力。指標(biāo)：吸水率—材料中所含水的質(zhì)量與絕干狀態(tài)下材料的質(zhì)量之比。計(jì)算：

式中Ｗ——材料的吸水率，%；m0——材料在絕干狀態(tài)下的質(zhì)量，g；m1——材料含水狀態(tài)下的質(zhì)量，g。

第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性1.吸水性質(zhì)量吸水率

（1）吸水率體積吸水率注：輕質(zhì)材料如海綿、塑料泡沫，一般用體積吸水率表示，因可吸收水分的質(zhì)量大于干燥材料的質(zhì)量。

（2）材料吸水，一般對(duì)材料的使用性能不利。如強(qiáng)度降低，表觀密度、導(dǎo)熱性增大，保溫性差，有些材料吸水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)變質(zhì)。（3）細(xì)微開(kāi)孔材料、粗大開(kāi)孔材料和閉孔材料哪個(gè)吸水率大？對(duì)開(kāi)孔材料和閉孔材料來(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？

第一章建筑材料概述注意：封閉孔隙較多的材料，吸水率不大時(shí)通常用質(zhì)量吸水率公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)一些輕質(zhì)多孔材料，如加氣混凝土、木材等，由于質(zhì)量吸水率往往超過(guò)100%,故可用體積吸水率進(jìn)行計(jì)算。第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性2.吸濕性定義：材料在空氣中吸入水分的能力。指標(biāo)：含水率—材料中所含水的質(zhì)量與絕干狀態(tài)下材料的質(zhì)量之比。計(jì)算：

式中Ｗ′——材料的含水率，%；m0——材料在絕干狀態(tài)下的質(zhì)量，g；m1——材料潮濕狀態(tài)下的質(zhì)量，g。

第一章建筑材料概述（二）吸水性與吸濕性2.吸濕性

（1）材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。

（2）材料吸濕，一般對(duì)材料的使用性能也不利。如強(qiáng)度降低，堆密度、導(dǎo)熱性增大，體積膨脹。（3）含水率是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，在配合比以及最佳含水率和最大干密度中會(huì)涉及到。

第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性1.耐水性

定義：材料長(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。指標(biāo)：軟化系數(shù)計(jì)算：

耐水材料是指軟化系數(shù)大于0.80的材料。受水浸泡或長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境的重要建筑物或構(gòu)筑物所用材料的軟化系數(shù)不應(yīng)低于0.85。第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性2.抗?jié)B性定義：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。指標(biāo)：滲透系數(shù)或抗?jié)B等級(jí)計(jì)算：式中KS——滲透系數(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。

第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?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的靜水壓力而不滲透。滲透系數(shù)越小或抗?jié)B等級(jí)越高，材料的抗?jié)B性越好。第一章建筑材料概述3.抗凍性定義：材料在吸水飽和狀態(tài)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)。

指標(biāo)：抗凍等級(jí)Fn，抗凍等級(jí)也是衡量材料耐久性的指標(biāo)?；炷恋目箖龅燃?jí)以符號(hào)F表示，n表示所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)，記為F10、F15、F25、F100等。如：F15表示所能承受的最大凍融循環(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)度損失率不超過(guò)25%，質(zhì)量損失不超過(guò)5%。（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性第一章建筑材料概述（三）耐水性、抗?jié)B性和抗凍性凍融循環(huán)對(duì)材料的損害材料表面將出現(xiàn)裂紋、剝落等現(xiàn)象，造成重量損失、強(qiáng)度降低。原因：材料內(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)壓力又驟然消失所致。抗凍性影響因素強(qiáng)度：材料強(qiáng)度越高，抗凍性越好；孔隙特征：開(kāi)口孔隙越多材料的抗凍性能越差。孔隙大?。悍忾]大孔材料的抗凍性較小孔材料的抗凍性好。因材料孔隙中有一定的空間，可緩解冰凍的破壞作用。

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小結(jié)：材料的凍融破壞作用是從外表面開(kāi)始產(chǎn)生剝落，逐漸向內(nèi)部深入發(fā)展。

抗凍性良好的材料，對(duì)于抵抗大氣溫度變化、干濕交替等風(fēng)化作用的能力較強(qiáng)，所以抗凍性常作為考查材料耐久性的一項(xiàng)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)寒冷地區(qū)及寒冷環(huán)境(如冷庫(kù))的建筑物時(shí)，必須要考慮材料的抗凍性。處于溫暖地區(qū)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)材料提出—定的抗凍性要求。第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述凍融破壞的大壩壩面使用20年的高速公路橋梁第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述第一章建筑材料概述三、與熱有關(guān)的性質(zhì)（一）導(dǎo)熱性（二）熱容量（三）熱變形性第一章建筑材料概述（一）導(dǎo)熱性定義：導(dǎo)熱性是指材料傳遞熱量的能力。指標(biāo)：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)材料層單位厚度內(nèi)的溫差為1℃時(shí)，在1h內(nèi)通過(guò)1m2表面積的熱量。T2T1

第一章建筑材料概述（一）導(dǎo)熱性絕熱材料通常將導(dǎo)熱系數(shù)λ≤0.175W/m·K的材料稱為絕熱材料。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)熱好第一章建筑材料概述（一）導(dǎo)熱性影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素有：（1）材料組成金屬材料＞非金屬材料＞有機(jī)材料（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，所以材料含水率增加后其導(dǎo)熱系數(shù)將明顯增加，若受凍（冰λ=2.33W/m·K，）則導(dǎo)熱能力更大。

第一章建筑材料概述（二）熱容量定義：熱容量是指材料受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)。指標(biāo)：比熱（或熱容量系數(shù)）C，單位為kJ/(kg·K)

式中Q——材料吸收或放出的熱量，kJ；m——材料的質(zhì)量，kg；(T2-T1)——材料受熱或冷卻前后的溫差，K。第一章建筑材料概述小結(jié)：選用圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料時(shí)，要達(dá)到保溫隔熱效果，就選用導(dǎo)熱系數(shù)小，熱容量大的材料。第一章建筑材料概述（三）熱變形性材料的熱變形性是指材料在溫度變化時(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。第一章建筑材料概述第三節(jié)建筑材料的力學(xué)性質(zhì)第一章建筑材料概述內(nèi)容一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度二、彈性和塑性三、脆性和韌性四、硬度和耐磨性第一章建筑材料概述一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度（一）強(qiáng)度是指材料抵抗外力（荷載）破壞的能力。不同材料的破壞可能出現(xiàn)兩種情況：1.應(yīng)力達(dá)到一定值時(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)力達(dá)到其極限值而出現(xiàn)斷裂，幾乎所有的脆性材料都屬于這種。類型抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。第一章建筑材料概述a.壓力b.拉力c.彎曲d.剪切材料受力示意圖第一章建筑材料概述混凝土路面磚抗折強(qiáng)度試驗(yàn)第一章建筑材料概述混凝土路面磚抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)第一章建筑材料概述一、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——材料強(qiáng)度，MPa；P——破壞時(shí)最大荷載，N；F——受力截面面積，mm2。

第一章建筑材料概述一、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——材料抗彎強(qiáng)度，MPa；P——材料所受的荷載，N；L——兩支點(diǎn)間距離，mm；b——試件截面的寬度，mm；h——試件截面高度，mm。

第一章建筑材料概述一、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——材料抗彎強(qiáng)度，MPa；P——材料所受的荷載，N；L——兩支點(diǎn)間距離，mm；b——試件截面的寬度，mm；h——試件截面高度，mm。

第一章建筑材料概述常用材料強(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—第一章建筑材料概述一、強(qiáng)度與比強(qiáng)度（二）比強(qiáng)度f(wàn)c/ρo比強(qiáng)度是指材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。它是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)的一個(gè)主要指標(biāo)。下表列出常見(jiàn)幾種建筑材料的比強(qiáng)度材料名稱表觀密度（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第一章建筑材料概述二、彈性和塑性1.彈性是指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，能夠完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)。這種可完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形，見(jiàn)圖。第一章建筑材料概述二、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——材料所受的應(yīng)力，MPa；ε——材料在應(yīng)力σ作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，無(wú)單位。彈性模量越大，材料在荷載作用下越不易變形。第一章建筑材料概述二、彈性和塑性2.塑性是指在外力作用下材料產(chǎn)生變形，不破壞。當(dāng)外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形，右圖。第一章建筑材料概述二、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，但受力超過(guò)一定限度后，則表現(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，如果取消外力，則彈性變形部分可以恢復(fù)，而塑性變形部分則不能恢復(fù)。第一章建筑材料概述三、脆性和韌性1.脆性是指材料在沖擊或震動(dòng)荷載作用下，突然發(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.韌性是指材料在沖擊或震動(dòng)荷載作用下，能夠吸收較大的能量而不破壞的性能，如建筑鋼材和木材。第一章建筑材料概述四、硬度和耐磨性1.硬度材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。對(duì)于不同的建筑材料，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)合具體材料進(jìn)行介紹。2.耐磨性耐磨性是指材料抵抗磨損的能力，用耐磨率(單位面積材料磨前磨后質(zhì)量變化率)表示。第一章建筑材料概述

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9－剛玉10－金剛石肖氏硬度－石材