建筑材料的基本性质.ppt

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1、建筑材料的基本性质：1、含义：是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为建筑材料所处的建（构）筑物的部位不同、使用环境不同，人们对材料的功能要求也就有所不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。2、举例：柱、梁等结构材料要求有良好的力学性能；防水材料要求有抗渗防水性能；外墙装饰材料要求有装饰性能；墙体、楼板还要求有隔热保温、吸声隔音功能等等。,第一章建筑材料的基本性质,材料的基本性质,物理性质,力学性质,耐久性,与水有关的性质,与质量有关的性质,与热有关的性质,强度,变形性,抗冲击性,表面性质,本章内容,1.1材料的物理性质1.2材料的力学性质1.3

2、材料的耐久性,1-1材料的基本物理性质,材料的体积构成体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。,图1.1材料的体积示意图1-固体物质2-闭口孔隙3-开口孔隙4-颗粒间空隙,3,4,0,0,1.实际密度(俗称比重),（一）、材料的实际密度、视密度、表观密度和堆积密度,(1)定义：实际密度是指多孔材料在绝对密实状态下单位体积的质量（与材料孔隙无关）。,(2)计算公式：,(3)测定方法：磨细、烘干、称量、排液体法测体积。,（g/cm3）,一、与质量有关的性质,2.视密度,(1)定义：指材料在不含开口空隙时，单位体积的质量（与材料内部孔隙有关）。,(2)计算公式：,

3、(3)测定方法：排水法测体积。,(g/cm3）,石块,3.表观密度（俗称“容重”）,(1)定义：指多孔材料在自然状态下，单位体积的质量（与材料内部孔隙有关）。,(2)计算公式：,(3)测定方法：规则材料,测量外形尺寸，计算体积;不规则材料表面封蜡，排水法测体积。,(kg/m3）,石块,表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。,工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积,材料四种含水状态,4.堆积密度（又称松散容重）,(1)定义：散粒状或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积

4、的质量。,(2)计算公式：,（kg/m3）,(3)测定方法：视颗粒的大小用容积升来测定。例砂子用1L的容积升，石子用10L、20L、30L的容积升。容重筒法,石子,反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。,表1.1常用建筑材料的物理参数,二、密实度与孔隙率，填充率与空隙率,孔隙的特征（1）按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为粗大孔和细小孔（2）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。孔隙对材料的影响：（1）孔隙的多少（孔隙率）（2）孔隙的特征,(1)密实度密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映材料的致密程度。计算式为：,1.材料的

5、密实度与孔隙率单一材料,VV0,(2)孔隙率孔隙率是指材料中的孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率。计算式为：孔隙率与密实度的关系为：,(1)填充率填充率是指散粒材料在某种堆积体积内,被颗粒所填充的程度。其计算式为：,2.空隙率与填充率散粒状材料,(2)空隙率空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式为：空隙率与填充率的关系为：,1.1建筑材料的物理性质,答案：C,（二）材料的孔隙率与空隙率例：一种材料孔隙率增大时，以下性质密度、表观密度、吸水率、强度、抗冻性，其中哪些一定下降？A；B；C；D。,1.某材料自然状态下体积为1m3，孔隙率为33%，干燥质量为160

6、0kg，求该材料的实际密度？2.已知材料实际密度为3.0g/cm3，表观密度为2650kg/m3，求孔隙率。3.某砂，视密度为2.60g/cm3，堆积密度为1600kg/m3，求填充率、空隙率。,（一）.材料的亲水性与憎水性1.亲水性：材料在空气中与水接触时，表面能被润湿的性质憎水性：材料在空气中与水接触时，表面不能被润湿的性质2.指标润湿角：在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿角。,亲水性材料：润湿角90（表现为亲水性）水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力,憎水性材料：润湿角90（表现为憎水性）水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力,二、材

7、料与水有关的性质,亲水性：90,如木材、砖、混凝土、石、砖瓦、陶器、等。憎水性：900.85为耐水材料,（四）抗渗性1抗渗性：材料在水、油等液体压力作用下抵抗渗透的性质。（不透水性）2指标：抗渗等级Pn混凝土、砂浆等的抗渗性用抗渗等级来表示。如P6、P8、P10、P12等，P越大，抗渗性越好。,P表示：抗渗等级n表示：材料所能抵抗的最大渗水压力为0.1nMPaPn表示：按标准试验方法，材料所能抵抗的最大渗水压力为0.1nMPa例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定的试验方法混凝土试件所能抵抗的最大渗水压力为0.6MPa。,3影响材料抗渗性的因素1）材料

8、本身的亲水或憎水性能2）材料的孔隙率3）材料的孔隙特征孔隙率很小而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性。,材料的抗渗性可用渗透系数表示:一定时间内，在一定水压作用下，单位厚度的材料，单位截面积上的透水量。K越小的材料表示其抗渗性越好。,K渗透系数，cm/h；W透水量，cm3；d试件厚度，cm；A透水面积，cm2；t透水时间，h；H水头高度，cm。,图1.3渗透图,补充了解（不做重点）,（五）抗冻性1抗冻性：材料长期在吸水饱和状态下，经多次冻融循环作用(冻结和融化作用)不破坏，也不严重降低其强度的性质。（即材料抵抗冻害的能力）2指标：抗冻等级Fn常用的两个参数是：质量损失率(不超过5%)，强度损失

9、率(不超过25)。n表示材料所能承受的最大冻融循环次数为n次。Fn表示按标准方法将材料试件进行冻融循环，同时满足质量损失不超过5%，抗压强度降低不超过25%时，材料所能承受的最大冻融循环次数为n次。n的数值越大，说明抗冻性能愈好。,材料抗冻等级的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为F15或F25；用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或F200。水工混凝土要求高达F500。,材料受冻融破坏主要原因：其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9，若材料孔隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的

10、抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂。随着冻融次数的增多，材料破坏加重。所以材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充满水，即远末达饱和，具有足够的自由空间，则即使受冻也不致产生很大冻胀应力。,3.冻融循环破坏的原因：,主因：材料空隙中的水结成冰，体积膨胀9%。次因：材料内外温差产生的温度应力。,4影响材料抗冻性的因素,1）材料本身的强度大小，密实度2）材料的孔隙率、孔隙特征3）材料的充水程度（耐水性和吸水饱和度）4）外界环境条件,极细的孔隙，虽可充满水，但因孔壁对水的吸附力极大，吸附在孔壁上的水其冰点很低，它在般负温下不会结冰。粗大孔隙一般水分不会充满其中，对冰胀破坏可起缓冲作用

11、。闭口孔隙水分不能渗入。而毛细管孔隙既易充满水分，又能结冰,故其对材料的冰冻破坏作用影响最大。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高另外，从外界条件来看，材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、冻融频繁程度等因素有关。环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁、则材料受冻破坏愈严重。材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落，逐渐向内部深入发展。抗冻性良好的材料，对于抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用的能力较强，所以抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。在设计寒冷地区及寒冷环境(如冷库)的建筑物时，必须要考虑材料的抗冻性。处于温暖地区的建筑物，虽无冰冻作用，但为抵抗大气的风化作用，确

12、保建筑物的耐久性，也常对材料提出定的抗冻性要求。,思考：从材料的孔隙特征来看，如何提高材料的抗冻性？,应增加闭口孔隙，减少开口孔隙。,冻融破坏的大坝坝面,使用20年的高速公路桥梁,在寒冷地区和环境中的结构设计和材料选用，必须考虑材料的抗冻性能，如严寒地区海港工的水位升降部位的混凝上必须考虑其抗冻性。据统计我国北方地区一些海港码头潮涨潮落部位的混凝土，每年要经受数十次冻融循环。,对于水工建筑或经常处于水位变化的结构，尤其是冬季气温达到10以下的地区，一定要对材料进行抗冻性检验。,思考：是否可以在-30的温度冻结，然后再在100水中融化来测材料的抗冻等级？请说明理由。,因为冻融破坏的主因是材料毛细

13、孔隙中的水结成冰，体积膨胀9%（对孔壁产生100MPa的压力）；次因是材料内外温差产生的温度应力也有破坏作用。-30100造成的温差太大，使温度应力成为材料破坏的主要原因，主次因颠倒，所测得的最大抗冻等级次数不准确。,三、材料与热有关性质（一）导热性,1、定义：热量由材料的一面传至另一面的性质称为导热性。2.指标：导热系数（）表示。,（1）导热系数表达式：（了解，不做重点）导热系数（W/m.K）；Q传导的热量（J）A热传导面积（m2）；d材料的厚度（m）t热传导时间（s）；(T2-T1)材料两侧温差（K）（2）物理意义指单位厚度的材料，当两侧温度差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。单位

14、：W/m.k,各种材料的导热系数W/(mK)差别很大：静态空气0.023木0.170.35石膏制品0.200.28泡沫塑料0.035水0.58冰2.33粘土砖0.64、大理石3.5普通混凝土28、钢材58银429、通常气体的导热系数液体的导热系数0.2为吸声材料（二）隔声性1隔声性：材料阻止声波透过的能力。2透射系数,吸声材料是指多细孔、柔软的材料，当声音透过多孔时，在吸声材料中多次反射，而声能衰减，达到吸声的功能；隔声材料指在声音传播的过程中，能够阻挡声音穿透，达到阻止噪声传播的目的。,吸声材料,隔声材料,吸声材料多孔吸声材料,多孔吸声材料是目前应用最广泛的材料,主要有有机纤维材料,无机纤维

15、材料,泡沫材料和吸声建筑材料四大类。,吸声材料共振吸声材料,隔声材料隔音板,隔音指板软质纤维或PMMA料或聚碳酸脂板做成的板材；它具有耐老化，耐高温，透明，重量轻，易安装等特点。,隔声材料隔音玻璃,隔音玻璃制作工艺成熟，质量稳定，易维护清洗，保温性、透光性、节能性都较好。按其结构不同一般可分为：中空玻璃、真空玻璃、夹层玻璃。,吸声材料隔声材料的给合使用,吸声材料隔声材料的合理给合，发挥了两种材料材质机理上的各自优势，从而提高降噪效果，例如：复合隔声墙板往往在墙板中间填入部分吸声材料，它既减弱了声音在二板间的反复反射，又提高了复合墙全为整体结构的隔声量。,吸声与隔声材料给合使用的案例,高铁武汉火

16、车站,吸声与隔声材料的应用范围,1、室内墙面及天花板的饰面、地面；2、演播室、录音室、音响设备测试室；3、播音、音响设备的表面；4、影剧院、会议室、室内体育馆、音乐大厅健身房；5、隔音门、隔音墙等屏障式隔墙式夹层；6、图书馆、阅览室、展览馆、教室、幼儿园、钢琴室；7、保温、隔热设施；8、歌舞厅、KTV包房、酒店、生产车间、办公室；9、汽车、船舶等交通工具的吸音隔音，其它需要隔音吸音的场所。,1-3材料的力学性质,材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力。当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应

17、力值就是材料的强度。强度根据所受的外力形式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度等(图1.4)。,一、强度,材料在外力作用下抵抗破坏的能力和产生变形的性质。材料的力学性质包括：强度、弹性、塑性、冲击韧性、脆性,图1.4材料受力示意图,(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲,材料的强度大小可根据强度值大小，划分为若干标号或强度等级强度的单位是：N/mm2或MPa。,受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。,在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。按照国家标准规定的试验方法，将制作好的试件安放在材料试验机上，施加外力(荷载)，直至

18、破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：,F破坏荷载（N）A受荷面积(mm),材料的抗弯强度与试件受力情况、截面形状以及支承条件有关。通常是将矩形截面的条形试件放在两个支点上，中间作用一集中荷载。材料的抗弯强度的计算式为：,材料的强度主要取决于它的组成和结构。一般说材料孔隙率越大，强度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同。,F破坏荷载L跨度，两支点间的距离b试件截面宽度h试件截面高度,不做重点，了解,材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能够完全恢复到原来的形状的性质，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。,二、变

19、形（一）、弹性与塑性,材料的弹性变形曲线oa弹性变形,材料的弹塑性变形曲线bo-塑性变形ab-弹性变形,任何材料都是弹塑性的结合体,材料在外力作用下产生变形，当外力撤去后，仍保持变形后的形状和大小并且不产生裂缝的性质称为塑性。不能恢复的变形称为塑性变形。,1.材料在破坏时，未出现明显的塑性变形，而表现突发性破坏，称为脆性。脆性材料的特点是塑性变形小，抗压强度远大于抗拉强度。2.材料抵抗冲击振动作用能够承受较大变形而不发生突发性破坏的性质称为韧性或冲击韧性。韧性材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度接近或高于抗压强度。,(二）、脆性与韧性,耐久性是指材料在各种环境因素作用下，在长期使用过程中保持其性能稳定的性质。环境因素是多种多样的，有物理(如温度、湿度、机械力等)、化学(大气、光、酸、碱、盐等作用)以及生物(细菌、昆虫等)等方面的作用。耐久性是一个综合性能，包括抵抗上述各类因素的长期作用。不同材料有不同的耐久性特点。要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素，综合考虑其耐久性，并根据各种材料的耐久性特点，合理地选用。,1.3材料的耐久性,Chapter1,THEEND,