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建 筑 材 料. Construction. Materials. 第二章 建筑材料的基本性质. 建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同,均要承受各种不同的作用,因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。 基本性质 主要包括 物理性质、力学性质、耐久性、装饰性、防火性、防放射性等。. 第一节 建筑材料的基本物理性质. 一、 材料的密度、表观密度与堆积密度 密度 是指 物质单位体积的质量 。 单位为 g/cm 3 或 kg / m 3 。由于材料所处的体积状况不同,故有实际密度(以前称为真密度)、表观密度和堆积密度之分。 ( 1 ) 实际密度
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建 筑 材 料 Construction Materials
第二章 建筑材料的基本性质 • 建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同,均要承受各种不同的作用,因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。 • 基本性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性、装饰性、防火性、防放射性等。
第一节 建筑材料的基本物理性质 一、 材料的密度、表观密度与堆积密度 • 密度是指物质单位体积的质量。单位为g/cm3或kg/m3。由于材料所处的体积状况不同,故有实际密度(以前称为真密度)、表观密度和堆积密度之分。 (1) 实际密度 • 以前称比重、真实密度(True Density),简称密度(Density)。 • 实际密度是指材料在绝对密实状态下,单位体积所具有的质量。 式中:ρ—实际密度(g/cm3或 kg/m3 ) m—材料的质量(g或 kg) V—材料在绝对密实状态下的体积(cm3或 m3 )
(2) 表观密度 (Apparent Density) 以前称容重、有的也称毛体积密度 (Bulk Density) • 表观密度是指材料在自然状态下,单位体积所具有的质量,按下式计算: 式中 :ρ0—材料的表观密度(g/cm3或 kg/m3 ) m —材料的质量(g或 kg ) V0—材料在自然状态下的体积,或称表观体积(cm3或 m3 )
(3)堆积密度(Loose density) 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度。可用下式表示 • 式中 : ρ’0—散粒材料的堆积密度(g/cm3或 kg/m3 ) • m—散粒材料的质量(g或 kg) • V’0—材料在自然状态下的堆积体积(cm3或 m3 ) • 实际密度、表观密度和堆积密度之间的大小关系如何? • 用途:计算材料的用量、构件自重、配料、材料的堆场体积或面积及运输车辆等。
二、 材料的孔隙率与空隙率 1. 密实度(Dense) • 密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例,说明材料体积内被固体物质所充填的程度,即反映了材料的致密程度,按下式计算: • 2.孔隙率(Porosity) • 孔隙率材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率,称为材料的孔隙率(P)。可用上式表示: 用途:保温隔热——P大;高强或不透水——P小
3.空隙率(Peecenbagee of void ) • 散颗材料(如砂、石子)堆积体积(V’0)中,颗粒间空隙体积所占的百分率称为空隙率(P’0),可用下式表示为 用途:砼配合比设计
三、 材料与水有关的性质 (一) 亲水性与憎水性 1.亲水性与憎水性 • 亲水性:材料能被水润湿的性质。 • 材料产生亲水性的原因是因其与水接触时,材料与水分子之间的亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触,材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时,材料则表现为憎水性。 2. 润湿边角 • 材料被水湿润的情况可用润湿边角θ来表示。 • 当材料与水接触时,在材料、水、空气三相的交界点,作沿水滴表面的切线,此切线与材料和水接触面的夹角θ,称为润湿边角 。
3.亲水性材料与憎水性材料 θ角愈小,表明材料愈易被水润湿。 • 当θ<90°时,材料表面吸附水,材料能被水润湿而表现出亲水性,这种材料称亲水性材料。 • θ>90°时,材料表面不吸附水,此称憎水性材料。 • 当θ=0°时,表明材料完全被水润湿。 • 上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况,相应称为亲液材料和憎液材料。 θ
(二) 材料的吸水性与吸湿性 1.吸水性(Water Absorption) • 材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率(Ratio of Water Absorption)表示,有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。 (1)质量吸水率 • 质量吸水率是指材料在吸水饱和时,内部所吸水分的质量占材料干燥质量的百分率,用下式计算: • 式中: Wm——材料的质量吸水率(%); • mb—材料在吸水饱和状态下的质量(g); • mg—材料在干燥状态下的质量(g)
(2)体积吸水率 • 体积吸水率是指材料在吸水饱和时,其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。用公式表示如下 • 式中 : wv——材料的体积吸水率(%); • V0——干燥材料在自然状态下的体积(cm3); • ρ w——水的密度(g/cm3) • 工程用建筑材料一般采用质量吸水率,质量吸水率与体积吸水率的关系 • 材料的吸水性与 孔隙率 • 孔隙特征有关。
材料的吸水率: 花岗岩的吸水率:0.5%~0.7%; 混凝土的吸水率:2%~3%; 粘土砖的吸水率:8%~20%; 木材的吸水率:可超过100%。 2.吸湿性 • 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 • 潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分,此称还湿性。 材料的吸湿性用含水率表示。 • 含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。用公式表示为
式中: Wh—材料的含水率(%); • ms一材料在吸湿状态下的质量(g); • mg—材料在干燥状态下的质量(g)。 • 材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。 • 平衡含水率:材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的吸水率。
(三)材料的耐水性 • 材料长期在水作用下不破坏,强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示,如下式: • 式中: kR—材料的软化系数; • fb—材料在饱水状态下的抗压强度(MPa); • fg——材料在干燥状态下的抗压强度(MPa)。 • 软化系数KR的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。 • 一般来说,材料被水浸湿后,强度均会有所降低。 • kR小——耐水性差。
(四)材料的抗渗性 • 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性,或称不透水性。 材料的抗渗性通常用渗透系数表示。 • 渗透系数的物理意义是:一定厚度的材料,在一定水压力下,在单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为 ——实质上就是达西定律 • 式中 : Ks——材料的渗透系数(cm/h); • Q——渗透水量(cm3); • d——材料的厚度(cm); • A ——渗水面积(cm2); • T——渗水时间(h); • H——静水压力水头(cm)。
Ks值愈大,表示材料渗透的水量愈多,即抗渗性愈差。 • 材料的抗渗性也可用抗渗标号表示。抗渗标号是以规定的试件、在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定,以符号Sn表示,其中n为该材料所能承受的最大水压力的十分之一的MPa数,如S4、S6、S8等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不渗水。 • 材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。
(五)材料的抗冻性(Frost Resistance) • 材料在水饱和状态下,能经受多次冻融循环作用而不破坏,也不严重降低强度的性质,称为材料的抗冻性。 • 材料的抗冻性用抗冻标号表示。抗冻标号是以规定的试件,在规定试验条件下,测得其强度降低不超过规定值,并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数。 • 用符号Dn表示,其中n即为最大冻融循环次数,如D25、D50等。 • 材料抗冻标号的选择 结构物的种类 使用条件 气候条件等来决定的。
第二节 材料的力学性质 • 材料的力学性质系指材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。 一、材料的强度与等级 (一)材料的强度 • 材料在外力作用下抵抗破坏的能力,称为材料的强度。 • 根据外力作用形式的不同,材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等,均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来表示。
P P P P h l b P 2、抗弯强度: P P 1、抗压、抗拉和抗剪强度: f tm—材料的抗弯极限强度(N/mm2); P—试件破坏时的最大荷载(N); l —试件两支点间的距离(mm); b,h —分别为试件截面宽度和高度(mm)。 f —材料的极限强度(N/mm2); P—试件破坏时的最大荷载(N); A —试件受力面积(mm2)。
(二)材料的等级、标号 建筑材料常按其强度值的大小划分为若干个标号或等级。 如: • 烧结普通砖按抗压强度分为六个等级:Mu30、 Mu25、 Mu20、 Mu15、 Mu10、 Mu7.5; • 硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分为四个标号:425、525、625、725; • 普通混凝土按其抗压强度分为十二个等级:C7.5、C10、…、C60等 • 碳素结构钢按其抗拉强度分为五个等级,如Q235等等。
(三) 材料的比强度 • 比强度是按单位体积质量计算的材料强度,其值等于材料强度与其表观密度之比。 • 对于不同强度的材料进行比较,可采用比强度这个指标。 • 比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标,优质的结构材料,必须具有较高的比强度。 低碳钢:比强度为0.053,抗压强度415 Mpa,表观密度7860 kg/m3; 松木:比强度为0.069,抗压强度34.3 Mpa,表观密度500 kg/m3; 混凝土:比强度为0.012,抗压强度29.4 Mpa,表观密度2400 kg/m3;
二、材料的弹性与塑性 1、弹性:材料在外力作用下产生变形,当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。 弹性变形:材料的这种可恢复的变形称为弹性变形,它属可逆变形,其数值大小与外力成正比。这时的比例系数称为材料的弹性模量。它是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。 2、塑性:材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,有一部分变形不能恢复,这种性质称为塑性。 塑性变形:材料的这种不能恢复的变形称为塑性变形,它为不可逆变形。
三、材料的脆性与韧性 1、脆性:材料受外力作用,当外力达一定值时,材料发生突然破坏,且破坏时无明显变形,这种性质称为脆性。 脆性材料:具有这种性质的材料为脆性材料。 其 抗压强度远大于抗拉强度。 2、韧性:材料在冲击或振动荷载作用下,能吸收较大的能量,同时产生较大的变形而不破坏,这种性质称为韧性。 四、材料的硬度与耐磨性 1、硬度:材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。 2、耐磨性:材料表面抵抗磨损的能力。
第三节 材料的耐久性 1. 概念 材料的耐久性(Durability)是指用于建筑物的材料,在环境的多种因素作用下不变质、不破坏,长久地保持其使用性能的性质。 2. 环境影响因素 周围环境和各种自然因素:物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。 • 耐久性是材料的一种综合性质,诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。 • 此外,材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。
材料耐久性的具体内容,因其组成和结构不同而异:如:材料耐久性的具体内容,因其组成和结构不同而异:如: 1、钢材易受氧化而锈蚀 2、无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、热应力、干湿交替作用而破坏 3、有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质