建筑材料的基本性质

建筑材料的基本性质
第⼀章建筑材料的基本性质
1.建筑材料的基本物理性质
密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

表观密度：材料在⾃然状态下单位体积的质量
堆积密度：散粒或粉状材料，如砂、⽯⼦、⽔泥等，在⾃然堆积状态下单位体积的质量。

孔隙率：在材料⾃然体积内孔隙体积所占的⽐例。

空隙率：散粒材料⾃然堆积体积中颗粒之间的空隙体积所占的⽐例。

空隙率的⼤⼩反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。

材料的压实度：散粒堆积材料被碾压或振压等压实的程度。

相对密度：散粒材料压实程度的另⼀种表⽰⽅法。

2．材料与⽔有关的性质
①亲⽔性：材料能被⽔润湿的性质（亲⽔性材料与⽔分⼦的亲和⼒⼤于⽔分⼦⾃⾝的内聚⼒）
憎⽔性：材料不能被⽔润湿的性质。

②吸⽔性：材料浸⼊⽔中吸收⽔的能⼒（材料吸⽔率是固定的）
吸湿性：材料在潮湿空⽓中吸收⽔分的性质。

【平衡含⽔率】：在⼀定温度和湿度条件下，材料与空⽓湿度达到平衡时的含⽔率。

③耐⽔性：材料长期在⽔作⽤下不破坏，且其强度也不显著降低的性质。

④抗渗性：材料抵抗压⼒⽔渗透的性质。

⑤抗冻性：材料在吸⽔饱和状态下，能经受多次冻融作⽤⽽不破坏，且强度和质量⽆显著降低的性质。

3.①材料的强度：材料在外⼒作⽤下抵抗破坏的能⼒。

影响材料强度的因素：孔隙率低，强度⾼
温度⾼含⽔率⾼，强度低
②材料的⽐强度：是材料的强度与其表观密度的⽐值
③材料的理论强度：指结构完整的理想固体从材料结构的理论上分析，材料所能承受的最⼤应⼒。

4.弹性：材料在外⼒作⽤下产⽣变形，当外⼒除去后，变形能完全恢复的性质。

塑性：材料在外⼒作⽤下产⽣变形，外⼒除去后，仍保持变形后的形状，并不破坏的性质
5.耐久性：材料在所处环境下，抵抗所受破坏作⽤，在规定的时间内，不变质、不损坏，保
持其原有性能的性质。

6.材料（微观结构）：晶体、玻璃体、胶体
晶体类型：原⼦晶体，离⼦晶体，分⼦晶体，⾦属晶体
第三章⽓硬性胶凝材料
1.胶凝材料：在⼀定条件下，通过⾃⾝的⼀系列变化⽽把其他材料胶结成具有强度的整体的材料
①有机胶凝材料：以天然或⼈⼯合成的⾼分⼦化合物为主要成分的胶凝材料。

②⽆机胶凝材料：是以⽆机矿物为主要成分的胶凝材料。

⽆机胶凝材料：⽓硬性胶凝材料：只能在空⽓中硬化
⽔硬性胶凝材料：既能在空⽓中硬化，⼜能更好在⽔中硬化（⽔泥）
2．⽯灰的熟化：⽣⽯灰在使⽤前，⼀般要加⽔树花，其主要成分变为Ca(OH)2
⽯灰的硬化：⽯灰浆体的⼲燥、结晶、碳化三个交错进⾏的作⽤形成Ca(OH)2结晶结构⽹的结果。

硬化体积收缩⼤。

硬化过程：CaSO4·1/2H2O+ 3/2H2O = CaSO4·2H2O
第四章⽔泥
1.硅酸盐⽔泥的矿物组成：硅酸三钙，硅酸⼆钙，铝酸三钙，铁铝酸四钙
2.硅酸盐⽔泥的⽔化、凝结及硬化：书P37
3.影响硅酸盐⽔泥凝结硬化的因素
①⽔灰⽐（⽔与⽔泥质量之⽐）②环境温度和湿度③养护龄期④⽯膏掺量⑤外加剂
4.活性混合材作⽤的机理
XCa(OH)2+SiO2+mH2O=XCaO·SiO2·nH2O
XCa(OH)2+Al2O3+mH2O=XCaO·Al2O3·nH2O
氢氧化钙和氧化硅作⽤⽣成⽆定形的⽔化硅酸钙后，再慢慢地转变为微晶或结晶不完善的凝胶。

氢氧化钙与三氧化⼆铝作⽤⽣成⽔化铝酸钙。

当溶液中有⽯膏存在时，与⽔化铝酸钙作⽤，⽣成⽔化硫铝酸钙。

以上⽔化物既能在空⽓中凝结硬化，⼜能在⽔中凝结硬化，并具有相当⾼的强度，只是早期强度低，后期强度⾼。

5.矿渣硅酸盐⽔泥、⽕⼭灰质硅酸盐⽔泥和粉煤灰硅酸盐⽔泥
共同特性及应⽤：
①凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度⾼，甚⾄可以超过同等级硅酸盐⽔泥，不适⽤与早期强度有要求的⼯程
②温度敏感性强，温度低时凝结硬化缓慢，但在60~70度以上蒸汽中，凝结硬化和强度发展都⼤⼤的加快，适⽤于
蒸汽养护
③⽔化时放热速度缓慢，放热量少，因此适⽤于⼤体积混凝⼟⼯程
④抗冻性和抗碳化性差，当受冻时易损坏，⽽且氢氧化钙的含量少，碱度低，易碳化分解，使已硬化的⽔泥⽯表⾯
产⽣“起粉”现象。

不适⽤于冬季施⼯和寒冷地区的⼯程，尤其是寒冷地区⽔位变化的部位。

⑤抗软⽔和耐腐蚀性好。

适⽤于⽔利，海港及有硫酸盐腐蚀等的⼯程。

第五章混凝⼟
1.粗⾻料（⽯⼦）：粒径⼤于4.75mm
①颗粒形状及表⾯特征
卵⽯：表⾯光滑，少棱⾓，空隙率及表⾯积较⼩，拌制混凝⼟时⽔泥浆⽤量较少，和易性较好，但与⽔泥⽯的粘结⼒较差。

碎⽯：颗粒表⾯粗糙，多棱⾓，空隙率和表⾯积较⼤，新拌混凝⼟和易性较差，但碎⽯与⽔泥⽯粘结⼒较⼤，在⽔灰⽐相同的条件下，⽐卵⽯混凝⼟强度⾼。

粗⾻料中凡颗粒长度⼤于该颗粒所属粒级平均粒径2.4倍者为针状颗粒，厚度⼩于平均粒径0.4倍者为⽚状颗粒。

针、⽚状颗粒使⾻料空隙率增⼤，新拌混凝⼟流动性变差，且受⼒后易于被折断，会使混凝⼟强度降低。

②最⼤粒径：粗⾻料公称粒径的上限值，称为粗⾻料的最⼤粒径，⽤DM表⽰
③颗粒级配:⼤⼩不⼀的粗⾻料颗粒相互组合搭配的⽐例关系叫做颗粒级配
2.和易性：⼜称⼯作性，是指新拌混凝⼟便于拌和、运输、浇注、捣实，并能获得质量均匀、密实混凝⼟的性能。

和易性：流动性：指新拌混凝⼟在⾃重或施⼯机械振捣的作⽤下，易于产⽣流动，并能均匀密实地填满模型的性能。

其⼤⼩反映新拌混凝⼟的稀稠程度。

粘聚性：也称抗离析性，指新拌混凝⼟有⼀定的粘聚⼒，在运输及浇筑过程中不易出现分层离析，能保持整体均匀的性能。

保⽔性：指新拌混凝⼟具有⼀定保持⽔分的能⼒，不致产⽣⼤量泌⽔的性质。

【流动性⼤的拌和物，其粘聚性及保⽔性相对较差】
3.和易性测定⽅法及指标
坍落度法：测定新拌混凝⼟在⾃重作⽤下流动性⼤⼩的⽅法。

坍落的毫⽶数称为坍落度，坍落度越⼤，流动性越⼤。

4.影响新拌混凝⼟和易性的因素
①⽔灰⽐的影响：⽔灰⽐指单位混凝⼟⽤⽔量与⽔泥⽤量之⽐，⽤W/S表⽰。

⽔泥⽤量不变，⽔灰⽐较⼩者，⽔泥
浆较稠，流动性较⼩，粘聚性和保⽔性较好，泌⽔较少；但⽔灰⽐过⼩时，粘聚性变差，浇捣成
型密实困难。

反之，⽔灰⽐过⼤，⽔泥浆过稀，其流动性过⼤，使粘聚性和保⽔性不能满⾜要求，
导致严重的泌⽔、分层、流浆现象。

【⽔灰⽐是影响和易性主要原因】
②单位⽤⽔量的影响：⽔泥浆与⾻料间的⽐例关系，常⽤单位⽤⽔量衡量，⽤W表⽰，即单位体积混凝⼟的⽤⽔量。

⽔灰⽐不变，单位⽤⽔量越⼤，⽔泥浆⽤量就越多，拌合物的流动性就越⼤，反之则⼩。

但
若单位⽤⽔量过⼤，⽔泥浆量过多，拌和物将会出现流浆、泌⽔现象，使粘聚性及保⽔性变
差；若单位⽤⽔量过⼩，⽔泥浆量过少，浆体不能填满⾻料间的空隙，更不能包裹所有的⾻
料表⾯形成润滑层，则粘聚性和流动性也变差，甚⾄产⽣坍塌现象。

③砂率的影响：混凝⼟砂率指砂的⽤量占砂、⽯总⽤量（按质量计）的百分数。

④其他因素的影响：⽔泥品种和⾻料性质的影响，掺合料和外加剂的影响，施⼯条件和环境温度及存放时间的影响
5.影响混凝⼟强度的因素：
①⽔泥强度与⽔灰⽐：⽔灰⽐⼀定，⽔泥强度⾼，则混凝⼟强度⾼；⽔泥强度相同，⽔灰⽐越⼩，⽔泥⽯强度就越
⾼，粘结强度亦⾼，混凝⼟强度就越⾼。

（⽔灰⽐过⼩，⽔泥浆过分⼲稠，混凝⼟不能被振
捣密实，反⽽导致混凝⼟强度降低）
②⾻料的质量和种类：质量好的⾻料指⾻料有害杂质含量少，⾻料形状多为球形体或棱体形，⾻料级配合理。

采⽤
质量好的⾻料，混凝⼟强度⾼；表⾯粗糙且有棱⾓的碎⽯⾻料，与⽔泥⽯的粘结较好，且⾻
料颗粒间有嵌固作⽤。

【碎⽯混凝⼟较卵⽯混凝⼟强度⾼】
③施⼯⽅法：采⽤机械搅拌较⼈⼯拌和的混凝⼟强度⾼
④养护条件的影响：混凝⼟的养护指混凝⼟浇筑完毕后，⼈为地（或⾃然地）使混凝⼟在保持⾜够湿度和适当温度
的环境中进⾏硬化，并增长强度的过程。

⼲湿度的影响：直接影响混凝⼟强度增长的持久性，应保持⼀定湿度
养护温度的影响：养护温度是决定混凝⼟内⽔泥⽔化作⽤快慢的重要条件。

养护温度⾼，⽔泥⽔化速度
快，混凝⼟硬化速度就较快，强度增长⼤。

最适宜的养护温度是5 ~ 20°c ，养护温
度低时，硬化⽐较缓慢，但可获得较⾼的最终强度。

⑤龄期的影响：正常养护条件下，混凝⼟的强度随混凝⼟的龄期的增加⽽不断增⼤。

28d达到设计强度值
⑥试验条件对混凝⼟强度值测定的影响：
试件尺⼨的影响：试件尺⼨越⼩，测得的抗压强度值越⼤
加载速度的影响：当加载速度较快时，混凝⼟的变形速度将滞后于荷载的增长速度，所以测得强度偏⾼，
加载速度慢，混凝⼟内部充分变形，测得强度偏低。

6.混凝⼟的碱—⾻料反应
Na2O + SiO2+ nH2O == Na2O·SiO2·nH2O
混凝⼟内部⽔泥凝结体中碱性氧化物含量较⾼时，在有⽔条件下，会与⾻料中的活性SiO2发⽣化学反应，⽣成碱—硅酸盐凝胶。

这种凝胶堆积在⾻料与⽔泥凝胶体的界⾯，吸⽔后会产⽣很⼤的体积膨胀，导致混凝⼟开裂破坏。

发⽣条件：⽔泥中含碱量⼤于0.6%；⾻料中有如蛋⽩⽯、燧⽯等活性⼆氧化硅存在；环境中有⽔存在。

防⽌措施：尽量选⾮活性⾻料；选低碱⽔泥，并控制混凝⼟总含碱量；在混凝⼟中掺⼊活性掺合料，粉煤灰等；掺⼊引⽓剂；条件允许时，采取防⽌外界⽔分渗⼊混凝⼟内部的措施，如混凝⼟表⾯防护等。

7.混凝⼟的碳化
Ca(OH)2+ CO2 ====H2O====CaCO3+H2O
指空⽓中的CO2，通过混凝⼟中的⽑细孔隙，在湿度相宜时，与⽔泥⽯中的氢氧化钙反应⽣成碳酸钙的过程。

碳化由表及⾥进⾏，对混凝⼟弊多利少。

发⽣条件：环境中CO2浓度越⾼，碳化速度越快；环境湿度
影响：不利⽅⾯：减弱混凝⼟对钢筋保护作⽤，致使钢筋⽣锈，产⽣体积膨胀，使混凝⼟保护层开裂，开裂加速混凝⼟的碳化和钢筋锈蚀，最后导致混凝⼟产⽣顺筋开裂⽽破坏。

碳化作⽤还会增加混凝⼟收缩，
引起混凝⼟表⾯产⽣拉应⼒⽽出现微细裂缝，降低混凝⼟抗拉强度、抗折强度和抗渗等级。

有利⽅⾯：产⽣碳酸钙填充⽔泥⽯孔隙，碳化放出的⽔分有利于未⽔化的⽔泥颗粒继续⽔化，从⽽提⾼混凝⼟碳化层密实度，使混凝⼟的抗压强度增加。

8.提⾼混凝⼟耐久性的主要措施
①严格控制⽔灰⽐和⽔泥⽤量②把好组成材料质量关③适当掺⽤减⽔剂及引⽓剂④把好施⼯关
9.基准配合⽐的计算书p91
10.施⼯配合⽐的换算书p92
11.混凝⼟减⽔剂：能在新拌混凝⼟的坍落度基本不变的情况下使拌和⽤⽔量减少的外加剂，称为混凝⼟减⽔剂。

减⽔率：8%~15%普通型减⽔剂；》15%⾼效性减⽔剂
早期减⽔剂、缓凝减⽔剂、引⽓减⽔剂
减⽔剂使⽤效果：①在配合⽐不变条件下，可增⼤新拌混凝⼟流动性，且不致降低混凝⼟强度
②在保持流动性及⽔灰⽐不变情况下，可以减少⽤⽔量及⽔泥⽤量，节约⽔泥
③在保持流动性及⽔泥⽤量不变条件下，可以减少⽤⽔量，降低⽔灰⽐，使混凝⼟强度和耐久性
得到提⾼
12.引⽓剂：能在搅拌混凝⼟过程中引⼊许多独⽴且均匀分布的、稳定⽽封闭的微⼩⽓泡，以改善混凝⼟和易性，显著
提⾼耐久性的外加剂
效果：①改善新拌混凝⼟的和易性②提⾼混凝⼟抗冻性和抗渗性③主要缺点是使混凝⼟强度及耐磨性有所降低第六章建筑砂浆
1. 砌筑砂浆的技术性质
①砂浆拌和物的密度：⽔泥砂浆或⽔泥混合砂浆的密度不应⼩于1900kg/m3
②新拌砂浆的和易性：指砂浆在搅拌、运输、摊铺时易于流动并不易失⽔的性质。

包括流动性：指砂浆在⾃重或外⼒作⽤下流动的性能。

流动性的⼤⼩⽤“沉⼊度”表⽰，通常⽤砂浆稠度测定仪测定、是以标准圆锥体在砂浆内⾃由沉⼊10s时沉⼊的深度作为砂浆的沉⼊度。

【主要取决于⽤
⽔量】
保⽔性：指砂浆保持⽔分⽽不易散失的能⼒。

砂浆的保⽔性与胶凝材料、混合材料的品种及⽤量，以及⾻料粒径和细颗粒含量有关。

砂浆的保⽔性可⽤析⽔率和分层度表⽰。

析⽔率：砂浆中泌出的⽔分占拌和⽔量的百分率。

2.硬化砂浆的性质
①砂浆的强度：等级划分依据⽰⽴⽅体抗压强度，强度等级⽤M表⽰。

砂浆的强度等级是以70.7mm * 70.7mm*
70.7mm的⽴⽅体试块，按标准养护条件养护⾄28d后所测定的抗压强度平均值表⽰。

强度等级：M2.5 M5 M7.5 M10 M15 M20 【对于特别重要的砌体及有较⾼耐久性要求的⼯程，宜⽤强度等级⾼于M10的砂浆】
⑴不吸⽔基层砂浆强度：主要决定与⽔泥强度和⽔灰⽐公式见p135
⑵吸⽔基层砂浆强度：砂浆强度主要取决与⽔泥的强度及⽔泥⽤量公式见p136
②粘结⼒：砂浆与基层材料的粘结⼒随着抗压强度的增加⽽增加。

在充分润湿、⼲净、粗糙的基⾯砂浆的粘结⼒
较⼤
③耐久性质
④砂浆的变形：指在承受外⼒或环境条件变化时，出现收缩的性质。

收缩过⼤或不均匀时，会降低砌体的整体性，
引起沉降和裂缝。

加⼊适量膨胀剂可减⼩收缩。

第七章沥青及沥青混凝⼟
1.⽯油沥青的技术性质
①粘滞性：⼜称粘性或稠度，是反映沥青材料在外⼒作⽤下，沥青颗粒之间产⽣互相位移时抵抗变形的能⼒。

粘
度和针⼊度是沥青划分牌号的主要指标。

液态---粘度，半固体或固体—针⼊度
针⼊度：指在⼀定温度条件下的条件粘度，⽤标准试针垂直贯⼊沥青试件的深度表⽰，单位以0.1mm计。

针⼊度标准试验规定：温度25°c ，标准针重100g，贯⼊时间5s，表⽰为P（25°C,100g，5s）。

针⼊度
值越⼤，粘度越⼩，沥青越软。

标准粘度：测定液体沥青的粘度⽤流出型粘度计测定。

②耐热性：沥青的耐热性是指粘稠的⽯油沥青在⾼温下不软化、不流淌的特性。

耐热性常⽤软化点来表⽰
软化点：是沥青从固态转变为液态时达到某特定粘性流动状态时的温度。

脆点：是在温度下降过程中，沥青材料由粘-塑性状态转变为弹-脆性状态的温度。

改善沥青材料软化点和脆点的措施是在沥青中掺⼊增塑剂，如橡胶填料等。

③温度稳定性：指⽯油沥青的粘滞性和塑性随温度升降⽽变化的性能。

反映⽯油沥青对温度的敏感程度。

温度稳
定性好的⽯油沥青，其粘滞性、塑性随温度的变化较⼩，温度敏感性⼩。

④塑性：指沥青在外⼒作⽤下产⽣变形⽽不破坏，除去外⼒后仍能保持变形后的形状的性质。

沥青的塑性可⽤延伸度（简称延度）表⽰
延度：在⼀定温度下，将沥青标准试件以⼀定的拉伸速度延伸，试件拉断时延伸的长度即为延度。

沥青的延度在⼀定范围内随温度升降增减。

⑤⼤⽓稳定性（耐久性）：⼤⽓稳定性是指⽯油沥青在热、阳光、氧⽓和潮湿等环境因素的长期综合作⽤下抵抗
⽼化的性能，它反映沥青的耐久性。

2.沥青混凝⼟的技术性质
①抗渗性：沥青混凝⼟抗渗性指标⽤渗透系数。

渗透系数可通过渗透试验来测定
②抗裂性：沥青混凝⼟在外荷载（如温降或拉伸）作⽤下抵抗变形⽽不产⽣裂缝的性能
③抗滑性：是路⾯沥青混凝⼟要求的指标，⽤摩擦系数和构造深度来表⽰。

④强度：沥青混凝⼟的强度由混合料中⾻料间的咬合、沥青的粘性、沥青⽤量以及混合料的压实度决定，强度指
标由C,φ值表⽰。

抗压模量E和劈裂强度δ也是⼯程中要考虑的强度指标。

⑤热稳定性：指沥青混凝⼟在⾼温条件下及外荷长期作⽤下不发⽣严重变形或流淌的性质。

稳定性指标：热稳定性系数、斜坡流淌值、马歇尔稳定度和流值
⑴热稳定系数越⼩，沥青混凝⼟稳定性越好
⑵斜坡流淌值：指模拟沥青混凝⼟流变特性的试验值。

⑶马歇尔稳定度和流值：是沥青混凝⼟稳定性评定的主要指标
⑷动稳定度
⑥⽔稳定性：指沥青混凝⼟抵抗在⽔作⽤下引发性质变化和破坏的能⼒
⑦和易性：指沥青混凝⼟在拌和、运输、摊铺及压实过程中具有良好的流动性和良好的粘聚性。

第⼋章⾦属材料
1.抗拉性能：
①弹性阶段②屈服阶段③强化阶段④颈缩阶段
屈服强度：屈服时的应⼒
抗拉极限强度：钢材屈服到⼀定程度后，由于内部晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻⽌了塑性变形的进⼀步发展，抵抗能⼒重新提⾼，应⼒从屈服平台开始上升直⾄最⾼点，对应的应⼒即为抗拉极限强度【是钢
材所能承受的最⼤拉应⼒】
2.钢材的冷加⼯强化和时效处理
冷加⼯强化：钢材在常温下进⾏冷拉、冷拔或冷轧，产⽣塑性变形，从⽽提⾼屈服强度，塑性、韧性降低的现象称为冷加⼯强化。

【冷加⼯变形越⼤，强化越明显，屈服强度提⾼愈多，⽽塑性和韧性下降也愈⼤】时效处理：冷加⼯后的钢材在常温下存放15~20d或在100~200°C条件下存放2~3h，称为时效处理。

前者为⾃然时效处理，后者为⼈⼯时效处理【时效处理后，屈服强度提⾼，抗拉强度、硬度提⾼，但塑性和韧性
降低】
3.钢材的品种
（1）碳素结构钢 : 代表屈服点的字母（Q）、屈服强度（MPa）、质量等级（A~D）、脱氧程度（F、b、z、TZ） F—沸腾钢；b—半镇静钢；Z—镇静钢；TZ—特殊镇静钢
（2）低合⾦⾼强度结构钢（3）优质碳素结构钢（4）合⾦结构钢
第⼗⼀章⽊材
⽊材的物理性质
1.含⽔率：⽊材的含⽔率指⽊材中所含⽔质量占⽊材⼲燥质量的百分率
⽊材中⽔分⾃由⽔、吸附⽔、化合⽔
2.湿胀⼲缩变形：⽊材细胞壁内吸附⽔含量的变化会引起⽊材变形，即湿胀⼲缩变形
特点：⽊材的胀缩会使截⾯形状和尺⼨改变，⼲缩使⽊材翘曲、开裂，使⽊构件的接榫松动，拼缝不严，湿胀可造成表⾯⿎凸，强度降低。

为避免这些不利影响，通常先将⽊材进⾏⼲燥，使其含⽔率降⾄与构件所处环境湿度相适宜的平衡含⽔率
3.表观密度：⽊材单位体积的质量。