材料员基础知识

材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp
Vp——孔隙体积
孔隙体积：Vp＝Vb+Vk
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1.密度（干燥状态）
指材料在绝对密实状态下单位体积的质量， 按下式计算：
m
V
式中：ρ——实际密度，g/cm3 或 kg/m3； m——材料的质量，g 或 kg； V——材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。
每种材料的密度是固定不变的。
处于气干状态）的含水率称为平衡含水率。 材料在饱和面干状态时的含水率称为吸水率 。
吸水率可用质量或体积吸水率两种方式表达。
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质量吸水率的计算式为：
Wm

mb mg mg
100%
式中： mb—材料吸水饱和状态下的质量； mg—材料在干燥状态下的质量。
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体积吸水率的计算式为：
Wv

mb mg V0
承重材料
建
筑
保温隔热材料
材
吸声隔声材料
料
防水材料
装饰材料
………
3
3. 按材料的使用部位分为
结构材料
建
墙体材料
筑
屋面材料
材
料
地面材料
饰面材料
………
4
材料的基本性质
5
材料的体积
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。
封闭孔隙（体积为Vb）
开口孔隙（体积为Vk） 固体物质（体积为V）
普通粘土砖 0.42~0.63
8.4
石膏板 0.19~0.24
9~11
泡沫混凝土 0.12~0.20
11.0
水
0.55
42
普通玻璃 0.70~0.80
8.4
密闭空气 0.26
10
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材料的温度变形性
材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变
化。用线膨胀系数α表示。 ΔL =（t2 － t1）· α · L
一. 材料的变形性质 二. 材料的强度
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一、材料的变形性质
材料的变形性质, 是指材料在荷载作用下发生形 状及体积变化的有关性质。主要有弹性变形、塑性 变形、徐变与应力松弛。
（一）弹性变形与塑性变形
弹性变形是指在外荷载作用下产生、卸荷后可 以自行消失的变形。
塑性变形是指在外力去除后，材料不能自行恢 复到原来的形状而保留的变形，也称残余变形。
计算：
P' V '0 V0 100% 互填充
的致密程度。
空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含 砂率的依据。
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• 孔隙率与空隙率的区别
比较项目 适用场合
作用
计算公式
孔隙率 个体材料内部
可判断材料性质
P （1 0 ）100％
空隙率
堆积材料之间
可进行材料用量计 算
P （1 0 ）100％ 0
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材料与水有关的性质
亲水性与憎水性
与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲 水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。
具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分 子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力， 大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分 子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。
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疲劳极限
材料承受的荷载随时间而交替变化时，其应 力也随时间而交替变化。这种交替变化的应力超过 某一极限、且多次反复作用后，即会导致材料破坏， 该应力极限值称为疲劳极限。疲劳极限与静力破坏 不同，它常在没有显著变形的情况下，突然断裂。 疲劳极限远低于静力强度，甚至低于屈服强度。
KR表示：
KR
fb fg
式中： KR —— 材料的软化系数；
fb —— 材料吸水饱和状态下的抗压强度；
fg —— 材料在干燥状态下的抗压强度。
经常位于水中或受潮严重的重要结构，其K软不宜小
于0.85～0.90；
受潮较轻或次要结构，其K软也不宜小于0.7～0.85。
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抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性能称为抗渗性。材料的 抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征有关。

1
W
100%
式中: mb——材料吸水饱和状态下的质量； mg——材料在干燥状态下的质量。 V0—— 材料在自然状态下的体积； ρw—— 水的密度, 常温下取1.0 g/cm3。
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Wv与Wm的关系为：
式中
G1—材料吸水饱和状态下的质量； G—材料干燥状态下的质量； ρ水—水的密度； V 0—材料在自然状态下的体积； γ—材料的干表观密度。
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比热及热容量
当材料温度升高(或降低)1K时所吸收(或放出)的热 量，称为该材料的热容量(J／K)。l kg材料的热容量， 称为该材料的比热[J／(㎏·K)]。表示方法：
式中 Q——材料吸收或放出的热量，J C——材料的比热，J／(kg·K)； G——材料的质量，kg； t2- t1 —材料受热（或冷却）前后的温度差，K2。9
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材料与热有关的性质
导热性：材料传导热量的性质称为导热性。材料导热 性的大小用导热系数表示：
式中 λ—导热系数，W／(m·K)；
Q—通过材料的热量，J；
d—材料厚度或传导的距离，m；
A—材料传热面积，m2；
Z—导热时间，s；
Δt—材料两侧的温度差，K。
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影响材料导热性的因素
⑴ 孔隙率 材料的孔隙中含有空气,而空气的导热性 很小,所以材料的孔隙率愈大,导热性愈低。
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二、材料的强度
材料的强度是指材料抵抗外力（荷载）作用引起的破 坏的能力。 （一）材料的静力强度
在静荷载作用下，材料达到破坏前所承受的应力极限 值，称为材料的静力强度（简称材料强度）或极限强度。
根据作用荷载的不同，材料强度可分为抗压强度、抗 拉强度、抗弯强度（或抗折强度）和抗剪强度等。
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１．材料强度的测定
0'

m V0'
式中：ρ0——材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3； m ——材料的质量，g 或 kg；
——材料的堆积体积，cm3 或 m3。
V0
10
由于散粒材料堆放的紧密程度不同，堆积表观 密度又可分为疏松堆积表观密度、紧密堆积表观密度 二种。
利用材料孔隙率可计算散粒材料的空隙率。其 中材料的表观密度以堆积表观密度代入，密度以视密 度（包括闭口孔隙体积）代入。所得结果是颗粒之间 的空隙和开口孔隙占总体积的百分率。
式中：ΔL——线膨胀或线收缩量 ，mm 或 cm； （t2－t1）——材料前后的温度差，K； α——材料在常温下的平均线膨胀系数，1/K； L——材料原来的长度，mm或m。
材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关，常选 择合适的材料来满足工程对温度变形的要求。
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材料的力学性质
材料的力学性质,是指材料在外力作用下有关 变形性质和抵抗破坏的能力。
几种材料的导热系数及比热
材料
导热系数
比热
[w/(m·k)] [102J/(㎏·K)]
材料
导热系数 比热 [w/(m·k)] [102J/(㎏·K)]
钢
58
4.6
松 顺纹
0.35
花岗岩 2.80~3.49
8.5
木 横纹
0.17
25
普通混凝土 1.50~1.86
8.8
泡沫塑料 0.03~0.04 13~17
11
孔隙率
孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。
材料的孔隙率可按下式计算：
Vp
P V0 V 100% (1 ) 100%
V0
V0

V
孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。
密实度 （压实度） D ＋ P = 1
12
空隙率
散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积
所占的比例称为空隙率。空隙率（P’）可按下式
观密度，称为湿表观密度。
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工程中砂石材 料，直接用排 水法测定其表
观体积
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。
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3. 堆积密度
堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状 态下单位体积的质量。按下式计算：
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• 吸水率与含水率的区别
比较项目
吸水率
含水率
适用场合 在水中吸收水分 在空气中吸收水分
表示方法
吸收水分的质量比 或体积比
吸收水分的质量比
吸收水量
达到饱和
与空气中水分平衡 通常小于吸水率
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材料的耐水性
材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，
强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数
材料员
培训
1
建筑材料的分类
1. 通常按材料的组成分为三大类：
金属材料
黑色金属 有色金属
无机材料
天然石材
建
非金属材料 烧土制品
筑
（矿物质材料） 胶凝材料
材
混凝土及硅酸盐制品
料
植物材料
有机材料 沥青材料
高分子材料
复合材料
无机非金属材料与有机材料复合
金属材料与无机非金属材料复合
金属材料与有机材料复合
2
2. 按材料在建筑物中的功能可分为
材料的四种含水状态与含水率
4. 湿润状态：除材料中所有的孔隙中充满水 之外，其表面还含有表面水；
（其含水量用表面含水率来表示，其大小与 湿润程度有关，表面含水率可为负值）
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吸水性与吸湿性
材料（在水中）吸收水分的性质称为吸水性。 材料（在空气中）吸收水分的性质称为吸湿性。
材料中的含水量与其干燥质量的百分比称为含水率 材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时（材料
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材料的四种含水状态与含水率
1. 干燥状态：材料中所有的孔隙中无水； 2. 气干状态：材料中部分的孔隙中含水；
（其含水量用平衡含水率来表示，其大小与环境有关） 3. 饱和面干状态：材料中所有的孔隙中充满水； （其含水量用吸水率来表示，其大小与孔隙率有关，
吸水率的大小可以反映材料的致密程度。）
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33
弹性与塑性变形
34
塑性材料与脆性材料
塑性材料：破坏前的变形 明显 脆性材料：破坏前的变形 不明显 塑性材料的特点：抗压强度↑、抗拉强度↑ 脆性材料的特点：抗压强度↑ 、抗拉强度↓
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（二）徐变与应力松弛
固体材料在恒定外力作用 下，变形随时间的延长而逐渐 增长的现象称为徐变。
材料在恒定荷载作用下， 若所产生的变形因受约束而不 能发展时，其应力将随时间的 延长而逐渐减小，这一现象称 为应力松弛。
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抗弯强度的计算
抗弯强度的计算公式分别为：
fm

3FL 2bh2
集中荷载
fm

FL bh2
三分点加荷
式中 fm—抗弯强度，MPa； F—破坏荷载，N；
L—梁的跨度，mm；
b、h—梁断面的宽与高，mm。
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（四）材料的持久强度及疲劳极限
材料在承受持久荷载下的强度，称为持久强度。 静力强度是材料在承受短期荷载条件下具有的强度， 也称暂时强度。 实际结构物中材料承受的荷载通常既有持久荷载 （自重）和又有短期荷载（活荷载）。材料在持久荷载 作用下会产生徐变，使塑性变形增加，故材料的持久强 度一般低于暂时强度。
⑵ 孔隙特征 空气在粗大和连通的孔隙中较易对流, 使导热性增大,故具有细微或封闭孔隙的材料,比具 有粗大或连通孔隙的材料导热性低。
⑶ 含水率 水的导热性大大超过空气，所以当材料 的含水率增大时其导热性也相应提高。若水结冰， 其导热性进一步增大。
⑷ 对于纤维结构的材料，顺纤维方向的导热性比横 纤维方向的大。
材料强度的测定常用破坏性试验方法来进 行。即将材料制成试件，置于试验机上，按规定 的速度均匀地加荷，直到试件破坏，由试件破坏 时的荷载值，按相应计算公式，可求得材料强度。
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抗压、抗拉及抗剪强度的计算
f F/A
式中 f —材料强度，MPa； F —破坏时荷载，N； A —试件受力断面面积，mm2。
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2.表观密度
表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质 量。按下式计算：
0

m V0
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——材料的自然体积，cm3 或 m3。
表观密度通常是指在气干状态下（长期在空气中存放的干燥状态）的表观密度，
材料在烘干状态下测得的表观密度，称为干表观密度；材料在潮湿状态下测得的表
材料的抗渗性可用渗透系数或抗渗等级来表示。
式中：K—渗透系数，ml/（cm2·s）；Q—透水量，ml； d—试件厚度 （cm）；A—透水面积， cm2 ；H—水头 差，㎝； t—透水时间，s。
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材料的抗冻性
1. 材料的抗冻性，是指材料在水饱和状态下，能经受 多次冻融而不产生宏观破坏，同时微观结构不明显 劣化、强度也不严重降低的性能。
2. 材料的抗冻性用抗冻等级来表示,如F15 3. 抗冻等级，是指材料的标准试件，在水饱和状态
下，经受冻融循环作用后，其强度不严重降低、质 量不显著损失、性能不明显下降时，所经受的冻融 循环的次数。
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影响抗冻性的因素 材料的密实度（孔隙率）：密实度越高则其抗冻 性越好。 材料的孔隙特征：开口孔隙越多则其抗冻性越差。 材料的强度：强度越高则其抗冻性越好。 材料的耐水性：耐水性越好则其抗冻性也越好。 材料的吸水量大小：吸水量越大则其抗冻性越差。