1 建筑材料的基本性质

—材料的表观体积（m3); 材料的表观体积 V ' 材料的表观体积（
*表观体积 表观体积
V' =
密实状态下的体积V +闭口孔隙体积V闭 闭口孔隙体积
c.体积密度： c.体积密度： 体积密度
指的是材料在自然状态 指的是材料在自然状态下，单位体积所具有的质量； 自然状态下 单位体积所具有的质量；
上式 ρ 0 — 表观密度 表观密度（kg/m3) m—材料在干燥状态下的质量（kg）; 材料在干燥状态下的质量（ ） 材料在干燥状态下的质量 Vo—材料的自然体积（m3); 材料的自然体积（ 材料的自然体积 *自然体积Vo= 自然体积 密实状态下的体积V +孔隙体积V 孔隙体积
第一章 建筑材料的基本性质
教学的目的和要求
物理性质：与质量有关 密度、表观密度、体积密度、堆 密度、表观密度、体积密度、
积密度、密实度与孔隙率、 积密度、密实度与孔隙率、填充率与空隙率 亲水性和憎水性、吸水性、 与水有关 亲水性和憎水性、吸水性、吸湿 性、耐水性、抗渗性、抗冻性 耐水性、抗渗性、 导热性、比热容与热容量、 与热有关 导热性、比热容与热容量、耐燃 性和耐火性
• 原因分析：硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘 原因分析：硅粉又称硅灰， 中回收的副产品，其化学组成为SiO2，微 中回收的副产品，其化学组成为 ， 观结构为表面光滑的玻璃体， 观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥 净浆施工性能。 净浆施工性能。磨细石英粉的化学组成也 为SiO2，微观结构为晶体，表面粗糙，对 ，微观结构为晶体，表面粗糙， 水泥净浆的施工性能有负作用。 水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨 细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同， 细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同， 微观结构不同，导致材料的性能差异明显。 微观结构不同，导致材料的性能差异明显。
？思考题：如何测定砂和石子的堆积密度？ 思考题：如何测定砂和石子的堆积密度？ （1）首先采用前述方法测定其干质量 ）首先采用前述方法测定其干质量m; 容量升来测定砂子 （2）然后采用容量升来测定砂子、石子的堆积体 ）然后采用容量升来测定砂子、 方法如下： 积 V0' ，方法如下： a）砂子采用1L、5L的容量升来测堆积体积； 来测堆积体积； ）砂子采用 b）石子采用10L、20L、30L的容量升来测定其堆积 ）石子采用 体积； 体积； m ' （3）利用公式计算堆积密度： ρ 0 = ' ）利用公式计算堆积密度： V0
A
B
3、构造 、
材料的宏观构造是指可用肉眼能观察到 的外部和内部的结构。 的外部和内部的结构。土木工程材料常 见的构造形式有：密实构造、多孔构造、 见的构造形式有：密实构造、多孔构造、 纤维构造、层状构造、散粒构造、 纤维构造、层状构造、散粒构造、纹理 构造。 构造。
4、孔隙状况 、 孔隙状况对建筑材料的各种性质具有重要影响， 孔隙状况对建筑材料的各种性质具有重要影响，材料的孔隙 状况可由孔隙率 孔隙连通性和孔隙直径三个指标来描述 孔隙率、 三个指标来描述： 状况可由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来描述： 一般孔隙率越大，密度越小、强度越低、 一般孔隙率越大，密度越小、强度越低、保温隔热性越 好、吸声隔声能力越高 一般情况下，连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大； 一般情况下，连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大； 而封闭孔对材料的保温隔热性能影响较大 粗大孔对材料的密度、强度等性能影响较大； 粗大孔对材料的密度、强度等性能影响较大；毛细孔主 要影响材料的吸水性、抗冻性等性能； 要影响材料的吸水性、抗冻性等性能；极细微孔对材料的 性能影响不大
a. 密度:
指的是材料在绝对密实状态下 单位体积所具有的质量 指的是材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量. 绝对密实状态 计算公式为： 计算公式为：
m ρ= V
ຫໍສະໝຸດ Baidu上式
ρ—
密度（ 密度（g/cm3)； ；
m—材料在干燥状态下的质量（g）； 材料在干燥状态下的质量（ ）； 材料在干燥状态下的质量 V—材料在绝对密实状态下的体积（cm3)。 材料在绝对密实状态下的体积（ 材料在绝对密实状态下的体积 。
A
B
从宏观组成层次讲， 从宏观组成层次讲，人工复合的材料如混 凝土、 凝土、建筑涂料等是由各种原材料配合而 成的， 成的，因此影响这类材料性质的主要因素 是其原材料的品质及配合比例。 是其原材料的品质及配合比例。
2、微观结构 、
材料的微观结构是指物相的种类、形态、大 材料的微观结构 小及其分布特征。它与材料的强度、硬度、 弹塑性、熔点、导电性、导热性等重要性质 有着密切的关系。土木工程材料的使用状态 均为固体，固体材料的相结构基本上可分为 晶体、玻璃体、胶体三类，不同结构的材料， 各具不同特性。
注意:绝对密实状态下的体积是指不包含材料内 注意 绝对密实状态下的体积是指不包含材料内 绝对密实状态下的体积 部孔隙的真实体积； 部孔隙的真实体积； • 对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内部 如钢材、玻璃等）而言， 故体积很容易测定； 是不含孔隙的，故体积很容易测定； • 但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下材 而言， 料是含有一些孔隙的；
思考题： 如何测量有孔隙材料的密度？ 思考题： 如何测量有孔隙材料的密度？
材料的体积测定方法： 有孔隙材料的体积测定方法： 一般采用密度瓶法测定有孔材料的实体积
将试样研碎 烘干 冷却到室温 称量质量 测定体积
*测量有孔隙材料密度的方法与步骤： 测量有孔隙材料密度的方法与步骤： 测量有孔隙材料密度的方法与步骤
如图Ａ、Ｂ为两种钢材的金相照片， 如图Ａ、Ｂ为两种钢材的金相照片，两者 Ａ、Ｂ为两种钢材的金相照片 化学组成接近，主要差别是碳含量不同， 化学组成接近，主要差别是碳含量不同， 小于0.2 0.2％ 则为0.2％～0.4％，但矿物 0.2％～0.4％， Ａ小于0.2％和Ｂ则为0.2％～0.4％，但矿物 组成则差别较大。两种钢材性能差别较大， 组成则差别较大。两种钢材性能差别较大， 其中Ａ具有较好的冷、热变形等工艺性能， 其中Ａ具有较好的冷、热变形等工艺性能， 但强度较低， 则强度较高。 但强度较低，而Ｂ则强度较高。
C、 堆积密度： 堆积密度：
指的是散粒（粒状、粉状或纤维状） 指的是散粒（粒状、粉状或纤维状）材料在 单位体积的质量； 自然堆积状态下，单位体积的质量； 计算公式为： 计算公式为： m ' ρ0 = ' V0
' ρ 0 — 堆积密度（kg/m3) 堆积密度（
m—材料在干燥状态下的质量（kg）； 材料在干燥状态下的质量（ ）； 材料在干燥状态下的质量 材料在堆积状态下的体积（ 材料在堆积状态下的体积 V0' —材料在堆积状态下的体积（m3);
建筑常用材料的密度、表观密度、 建筑常用材料的密度、表观密度、堆积密度
密度(g／ ｍ 体积密度(kg／ｍ 材料名称 密度 ／cｍ3) 体积密度 ／ｍ3) 钢材 红松木 水泥 砂 碎石 7.85 1.55～1.60 ～ 2.8 ～3.1 2.5 ～2. 6 2.48 ～2.76 2300~2700 2450~2550 2700~2900 7800 ～7850 400～600 ～ 1600~1800 1500~1700 1400~1700 堆积密度(kg／ｍ 堆积密度 ／ｍ3)
两种石材性能对比
• 图为同一栋楼外墙所用的两种不同材质的装饰石 使用时间相同。 材，使用时间相同。大理石石材颜色已变暗且出 现裂缝，而花岗岩石材完好如新。 现裂缝，而花岗岩石材完好如新。请从材料的组 成结构分析二者性能差异的原因。 成结构分析二者性能差异的原因。
大理石
花岗岩
• 讨论：大理石主要成分是方解石（碳酸钙 讨论：大理石主要成分是方解石（ 和碳酸镁），呈弱碱性。 ），呈弱碱性 和碳酸镁），呈弱碱性。在酸雨等腐蚀介 质的作用下，发生化学反应，颜色变暗淡， 质的作用下，发生化学反应，颜色变暗淡， 板材的结构逐步疏松，并发展为裂缝。 板材的结构逐步疏松，并发展为裂缝。而 花岗岩主要为石英（结晶二氧化硅）、 ）、长 花岗岩主要为石英（结晶二氧化硅）、长 架状铝硅酸盐）及少量云母（ 石（架状铝硅酸盐）及少量云母（片状铝 硅酸盐），为酸性石材， ），为酸性石材 硅酸盐），为酸性石材，结构致密具有高 抗酸腐蚀能力。 抗酸腐蚀能力。
m 计算公式为： ρ 0 = 计算公式为： V0
开口孔隙与闭口孔隙的辨析 开口孔隙指与外界相连通的细小孔隙， 开口孔隙指与外界相连通的细小孔隙，闭口孔隙 指与外界不连通的细小孔隙。 指与外界不连通的细小孔隙。两者都会影响材料 的表观密度，开口孔隙影响骨料的吸水性。 的表观密度，开口孔隙影响骨料的吸水性。 只能通过试验测得。 只能通过试验测得。自然状态下的体积包括开口 和闭口孔隙， 和闭口孔隙，而浸水饱和后排水试验测得的体积 就只有闭口孔隙，而没有开口孔隙。 就只有闭口孔隙，而没有开口孔隙。所以可以用 吸水饱和状态下的质量减去完全烘干状态下的质 量然后除以水的密度，得到开口孔隙的体积。 量然后除以水的密度，得到开口孔隙的体积。
普通玻璃 2.45 ～2.55 铝合金 2.7~2.9
2、密实度与孔隙率 、
a.密实度： 密实度： 密实度
是指材料体积内被固体物质充实的程度， 是指材料体积内被固体物质充实的程度， 也就是固体物质的体积占总体积的比例， 也就是固体物质的体积占总体积的比例，用D来 来 表示。 表示。
第二节 材料的基本物理性质 一、与质量有关的性质
1. 密度、表观密度、体积密度与堆积密度 密度、表观密度、
密度是指材料在绝对密实状态下单位体积 密度是指材料在绝对密实状态下单位体积 的质量。表观密度是材料在包括闭口孔隙 的质量。表观密度是材料在包括闭口孔隙 条件下单位体积的质量。体积密度是指材 条件下单位体积的质量。体积密度是指材 料在自然状态下的体积， 料在自然状态下的体积，包括材料实体及 其开口与闭口孔隙条件下的单位体积的质 堆积密度是指散粒或纤维状材料在堆 量。堆积密度是指散粒或纤维状材料在堆 积状态下单位体积的质量。密度、 积状态下单位体积的质量。密度、表观密 度、体积密度和堆积密度既有联系又有差 别。
材料的化学组成相同， 材料的化学组成相同，微观结构的差别将导 致材料性能的差异。 致材料性能的差异。如图化学组成相同的 水泥熟料，由于Ａ的显微结构发育良好， 水泥熟料，由于Ａ的显微结构发育良好， 则不然，结果在比表面积相似的情况下， Ｂ则不然，结果在比表面积相似的情况下， 熟料的３ 抗压强度分别比Ｂ Ａ熟料的３ d、２８ d抗压强度分别比Ｂ熟 料高10.7 MPa和 MPa。 料高10.7 MPa和6.8 MPa。
·工程实例分析· 材料微观结构对性能的影响
• 某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到 某工程灌浆材料采用水泥净浆， 较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉， 较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉， 并对硅粉的化学组成和细度提出要求， 并对硅粉的化学组成和细度提出要求，但 施工单位将硅粉理解为磨细石英粉，生产 施工单位将硅粉理解为磨细石英粉， 中加入的磨细石英粉的化学组成和细度均 满足要求，在实际使用中效果不好， 满足要求，在实际使用中效果不好，水泥 浆体成分不均，请分析原因。 浆体成分不均，请分析原因。
力学性质：强度、弹性、塑性、韧性、脆性、硬度、 强度、弹性、塑性、韧性、脆性、硬度、
耐磨性
耐久性质：影响因素
第一节 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响 材料的组成、结构、
1、组成 、
材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。 材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。材 料组成是材料性质的基础， 料组成是材料性质的基础，它对材料的性质起着 决定性的作用。 决定性的作用。材料化学组成相同但矿物组成不 同也会导致性质的巨大差异。 同也会导致性质的巨大差异。
烘箱105-110ºC 烘箱
干燥器
天 平
密度瓶
密度
b.表观密度： b.表观密度： 表观密度
指的是材料在自然状态 指的是材料在自然状态下，单位体积所具有的质量； 自然状态下 单位体积所具有的质量；
上式
m 计算公式为： ρ ' = 计算公式为： V'
ρ ' — 表观密度 表观密度（kg/m3)
m—材料在干燥状态下的质量（kg）; 材料在干燥状态下的质量（ ） 材料在干燥状态下的质量