第一章 材料基本属性

例如 1：受力结构的材料必需具有良好的力学性能；
第二章 建筑材料的基本性质
教学目的与要求：
o 物理性质：密度、表观密度、堆积密度；孔隙率和空隙率; o 力学性质：材料的强度、强度等级、比强度、弹性和塑性、 脆性与韧性； o 材料与水有关的性质：吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性 和抗冻性； o 材料的热工性能：比热、导热性、热变形性、耐燃性； o 材料的耐久性能； o 材料的组成结构、构造与材料性质的关系。 教学重点、难点： 材料的物理、力学性质
B）玻璃体 凝固时没有结晶放热过程，在内部蓄积着大量 内能，是一种不稳定结构。 化学性质不稳定，但具有较高的化学活性，易与 其他物质反应； 无固定的熔点和几何外形； 导热性和导电性差。
C）胶体 粒径为10-6----10-4mm的颗粒在介质中形成的分 散体系。
2.2
1、密度:
材料的物理性质
2.2.1 密度、表观密度和堆积密度
2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响
2、 矿物组成
（1）定义：组成材料的矿物种类。
（2）性质：相同的化学成分组成的材料，不同 矿物的矿物成分，材料的性质也是不同的。
例如：花岗岩、石灰岩
2.1.2 材料的结构和构造
1、 宏观结构
（1）定义：用肉眼能看到的结构。
（2）分类及特征： 致密结构
多孔结构 纤维结构 层状结构 散粒结构
V0
' — 堆积密度（kg/m3) 0
m—材料在干燥状态下的质（kg）；
V源自文库
' 0
—材料在堆积状态下的体积（m3);
？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m;
（2）然后采用容量升来测定砂子、石子的 堆积体积，方法如下：
a）砂子采用1L、5L的容量升来测堆积 体积； b）石子采用10L、20L、30L的容量 升来 测定其堆积体积；
关于密度计算中的体积问题
有孔隙材料的体积测定方法：
一般采用李氏瓶测定有孔材料的实体体积
？思考题： 如何测量有孔隙材料的密度？
*测量有孔隙材料密度的方法与步骤：
2、表观密度
（1）定义：指的是材料在自然状态下，单位体 积的干质量。 m 0 v0 0 — 表观密度（kg/m3) m—材料在干燥状态下的质量（kg）； vo—材料在自然状态下的体积（m3);
2）体积吸水率：
(m b m g ) Wv V0
W
100%
%） Wv 材料的体积吸水率（ 3 其中， V 干燥材料在自然状态下 的体积（ cm ); 0 3 W 水的密度，常温下取 1.0g / cm 思考：材料的吸水性和吸湿性有什么区别？
含水率在工程中的应用

例如:拌制砼所用材料质量是指干质量。但现场 的砂石都不同程度有水存在。因此在称量上应该 考虑到砂石的含水情况。
己知每拌制1m3混凝土需要干砂606Kg ，测得施 ‘=S（1+W ）=606×(1+7%)=648Kg 砂用量： S s 工现场的含水率砂为 7% ，则现场需要称取多少 湿砂?
材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性 质，称为热容量。 用比热容表示。
Q C m(T2 T1 )
材料比热容对保持室内温度稳定作用很
大，比热容大的材料能在热流变化、采暖、
空调不均衡时，缓和室内温度的波动；屋面
材料也宜选用比热容大的材料。
第二节
一、 材料强度
材料的力学性能
（一）材料的强度 1、定义：材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能 力。 2、原理：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，此时的极限应力值就是材料的强度。
2.1 材料组成、结构及构造对性质的影响
2.1.1 材料的组成 材料的组成包括化学组成和矿物组成； 1、化学组成： （1） 定义：化学组成是指构成材料的化学成分。 （2）表示方法： 金属材料---以化学元素含量百分数表示 无机非金属材料---以元素的氧化物含量表示 有机高分子材料---以低分子化合物表示
3、 耐水性
（1）定义：是指材料长期在水的作用下，其强 度也没有显著下降的性质； （2）表示方法：一般用软化系数K表示：
材料在吸水饱和状态下 的抗压强度f 饱 k软 材料在干燥状态下的抗 压强度f 干
4、抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质。
Q H KA t d
达西定律：水在材料中渗透速度与试样两端面间 的水位差成正比，与材料的厚度成反比。
d W=VtA HAt =Kp d
V=Kp
H
K p= Wd HAt
抗渗性的表示方法有两种:
1、渗透系数K 土一般采用 K越大，说明抗渗性越差。 2、抗渗等级P 砼和砂浆一般采用。 等级越高，说明抗渗性越好。 用P4、P6、P8、P10等表示。
5、抗冻性
（1）定义：指材料在含水饱和状态下能忍受多次 冻融循环而不破坏,强度也不显著下降的性质。 （2）表示方法：抗冻等级F表示。 如 F10 ，表示在标准试验条件下，材料强度 下降不大于 25 ％，质量损失不大于 5 ％，所能经 受的冻融循环次数最多为10次。 （3）原因：结冰体积膨胀 （4）影响因素：外因和内因。 注意：质量和强度损失都不超过标准规定的范 围
学习材料性质的原因

建筑材料在使用过程中，承受着各种不同的作用，因而要求 具有相应的不同性质。
2、防水材料必须具有抗渗防水能力； 3、墙体材料必须具有隔热保温、吸声隔音性能； 4、北方水工建筑物，许多材料必须具有良好的抗渗性和 抗冻性； 5、材料必须经受住风吹日晒等，因此必须具有良好的耐 久性。 因此，学习材料的性质对我们了解材料的性能，正确选择、 使用、材料有着很好的理论基础。
*自然状态下的体积Vo= 密实状态下的体积V +孔隙 体积V孔 思考题：比较密度和表观密度的大小？
？思考题：如何测定材料的表观密度？ 1、测定材料的干质量m: 取材料样品 烘干 冷却到室温 称量质量 m 烘箱1050C~1100C 干燥器
天平
2、测定材料的自然体积Vo-----分两种情况： （1）对于形状规则的材料，如砖、石块等：

二、比强度


比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；
比强度的意义：
1、衡量材料轻质高强性能的一项重要指标； 2、选用比强度高的材料或者提高材料的比强度， 对大跨度、超高度建筑十分有利。
三、 弹性和塑性

材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够 完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢 复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。
是由离子、原子或分子等质点在空间按一定方式 重复排列而成的固体，有特定的外形、有规则排 列。
a） 原子晶体
是由中性原子以共价键构成的晶体。
b）离子晶体 由正、负离子以离子键构成的晶体
c）金属晶体
由金属阳离子组成晶格，自由电子运动其间，阳 离子和自由电子形成的库伦引力的晶体。 d）分子晶体
以分子键（范德华力）构成的晶体。
知识延伸
释放水分
干 燥 的 材 料
吸收空气 中的水分 平衡含水率：当材料中所含水分与空气湿度达到 相对平衡时的含水率
潮 湿 的 材 料
平衡含水率
（2）吸水性与吸水率
吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质。 用吸水率表示，吸水率有两种表示方式。 1）质量吸水率：
Wm
mb mg mg
100%

用游标卡尺可定材料的自然体积；
a) 对于六面体，测定长、宽、高； b) 对于圆柱体，测定其直径和高；
（2）对于形状不规则的材料，如卵石、碎石等， 采用排液法确定其自然体积；
*排液法测定不规则材料自然体积V石：
3、堆积密度：
（1）定义：指的是颗粒状或粉状材料在堆积状 态下，单位体积的质量 * 计算公式为： m ' 0 '
（1）定义：指的是材料在绝对密实状态下，单 位体积的干质量。
计算公式为：

m v
上式中， — 密度（g/cm3) m—材料在干燥状态下的质量（g）； v—材料在绝对密实状态下的体积（cm3);
关于密度计算中的体积问题 注意：材料在致密状态下的体积指的是不包含材 料内部孔隙的密实体积 1、对于致密材料（如钢材、玻璃等）而言，内 部是不含孔隙的，故体积很容易测定； 2、但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下 材料是含有一些孔隙的。
2、 亚微观结构
（1）定义：是指用光学显微镜可以观察到的材 料内部结构，一般可分辨范围1—10-3mm。 （2）注意事项：
材料内部各组成的性质影响整体性质。
3、 微观结构
（1）定义：是指用电子显微镜、扫描电子显微镜、 X射线衍射仪观察原子、分子的排列方式和结合方 式。一般可分辨范围可达“埃”。 （2）分类： A） 晶体
0 100%
2、 孔隙率
（1）定义：是指材料体积内，孔隙体积占总体 积的百分率。 （2）表示方法：用P表示。 孔隙可分为闭口孔和开口孔。 P=（V0-V）/V0*100%
0 (1 ) 10 0 %
=（1-V/V0）*100%
P D 1
材料内部孔隙示意
密实度和孔隙率反映了材料的致密程度。 一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙 越少,则： 其强度越高； 吸水越少； 抗渗性和抗冻性越好；

材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，
仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝
的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性
变形（或永久变形）。
四、 脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并 无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部 分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材， 烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。 脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折 强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料 的特性。 在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的 能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性 质称为韧性或冲击韧性。 问题：脆性材料和塑性材料的主要区别是什么？
3、分类
P P P
P
P P
材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：
P f A
式中：f——材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPa P——材料承受的最大荷载，Ｎ A——材料的受力面积，mm2
（二）强度等级
强度等级的定义： 大多数建筑材料根据其极限强度的大小，把 材料划分为若干不同的等级。 材料强度等级划分的标准： a)脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级， 如：混凝土、水泥、粘土砖等； 例：混凝土的强度等级划分为14级： C15、C20等; b)韧性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级， 如钢材等； 如钢材分为Q195,215,235,255,275等
（3）利用公式计算堆积密度：

' 0
m V0'
2.2.2 材料的密实度和孔隙率
1、材料的密实度： （1）定义：是指材料体积内被固体物质充实的程 度，也就是固体体积占总体积的比例。 （2）表示方法：用D来表示。
V D 100% V0
m ) ( V 或D 100% m 100% ( ) V0 0
但是保温性差；导热性越好
2.2.3 材料的空隙率
（1）定义：空隙率是指散粒材料在堆积体积中， 颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率。 ' （2）表示方法：用P’表示： v v '
p
0
0
空隙率的大小反映了散粒 材料的颗粒之间相互 填充的致密程度； 思考：空隙率与孔隙率有什么区别？
' 0 % 1 100 0
三、材料的热工性能 （一）导热性 当材料两面存在温度差时，热量从材料一面 通过材料传导至另一面的性质。用导热系数 λ 表示。
Qd At(T2 T1 )
意义：材料的导热系数越小，其热传导能力越差， 绝热性能越好。 主要影响因素： 1、材料的化学组成与结构 2、孔隙率 3、孔隙特征
（二）热容量和比热容
2、材料的吸水性和吸湿性
（1）材料吸湿性及含水率 定义：是指材料吸收空气中水分的性质。 表示方法：用含水率表示。
Wh
ms mg mg
100%
Wh 材料的含水率（ %） 其中， 量（g ); m s 材料在含水状态下的质 m 材料在干燥状态下的质 量（g ); g
v
' 0
100%
2.2.4 材料与水有关的性质
1、材料的亲水性和憎水性 （1）亲（憎）水性： 材料在空气中与水接触时，能被水湿润的， 称为亲水性，否则为憎水性； （2）亲（憎）水性材料： 具有亲水性的材料称为亲水性材料，如木材、 砖、混凝土、石等；反之为憎水性材料，如沥 青，石蜡、塑料等； ？思考：防水防潮材料应优先选用哪种材料？