材料员基础知识

• 孔隙率与空隙率的区别
比较项目 适用场合 孔隙率 个体材料内部 空隙率 堆积材料之间
作 用
计算公式
可判断材料性质
0 P （ 1 ） 100％
可进行材料用量计 算
0 P （ 1 ） 100％ 0
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。
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。 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。
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
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。
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。
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：
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。
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。
封闭孔隙（体积为Vb） 开口孔隙（体积为Vk） 固体物质（体积为V）
Vp——孔隙体积
材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp 孔隙体积：Vp＝Vb+Vk
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。
材料员
培训
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
天然石材 烧土制品 胶凝材料 混凝土及硅酸盐制品
无机材料 建 筑 材 料 有机材料
非金属材料
（矿物质材料）
植物材料 沥青材料 高分子材料 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
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
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。
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。
• 吸水率与含水率的区别
比较项目
适用场合
吸水率
在水中吸收水分
含水率
在空气中吸收水分
吸收水分的质量比 表示方法 吸收水分的质量比 或体积比 吸收水量 达到饱和
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：
V0 V P 100% (1 ) 100% V0
Vp 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
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 计算： V '0 V0 P' 100% V '0 空隙率的大小反映散粒材料的颗粒相互填充 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。
每种材料的密度是固定不变的。
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
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。
V0
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 观密度，称为湿表观密度。
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。
体积吸水率的计算式为：
Wv
mb mg V0

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。
与空气中水分平衡 通常小于吸水率
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 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。
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。
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)；
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。
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。
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 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。
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。）
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）
弹性与塑性变形
塑性材料与脆性材料
塑性材料：破坏前的变形 脆性材料：破坏前的变形 明显 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↓
（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
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
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。
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。
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。
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。
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）
复合材料
2. 按材料在建筑物中的功能可分为
承重材料
保温隔热材料
建 筑 材 料
吸声隔声材料
防水材料 装饰材料 ………
3. 按材料的使用部位分为
结构材料
建 筑 材 料
墙体材料
屋面材料
地面材料
饰面材料
………
材料的基本性质
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。
材料
导热系数 比热 [w/(m· k)] [102J/(㎏· K)]
0.35 25 0.17 0.03~0.04 0.19~0.24 0.55 0.26 13~17 9~11 42 10
钢 花岗岩 普通混凝土 普通粘土砖 泡沫混凝土 普通玻璃
松 木
顺纹 横纹
泡沫塑料 石膏板 水 密闭空气
材料的温度变形性
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。
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。 一. 材料的变形性质 二. 材料的强度
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。
G——材料的质量，kg；
t2- t1 —材料受热（或冷却）前后的温度差，K。
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)]
58 2.80~3.49 1.50~1.86 0.42~0.63 0.12~0.20 0.70~0.80 4.6 8.5 8.8 8.4 11.0 8.4
１．材料强度的测定
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，臵于试验机上，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。
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。
抗弯强度的计算
抗弯强度的计算公式分别为：
fm
3FL 2bh 2
集中荷载
fm
FL bh 2
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。
（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ห้องสมุดไป่ตู้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。