建筑材料 第一章 建筑材料的基本性质

用ρ0′表示。
0
'

m V0
'
ρ0 ′ －堆积密度，kg/m3；
m －材料的质量，kg；
V0 ′ －材料的自然堆积体积（包括材料颗粒体积和颗粒之 间空隙的体积），m3。
测定散粒材料的堆积密度时，按一定的方法将 散粒材料装入一定的容器中，则堆积体积为容器 的容积。
请看堆积密度试验动画
§1.1 材料的基本物理性质
（四）*视密度
指材料在包含内部闭口孔隙（开口孔隙除外） 条件下的单位体积的质量。
m
V'
V′―材料的自然状态下不含开口孔隙的体积。或直接 用排水法测得实际体积的近似值。
§1.1 材料的基本物理性质
四种密度的关系：
对于同种材料（如一堆碎石），测得的四种密度的关
系？
密度
视密度 表观密度 堆积密度
§1.3 材料与水有关的性质
材料的吸水率的大小主要取决于材料本身的 亲水性与憎水性，但与材料的孔隙率大小和孔隙 隙特征也有关系。
对于亲水性材料，孔隙率越大，吸水性越强。 但若是闭口孔隙水分也不易进入，粗大的开口孔 隙，水分不易吸满和保留；具有密集微细连通而 开口孔隙的材料，吸水率才最大。
§1.3 材料与水有关的性质
P
'

V0 'V0 V0 '
100%

1
0 0
'

100%
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。
空隙
§1.1 材料的基本物理性质
课堂练习：
1、有一卵石试样，洗净烘干后质量为1000g，将其浸
水饱和，用布擦干表面称重为1005g，再装入盛满水
后重为1840g的广口瓶内，然后称重为2475g，试求试
F 布氏压头
用压力除以压痕面积所得 到的值为布氏硬度值，可按下 式计算：
D
材料表面
d
§1.2 材料的力学性质 四、材料的硬度
按滑刻法，矿物硬度由小到大分为10级：滑石1， 石膏2，方解石3，萤石4，鳞灰石5，正长石6，石英7， 黄玉8，刚玉9，金刚石10。称为莫氏硬度
§1.2 材料的力学性质 四、材料的硬度
§1.3 材料与水有关的性质
（一）材料的亲水性与憎水性 材料容易被水润湿的性质称为亲水性。具有
这种性质的材料称为亲水性材料，如砖、石、 木材、混凝土等。
材料不容易被水润湿的性质称为憎水性，具 有种性质的材料称为憎水性材料，如石蜡、沥 青、油漆、塑料等。憎水性材料一般用于防水。
§1.3 材料与水有关的性质
Pb P PK
孔隙率与密实度的关系：P+D=1
§1.1 材料的基本物理性质
（三）*填充率D＇
指散粒材料的堆积体积中，被其颗粒填充 的程度（即自然体积占堆积体积的百分率）。
D ' V0 100% 0 ' 100%
V0 '
0
空隙
§1.1 材料的基本物理性质
（四）空隙率P＇
散粒材料自然堆积体积中颗粒之间的空隙所 占的比例称为散粒材料的空隙率，其计算公式为：
解： 孔隙率
P V0 V 100% V0

1
0

100%
ρ0=m/V0=2420/(24×11.5×5.3)=1.65g/cm3
ρ=m/V=50/19.2=2.60g/cm3
P

1

1.65 2.6

100%

36.5%
§1.2 材料的力学性质
一、材料的强度
（二）表观密度
材料在自然状态下单位体积的质量成为表观
密度，用ρ0表示。
0

m V0
ρ0－表观密度，kg/m3；
m－材料的质量，kg；
V0－材料在自然状态下的体积，m3。
自然状态下的体积指包含材料内部孔隙的体 积。
§1.1 材料的基本物理性质
（三）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称为堆积密度，
试验条件的不同主要是指试件尺寸以及试验时的 加荷速度。试验时应按照相关规范来进行操作。
§1.2 材料的力学性质
4、图例和动画演示
抗压 抗拉
抗弯
抗剪
§1.2 材料的力学性质
4、图例和动画演示
材料受拉破坏
§1.2 材料的力学性质
4、图例和动画演示
材料受压破坏
§1.2 材料的力学性质
4、图例和动画演示
m
V
> m
V'
>
0

m V0
>
0
'

m V0
'
质量一样，而四种体积存在一个关系：
V是指实体体积
V＇=V+Vb
V0 =V+Vb+Vk V0 ‘=V+Vb+Vk+V空
故，ρ>ρ＇>ρ0>ρ0＇
§1.1 材料的基本物理性质 二、与疏密度有关的性质
（一）密实度D
指材料体积内被固体物质所填充的程度（即 密实体积占自然体积的百分率）。
P
P
P
强度公式：
P 拉力
P 压力
P 剪力
f F A
f－材料的抗拉、抗压、抗剪强度，MPa； F－最大破坏载荷，N； A－受力面积，mm2。
§1.2 材料的力学性质
2、抗弯强度
抗弯强度的测试有两种方法如图所示:
P
P/2
P/2
h
a
a
a
b
l
l=3a
试验时将试件放在两个支点上，中间作用一
集中载荷P，则抗弯强度公式为：f f
A
·
弹性材料的变形曲线
0
ε
§1.2 材料的力学性质
（二）塑性
材料在外力作用下产生变形，当外力除去后， 仍保持变形后的形状，并不破坏的性质称为塑性。 这种不可恢复的变形称为塑性变形。
σ
A
B
0
ε
塑性材料的变形曲线
§1.2 材料的力学性质
实际上纯的弹性材料和塑性材料是没有的。 有的材料受力时先发生弹性变形，再发生塑性变形， 如建筑钢材； 有的材料在受力后弹性和塑性变形同时发生，这种 材料称为弹塑性材料，如混凝土。
建筑材料
第一章 建筑材料的基本性质
第一节 材料的基本物理性质 第二节 材料的力学性质 第三节 材料与水有关的性质 第四节 材料的耐久性 第五节 材料的热加工性质 第六节 材料的装饰性能 第七节 材料的组成、结构和构造
§1.1 材料的基本物理性质 一、材料与质量有关的性质（4个密度） 绝大多数材料都含孔隙。孔隙分为：
开口孔：常温下水能进入 闭口孔：常温下水不能进入
§1.1 材料的基本物理性质 一、材料与质量有关的性质（4个密度）
（一）密度
材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密 度，（绝对密实体积指不包括材料孔隙在内的体 积）。用ρ表示。
m
V
ρ－密度，kg/m3； m－材料在干燥状态下的质量，kg； V－干燥材料的绝对密实体积，m3。
材料受弯破坏
§1.2 材料的力学性质
4、图例和动画演示
材料受剪破坏
§1.2 材料的力学性质
二、材料的弹性与塑性
（一）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称为弹性。这种能够完全恢
复的变形称为弹性变形。具有这种性质的材料称为
弹性材料。这种材料的变形服从虎克定律，应力与
应变成正比。 σ
D V 100% 0 100%
V0

§1.1 材料的基本物理性质
（二）孔隙率P
指材料的自然体积内，孔隙体积占自然体 积的百分率。
P

V0 V V0
100%

1
0

100%

开口孔隙率： 闭口孔隙率：
PK
Vk V0
100% V0 V ' V0
100%

3Fl 2bh2
试验时将两个相等的集中载荷P/2分别作用在
试件两个支点间的三分点处，则抗弯强度公式为：
ff

Fl bh2
§1.2 材料的力学性质
3、影响材料强度的因素 材料强度的大小与材料的组成、结构、构造及测
定强度值的试验条件有关。
对于同种材料来说，孔隙率↑，强度↓；对多数材 料来说，温度↑，强度↓，含水率↑强度↓。例如：钢 材温度升高时，强度会明显降低；砖、木材等含水 率增加时，强度会降低。
材料的亲水性与憎水性可用润湿角θ来说明， 当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交 点处，作沿水滴表面的切线，该切线与固体、液 体接触面的夹角称为润湿角θ。
θ
θ
亲水性材料
憎水性材料
润湿角θ越小，表明材料越易被润湿。实验 表明，当润湿角θ≤90°时，这种材料称为亲水性 材料；当润湿角θ>90°时，称为憎水性材料。
材料在冲击或震动荷载作用下能承受很大的变 形也不致破坏的性质称为韧性，具有这种性质的材 料称为韧性材料。
如低碳钢、低合金钢等属于韧性材料。
§1.2 材料的力学性质
材料脆性、韧性破坏动画演示
§1.2 材料的力学性质 四、材料的硬度
硬度是材料抗穿刺能力的度量，反映材料的耐 磨性和加工的难易程度。
压入法测量材料的布氏硬度。
§1.3 材料与水有关的性质
2、体积吸水率
Wv－材料的体积吸水率，％； V0－材料干燥状态下的体积，cm3； V水－材料吸水饱和状态下的体积， cm3 。
§1.3 材料与水有关的性质
Wv 与Wm 之间的关系：
Wv＝
V水 V0
＝
m饱－m干
V0 水
m饱－m干
V0 0
Wv=Wm×ρ0。ρ0为材料在干燥状态下的表观 密度。
§1.2 材料的力学性质
4、一边长为200mm的立方体试块，进行抗压强度 试验时，破坏荷载为1600KN，试求该试块抗压强 度为多少？
解：f＝F/A＝1600×103/(200×200)=40.0 MPa
§1.3 材料与水有关的性质
建筑物中的材料在使用过程中经常会直接或 间接与水接触，如水坝、桥墩、屋顶等，为防 止建筑物受到水的侵蚀而影响使用性能，有必 要研究材料与水接触后的有关性质。
回弹法用于测 定混凝土表面硬度， 并间接推算混凝土 的强度
§1.2 材料的力学性质 四、材料的硬度
压入法指钢材 抵抗较硬物体压入 产生局部变形的能 力，亦即钢材表面 抵抗塑性变形的能 力。
电子布氏硬度计
§1.2 材料的力学性质
压入法测材料硬度动画演示
§1.2 材料的力学性质
课堂练习： 3、已知甲材料在绝对密实状态下的体积为40cm3，
样的表观密度。
解： 表观密度 0
已知m=1000g，
0
m
V0

m干 V0
V0=V排开水= (1840 1005) 2475 370cm3 1
0

m干 V0
1000 370

2.70g
/ cm3
§1.1 材料的基本物理性质
2、一块标准尺寸的黏土砖(240mm×115mm×53mm)， 干燥状态质量为2420g，吸水饱和后为2640g，将其烘 干磨细后称取50g，用排水法测得体积为19.2cm3，试 求孔隙率
§1.2 材料的力学性质
三、材料的脆性与韧性
材料在一定限度的外力作用下无明显的塑性变 形时就突然破坏的性质称为脆性，具有这种性质的 材料称为脆性材料。
脆性材料达到破坏荷载时的变形值很小，受冲 击和震动荷载的能力很差，宜做承压构件。如砖、 石材、混凝土等。
§1.2 材料的力学性质
三、材料的脆性与韧性
在自然状态下体积为160 cm3；乙材料的密实度为 80％，求甲、乙两材料的孔隙率，并判断哪种材料 较宜做保温材料？
解：（1）甲材料的孔隙率
P甲＝（V0-V）/V0×100％＝（160－40）/160×100％ ＝75％
（2）乙材料的孔隙率
P乙＝1－D＝1－80％＝20％ （3）∵P甲＞P乙 故甲材料宜做保温材料
（三）材料的吸湿性
材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿 性，吸湿性常用质量含水率来表示。
Wh

m m0 m0
100%
Wh－材料的含水率，％；
m0－材料干燥状态下的质量，g；
m－材料含水时的质量，g。
材料的吸水性和吸湿性大对材料的性能都是不 利的。材料吸水或吸湿后质量增加，体积膨胀，产 生变形，影响材料的各种使用性能。
材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为材料 的强度，以材料受外力破坏时单位面积上所承受 的外力表示。材料在建筑物上所承受的外力主要 有拉力、压力、剪力和弯力，材料抵抗这些外力 破坏的能力，分别称为抗拉、抗压、抗剪和抗弯 强度。
材料的这些强度是采用标准试件，通过试验来 测定的。
§1.2 材料的力学性质
1、抗拉、抗压、抗剪强度
§1.1 材料的基本物理性质
（一）密度 钢材、玻璃等少数密实材料可根据外形尺
寸求得体积。
大多数有孔隙的材料，在测 定材料的密度时，应把材料磨成 细粉，干燥后用李氏瓶测定其体 积（排液法）。材料磨的越细， 测得的密度数值就越精确。砖、 石等材料的密度即用此法测得。
请看密度试验动画
§1.1 材料的基本物理性质
(1)亲水性材料
干砖
砖表面滴水后
(2)憎水性材料
塑料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ塑料表面滴水后
§1.3 材料与水有关的性质
（二）材料的吸水性 材料浸入水中吸收水的能力称为材料的吸水
性，常用质量吸水率来表示。吸水率包括质量 吸水率(Wm)和体积吸水率（Wv）两种。 1、质量吸水率
Wm－材料的质量吸水率，％； m干－材料干燥状态下的质量，g； m饱－材料吸水饱和状态下的质量，g。