土木工程建筑材料黄1-2

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温度下降时体积收缩。这种变化表现在单向尺寸时,为线 膨胀或线收缩,相应的技术指标为线膨胀系数(α)。
7.2.4材料的力学性质
(1)材料的强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通
有机材料:
木材、沥青、塑料、涂料、油漆
复合材料:
金属与非金属复合——钢筋混凝土、钢纤维混凝土 有机与无机复合——玻璃钢、沥青混凝土、聚合物混凝土
(2) 按用途分类
结构材料:砖、石材、砌块、钢材、混凝土 防水材料:沥青、塑料、橡胶、金属、聚乙烯胶泥 饰面材料:墙面砖、石材、彩钢板、彩色混凝土 吸音材料:多孔石膏板、塑料吸音板、膨胀珍珠岩 绝热材料: 塑料、橡胶、泡沫混凝土 卫生工程材料:金属管道、塑料、陶瓷
性用导热系数 λ 表示。导热系数的定义和计算式如
下所示:
•式中
Q
At(T2 T1)
λ——导热系数,W/(m·K)
Q-传导的热量,J
&—材料厚度,m
A——热传导面积,m2
t一热传导时间,h
(T2-T1)-材料两面温度差,K
(2)热容量和比热容 材料在受热时吸收热量,冷却时放出热量的性质称为
材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低1K所吸收 或放出的热量称为热容量系数或比热容。比热容的计算式 如下所示:
(4) 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。衡量材料耐水性的指标 是材料的软化系数KR:
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(MPa)
fg — 材料在干燥状态下的抗压强度(MPa)
软化系数反映了材料饱水后强度降低的程
(6) 空隙率
空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空 隙体积所占的比例。空隙率P, 按下式计算:
P'
V0' V0'
V
1 0'
ρ0—材料的表观密度; ρ0,—材料的堆积密度
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。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算 含砂率的依据。
7.2.2 材料与水有关的性质
(3) 材料的堆积密度 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:
' 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
Vo,—材料的堆积体积,cm3 或 m3
粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质 量,其堆积体积是指所用容器的容积而言。因此,材料的堆积 体积包含了颗粒之间的空隙。
取ρ w =1.0 g/cm3
材料的吸水率与其孔隙率有关,更与其孔特征有关。 因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内 部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多,其吸水率就 愈大。
(3) 材料的吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水
分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时, 便会吸收空气中的水分;而当较潮湿的材料处在 较干燥的空气中时,便会向空气中放出水分。前 者是材料的吸湿过程,后者是材料的干燥过程。 由此可见,在空气中,某一材料的含水多少是随 空气的湿度变化的。
度,是材料吸水后性质变化的重要特征之一。 一般材料吸水后,水分会分散在材料内微粒的 表面,削弱其内部结合力,强度则有不同程度 的降低。当材料内含有可溶性物质时(如石膏、 石灰等),吸入的水还可能溶解部分物质,造 成强度的严重降低。
材料耐水性限制了材料的使用环境,软化系数小的 材料耐水性差,其使用环境尤其受到限制。软化系数的波 动范围在0至1之间。工程中通常将KR>0.85的材料称为 耐水性材料,可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用 于一般受潮较轻或次要的工程部位时,材料软化系数也不
材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F 100、F200等,分别表示此材料可承受15次、25次、 50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与 材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。
7.2.3材料的热工性质
1. 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,称为材料的导热性。导热
7.2.1材料的物理性质
(1) 材料的密度 材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质
量,按下式计算: ρ=m/v
式中:ρ—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
测试时,材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必 须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积
中国,1898 20世纪——预应力混凝土、高分子材料 21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材
胡夫金字塔,高146.59m, 底部232m建方,用 230多万块、Βιβλιοθήκη Baidu块重2.5T的岩石砌成,
万里长城 (200 BC):条石、大砖、石灰砂浆
布达拉宫 :石材、石灰砂浆
罗 马斗兽场 (70-80 AC):石材、石灰砂浆
不仅不能铺展开,而且水分不能渗入材料的毛细管中,
材料润湿示意图 (a)亲水性材料;(b)憎水性材料
(2)材料的吸水性 材料能吸收水分的能力,称为材料的吸水性。吸水的大
小以吸水率来表示。 质量吸水率
质量吸水率是指材料在吸水饱和时,所吸水量占材料在干 燥状态下的质量百分比,并以wm 表示。质量吸水率wm 的 计算公式为:
Wm
mb mg mg
100%
式中 mb——材料吸水饱和状态下的质量(g或kg) mg——材料在干燥状态下的质量(g或kg)。
体积吸水率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时,所吸水的体积占材料自然
体积的百分率,并以WV表示。体积吸水率WV的计算公式为:
Wv
mb mg V0

1
W
100%
式中 mb ——_材料吸水饱和状态下的质量(g或kg) mg——材料在干燥状态下的质量(g或kg) V0— 材料在自然状态下的体积,(cm3 或 m3) ρ w— 水的密度,(g/cm3 或 kg/m3), 常温下
料毛细孔内冻结成冰,体积膨胀所产生的冻胀 压力造成材料的内应力,会使材料遭到局部破 坏。随着冻融循环的反复,材料的破坏作用逐 步加剧,这种破坏称为冻融破坏。
抗冻性是指材料在吸水饱和状态下,能经 受反复冻融循环作用而不破坏,强度也不显著 降低的性能。
抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化
或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环 次数来表示,或称为抗冻等级。

ρ0

ρ
,故密
ρ—密度;ρ0—材料的表观密度
(5) 孔隙率
材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的 百分率。孔隙率P按下式计算:
P V0 V 1 0
V0
V—材料的绝对密实体积,cm3 或 m3
V0—材料的表观体积,cm3 或 m3 ρ0—材料的表观密度, g/cm3 或 kg/m3 ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3
材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水 率,并以Wh表示,其计算公式为:
Wh
ms mg mg
100%
式中 ms_ ——材料吸湿状态下的质量(g或kg) mg——材料在干燥状态下的质量(g或kg)
显然,材料的含水率受所处环境中空气湿
度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时, 材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态,此时材 料的含水率保持不变,其含水率叫作材料的平 衡含水率。
(1) 材料的亲水性与憎水性 与水接触时,有些材料能被水润湿,而有些
材料则不能被水润湿,对这两种现象来说,前者 为亲水性,后者为憎水性。
材料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 亲合力,大于水分子本身之间的内聚力;反之, 憎水性材料与水分子之间的亲合力,小于水分子 本身之间的内聚力。
C Q m(T2 T1)
式中 C---材料的比热容,J/(g·K) Q--材料吸收或放出的热量(热容量) m---材料质量,g (T2 - T1)--材料受热或冷却前后的温差,K
(3)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。 除个别材料以外,多数材料在温度升高时体积膨胀,
7.1.2建筑材料的发展
生产力发展而发展 原始时代——天然材料:木材、岩石、竹、粘土 石器、铁器时代——
金字塔(2000-3000 BC):石材、石灰、石膏 万里长城 (200 BC):条石、大砖、石灰砂浆 布达拉宫 :石材、石灰砂浆 罗马园剧场 (70-80 AC):石材、石灰砂浆
18世纪中叶——钢材、水泥 (J.Aspdin,1824) 19世纪——钢筋混凝土(1890-1892);
工程实际中,材料是亲水性或憎水性,通常
以润湿角的大小划分,润湿角为在材料、水和空气 的交点处,沿水滴表面的切线与水和固体接触面所 成的夹角。其中润湿角θ愈小,表明材料愈易被水 润湿。当材料的润湿角θ<90˚ 时,为亲水性材 料;当材料的润湿角θ>90˚ 时,为憎水性材料。 水在亲水性材料表面可以铺展开,且能通过毛细管 作用自动将水吸入材料内部;水在憎水性材料表面
7.1.3建筑材料在国民经济中的地位和作用
(1)建筑材料是发展建筑业的物质基础
材料费用一般占建筑工程总造价的50-70% (2)必须恰当选择和合理使用原材料
材料质量的优劣,配制是否合理,选用是否 恰当直接影响建筑工程质量 (3)发展绿色建材
7.2 建筑材料的基本性质
土木工程材料的基本性质,是指材料处于不同的使 用条件和使用环境时,通常必须考虑的最基本的、共有 的性质。因为土木建筑材料所处建(构)筑物的部位不 同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同, 所起的作用就不同,要求的性质也就有所不同
第7章 土木工程建筑材料
用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木工程材料。
7.1 土木工程材料概述 7.1.1土木工程材料分类
(1)按化学成分分 无机材料:金属材料和非金属材料
黑色金属材料——钢、铁 有色金属材料——铝、铜、 合金
天然石材——大理石、花岗石 陶瓷和玻璃——砖、瓦、卫生陶瓷、玻璃
砂浆、混凝土——水泥、砂浆、混凝土 无机胶凝材料——石灰、石膏、水玻璃
得小于0.75 。
(5) 材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。
土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷, 当材料两侧的水压差较高时,水可能从高压侧通过内部 的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的 渗透,不仅会影响工程的使用,而且渗入的水还会带入 能腐蚀材料的介质,或将材料内的某些成分带出,造成 材料的破坏。
渗透系数 材料的渗透系数可通过下式计算:
K Q
AtH
式中
K—渗透系数, (cm / h); Q—渗水量, (cm3 ) A— 渗水面积, (cm2 ) H — 材料两侧的水压差,(cm) δ —试件厚度 (cm) t —渗水时间 (h) 材料的渗透系数越小,说明材料的抗渗性越强。
抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时,
在土木建筑工程中,计算材料用量、构件的自重,配料 计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度 和堆积密度等数据。
(4) 材料的密实度 密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密
实度的计算式如下:
D V 0 V0
对于绝对密实材料, 因 ρ0 =ρ ,故密实度D =1 或
100%。对于大多数土木工程材料, 实度D ‹ 1 或 D ‹ 100%。
材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力,并以 字母P(S)及可承受的水压力(以0.1MPa为单位)来表 示抗渗等级。
如P4(S4)、P6、P8、P10…等,表示试件能承受 逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水 压而不渗透。
(6) 抗冻性 材料吸水后,在负温作用条件下,水在材
(2)材料的表观密度 表观密度(俗称“容重”)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—材料的表观体积,cm3 或 m3
材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因
为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙,其孔隙 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(有时还影响其表观体积)。因此,材料 的表观密度除了与其微观结构和组成有关外,还与其 内部构成状态及含水状态有关
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