土木工程概论第一章常用建筑材料

V0 V P 1000 0 V0
P+D=1 孔隙按大小分为粗孔和细孔，按特征分为连通孔隙和封 闭孔隙，它与材料的吸水性、强度、抗渗性、抗冻性 等性质有关。 3.空隙率（Interstice ）

散颗材料（如砂、石子）堆积体积（V’0）中，颗粒间空隙体积所 占的百分率称为空隙率（P’），可用下式表示为
材料的耐久性
1. 概念


材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在环境的多种 因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能 的性质。 耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化 性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。 此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐 久性有密切关系。 材料在建筑物使用过程中长期受到周围环境和各种自 然因素的破坏作用，一般可分为物理作用、化学作用、 机械作用、生物作用等。
也称容重 ，是指材料在自然状态下，单位体积所具有的 质量，按下式计算：
m 0 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—材料在自然状态下的体积，或称表观体积（cm3或 m3 ） 包含内部空隙在内的体积（规则几何形状、松散体积用 排液法）
材料的力学性质
• 材料的力学性质系指材料在外力作用下的变形性 和抵抗破坏的性质。 一、材料的强度与等级
（一）材料的强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。 根据外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强度、抗 拉强度、抗弯强度及抗剪强度等，均以材料受外力破坏 时单位面积上所承受的力的大小来表示。

3.亲水性材料与憎水性材料 用润湿边角θ来反映 θ角愈小，表明材料愈易被水润湿。 当θ＜90°时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而表 现出亲水性，这种材料称亲水性材料。 θ>90°时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。 当θ=0°时，表明材料完全被水润湿。 上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况，相应 称为亲液材料和憎液材料。
H——静水压力水头（cm）。
• Ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。

材料的抗渗性也可用抗渗标号表示。 抗渗标号是以规定的试件、在标准试验方法下所 能承受的最大水压力来确定，以符号Sn表示，其中n为 该材料所能承受的最大水压力的十倍的 MPa 数，如 S4 、 S6、S8等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压 而不渗水。 材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。

m V
式中：ρ— 实际密度（g/cm3）
m— 材料的质量（g）
V— 材料在绝对密实状态下的体积（cm3 ）
绝对密实状态下的体积的测定： 将材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥后用 密度瓶（李氏瓶）测定其实际体积，该体积即可视为 绝对密实状态下的体积。
２. 表观密度 (Apparent Density）
（二）材料的等级、标号
建筑材料常按其强度值的大小划分为若干个标号或等级。 如： 烧结普通砖按抗压强度分为六个等级：Mu30、 Mu25、 Mu20、 Mu15、 Mu10、 Mu7.5； 硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分为四个标号：42.5＃、52.5＃、 62.5＃、72.5＃； 普通混凝土按其抗压强度分为十二个等级：C7.5、C10、…、C60 等 碳素结构钢按其抗拉强度分为五个等级，如Q235等等。
Wm
mb mg mg
100%
•式中 Wm——材料的质量吸水率（％）； •mb—材料在吸水饱和状态下的质量（g）； •mg—材料在干燥状态下的质量（g）
（2）体积吸水率

体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分 的体积占干燥材料自然体积的百分率。用公式表示如 下
Wv
mb mg V0
4.建筑材料的标准化
国家标准GB 建筑工程国家标准GBJ 建设部行业标准JGJ 国家建材局标准JC 冶金部标准YB 国家级专业标准ZB 标准的表示方法:标准名称、部门代号、编号和批准年份
气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、砂浆、建 钢材、木材、沥青、塑料、绝热材料、吸声材料、装饰材料
建筑材料的基本性质
材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。 材料的抗渗性通常用渗透系数表示。 渗透系数的物理意义是：一定厚度的材料，在一定水压力下，在 单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为
ks
Qd AtH
——实质上就是达西定律
•式中 Ks——材料的渗透系数（cm/h）； Q——渗透水量（cm3）； d——材料的厚度（cm）； A ——渗水面积（cm2）； t——渗水时间（h）；
建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受 各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的基 本性质。 基本性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性、装 饰性、防火性、防放射性等 物理性质包括密度、密实性、空隙率（计算材料用量、 构件自重、配料计算、确定堆放空间） 力学性质包括强度、弹性塑脆韧性、硬度。

（五）材料的抗冻性（Frost Resistance）

材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破 坏，也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。 材料的抗冻性用抗冻标号表示。抗冻标号是以规定的试 件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值， 并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数。 用符号Dn表示，其中n即为最大冻融循环次数，如D25、D50等。 材料抗冻标号的选择，是根据结构物的种类、使用条件、 气候条件等来决定的。

1
水
100%
•式中 wv——材料的体积吸水率（％）；
V0——干燥材料在自然状态下的体积（cm3）；
ρ w——水的密度（g/cm3） 工程用建筑材料一般采用质量吸水率，质量吸水率与体积吸 水率的关系
Wv Wm 0
材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。
2.吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。 材料的吸湿性用含水率表示。 含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。 用公式表示为
fb kR fg
•式中: kR —材料的软化系数； fb—材料在饱水状态下的抗压强度（MPa）；
fg——材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。
• 软化系数KR的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。 •一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。
• kR小——耐水性差。
（四）材料的抗渗性

建筑功能材料：非承重用建筑材料（隔音、吸声、 采光、装饰、防水）
二、建筑材料的发 展
土工合成材料：合成材料应用于岩土工程时称为土工合 成材料，广泛应用于隔离、防渗、疏排、加固、防护、美化 等岩土工程和环境工程中，具有较高的强度和较好的耐霉烂 性和耐腐蚀性。
3.建筑材料在建筑工程中的地位：设计、结构、经济、施工， 决定建筑形式和施工方法。建筑材料费用占建筑总造价的一 半以上,并呈上升趋势。 材料强度提高 ， 构件截面尺寸减小 ， 可利用空间增大, 同时自重降低,地基负荷减少。 粉煤灰砌块、空心砌块取代粘土砖，可减少建筑物自重， 改善墙体的保温性能，还可节省资源。 轻质高强材料有利于机械化施工，加速工程施工进度。
Wh
ms mg mg
100%
•式中 Wh—材料的含水率（％） ms —一材料含水时的质量（ｇ）
mg— 材料干燥至恒重时的质量（ｇ）
材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。 •平衡含水率：材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的吸水率。
（三）材料的耐水性

材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质 称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，如下式：

（三）材料的比强度 比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料 强度与其表观密度之比。 对于不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指 标。 比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标，优质的 结构材料，必须具有较高的比强度。
F G T
（四）材料的弹性与塑性 弹性：外力→变形→卸外力→变形完全恢复 材料的弹性用弹性模量Ｅ表示 塑性：：外力→变形→卸外力→变形不完全恢复



软钢的应力—应变曲线

砼的应力—应变曲线
（五）材料的脆性与韧性 脆性：材料在外力作用下至破坏前无明显塑性变形而 突然破坏的性质。脆性材料抗动载能力差，但抗压强 度高。如砖、混凝土、玻璃等。 韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能承受很大变 形也不致破坏的性能。如钢材、木材等。

（六）材料的硬度 材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。
v0
，
二、 材料的孔隙率与空隙率
1. 密实度（Dense） 密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说 明材料体积内被固体物质所充填的程度，即反映了材料的致 密程度，按下式计算：
2.孔隙率（Porosity）
V D V0
孔隙率材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，称为材
料的孔隙率（P）。可用下式表示：
第一章 常用建筑材料 绪论


一、 建筑材料的定义与分类 1.建筑材料的定义 广义：指建造建筑物和构筑物的所有材料，包 括使用的各种原材料、半成品、成品等的总称。 狭义：指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。 一切建筑工程都是由各种各样的建筑材料组成。 2.建筑材料的分类
金属：钢铁铝铜 无机 植物：木、竹 化学组成
2. 环境影响因素

材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异 钢材易受氧化而锈蚀 无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、 热应力、干湿交替作用而破坏 有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质
（3）堆积密度 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。 可用下式表示
0
'
m ' V0
式中 ρ0’ — 散粒材料的堆积密度（ g/cm3或 kg/m3 ）
m— 散粒材料的质量（g或 kg） —材料在自然状态下的堆积体积（cm3或 m3 ），它包含 内部和颗粒之间的空隙。 思考：实际密度、表观密度和堆积密度之间的大小关系如何？
黑色：钢铁 有色：铝、铜
非金属：石灰、水泥、玻璃、
有机
沥青：石油、煤 合成高分子：塑料、橡胶、粘胶剂 金属—非金属：钢筋混凝土
复合
有机—无机：沥青砼、纤维砼
来自百度文库 石灰
砂
石
粉煤灰砌块
玻璃
木地板
建筑结构材料：构成受力构件和结构的材料，如梁、 板、柱、框架等，要求强度和耐久 性能满足要求。
使用性能
墙体材料：实心砖、空心砖、砼砌块、石膏板

建筑材料的物理性质
一、 材料的密度、表观密度与堆积密度
密度是指物质单位体积的质量。单位为g/cm3或kg／m3。由于材 料所处的体积状况不同，故有实际密度（以前称为真密度）、表 观密度和堆积密度之分。 １.实际密度(Density) 以前称比重、真实密度(True Density)，简称密度(Density)。 实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。
V0 V0 0 P 100 0 ′ V0
'

'
三、 材料与水有关的性质
（一）亲水性与憎水性 1.概念 亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖、混凝土等。 材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水 分子之间的亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当 材料与水接触，材料与水分子之间的亲合力小于水分 子之间的内聚力时，材料则表现为憎水性。憎水性材 料如沥青、石油等。 问题： 亲水性材料与憎水性材料在实际工程中有何意 义？ 2. 润湿边角 材料被水湿润的情况可用润湿边角θ来表示。 当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点， 作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹 角θ，称为润湿边角 。
（二） 材料的吸水性与吸湿性
1.吸水性(Water Absorption) 材料在水中能吸收水分的性质称吸水性。材料的吸水性用吸 水率(Ratio of Water Absorption)表示，有质量吸水率与体积吸 水率两种表示方法。 （1）质量吸水率 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材 料干燥质量的百分率，用下式计算：