材料的基本状态参数(杨子编辑)分析

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——杨子1.2 材料的基本状态参数（教材2至10页重点浓缩及部分参考资料扩展，知识点示意图请参考教材）1.实际密度（密度）材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

单位g/cm3 或kg/m3公式：ρ式中ρ——材料的密度（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）绝对密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙在内的体积。

实际密度的测量：1) 对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等测量几何体积—承重—代入公式2) 对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材磨成细粉—李氏比重瓶法测试2.表观密度（容重）材料在自然状态下单位体积的质量。

单位g/cm 3 或kg/m 3 公式：式中 ρo ——材料的表观密度（kg/m 3）m ——材料的质量（kg ）v o ——材料在自然状态下的体积（m 3）自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。

材料内部孔隙含有材料水分时，其质量和体积均发生变化。

表观密度的测量：1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材烘干—测量几何体积—称重—代入公式2）对形状不规则的材料：烘干—蜡封—浮力天平3.堆积密度（松散容积）散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。

单位g/cm 3 或kg/m 3公式： o'o'v m ρ=Ρo' ——散装材料堆积密度（kg/m 3）m ——散装材料的质量（kg ）V o'——散装材料的自然堆积体积（m 3）o o v mρ=堆积体积是指包含颗粒内部孔隙和颗粒间的空隙在内的体积。

堆积密度的测量：1）容器法：散装材料装入容器—测量体积—称净重—代入公式2）自然堆积法:堆积成一定形状—测量几何体积—称重—代入公式4.材料的孔隙1）密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。

反映材料的致密程度。

公式:影响材料的： 强度、吸水性、耐久性、导热性2) 孔隙率是指材料体积内孔隙体积与总体积之比。

直接反映材料的致密程度。

公式：5.材料的空隙填充率指散粒材料在某容器的堆积体积中 ，被其颗粒填充的程度。

反映散装材料堆积的致密程度。

公式：空隙率是指散装材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空100%×ρρO ==O V V D 100%×)ρρ1(1O -=-=-=O O O V V V V V P %100＇ ＇V V ＇O ⨯==ρρO D隙体积占总体积的比率公式：P ＇=V O ＇ −V OV O ＇=1−V O V O ＇=(1−ρO ＇ρ0)×100％空隙率与填充率的关系：Ｐ＇＋Ｄ＇＝１孔隙率与空隙率的区别：１. ３材料的力学性质１．材料的强度与比强度强度是材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力● 依受力形式有：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。

● 不同材料的承载特点是不同的：混凝土、石材、砖—抗压强度高钢材、各类纤维—抗拉强度高● 建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或符号。

（注意：1.脆性材料如混凝土主要以抗拉强度来划分等级或标号，塑性材料如钢材以抗拉强度来划分。

2.强度值是材料力学性质的指标，强度等级是根据强度值划分的级别）如混凝土按抗压强度划分为C15~C80共十四个强度等级水泥按抗压和抗拉强度划分为32.5~72.5砂浆按抗压强度划分为M2.5~M20六个等级热轧钢筋按屈服强度划分为ⅠⅡⅢⅣ●材料的抗压、抗拉、抗剪强度计算：f=F max A式中：f——材料强度（Mpa）F max——材料破坏时的最大荷载（N）A——试件受力面积（mm2）●抗弯强度计算：1）.试件在两支点的中间受一集中荷载作用，如下计算f f=3PL2bh式中f f——抗弯（折）强度（Mpa）P——试件破坏时的最大荷载（N）L——二支点之间的距离（mm）b、h——试件截面的宽度和高度（mm）2）.试件在二支点的三分点处作用两个大小相等的集中荷载，计算如下：f f=PL bh2比强度是指材料强度与其表观密度之比。

意义：反映材料轻质高强的指标。

值越大，材料越轻质高强２.材料的弹性与塑性弹性是指材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的弹性。

弹性模量E=σε塑性是指材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。

（实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。

）３.材料的脆性、韧性、徐变脆性是指在外力作用下，当外力达到一定限度后，材图表 1料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。

（脆性材料如混凝土、玻璃、石材抵抗冲击或震动荷载的能力很差）韧性是指在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大的变形也不至于破坏的性能。

如钢材、木材、纤维等（建筑实体例如桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等）。

徐变是指材料在长期不变荷载作用下，变形随着时间的延长而逐渐增长的现象。

４.材料的硬度、耐磨性硬度是指材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻画的能力。

刻画法莫氏硬度（10级）1—滑石2—石膏3—方解石4—萤石5—磷石灰6—正长石7—石英8—黄玉9—刚玉10—金刚石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（亦用于陶瓷、砖、砂浆等）耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。

常用磨损率表示公式：M=m0−m1A式中：M——耐磨率（g/cm2）m o——磨前质量（g）m1——磨后质量（g）A——试样受磨面积（cm3）（用于计算道路、地面、踏步、水库泄洪道、溢流面等磨损情况）1.4材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类。

常用润湿角θ表示。

亲水性材料θ≤90°憎水性材料θ＞90°2.材料的含水状态亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态：●干燥状态——材料的孔隙中不含水或含水极微●气干状态——材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡●饱和面干状态——材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和●湿润状态——材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜（材料还可以处于以上两种基本状态的过渡状态中）3.材料的吸湿性吸湿性是指材料在空气中吸收空气中水分的性质。

用含水率表示。

公式：W含=m含−m干m干×100%式中：W含——材料的质量含水率（%）m湿——材料含水时的质量（g）m干——材料烘干到恒重的质量（g）影响含水率大小的因素：1）材料的本性—亲水性或憎水性材料2）环境温度、湿度—温度越低、相对湿度越大，材料含水率越高吸水性对材料的影响：导热性增大、热阻降低—对围护结构材料不利体积膨胀—对木结构和木制品不利湿涨干缩与周围环境平衡的平衡含水率4.材料的吸水性吸水性是指材料在浸水情况下吸入水分的能力。

用吸水率表示。

公式：W质=m湿−m干m干×100%式中：W质—材料的质量吸水率（%）m湿—材料吸水饱和后的质量（g）m干—材料烘干到恒重的质量（g）影响吸水率大小的因素：1）材料的本性—亲水性或憎水性材料2）材料的孔结构—孔径大小、开口与否、孔隙率大小等吸水性对材料的影响：1）导热性增大、热阻降低—对围护结构材料不利2）强度降低、体积膨胀5.材料的耐水性耐水性是指材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。

用软化系数表示公式：K软=f饱f干式中K软—材料的软化系数（0~1）f饱—材料在饱水状态下的抗压强度（Mpa）f干—材料在干燥状态下的抗压强度（Mpa）软化系数要求1）软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。

2）对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软≥0.85 3）受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软≥0.75 4）K软≥0.80的材料，一般称为耐水材料6.材料的抗渗性抗渗性是指材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质用渗透系数K表示，依达西定律K=WdAtH式中K—材料的渗透系数（ml/cm2.s）t—渗水时间（s）A—渗水面积（cm2）H—净水压力（cm）d—试件厚度（cm）抗渗等级1）渗透系数越大，材料的抗渗性越差2）对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级（S）表示：S=10H-1H —试件开始渗水时的水压力(Mpa)3) 影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征4）地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工建筑、防水材料等要求较高的抗渗性7.材料的抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。

用抗冻符号D表示冻融破坏的原因1）材料有孔且孔隙含水2）水冰体积膨胀9%，结冰压力高达100Mpa 3）结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂4）裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度5）饱水程度的增加进一步加剧了冰融破坏6）反复多次——进一步加剧——最终材料崩溃1.5材料的热性质1.热容量是指材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。

大小用比热容表示公式：Q=cm(T2-T1)式中Q—材料吸收或放出的热量（J）c—材料的比热（J/g.k）m—材料的质量（g）(T2-T1)—材料受热或冷却前后的温差（K）比热的建筑物理意义：材料的比热对保持建筑物内部温度稳定有很大关系，比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均时，缓和室内温度的波动。

常见的比热（单位J/g.k）钢材c=0.48 空气c=1.00木材c=2.72 水c=4.182.导热性是指材料传导热量的能力。

其大小用热导率λ=QδAt(T2−T1)式中λ—导热率（W/m.K）Q—传导的热量（J）A—热传导面积（m2）δ—材料的厚度（m）t—热传导时间（s）( T2−T1)—材料两侧温度差（K）在建筑工程中的意义：判断材料的保温隔热性能（λ越大，传热越快，保温性越差）各种材料的导热系数差别很大，常见的建筑材料的导热系数范围是0.035~3.5W/(m·k)，工程中通常把λ＜0.23W/（m·k）的材料称为绝热材料（保温隔热材料）影响导热性的因素：a)材料的化学组成与结构化学组成不同的材料，其导热系数不同如一般情况下，导热系数的大小为：金属材料＞非金属材料＞有机材料b)孔隙率和空隙构造特征一般来说：P↑,导热性↓，原因是静止空气的λ＜一般材料的λ。

P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，λ↑，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，λ↑c)材料的湿度和温度材料受潮后，λ↑，导热性↑，保温隔热↓（λ水＞λ空气）材料受潮后再受冻，λ进一步↑，保温隔热性进一步↓（λ冰＞λ水）常见的导热率参数：泡沫塑料λ=0.035 水λ=0.58大理石λ=3.5 冰λ=2.2钢材λ=58 空气λ=0.023混凝土λ=1.51 松木λ=1.17~0.353.材料的热变形性材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化，除个别的如水结冰之外，一般材料均符合热胀冷缩这一自然规律。