建筑材料第一章 - —建筑材料课件PPT
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建筑与城乡规划学院
主讲人：
1 建筑材料的基本性能
本章提要
了解材料的组成、结构和构造对性质的影响； 重点掌握材料的物理性质和力学性质
材料的组成对性能的影响
两种石材性能对比 图为同一栋楼外墙所用的两种不同材质的装饰石材，使用时间相 同。大理石石材颜色已变暗且出现裂缝，而花岗岩石材完好如新。 请从材料的组成结构角度分析二者性能差异的原因。
本章内容
1.1 材料的物理性质 1.2 材料的力学性质
1.1.1 材料与质量有关的性质
1.1.1.1 密度
密度是指材料在绝对密实状态下单 位体积的质量。计算式为： m
V
绝对密实状态下的体积是指不包括 孔隙在内的体积。
作为理论研究，松散材料，例 如建筑用砂、碎石等需要测定 其密度时，需要将材料磨成细 粉（粒径小于0.02mm），经过 干燥后用李氏瓶测得其实体体 积。
如果材料分子与水分子间的相互作 用力小于水本身分子间的作用力，则表 示材料不能被水润湿。此时，润湿角 90°＜θ＜180°［图1.1(b)］，这种材 料称为憎水性材料。
大多数建筑材料，如石材、砖瓦、 陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材 料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属 于憎水性材料。
' m
V 0
'
0
砂子、石子等散粒材料的堆积体积，是在特
定条件下所填充的容量筒的容积。材料的堆积体
积包含了颗粒之间或纤维之间的孔隙。
常用建筑材料的有关数据见表1.1。
表1.1 常用建筑材料的密度、表观密度、 堆积密度和孔隙率
材料
密度 ρ(kg/m3)
石灰岩
2.60~2.80
花岗岩
2.60~2.90
某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能， 配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要 求。但施工单位将硅粉理解为磨细石英粉， 生产中加入的 磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效 果不好，水泥浆体成分不均。
原因分析
硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组 成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净 浆施工性能。磨细石英粉的化学组成也为SiO2，微观结构 为晶体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅 粉和磨细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结 构不同，导致材料的性能差异明显。
D V0 100% 0 100%
V0
0
(2) 空隙率 空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，颗
粒之间的空隙体积所占的比例。计算式为：
P V0 V0 1 V0 (1 0 ) 100%
V0
V0
0
空隙率与填充率的关系为：
P D 1
三个体积：
自然状态下的 块状材料
开口孔隙
闭口孔隙
1.1.2 材料与水有关的性质
1.1.2.1 亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触时，根据材料表面被
水润湿的情况，分亲水性材料和憎水性材料两类 当材料分子与水分子间的相互作用力大于水
分子间的作用力时，材料表面就会被水所润湿。 此时在材料、水和空气的三相交点处，沿水滴表 面所引切线与材料表面所成的夹角θ≤90°［图 1.1(a)］，这种材料属于亲水性材料。
=(1-0.68)×100%=32%
材料的密实度和孔隙率是从不同方 面反映材料的密实程度，通常采用孔隙
根据材料内部孔隙构造的不同，孔 隙分为连通的和封闭的两种。
几种常用材料的孔隙率列于表1.1。
1.1.1.5 材料的填充率与空隙率
(1) 填充率 填充率是指散粒材料在某种堆积体积内被
其颗粒填充的程度。 其计算式为：
李氏瓶示意图
1.1.1.2 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。计算式为：
0
m V0
材料的表观体积是指包含孔隙的体积。一般
是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的表
观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观
密度。
1.1.1.3 堆积密度
堆积密度是指粉状、颗粒状或纤维状材料在 堆积状态下单位体积的质量。计算式为：
400~800
__
55~75
7850
__
0
20wk.baidu.com50
__
__
1.1.1.4 材料的密实度与孔隙率
(1) 密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的
程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。 密实度反映材料的致密程度。计算式为：
m
D V 100% 0 100%
V0 m
0
例如：某种普通粘土砖ρ0=1700kg/m3， ρ=2.5g/cm3。
__ __ __ 20~40
材料
粘土空心砖 水泥
普通混凝土 木材 钢材
泡沫塑料
密度 ρ(kg/m3)
2.50 3.10 __ 1.55 7.85 __
表观密度 ρ0(kg/m3)
1000~1400
堆积密度 ρ′0(kg/m3)
__
孔隙率(%) __
__
1200~1300
__
2100~2600
__
5~20
A
B
两种石材性能对比
讨论
大理石主要成分是方解石（碳酸钙和碳酸镁），呈弱碱 性。在酸雨等腐蚀介质作用下，发生化学反应，颜色变暗淡， 板材的结构逐步疏松，并发展为裂缝。而花岗岩主要为石英（ 结晶二氧化硅）、长石（架状铝硅酸盐）及少量云母（片状铝 硅酸盐），为酸性石材，结构致密具有高抗酸腐蚀的能力。
材料的结构及其对性质的影响
那么其密实度
D=ρ0÷ρ×100%
=1700÷2500×100%
=68%
(2) 孔隙率
孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比 例。计算式为：
P V0 V 1 V (1 0 ) 100%
V0
V0
孔隙率与密实度的关系为：
PD 1
如上述普通粘土砖的孔隙率为：
P =（1-ρ0÷ρ)×100%
金刚石的结构
石墨的结构
石墨烯的结构
安德烈·海姆和康斯坦 丁·诺沃肖洛夫
结构
性能
金刚石 正四面体，键长相等
天然硬度最高
石墨 石墨烯
层状结构，键长不等
最软矿物之一；铅笔 芯；润滑剂；电极
二维材料，厚度仅为
最薄、最轻；强度最
0.335nm；蜂巢状平面薄膜 大；导电导热性能最
好；取代si、电池
现象 材料微观结构对性能的影响
碎石(石灰岩) 2.60~2.80
砂
2.60
粘土
2.60
普通粘土砖
2.50
表观密度 ρ0(kg/m3) 2000~2600 2600~2800
__ __ __ 1600~1800
堆积密度 ρ′0(kg/m3)
__ __ 1400~1700 1450~1650 1600~1800 __
孔隙率(%)
__ 0.5~3.0
主讲人：
1 建筑材料的基本性能
本章提要
了解材料的组成、结构和构造对性质的影响； 重点掌握材料的物理性质和力学性质
材料的组成对性能的影响
两种石材性能对比 图为同一栋楼外墙所用的两种不同材质的装饰石材，使用时间相 同。大理石石材颜色已变暗且出现裂缝，而花岗岩石材完好如新。 请从材料的组成结构角度分析二者性能差异的原因。
本章内容
1.1 材料的物理性质 1.2 材料的力学性质
1.1.1 材料与质量有关的性质
1.1.1.1 密度
密度是指材料在绝对密实状态下单 位体积的质量。计算式为： m
V
绝对密实状态下的体积是指不包括 孔隙在内的体积。
作为理论研究，松散材料，例 如建筑用砂、碎石等需要测定 其密度时，需要将材料磨成细 粉（粒径小于0.02mm），经过 干燥后用李氏瓶测得其实体体 积。
如果材料分子与水分子间的相互作 用力小于水本身分子间的作用力，则表 示材料不能被水润湿。此时，润湿角 90°＜θ＜180°［图1.1(b)］，这种材 料称为憎水性材料。
大多数建筑材料，如石材、砖瓦、 陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材 料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属 于憎水性材料。
' m
V 0
'
0
砂子、石子等散粒材料的堆积体积，是在特
定条件下所填充的容量筒的容积。材料的堆积体
积包含了颗粒之间或纤维之间的孔隙。
常用建筑材料的有关数据见表1.1。
表1.1 常用建筑材料的密度、表观密度、 堆积密度和孔隙率
材料
密度 ρ(kg/m3)
石灰岩
2.60~2.80
花岗岩
2.60~2.90
某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能， 配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要 求。但施工单位将硅粉理解为磨细石英粉， 生产中加入的 磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效 果不好，水泥浆体成分不均。
原因分析
硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组 成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净 浆施工性能。磨细石英粉的化学组成也为SiO2，微观结构 为晶体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅 粉和磨细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结 构不同，导致材料的性能差异明显。
D V0 100% 0 100%
V0
0
(2) 空隙率 空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，颗
粒之间的空隙体积所占的比例。计算式为：
P V0 V0 1 V0 (1 0 ) 100%
V0
V0
0
空隙率与填充率的关系为：
P D 1
三个体积：
自然状态下的 块状材料
开口孔隙
闭口孔隙
1.1.2 材料与水有关的性质
1.1.2.1 亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触时，根据材料表面被
水润湿的情况，分亲水性材料和憎水性材料两类 当材料分子与水分子间的相互作用力大于水
分子间的作用力时，材料表面就会被水所润湿。 此时在材料、水和空气的三相交点处，沿水滴表 面所引切线与材料表面所成的夹角θ≤90°［图 1.1(a)］，这种材料属于亲水性材料。
=(1-0.68)×100%=32%
材料的密实度和孔隙率是从不同方 面反映材料的密实程度，通常采用孔隙
根据材料内部孔隙构造的不同，孔 隙分为连通的和封闭的两种。
几种常用材料的孔隙率列于表1.1。
1.1.1.5 材料的填充率与空隙率
(1) 填充率 填充率是指散粒材料在某种堆积体积内被
其颗粒填充的程度。 其计算式为：
李氏瓶示意图
1.1.1.2 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。计算式为：
0
m V0
材料的表观体积是指包含孔隙的体积。一般
是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的表
观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观
密度。
1.1.1.3 堆积密度
堆积密度是指粉状、颗粒状或纤维状材料在 堆积状态下单位体积的质量。计算式为：
400~800
__
55~75
7850
__
0
20wk.baidu.com50
__
__
1.1.1.4 材料的密实度与孔隙率
(1) 密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的
程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。 密实度反映材料的致密程度。计算式为：
m
D V 100% 0 100%
V0 m
0
例如：某种普通粘土砖ρ0=1700kg/m3， ρ=2.5g/cm3。
__ __ __ 20~40
材料
粘土空心砖 水泥
普通混凝土 木材 钢材
泡沫塑料
密度 ρ(kg/m3)
2.50 3.10 __ 1.55 7.85 __
表观密度 ρ0(kg/m3)
1000~1400
堆积密度 ρ′0(kg/m3)
__
孔隙率(%) __
__
1200~1300
__
2100~2600
__
5~20
A
B
两种石材性能对比
讨论
大理石主要成分是方解石（碳酸钙和碳酸镁），呈弱碱 性。在酸雨等腐蚀介质作用下，发生化学反应，颜色变暗淡， 板材的结构逐步疏松，并发展为裂缝。而花岗岩主要为石英（ 结晶二氧化硅）、长石（架状铝硅酸盐）及少量云母（片状铝 硅酸盐），为酸性石材，结构致密具有高抗酸腐蚀的能力。
材料的结构及其对性质的影响
那么其密实度
D=ρ0÷ρ×100%
=1700÷2500×100%
=68%
(2) 孔隙率
孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比 例。计算式为：
P V0 V 1 V (1 0 ) 100%
V0
V0
孔隙率与密实度的关系为：
PD 1
如上述普通粘土砖的孔隙率为：
P =（1-ρ0÷ρ)×100%
金刚石的结构
石墨的结构
石墨烯的结构
安德烈·海姆和康斯坦 丁·诺沃肖洛夫
结构
性能
金刚石 正四面体，键长相等
天然硬度最高
石墨 石墨烯
层状结构，键长不等
最软矿物之一；铅笔 芯；润滑剂；电极
二维材料，厚度仅为
最薄、最轻；强度最
0.335nm；蜂巢状平面薄膜 大；导电导热性能最
好；取代si、电池
现象 材料微观结构对性能的影响
碎石(石灰岩) 2.60~2.80
砂
2.60
粘土
2.60
普通粘土砖
2.50
表观密度 ρ0(kg/m3) 2000~2600 2600~2800
__ __ __ 1600~1800
堆积密度 ρ′0(kg/m3)
__ __ 1400~1700 1450~1650 1600~1800 __
孔隙率(%)
__ 0.5~3.0