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建 筑 材 料. Construction. Materials. 第二章 建筑材料的基本性质. 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。. 第一节 建筑材料的基本物理性质. 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/cm 3 或 kg ／ m 3 。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
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建 筑 材 料 Construction Materials
第二章 建筑材料的基本性质 • 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。
第一节 建筑材料的基本物理性质 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 • 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。 式中：ρ—实际密度（g/cm3或 kg/m3 ） m—材料的质量（g或 kg） V—材料在绝对密实状态下的体积（cm3或 m3 ）
（2） 表观密度 (Apparent Density） 以前称容重、有的也称毛体积密度 (Bulk Density) • 表观密度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： 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 ）
（3）堆积密度（Loose density） 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度。可用下式表示 • 式中 ： ρ’0—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） • V’0—材料在自然状态下的堆积体积（cm3或 m3 ） • 实际密度、表观密度和堆积密度之间的大小关系如何？ • 用途：计算材料的用量、构件自重、配料、材料的堆场体积或面积及运输车辆等。
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） • 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）。可用上式表示： 用途：保温隔热——P大；高强或不透水——P小
3.空隙率（Peecenbagee of void ） • 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’0），可用下式表示为 用途：砼配合比设计
三、 材料与水有关的性质 （一） 亲水性与憎水性 1.亲水性与憎水性 • 亲水性：材料能被水润湿的性质。 • 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。 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 。
3.亲水性材料与憎水性材料 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。 θ
（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为吸水性。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： • 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 • 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 • 材料的吸水性与 孔隙率 • 孔隙特征有关。
材料的吸水率： 花岗岩的吸水率：0.5%~0.7%； 混凝土的吸水率：2%~3%； 粘土砖的吸水率：8%~20%； 木材的吸水率：可超过100%。 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
式中: Wh—材料的含水率（％）； • ms一材料在吸湿状态下的质量（g）； • mg—材料在干燥状态下的质量（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： • 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 • 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 ——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）； • 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分之一的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。
（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 结构物的种类 使用条件 气候条件等来决定的。
第二节 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。
P P P P h l b P 2、抗弯强度： P P 1、抗压、抗拉和抗剪强度： f tm—材料的抗弯极限强度（N/mm2）； P—试件破坏时的最大荷载（N）； l —试件两支点间的距离（mm）； b,h —分别为试件截面宽度和高度（mm）。 f —材料的极限强度（N/mm2）； P—试件破坏时的最大荷载（N）； A —试件受力面积（mm2）。
（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：425、525、625、725； • 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。
（三） 材料的比强度 • 比强度是按单位体积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。 低碳钢：比强度为0.053，抗压强度415 Mpa，表观密度7860 kg/m3; 松木：比强度为0.069,抗压强度34.3 Mpa，表观密度500 kg/m3; 混凝土：比强度为0.012,抗压强度29.4 Mpa，表观密度2400 kg/m3;
二、材料的弹性与塑性 1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。 弹性变形：材料的这种可恢复的变形称为弹性变形，它属可逆变形，其数值大小与外力成正比。这时的比例系数称为材料的弹性模量。它是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。 2、塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为塑性。 塑性变形：材料的这种不能恢复的变形称为塑性变形，它为不可逆变形。
三、材料的脆性与韧性 1、脆性：材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显变形，这种性质称为脆性。 脆性材料：具有这种性质的材料为脆性材料。 其 抗压强度远大于抗拉强度。 2、韧性：材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 四、材料的硬度与耐磨性 1、硬度：材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。 2、耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。
第三节 材料的耐久性 1. 概念 材料的耐久性(Durability)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。 2. 环境影响因素 周围环境和各种自然因素：物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。 • 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。
材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异：如：材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异：如： 1、钢材易受氧化而锈蚀 2、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 3、有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质
