建筑材料学-第一章-基本性质

1.2 建筑材料的工程性质
一 材料的力学性质
2.材料的力学破坏 材料的力学破坏本质上是由于原子间或分子间 的结合键受拉力作用发生断裂所造成的。 断裂的形式：脆裂或产生晶界面滑移 强度：材料在外力作用下，抵抗破坏的能力 理论强度： d0 E E
th
d0 E / 10 ( 100 )
1.2 建筑材料的工程性质
润湿角的大小划分亲水憎水 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。 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。 •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。
1.1 建筑材料的状态物理性质
三 材料的结构 （2）多孔结构，是指具有粗大孔隙的结构。
如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料 及人造轻质材料等。 (3）微孔结构，是指微细的孔隙结构。如 石膏制品、粘土砖瓦等。
1.1 建筑材料的状态物理性质
三 材料的结构
按孔隙尺寸可以分为： （1）聚集结构：如水泥混凝土、砂浆、沥青混凝土等 （2）纤维结构：是指木材纤维、玻璃纤维、矿物棉纤 维所具有的结构。 （3）层状结构：采用粘结或其他方法将材料迭合成层 状的结构。如胶合板、迭合人造板、蜂窝夹芯板、以及 某些具有层状填充料的塑料制品等。 （4）散粒结构：是指松散颗粒状结构。比如混凝土骨 料、用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料。
1.1 建筑材料的状态物理性质
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 石灰岩 花岗岩 碎石(石灰岩) 砂 密度 ρ(kg/m3) 2.60~2.80 2.60~2.90 2.60~2.80 2.60 表观密度 ρ0(kg/m3) 2000~2600 2600~2800 __ __ 堆积密度 ρ′0(kg/m3) __ __ 1400~1700 1450~1650 孔隙率(%) __ 0.5~3.0 __ __
1.1 建筑材料的状态物理性质
二 材料的组成
2. 基元组成 基元是构建材料最基本单位。 无机非金属材料的基元是矿物（具有一定化学组成 及结构特征的物质） 有机高分子材料的基元是链节（能够重复的特定结构 单元）。
1.1 建筑材料的状态物理性质
三 材料的结构
（一） 显微结构 显微结构是指材料内部原子、分子、离子等微观质点 的 空间排列方式。 （1）晶体结构 把相同质点（原子、分子、离子等）在空间做
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。
1.1 建筑材料的状态物理性质
一 材料的状态参数 4 材料的密实度 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：
V 0 D V0
ρ—密度；ρ0—材料的表观密度 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， 因 ρ0 〈 ρ ，故 密实度D ‹ 1 或 D ‹ 100%。
1.2 建筑材料的工程性质
一 材料的力学性质
1.材料的应力-应变关系 弹性： 材料在外力作用下产生
变形，当外力取消后能够完全恢 复原来形状的性质称为弹性。这 种完全恢复的变形称为弹性变形 （或瞬时变形）
塑性： 材料在外力作用下产生
变形，如果外力取消后，仍能保 持变形后的形状和尺寸，并且不 产生裂缝的性质称为塑性。这种 不能恢复的变形称为塑性变形 （或永久变形）。
•
根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、 抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度等(图1.12)。
1.2 建筑材料的工程性质
二 力学性能指标
图1.12 材料受力示意图
(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲
1.2 建筑材料的工程性质
二 力学性能指标
在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。按照国 家标准规定的试验方法，将制作好的试件安放在材 料试验机上，施加外力(荷载)，直至破坏，根据试 件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。 材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为：
Vk Vb V0 V V P 1 1 D V0 V0 V0 VK PK V0 Pb P PK V0 V Vk Vb
1.1 建筑材料的状态物理性质
三 材料的结构
从宏观结构看，影响材料性能的主要因素是孔隙。 组成和微观结构相同而宏观结构不同，会表现出不 同的物理性能：玻璃砖和泡沫玻璃 组成和微观结构不同而宏观结构相同，会表现出一 定程度相同的工程性质：泡沫玻璃和泡沫混凝土可 作保温材料 孔隙可减轻材料自重 不同孔结构可以发挥保温、绝热和隔声功能 孔隙会对建筑材料的力学性能产生不利影响

1.1 建筑材料的状态物理性质
一 材料的状态参数
2
表观密度
粉末材料：干表观密度值与密度值近似相等（？） 砂石类散粒材料：饱水法测试
m V Vb
m V0
块状材料及：几何外形计算或蜡封法
1.1 建筑材料的状态物理性质
一 材料的状态参数
3
堆积密度
• 指粉状、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： m ' 0 ' V0 0' —堆积密度, g/cm3 或 kg/m3 式中： m—材料的质量，g 或 kg V0’—堆积体积，cm3 或 m3
周期排练成固定几何外形的固体称为晶体。
（2）玻璃结构
晶态物体在高温下熔融变为液态，当温度骤然 下降到低于凝固点温度时，熔体内部质点来不及排列成有序 结构而凝固成固体状态即成玻璃体机构。
粒子的不连续分散相和分散相以外的分散介质组成。
（3）胶体结构 指高度分散的分散体，或胶态分散体。由形成
材料的微观结构形式及其主要特性
1.2 建筑材料的工程性质
一 材料的力学性质
1.材料的应力-应变关系




脆性：材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的 变形，材料的这种性质称为脆性。如：岩石、混凝土、玻璃 延性：材料在破坏前产生很大的塑性变形，这种性质称为延性。 如：软钢、橡胶、塑料 韧性:在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量， 同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性或冲击韧 性。如：设计路面、桥梁、吊车梁 徐变：当材料长时间承受一定荷载时变形却随时间而增长，这 种现象称为徐变
1.1 建筑材料的状态物理性质
一 材料的状态参数 5 孔隙率 • 指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙 V0 V 0 率P按下式计算：
• • • •
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
一 材料的状态参数
2
表观密度
材料的表观体积是指包含孔隙的体积。 V0=V+Vk+Vb,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。 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
建筑材料概论
第一章 建筑材料的基本性能
主讲人：龙志强
本章提要 • 熟悉和掌握材料的基本性质，对于 正确选择和合理使用材料至关重要。本 章主要介绍了材料的状态物理性质、工 程性质、功能物理性质及其有关指标和 计算公式。
要
目
0.1 建筑材料的状态物理性质
0.2 建筑材料的工程性质
0.3 建筑材料的功能物理性质
1.1 建筑材料的状态物理性质
三 材料的结构
（二） 宏观结构 1.定义与分类 宏观结构（构造）是指用肉眼或放大镜能够分辨材料 的组织。其尺寸约为毫米级大小，以及更大尺寸的 构造情况。宏观构造，按孔隙尺寸可以分为：
（1）致密结构，基本上是无孔隙存在的材料。例如钢
铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑 料等
V0
P
1
1.1 建筑材料的状态物理性质
一 材料的状态参数 5 空隙率 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 V0
'
0 ' 1 0
ρ 0—材料的表观密度;ρ 0，—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。
1.1 建筑材料的状态物理性质
一 材料的状态参数
2
表观密度
• 表观密度（容重）是指材料在自然状态下单位体积 的质量。计算式为：
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—材料的表观体积，cm3 或 m3
1.1 建筑材料的状态物理性质
1.2 建筑材料的工程性质
三 材料的耐久性
• 材料的耐久性，是在使用条件下，在上述各种因素作 用下，于规定使用期限内不破坏，也不失去原有性能 的性质。 • 耐久性是一种综合性质：抗冻性、抗风化、抗老化、 耐化学侵蚀性
1.2 建筑材料的工程性质
三 材料的耐久性 （一）材料在水作用下的性质
1. 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。