1、第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质第一节第一节 材料的组成、结构和构造材料的组成、结构和构造化学组成：化学组成：-化学组成是指构成材化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种料的化学元素及化合物的种类及数量。类及数量。-金属材料常以各化学金属材料常以各化学元素含量表示元素含量表示 -无机非金属材料常以无机非金属材料常以各氧化物含量表示各氧化物含量表示 -有机材料常以各化合有机材料常以各化合物的含量表示物的含量表示矿物组成：矿物组成：矿物是具有一定化学成分和矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。矿物组成结构特征的单质或化合物。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量，是指
2、构成材料的矿物的种类和数量，它是决定无机非金属材料化学、物理它是决定无机非金属材料化学、物理、力学等性质的重要因素。、力学等性质的重要因素。材料的组成、结构和构造材料的组成、结构和构造宏观结构（构造）宏观结构（构造）返回返回宏观结构（构造）宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔隙特征分按按 孔孔 径径 分分按构成形态分按构成形态分宏观结构（构造）宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔隙特征分按按 孔孔 径径 分分按构成形态分按构成形态分宏观结构（构造）宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔隙特征分按按 孔孔 径径 分分宏观结构（构造）宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔隙特征分按按 孔孔 径径 分分按构成形态分按构
3、成形态分亚微观结构（显微或细观结构）亚微观结构（显微或细观结构）返回返回微微 观观 结结 构构微观结构微观结构常见材料常见材料主要特征主要特征晶晶 体体原子、离子或分子按原子、离子或分子按一定规律排列一定规律排列金刚石、石英、石膏金刚石、石英、石膏、石灰岩、钢、铁及、石灰岩、钢、铁及部分有机化合物部分有机化合物有固定的几何外形和熔点有固定的几何外形和熔点,部分晶体的硬度、强度较部分晶体的硬度、强度较高高非非晶晶体体原子、离子或分子以共价原子、离子或分子以共价键、离子键或分子键结合键、离子键或分子键结合，但为无序排列（短程有，但为无序排列（短程有序，长程无序）序，长程无序）玻璃、粒化高炉矿渣玻璃
4、、粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰、火山灰、粉煤灰无固定的几何外形和熔点无固定的几何外形和熔点，与同组成的晶体相比，与同组成的晶体相比，强度、化学稳定性、导热强度、化学稳定性、导热性较差，各项同性。性较差，各项同性。胶胶体体物质以极微小的质点（物质以极微小的质点（1-100um）分散在介质中，）分散在介质中，分散粒子较少时形成溶胶分散粒子较少时形成溶胶结构，较多时发生凝聚，结构，较多时发生凝聚，形成凝胶结构，凝胶完全形成凝胶结构，凝胶完全脱水则成为干凝胶脱水则成为干凝胶建筑涂料为溶胶，水建筑涂料为溶胶，水泥浆、胶粘剂为凝胶泥浆、胶粘剂为凝胶，硅酸盐水泥主要水，硅酸盐水泥主要水化产物的最后形式为化产
5、物的最后形式为干凝胶干凝胶溶胶具有较大的流动性和溶胶具有较大的流动性和很强的粘结力，凝胶具有很强的粘结力，凝胶具有触变性，干凝胶具有固体触变性，干凝胶具有固体的性质，即产生强度的性质，即产生强度指通过用电子显微镜、指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-6-10-10m。晶体晶体非晶体（玻璃体）非晶体（玻璃体）返回返回12第二节第二节 材料的基本物理性质材料的基本物理性质l物理常数：是材料内部组成结构状态的反映参数。物理常数：是材料内部组成结构状态的反映参数。l1.1.固体（实体）固体（实体）2.
6、2.闭口孔隙闭口孔隙 3.3.开口孔隙开口孔隙 材料的密度材料的密度表观密度表观密度堆积密度堆积密度 材料在绝对密实状态下单位体积的重量。=m/v （kg/m3）式中 密度 m 材料的质量，kg。v 材料在绝对密实状态下的体积，m3。测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。材料的密度材料的密度表观密度表观密度堆积密度堆积密度 1、块体材料在自然状态下单位体积的重量。=m/v。式中 。表观密度，kg/m3。m 材料的质量，kg。V。材料在自然状态下的体积，m3。2、散粒材料包括封闭孔在内的单位体积的重量。=m/v 式中 表观密度，kg/m3。m 材料的质量，kg。v包括封闭孔在内的体积，m3。材料的
7、密度材料的密度堆积密度堆积密度表观密度表观密度散粒材料在堆积状态下单位体积的重量。=m/v。（kg/m3）式中：。堆积密度 m 材料的质量，kg。v。材料在堆积状态下的 体积，m3。材料的材料的密密度度表观密度表观密度堆积密度堆积密度几种密度的特点：相同点：指单位体积质量。（质量/体积）不同点：测试方法不同，获得体积大小不同体积的测试方法：实体体积李氏比重瓶法(粉末)表观体积(实体闭口)排水法(水中重法)毛体积（实体闭口开口）规则试件：计算法；不规则试件：饱和排水法 堆积体积(实体闭口开口间隙)密度筒法1、密实度：、密实度：是指材料体积内被固体物质充实的是指材料体积内被固体物质充实的程度。程度
8、。D=D=v/vv/v。100%100%=。/100%100%2、孔隙率：孔隙率：是是指指材料体积内孔隙体积所占的比材料体积内孔隙体积所占的比例。例。P=P=（v v。-v v）/v/v。100%100%=（1-1-。/）100%100%D+P=1散粒状材料散粒状材料 1、填充率、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被：是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。其颗粒填充的程度。D=vD=v。/v/v。100%100%=。/。100%100%2、空隙率、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗：是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例粒间的空隙体积所占的比例 P=P=（v v
9、。-v v。）。）/v/v。100%100%=(1-=(1-。/。）。）100%100%D+P=11 1、亲水性和憎水性、亲水性和憎水性2 2、吸水性和吸湿性、吸水性和吸湿性3 3、材料的耐水性、材料的耐水性4 4、材料的抗渗性、材料的抗渗性5 5、材料的抗冻性、材料的抗冻性6 6、材料的导热性、材料的导热性润湿角润湿角(接触角接触角 )：是气、固、液三相的交点沿：是气、固、液三相的交点沿液面切线与液相和固相相接触的方向所成的角。液面切线与液相和固相相接触的方向所成的角。产生的原因是由水分子和固体材料表面之间的相互产生的原因是由水分子和固体材料表面之间的相互作用不同引起的。作用不同引起的。a
10、a、当水分子的内聚力当水分子的内聚力 水分子与固体分子间的水分子与固体分子间的吸引力时吸引力时,材料表现为憎水性。材料表现为憎水性。la a、亲水性材料亲水性材料l 90 90 亲水亲水性性l =0 =0 完全完全润湿润湿 b b、憎水性材料憎水性材料 90 90 憎水性憎水性 =180 =180 完全不润湿完全不润湿 1 1、吸水性：、吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。用材料与水接触吸收水分的性质。用吸水率表示。吸水率表示。重量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时，吸入水重量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时，吸入水的重量占材料干重的百分率。的重量占材料干重的百分率。体积吸水率：材料在水中吸水达
11、到饱和时，吸入水体积吸水率：材料在水中吸水达到饱和时，吸入水的体积占材料自然状态下体积的百分率。的体积占材料自然状态下体积的百分率。2 2、吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的、吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率表示。性质。用含水率表示。含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。材料的质量之比。耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。强度也不显著降低的性质。用软化系数表示。材料吸水饱和状态下的抗压强度材料吸水饱和状态下的抗压强度(MPa)MP
12、a)软化系数软化系数=材料干燥状态下的抗压强度材料干燥状态下的抗压强度(MPa)MPa)软化系数的范围波动在软化系数的范围波动在0 01 1之间，当软化系数大于之间，当软化系数大于0.800.80时时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于不低于0.850.85的材的材料建造。料建造。材料的抗渗性材料的抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗材料抵抗压力水渗透的性质。材料的抗渗性用渗透系数表示：性用渗透系数表示：式中式中Qd Qd K K 渗透系数，渗透系数，cm/h；A透水面积，
13、透水面积，cm2；K=K=Q Q 透水量，透水量，cmcm3 3；t t时间，时间，h h；AtH AtH d d 试件厚度，试件厚度，cm；H静水压力水头，静水压力水头，cm。对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级来表示：对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级来表示：S=10H-1S=10H-1式中式中S S 抗渗等级；抗渗等级；H H 试件开始渗水时的水压力试件开始渗水时的水压力材料的抗冻性：是指材料在水饱和状态下，材料的抗冻性：是指材料在水饱和状态下，能经反复冻融而不破坏的能力。用冻融循能经反复冻融而不破坏的能力。用冻融循环次数表示环次数表示因素：因素：水、负温度水、负温度抗冻等级：
14、能经受冻融循环的抗冻等级：能经受冻融循环的最大次数最大次数，记为记为F50F50、F100F100、F200F200、F300 F300 导热性：当材料两面存在温差导热性：当材料两面存在温差时，热量从材料的一面通过材料传时，热量从材料的一面通过材料传导到材料的另一面的性质。用导热导到材料的另一面的性质。用导热系数表示。系数表示。一、材料的理论强度一、材料的理论强度二、材料的强度二、材料的强度三、弹性和塑性三、弹性和塑性四、脆性和韧性四、脆性和韧性l材料的理论抗压强度可表示为：材料的理论抗压强度可表示为：E E f ft t=d d 式中式中 f ft t-理论抗压强度；理论抗压强度；E-E-纵
15、向弹性模量；纵向弹性模量；-单位表面能；单位表面能；d-d-原子间的距离。原子间的距离。Y强度：是指材料受外力作用直至破坏时，单位面积强度：是指材料受外力作用直至破坏时，单位面积上所承受的最大荷载。有抗压强度、抗拉强度、抗上所承受的最大荷载。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。弯强度、抗剪强度。Y影响因素：影响因素：内因：指组成、结构的影响。内因：指组成、结构的影响。外因：包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿外因：包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿度等因素。度等因素。1 1、抗压、抗压(Compressive)(Compressive)、抗拉、抗拉(Tensile)(Tensile
16、)、抗剪、抗剪(Shearing)(Shearing)强度强度 （MPaMPa）F F破坏时的最大荷载，破坏时的最大荷载，N N A A受力截面面积，受力截面面积，mmmm2 2FfA2 2、抗弯强度（抗折强度、抗弯强度（抗折强度 Bending strengthBending strength）232FLfbh单点加荷：单点加荷：三分点加荷：三分点加荷：不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲2FLfbhL L/2/2L L/2/23 3、比强度、比强度(Strength-weight ratio)(Strength-wei
17、ght ratio)|指材料在断裂点的强度（通用拉伸强度）与其密指材料在断裂点的强度（通用拉伸强度）与其密度之比，用厘米表示。度之比，用厘米表示。|意义：反映材料轻质高强的指标。意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，才能尽量以较小的截面满足强度要求值越大，才能尽量以较小的截面满足强度要求，同时可以大幅度减小结构体本身的自重。，同时可以大幅度减小结构体本身的自重。|常用建筑材料的比强度：常用建筑材料的比强度：低碳钢低碳钢0.045 0.045 普通混凝土普通混凝土0.017 0.017 粘土砖粘土砖0.006 0.006 松木（顺纹抗拉）松木（顺纹抗拉）0.20.21 1、弹性：材料在外力作用下
18、产生变形，当外力取消后、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。这种完全恢复的，能够完全恢复原来形状的性质。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。变形称为弹性变形（或瞬时变形）。2 2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消塑性：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，并且不产生裂后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。永久变形）。图示图示1.1.弹性弹性外力作用产生变形外力作用产生变形,外力取消能外力取消能完全恢
19、复。完全恢复。指标：指标：弹性模量弹性模量 E意义：意义：E E表示材料抵抗变形的指标，表示材料抵抗变形的指标，E E值值越大，材料越大，材料 越不易变形越不易变形，即抵抗变形的能力越强。，即抵抗变形的能力越强。2.2.塑性塑性外力作用产生变形外力作用产生变形,外力取消变形外力取消变形不能恢复。不能恢复。1.1.脆性脆性无明显塑性变形，突然破坏。无明显塑性变形，突然破坏。脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等等2.2.韧性韧性产生一定变形不破坏产生一定变形不破坏,能吸收较大的能吸收较大的能量。能量。韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。韧性材料：低碳钢、木材
20、、玻璃钢等。采用采用冲击试验冲击试验测定。测定。1.2.4 硬度(Hardness)和耐磨性(Abradability)1.硬度抵抗外物压入或刻划的能力。可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；布氏、洛氏硬度（金属材料）。特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。2.耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。（路面材料要求）荷载变形弹塑性材料的变形曲线脆性材料的变形曲线变形荷载AA图图 示示 1.1.硬度硬度抵抗外物压入或刻划的能力。抵抗外物压入或刻划的能力。可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；布氏、洛氏硬度（金属材料）。布氏、洛氏硬度（金属材料）。特点：特点：硬度高，耐磨性强，但不易
21、加工。硬度高，耐磨性强，但不易加工。2.2.耐磨性耐磨性材料表面抵抗磨损的能力。材料表面抵抗磨损的能力。（路面材料要求）（路面材料要求）材料的耐久性：是指材料在长期使用过材料的耐久性：是指材料在长期使用过程中，抵抗其自身几环境因素长期破坏作程中，抵抗其自身几环境因素长期破坏作用，保持其原有的性能而不变质、不破坏用，保持其原有的性能而不变质、不破坏的能力。的能力。1.1.材料抵抗外力破坏的能力。材料抵抗外力破坏的能力。2.2.耐久性为综合性质：耐久性为综合性质：(抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨性等、耐磨性等)不同环境中，应考虑相应的性质。不同环境中，应考虑相应的性质。对资源和能源消耗少，对环境污染小，对资源和能源消耗少，对环境污染小，循环再生利用率高。循环再生利用率高。目前，提倡目前，提倡“绿色建材绿色建材”
