建筑材料1.1节..ppt

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1、,建筑材料,目录,单元1 建筑材料的基本性质,材料的物理性质,学习目标,1了解建筑材料的组成和结构。 2熟悉建筑材料与水、热有关的性质及材料的力学性质和耐久性。 3.掌握建筑材料的密度、表观密度、堆积密度、孔隙率和密实度的概念及计算,单元1 建筑材料的基本性质,1.1 材料的物理性质,1）实际密度：,2）表观密度：,3）体积密度：,绝对密实,自然状态，表现体积 固体+闭孔,自然状态，固体+全部孔隙体积,规定装填条件下，固体+孔隙+空隙,1、密度 材料的密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算： 式中： 密度, g/cm3 或 kg/m3 m材料的绝对干燥质量，g 或 kg V材

2、料在绝对密实状态下的体积，cm3 或 m3 注：建筑材料中除玻璃、钢、沥青外大多数材料均含有一定的孔隙，所以体积密度小于密度,1.1 材料的物理性质,2、表观密度 对于密实材料，因孔隙很少，可不必磨成细粉，直接以排液法求得的体积V，作为绝对密实状态下体积的近似值。按该体积计算出的密度称为表观密度(或视密度)，用下式表示： 式中： 表观密度，g/cm3或kg/m3； m材料的绝对干燥质量，g或kg； V材料的表现体积V=V+V闭，cm3。,图1-1含孔材料体积构成示意图,1.1 材料的物理性质,注：精度要求不高的情况下，表观密度可以代替密实材料的密度或体积密度。,3、体积密度 材料在自然状态下，

3、单位体积的质量称为体积密度，用下式表示： 式中： 材料的体积密度，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，cm3或m3。 V0 V V开 V闭,1.1 材料的物理性质,注：1、规则形状可以直接测量外形尺寸，不规则形状用排液法。 2、体积密度一般与含水情况有关。如未注明均指绝对干燥材料的体积密度。,4、堆积密度 散粒材料(砂、石子、水泥等)在规定装填条件下单位体积(包括散粒材料中颗粒在自然状态下的体积和颗粒之间的空隙体积)的质量称为堆积密度，用下式表示： 式中： 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； 散粒材料的堆积体积

4、，cm3或m3。 V V开 V闭+ V空,图1-2 散粒材料体积构成示意图 1颗粒中的固体物质；2颗粒的开口孔隙； 3颗粒的闭口孔隙；4颗粒间的空隙,1.1 材料的物理性质,注： 在自然堆积状态下称松堆密度，紧密堆积加以振实时称紧堆 密度。 工程上通常说的堆积密度是指松堆密度。,几种常用材料的密度、体积密度、堆积密度见表1-1。,1.1 材料的物理性质,6.5 0.261kg/m8 0.395kg/m10 0.617kg/m12 0.888kg/m14 1.21kg/m16 1.579kg/m18 1.999kg/m20 2.468kg/m22 2.986kg/m25 3.856kg/m28

5、4.837kg/m 钢的密度是7.85克每立方厘米。10mm直径钢筋每米（100厘米） 体积是 (/4)111000.785410078.54立方厘米 一米直径10mm钢筋的重量是：78.54立方厘米7.85克/立方厘米616.5克0.617公斤,1.1 材料的物理性质,5、孔隙率及其分类 (1)孔隙率 孔隙率是指材料中孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率，或称总孔隙率，用下式表示： 式中：P-孔隙率，%； V孔-材料中全部孔隙的体积，cm3; V0-材料在自然状态下的体积，cm3; V0 V V开 V闭,1.1 材料的物理性质,上式可写成： 即： 将式(1-1)及式(1-3)代入，则

6、得 式中： P材料的孔隙率，； 0材料的体积密度，g/cm3或kg/m3； 材料的密度，g/cm3或kg/m3。,1.1 材料的物理性质,平板玻璃的孔隙率接近于0， 发泡沫塑料的孔隙率却高达95%以上。 孔隙率大，密实度小，用于保温隔热。 要求高强、不透水选用的材料要求孔隙率小,(2)开口孔隙率与闭口孔隙率 按孔隙构造，材料的孔隙可分为开口孔和闭口孔。 开口孔隙率PK是指材料中能被水所饱和(即被水所充满)的孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率： 式中：m1干燥状态下材料的质量，g； m2水饱和状态下材料的质量，g； w水的密度，常温下可取w=1g/cm3，故常略去。,闭口孔隙率PB为总

7、孔隙率P与开口孔隙率PK之差，即,1.1 材料的物理性质,1.1 材料的物理性质,1.1 材料的物理性质,材料的润湿示意图,1.1 材料的物理性质,1、亲水性与憎水性,材料被水湿润的情况，通常以润湿角表示.当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交点处，沿水滴表面的切线与水接触面的夹角 ，称为润湿角。 当=0时，表示该材料完全被水所润湿， 当90时材料分子与水分子间相互作用力（吸附力）大于水分子之间的作用力（内聚力），表面吸水，表现出亲水性。 当 90时材料分子与水分子间相互作用力（吸附力）小于水分子之间的作用力（内聚力），表面不吸附水，表现出憎水性,大多数建筑材料，如石料、砖、混凝土、木材等

8、都属于亲水性材料，表面均能被湿润。 沥青、石蜡及个别塑料等属于憎水性材料，表面不能被水润湿，因此常作为防水材料或亲水性材料表面的憎水处理。,1.1 材料的物理性质,2、吸水性与吸湿性,(1)吸水性 材料吸收水分的能力称为吸水性，吸水性用吸水率表示。吸水率有质量吸水率、体积吸水率两种表达方式。 1)质量吸水率 式中：W质量吸水率，； m1材料在绝对干燥状态下的质量，g； m2材料在浸水饱和状态下的质量，g。,1.1 材料的物理性质,2)体积吸水率 式中：W0体积吸水率，； V0材料在自然状态下的体积，cm3； w水的密度在常温下取 w=1g/cm3。,1.1 材料的物理性质,注：1、未加说明均指

9、质量吸水率。 2、材料吸水率是试件经浸水饱和后按标准方法测定。如果试件处于自然含水状态，测得的水与材料干燥状态下质量之比百分率，是含水率。,常用材料的吸水率： 花岗岩：0.02%0.7% 普通混凝土为2%4% 烧结普通砖：8%15% 多孔的绝热材料一般均大于100% 高度多孔的宜用体积吸水率表示。,1.1 材料的物理性质,(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质量的百分率，用公式表示为：,式中：W含材料的含水率，； m1材料在绝对干燥状态下的质量，g； m2材料

10、在吸湿状态下的质量，g。,1.1 材料的物理性质,注：含水率是随环境而变化的，而吸水率却是一个定值， 材料的吸水率可以说是该材料的最大含水率。,(3)水饱和度,为了说明材料的吸水程度(吸入水的体积与孔隙体积之比)或孔隙特征(开口孔隙体积与总孔隙体积之比)，引入水饱和度(或吸水饱和系数)这一概念，其表达式为：,式中:KB水饱和度； W0材料的体积吸水率，； P材料的孔隙率，。 KB在0-1之间波动。若KB=0，即W0=0，说明该材料所有的孔隙均未充水，或者说该材料的孔隙全部是闭口孔隙； 若KB=1，即W0=P，说明该材料所有孔隙全部被水充满，或者说该材料的孔隙全部为开口孔隙。,1.1 材料的物理

11、性质,3、耐水性,材料在水作用下，保持其原有性质的能力称为耐水性，用软化系数表示： 式中：Kp材料的软化系数； f材料在干燥状态下的抗压强度，MPa； fw材料在浸水饱和状态下的抗压强度，MPa。,1.1 材料的物理性质,注：黏土的Kp=0、金属的Kp=1，受水作用的结构材料时，Kp是项重要指标。经常位于水中或受潮严重的重要结构材料Kp不宜小于0.85-0.90。受潮较轻或次要结构材料， Kp不宜小于0.70-0.85,4、抗渗性,材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。抗渗性可用渗透系数表示。 式中：K渗透系数，cm/h； Q渗透量，cm3； F渗水面积，cm2； d试件厚度，cm； H水头差，

12、cm； t渗水时间，h。,1.1 材料的物理性质,材料抗渗性也可以用抗渗等级P表示。抗渗等级是以规定的试件，在标准试验方法下所能承受的最大水压(按MPa计)来确定。如抗渗等级为P6，说明该材料所能承受的最大水压为0.6MPa。 材料抗渗性的高低，与孔隙率及孔隙形态特征有关。细微连通的孔隙易于渗水，故这种孔隙越多，材料的抗渗性越差。闭口孔不能渗水，因此闭口孔隙率大的材料，其抗渗性良好。开口大孔最易渗水，故其抗渗性最差。 抗渗性是决定建筑材料耐久性的重要因素。在设计地下建筑、压力管道、容器等结构时，要求其所使用材料必须具有良好的抗渗性。 抗渗性还是检验防水材料产品质量的重要指标。,1.1 材料的物

13、理性质,5、抗冻性,浸水饱和的材料在多次冻融循环作用下，保持其原有性质的能力称为抗冻性。 材料抗冻性通常用抗冻等级(抵抗冻融循环的次数)来评定。抗冻等级的确定，是以规定的试件，在规定的试验条件下，测得其强度降低不超过规定的数值，没有明显的损坏(裂纹)和剥落(质量损失不超过规定的数值)时，所能经受的冻融循环的次数来确定，用符号F表示，如F15、F25、F50等。 材料抗冻等级的选择是根据结构物的种类、使用条件及气候条件来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求抗冻等级为F15或F25：用在桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或F200；水工混凝土要求高F500F1000。 F

14、15 表示混凝土能够承受反复冻融循环次数为15,1.1 材料的物理性质,在许多情况下，材料孔隙中的水并未达到饱和，而发生了冻融破坏。以墙体材料为例：,孔隙并未充水饱和，当墙体外表面为负温时，墙内便产生水气迁移，因为负温下的蒸汽压力小于正温下的蒸汽压力，所以水蒸气由内向外移动，并且在墙体外表面附近的孔隙中凝结，加上外界水分(雨水)的渗入，致使水分汇集在墙外表面附近的孔隙当中，达到充水饱和，结冰时便产生破坏作用。冻融破坏作用是从外表面开始剥落逐步向内部深入的。,1.1 材料的物理性质,1.1 材料的物理性质,建筑材料常用的热工性质有导热性、热容量、比热等。 1、导热性 (1)导热系数。 导热性说明

15、材料传递热量的能力，此能力用导热系数表示。导热系数的物理意义是：面积为1m2、厚度为1m的单层材料，当两侧温差为1K时，经1s所传递的热量用公式表示为： 式中: 材料的导热系数，W/(mK)； Q传递的热量，J； a平壁厚度，m； A材料传热的面积，m2； (t1-t2)材料两侧温差，K； Z传热时间，s。,图1-5材料导热示意图,1.1 材料的物理性质,导热系数愈小，材料的绝热性能愈好。各种建筑材料的导热系数差别很大，非金属材料大致在0.0353.000W/(mK)之间，工程中通常把0.23W/(mK)的材料称为绝热材料。 导热系数与材料的化学组成、显微结构、孔隙率、孔隙形态特征、含水率及导

16、热时的温度等因素有关。 1)建筑材料的导热系数取决于其化学组成、显微结构。无机材料的导热系数大于有机材料。 2)建筑材料的导热系数与孔隙率和孔隙形态特征有很大的关系。 3)材料含水率增加，导热系数也随之增加。 4)大多数建筑材料(金属除外)的导热系数随温度升高而增加，所以在选择热力设备或管道的绝热材料时必须注意到这一特性。,1.1 材料的物理性质,(2)传热系数、热绝缘系数,围护结构(如墙体、屋面)的绝热性能，可用传热系数或热阻来表示。在单位时间内，通过单位面积材料层的热量为： 式中：/a即为材料层的传热系数K，其单位为W/(m2K)。 传热系数的倒数称为热绝缘系数M。,1.1 材料的物理性质

17、,2、热容,热容是指材料受热时蓄存热量或冷却时放出热量的性能。材料受热(或冷却)时，吸收(或放出)的热量与材料质量、温度差成正比，其表达式为： 式中：Q材料吸收(或放出)的热量，kJ； c材料的比热容，kJ/(kgK)； m材料的质量，kg； (t2-t1)材料受热(或冷却)前后的温度差，K。 由上式可以写成： 由此可知比热容的物理意义是：1kg材料，温度升高(或降低)1K所吸收(或放出)的热量。,1.1 材料的物理性质,比热容c与质量m的乘积称为热容。几种典型材料的热工性质指标如表1-2所示。由表可知，水的比热容最大。各种建筑材料的比热容均小于水。 表1-2几种典型材料的热工性质指标,1.1 材料的物理性质,密度： 表观密度： 体积密度： 堆积密度： 孔隙率 开口孔隙率,含水率,质量吸水率,水饱和度,软化系数,渗透系数,1.1 材料的物理性质,导热系数,传热系数,比热容,热容=c*m,1.1 材料的物理性质,