01 建筑材料的基本性质1.1 材料的基本性质材料的耐久性是指其在长期的使用过程中，能抵抗环境的破坏作用，并保持原有性质不变、不破坏的一项综合性质。由于环境作用因素复杂，耐久性也难以用一个参数来衡量。工程上通常用材料抵抗使用环境中主要影响因素的能力来评价耐久性，如抗渗性、抗冻性、抗老化和抗碳化等性质。 1.1.1 材料的耐久性 环境对材料的破坏作用，可分为物理作用、化学作用和生物作用，不同材料受到的环境作用及程度也不相同。 影响材料耐久性的内在因素很多，除了材料本身的组成结构、强度等因素外，材料致密程度、表面状态和孔隙特征对耐久性影响很大。 工程上常用提高密实度、改善表面状态和孔隙结构的方法来提高耐久性。 1.1.1 材料的耐久性1 1、材料与质量有关的性质、材料与质量有关的性质2 2、材料与水有关的性质、材料与水有关的性质 1.1.2 材料的物理性质物质单位体积的质量，单位为g/cm3或kg/m3。常用的密度有实际密度实际密度、表观密度表观密度、堆积密度堆积密度。固体物质闭口孔隙开口口孔隙材料体积组成示意图材料体积组成示意图(1) (1) 密度密度 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。将岩石粉碎磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得的体积越接近真实体积。=m/V-材料的表观密度，g/cm3或kg/m3m-材料的质量，g或kgV-材料的表观体积（含封闭孔隙），cm3或m3 对于绝对密实而外形规则的材料如玻璃、钢材等，可用量具测得其体积；对于可研磨的非密实材料，如砌块、石膏，V可采用研磨成细粉，再用密度瓶测定的方法求得。对于颗粒状外形不规则的坚硬颗粒，如砂或石子，V可采用排水法测得，此时所得体积为表观体积，此类材料采用表观密度表示。材料在自然状态下，单位体积的质量。 对于规则形状的材料，可用量具测得其体积；对于不规则形状的材料，可采用静水称量法和封蜡法测定。体积密度0=m/V00-材料的体积密度，g/cm3或kg/m3m-材料的质量，g或kgV0-材料的自然状态下的体积，cm3或m3体积密度与含水状态有关，通常所说的体积密度是指材料在气干状态下的表观密度。“重力体积密度”或“质量密度”：材料重度与其自然体积之比，简称“重度”，单位KN/m3。 体积密度 粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。将干燥的散粒材料试样装入规定尺寸的容器（容积筒）规定尺寸的容器（容积筒）来测定的。不同的装料方式，颗粒排列的松紧程度不同，材料的堆积密度又可分为自然堆积密度、紧密堆积密度。 材料的体积密度会影响材料的其他性质，如强度、隔声、导热性等；一般情况下，体积密度越大，则强度越高，隔声效果越好，热导率越大。材料名称密度(g/cm3)体积密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)石灰岩2.62.818002600花岗岩2.73.020002850水泥2.83.112001300混凝土用砂2.52.61 4501650混凝土用石2.62.91 4001700普通混凝土21002500粘土2.52.71 6001800钢材7.857 850铝合金2.72.92 7002 900烧结普通砖2.52.71 5001 800建筑陶瓷2.52.71 8002 500红松木1.551.60400800玻璃2.452.552 4502 550泡沫塑料1050密实度密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料的密实体积与总体积之比。孔隙率孔隙率是指材料体积内孔隙（开口的和闭口的）体积所占的比例。(2) (2) 密实度和孔隙率密实度和孔隙率 材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料的密实体积与总体积之比。材料的很多性质，如强度、吸水性、耐水性、导热性等均与密实度有关， 越接近于1，材料就越密实。材料体积内孔隙（开口的和闭口的）体积所占的比例。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，通常采用孔隙率表示。孔隙构造孔隙构造 连通的孔： 彼此连通且与外界相通 封闭的孔： 相互独立且与外界隔绝孔隙大小孔隙大小 微孔、细孔、大孔 孔隙率可分为开口孔隙率PK和闭口孔隙率PB，P= PK + PB填充率填充率是颗粒材料的堆积体积内被颗粒所填充的程度。空隙率空隙率是指散粒材料的堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的百分数。(3) (3) 填充率和空隙率填充率和空隙率 散粒材料在某种堆积体积内被其颗粒填充的程度。 散粒材料的堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的百分数。空隙率与填充率的关系：P+D=1空隙率的大小反映了散粒材料颗粒间相互填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂量的依据。基本性质基本性质例例1 1：某工地所用卵石材料的密度为：某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm2.65g/cm3 3、表观密度为、表观密度为2.61g/cm2.61g/cm3 3、堆、堆积密度为积密度为1680 kg/m1680 kg/m3 3，计算此石子的孔隙计算此石子的孔隙率与空隙率？率与空隙率？解解1:1:石子的孔隙率石子的孔隙率P P为：为：石子的空隙率石子的空隙率P P为：为： 评注评注 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在其堆集体积中其堆集体积中, , 颗粒之间的空隙体积所占的比例。颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中计算式中密度；密度；0 0材料的表观密度；材料的表观密度；，材料的堆积密度。材料的堆积密度。例例2 2： 有有一一块块烧烧结结普普通通砖砖，在在吸吸水水饱饱和和状状态态下下重重2900g2900g， 其其 绝绝 干干 质质 量量 为为 2550g2550g。 砖砖 的的 尺尺 寸寸 为为24024011511553mm53mm，经经干干燥燥并并磨磨成成细细粉粉后后取取50g50g，用用排排水水法法测测得得绝绝对对密密实实体体积积为为18.62 18.62 cmcm3 3 。试试计计算该砖的吸水率、密度、孔隙率、饱水系数。算该砖的吸水率、密度、孔隙率、饱水系数。 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夹角90，这种材料属于亲水性材料。(1) (1) 亲水性和憎水性亲水性和憎水性 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90180，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。材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小可用吸水率表示。(2) (2) 吸水性吸水性材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质。吸湿性的大小可用含水率表示。(3) (3) 吸湿性吸湿性材料长期在饱和水作用下不被破坏，其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。(4) (4) 耐水性耐水性 材料在吸水饱和状态下，经多次冻结和融化作用（冻融循环）而不被破坏的性质成为抗冻性。 材料的抗冻性用抗冻等级Fn表示。n表示材料试件经n次冻融循环试验后，质量损失不超过5%，抗压强度降低不超过25%。n的数值越大，说明抗冻性愈好。 材料的抗冻性大小与材料本身的组织构造、强度、吸水性、耐水性等因素有关。(5) (5) 抗冻性抗冻性材料抵抗水、油等液体压力作用渗透的性质称为渗透性（不透水性）。材料的抗渗性以渗透系数K表示；也可以用抗渗等级S来表示。(6) (6) 抗渗性抗渗性例例3 3： 某某石石材材在在气气干干、绝绝干干、水水饱饱和和情情况况下下测测得得的的抗抗压压强强度度分分别别为为174174、178178、165MPa165MPa，求求该该石石材材的的软软化化系系数数，并并判判断断该该石石材材可可否否用用于于水水下工程。下工程。工程上把0.175W/(mK)的材料称为绝热材料。（1 1） 导热性导热性不同材料的比热容不同，即使是同一种材料，由于所处状态不同，比热容也不同。（2 2）热容性）热容性 比热容与材料质量的积，称为材料的热容量值，即材料温度上升1K须吸收的热量或温度降低1K所放出的热量。 材料比热容对保持室内温度稳定作用很大，比热容大的材料能在热流变化、采暖、空调不均衡时，缓和室内温度的波动；屋面材料也宜选用比热容大的材料。常用材料的热性质见下表。（2 2）热容性）热容性材料名称导热系数，W/(mK)比热容，kJ/(kgK)铜3700.38钢550.46石灰岩2.663.230.7490.846花岗岩2.913.450.7160.92大理岩2.450.875普通混凝土1.80.88粘土空心砖0.640.92松木0.170.352.51玻璃2.73.260.83泡沫塑料0.031.3水0.64.187密闭空气0.0231 材料在温度变化时产生的体积变化。一般材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。 温度变形在单向尺寸上的变化称为线膨胀或线收缩，材料的热变形性常用线膨胀系数线膨胀系数来衡量，其计算式如下： （3 3） 热变形性热变形性式中：线膨胀系数(1/K)。 L材料的变形量(mm)。 t2t1材料在升、降温前后的温度差(K)。 L材料原来的长度(mm)。 材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土木工程结构的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系其安全与稳定的重要因素。工程上常用预留伸缩缝的办法来解决温度变形问题。（3 3） 热变形性热变形性1、强度、强度2、弹性与塑性、弹性与塑性1.1.3 1.1.3 材料的力学性质材料的力学性质材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力，称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。（1 1）强度）强度 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。材料受力示意图(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲 （1 1）强度）强度材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为： 式中： f材料的抗压、抗拉、抗剪强度，Mpa F材料承受的最大荷载，A材料的受力面积，mm2（1 1）强度）强度材料的抗弯强度的计算式为： 式中： f材料的抗弯(折)强度，MPa F材料承受的最大荷载， L两支点之间的距离，mm b材料受力截面的宽度，mm h材料受力截面的高度，mm（1 1）强度）强度材料的强度主要取决于它的组成和结构。一般说材料孔隙率越大，强度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同。 （1 1）强度）强度材料在外力作用下产生变形，若除去外力后变形随即消失，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍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。不能恢复的变形称为塑性变形。 （2 2）弹性与塑性）弹性与塑性材料的弹性和塑性变形曲线（2 2）弹性与塑性）弹性与塑性 材料受力破坏时，无显著的变形而突然断裂的性质称为脆性。在常温、静荷载下具有脆性的材料称为脆性材料。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。（3 3）脆性与韧性）脆性与韧性