建筑材料知識

1、第1章　建筑材料的基本性質(zhì),主要內(nèi)容:1.1　材料的組成與結(jié)構(gòu)1.2　材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征1.3　材料的物理性質(zhì)1.4　材料的力學性質(zhì)1.5　材料的耐久性,重點內(nèi)容：材料的基本狀態(tài)參數(shù)、材料的物理性質(zhì)難 點：材料的物理常數(shù)要 求：材料的基本狀態(tài)參數(shù) 材料與水有關(guān)的性質(zhì),1.1 材料的組成與結(jié)構(gòu) 建筑材料的基本性質(zhì):是指材料處于不同的使用條件和使用

2、環(huán)境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因為土木建筑材料所處建（構(gòu)）筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質(zhì)也就有所不同。,,一、 材料的組成1.化學組成無機非金屬建筑材料的化學組成:以各種氧化物含量來表示。金屬材料:以元素含量來表示。 化學組成決定著材料的化學性質(zhì)，影響其物理性質(zhì)和力學性質(zhì)。,,2 .礦物組成 材料中的元素和化合物以特定的礦物形式存在并決定著材料的許

3、多重要性質(zhì)。 礦物組成是無機非金屬材料中化合物存在的基本形式。3. 相組成 材料中結(jié)構(gòu)相近性質(zhì)相同的均勻部分。,二、 材料的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造1.宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）材料的宏觀結(jié)構(gòu)是指用肉眼和放大鏡能夠分辨的粗大組織。其尺寸約為毫米級大小，以及更大尺寸的構(gòu)造情況。宏觀構(gòu)造，按孔隙尺寸可以分為：（1）致密結(jié)構(gòu)，基本上是無孔隙存在的材料。例如鋼鐵、有色金屬、致密天然石材、玻璃、玻璃鋼、塑料等。,（2）多孔結(jié)構(gòu)，是指具有粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。如加

4、氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造輕質(zhì)材料等。(3）微孔結(jié)構(gòu)，是指微細的孔隙結(jié)構(gòu)。如石膏制品、粘土磚瓦等。(4）纖維結(jié)構(gòu)，是指木材纖維、玻璃纖維、礦物棉纖維所具有的結(jié)構(gòu)。,（5）層狀結(jié)構(gòu)，采用粘結(jié)或其他方法將材料迭合成層狀的結(jié)構(gòu)。如膠合板、迭合人造板、蜂窩夾芯板、以及某些具有層狀填充料的塑料制品等。(6）散粒結(jié)構(gòu)，是指松散顆粒狀結(jié)構(gòu)。比如混凝土骨料、用作絕熱材料的粉狀和和粒狀的添充料。,1.微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)是指材料在原子、分

5、子層次的結(jié)構(gòu)。材料的微觀結(jié)構(gòu)，基本上可分為晶體與非晶體。 晶體結(jié)構(gòu)的特征是其內(nèi)部質(zhì)點（離子、原子、分子）按照特定的規(guī)則在空間周期性排列。非晶體也稱玻璃體或無定形體，如無機玻璃。玻璃體是化學不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，容易與其它物體起化學作用。,,3. 亞微觀結(jié)構(gòu) 亞微觀結(jié)構(gòu)也稱作細觀結(jié)構(gòu)，是介于微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)形式。如金屬材料晶粒的粗細及其金相組織，木材的木纖維，混凝土中的孔隙及界面等。從宏觀、亞微觀和微觀三個不同層次的

6、結(jié)構(gòu)上來研究土木工程材料的性質(zhì)，才能深入其本質(zhì)，對改進與提高材料性能以及創(chuàng)制新型材料都有著重要的意義。,,三、 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征1 . 材料的體積體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。（1） 材料的絕對密實體積：干材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部沒有孔隙時的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示材料的絕對密實體積（2） 材料的表觀體積：材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體

7、材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。一般以V0 表示材料的表觀體積。,（3）材料的堆積體積： 粉狀或粒狀材料，在堆集狀態(tài)下的總體外觀體積。根據(jù)其堆積狀態(tài)不同，同一材料表現(xiàn)的體積大小可能不同，松散堆積下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。材料的堆集體積一般以 來表示。,,1. 材料的密度材料的密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算： 式中：ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3m—材

8、料的質(zhì)量，g 或 kgV—材料的絕對密實體積，cm3 或 m3 測試時，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細后采用排開液體的方法來測定其體積。,3、視密度（表觀密度）,1.定義：在規(guī)定條件下，材料單位表觀體積（礦質(zhì)實體體積十閉口孔隙體積）的質(zhì)量，稱為稱視密度。 1.公式： 式中： ρt——石料的視密度（表觀密度），ｇ／ｃｍ３； 　 ｍ、Ｖ——意義同前；

9、 　　　 ＶB——石料閉口孔隙的體積，ｃｍ３。測定方法：排水法,,T,4、毛體積密度（體積密度）,定義：材料的毛體積密度是在規(guī)定試驗條件下，烘干材料單位體積（包括孔隙在內(nèi)）的質(zhì)量。公式： 式中： ——石料的毛體積密度，ｇ／ｃｍ3　　　 ——石料開口孔隙體積，ｃｍ3

10、 ｍ，ｖ ，ｖB——意義同前。材料的毛體積密度測定可將石料加工為規(guī)則形狀石料試件，采用精密量具測量其幾何形狀的方法計算其體積；對于遇水崩解、溶解和干縮濕脹性松軟石料，應采用封蠟法測定。,,,,T,,5、表觀密度表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：,式中ρ0—材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3m —材料的質(zhì)量，g 或 kgV0—材料的表觀體積，cm3 或 m3,材料的表觀

11、體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因為大多數(shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質(zhì)量（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外，還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)，一般以干燥狀態(tài)下的測定值為準。,6、 材料的堆積密度堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：  式中ρ0，—材料的堆積密度, g/

12、cm3 或 kg/m3m —材料的質(zhì)量，g 或 kgV0，—材料的堆積體積，cm3 或 m3,,粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。在土木建筑工程中，計算材料用量、構(gòu)件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。,例1：燒結(jié)普通磚的尺寸為240mm×115mm×53mm，已知其

13、孔隙率為37%，干燥質(zhì)量為2487g，浸水飽和后質(zhì)量為2984g。試求該磚的體積密度（表觀密度）（毛體積密度）密度、密度、吸水率、開口孔隙率及閉口孔隙率。,解： ρo=m1/Vo=2487/1461.8=1.7g/cm3 P=V孔/Vo×100%=37% V孔/1461.8×100%=37% 故V孔=541.236cm3， V=Vo-V孔

14、 =1461.8-541.236 =921.6cm3 ρ=m1/V=2487/921.6=1.7g/cm3,W=(m2-m1)/m1×100%=(2984-　　　2487)/2487×100%=20%PK=(m2-m1)/Vo×1/ρW×100%=(2984-2487)/1461.8×1×100%=34%PB=P-PK=37

15、%-34%=3%,例2：破碎的巖石試件經(jīng)完全干燥后，其質(zhì)量為482g，將放入盛有水的量筒中，經(jīng)一定時間石子吸水飽和后，量筒的水面由原來的452cm3上升至630cm3。取出石子，擦干表面水分后稱得質(zhì)量為487g。試求該巖石的視（表觀）密度、體積密度及吸水率？解：因m1=482g,m2=487g，V+VB=630-452=178cm3（閉+實體）故：ρ′=m1/V+VB=482/178=1.71g/cm3 ρo=m1/Vo=48

16、2/(178+5)=1.63g/cm3 W=(m2-m1)/m1×100%=(487-　　482)/482×100%=1%,例3：有一個1.5升的容器，平裝滿碎石后，碎石重1.55Kg。為測其碎石的表觀密度，將所有碎石倒入一個7.78升的量器中，向量器中加滿水后稱重為9.36Kg，試求碎石的表觀密度。若在碎石的空隙中又填以砂子，問可填多少升的砂子？（9.36-1.55）水的重量既水的體積解：表觀密度：

17、ρ=m/V=1.55/(7.78-(9.36-1.55))=1.63kg/m3堆積密度：ρo=m/Vo=1.55/1.5=1.7kg/L空隙率：P=(l-ρo/ρ)×100%=(1-1.7/1.63)×100%=35.4%砂的體積：Vo=1.5×35.4%=0.53(L),,7、 材料的密實度密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度。密實度的計算式如下：對于絕對密實材料， 因 ρ

18、0 =ρ ，故密實度D =1 或 100%。對于大多數(shù)土木工程材料， 因 ρ0 〈 ρ ，故密實度D ? 1 或 D ? 100%。 ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度　　　密實度反映了材料的致密程度；含有孔隙的固體材料密實度都小于1；材料的強度、吸水性、耐久性、導熱性都與密實度有關(guān)。,,8、 孔隙率材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計算：,V—材料的絕對密實體積，cm3 或 m3V0—材料的表觀

19、體積，cm3 或 m3ρ0—材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3,9、材料的孔隙,(一).孔隙形成的原因(1).水分子的占據(jù)作用 建筑材料加水拌和,用水量通常超過理論上 的用水量, 多余的水分占據(jù)的空間即為孔隙(2).外加的發(fā)泡作用 如生產(chǎn)加氣混泥土等的各種發(fā)泡劑,可在材料中形成 大量的孔隙(3).火山作用 火山爆發(fā)時,噴到空中的巖漿,,

20、冷卻后在巖石中形成大量的孔隙(4).燒結(jié)作用,10、孔隙的類型及對材料性質(zhì)的影響,(二)孔隙的類型 (1)連通孔隙 (2)封閉孔隙 (3)半封閉孔隙(三).孔隙對材料性質(zhì)的影響(孔隙增多) (1).材料的體積密度減小 (2).材料受力的有效面積減小,強度降低 (3).體積密度減小,導熱系數(shù)和熱容隨之減小 (4).透氣性,透水性,吸水性變大 (5).對抗凍性,要試孔隙大小

21、和形態(tài)而定,有 些能提高抗凍性,,11、填充率：　　　散粒材料資某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度，用D′表示：可用下式公式計算：,12、 空隙率空隙率是指散粒材料在其堆集體積中, 顆粒之間的空隙體積所占的比例?？障堵蔖， 按下式計算： ρ0—材料的表觀密度;ρ0，—材料的堆積密度 空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭取？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂率的依據(jù)。,,四、

22、 材料的物理性質(zhì)1.材料與水有關(guān)的性質(zhì)（1） 材料的親水性與憎水性與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性。材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。,,工程實際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水

23、和空氣的交點處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤濕。當材料的潤濕角θ＜９０? 時，為親水性材料；當材料的潤濕角θ＞９０? 時，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細管作用自動將水吸入材料內(nèi)部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入材料的毛細管中，見圖1-1,,圖1－1 材料潤濕示意圖（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料,,（2）材料的吸水性材料能吸收水分的能

24、力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。分質(zhì)量吸水率和體積吸水率1. 質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以ｗm 表示。質(zhì)量吸水率ｗm 的計算公式為：,式中 mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg） mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）。,,1. 體積吸水率體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WＶ表示。體積吸水率WＶ

25、的計算公式為：,式中mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）。V0— 材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3 或 m3）ρ w— 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常溫下取ρ w =1.0 g/cm3,材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大。,3. 材料的吸濕性：用含

26、水率來表示材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。,材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以Ｗh表示，其計算公式為：,式中 ms——材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg） mg——材料在干燥狀態(tài)下的

27、質(zhì)量（ｇ或kg）。,,顯然，材料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。當空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。,,4. 材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標是材料的軟化系數(shù)KR：,式中 KR —— 材料的軟化系數(shù) fb — 材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。fg — 材料在

28、干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）,,軟化系數(shù)反映了材料飽水后強度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強度則有不同程度的降低。當材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強度的嚴重降低。,,材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化系數(shù)小的材料耐水性差，其使用環(huán)境尤其受到限制。軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將 ＫＲ＞0.85的

29、材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75 。注意：隨含水量增加，減弱其內(nèi)部結(jié)合力，導致強度下降。KR>0.85，稱為耐水材料,,5. 抗凍性：材料飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融交替作用，既不破壞強度又不顯著下降的性質(zhì)。　　　材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融

30、循環(huán)的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞?？箖鲂允侵覆牧显谖柡蜖顟B(tài)下，能經(jīng)受反復凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。因素：水、負溫度抗凍等級：能經(jīng)受凍融循環(huán)的最大次數(shù),抗凍性材料在含水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次動容循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。凍融循環(huán)直接凍融法是測定石料抗凍性的主要試驗方法。此方法是將石料制備成直徑和高均為５０ｍｍ的圓柱體或邊長為５０ｍｍ的立方體試件，放人烘箱（１０５℃&

31、#177;５℃）烘至恒重，冷卻后稱其質(zhì)量，按吸水率試驗方法讓試件吸水飽和，然后取出擦去表面水分，置于冰箱（-１５℃）凍結(jié)４ｈ，然后取出放人２５℃±５℃的水中融解４ｈ，如此為一次凍融循環(huán)，經(jīng)反復凍融至規(guī)定次數(shù)為止，將凍融后的試件再烘干至恒重，并稱其質(zhì)量。對于不同的工程環(huán)境氣候條件，凍融循環(huán)的次數(shù)有不同的要求，分為15次、25次及25次以上。在試驗過程中，每隔一定的凍融循環(huán)次數(shù)，應詳細檢查試件有無剝落、裂縫、分層及掉邊等現(xiàn)象，并

32、加以記錄。對于塊狀石料的抗凍性，可采用經(jīng)規(guī)定次數(shù)的凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率或者耐凍系數(shù)表征。,,抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失、外形變化或強度降低不超過一定限度時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。材料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。材料的抗凍性與材料的強度、孔結(jié)構(gòu)、耐水性和吸水飽和程度有關(guān)。,6. 材料的抗?jié)B性　　抗?jié)B性

33、是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當材料兩側(cè)的水壓差較高時，水可能從高壓側(cè)通過內(nèi)部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側(cè)。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介質(zhì)，或?qū)⒉牧蟽?nèi)的某些成分帶出，造成材料的破壞。,,（1） 滲透系數(shù)材料的滲透系數(shù)可通過下式計算:,式中K—滲透系數(shù), （cm / h）;Q—滲水量， （cm3 ）A— 滲水面積, （cm

34、2 ）H —材料兩側(cè)的水壓差，（cm）d —試件厚度 （cm）t —滲水時間 （h）材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強。,,（2） 抗?jié)B等級　　材料的抗?jié)B等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓

35、而不滲透。,,五、 材料的熱工性質(zhì)1. 導熱性當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質(zhì)，稱為材料的導熱性。導熱性用導熱系數(shù) λ 表示。導熱系數(shù)的定義和計算式如下所示：導熱系數(shù)越小，絕熱性能越好，差別很大，一般在0.035-3.5W／（m·k）之間。材料的孔隙率大，導熱系數(shù)小，但如孔隙粗大而且聯(lián)通，由于對流作用，材料的導熱系數(shù)反而高。材料受潮后導熱系數(shù)增大，因為水和冰的比空氣的大，因此絕熱材料應經(jīng)常

36、處于干燥狀態(tài)。,,式中λ——導熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ｑ－傳導的熱量，Ｊｄ—材料厚度，ｍ；Ｆ——熱傳導面積，m2Ｚ一熱傳導時間，h；（t2-t1）－材料兩面溫度差，K,在物理意義上，導熱系數(shù)為單位厚度(1m)的材料、兩面溫度差為1Ｋ時、在單位時間(1s)內(nèi)通過單位面積(1㎡)的熱量。,影響導熱系數(shù)的因數(shù),無機材料的導熱系數(shù)大于有機材料晶體的導熱系數(shù)大于無定形體的熱導系數(shù)材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱系數(shù)愈小

37、同類材料的孔隙率是隨體積密度的件小而增大,則導熱系數(shù)隨體積密度的件小而減小導熱系數(shù)與孔隙形態(tài)特征的關(guān)系,認為有微細而封閉孔隙組成的材料,導熱系數(shù)小,反之大材料的含水率增加,導熱系數(shù)也增加大多數(shù)材料的導熱系數(shù)隨溫度升高而增加,,1. 熱容量和比熱材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。比熱的計算式如下所示：,式中C---材料的比熱，J/（g

38、·K）Q--材料吸收或放出的熱量(熱容量)m---材料質(zhì)量，g（t2 - t1）--材料受熱或冷卻前后的溫差，K,比熱是反映材料的吸熱和放熱能力的理量。不同材料的比熱不同，它對保持建筑物內(nèi)部溫度溫度有很大的意義，比熱大的材料，能在熱流變動或采暖設備供熱不均勻時，緩和室內(nèi)的溫度波動。,3. 材料的保溫隔熱性能：熱阻和傳熱系數(shù) 熱阻是材料層（墻體或其它圍護結(jié)構(gòu)）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計算式為：

39、Ｒ＝ｄ/λ，導熱系數(shù)不大于0.175的絕熱材料。式中 Ｒ——材料層熱阻，（m2·K）/W； ｄ——材料層厚度，ｍ； λ——材料的導熱系數(shù)，Ｗ／(ｍ·K) 熱阻的倒數(shù)１／Ｒ稱為材料層（墻體或其它圍護結(jié)構(gòu)）的傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)是指材料兩面溫度差為1Ｋ時，在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。,,4. 材料的溫度變形　　材料的溫度變形是指溫度升高或降低時材料的體積變化。除個別材料以外，多數(shù)材料在溫度升高

40、時體積膨脹，溫度下降時體積收縮。這種變化表現(xiàn)在單向尺寸時，為線膨脹或線收縮，相應的技術(shù)指標為線膨脹系數(shù)（α）。,,材料的單向線膨脹量或線收縮量計算公式為：ΔL =（t2 - t1）· α · L式中ΔL--線膨脹或線收縮量 （mm 或 cm）(t2-t1）--材料升（降）溫前后的溫度差（Ｋ）α--材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)(１／Ｋ) L---材料原來的長度（ｍｍ或ｍ）,土木工程中，對材料的溫度變形大

41、多關(guān)心其某一單向尺寸的變化，因此，研究其平均線膨脹系數(shù)具有實際意義。材料的線膨脹系數(shù)與材料的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。,六、材料的力學性質(zhì),材料在外力作用下的變形性質(zhì) 試驗條件對強度結(jié)果的影響 強度標號與等級,,1. 材料的強度　　材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內(nèi)部的應力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應力也隨之增大，直至應力超過材料內(nèi)部質(zhì)點所能抵抗的

42、極限，即強度極限，材料發(fā)生破壞。,在工程上，通常采用破壞試驗法對材料的強度進行實測。將預先制作的試件放置在材料試驗機上，施加外力（荷載）直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時的荷載值，計算材料的強度。,,根據(jù)外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等。材料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下：,式中 f------材料強度， MPaFmax--材料破壞時的最大荷載，NA------試件受力面積，mm2,-,,材料

43、的抗彎強度與受力情況有關(guān)，一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：,式中 fw------材料的抗彎強度， MPaFmax---材料受彎破壞時的最大荷載，NA------試件受力面積，mm2L------兩支點的間距，mmb、h---試件橫截面的寬及高，mm,比強度： ——指材料強度與其表觀密度之比。 意義：反映材料輕質(zhì)高強的指標。

44、 值越大，材料越輕質(zhì)高強,影響強度的因素：材料的組成孔隙率 增加 強度降低含水率 增加 強度降低溫度 升高 強度降低試件尺寸 大 強度降低加荷速度 快 強度降低等,補充一：１．公路工程石料的力學性質(zhì) １）抗壓強度石料的抗壓強度，通常有單軸抗壓強度和三軸抗壓強度兩種。一般僅需要進行單軸抗壓強度試驗。公路工程石料的抗壓強度，是將石料制備成邊長為５０ｍｍ&#

45、177;０.５ｍｍ的正立方體或直徑與高均為５０ｍｍ±０.５ｍｍ的圓柱體試件，經(jīng)吸水飽和后，在規(guī)定的加載條件下單軸受壓，石料試件達到極限破壞時，單位受壓面積的強度。,公式：式中： ——石料的抗壓強度，ＭＰａ； Fmax——試件極限破壞時的荷載，Ｎ； Ａ——試件的截面積，ｍｍ２。石料的抗壓強度值，取決于石料的組成結(jié)構(gòu)，同時也取決于試驗的條件（如試件幾何外形、

46、加荷速度、溫度和濕度等）。,,1.橋梁工程石料的力學性質(zhì)　　抗壓強度是橋梁工程石料的主要力學指標，是確定石料標號的主要依據(jù)?！　　蛴檬系目箟簭姸仁菍⑹霞庸こ蛇呴L為２０ｃｍ的正立方體試件，經(jīng)吸水飽和后，按規(guī)定的加荷條件單軸受壓，石料試件達到極限破壞時，單位受壓面積的強度。此亦作為石料的標號。公式：　　橋用石料的力學性質(zhì)以抗壓強度為基準，其他力學指標（如抗拉強度、抗剪強度、抗彎強度等）一般可采用與抗壓強度的大約比值。石

47、料的技術(shù)標準,,1. 彈性和塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。,,3. 脆性和韌性 材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材

48、料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時，應注意發(fā)揮這類材料的特性。,,材料在沖擊或動力荷載作用下，能吸收較大能量而不破壞的性能，稱為韌性或沖擊韌性。韌性以試件破壞時單位面積所消耗的功表示。計算公式如下：,式中 a k -----材料的沖擊韌性， J/mm2 Ｗk-----試件破壞時所消耗的功，J； A--

49、-----材料受力截面積。（mm2）,,4. 硬度和耐磨性 ①硬度 材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。 刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為１０個硬度等級。,,回彈法用于測定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強度；也用于測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的表面

50、硬度并間接推算其強度。,,②耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計算公式如下：,式中 G------材料的磨耗率， （g/cm2）m1 ----材料磨損前的質(zhì)量，（g）m2-----材料磨損后的質(zhì)量，（g）A------材料試件的受磨面積 （cm2）,２）磨耗率 石料的磨耗率是指石料抵抗沖擊、邊緣剪力和摩擦的聯(lián)合作用的性質(zhì)，也是評定石料等級的依據(jù)之一，可采用洛杉磯試驗法或狄法爾試

51、驗法測定。 （１）洛杉磯試驗法 洛杉磯試驗法采用洛杉磯（或擱板）式磨耗試驗機。是將石料試樣洗凈烘干，稱出按我國標準規(guī)定的級配石料及鋼球。磨耗機以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動５００轉(zhuǎn)。由于在旋轉(zhuǎn)中石料試樣受到相互摩擦、沖擊等力系的綜合作用，使石料試樣產(chǎn)生磨耗和破碎。用２ｍｍ圓孔篩或1.7ｍｍ方孔篩篩去試樣中的石屑，將剩余試樣洗凈烘干，并稱其質(zhì)量。石料的磨耗率以經(jīng)試驗后石料試樣的質(zhì)量損失百分率來表示。公式：,,（2）狄法

52、爾試驗法狄法爾試驗法采用狄法爾（或雙筒）式磨耗試驗機。它是將石料破碎（人工或機械），并過篩選出５０～７５ｍｍ的塊石５０±２塊，共約５ｋｇ（每塊質(zhì)量約１００ｇ），計兩份，分別洗凈烘干，裝人磨耗機的兩圓筒中，磨耗機以３０～３３ｒ／ｍｉｎ的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動１００００轉(zhuǎn)，石料的磨耗率同樣是以通過２ｍｍ或１．7ｍｍ篩孔的質(zhì)量損失百分率來表示，亦按上式計算。 按我國標準規(guī)定，兩種試驗方法以洛杉磯試驗法為標準方法。,,第五節(jié) 材料的耐

53、久性材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長久地保持其使用性能的性質(zhì)。材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。,,物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴展。時間長久之后即會使材料逐漸破壞。在寒冷地區(qū)，凍融變化對材料會起著顯著的破壞作用。

54、在高溫環(huán)境下，經(jīng)常處于高溫狀態(tài)的建筑物或構(gòu)筑物，所選用的建筑材料要具有耐熱性能。在民用和公共建筑中，考慮安全防火要求，須選用具有抗火性能的難燃或不燃的材料。,,化學作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。,,磚、石料、混凝土等礦物材料，多是由于物理作用而破壞，也可能同

55、時會受到化學作用的破壞。金屬材料主要是由于化學作用引起的腐蝕。木材等有機質(zhì)材料常因生物作用而破壞。瀝青材料、高分子材料在陽光、空氣和熱的作用下，會逐漸老化而使材料變脆或開裂。,,材料的耐久性指標是根據(jù)工程所處的環(huán)境條件來決定的。例如處于凍融環(huán)境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標來表示。處于暴露環(huán)境的有機材料，其耐久性以抗老化能力來表示。,,例4： 材料的密度、表觀密度、堆積密度有何區(qū)別？如何測定？材料含水后對三者有什么影響？解密度

56、：表觀密度：堆積密度：,V為材料的絕對密實體積V0為材料的表觀體積 (固、液、氣）V0，為材料的堆積體積,,對于含孔材料，三者的測試方法要點如下：測定密度時，需先將材料磨細，之后采用排出液體或水的方法來測定體積。測定表觀密度時，直接將材料放入水中，即直接采用排開水的方法來測體積；測定堆積密度時，將材料直接裝入已知體積的容量筒中，直接測試其自然堆積狀態(tài)下體積。,含水與否對密度、表觀密度無影響，因密度、表觀密度均是對干燥狀態(tài)而言的

57、。含水對堆積密度的影響則較復雜．一般來說是使堆積密度增大。,,例5： 某工地所用卵石材料的密度為1.65g/cm3、表觀密度為1.61g/cm3、堆積密度為1680 kg/m3，計算此石子的孔隙率與空隙率？解石子的孔隙率P為：,石子的空隙率P，為：,,例6： 某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為174、178、165 MPa，求該石材的軟化系數(shù)，并判斷該石材可否用于水下工程。解該石材的軟化系數(shù)為:,由于該石材

58、的軟化系數(shù)為0.93，大于0.85，故該石材可用于水下工程。,第2章  石材,,天然石材 天然石材：——指從天然巖石中采得的毛石，或經(jīng)加工制成的石塊、石板及其定型制品等。優(yōu)點：抗壓強度高、耐久性好、生產(chǎn)成本低等。 是古今土木建筑工程的主要建筑材料。,工程砌筑石材 1.工程對砌筑石材的要求 （１）石材尺寸規(guī)格 常用的砌筑石材有毛石和料石。 毛石——為不規(guī)則形，但毛石的中間厚度不小于15ｃ

59、ｍ，至少有一個方向的長度不小于30㎝，平毛石應有兩個大致平行的面。 料石——寬度和厚度均不宜小于20ｃｍ，長度不宜大于厚度的４倍，形狀應大致呈六面體。,（２）石材抗壓強度 根據(jù)邊長70ｍｍ立方體試件的抗壓強度，砌筑石材的強度等級分為：ＭＵ10、ＭＵ15、ＭＵ20、ＭＵ30、ＭＵ40、ＭＵ50、ＭＵ60、ＭＵ80、ＭＵ100共九個等級。 （３）石材耐水性 石材的耐水性用軟化系數(shù)K表示。高耐水性石材，其軟化系數(shù)為k＞

60、0.90,中耐水性石材，其軟化系數(shù)為0.7～0.9, 低耐水性石材, 其軟化系數(shù)為k＝0.6～0.7。,石材抗凍性 ——試件在規(guī)定的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)無（穿過試件兩棱角的）貫穿裂紋，質(zhì)量損失不超過５％，強度降低不大于２５％的石材方為合格。 對于有特殊要求的工程，還可能要求石材的耐磨性、吸水性或抗沖擊性。 決定石材上述技術(shù)性質(zhì)的因素有：礦物組成、結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造特點、受風化作用的程度等。 常用砌筑石材有花崗巖、石灰?guī)r、

61、砂巖、片麻巖等。,（２）石材抗壓強度根據(jù)邊長70ｍｍ立方體試件的抗壓強度，砌筑石材的強度等級分為ＭＵ10、ＭＵ15、ＭＵ20、ＭＵ30、ＭＵ40、ＭＵ50、ＭＵ60、ＭＵ80、ＭＵ100共九個等級。,,（３）石材耐水性 石材的耐水性用軟化系數(shù)K表示。高耐水性石材，其軟化系數(shù)為K＞0.90, 中耐水性石材，其軟化系數(shù)為0.7～0.9, 低耐水性石材, 其軟化系數(shù)為Ｋ＝0.6~0.7。 (４) 石材抗凍性 試件在規(guī)定的凍融循環(huán)次數(shù)

62、內(nèi)無（穿過試件兩棱角的）貫穿裂紋，質(zhì)量損失不超過５％，強度降低不大于２５％的石材方為合格。 對于有特殊要求的工程，還可能要求石材的耐磨性、吸水性或抗沖擊性。 決定石材上述技術(shù)性質(zhì)的因素有：礦物組成、結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造特點、受風化作用的程度等。常用砌筑石材有花崗巖、石灰?guī)r、砂巖、片麻巖等。,裝飾石材天然大理石 ——天然大理石是石灰?guī)r或白云巖在地殼內(nèi)經(jīng)過高溫高壓作用形成的 變質(zhì)巖，多為層狀結(jié)構(gòu)，有明顯的結(jié)晶，紋理有斑紋

63、、條紋之分，是 一種富有裝飾性的天然石材。成分：化學成分為碳酸鹽，礦物成分為方解石或白云石。顏色：純大理石為白色，當含有部分其它深色礦物時，產(chǎn)生多種色彩與優(yōu) 美花紋。從色彩上來說，有純黑、純白、純灰、墨綠等數(shù)種。 紋理：有晚霞、云霧、山水、海浪等山水圖案、自然景觀。優(yōu)點：抗壓強度較高，但硬度并不太高，易于加工雕刻與拋光。工程裝飾中得以廣泛應用。缺點：長期受雨水沖刷，特別是受酸性雨水沖刷時，易被侵蝕而失去

64、原貌 和光澤，影響裝飾效果。因此大理石多用于室內(nèi)裝飾。,大理石抗壓強度較高，但硬度并不太高，易于加工雕刻與拋光。由于這些優(yōu)點，使其在工程裝飾中得以廣泛應用。當大理石長期受雨水沖刷，特別是受酸性雨水沖刷時，可能使大理石表面的某些物質(zhì)被侵蝕，從而失去原貌和光澤，影響裝飾效果，因此大理石多用于室內(nèi)裝飾。,——建筑用天然花崗石　　由天然花崗石加工成板材、塊材用于建筑裝飾工程中?；◢弾r是典型的火成巖，是全晶質(zhì)巖石。主要成分：石英、

65、長石和少量的暗色礦物和云母。結(jié)構(gòu)：按結(jié)晶顆粒大小，分為細粒、中粒和斑狀等。顏色：呈灰色、黃色、薔薇色、紅花等。優(yōu)質(zhì)花崗巖石英含量多（２０～ ４０％），云母含量少，晶粒細而勻，結(jié)構(gòu)緊密，不含其他雜質(zhì)，　　　拋光后光澤明亮，不易風化，色調(diào)鮮明，花色豐富，莊重大方。優(yōu)點：比大理石密度大，密度為2300～2800㎏/ｍ3，抗壓強度高達120～250MPa。孔隙率吸水率極低，材質(zhì)硬度高，其耐磨、耐久、耐腐蝕性能均優(yōu)于其他石材。經(jīng)

66、拋光后，是室內(nèi)外地面、墻面、踏步、柱石、勒腳等處首選裝飾材料。,例:選用天然石材的原則是什么？為什么一般大理石板材不宜用于室外？解選用天然石材時應滿足以下幾方面的要求：1．適用性。是指在選用建筑石材時，應針對建筑物不同部位，選用滿足技術(shù)要求的石材。如對于結(jié)構(gòu)用石材，主要要求指標是石材的強度、耐水性、抗凍性等；飾面用石材，主要技術(shù)要求是尺寸公差、表面平整度、光澤度和外觀缺陷等； ２．經(jīng)濟性。由于天然石材自重大，開采運輸不方便，故應

67、貫徹就地取材原則，以縮短運距，降低成本。同時，天然巖石雕琢加工困難，加工費工耗時，成本高。一些名貴石材，價格高昂，因此選材時必須予以慎重考慮。,2.色彩。石材裝飾必須要與建筑環(huán)境相協(xié)調(diào)，其中色彩相融性尤其明顯和重要。因此選用天然石材時，必須認真考慮所選石材的顏色與紋理，力爭取得最佳裝飾效果。天然大理石化學成分為碳酸鹽。當大理石長期受雨水沖刷，特別是受酸性雨水沖刷時，可能使大理石表面的某些物質(zhì)被侵蝕，從而失去原貌和光澤，影響裝飾效果，因

68、此一般大理石板材不宜用于室外裝飾。,,第3章 氣硬性膠凝材料,膠凝材料（結(jié)合料） ——經(jīng)物理、化學作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)為整體的材料。,,,只能在空氣中硬化、保持或繼續(xù)發(fā)展強度的無機膠凝材料稱為氣硬性無機膠凝材料。不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化、保持或繼續(xù)發(fā)展強度的無機膠凝材料稱為水硬性無機膠凝材料。,,土木工程中常用的氣硬性無機膠凝材料主要有：石灰、石膏、菱苦土和水玻璃。,石灰的生產(chǎn) 1.原料

69、 ——以CaCO3為主要成分的巖石(石灰石、白堊等,3.1 石灰,天然碳酸巖類巖石——（石灰石、白云石）經(jīng)高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學反應可表示如下：,生石灰（堆積密度為800~1000 kg/m3 )一般為白色或黃灰色塊灰，塊灰碾碎磨細即為生石灰粉。,,一.石灰的消化和硬化1.石灰的熟化和“陳伏”工地上使用石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰—氫氧化鈣，這個過程稱為石灰的“消