1、建筑材料的基本性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性、防火性、防辐射性等1、材料的组成与结构 （1）材料的组成：化学组成；矿物组成。 （2）材料的结构：宏观结构；显微结构；微观结构；材料孔隙。 2、材料的物理性质 （1） 基本物理性质：体积密度、密度及表观密度，材料的孔隙率；散粒 材料的堆积密度与空隙率。 （2）材料与水有关的性质：亲水性与憎水性、吸水性、耐水性、抗水性。 （3）材料与热有关的性质：导热性、热容量。 3、材料的力学性质 （1）材料强度：材料在不同荷载下的强度；试验条件对材料强度试验结果 的影响；强度等级或标号；比强度。 （2）材料变形：弹性变形；塑性变形。 （3）冲击韧性。 （
2、4）硬度、磨损及磨耗。 4、材料的耐久性材料的化学组成、结构与构造一、材料的化学组成：是决定材料性质的内在因素之一。主要包括：元素 组成和矿物组成。二、材料的微观结构 材料的性质与材料内部的结构有密切的关系。材料的 结构主要分成：宏 观结构、 显微结构、微观结构从微观结构层次上，材料可分为晶体、玻璃体、胶体。晶粒的大小对材料性质也有重要影响，一般晶粒愈细，分布愈均匀，材料的强度愈高。所以改变晶粒的粗细程度，可使材料性质发生变化，如钢材的热处理就是利用这一原理。由于胶体的质点很微小，其总表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，所以胶体具有较强的粘结力。 胶体结构与晶体及玻璃体结构相比，强度较
3、低、变形较大。 三、材料的构造致密状、多孔状、微孔状、颗粒状、纤维状、.层状构造材料的物理性质一、材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度1、 (一) 、材料的密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量（即重量）称为材料的密度。=m/v .（g/cm3）绝对密实状态下 不含任何孔隙的体积 磨成细粉用密度瓶测体积 -密度 致密的不规则散粒材料-排水法 相对密度：无量纲 (二)、材料的表观密度材料在自然状态下单位体积的质量称为材料的表观密度。0=m/v0（kg/m3 ）（三） 、体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量。材料在自然状态下单位体积的重量称为材料的体积密度（原称容重，道路工程中亦称为毛体积
4、密度） 。对于外形规则的材料，其表观密度测定很简便，只要测得材料的重量和体积（可用量具量测） ，即可算得。不规则材料的体积要采用排水法求得，但材料表面应预先涂上蜡，以防止水分渗入材料内部而使所测结果不准。 材料表观密度的大小与其含水情况有关。当材料含水率变化时，其重量和体积均有所变化。因此测定材料表观密度时，须同时测定其含水率，并予以注明。通常材料的表观密度是指气干状态下的表观密度。(四)、材料的堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度。0=m/v0（kg/m3）散粒材料的体积可用已标定容积的容器测得。砂子、石子的堆积密度即用此法求得。若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。由
5、于大多数材料或多或少含有一些孔隙，故一般材料的表观密度总是小于其密度。 2、材料的孔隙率和空隙率(一)孔隙率（材料的密实度和孔隙率）材料孔隙的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率大，密实度小.孔隙率是指孔隙在材料体积中所占的比例。一般孔隙率越大，材料的密度越小、强度越低、保温隔热性能越好、吸声隔热能力越高。材料孔隙率的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率小，则密实程度高。孔隙率相同的材料，它们的孔隙特征（即孔隙构造）可以不同。按孔隙的特征，材料的孔隙可分为连通孔和封闭孔两种，连通孔不仅彼此贯通且与外界相通，而封闭孔彼此不连通且与外界隔绝。按孔隙的尺寸大小，又可分为微孔、细孔及大孔三种。孔隙率的大小
6、及其孔隙特征与材料的许多重要性质，如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性和导热性等都有密切关系。一般而言，孔隙率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗渗性和抗冻性较好。 密实度孔隙率13. 填充率与空隙率 （1）. 填充率 散粒状材料在其堆积体积中，被颗粒实体体积填充的程度。可用下式表示： %100%1000000=VVD （1-7） (二)空隙率散粒材料堆积密度中，颗粒间空隙体积所占的百分率称为空隙率P0。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的密实程度。 在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制混凝土中骨料级配与计算混凝土含砂率时的重要依据。二、材料与水有关的性质(一)材料的吸
7、水性和吸湿性（简单介绍）1. 亲水性与憎水性 土木工程材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等，只有少数材料如沥青、石蜡及某些塑料等为憎水性材料。 亲水性材料：石料、砖、混凝土、木材； 憎水性材料：沥青、石蜡-防水材料 2. 吸水性：材料的吸水性用吸水率表示，有以下两种方法：1）吸水率：质量吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸收水分的质量占材料干质量的百分率。质量吸水率：材料吸水饱合时，所吸水分质量占干质量的百分率W 质=m 湿m 干/m 干100%体积吸水率：材料吸水饱和时，所吸收水分体积占干体积的百分率。W 体=m 饱m 干/Vo1/w 100%含水率：材料所含水分质量
8、占其干质量的百分率。W 含=m 含m 干/m 干100%2）体积吸水率：体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。土木工程用材料一般采用重量吸水率。材料所吸收的水分是通过开口孔隙吸入的，故开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多。材料吸水饱和时的体积吸水率，即为材料的开口孔隙率。 材料的吸水性与材料的孔隙率及孔隙特征有关。对于细微连通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。封闭的孔隙内水分不易进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不易存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。各种材料的吸水率差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5%0.7% ，混凝土的吸水率为 2%3% ，烧
9、结普通砖的吸水率为 8%20%，木材的吸水率可超过 100%。吸水率大对材料是不利的。3. 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示。材料的吸湿性随着空气湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率较大，反之则小。材料吸水后会导致其自重增大、导热性增大、强度和耐久性将产生不同程度的下降。材料干湿交替还会引起其形状尺寸的改变而影响使用。 (二)材料的耐水性材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。用软化系数表示Kr。材料被水浸湿后，强度均会有所降低。这是因为水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒间的结合力。值愈
10、小，表示材料吸水饱和后强度下降愈多，即耐水性愈差。材料的软化系数在 01 之间。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用0.85 的材料。用于受潮较轻或次要结构物的材料，其值不宜小于 0.75。(三)材料的抗渗性：用抗渗系数 K 或抗渗标号 S 表示。材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，用Ks渗透系数表示。材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。提高混凝土抗渗性的措施：是增大混凝土的密实度、改变混凝土中的孔隙结构，减小连通孔隙。 材料的抗渗性与其孔隙特征有关。细微连通的孔隙中水易渗入，故这种孔隙愈多，材料的抗渗性愈差。封闭孔隙中水不易渗入，因此封闭
11、孔隙率大的材料，其抗渗性仍然良好。开口大孔中水最易渗入，故其抗渗性最差。抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。在设计地下结构、压力管道、压力容器等结构时，均要求其所用材料具有一定的抗渗性能。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。(四)材料的抗冻性：用抗冻标号D表示。 抗冻性以试件在冻融后质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，称为抗冻等级。抗冻等级-指材料当质量损失小于5%，强度损失小于25%时所能经受的冻融循环次数。 材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。用 Fn 表示。材料受冻融破坏主要
12、是因其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9%，若材料孔隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大的冻胀应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂。随着冻融循环次数的增多，材料破坏加重。所以材料的抗冻性取决于其孔隙率、孔隙特征、充水程度和材料对结冰膨胀所产生的冻胀应力的抵抗能力。若材料的变形能力大、强度高、软化系数大，则其抗冻性较高。一般认为软化系数小于0.80的材料，其抗冻性较差。 环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁，则材料受冻融破坏愈严重。材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落，逐渐向内部深入发展。 例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40立方厘
13、米，质量为85.50克，吸水饱和后的质量为89.77克，烘干后的质量为82.30克。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率、含水率。解：密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40（1-0.24）=2.7克/立方厘米 开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-82.3）1/40=0.187 闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053 表观密度=干质量/表观体积=82.3/40（1-0.187）=2.53 含水率=水的质量/干重=（85.5-82.3）/82.3=0.039 三、材料与热有关的性质1. 导热性：材料的导热系数愈小，表示其绝热
14、性能愈好。各种材料的导热系数差别很大，大致在0.0293.5，如泡沫塑料，而大理石。工程中通常把的材料称为绝热材料。导热系数与材料内部孔隙构造有密切关系。由于密闭空气的导热系数很小（），所以，材料的孔隙率较大者其导热系数较小，但如果孔隙粗大或贯通，由于对流作用，材料的导热系数反而增高。材料受潮或受冻后，其导热系数大大提高，这是由于水和冰的导热系数比空气的导热系数大很多（分别为0.58和2.20）。因此，绝热材料应经常处于干燥状态，以利于发挥材料的绝热效能。2. 比热容、热容量 ：材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋盖）进行热工计算时的重要参数，设计时应选用导热系数较小而热容量较
15、大的土木工程筑材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。同时，导热系数也是工业窑炉热工计算和确定冷藏绝热层厚度的重要数据。3. 耐燃性和耐火性 ：耐燃性：材料在火焰或高温作用下可否燃烧的性质。 耐火性：材料在火焰或高温作用下，保持其不破坏、性能不明显下降的能力。用其耐受的时间来表示，称为耐火极限材料的力学性质一、材料的强度与等级1. 材料的强度 （1）. 抗压强度对混凝土来说，有立方体抗压强度、轴心抗压强度（棱柱体强度） 立方体抗压强度：边长为150mm的立方体在20o3oC的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天。-混凝土结构设计规范 试验方法对强度有较大的影响-“箍“的作用。 棱柱
16、体强度：150mm150mm300mm （2）. 抗拉强度： ft 钢材的重要力学指标 建筑中，钢材一般都是用来承受拉力的（梁、板中的应用）。 钢筋根据它的力学指标也分为几个等级。 （3）. 抗剪强度： fv 在钢结构的牛腿设计中经常用到。 在混凝土梁、板设计中也要用到抗剪计算，要复杂多了，涉及到混凝土及钢筋两种不同的材料。 （4）. 抗弯强度：ftm 2影响材料试验结果的因素 （1）试件的性质和大小：相同材料采用小试件测得的强度比大试件的高；加荷速度快者，强度值偏高；试件表面不平或表面涂润滑剂的，所测得强度值偏低。（2）加荷速度：加荷速度快者，强度值偏高。 （3）温度：一般温度高时，材料的强
17、度将降低，沥青混凝土尤为明显。 （4）含水状况：含有水分的材料，其强度较干燥时的低。 （5）表面状况：试件表面不平或表面涂润滑剂的，所测得强度值偏低3强度等级对于以力学性质为主要性能指标的材料，通常按其强度值的大小划分成若干等级或标号。脆性材料（混凝土、水泥等）主要以抗压强度来划分等级或标号，塑性材料（钢材等）以抗拉强度来划分。强度值和强度等级或标号不能混淆，前者是表示材料力学性质的指标，后者是根据强度值划分的级别。 4. 比强度 5、影响材料强度的因素1.组成材料及结构2.材料的孔隙率3.含水状态及温度4.试件的形状、尺寸，试验时的加荷速度与试件的表面性状。 注：强度：分为抗拉、抗压、抗弯、
18、抗剪四种强度。 对以力学性质为主要性能指标的材料，通常按强度值的大小划分成若干等级或指标；脆性材料（水泥、砼、砖、砂浆）主要以抗压强度来划分等级或标号，而塑性材料（钢筋）主要以抗拉强度来划分。 强度值和强度等级或标号不能混淆，前者是表示材料力学性质的指标，后者是根据强度值划分的级别二、材料的弹性与塑性1.弹性变形：弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。弹性模量愈大，材料愈不易变形，亦即刚度愈好。弹性模量是结构设计的重要参数2.塑性变形：料当外力取消后，弹性变形即可恢复，而塑性变形不能消失，混凝土就是这类材料的代表。三、材料的脆性与韧性土木工程材料中大部分无机非金属材料均为脆性材。脆性材料：
19、抗压强度比抗拉强度高得多。 四、材料的硬度与耐磨性1. 硬度：测定材料硬度的方法有多种，常用的有刻划法和压入法两种，不同材料其硬度的测定方法不同。钢材、木材及混凝土等材料的硬度常用压入法测。一般材料的硬度愈大，则其耐磨性愈好。工程中有时也可用硬度来间接推算材料的强。2. 耐磨性：般说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。材料的耐久性一、材料经受的环境作用1、物理作用包括环境温度、湿度的交替变化，即冷热、干湿、冻融等循环作用。2、化学作用。包括大气和环境水中的酸、碱、盐等溶液或其他有害物质对材料的侵蚀作用，以及日光等对材料的作用，使材料产生本质的变化而破坏。 3、机械作用。包括荷载的持
20、续作用或交变作用引起材料的疲劳、冲击、磨损等破坏。4、生物作用。各种材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异。例如钢材易氧化而锈蚀；无机非金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、热应力、干湿交替作用等而破坏；有机材料多因腐烂、虫蛀、老化而变质等。二、材料耐久性的测定主要有：干湿循环、冻融循环、碳化、加湿与紫外线干燥循环、盐溶液浸渍与干燥循环、化学介质浸渍等。三、提高材料耐久性的重要意义：在设计选用土木工程材料时，必须考虑材料的耐久性问题。采用耐久性良好的土木工程材料，对节约材料、保证建筑物长期正常使用、减少维修费用、延长建筑物使用寿命等，均具有十分重要的意义注：1、材料的孔隙率和孔隙特征
21、对材料的密度、吸水率、稀释率、抗渗率、抗冻率、强度及导热性等性能有何影响？孔隙率：在材料自然体积内孔隙体积所占的比例。孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙大材料的表观密度小，强度低，孔隙率和孔隙特征对材料的性质均有显著影响。材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种，连通孔隙不仅彼此贯通与外界相通，而封闭孔隙则与外界隔绝。对抗渗性的影响：微细孔隙：水分及溶液易被吸入，但不易在其中流动，渗透性最小。粗大孔隙：开口孔隙，水分易于渗透，渗透性最大。细小孔隙：介于二者之间，既易被水分充满，水分又易在其中渗透，对材料的抗渗性、抗冻性抗、侵蚀性均有极不利的影响。闭口孔隙不易被水分或溶液渗入，对材料
22、的抗渗，抗侵蚀性能的影响甚微，且对抗冻性起有利作用。对吸水性的影响：对于亲水材料，孔隙率越大，吸水性越强，但封闭孔隙水分不易进入，粗大开口的空隙不易吸满和保温，只有具有密集微细连通而开口孔隙的材料吸水率才特别大。对导热性的影响：材料的孔隙率越大，导热系数越小，但具有粗大和连通孔隙时，导热系数增大，具有封闭孔隙时，导热系数小。对强度的影响：孔隙率的增加，强度降低；孔隙率低，表观密度大，材料强度高。1：已知工地进有含水率为 5%的湿砂 500t，问实为干砂多少 t？若工地需要干砂 500t，问应进含水率为 5%的湿砂多少 t？解： W 含=m 含m 干/m 干100%=500 m 干/ m 干10
23、0%=5%则 m 干= 500/1+5%= 476 W 含=m 含m 干 /m 干100%=m 湿500/500100% =5%，则 m 湿= (1+5%)500= 525t2. 已知普通砼实验室配合比 1 2.5 4.25 0.55，1m3 砼湿重 2460Kg，中砂含水率5%，碎石含水率 1.5%。（1）求 1m3 砼实验室各种材料用量。（2）求 1m3 砼施工配合比。解：（1）由重量法知：c0g0s0w0 cp1+2.5+4.25+0.55 2460Kg 水泥量 24608.3 300Kg则：砂子量：2.5300=750kg石子量：4.25300=1275kg水 量：0.55300=16
24、5kg（2）水泥量不变，加砂、加石、减水。水泥量 300kg砂子量：（1+5%）750 788kg石子量：（1+1.5%）1275 1294kg水 量： 1655%7501.5%1275 108kg则施工配合比为 1 2.63 4.31 0.363. 已知混凝土实验室配合比为 12.344.15 0.59，每方混凝土中水泥用量为 310kg，中砂含水率 4%，卵石含水率 2%，求 500m3 混凝土中水泥、砂子、石子的用量各为多少吨？答：（1）施工配合比为：1(1+4%)2.34(1+2%) 4.15 12.434.23水灰比 为：0.592.344%4.152%W/C 0.41（2） 每 m3 的混凝土中各材料用量为：水泥：310kg ； 砂：2.43310 753kg石子：4.23310 1311kg 水：0.41310 127kg（3） 500m3 混凝土中各材料用量为：水泥：155(t) 砂 376.5(t) 石 655.5(t) 水 63.5(t)
