一級建筑師《建筑材料與構(gòu)造》：建筑材料的基本性質(zhì)

一、建筑材料的物理性質(zhì)：

㈠材料的密度、表觀密度、堆積密度

1.密度：材料在絕對密度狀態(tài)下單位體積的重量。

不包括孔隙體積，測定體積時需將材料磨成細(xì)粉，干燥后用李氏瓶(排液轉(zhuǎn)換法)測定。

2.表觀密度：材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。原稱容重，也稱體積密度。

包含內(nèi)部孔隙體積，通常指氣干狀態(tài)下的表觀密度

3.堆積密度：散粒材料(粉狀或粒狀)在堆積狀態(tài)下單位體體積的質(zhì)量。

與材料內(nèi)部孔隙和顆粒之間的空隙都有關(guān)。

㈡孔隙率和空隙率

1.孔隙率：材料中孔隙體積占總體積的比例。

與空隙率相對應(yīng)的是密實度，一般孔隙率越大，強度越低。

2.空隙率：散粒材料在某堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占總體積的比例。

空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭?。在混凝土中，可作為控制砂石級配及計算混凝土砂率的依據(jù)。

㈢材料的親水性和憎水性

材料能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性，不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性，一般可按潤濕邊角的大小將材料分為親水性材料(如混凝土、木材、磚等)和憎水性材料(如瀝青、石蠟等)。

㈣材料的吸水性和吸濕性

1.吸水性：在水中能吸收水分的性質(zhì)。工程用建筑材料一般采用質(zhì)量吸水率。吸水性與材料的親水性、憎水性、孔隙率、孔隙特征有關(guān)。具有很多微小孔隙的親水性材料吸水性特別強。

2.吸濕性：材料吸收空氣中水分的性質(zhì)。常用含水率表示。

含水率隨空氣濕度和環(huán)境溫度變化而變化，與空氣濕度平衡時稱為平衡含水率。

㈤材料的耐水性：材料長期在飽和水的作用下不破壞，而且強度也不顯著降低的性質(zhì)。采用軟化系數(shù)表示。

對于經(jīng)常處于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)物的材料，軟化系數(shù)≥0.85;受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)物的材料，軟化系數(shù)≥0.75。

㈥材料的抗?jié)B性：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。一般用滲透系數(shù)k或抗?jié)B等級Pn表示，n表示最大水壓力的0.1Mpa的倍數(shù)。

抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要因素。

㈦抗凍性：材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞、強度又不明顯降低的性質(zhì)，常用抗凍等級Fn表示。Fn指材料在經(jīng)受n次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失不超過5%，強度損失不超過25%時，抗凍性合格。水工及冬季氣溫-15℃的地區(qū)的施工需要考慮。

抗凍性的高低取決于材料孔隙中被水充滿的程度和材料對因水分結(jié)冰體積膨脹所產(chǎn)生壓力的抵抗能力。

抗凍性良好的材料，對于抵抗大氣溫度變化、干濕交替等風(fēng)化作用的能力通常也較強，所以抗凍性常作為考查材料耐久性的一項指標(biāo)。處于溫暖地區(qū)的建筑物，為抵抗大氣的作用，確保建筑物的耐久性，有時對材料也提出一定的抗凍性要求。

㈧材料的導(dǎo)熱性

用導(dǎo)熱系數(shù)表示。影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素：

1.材料的組成與結(jié)構(gòu)。通常金屬材料、無機材料、晶體材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別大于非金屬材料、有機材料、非晶體材料。

2.孔隙率?？紫堵蚀?，含空氣多，則材料表觀密度小，其導(dǎo)熱系數(shù)也就小。這是由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)小的緣故。

3.孔隙特征。在同等孔隙率的情況下，細(xì)小孔隙、閉口孔隙組成的材料比粗大孔隙、開口孔隙的材料導(dǎo)熱系數(shù)小，因為前者避免了對流傳熱。

4.含水情況。當(dāng)材料含水或含冰時，材料的導(dǎo)熱系數(shù)會急劇增大。

二、建筑材料的力學(xué)性能

㈠強度：強度是材料抵抗外力破壞的能力。

強度分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度。

材料的抗彎強度與受力情況、截面形狀、支承條件等有關(guān)。

常用比強度衡量材料輕質(zhì)高強方面的屬性，值愈大，表示該材料具有愈好的輕質(zhì)高強屬性。

㈡彈性與塑性

1.彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)。這種外力去除后即可恢復(fù)的變形稱為彈性變形屬可逆變形。

彈性模量E是衡量材料抵抗變形能力的一個指標(biāo)，E愈大，材料愈不易變形。

2.材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為材料的塑性，這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形，屬不可逆變形。

3.彈-塑變：實際上純彈性材料是沒有的，大部分固體材料在受力不大時，表現(xiàn)出彈性變形，當(dāng)外力達(dá)一定值時，則呈現(xiàn)塑性變形。有的材料受力后，彈性變形和塑性變形同時發(fā)生，當(dāng)卸荷后，彈性變形會恢復(fù)，而塑性變形不能消失(如混凝土)，這類材料稱為“彈一塑”性材料。

㈢脆性與韌性

1.脆性：材料在外力作用下，無明顯變形而突然破壞的性質(zhì)。脆性材料有磚石、玻璃、混凝土等。

2.韌性：材料在沖擊或震動載荷下能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)。韌性材料有鋼材、木材等。

通常脆性材料的拉壓比很小，即抗拉強度明顯低于抗壓強度，所以脆性材料不能承受振動和沖擊荷載，只適于用作承壓構(gòu)件。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于承受動荷載(沖擊、振動等)的結(jié)構(gòu)物，所用材料應(yīng)具有較高的韌性。

㈣硬度：抵抗較硬物壓入其表面的能力。

不同材料硬度的測試方法

礦物硬度分為10個等級，最硬的10級為金剛石，最軟的1級為滑石及白堊石。

布氏硬度HB可用來表示塑料、橡膠、金屬等材料的硬度。

三、材料的化學(xué)性質(zhì)：材料與外界環(huán)境的物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的能力或保持組成及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的能力。

四、建筑材料的耐久性：材料在使用過程中抵抗周圍各種介質(zhì)的侵蝕而不破壞的性能。是一種綜合性質(zhì)，抗?jié)B性、抗凍性、抗風(fēng)化性、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、耐光性、耐磨性等均屬耐久性范圍。

五、材料的性質(zhì)與材料的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

材料的性質(zhì)除與試驗條件(如測定材料強度時試件形狀，尺寸、表面狀況、含水狀況及試驗時的溫、濕度與加荷速度等)有關(guān)外，主要是與材料本身的組成及結(jié)構(gòu)有關(guān)。

材料的組成包括化學(xué)組成及礦物組成等.化學(xué)組成是指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類與數(shù)量;礦物組成則是指構(gòu)成材料的礦物的種類(如硅酸鹽水泥熟料中的硅酸三鈣、鋁酸三鈣等礦物)和數(shù)量。

材料的組成不僅影響材料的化學(xué)性質(zhì)，也是決定材料物理、力學(xué)性質(zhì)的重要因素。

材料的結(jié)構(gòu)是決定材料性質(zhì)的極其重要的因素，包括：

①微觀結(jié)構(gòu)(如晶體、玻璃體及膠體等);

②細(xì)觀結(jié)構(gòu)(如鋼材中的鐵素體、滲碳體等基本組織);

③宏觀結(jié)構(gòu)(如孔隙率、孔隙特征、層理、紋理等)。

原子晶體：中性原子以共價鍵結(jié)合而成的晶體，如石英。

離子晶體：正負(fù)離子以離子鍵結(jié)合而成的晶體，如NaCl。

分子晶體;以范德華力即分子間力結(jié)合而成的晶體，如有機化合物。

金屬晶體：以金屬陽離子為晶格，由金屬陽離子與自由電子間的金屬鍵結(jié)合而成的晶體，如鋼鐵。

晶體具有一定的幾何外形、各向異性、有固定熔點和化學(xué)穩(wěn)定性等特點，但金屬材料如鋼材卻是各向同性的，因為鋼材由眾多細(xì)小晶粒組成，而晶粒是雜亂排布而成(晶格隨機取向)的緣故。

玻璃體特點是各向同性、導(dǎo)熱性較低、無固定熔點，其化學(xué)活性較高。

例如，高爐煉鐵熔融狀態(tài)的礦渣，經(jīng)緩慢冷卻后即得慢冷礦渣(重礦渣)，含晶體較多，為化學(xué)穩(wěn)定性材料;但熔融物若經(jīng)急冷，則質(zhì)點來不及按一定規(guī)則排列，便凝固成固體，即為?；郀t礦渣，含玻璃較多，磨細(xì)后能與水在石灰存在的條件下起水化硬化作用，因此可作為活性餛合材料使用。

膠體是由膠粒(粒徑10-9～10-7m固體粒子)分散在連續(xù)介質(zhì)中而成。膠體具有良好的吸附力與較強的粘結(jié)力;膠體脫水，膠粒凝聚，即成凝膠;凝膠完全脫水即為干凝膠，具有固體性質(zhì)。如硅酸鹽水泥完全水化后，水化硅酸鈣凝膠約占70%，其膠凝能力強，且強度較高(凝膠粒子間存在范德華力與化學(xué)結(jié)合鍵)。

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