项目2 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求（课件）- 《建筑材料》同步教学（重庆大学版）

项目1 建筑材料 主要内容 材料的密度、表观密度、吸水率、热导率等物理指标 材料的强度、塑性、硬度等力学指标 建筑材料耐久性 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 项目1 建筑材料 学习目标 掌握建筑材料的物理、力学性能指标 能够运用建筑材料的基本性质，选择合理的建筑材料 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 定义：材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。 材料是构成土木工程建筑物的物质基础。直接关系建筑物的安全性、功能性以及使用寿命和经济成本。 材料的基本性质 任务一 分析建筑材料的基本物理性质 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 (1)物理性质 包括表示材料物理状态特 征及与各种物理过程有关的性质。 (2)力学性质 指材料在力作用下,有关抵抗破坏和变形的能力的性质。 (3)耐久性 指材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 一、 与材料体积有关的几个概念 1、材料结构 1.固体（实体） 2.闭口孔隙 3.开口孔隙  固体（实体） 孔 闭口孔隙 开口孔隙 2、材料的体积 体积是材料占有的空间尺寸。 由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。 绝密体积、表观体积、堆积体积 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 定义：干材料在绝对密实状态下的体积，即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的 材料体积。 表示方法：以Ｖ表示 测定方法： 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其 绝对密实状态下，直接测其体积； 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于 0.2mm）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积 绝 密 体 积 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 定义：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。 表示方法：以Ｖ0表示。 测定方法 对形状规则的材料，直接测量； 对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量 表 观 体 积 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。 表示方法：以V’表示 测定方法： 包括了材料间的空隙体积 用既定容积的容器测定。 与堆积状态有关（同一材料） 松散堆积下的体积较大 密实堆积状态下的体积较小 堆 积 体 积 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 二、材料与质量有关的性质 根据材料所处状态的不同，材料的密度可以分为密度，表观密度和堆积密度。 （一）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：ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3 m—材料在干燥状态下的质量，g 或 kg V—材料在绝对密实状态下的体积，cm3 或m3 测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 （二）表观密度（或体积密度） 表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。 按下式计算： 式中 ρ0—材料的表观密度, g/cm3 或 kg/m3 m —在自然状态下材料的质量，g 或 kg V0—在自然状态下材料的体积，cm3 或 m3 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 在自然状态下，材料内部的孔隙有两种，即开口孔和闭口孔。 常将包括所有孔隙在内时的密度称为表观密度。 而将只包括闭口孔在内时的密度称为视密度。 视密度：适用范围及测定方法：已经是粒状的材料，如：砂、石子、水泥等,不再磨细，直接用排水法测定其体积。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 （三）堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。 式中 ρ0，—材料的堆积密度, g/cm3 或kg/m3 m —材料的质量，g 或 kg V0，—材料的堆积体积，cm3 或 m3 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 （四）密实度与孔隙率 1、密实度 定义：材料体积内被固体物质所充实的程度。用D来表示。 对于绝对密实材料， 因 ρ0 =ρ ，故密实度D =1 或 100%。对于大多数土木工程材料， 因 ρ0 〈 ρ ，故密实度D ‹ 1 或 D ‹ 100%。 ρ—密度；ρ0—材料的表观密度 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 2、孔隙率 材料的孔隙率是指材料孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P。按下式计算： V—材料的绝对密实体积，cm3 或 m3 V0—材料的表观体积，cm3 或 m3 ρ0—材料的表观密度, g/cm3 或 kg/m3 ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3 显然，D+P=1。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 模块2 建筑材料的基本性质 孔隙率反映了材料内部孔隙的多少，直接影响材料的多种性质。孔隙率越大，则材料的表观密度、强度越小，耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐久性越差，而吸水性、吸声性、保温性、吸水性与吸湿性越强。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 模块2 建筑材料的基本性质  硅藻土具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点。是一种环保新材料，具有不燃、隔音、防水、重量轻以及隔热等特点外，还有除湿、除臭、净化室内空气等作用。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 观察与讨论 某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？ A B 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 讨论： 保温层的目的是外界温度变化对住户 的影响，材料保温性能的主要描述指标为 导热系数和热容量，其中导热系数越小越 好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多 孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导 热系数较小，适于作保温层材料。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 二、材料与水有关的性质 1. 材料的亲水性与憎水性 与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。表面与水亲和力较强的材料称为亲水性材料。反之称为憎水性材料。 工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角θ愈小，表明材料愈易被水润湿。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 a、亲水性材料   90 º 亲水性  = 0 º 完全润湿 图1－1 材料润湿示意图 b、憎水性材料  > 90 º 憎水性  =18 0 º 完全不润湿 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 2. 吸湿性与吸水性 定义：材料在潮湿空气中吸收水分的能力。以含水率表示，即含水率是指材料内部所含水质量占材料干燥质量的百分数。 干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 含水率以Ｗ表示，其计算公式为： 式中 mk——材料吸湿状态下的质量（ｇ或kg） m1——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。 显然，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 2.材料的吸水性 定义：材料在水中吸收水分达到饱和的能力。用吸水率表示。 2.1 质量吸水率 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以ｗw 表示。质量吸水率ｗw 的计算公式为： 式中 m2——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg） m1——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 2.2 体积吸水率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WＶ表示。体积吸水率WＶ的计算公式为： 式中 m2——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg） m1——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。 V0— 材料在自然状态下的体积，（cm3 或 m3） ρ w— 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常温下取ρ w =1.0 g/cm3 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。 注：对于质量吸水率大于100%的材料（如木材等），通常采用体积吸水率；而对于其他材料，经常采用质量吸水率。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 （三）耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数K： 式中 K —— 材料的软化系数 f1 — 材料吸水饱和状态下的抗压强（MPa）。 f — 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa） 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将Ｋ＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 （四）抗渗性 定义：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。以渗透系数k表示。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。 如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至(或最大到)0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 （五）抗冻性 材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。 项目二 合理选择建筑材料以满足建筑物的基本要求 $$