第2章 材料的基本性质1（课件）- 《建筑材料》同步教学（中国水利水电出版社）

第2章 材料的基本性质 一、材料与质量有关的性质 材料的体积构成 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。 一、材料与质量有关的性质 绝对密实体积 干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示。 一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。 表观体积 对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。一般以 表示。 材料的自然体积 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）。一般以V0 表示。 形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。 材料的堆积体积 粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以 表示。 一、材料与质量有关的性质 （一）材料的密度 1. 密度（工程上称比重） 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——材料的质量，g 或 kg； V——材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。 2.表观密度（视密度） 材料单位表观体积的质量。按下式计算： 式中： ——体积密度， g/cm3 或 kg/m3； m ——材料的质量，g 或 kg； ——材料的表观体积，cm3 或 m3。 （一）材料的密度 6 材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表现密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及合水状态有关 （一）材料的密度 表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。 因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。 工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积 （一）材料的密度 砂表观密度ρs的测定（kg/m3） 式中： m0——砂试样的烘干质量，g； m0＝300g； m1——砂试样、水及容量瓶总质量，g; m2——水及容量瓶总质量，g。 测定瓶+砂+水的质量m1 测定瓶+水的质量m2 3.体积密度（工程称容重） 体积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——材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； m ——材料的质量，g 或 kg； V0——材料的自然体积，cm3 或 m3。 （一）材料的密度 9 材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表现密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及合水状态有关 4. 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。按下式计算： 式中：ρ0——材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3； m ——材料的质量，g 或 kg； ——材料的堆积体积，cm3 或 m3。 （一）材料的密度 （一）材料的密度 砂堆积密度的测定 将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积 （一）材料的密度 几种密度的比较 在工程中，计算材料和构件的自重、材料的用量，以及计算配料、运输台班和堆放场地时，经常要用到材料的密度、表观密度以及堆密度等数据。 比较项目 实际密度 表观密度 体积密度 堆积密度 材料状态 绝对密实 表观状态 自然状态 堆积状态 材料体积 V V0 计算公式 应用 判断材料性质 用量计算、体积计算 （二） 材料的密实度 密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下： 式中： ρ——密度； ρ0——材料的体积密度。 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%。 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。孔隙率P按下式计算： 式中：V——材料的绝对密实体积，cm3 或 m3； V0——材料的自然体积，cm3 或 m3； ρ0——材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； ρ——密度, g/cm3 或 kg/m3。 空隙率大小反映材料密实程度。 （三）孔隙率 （四）空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率 按下式计算： 式中：ρ0——材料的体积密度； ——材料的堆积密度。 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。 （四）空隙率 孔隙率与空隙率的区别 比较项目 孔隙率 空隙率 适用场合 个体材料内部 堆积材料之间 作 用 可判断材料性质 可进行材料用量计算 计算公式 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，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。 具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。 17 分子结构（是极性分子或非极性分子） 二、材料与水有关的性质 （ａ）亲水性材料 （ｂ）憎水性材料 二、材料与水有关的性质 2.材料的吸水性 材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率来表示。 （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Wm 表示。质量吸水率Wm 的计算公式为： 式中： mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。 （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:mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg——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）； ρw—— 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）。 二、材料与水有关的性质 二、材料与水有关的性质 （3）影响材料吸水性的因素 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。 （4）质量吸水率与体积吸水率之间的关系 　　　　　　　Wｖ／Wm =ρ／ρ水 材料的体积吸水率就是材料开口空隙率。 二、材料与水有关的性质 3. 材料的吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率Ｗh表示，其计算公式为： 式中：ms——材料吸湿状态下的质量（g或kg） mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。 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，其含水率称为平衡含水率。 二、材料与水有关的性质 吸水率与含水率的区别 比较项目 吸水率 含水率 适用场合 在水中吸收水分 在空气中吸收水分 表示方法 吸收水分的质量比或体积比 吸收水分的质量比 吸收水量 达到饱和 与空气中水分平衡通常小于吸水率 4. 材料的耐水性 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。材料耐水性的指标用软化系数KR表示： 式中： KR —— 材料的软化系数； fb—— 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）； fg —— 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。 二、材料与水有关的性质 二、材料与水有关的性质 软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。 一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。 二、材料与水有关的性质 软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR＞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 。 二、材料与水有关的性质 5.抗冻性 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。 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，体积膨胀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。 二、材料与水有关的性质 抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失分别不超过5%和25%时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。 材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。 二、材料与水有关的性质 影响抗冻性的因素 1.材料的密实度（孔隙率）：密实度越高则其抗冻性越好。 2.材料的孔隙特征 :开口孔隙越多则其抗冻性差。 3.材料的强度: 强度越高则其抗冻性越好。 4.材料的耐水性 : 耐水性越好则其抗冻性也越 好。 5.材料的吸水量大小: 吸水量越大则其抗冻性越差。 二、材料与水有关的性质 6.材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。 （1）渗透系数 材料的渗透系数K可通过 计算。 式中：K——渗透系数,（cm / h）; Q——渗水量， （cm3 ）； A——渗水面积,（cm2 ） H——材料两侧的水压差，（cm） d——试件厚度 （cm）； t——渗水时间（h）。 二、材料与水有关的性质 （2） 抗渗等级 对于混凝土砂浆等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0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。 二、材料与水有关的性质 （3）影响材料抗渗性的因素 材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料； 材料的密实度 ：密实度高的材料其抗渗性也较高； 材料的孔隙特征 ： 具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。 感谢聆听 $$