1.2 材料的物理性质（课件）- 《建筑材料》同步教学（北京理工大学出版社）

1.2 材料的物理性质 1.2.1材料与质量有关的性质 材料与质量有关的性质主要是指材料的各种密度和描述其孔隙与空隙状况的指标，这些指标的表达式中都与材料的质量、体积有关。依据不同的结构状态，材料的体积可以采用不同的参数来表示：绝对密实体积V、表观体积V′(V＋闭口孔隙体积V闭)、自然体积V0(V′＋开口孔隙体积V开 ) 、堆积体积V′0(V0 ＋空隙体积 V空 ) 。 图1.1 材料的体积构成示意图 1.2 材料的物理性质 1．材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度 广义密度的概念是指物质单位体积的质量。在研究建筑材料的密度时，由于对体积的测试方法不同和实际应用的需要，根据不同的体积的内涵，可引出不同的密度概念。 1)密度 密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。用下式表达： 式中 ρ－ 材料的密度(g/cm3或kg/m3) m－ 材料的质量(g或kg ) V－ 材料在绝对密实状态下的体积(cm3或m3) 1.材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度 、材料在绝对密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积，亦称实体积。建筑材料中除钢材、玻璃、沥青等外，绝大多数材料均含有一定的孔隙。测定含孔材料的密度时，须将材料磨成细粉（粒径小于0.2mm），经干燥后用密度瓶测得其实体积，材料磨得愈细，测得的密度值愈准确。 2）表观密度 表观密度（原称容重）是指材料在自然状态下，单位体积的质量。用下式表达： 式中 ρ′— 材料的表观密度(g／cm3或kg／m3) m — 材料的质量(g或kg)； V′－ 材料的表观体积(cm3或m3)。 材料在自然状态下的体积是指材料的实体积与材料内所含全部孔隙体积之和。对于外形规则的材料，其表观密度测定很简便，只要测得材料的质量和体积（用尺量测），即可算得。不规则材料的体积可采用排水法求得，但材料表面应预先涂上蜡，以防水分渗入材料内部而使测值不准。 工程上常用的砂、石材料，其颗粒内部孔隙极少，用排水法测出的颗粒体积与其实体积基本相同，所以，砂、石的表观密度可近似地视作其密度，常称视密度。 01 材料表观密度的大小与其含水情况有关。当材料含水时，其质量增大，体积也会发生不同程度的变化。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。 02 表观密度是反映整体材料在自然状态下的物理参数，由于表观体积中包含了材料内部孔隙的体积，故一般材料的表观密度总是小干其密度。 03 3)体积密度 材料的体积密度是材料在自然状态下，单位体积的质量。用下式表达： 式中 ρ0 ­－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) 材料自然体积的测量，对于外形规则的材料，如烧结砖、砌块，可采用测量计算力法求得。对于外形不规则的散粒材料，亦可采用排水法，但材料需经涂蜡处理。根据材料在自然状态下含水情况的不同，体积密度又可分为干燥体积密度、气干体积密度(在空气中自然干燥)等几种。 4)堆积密度 材料的堆积密度（或称容装密度）是指粉状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量，用下式表达： 式中 ρ′— 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) 散粒材料在自然堆积状态下的体积，是指其既含颗粒内都的孔隙、又含颗粒之间空隙在内的总体积。材料的堆积体积可采用容积筒来量测，若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。 表1-1 常用建筑材科的密度、体积密度、堆积密废和孔隙率 以上各有关的密度指标，在建筑工程的计算构件自重、配合比设计、测算堆放场地和材料用量时各有其应用。常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度见表l—1。 2．材料的密实度和孔隙率 1)密实度 密实度是指材料内部固体物质的体积占材料总体积的百分率，用D表示： 2)孔隙率 孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，用P表示： 材料孔隙率的大小直接反映材料的密实程度，孔隙率大，则密实度小。孔隙率相同的材料，它们的孔隙特征（即孔隙构造与孔径）可以不同。按孔隙构造，材料的孔隙可分为开口孔和闭口孔两种，两者孔隙率之和等于材料的总孔隙率。按孔隙的尺寸大小，又可分为微孔、细孔及大孔三种。不同的孔隙对材料的性能影响各不相同。 工程中对需要保温隔热的建筑物或部位，要求其所用材料的孔隙率要较大。相反，对要求高强或不透水的建筑物或部位，则其所用的材料孔隙率应很小。 2．材料的密实度和孔隙率 3．材料的填充率与空隙率 1)填充率 填充率是指散粒状材料在其堆积体积中，被颗粒实体体积填充的程度，用D′表示： 2)空隙率 空隙率是指散粒材料（如砂、石子）堆积体积内，颗粒间空隙体积所占的百分率，用P′表示： 由式(1—8)和式(1—9)可直接导出 空隙率反映了散粒材料的颗粒之间的相互填充的致密程度，对于混凝土的粗、细骨料，空隙率越小，说明其颗粒大小搭配的愈合理，用其配制的混凝土愈密实，水泥也愈节约。在配制混凝士时，砂、石子的空隙率是作为控制混凝上中骨料级配与计算混凝上合砂率时的重要依据 水对于正常使用阶段的建筑材料，绝大多数都有不同程度的有害作用。但在建筑物使用过程中，材料又不可避免会受到外界雨、雪、地下水、陈融等经常的作用，建筑材料和水有关的性质，包括材料的亲水性和憎水性以及材料的吸水性、含水性、抗冻性、抗渗性等。 1.2.2 材料与水有关的性质 1．亲水性和憎水性 当材料与水接触时可以发现，有些材料能被水润湿，有些材料则不能被水润湿，前者称材料具有亲永性，后者称具有憎水性。 材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水之间的分子亲合力大于水本身分子间的内聚力所致。当材料与水接触，材料与水之间的分子亲合力小于水本身分子间的内聚力时，则材料表现为憎水性。为说明材料与水的亲和能力，我们引进润湿角的概念，如图1.2所示。 图1.2 材料的润湿示意图 1.2.2 材料与水有关的性质 在水、材料与空气的液、固、气三相交接处作液滴表面的切线，切线经过水与材料表面的夹角称为材料的润湿角，以θ表示。若润湿角θ≤90°，如图(a)所示，说明材料与水之间的作用力要大于水分子之间的作用力，故材料可被水浸润，称该种材料是亲水的。反之，当润湿角θ＞90°，如图(b)所示，说明材料与水之间的作用力要小于水分子之间的作用力，则材料不可被水浸润，称该种材料是憎水的。当θ= 0°时，表明材料完全被水润湿。 亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而被吸入材料内部。憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。憎水性材料常被用作防水材料，或用作亲永性材料的复面层，以提高其防水、防潮性能。建筑材料大多为亲水性材料，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。 感谢观看 $$