【正文】 檢測工課件 一、材料基本性質(zhì) 掌握： 材料密度、表觀密度、堆積密度、孔隙率及空隙率等的定義、計算；材料不同受力方式的強度表達方式和計算；材料與強度等級的關(guān)系；試驗結(jié)果的影響因素；數(shù)據(jù)的處理 熟悉： 材料特征與性質(zhì)之間的關(guān)系；水、熱等對材料的影響；材料耐久性能的概念、內(nèi)容及影響因素 第一章 建筑材料的基本性質(zhì) 在建筑物中，建筑材料在各個部位起著各種不同的作用。為此，要求建筑材料具有相應(yīng)的不同性質(zhì)。如用于建筑結(jié)構(gòu)的材料要受到各種外力的作用，因而選用的材料應(yīng)具有所需要的力學(xué)性能；屋面材料應(yīng)具有絕熱、抗?jié)B性能；地面材料應(yīng) 具有耐磨性能等。為了保證建筑物的耐久性，要求在工程設(shè)計與施工中正確地選擇和合理地使用材料，因此，必須熟悉和掌握各種材料的基本性質(zhì)。 第一節(jié) 材料的物理性質(zhì) 一、材料的實際密度、表觀密度及堆積密度 實際密度 材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，稱為材料的實際密度。用公式表示為： ? =vm （ 11） 式中： ? —— 材料的密度 （ g/cm3）； m —— 材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ g）； v —— 干燥材料在絕對密實狀態(tài)下的體積（ cm3）。 絕對密實狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)本身的體積，亦稱實體積。除個別材料（如鋼材、玻璃）外絕大多數(shù)材料均含有一定的孔隙。測定有孔隙的材料密度時，須將材料磨成細粉（粒徑小于 ），經(jīng)干燥后用李氏瓶測得其實體積。材料磨得越細，測得的密度值越精確。 表觀密度 材料在 自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為材料的表觀密度。用公式表示為： 0? =0vm （ 12） 式中： 0? —— 材料的表觀密度（ g/cm3 或 kg/m3）； m —— 材料的質(zhì)量（ g 或 kg）； 0v —— 材料在自然狀態(tài)下的體積（ cm3或 m3）。 自然狀態(tài)下的體積是指包含材料內(nèi)部孔隙的表觀體積。對于外形規(guī)則的材料，其幾何體積為表觀體積；對外形不規(guī)則的材料，可用排液法測定，但材料表面應(yīng)預(yù)先涂上蠟，以防止水分滲入材料內(nèi)部而使所測結(jié)果不準。當(dāng)材料的孔隙內(nèi)含有水分時，其質(zhì)量和體積均將有所變化。故測定表觀密度時，應(yīng)注明含水情況。一般所指的表觀密度是指以干燥狀態(tài)下的測定值為準。 堆積密度 散粒（粉狀、顆?；蚶w維狀）材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度。用公式表示為： 39。0? = 39。0vm （ 13） 式中： 39。0? —— 堆積密度（ kg/m3）； m —— 材料的質(zhì)量（ kg）； 39。0v —— 在自然堆積狀態(tài)下的體積（ m3）。 散粒的體積是指既含顆粒內(nèi)部的孔隙，又含顆粒之間空隙在內(nèi)的總體積。測定散粒狀材料的堆積密度時，材料的質(zhì)量是指填充在一定容積的容 器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積。 二、材料的孔隙率與密實度 孔隙率 材料內(nèi)部孔隙體積占總體積的百分率稱為材料的孔隙率。用公式表示為： ? =00VVV? 100% （ 14） 式中： ? —— 孔隙率； 0V —— 材料的總體積； V —— 材料固體物質(zhì)的體積。 空隙率 散粒材料堆積體積中，顆粒間空隙體積所占總體積的百分率稱為空隙率。用公式表示： ? 180。= oV VoV ??? 100% （ 15） 式中： ? 180?！?空隙率； 39。0V —— 材料的總體積； V —— 材料固體物質(zhì)的體積。 空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒之間相互填充的密實程度。 在配制混凝土?xí)r，砂、石的空隙率是作為控制混凝土中骨料組配與計算混凝土含砂率時的重要依據(jù)。 密實度 固體物質(zhì)的體積占總體積的百分率稱為密實度。反映材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度。用公式表示： D =VoV 100% （ 16） 式中： D—— 密實度； 0V —— 材料的總體積； V —— 材料固體物質(zhì)的體積。 材料的孔隙率的大小直接反映材料的密實程度，孔隙率小，則密實程度高?？紫堵氏嗤牟牧希鼈兊目紫短卣骺梢圆煌?。按孔隙的特征，材料的孔隙可分為連通孔和封閉孔兩種，連通孔不僅彼此貫通且與外界相通，而封閉孔彼此不連通且與外界隔絕。按孔隙的尺寸大小，又可分為微孔、細孔與大孔三種?？紫堵实拇笮〖捌淇紫短卣髋c材料的許多重要性質(zhì)，如強度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性和導(dǎo)熱性等有密切關(guān)系。一般而言，孔隙率較小，且連通孔較少 的材料，其吸水性較小，強度較高，抗?jié)B性和抗凍性較好。 三、材料與水有關(guān)的性質(zhì) 親水性與憎水性 當(dāng)材料在空氣中與水接觸時可以發(fā)現(xiàn)，有些材料能被水潤濕，即具有親水性；有些材料則不能被水潤濕，即具有憎水性。 材料被水潤濕的程度可用潤濕角θ表示。 如圖所示。潤濕角是在材料、水和空氣三相的 交點處，沿水滴表面的切線（γ L）與水和固體的 接觸面（γ SL）之間的夾角。θ角越小，則該材 料能被水所潤濕的程度越高。一般認為，潤濕角 θ≤ 900的材料稱為親水性材料。反之，θ 900的 材料為憎水性材料。 材料具有親水性的 原因是材料與水接觸時，材料與水之間的分子親合力大于水本身分子間的內(nèi)聚力。當(dāng)材料與水之間的分子親合力小于水本身分子間的內(nèi)聚力時，材料表現(xiàn)為憎水性。水泥、混凝土、砂、磚等材料屬于親水性材料，瀝青、石蠟等屬于憎水性材料。 吸水性與吸濕性 （ 1）吸水性 材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，吸水率有質(zhì)量吸水率和體積吸水率之分。 質(zhì)量吸水率：材料吸水飽和時，其所吸收水分的質(zhì)量占材料干燥時質(zhì)量的百分率，可按下式計算： W 質(zhì) =干干濕 m mm ? 100% （ 17） 式中： W 質(zhì) —— 材料的質(zhì)量吸水率（ %）； m 濕 —— 材料吸水飽和后的質(zhì)量（ g）； 干m —— 材料烘干到恒重的質(zhì)量（ g）。 體積吸水率：材料體積內(nèi)被水充實的程度。即材料吸水飽和時，所吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，可按下式計算： W 體 =0VV水 100% （ 18） 式中： W 體 —— 材料的體積吸水率（ %）； 水V —— 材料吸水飽和時水的體積（ cm3）； 0V —— 干燥材料在自然狀態(tài)下的體積（ cm3）。 材料的吸水性不僅取決于材料本身是親水的還是憎水的，也與其孔隙率的大小和孔隙特征有關(guān)。一般說來，孔隙率越大，吸水性越強。如果材料具有細微而連通的孔隙，其吸水性就大。若是封閉孔隙，水分就難 以滲入。粗大的孔隙，水分雖然容易滲入，但僅能潤濕孔壁表面，而不易在孔隙內(nèi)留存。所以具有封閉或粗大孔隙的材料，它的吸水率往往較小。 （ 2）吸濕性 材料在潮濕的空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性大小可用含水率表示。 含水率即材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率，可按下式計算： W 含 =干干含 mmm ? 100% （ 19） 式中： W 含 —— 材料含水率（ %）； m 含 —— 材料含水時的質(zhì)量（ g）； m 干 —— 材料干燥至恒重時的質(zhì)量（ g）。 材料的吸濕性大小，除與材料本身的成分，組織構(gòu)造等因素有關(guān)外，還與周圍的濕度、溫度有關(guān)。氣溫越低，相對濕度越大，材料的吸濕性也就越大。 耐水性 材料長期在飽和水作用下，強度不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示： K 軟 =干飽ff （ 110） 式中： K 軟 —— 材料 的軟化系數(shù)； f 飽 —— 材料在水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（ MPa）； f 干 —— 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（ MPa）。 一般來說，材料被水浸濕后，強度均會有所降低。這是因為水分被組成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒間的結(jié)合力。軟化系數(shù)愈小，表示材料吸水飽和后強度下降愈多，即耐水性愈差。材料的軟化系數(shù)在 0~1 之間，通常軟化系數(shù)大于 的材料認為是耐水材料。 抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性。 材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)的意義是：一定厚度的材料，在單位壓力水頭作用下，在單位時間內(nèi)透過單位面積的水量。用公式表示為： S? =AtHQd （ 111） 式中： S? —— 材料的滲透系數(shù)（ cm/h）； Q —— 滲透水量（ cm3）； d —— 材料的厚度（ cm）； A —— 滲水面積（ cm2）： t —— 滲水時間（ h）； H —— 靜水壓力水頭（ cm）。 S? 值愈大，表示滲透材料的水量愈多，即抗?jié)B性愈差。 材料的抗?jié)B性也可用抗?jié)B等級表示?？?jié)B等級是以規(guī)定的試件，在標準試驗條件下所能承受的最大水壓力來確定，以符號“ Pn”表示，其中 n 為該材料在標準試驗條件下所能承受的最大水壓力 的十倍數(shù)，如 P4 是表示材料能承受 的水壓而不滲水。 材料的抗?jié)B性與其孔隙特征有關(guān)。細微連通的孔隙中水易滲入，故這種孔隙愈多，材料的抗?jié)B性愈差。封閉孔隙中水不易滲入，因此封閉孔隙率大的材料，其抗?jié)B性仍然良好。開口大孔中最易滲入，故其抗?jié)B性最差。 抗凍性 材料在吸水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而重量損失不大，強度也無顯著降低的性質(zhì)稱為材料的抗凍性。材料的抗凍性用抗凍等級表示?？箖龅燃壥且砸?guī)定的試件，在規(guī)定的試驗條件下，測得其強度降低和重量損失不超過規(guī)定值，此時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)，用符號“ Fn”來表示，其中 n 即為最大凍循環(huán)次數(shù)，如 F25， F50 等。 材料經(jīng)多次凍融交替作用后，表面將出現(xiàn)剝落、裂紋、產(chǎn)生質(zhì)量損失，強度也將會降低。冰凍對材料的破壞作用，是由于材料孔隙內(nèi)的水結(jié)冰時體積膨脹而引起孔壁受力破裂所致。所以，材料抗凍性的高低，取決于材料的吸水飽和程度和材料對結(jié)冰時體積膨脹所產(chǎn)生的壓力的抵抗能力。 抗凍性良好的材料，對于抵抗溫度變化、干濕交替等破壞作用的性能也較強。所以，抗凍性常作為考查材料耐久性的一個指標。處于溫暖地區(qū)的建筑物，雖無冰凍作用，但為抵抗大氣的作用，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。 四、材料的熱性質(zhì) 在建筑中，建筑材料除了須滿足必要的強度及其他性能的要求外，為了節(jié)約建筑物的使用能耗，以及為生產(chǎn)和生活創(chuàng)造適宜的條件，常要求材料具有一定的熱性質(zhì)，以維持室內(nèi)溫度。?？紤]的熱性質(zhì)有材料的導(dǎo)熱性、熱容量和熱變形性等。 導(dǎo)熱性 材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)熱能力的大中可用導(dǎo)熱系數(shù)（λ）表示。導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于厚度為 1m 的材料，當(dāng)其相對兩側(cè)表面的溫度差為 1K 時，經(jīng)單位面積（ 1m2） 單位時間（ 1S）所通過的熱量?？捎孟率奖硎荆? ? = )(12 TTAtQ?? （ 112） 式中： ? —— 導(dǎo)熱系數(shù) [W/（ m K） ]； Q —— 傳導(dǎo)的熱量（ J）； A —— 熱傳導(dǎo)面積（ m2）； ? —— 材料的厚度（ m）； T —— 熱傳導(dǎo)時間（ S）； 12 TT? —— 材料兩側(cè)溫差（ K）。 材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，絕熱性能越好。導(dǎo)熱系數(shù)與材料內(nèi)部孔隙構(gòu)造有密切關(guān)系。材料的孔隙率較大者其導(dǎo)熱系數(shù)較小，但如孔隙粗大而貫通，由于對流作用的影響，材料的導(dǎo)熱系數(shù)反而增高。材料受潮或受凍后，其導(dǎo)熱系數(shù)會大提高。這是由于水和冰的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣的導(dǎo)熱系數(shù)高很多。因此，絕熱材料應(yīng)常處于干燥狀態(tài)，以利于發(fā)揮材料的絕熱效能。 比熱容 材料加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的能力，稱為熱容量（ Q）。熱容量大小用比熱容表示。比熱容表示 1g 材料，溫度升高 1k 時所吸收的熱量，或降低 1K 時放出的熱量。材料吸收或放出的熱量和比熱容可由下式計算： )( 12 TTcmQ ?? （ 113） C = )(12 TTmQ? （ 114） 式中： Q —— 材料吸收或放出的熱量（ J）； C —— 材料的比熱容 [J/（ ） ]； m —— 材料的質(zhì)量（ g）； 12 TT? —— 材料受熱或冷卻前后的溫差（ K）。 比熱容是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物理量。不同材料的比熱容不同，即使是同一種材料，由于所處物態(tài)不同，比熱容也不同。如水與冰的比熱容就不同。 材料的比熱容，對保持建筑物內(nèi)部溫度穩(wěn)定有很大意義，比熱容大的材料，能在熱流變動或采暖設(shè)備供熱不均勻時，緩和室內(nèi)的溫度波動。 第二節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì) 材料的力學(xué)性質(zhì)是指