建筑工程材料的分类及性质

建筑工程材料的分类及性质

　　一、土木建筑工程材料的分类

　　1.按基本成分分类

　　有机材料。以有机物构成的材料，它包括天然有机材料(如木材等)，人工合成有机材料(如塑料等)。

　　无机材料。以无机物构成的材料，它包括金属材料，非金属材料(如水泥等)。

　　复合材料。有机-无机复合材料(如玻璃钢)，金属--非金属复合材料(如钢纤维混凝土)。复合材料得以发展及大量应用，其原因在于它能够克服单一材料的弱点，发挥复合后材料的综合优点，满足了当代土木建筑工程对材料的要求。

　　2.按功能分类

　　结构材料。承受荷载作用的材料，如构筑物的基础、柱、梁所用的材料。

　　功能材料。如起围护、防水、装饰、保温隔热作用的材料等。

　　3.按用途分类

　　建筑结构;桥梁结构;水工结构;路面结构;建筑墙体;建筑装饰;建筑防水;建筑保温材料等。

　　二、土木建筑工程材料的物理力学性质

　　㈠材料的物理状态参数

　　1.密度。材料在绝对密实状态下，单位体积的质量用下式表示:

　　密度(g/cm³，kg/m³)= 材料在干燥状态的质量/材料的绝对密实体积

　　材料的绝对密实体积是指固体物质所占体积，不包括孔隙在内。密实材料如钢材、玻璃等的体积可根据其外形尺寸求得。其它材料多或少含有孔隙，测定含孔隙材料绝对密实体积的简单方法，是将该材料磨成细粉，干燥后用排液法测得的粉末体积，即为绝对密实体积。由于磨得越细，内部孔隙消除得越完全，测得的体积也就越精确，一般要求细粉的粒径至少小于0.20mm。

　　2.表观密度。即体积密度，是材料在自然状态下单位体积的质量，用下式表示:

　　表观密度(kg/m3)= 材料的重量/ 材料在自然状态下的外形体积

　　测定材料自然状态体积的方法较简单，若材料外观形状规则，可直接度量外形尺寸，按几何公式计算。若外观形状不规则，可用排液法求得，为了防止液体由孔隙渗入材料内部而影响测值，应在材料表面涂蜡。另外，材料的表观密度与含水状况有关。材料含水时，重量要增加，体积也会发生不同程度的变化。因此，一般测定表观密度时，以干燥状态为准，而对含水状态下测定的表观密度，须注明含水情况。

　　3.堆密度。也称堆积密度，系指粉状或粒状材料，在堆积自然状态下，材料的堆积体积包括材料内部孔隙和松散材料颗粒之间的空隙在内的体积。堆密度是材料在自然堆积状态下单位体积的质量，按下式计算:

　　堆密度(kg/m3)= 材料的重量/材料的堆积体积

　　散粒材料堆积状态下的外观体积，既包含了颗粒自然状态下的体积，又包含了颗粒之间的空隙体积。散粒材料的堆积体积，常用其所填充满的容器的标定容积来表示。散粒材料的堆积方式是松散的，为自然堆积;也可以是捣实的，为紧密堆积。由紧密堆积测试得到的是紧密堆积密度。

　　4.密实度。指材料体积内被固体物质所充实的程度，用下式表示:

　　密实度(%)= [表观密度/密度]*100%

　　5.孔(空)隙率。指材料体积内孔隙体积所占的比例，用下式表示:

　　孔(空)隙率(%)=1-密实度

　　密实度和孔隙率两者之和为1.两者均反映了材料的密实程度，通常用孔隙率来直接反映材料密实程度。孔隙率的大小对材料的物理性质和力学性质均有影响，而孔隙特征、孔隙构造和大小对材料性能影响较大。构造分为封闭孔隙(与外界隔绝)和连通孔隙(与外界连通);按孔隙的尺寸大小分为粗大孔隙、细小孔隙、极细微孔隙。孔隙率小，并有均匀分布闭合小孔的材料，建筑性能好。

　　㈡材料与水有关的性质

　　1.吸水性与吸湿性。

　　⑴吸湿性。材料在潮湿空气中吸收水气的能力称为吸湿性。反之为还湿性。吸湿性的大小用含水率表示，

　　材料的含水率ωwc =[材料吸收空气中的水气后的质量(g)-材料烘干到恒重时的质量(g)]/ 材料烘干到恒重时的质量(g)

　　当气温低、相对湿度大时，材料的含水率也大。材料的含水率与外界湿度一致时的含水率称为平衡含水率。平衡含水率并不是不变的，随环境中的温度和湿度的变化而改变，当材料的吸水达到饱和状态时的含水率即为材料的吸水率。

　　⑵吸水性。材料与水接触吸收水分的能力称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率分质量吸水率和体积吸水率。

　　质量吸水率ωwa=[材料吸水饱和后的质量(g)- 材料烘干到恒重时的质量(g)]/ 材料烘干到恒重时的质量(g)

　　体积吸水率ωwa体 =[材料吸水饱和后的质量(g)- 材料烘干到恒重时的质量(g)]/ 干燥材料在自然状态下的体积]/ρw

　　材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙特征有关。具有细微而连通孔隙的材料吸水率大，具有封闭孔隙的材料吸水率小。当材料有粗大的孔隙时，水分不易存留，这时吸水率也小。轻质材料，如海绵、塑料泡沫等，可吸收水分的质量远大于干燥材料的质量，这种情况下， 吸水率一般要用体积吸水率表示。

　　2.耐水性。材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。有孔材料的耐水性用软化系数表示，按下式计算材料的软化系数KR:

　　KR=材料在水饱和状态下的抗压强度fb/ 材料在干燥状态下的抗压强度fg

　　材料的软化系数在0~1之间波动。因为材料吸水，水分渗入后，材料内部颗料间的结合力减弱，软化了材料中的不耐水成分，致使材料强度降低。所以材料处于同一条件时，一般而言吸水后的强度比干燥状态下的强度低。软化系数越小，材料吸水饱和后强度降低越多，耐水性越差。对重要工程及长期浸泡或潮湿环境下的材料，要求软化系数不低于0.85~0.90。通常把软化系数大于0.85的材料称为耐水材料。

　　3.抗冻性与抗渗性。

　　⑴抗冻性。用“抗冻等级”表示。“抗冻等级”表示材料经过规定的冻融次数，其质量损失、强度降低均不低于规定值。如混凝土抗冻等级D15号是指所能承受的最大冻融次数是15次(在-15℃的温度冻结后，再在20℃的水中融化，为一次冻融循环)，这时强度损失率不超过25%，质量损失不超过5%。

　　⑵抗渗性。材料抵抗压力水渗透的性质，用渗透系数K表示。

　　㈢、材料的力学性质

　　1.强度与比强度

　　⑴.强度。是指在外力(荷载)作用下材料抵抗破坏的能力。材料在建筑物中所承受的主要有压、拉、剪、弯、扭，因此，材料抵抗外力破坏的强度也分为抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗扭。这些都是在静力试验下测得的，又称静力强度.

　　⑵.比强度。是按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度对其表观密度的比值，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。如普通混凝土C30的比强度(0.0125)低于Ⅱ级钢的比强度(0.043)，说明这两种材料相比混凝土显出质量大而强度低的弱点，应向轻质高强方向改进配制技术。

　　2.弹性与塑性

　　⑴弹性是指外力作用下材料产生变形，外力取消后变形消失，材料能完全恢复原来形状的性质，这种变形属可逆变形，称为弹性变形，变形数值的大小与外力成正比。在弹性范围内符合虎克定律。材料的弹性模量E是衡量材料在弹性范围内抵抗变形能力的指标。

　　⑵.塑性是指外力作用下材料产生变形，外力取消后仍保持变形后的形状和尺寸，但不产生裂隙的性质，这种变形称为塑性变形。

　　实际工程中多数材料受力后变形是介于弹塑性变形之间的。当受力不大时，主要产生弹性变形，受力超过一定限度，才产生明显的塑性变形。如混凝土，既具有弹性变形，又具有塑性变形。

　　3.材料的脆性和韧性，了解。

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