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建筑装饰材料-材料性质
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发布时间:
2020-06-28 13:41
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  建筑装饰材料-材料性质_建筑/土木_工程科技_专业资料。1 建筑材料的基本性能 本章提要 主要介绍建筑材料的基本物理性质、力 学性能、材料的耐久性以及有关参数、性能 指标和计算公式等,通过对材料基本性能的 了解与掌握,为今后的学习与实践打下一定 的基础

  1 建筑材料的基本性能 本章提要 主要介绍建筑材料的基本物理性质、力 学性能、材料的耐久性以及有关参数、性能 指标和计算公式等,通过对材料基本性能的 了解与掌握,为今后的学习与实践打下一定 的基础。 本章内容 1.1 材料的基本物理性质 1.2 材料的力学性质 1.3 材料的耐久性 1.1 材料的基本物理性质 1.1.1 材料的基本物性参数 1.1.1.1 密度 材料在绝对密实状态下(内部不含任何孔 隙),单位体积的质量称为材料的密度,以ρ表 示。其计算式为: 绝对密实状态下的体积,是指不包括材料内 部孔隙的固体物质的真实体积。 m ?? V 1.1.1.2 表观密度 表观密度是指材料在自然状态下,单位体积 所具有的质量,其计算式为: m ?0 ? V0 表观体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。 对外形规则的材料,其几何体积即为表观体积; 对外形不规则的材料,可用排水法测定。 一般所指的表观密度,是以干燥状态下的测 定值为准。 1.1.1.3 堆积密度 堆积密度(旧称松散容重),是指散状(粉 状、粒状或纤维状)材料在自然堆积状态下单位 体积(包含了颗粒内部的孔隙即颗粒之间的空隙) 所具有的质量。 其计算式为: m ?0 ? V0 常用建筑材料的基本物理参数见表1.1。 表1.1 常用建筑材料的密度、表观密度、堆积 密度和孔隙率 材料 石灰岩 花岗岩 碎石(石灰岩) 砂 普通粘土砖 密度ρ(kg/m3) 2.60 2.60~2.90 2.60 2.60 2.50~2.80 表观密度 堆积密度 ρ0(kg/m3) 1800~2600 2500~2800 __ __ 1600~1800 ρ′0(kg/m3) __ __ 1400~1700 1450~1650 __ 孔隙率(%) __ 0.5~3.0 __ __ __ 粘土空心砖 2.50 1000~1400 __ __ 续表1.1 材料 水泥 普通混凝土 木材 钢材 泡沫塑料 玻璃 密度ρ(kg/m3) 3.10 __ 1.55 7.85 __ 2.55 表观密度 ρ0(kg/m3) __ 2100~2600 400~800 7850 20~50 __ 堆积密度 ρ′0(kg/m3) 1200~1300 __ __ __ __ __ 孔隙率(%) __ 5~20 55~75 0 __ __ 1.1.1.4 密实度与孔隙率 (1) 密度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的 程度,也就是固体物质的体积占总体积的比例, 以D表示。 其计算式为: V ?0 D ? ? ?100% V0 ? (2) 孔隙率 孔隙率是指材料体积内孔隙体积占材料总体 积的百分率,以P表示。 其计算式为: V0 ? V ?0 V P? ? 1 ? ? (1 ? ) ?100% V0 V0 ? P ? D ?1 材料的总体积是由该材料的固体物质与其所 包含的孔隙所组成的。 建筑材料的许多性能如强度、吸水性、耐久 性、导热性等均与材料的孔隙有关。 孔隙按其尺寸大小又可分为微孔、细孔和大 孔。 几种常用建筑材料的孔隙率见表1.1。 1.1.1.5 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内,被 其颗粒填充的程度,以D′表示。 其计算式为: ? V ?0 D? ? ? ?100% V0? ? (2) 空隙率 空隙率是指散粒状材料在堆积体积中,颗粒 之间的空隙体积占堆积体积的百分率,以P′表示。 其计算式为: ? V0? ? V0 V0 ?0 P? ? ? 1 ? ? (1 ? ) ?100% V0? V0? ?0 填充率与空隙率的关系为: P? ? D? ? 1 空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间 相互填充的致密程度。 1.1.2 材料与水有关的性质 1.1.2.1 亲水性与憎水性 润湿是水在材料表面被吸附的过程,材料被 水润湿的程度可用润湿角θ表示,如图1.1所示。 一般认为,润湿角θ≤90°(如图1.1(a)所 示)的材料为亲水性材料。反之,θ>90°时, 表明该材料不能被水润湿,称为憎水性材料(如图 1.1(b)所示)。 图1.1 材料的润湿示意图 (a)亲水性材料;(b)憎水性材料 1.1.2.2 吸水性与吸湿性 (1) 吸水性 材料在浸水状态下吸入水分的能力称为吸水 性。吸水性的大小,以吸水率表示,有两种表示 方法:质量吸水率和体积吸水率。 ①质量吸水率 表示为: 材料吸水达饱和时,其所 吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率,可 m湿 ? m干 W质 ? ?100% m干 ②体积吸水率 是指材料体积内被水充实的 体积。即材料吸水达饱和时,所吸收水分的体积 占干燥材料自然体积的百分率,可按下式计算: V水 m湿 ? m干 1 W体 ? ?100%= ? ?100% V0 V0 ?水 质量吸水率与体积吸水率有如下的关系: W体 ? W质 ? ?0 1 ?水 ? W质 ? ?0 (2) 吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿 性。吸湿性的大小可用含水率表示。 材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率, 称为材料的含水率,可用下式计算: m含 ? m干 W含 ? ?100% m干 1.1.2.3 耐水性 材料长期在饱和水作用下而不破坏,其强度 也不显著降低的性质称为耐水性。 一般材料随着含水量的增加,会减弱其内部 的结合力,强度也会不同程度地降低。 材料的耐水性用软化系数表示,可按下式计 算: f饱 K软 ? f干 1.1.2.4 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(或 不透水性),可用渗透系数K 材料的透水性可用达西定律来描述,即在一 定时间内,透水材料试件的水量与试件的断面积 及水头差(液压)成正比,与试件的厚度成反比。 可用下式表示: h Wh W ? K At 或 K ? ?100% d Ath 渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质。 对于混凝土和砂浆材料,抗渗性常用抗渗等 级S表示。 S ? 10 H ? 1 材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特 征有关 。 1.1.2.5 抗冻性 抗冻性是材料抵抗冻融循环作用,保持其原 有性能的能力。 对结构材料,主要指保持强度的能力,并以 抗冻标号来表示。 抗冻标号是用材料在吸水饱和状态下(最不 利状态),经冻融循环作用,强度损失和质量损 失均不超过规定值时,所能抵抗的最多冻融循环 次数来表示,记作D25、D50、D100、D150等。 材料抗冻性的高低决定于材料的吸水饱和程 度和材料对结冰体积膨胀所产生的压力的抵抗能 力。 抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。 材料的强度愈高,耐水性愈好,其抗冻性愈 好。 1.1.3 材料的热工性质 1.1.3.1 导热性 材料传导热量的能力,称为导热性。材料导 热能力的大小可以用导热系数(λ)表示。 导热系数在数值上等于厚度为1m的材料,当 其相对两侧表面的温度差为1K时,经单位面积 (1m2)单位时间(1s)所通过的热量。 可用下式表示: Q? ?? At (T2 ? T1 ) 材料的导热系数除与其本身的性质、结构、 密度有关外,还与材料的含水率及环境温度等有 关。 1.1.3.2 比热容 材料加热或冷却时,吸收或放出热量的性质, 称为热容量。 热容量的大小用比热容(也称热容量系数, 简称比热)表示,比热容表示1g材料,温度升高 1K时所吸收的热量,或降低1K时放出的热量。 材料吸收或放出的热量和比热,可用下式计 算: Q ? cm(T2 ? T1 ) Q c? m(T2 ? T1 ) 比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物 理量。 常见建筑材料的热工指标见表1.2。 表1.2 材料 钢材 铜材 花岗岩 混凝土 烧结普通砖 松木 泡沫塑料 冰 58 几种典型材料的热工性质指标 导热系数(W/(m· K)) 比热容(J/(g· K)) 0.48 0.38 0.92 0.84 0.88 2.72 1.30 2.05 370 3.49 1.51 0.8 0.17~0.36 0.03 2.20 水 密闭空气 0.6 0.023 4.19 1.00 1.1.3.3 材料的保温隔热性 在建筑工程中常把1/λ称为材料的热阻,用R 表示。 导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热 性能的重要指标。材料的导热系数越小,其热阻 越大,则材料的保温隔热性能越好。 常将λ≤0.175W/(m· K)的材料称为绝热材料。 1.1.4 材料的声学性质 1.1.4.1 吸声性 声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料 的吸声性,用吸声系数α(吸收声功率与入射声功 率之比)表示。 吸声系数α越大,材料的吸声性越好。吸声系 数与声音的频率和入射方向有关。 通常使用的六个频率为125Hz、250Hz、 500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。 一般将上述6个频率的平均吸声系数α≥0.20的 材料称为吸声材料。最常用的吸声材料大多为多 孔材料。 影响材料吸声效果的主要因素有: (1) 材料的孔隙率和体积密度 (2) 材料的孔隙特征 (3) 材料的厚度 1.1.4.2 隔声性 (1) 隔空气声 透射声功率与入射声功率的比值称为声透射 系数,用τ表示,该值越大则材料的隔声性越差。 材料的隔声能力用隔声量R(R=10lg(1/τ)来 表示,单位为dB 与声透射系数τ相反,隔声量越大,材料的 隔声性能越好。 (2) 隔固体声 固体声是由于振源撞击固体材料,引起固体 材料受迫振动而发声,并向四周辐射声能。 固体声在传播过程中,声能的衰减极少。弹 性材料如地毯、木板、橡胶片等具有较高的隔固 体声的能力。 1.2 材料的力学性质 材料的力学性能,就是指材料在外力(荷载) 作用下,抵抗破坏和变形的能力。 1.2.1 材料的强度 材料因抵抗外力(荷载)作用而引起破坏的 最大能力,即为该材料的强度。其值是以材料受 力破坏时单位面积上所承受的力表示。计算式为: F f ? A 材料在建筑物上所承受的力,主要有拉力、 压力、弯曲力及剪应力等。材料抵抗上述外力破 坏的能力,分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强 度。静力强度的分类和计算公式见表1.3。 大部分建筑材料,根据极限强度的大小,可 划分为若干不同的强度等级。 材料的强度与材料本身的组成、结构和构造 等有很大关系。钢材的抗拉、抗压强度都很高, 如表1.4所示。 表1.3 强度类别 抗压强度 fc(MPa) 举例 静力强度分类 计算式 fc=F/A F—破坏荷载(N) ft=F/A 附注 抗拉强度 ft(MPa) 抗剪强度 fv(MPa) A—受荷面积(mm2) l—跨度(mm) b—断面宽度(mm) fv=F/A h—断面高度(mm) ftm=3Fl/(2bh2) 抗弯强度 ftm(MPa) 表1.4 钢材、木材和混凝土的强度比较 材料 表观密度ρ0 (kg/m3) 抗压强度fc (MPa) 比强度fc/ρ0 普通混凝土 低碳钢 松木 2400 7860 500 29.4 415 34.3(顺纹) 0.012 0.053 0.069 1.2.2 材料的弹性和塑性 材料在外力作用下产生变形,当外力取消后, 材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质, 称为弹性。 这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形, 称为弹性变形。 这种变形属于可逆变形,其数值的大小与外 力成正比。其比例系数E称为弹性模量。 在弹性变形范围内,弹性模量E为常数,其 值等于应力σ与应变ε的比值,即: ? E? ? 材料在外力作用下产生变形,但不破坏,并 且当外力停止作用后,不能自动恢复原来形状的 性质,称为塑性。这种不能消失的变形称为塑性 变形或不可恢复变形。 1.2.3 材料的脆性和韧性 在外力作用下,当外力达到一定限度后,材 料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质,称为 脆性。 在冲击、震动荷载作用下,材料能吸收较大 的能量,产生一定的变形而不致破坏的性质,称 为韧性。韧性值可用材料受荷载达到破坏时所吸 收的能量来表示,即: Ak ?k ? A 1.2.4 材料的硬度和耐磨性 硬度是材料表面抵抗其他物体压入或刻划的 能力。硬度的测定方法有刻划法和压入法。 按刻划法,材料的硬度可划分为1~10级(莫 氏硬度)。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球 压入法测定(布氏硬度HB)。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力,常用磨 损率表示: m1 ? m2 B? A 1.3 材料的耐久性 材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质 的作用,保持其原有性质的能力称为材料的耐久 性。 材料的耐久性是材料的一项综合性质,一般 包括耐水性、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老 化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性等多项性能。 破坏作用一般可分为物理作用、化学作用和 生物作用等。 ? 物理作用包括干湿交替、冻融循环、光、电、 热、温度差、湿度差等,这些都将引起材料的 ? 化学作用包括各种酸、碱、盐及其水溶液以及 ? 生物作用是指昆虫、菌类等对材料所产生的蛀 蚀、腐朽等破坏作用。



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