建筑工程材料的分類及性質(zhì)

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一、土木建筑工程材料的分類
     1.按基本成分分類
有機(jī)材料。以有機(jī)物構(gòu)成的材料，它包括天然有機(jī)材料(如木材等)，人工合成有機(jī)材料(如塑料等)。
無機(jī)材料。以無機(jī)物構(gòu)成的材料，它包括金屬材料，非金屬材料(如水泥等)。
復(fù)合材料。有機(jī)－無機(jī)復(fù)合材料(如玻璃鋼)，金屬--非金屬復(fù)合材料(如鋼纖維混凝土)。復(fù)合材料得以發(fā)展及大量應(yīng)用，其原因在于它能夠克服單一材料的弱點，發(fā)揮復(fù)合后材料的綜合優(yōu)點，滿足了當(dāng)代土木建筑工程對材料的要求。
     2.按功能分類
結(jié)構(gòu)材料。承受荷載作用的材料，如構(gòu)筑物的基礎(chǔ)、柱、梁所用的材料。
功能材料。如起圍護(hù)、防水、裝飾、保溫隔熱作用的材料等。
     3.按用途分類
建筑結(jié)構(gòu)；橋梁結(jié)構(gòu)；水工結(jié)構(gòu)；路面結(jié)構(gòu)；建筑墻體；建筑裝飾；建筑防水；建筑保溫材料等。
二、土木建筑工程材料的物理力學(xué)性質(zhì)
      ㈠材料的物理狀態(tài)參數(shù)
    1.密度。材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量用下式表示:
    密度(g/cm³，kg/m³)= 材料在干燥狀態(tài)的質(zhì)量/材料的絕對密實體積
     材料的絕對密實體積是指固體物質(zhì)所占體積，不包括孔隙在內(nèi)。密實材料如鋼材、玻璃等的體積可根據(jù)其外形尺寸求得。其它材料多或少含有孔隙，測定含孔隙材料絕對密實體積的簡單方法，是將該材料磨成細(xì)粉，干燥后用排液法測得的粉末體積，即為絕對密實體積。由于磨得越細(xì)，內(nèi)部孔隙消除得越完全，測得的體積也就越精確，一般要求細(xì)粉的粒徑至少小于0.20mm。
     2.表觀密度。即體積密度，是材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，用下式表示:
     表觀密度(kg/m3)= 材料的重量/ 材料在自然狀態(tài)下的外形體積
     測定材料自然狀態(tài)體積的方法較簡單，若材料外觀形狀規(guī)則，可直接度量外形尺寸，按幾何公式計算。若外觀形狀不規(guī)則，可用排液法求得，為了防止液體由孔隙滲入材料內(nèi)部而影響測值，應(yīng)在材料表面涂蠟。另外，材料的表觀密度與含水狀況有關(guān)。材料含水時，重量要增加，體積也會發(fā)生不同程度的變化。因此，一般測定表觀密度時，以干燥狀態(tài)為準(zhǔn)，而對含水狀態(tài)下測定的表觀密度，須注明含水情況。
     3.堆密度。也稱堆積密度，系指粉狀或粒狀材料，在堆積自然狀態(tài)下，材料的堆積體積包括材料內(nèi)部孔隙和松散材料顆粒之間的空隙在內(nèi)的體積。堆密度是材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算:
堆密度(kg/m3)= 材料的重量/材料的堆積體積
      散粒材料堆積狀態(tài)下的外觀體積，既包含了顆粒自然狀態(tài)下的體積，又包含了顆粒之間的空隙體積。散粒材料的堆積體積，常用其所填充滿的容器的標(biāo)定容積來表示。散粒材料的堆積方式是松散的，為自然堆積；也可以是搗實的，為緊密堆積。由緊密堆積測試得到的是緊密堆積密度。
      4.密實度。指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度，用下式表示:
       密實度(％)= [表觀密度/密度]*100%
      5.孔(空)隙率。指材料體積內(nèi)孔隙體積所占的比例，用下式表示:
       孔(空)隙率(％)=1-密實度
      密實度和孔隙率兩者之和為1.兩者均反映了材料的密實程度，通常用孔隙率來直接反映材料密實程度?？紫堵实拇笮Σ牧系奈锢硇再|(zhì)和力學(xué)性質(zhì)均有影響，而孔隙特征、孔隙構(gòu)造和大小對材料性能影響較大。構(gòu)造分為封閉孔隙(與外界隔絕)和連通孔隙(與外界連通)；按孔隙的尺寸大小分為粗大孔隙、細(xì)小孔隙、極細(xì)微孔隙?？紫堵市?，并有均勻分布閉合小孔的材料，建筑性能好。
      ㈡材料與水有關(guān)的性質(zhì)
     1.吸水性與吸濕性。
     ⑴吸濕性。材料在潮濕空氣中吸收水氣的能力稱為吸濕性。反之為還濕性。吸濕性的大小用含水率表示，
材料的含水率ωwc =[材料吸收空氣中的水氣后的質(zhì)量(g)-材料烘干到恒重時的質(zhì)量(g)]/ 材料烘干到恒重時的質(zhì)量(g)
     當(dāng)氣溫低、相對濕度大時，材料的含水率也大。材料的含水率與外界濕度一致時的含水率稱為平衡含水率。平衡含水率并不是不變的，隨環(huán)境中的溫度和濕度的變化而改變，當(dāng)材料的吸水達(dá)到飽和狀態(tài)時的含水率即為材料的吸水率。
     ⑵吸水性。材料與水接觸吸收水分的能力稱為吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率分質(zhì)量吸水率和體積吸水率。
     質(zhì)量吸水率ωwa=[材料吸水飽和后的質(zhì)量(g)- 材料烘干到恒重時的質(zhì)量(g)]/ 材料烘干到恒重時的質(zhì)量(g)
體積吸水率ωwa體 =[材料吸水飽和后的質(zhì)量(g)- 材料烘干到恒重時的質(zhì)量(g)]/ 干燥材料在自然狀態(tài)下的體積]/ρw
     材料吸水率的大小與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。具有細(xì)微而連通孔隙的材料吸水率大，具有封閉孔隙的材料吸水率小。當(dāng)材料有粗大的孔隙時，水分不易存留，這時吸水率也小。輕質(zhì)材料，如海綿、塑料泡沫等，可吸收水分的質(zhì)量遠(yuǎn)大于干燥材料的質(zhì)量，這種情況下， 吸水率一般要用體積吸水率表示。
      2.耐水性。材料長期在飽和水作用下不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。有孔材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，按下式計算材料的軟化系數(shù)KR:
      KR=材料在水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度fb/ 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度fg
       材料的軟化系數(shù)在0~1之間波動。因為材料吸水，水分滲入后，材料內(nèi)部顆料間的結(jié)合力減弱，軟化了材料中的不耐水成分，致使材料強(qiáng)度降低。所以材料處于同一條件時，一般而言吸水后的強(qiáng)度比干燥狀態(tài)下的強(qiáng)度低。軟化系數(shù)越小，材料吸水飽和后強(qiáng)度降低越多，耐水性越差。對重要工程及長期浸泡或潮濕環(huán)境下的材料，要求軟化系數(shù)不低于0.85~0.90。通常把軟化系數(shù)大于0.85的材料稱為耐水材料。
      3.抗凍性與抗?jié)B性。
       ⑴抗凍性。用“抗凍等級”表示。“抗凍等級”表示材料經(jīng)過規(guī)定的凍融次數(shù)，其質(zhì)量損失、強(qiáng)度降低均不低于規(guī)定值。如混凝土抗凍等級D15號是指所能承受的最大凍融次數(shù)是15次(在-15℃的溫度凍結(jié)后，再在20℃的水中融化，為一次凍融循環(huán))，這時強(qiáng)度損失率不超過25％，質(zhì)量損失不超過5％。
       ⑵抗?jié)B性。材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)，用滲透系數(shù)K表示。
    ㈢、材料的力學(xué)性質(zhì)
     1.強(qiáng)度與比強(qiáng)度
     ⑴.強(qiáng)度。是指在外力(荷載)作用下材料抵抗破壞的能力。材料在建筑物中所承受的主要有壓、拉、剪、彎、扭，因此，材料抵抗外力破壞的強(qiáng)度也分為抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、抗扭。這些都是在靜力試驗下測得的，又稱靜力強(qiáng)度.
     ⑵.比強(qiáng)度。是按單位質(zhì)量計算的材料的強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度對其表觀密度的比值，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的重要指標(biāo)。如普通混凝土C30的比強(qiáng)度(0.0125)低于Ⅱ級鋼的比強(qiáng)度(0.043)，說明這兩種材料相比混凝土顯出質(zhì)量大而強(qiáng)度低的弱點，應(yīng)向輕質(zhì)高強(qiáng)方向改進(jìn)配制技術(shù)。
      2.彈性與塑性
      ⑴彈性是指外力作用下材料產(chǎn)生變形，外力取消后變形消失，材料能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，這種變形屬可逆變形，稱為彈性變形，變形數(shù)值的大小與外力成正比。在彈性范圍內(nèi)符合虎克定律。材料的彈性模量E是衡量材料在彈性范圍內(nèi)抵抗變形能力的指標(biāo)。
     ⑵.塑性是指外力作用下材料產(chǎn)生變形，外力取消后仍保持變形后的形狀和尺寸，但不產(chǎn)生裂隙的性質(zhì)，這種變形稱為塑性變形。
實際工程中多數(shù)材料受力后變形是介于彈塑性變形之間的。當(dāng)受力不大時，主要產(chǎn)生彈性變形，受力超過一定限度，才產(chǎn)生明顯的塑性變形。如混凝土，既具有彈性變形，又具有塑性變形。
     3.材料的脆性和韌性，了解。