建筑工程材料的分類及性質

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一、土木建筑工程材料的分類
     1.按基本成分分類
有機材料。以有機物構成的材料，它包括天然有機材料(如木材等)，人工合成有機材料(如塑料等)。
無機材料。以無機物構成的材料，它包括金屬材料，非金屬材料(如水泥等)。
復合材料。有機－無機復合材料(如玻璃鋼)，金屬--非金屬復合材料(如鋼纖維混凝土)。復合材料得以發(fā)展及大量應用，其原因在于它能夠克服單一材料的弱點，發(fā)揮復合后材料的綜合優(yōu)點，滿足了當代土木建筑工程對材料的要求。
     2.按功能分類
結構材料。承受荷載作用的材料，如構筑物的基礎、柱、梁所用的材料。
功能材料。如起圍護、防水、裝飾、保溫隔熱作用的材料等。
     3.按用途分類
建筑結構；橋梁結構；水工結構；路面結構；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性質
      ㈠材料的物理狀態(tài)參數
    1.密度。材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量用下式表示:
    密度(g/cm³，kg/m³)= 材料在干燥狀態(tài)的質量/材料的絕對密實體積
     材料的絕對密實體積是指固體物質所占體積，不包括孔隙在內。密實材料如鋼材、玻璃等的體積可根據其外形尺寸求得。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，內部孔隙消除得越完全，測得的體積也就越精確，一般要求細粉的粒徑至少小于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部而影響測值，應在材料表面涂蠟。另外，材料的表觀密度與含水狀況有關。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，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部孔隙和松散材料顆粒之間的空隙在內的體積。堆密度是材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質量，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。指材料體積內被固體物質所充實的程度，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|和力學性質均有影響，而孔隙特征、孔隙構造和大小對材料性能影響較大。構造分為封閉孔隙(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、細小孔隙、極細微孔隙?？紫堵市。⒂芯鶆蚍植奸]合小孔的材料，建筑性能好。
      ㈡材料與水有關的性質
     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量(g)-材料烘干到恒重時的質量(g)]/ 材料烘干到恒重時的質量(g)
     當氣溫低、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，當材料的吸水達到飽和狀態(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。吸水率分質量吸水率和體積吸水率。
     質量吸水率ωwa=[材料吸水飽和后的質量(g)- 材料烘干到恒重時的質量(g)]/ 材料烘干到恒重時的質量(g)
體積吸水率ωwa體 =[材料吸水飽和后的質量(g)- 材料烘干到恒重時的質量(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。具有細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。當材料有粗大的孔隙時，水分不易存留，這時吸水率也小。輕質材料，如海綿、塑料泡沫等，可吸收水分的質量遠大于干燥材料的質量，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，其強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。有孔材料的耐水性用軟化系數表示，按下式計算材料的軟化系數KR:
      KR=材料在水飽和狀態(tài)下的抗壓強度fb/ 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度fg
       材料的軟化系數在0~1之間波動。因為材料吸水，水分滲入后，材料內部顆料間的結合力減弱，軟化了材料中的不耐水成分，致使材料強度降低。所以材料處于同一條件時，一般而言吸水后的強度比干燥狀態(tài)下的強度低。軟化系數越小，材料吸水飽和后強度降低越多，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，要求軟化系數不低于0.85~0.90。通常把軟化系數大于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”表示材料經過規(guī)定的凍融次數，其質量損失、強度降低均不低于規(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是15次(在-15℃的溫度凍結后，再在20℃的水中融化，為一次凍融循環(huán))，這時強度損失率不超過25％，質量損失不超過5％。
       ⑵抗?jié)B性。材料抵抗壓力水滲透的性質，用滲透系數K表示。
    ㈢、材料的力學性質
     1.強度與比強度
     ⑴.強度。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，又稱靜力強度.
     ⑵.比強度。是按單位質量計算的材料的強度，其值等于材料強度對其表觀密度的比值，是衡量材料輕質高強性能的重要指標。如普通混凝土C30的比強度(0.0125)低于Ⅱ級鋼的比強度(0.043)，說明這兩種材料相比混凝土顯出質量大而強度低的弱點，應向輕質高強方向改進配制技術。
      2.彈性與塑性
      ⑴彈性是指外力作用下材料產生變形，外力取消后變形消失，材料能完全恢復原來形狀的性質，這種變形屬可逆變形，稱為彈性變形，變形數值的大小與外力成正比。在彈性范圍內符合虎克定律。材料的彈性模量E是衡量材料在彈性范圍內抵抗變形能力的指標。
     ⑵.塑性是指外力作用下材料產生變形，外力取消后仍保持變形后的形狀和尺寸，但不產生裂隙的性質，這種變形稱為塑性變形。
實際工程中多數材料受力后變形是介于彈塑性變形之間的。當受力不大時，主要產生彈性變形，受力超過一定限度，才產生明顯的塑性變形。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。