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1、1.2 材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.2.1 材料的親水性與憎水性當(dāng)材料與水接觸時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，有些材料能被水潤(rùn)濕，有些材料則不能被水潤(rùn)濕，前者稱(chēng)材料具有親水性，后者稱(chēng)具有憎水性。潤(rùn)濕角（a）親水性材料 90 （b）完全親水材料180 （c）憎水性材料 90 實(shí)驗(yàn)證明:w當(dāng)90時(shí)，材料表面吸附水，材料能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出親水性，這種材料稱(chēng)親水性親水性材料。w當(dāng)90時(shí)，材料表面不吸附水，此稱(chēng)憎水性憎水性材料。w當(dāng)=0時(shí)，表明材料完全被水潤(rùn)濕，稱(chēng)為鋪展。上述概念也適用于其它液體對(duì)固體的潤(rùn)濕情況，相應(yīng)稱(chēng)為親液材料和憎液材料。1.2.2 材料的吸水性與吸濕性w材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱(chēng)為吸水性吸水性。材料的吸水性

2、用吸水率吸水率表示，即式中：W-材料質(zhì)量吸水率，%；m-材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量，g;m1-材料吸水飽和狀態(tài)下質(zhì)量，吸水也可以用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積占材料自然狀態(tài)體積的百分率 封閉孔隙較多的材料，吸水率不大時(shí)通常用質(zhì)量吸水率公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)一些輕質(zhì)多孔材料，如加氣混凝土、木材等，由于質(zhì)量吸水率往往超過(guò)100%,故可用體積吸水率進(jìn)行計(jì)算。w材料的吸水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。對(duì)于細(xì)微連通孔隙，孔隙率愈大，則吸水率愈大。閉口孔隙水分不能進(jìn)去，而開(kāi)口大孔雖然水分易進(jìn)入，但不能存留，只能潤(rùn)濕孔壁，所以吸水率仍然較小。w各種材料的吸水率很不相同，差異很大，如花崗巖的吸水率只有0.50.7，

3、混凝土的吸水率為23，粘土磚的吸水率達(dá)820，而木材的吸水率可超過(guò)100 w材料在一定溫度和濕度下吸附水分的能力稱(chēng)為吸濕性吸濕性，用含水率表示，即式中：W-材料含水率，%;m含-材料含水時(shí)的質(zhì)量，g；m-材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量,g。w材料吸濕性作用一般是可逆的，材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變，當(dāng)空氣濕度較大且溫度較低時(shí)，材料的含水率就大，反之則小。w材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時(shí)的含水率，稱(chēng)為平衡含水率 1.2.3 耐水性 材料抵抗水破壞作用的性質(zhì)稱(chēng)為耐水性耐水性，用軟化系數(shù)表示，即式中：KP-材料的軟化系數(shù)；fw-材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度,MPa f -材料在干燥狀態(tài)

4、的抗壓強(qiáng)度，MPa。材料的軟化系數(shù)的范圍在01之間。w用于水中、潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)材料，必須選用軟化系數(shù)不低于0.85的材料；w用于受潮濕較輕或次要結(jié)構(gòu)的材料，則不宜小于0.700.85。w通常軟化系數(shù)大于等于0.85的材料稱(chēng)為耐水材料 1.2.4材料的抗?jié)B性w抗?jié)B性抗?jié)B性：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)，或稱(chēng)不透水性。w當(dāng)材料兩側(cè)存在不同水壓時(shí)，一切破壞因素(如腐蝕性介質(zhì))都可通過(guò)水或氣體進(jìn)入材料內(nèi)部，然后把所分解的產(chǎn)物代出材料，使材料逐漸破壞，如地下建筑、基礎(chǔ)、壓力管道、水工建筑等經(jīng)常受到壓力水或水頭差的作用，故要求所用材料具有一定的抗?jié)B性，對(duì)于各種防水材料，則要求具有更高的抗?jié)B性。w材料的抗

5、滲性通常用兩種指標(biāo)表示：滲透系數(shù)和抗?jié)B等級(jí)。w對(duì)一些抗?jié)B、防水材料，如油氈、瓦、水工瀝青混凝土等，其防水性用滲透系數(shù)表示。w滲透系數(shù)的物理意義是：在一定時(shí)間t內(nèi)，透過(guò)材料試件的水量Q，與試件的滲水面積A及水頭差成正比，與滲透距離(試件的厚度)d成反比，用公式表示為 式中K材料的滲透系數(shù),cmh；Q滲透水量,cm3；d材料的厚度,cm；A滲水面積,cm2；t滲水時(shí)間,h；H靜水壓力水頭,cm。K值愈大，表示材料滲透的水最愈多，即抗?jié)B性愈差。抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標(biāo)。w建筑工程中大量使用的砂漿、混凝土材料的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)表示。w抗?jié)B等級(jí)是指材料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下進(jìn)行透水試驗(yàn)，以規(guī)定的試件在

6、透水前所能承受的最大水壓力來(lái)確定。以符號(hào)“P”和材料透水前的最大水壓力的0.1MPa表示，如P4、P6、P8等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不滲水。用公式表示：S=10H-1 式中：S-抗?jié)B等級(jí)；H-試件開(kāi)始滲水時(shí)的壓力，MPa.1.2.5 材料的抗凍性w材料的抗凍性抗凍性:材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)。w材料的抗凍性用抗凍標(biāo)號(hào)抗凍標(biāo)號(hào)表示?？箖鰳?biāo)號(hào)是以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗(yàn)條件下，測(cè)得其強(qiáng)度降低不超過(guò)規(guī)定值，并無(wú)明顯損壞和剝落時(shí)所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)，以此作為抗凍標(biāo)號(hào)，用符號(hào)“Dn”表示，其中n ”即為最大凍融循環(huán)次數(shù)，如

7、D25、D50等。w常用的兩個(gè)參數(shù)是：質(zhì)量損失率(不超過(guò)5%)，強(qiáng)度損失率(不超過(guò)25)。w材料抗凍標(biāo)號(hào)的選擇，足根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類(lèi)、使用條件、氣候條件等來(lái)決定的。w燒結(jié)普通磚、陶瓷面磚、輕混凝土等墻體材料，一般要求其抗凍標(biāo)號(hào)為D15或D25；w用于橋梁和道路的混凝土應(yīng)為D50、D100或D200。w水工混凝土要求高達(dá)D500。w材料受凍融破壞主要原因：其孔隙中的水結(jié)冰所致。水結(jié)冰時(shí)體積增大約9，若材料孔 隙中充滿(mǎn)水，則結(jié)冰膨脹對(duì)孔壁產(chǎn)生很大應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，孔壁將產(chǎn) 生局部開(kāi)裂。隨著凍融次數(shù)的增多，材料破壞加重。所以材料的抗凍性取決于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充

8、滿(mǎn)水，即遠(yuǎn)末達(dá)飽和，具有足夠的自由空間，則即使受凍也不致產(chǎn)生很大凍脹應(yīng)力。w極細(xì)的孔隙，雖可充滿(mǎn)水，但因孔壁對(duì)水的吸附力極大，吸附在孔壁上的水其冰點(diǎn)很低，它在般負(fù)溫下不會(huì)結(jié)冰。粗大孔隙一般水分不會(huì)充滿(mǎn)其中，對(duì)冰脹破壞可起緩沖作用。閉口孔隙水分不能滲入。而毛細(xì)管孔隙既易充滿(mǎn)水分，又能結(jié)冰,故其對(duì)材料的冰凍破壞作用影響最大。材料的變形能力大、強(qiáng)度高、軟化系數(shù)大時(shí)，其抗凍性較高w另外，從外界條件來(lái)看，材料受凍融破壞的程度，與凍融溫度、結(jié)冰速度、凍融頻繁程度等因素有關(guān)。環(huán)境溫度愈低、降溫愈快、凍融愈頻繁、則 材料受凍破壞愈嚴(yán)重。w材料的凍融破壞作用是從外表面開(kāi)始產(chǎn)生剝落，逐漸向內(nèi)部深入發(fā)展?？箖鲂粤己?/p>

9、的材料，對(duì)于抵抗大氣溫度變化、干濕交替等風(fēng)化作用的能力較強(qiáng)，所以抗凍性常作為考查材料耐久性的一項(xiàng)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)寒冷地區(qū)及寒冷環(huán)境(如冷庫(kù))的建筑物時(shí)，必須要考慮材料的抗凍性。處于溫暖地區(qū)的建筑物，雖無(wú)冰凍作用，但為抵抗大氣的風(fēng)化作用，確保建筑物的耐久性，也常對(duì)材料提出定的抗凍性要求。1.3.1 材料的強(qiáng)度在外力作用下，材料抵抗破壞的能力稱(chēng)為強(qiáng)度強(qiáng)度。根據(jù)外力作用方式的不同，材料的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度（或抗折強(qiáng)度）及抗剪強(qiáng)度等形式。材料的這些強(qiáng)度是通過(guò)靜力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的，故總稱(chēng)為靜力強(qiáng)度靜力強(qiáng)度。材料的靜力強(qiáng)度是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的破壞試驗(yàn)而測(cè)得。1.3 材料的力學(xué)性質(zhì)a.壓力 b.拉力c.

10、彎曲 d.剪切混凝土路面磚抗折強(qiáng)度試驗(yàn)混凝土路面磚抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)強(qiáng)度的計(jì)算v材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度可直接由下式計(jì)算：式中 f 材料的抗壓、抗拉或抗剪強(qiáng)度，MPa；Fmax材料破壞時(shí)的最大荷載，N；A受力截面面積，mm2。w對(duì)于抗彎強(qiáng)度，有兩種計(jì)算方式。將抗彎試件放在兩支點(diǎn)上，當(dāng)外力為作用在試件中心的集中荷載，且試件截面為矩形時(shí)，抗彎強(qiáng)度（也稱(chēng)抗折強(qiáng)度）可用下式計(jì)算：式中fm抗彎強(qiáng)度，MPa；Fmax彎曲破壞時(shí)的最大荷載,N；b，h 試件橫截面的寬和高,mm。L 兩支點(diǎn)間的距離，mm。影響材料強(qiáng)度的因素1.材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造：材料的強(qiáng)度與其組成及結(jié)構(gòu)有關(guān)，即使材料的組成相同，其構(gòu)造不同，強(qiáng)

11、度也不一樣。w2.孔隙率與孔隙特征：材料的孔隙率愈 大，則強(qiáng)度愈小。對(duì)于同一品種的材料，其強(qiáng)度與孔隙率之間存在近似直線的反比關(guān)系。一般表觀密度大的材料，其強(qiáng)度也大。這些是材料的內(nèi)部因素。還與測(cè)試條件和方法等外部因素有關(guān)。w3.試件的形狀和尺寸：受壓時(shí)，立方體試件的強(qiáng)度值要高于棱柱體試件的強(qiáng)度值，相同材料采用小試件測(cè)得的強(qiáng)度較大試件高。w4.加荷速度：當(dāng)加荷速度快時(shí)，由于變形速度落后于荷載增長(zhǎng)的速度，故測(cè)得的強(qiáng)度值偏高，反之，因材料有充裕的變形時(shí)間，測(cè)得的強(qiáng)度值偏低。w5.試驗(yàn)環(huán)境的溫度、濕度：溫度高、濕度大時(shí)，試件會(huì)有體積膨脹，材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)距離加大，質(zhì)點(diǎn)間的作用力減弱，測(cè)得的強(qiáng)度值偏低。w6.

12、受力面狀態(tài)：受力面的平整度，潤(rùn)滑情況等。試件表面不平或表面涂潤(rùn)滑劑時(shí)，所測(cè)強(qiáng)度值偏低。強(qiáng)度等級(jí)：建筑材料常根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，劃分為不同的強(qiáng)度等級(jí)或標(biāo)號(hào)。如混凝土按抗壓強(qiáng)度劃分為 C10C60;水泥按抗壓和抗拉強(qiáng)度劃分為32.562.5,砂漿按抗壓強(qiáng)度劃分為M2.5M20六個(gè)等級(jí),熱軋鋼筋按屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度劃分四級(jí)。強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)的區(qū)別與聯(lián)系：區(qū)別：a.強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)的定義不同。強(qiáng)度是實(shí)測(cè)值，強(qiáng)度等級(jí)是人為規(guī)定的強(qiáng)度范圍。b.強(qiáng)度指的是材料的極限值，是唯一的，每一強(qiáng)度等級(jí)則包含一系列強(qiáng)度值。聯(lián)系：某一材料強(qiáng)度等級(jí)的確定必須以其極限強(qiáng)度值為依據(jù)。比強(qiáng)度：材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值（fc/o）

13、。用于評(píng)價(jià)材料是否輕質(zhì)高強(qiáng)。1.3.3材料的脆性或韌性w材料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)一定值時(shí)，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時(shí)無(wú)明顯的塑性變形，這種性質(zhì)稱(chēng)為脆性脆性。w材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，同時(shí)產(chǎn)生較大的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱(chēng)為韌性韌性。1.3.2 材料的變形性能w材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱(chēng)為彈性彈性，這種可恢復(fù)的變形稱(chēng)彈性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱(chēng)為材料的塑性塑性，這種不可恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形。u黏彈性：一些非晶體材料，在受力時(shí)可以同時(shí)表現(xiàn)出彈性和黏性，稱(chēng)為黏彈性或彈塑性。徐變：材料

14、在恒定應(yīng)力下，其變形隨時(shí)間而增長(zhǎng)的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛：材料在恒定應(yīng)變情況下，其應(yīng)力隨時(shí)間而減小的現(xiàn)象。1.3.4材料的硬度與耐磨性硬度：材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力 莫氏硬度（10級(jí)）石材 肖氏硬度 石材 布氏硬度（HB）鋼材維氏硬度和韋氏硬度:鋁合金耐磨性：材料表面抵抗磨損的能力。耐磨性通常以磨損前后單位表面的質(zhì)量損失，即磨耗率Kw來(lái)表示：m0 試件磨損前的質(zhì)量，g;m1 -試件磨損后的質(zhì)量，g;A 試件受磨損的面積,cm2。1.4材料的熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)及耐久性、裝飾性1.4.1 材料的熱物理性質(zhì)導(dǎo)熱性：材料傳遞熱量的性質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性，以導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)表示，即 式中：材料的導(dǎo)

15、熱系數(shù)，w/（mK）；Q 總傳熱量，J；a 材料厚度，m；A 熱傳導(dǎo)面積，m2；Z 熱傳導(dǎo)時(shí)間，h；T2-T1材料兩側(cè)溫度差，K。w材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈大，起傳導(dǎo)的熱量就愈多。w影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素有材料的物質(zhì)構(gòu)成、微觀結(jié)構(gòu)、孔隙構(gòu)造、濕度、溫度和熱流方向等。傳熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)與材料厚度的比，定義式如下：K材料的傳熱系數(shù)，W/(m2.K)D材料層的厚度，m。材料的熱容量 w熱容量熱容量是指材料受熱時(shí)吸收熱量和冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，用比熱容比熱容表示，即式中C 材料的比熱容，kJ(kgK)。Q 材料的熱容量，kJ；m 材料的重量，kg；t1-t2 材料受熱或冷卻前后的溫度差，K；材料比熱比熱的

16、物理意義是指1kg重的材料，在溫度每改變1K時(shí)所吸收或放出的熱量。w材料中熱容量最大的是水，為C=4.19 J(kgK).1.4.2 材料的聲學(xué)性質(zhì)w吸聲性 聲能穿透材料和被材料消耗的性質(zhì)稱(chēng)為材料的吸吸聲性聲性，評(píng)價(jià)指標(biāo)為吸聲系數(shù)。w影響材料的吸聲效果因素有：材料的表觀密度材料的孔隙構(gòu)造材料的厚度等w隔聲性:隔空氣聲 隔固體聲 1.4.3 材料的光學(xué)性質(zhì)w光是一種電磁波,材料的光學(xué)性能是指材料對(duì)電磁波輻射、特別是對(duì)可見(jiàn)光的反應(yīng)，主要是用材料對(duì)電磁波的吸收，反射和透射特性來(lái)衡量。w例如當(dāng)一束強(qiáng)度為I的光入射到玻璃中時(shí)，在材料的表面會(huì)發(fā)生光的反射，另外光也會(huì)透過(guò)玻璃，常常透過(guò)的光的強(qiáng)度小于入射強(qiáng)度

17、，這往往是由于玻璃會(huì)吸收一部分光。1.4.4 材料的耐久性w耐久性耐久性:材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，能保持其原有性能而不變質(zhì)、不破壞的性質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)之為，它是一種復(fù)雜的、綜合的性質(zhì),包括材料的抗凍性、耐熱性、大氣穩(wěn)定性和耐腐蝕性等。w材料在使用過(guò)程中，除受到各種外力作用外，還要受到環(huán)境中各種自然因素的破壞作用，這些破壞作用可分為物理作用、化學(xué)作用和生物作用。w物理作用主要有干濕交替、溫度變化、凍融循環(huán)等等，這些變化會(huì)使材料體積產(chǎn)生膨脹或收縮,或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展，長(zhǎng)久作用后會(huì)使材料產(chǎn)生破壞w化學(xué)作用主要是指材料受到酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液或有害氣體的侵蝕作用，使材料的組成成分發(fā)生質(zhì)的變化，而引起材料的

18、破壞。如鋼材的銹蝕等等。w生物作用主要是指材料受到蟲(chóng)蛀或菌類(lèi)的腐朽作用而產(chǎn)生的破壞。如木材等一類(lèi)的有機(jī)質(zhì)材料，常會(huì)受到這種破壞作用的影響。1.4.5 材料的裝飾性對(duì)裝飾材料的要求：材料的顏色、光澤、透明性花紋圖案、形狀、尺寸質(zhì)感一、材料的組成 1、化學(xué)組成：化學(xué)成分 2、礦物組成：礦物是具有一定化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征的單質(zhì)或化合物1.5 材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造對(duì)材料性質(zhì)的影響（一）微觀結(jié)構(gòu)：利用電子顯微鏡等觀測(cè)到的結(jié)構(gòu) 1、晶體：按一定規(guī)律在空間重復(fù)排列的固體，具有特定的幾何外形和固定的熔點(diǎn)。2、非晶體：質(zhì)點(diǎn)不按規(guī)律排列的固體，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)和幾何外形。3、膠體：物體以極小的質(zhì)點(diǎn)作為分散相，分散于連續(xù)相（氣、水或溶劑）中所形成的體系。二、材料的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（二）顯微結(jié)構(gòu)w由光學(xué)顯微鏡所看到的微米級(jí)的組織結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)亞微觀結(jié)構(gòu)。主要研究材料內(nèi)部的晶粒、顆粒等的大小和形態(tài)、晶界或界面，孔隙與微裂紋的大小、形狀及分布。（三）宏觀結(jié)構(gòu)w用肉眼或放大鏡即可分辨的毫米級(jí)以上的組織，又稱(chēng)構(gòu)造。該結(jié)構(gòu)主要研究材料中的大孔隙、裂紋、不同材料的組合與復(fù)合方式，各組成材料的分布等。三、結(jié)構(gòu)中的孔隙與材料性質(zhì)的關(guān)系w1、孔隙的分類(lèi) 按大小分：粗大孔、微細(xì)孔、毛細(xì)孔等。按形狀分：球形孔、片狀孔、管狀孔等。按透水情況：開(kāi)口孔、封閉孔2、材料內(nèi)部孔隙的來(lái)源與產(chǎn)生3、孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響