建築材料基本性質檢測

2022-11-24 14:20:23 字數 4784 閱讀 1944

學習情景一

任務一、建築材料物理性質與檢測方法

一、教學內容

本情景主要介紹建築材料的各種基本性質,通過學習可以初步判斷材料的性質和應用場合,為以後學習各種材料、正確選擇、合理使用材料打下基礎。

二、教學目標

三、本任務需要解決的問題

1.建築材料都有哪些種類及如何分類?

2.今天用量最大、用途最廣的是什麼建築材料?

3.建築材料的地位和作用?

4、建築材料的性質有哪些?

5、基礎性質的檢測方法是什麼?

四、教學資訊單

(一)、材料的基本物理性質

1、材料的體積構成

體積是材料佔有的空間尺寸。由於材料具有不同的物理狀態,因而表現出不同的體積。

2、材料的密度、表觀密度與堆積密度

(1). 材料的密度(俗稱比重)

材料的密度是指材料在絕對密實狀態下單位體積的質量,

按下式計算:

式中:ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3

m—材料的質量,g 或 kg

v—材料的絕對密實體積,cm3 或 m3

測試時,材料必須是絕對乾燥狀態。含孔材料則必須磨細後採用排開液體的方法來測定其體積。

(2)材料的表觀密度(俗稱“容重”)

材料的表觀密度是指材料在自然狀態下單位體積的質量 。按下式計算:

式中: ρ0—材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3

m —材料的質量,g 或 kg

v0—材料的表觀體積,cm3 或 m3

表觀體積是指包括內部封閉孔隙在內的體積。其封閉孔隙的多少,孔隙中是否含有水及含水的多少,均可能影響其總質量或體積。 因此,材料的表觀密度與其內部構成狀態及含水狀態有關。

(3). 材料的堆積密度(又稱鬆散容重)

材料的堆積密度是指粉狀或粒狀材料,在堆積狀態下單位體積的質量。按下式計算:

式中: ρ0,—材料的堆積密度, g/cm3 或 kg/m3

m —材料的質量,g 或 kg

v0,—材料的堆積體積,cm3 或 m3

3、材料的孔隙率與空隙率

(1). 材料的孔隙率

材料的孔隙率是指材料中孔隙體積佔總體積的比例。按下式計算:

式中: v—材料的絕對密實體積,cm3 或 m3

v0—材料的表觀體積,cm3 或 m3

0—材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3

材料中固體體積佔總體積的比例,稱為密實度,密實度d=1-p,即材料的密實度+孔隙率=1;

材料的孔隙率的大小直接反映了材料的緻密程度。孔隙率的大小及孔隙本身的特徵(孔隙構造與大小)對材料的性質影響較大;

通常,對於同一種材質的材料,如其孔隙率在一定範圍內變化,則這種材料的強度與孔隙率有顯著的相關性,即孔隙率越大,則強度越低。

(2)材料的空隙率

材料的空隙率是散粒材料在其堆集體積中, 顆粒之間的空隙體積所佔的比例。按下式計算:

式中: ρ0—材料的表觀密度;ρ0,—材料的堆積密度

空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的緻密程度。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算含砂率的依據。

(二)材料與水有關的性質

1、材料的親水性與憎水性

與水接觸時,材料表面能被水潤溼的性質稱為親水性;材料表面不能被水潤溼的性質稱為憎水性。

建築材料大多為親水性材料,如磚、混凝土、木材等;少數材料如瀝青、石蠟等為憎水性材料。憎水性材料有較好的防水效果。

圖1-1 材料潤溼示意圖 (a)親水性材料;(b)憎水性材料

(1)如果潤溼邊角θ為零,則表示該材料完全被水所浸潤;

(2)當潤溼邊角θ≤900時,水分子之間的教聚力小於水分子與材料

分子間的相互吸引力,此種材料稱為親水性材料;

(3)當θ>900時,水分子之間的內聚力大於水分子與材料分子間的吸引力,

則材料表面不會被浸潤,此種材料稱為憎水性材料。

2、材料的吸水性與吸溼性

(1)材料在水中吸收水分的能力,稱為材料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率來表示。

質量吸水率是指材料在吸水飽和時,所吸水量佔材料在乾燥狀態下的質量百分比,並以wm 表示。質量吸水率wm 的計算公式為:

式中: m1——材料吸水飽和狀態下的質量(g或kg);

m——材料在乾燥狀態下的質量(g或kg)

影響材料吸水性的因素:

材料的吸水率與其孔隙率有關,更與其孔隙特徵有關。因為水分是通過材料的開口孔吸入並經過連通孔滲入內部的。材料內與外界連通的細微孔隙愈多,其吸水率就愈大。

對於細微連通孔隙,孔隙率愈大,則吸水率愈大,閉口孔隙水分不能進去,而開口大孔雖然水分易進入,但不能存留,只能潤溼孔壁,所以吸水率仍然較小。

各種材料的吸水率很不相同,差異很大,如花崗石的吸水率只有0. 5%~0. 7%,混凝土的吸水率2%~3%,粘土磚的吸水率達8%~20%,而木材的吸水率可超過100%。

(2). 材料的吸溼性

材料的吸溼性是指材料在潮溼空氣中吸收水分的性質。用含水率wh表示,其計算公式為:

式中:ms——材料吸溼狀態下的質量(g或kg)

mg——材料在乾燥狀態下的質量(g或kg)。

當空氣中溼度在較長時間內穩定時,材料的吸溼和乾燥過程處於平衡狀態,材料中所含水分與空氣溼度達到平衡,此時的含水率稱為平衡含水率。

3、材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞,強度也不顯著降低的性質。材料耐水性的指標用軟化係數k軟表示:

式中: k軟 —— 材料的軟化係數;

f飽—— 材料吸水飽和狀態下的抗壓強度(mpa);

f幹 —— 材料在乾燥狀態下的抗壓強度(mpa)。

k軟值愈小,表示材料吸水飽和後強度下降愈大,即耐水性愈差。材料的軟化係數 k軟在0~1之間。不同材料的kr值相差較大,如勃土k軟=0,而金屬k軟=l,工程中將 k軟》0.

85的材料,稱為耐水的材料。

在設計長期處於水中或潮溼環境中的重要結構時,必須選用k軟》0.85的建築材料。 對用於受潮較輕或次要結構物的材料,其k軟值不宜小於0. 75。

4、材料的抗滲性(不透水性)

抗滲性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的效能。用滲透係數或抗滲等級表示。

(1)滲透係數

材料的滲透係數k可通過下式計算:

式中:k——滲透係數,(cm / h);

w——滲水量, (cm3 ); a——滲水面積,(cm2 );

h——材料兩側的水壓差,(cm);d——試件厚度 (cm);

t——滲水時間 (h)。

材料的滲透係數越小,說明材料的抗滲性越強。

(2) 抗滲等級

材料的抗滲等級是指用標準方法進行透水試驗時,材料標準試件在透水前所能承受的最大靜水水壓力,並以字母s及可承受的水壓力(以0.1mpa為單位)來表示抗滲等級。如s4、s6、s8、s10…等,表示試件能承受逐步增高至0.

4mpa、0.6mpa、0.8mpa、1.

0mpa…的水壓而不滲透。

(3)影響材料抗滲性的因素

材料親水性和憎水性——通常憎水性材料其抗滲性優於親水性材料。

材料的密實度——密實度高的材料其抗滲性也較高。

材料的孔隙特徵——具有開口孔隙的材料其抗滲性較差。

5、材料的抗凍性

抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下,能經受反覆凍融迴圈作用而不破壞,強度也不顯著降低的效能。

材料吸水後,在負溫作用條件下,水在材料毛細孔內凍結成冰,體積膨脹(9%)所產生的凍脹壓力造成材料的內應力(可達100mp),會使材料遭到區域性破壞。隨著凍融迴圈的反覆,材料的破壞作用逐步加劇,這種破壞稱為凍融破壞。

抗凍性以試件在凍融後的質量損失和強度損失不超過一定限度時所能經受的凍融迴圈次數來表示,或稱為抗凍等級。

材料的抗凍等級可分為d25、d50、d100、d200等,分別表示此材料可承受25次、50次、100次、200次的凍融迴圈

影響抗凍性的因素

①.材料的密實度密實度越高則其抗凍性越好。

②.材料的孔隙特徵開口孔隙越少則其抗凍性越好。

③.材料的強度強度越高則其抗凍性越好。

④.材料的耐水性耐水性越好則其抗凍性也越好。

⑤.材料的吸水量大小吸水量越小則其抗凍性越好。

(三)材料的力學性質

材料的力學性質是指材料在外力作用下產生變形及抵抗破壞的性質。

1.材料的強度

材料的強度是材料在外力作用下抵抗破壞的能力。

根據外力作用方式的不同,材料強度有抗壓、抗拉、抗剪、抗彎(抗折)強度等。

2.彈性和塑性

材料的變形是指材料在外力作用下,由於質點間平衡位置改變,質點產生相對位移而產生形狀和體積的變化。

(1)彈性

材料在外力作用下產生變形,當外力取消後能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形(或瞬時變形)。

(2)塑性

材料在外力作用下產生變形,如果外力取消後,仍能保持變形後的形狀和尺寸,並且不產生裂縫的性質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形(或永久變形)。

3.脆性和韌性

材料外力作用下,當外力達到一定限度時,突然破壞而無明顯塑性變形的性質稱為脆性。

大部分無機非金屬材料均屬脆性材料,如天然石材,燒結普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。

脆性材料變形很小,抗衝擊或震動荷載能力差,抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時,應注意發揮這類材料的特性。

材料在衝擊、振動荷載作用下,能吸收較大的能量,同時也能產生一定的塑性變形而不破壞的性質,稱為韌性。

韌性材料塑性變形很小,抗拉、抗壓強度都較高。

4.硬度

材料的硬度是材料表面的堅硬程度,是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法,回彈法和壓入法測定材料的硬度。

刻劃法(莫氏硬度)用於天然礦物硬度的劃分,按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序,分為10個硬度等級。