工程师考试复习（无机非金属材料） - 图文

空隙率是指散粒材料（如砂、石等）颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率。用公式表示如下：P′=(1-V0/V0/)×%=（1- ρ0′/ρo)×% 式中 ρo——颗粒状材料的表观密度，kg/m3； ρ0′——颗粒状材料的堆积密度，kg/m3。

散粒材料的空隙率与填充率的关系为：P′＋D′= 1。

空隙率与填充率也是相互关联的两个性质，空隙率的大小可直接反映散粒材料的颗粒之间相互填充的程度。散粒状材料，空隙率越大，则填充率越小。在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制集料级配与计算混凝土砂率的重要依据。

四、材料与水有关的性质 （一）亲水性与憎水性

材料与水接触时，根据材料是否能被水润湿，可将其分为亲水性和憎水性两类。亲水性是指材料表面能被水润湿的性质；憎水性是指材料表面不能被水润湿的性质。

当材料与水在空气中接触时，将出现图1.3所示的两种情况。在材料、水、空气三相交点处，沿水滴的表面作切线，切线与水和材料接触面所成的夹角称为润湿角（用θ表示）。当θ越小，表明材料越易被水润湿。一般认为，当θ≤90°时，，材料表面吸附水分，能被水润湿，材料表现出亲水性；当θ＞90°时，则材料表面不易吸附水分，不能被水润湿，材料表现出憎水性。

亲水性材料易被水润湿，且水能通过毛细管作用而被吸入材料内部。憎水性材料则能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水性。建筑材料大多数为亲水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、砖、木材等，只有少数材料为憎水性材料，如沥青、石蜡、某些塑料等。建筑工程中憎水性材料常被用作防水材料，或作为亲水性材料的覆面层，以提高其防水、防潮性能。 （二）吸水性与吸湿性 1.吸水性 材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。

（1）质量吸水率 材料在吸水饱和时，所吸收水分的质量占材料干质量的百分率。用公式表示如下：Wm=(m湿-m干)/m干

式中 Wm——材料的质量吸水率，%；

m湿——材料在饱和水状态下的质量，g； m干——材料在干燥状态下的质量，g。

（2）体积吸水率 材料在吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料总体积的百分率。用公式表示如下：WV==(m湿-m干)/Vo×1/ρ水

式中 WV——材料的体积吸水率，%；

Vo——干燥材料的总体积，cm3；

ρ水——水的密度，g/cm3。

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常用的建筑材料，其吸水率一般采用质量吸水率表示。对于某些轻质材料，如加气混凝土、木材等，由于其质量吸水率往往超过100%，一般采用体积吸水率表示。

材料吸水率的大小，不仅与材料的亲水性或憎水性有关，而且与材料的孔隙率和孔隙特征有关。材料所吸收的水分是通过开口孔隙吸入的。一般而言，孔隙率越大，开口孔隙越多，则材料的吸水率越大；但如果开口孔隙粗大，则不易存留水分，即使孔隙率较大，材料的吸水率也较小；另外，封闭孔隙水分不能进入，吸水率也较小。 2.吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示，用公式表示如下：W含=(m含-m干)/m干

式中 W含——材料的含水率，%；

m含——材料在吸湿状态下的质量，g； m干——材料在干燥状态下的质量，g。

材料的含水率随空气的温度、湿度变化而改变。材料既能在空气中吸收水分，又能向外界释放水分，当材料中的水分与空气的湿度达到平衡，此时的含水率就称为平衡含水率。一般情况下，材料的含水率多指平衡含水率。当材料内部孔隙吸水达到饱和时，此时材料的含水率等于吸水率。材料吸水后，会导致自重增加、保温隔热性能降低、强度和耐久性产生不同程度的下降。材料含水率的变化会引起体积的变化，影响使用。 （三）耐水性

材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料耐水性用软化系数表示，用公式表示如下：K软=?饱/?干

式中 K软——材料的软化系数；

?饱——材料在饱和水状态下的抗压强度，MPa； ?干——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。

软化系数的大小反映材料在浸水饱和后强度降低的程度。材料被水浸湿后，强度一般会有所下降，因此软化系数在0～1之间。软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。工程中将K软＞0.85的材料称为耐水性材料。对于经常位于水中或潮湿环境中的重要结构的材料，必须选用K软＞0.85耐水性材料；对于用于受潮较轻或次要结构的材料，其软化系数不宜小于0.75。 （四）抗渗性

材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。材料的抗渗性通常采用渗透系数表示。渗透系数是指一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，单位时间内透过单位面积的水量，用公式表示如下：

K=Qd/hAt

式中 K——材料的渗透系数，cm/h；

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W——透过材料试件的水量，cm3； d——材料试件的厚度，cm； A——透水面积，cm2； t——透水时间，h；

h——静水压力水头，cm。

渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的能力，渗透系数越大，则材料的抗渗性越差。

对于混凝土和砂浆，其抗渗性常采用抗渗等级表示。抗渗等级是以规定的试件，采用标准的试验方法测定试件所能承受的最大水压力来确定，以“Pn”表示，其中n为该材料所能承受的最大水压力（MPa）的10倍值。

材料抗渗性的大小，与其孔隙率和孔隙特征有关。材料中存在连通的孔隙，且孔隙率较大，水分容易渗入，故这种材料的抗渗性较差。孔隙率小的材料具有较好的抗渗性。封闭孔隙水分不能渗入，因此对于孔隙率虽然较大，但以封闭孔隙为主的材料，其抗渗性也较好。对于地下建筑、压力管道、水工构筑物等工程部位，因经常受到压力水的作用，要选择具有良好抗渗性的材料；作为防水材料，则要求其具有更高的抗渗性。

（五）抗冻性

材料在饱和水状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，且强度也不显著降低的性质，称为抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件，采用标准试验方法，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损害和剥落时所能经受的最大冻融循环次数来确定，以“Fn”表示，其中n为最大冻融循环次数。

材料经受冻融循环作用而破坏,主要是因为材料内部孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积要增大，若材料内部孔隙充满了水，则结冰产生的膨胀会对孔隙壁产生很大的应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂；随着冻融循环次数的增加，材料逐渐被破坏。

材料抗冻性的好坏，取决于材料的孔隙率、孔隙的特征、吸水饱和程度和自身的抗拉强度。材料的变形能力大，强度高，软化系数大，则抗冻性较高。一般认为，软化系数小于0.80的材料，其抗冻性较差。在寒冷地区及寒冷环境中的建筑物或构筑物，必须要考虑所选择材料的抗冻性。

五、材料与热有关的性质

为保证建筑物具有良好的室内小气候，降低建筑物的使用能耗，因此要求材料具有良好的热工性质。通常考虑的热工性质有导热性、热容量。

（一）导热性

当材料两侧存在温差时，热量将从温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料这种传导热量的能力称为导热性。材料导热性的大小用导热系数表示。导热系数是指厚度为1m的材料，当两侧温差为1K时，在1s时间内通过1m2面积的热量。用公式表示如下：λ=Qd/(T2－T1)At

式中 λ——材料的导热系数，W/（m·K）；Q——传递的热量，J；

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α——材料的厚度，m；

A——材料的传热面积，m2； t——传热时间，s；

T2－T1——材料两侧的温差，K。

材料的导热性与孔隙率大小、孔隙特征等因素有关。孔隙率较大的材料，内部空气较多，由于密闭空气的导热系数很小〔λ=0.023W/（m·K）〕，其导热性较差。但如果孔隙粗大，空气会形成对流，材料的导热性反而会增大。材料受潮以后，水分进入孔隙，水的导热系数比空气的导热系数高很多〔λ=0.58W/（m·K）〕，从而使材料的导热性大大增加；材料若受冻，水结成冰，冰的导热系数是水导热系数的4倍，为λ=2.3W/（m·K），材料的导热性将进一步增加。

建筑物要求具有良好的保温隔热性能。保温隔热性和导热性都是指材料传递热量的能力，在工程中常把1/λ称为材料的热阻，用R表示。材料的导热系数越小，其热阻越大，则材料的导热性能越差，其保温隔热性能越好。

（二）热容量

材料容纳热量的能力称为热容量，其大小用比热表示。比热是指单位质量的材料，温度每升高或降低1K时所吸收或放出的热量。用公式表示如下：C=Q/m(T2

)

－T1

式中 c——材料的比热，J/（kg·K）；

Q——材料吸收或放出的热量，J； m——材料的质量，kg；

T2－T1——材料加热或冷却前后的温差，K。

比热的大小直接反映出材料吸热或放热能力的大小。比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。不同的材料其比热不同，即使是同种材料，由于物态不同，其比热也不同。

第二部分：混凝土与砂浆

（一）普通混凝土

普通混凝土normal concrete 一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。 混凝土主要划分为两个阶段与状态：凝结硬化前的塑性状态，即新拌混凝土或混凝土拌合物；硬化之后的坚硬状态，即硬化混凝土或混凝土。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值划分，目前中国普通混凝土强度等级划分为14级：C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80。 定义，特点和分类 定义

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