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1、第一章 建筑材料的基本性质,2,第一节 材料的物理性质,第二节 材料的力学性质,第三节 材料的耐久性,返回,第一节 材料的物理性质,一、材料与质量有关的性质 材料与质量有关的性质主要是指材料的各种密度和描述其孔隙与空隙状况的指标，在这些指标的表达式中都有质量这一参数。 （一）材料的密度、表观密度和堆积密度 密度 密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。密度（）的计算公式为： 式中 材料的密度（ 或）； m材料的质量（或）；,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,v材料在绝对密实状态下的体积，即材料体积内固体物质的实体积（ 或）。 材料的质量是指材料所含物质的多少。材料在绝对密实状态下的体积
2、，是指不包括内部孔隙的材料体积。由于材料在自然状态下并非绝对密实，所以绝对密实体积一般难以直接测定，只有钢材、玻璃等材料可近似地直接测定。 表观密度 表观密度是材料在自然状态下单位体积的质量。表观密度 的计算公式为：,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,式中 材料的表观密度（ 或）； m在自然状态下材料的质量（或）； v在自然状态下材料的体积（ 或）。 在自然状态下，材料内部的孔隙可分为两类：有的孔之间相互连通，且与外界相通，称为开口孔；有的孔互相独立，不与外界相通，称为闭口孔。大多数材料在使用时，其体积指包括内部所有孔在内的体积，即自然状态下的体积（V），如砖、石材、混凝土等。有的
3、材料（如砂、石）在拌制混凝土时，因其内部的开口孔被水占据，材料体积只包括材料实体积及其闭口孔体积（以V表示）。为了区别这两种情况，常将包括所有孔隙在内的密度称为表观密度；把只包括闭口孔在内的密度称为视密度，用表示，即 视密度在计 算砂、石在混凝土中的实际体积时有实用意义。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质, 堆积密度 堆积密度是指粉块状材料在堆积状态下单位体积的质量。堆积密度的计算公式为： 式中 材料的堆积密度（）； 犿材料的质量（）； V材料的堆积体积（）。 材料的堆积体积是指散粒状材料在堆积状态下的总体外观体积。散粒状堆积材料的堆积体积既包括材料颗粒内部的孔隙，也包括颗粒间的空
4、隙。除了颗粒内孔隙的多少及其含水多少外，颗粒间空隙的大小也影响堆积体积的大小。因此，材料的堆积密度与散粒状材料在自然堆积时颗粒间空隙、颗粒内部结构、含水状态、颗粒间被压实的程度有关。材料的堆积体积常用材料填充容器的容积大小来测量。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,（二）材料的密实度与孔隙率 密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。密实度犇的计算公式为： 式中 D材料的密实度（）； V材料中固体物质的体积（ 或 ）； V在自然状态下的材料体积（包括内部孔隙体积， 或 ）； 材料的表观密度（或 ）； 材料的密度（ 或 ）。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,
5、孔隙率 孔隙率是指材料中孔隙体积所占整个体积的百分率。孔隙率犘的计算公式为： 式中 P材料的孔隙率（）。 孔隙率反映了材料内部孔隙的多少，它会直接影响材料的多种性质。孔隙率越大，则材料的表观密度、强度越小，耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐水性及耐久性越差，而保温性、吸声性、吸水性与吸湿性越强。上述性质不仅与材料的孔隙率大小有关，还与孔隙特征（如开口孔隙、闭口孔隙、球形孔隙等）有关。此外，孔隙尺寸的大小、孔隙在材料内部分布的均匀程度等，都是孔隙在材料内部的特征表现。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,在建筑工程中，计算材料的用量和构件自重，进行配料计算，确定材料堆放空间及组织运输
6、时，经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度。常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度及孔隙率见表-。 （三）材料的填充率与空隙率 对于松散颗粒状态材料（如砂、石子等），可用填充率和空隙率表示其填充的疏松致密的程度。 填充率 填充率是指散粒状材料在堆积体积内被颗粒所填充的程度。填充率 D的计算公式为： 式中 D散粒状材料在堆积状态下的填充率（）。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质, 空隙率 空隙率是指散粒状材料在堆积体积内颗粒之间的空隙体积所占的百分率。空隙率P的计算公式为： 式中 P散粒状材料在堆积状态下的空隙率（）。 空隙率考虑的是材料颗粒间的空隙，这对填充和黏结散粒材料时，研究
7、散粒状材料的空隙结构和计算胶结材料的需要量十分重要。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,二、材料与水有关的性质 水对于正常使用阶段的绝大多数建筑材料，都有不同程度的有害作用。在建筑物使用过程中，材料又不可避免地会受到外界雨、雪、地下水、冻融等的影响，因此要特别注意建筑材料与水有关的性质，包括材料的亲水性与憎水性、吸湿性与吸水性，以及材料的耐水性、抗渗性、抗冻性等。 （一）材料的亲水性与憎水性 当水与建筑材料在空气中接触时，会出现两种不同的现象。图-（）中水在材料表面易于扩展，这种与水的亲合性称为亲水性。表面与水亲合力较强的材料称为亲水性材料。 水在亲水性材料表面上的润湿边角（固、气
8、、液三态交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角）。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,与此相反，材料与水接触时，不与水亲合的性质称为憎水性。水在憎水性材料表面上呈图-（b）所示的状态，。 亲水性材料（大多数的无机硅酸盐材料和石膏、石灰等）有较多的毛细孔隙，对水有强烈的吸附作用。沥青一类的憎水性材料则对水有排斥作用，因此常用作防水材料。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,（二）材料的吸湿性与吸水性 吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的能力。吸湿性常以含水率表示，即吸入水分与干燥材料的质量比。一般来说，开口孔隙率较大的亲水性材料具有较强的吸湿性。
9、材料的含水率还受环境条件的影响，随温度和湿度的变化而改变。最终材料的含水率将与环境湿度达到平衡状态，此时的含水率称为平衡含水率。含水率犠的计算公式为： 式中 W材料的含水率（）； m材料吸湿后的质量（）； m材料在绝对干燥状态下的质量（）。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质, 吸水性 材料的吸水性是指材料在水中吸收水分达到饱和的能力，吸水性有质量吸水率和体积吸水率两种表达方式，分别用W和W表示： 式中 W质量吸水率（）； W体积吸水率（）； m材料在吸水饱和状态下的质量（）； m材料在绝对干燥状态下的质量（）； V材料所吸收水分的体积（）； 水的密度，常温下可取。,上一页,下一页,
10、返回,第一节 材料的物理性质,对于质量吸水率大于的材料（如木材等），通常采用体积吸水率；而对于其他大多数材料，经常采用质量吸水率。两种吸水率之间存在着以下关系： W W 这里的 应是材料的干燥体积密度，单位采用。影响材料的吸水性的主要因素有材料本身的化学组成、结构和构造状况，尤其是孔隙状况。一般来说，材料的亲水性越强，孔隙率越大，连通的毛细孔隙越多，其吸水率越大。不同的材料吸水率变化范围很大，花岗岩为，外墙面砖为，内墙釉面砖为，普通混凝土为。材料的吸水率越大，其吸水后强度下降越大，导热性增大，抗冻性随之下降。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,（三）材料的耐水性 材料长期在水的作用
11、下不被损坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料含水后，将会以不同方式来减弱其内部结合力，使强度产生不同程度的降低。材料的耐水性用软化系数表示为： 式中 k材料的软化系数； f材料吸水饱和状态下的抗压强度（）； f材料在干燥状态下的抗压强度（）。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,（四）材料的抗渗性 抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。地下建筑物、水工建筑物或屋面材料都需要具有足够的抗渗性，以防出现渗水、漏水现象。 抗渗性可用渗透系数表示。根据水力学的渗透定律，在一定的时间狋内，透过材料试件的水量Q与渗水面积A及材料两侧的水头差H成正比，与试件厚度d成反比，而其比例数
12、k即定义为渗透系数。 即由 可得：,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,式中 Q透过材料试件的水量（）； H水头差（）； A渗水面积（）； d试件厚度（）； t渗水时间（）； k渗透系数（）。 材料的抗渗性也可用抗渗等级 表示。即在标准试验条件下，材料的最大渗水压力（）。如抗渗等级为，表示该种材料的最大渗水压力为。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,（五）材料的抗冻性 材料在使用环境中，经受多次冻融循环而不被破坏，强度也无显著降低的性质，称为抗冻性。 材料经多次冻融循环后，表面将出现裂纹、剥落等现象，造成质量损失、强度降低。 这是由材料内部孔隙中的水分结冰时体积增大（约）
13、而对孔壁产生很大的压力（每 可达），冰融化时压力又骤然消失所致。无论是冻结还是融化过程，都会使材料冻融交界层间产生明显的压力差，并作用于孔壁而使之受损。 材料的抗冻能力大小与材料的构造特征、强度、含水程度等因素有关。一般地，密实的以及具有闭口孔的材料有较好的抗冻性；具有一定强度的材料对冰冻有一定的抵抗能力；材料含水量愈大，冰冻破坏作用愈大。此外，经受冻融循环的次数愈多，材料遭损害程度愈严重。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,材料的抗冻性试验是使材料吸水至饱和后，在条件下冻结规定时间，然后在室温的水中融化，经过规定次数的冻融循环后，测定其质量及强度损失情况来衡量材料的抗冻性。有的材
14、料，如烧结普通砖，以反复冻融次后其质量及强度损失不超过规定值即为抗冻性合格；有的材料，如混凝土用抗冻等级来表示。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,三、材料的热工性质 在建筑物中，建筑材料除需要满足强度及其他性能的要求外，还需要具有良好的热工性质，使室内维持一定的温度，为生产、工作及生活创造适宜的条件，并节约建筑物的使用能耗。建筑材料的热工性质有导热性、热容量、比热、耐燃性和耐火性等。 （一）导热性 导热性是指材料传导热量的能力。材料导热能力的大小可用导热系数 表示。导热系数的计算公式为：,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,式中 材料的导热系数（）； Q传导的热量（）；
15、 d材料厚度（）； A材料的传热面积（）； t传热的时间（）； TT材料两侧的温度差（）。 材料的导热系数大，则导热性强；反之，绝热性能强。建筑材料的导热系数差别很大， 工程上通常把（）的材料作为保温隔热材料。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质,（二）热容量与比热 热容量 热容量是指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的能力。热容量犙的计算公式为： Qcm（TT） 式中 Q材料的热容量（）； c材料的比热（）； m材料的质量（）； TT材料受热或冷却前后的温度差（）。,上一页,下一页,返回,第一节 材料的物理性质, 比热 比热犮是真正反映不同材料热容性差别的参数，它可由式导出： 比热表示质量为的材料，在温度每改变时所吸收或放出热量的
