第2章-建筑材料的基本性质

1、12021/3/26 第第2 2章章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质 22021/3/26 建筑材料是建筑工程的建筑材料是建筑工程的物质基础物质基础。建筑物中。建筑物中不同不同构件构件对材料的对材料的要求不同要求不同。例如。例如: 结构材料结构材料应具有良好的力学性能应具有良好的力学性能;屋面材料屋面材料应能防水、应能防水、保温保温;地面材料地面材料应耐磨应耐磨;墙体材料墙体材料应能抗冻、隔声、节能应能抗冻、隔声、节能;基础材料基础材料不但要不但要能承受建筑物的能承受建筑物的全部荷载全部荷载,还要还要能够承受能够承受冰冻冰冻和和地下水侵蚀地下水侵蚀等。等。 此外此外,有些材料在长期使用中

2、有些材料在长期使用中,还会因还会因热胀冷缩热胀冷缩、干干湿变化湿变化、交替冻融交替冻融以及以及化学侵蚀化学侵蚀等而遭受破坏。等而遭受破坏。 建筑材料的基本性质主要包括建筑材料的基本性质主要包括物理性质物理性质、化学性化学性质质、力学性质力学性质和和耐久性质耐久性质。32021/3/262.1 建筑材料的组成和结构建筑材料的组成和结构2.1.1 材料的组成材料的组成 包括材料的包括材料的化学组成、矿物组成化学组成、矿物组成和和相组成相组成。1. 1. 化学组成化学组成 指构成材料的化学元素及化合物的种类、数量。指构成材料的化学元素及化合物的种类、数量。 化学组成既影响材料的化学组成既影响材料的物

3、理力学性质物理力学性质,也影响其也影响其抵外界侵蚀作用的化学稳定性。抵外界侵蚀作用的化学稳定性。 例如例如:建筑钢材建筑钢材由生铁冶炼而成由生铁冶炼而成,炼钢时加入炼钢时加入适量适量Cr、Ni元素元素,可以提高钢材的可以提高钢材的防锈能力防锈能力。 材料性质决定于材料的组成和结构。因此要了解材材料性质决定于材料的组成和结构。因此要了解材料性质必先了解材料的组成和结构。料性质必先了解材料的组成和结构。42021/3/262. 2. 矿物组成矿物组成 矿物组成矿物组成指化学元素组成相同指化学元素组成相同,分子组成形式各异的分子组成形式各异的现象。现象。 材料的矿物组成是在其化学组成确定的条件下材料

4、的矿物组成是在其化学组成确定的条件下,决决定材料性质的主要因素。定材料性质的主要因素。 例如例如, ,硅酸盐水泥硅酸盐水泥的主要化学组成都是的主要化学组成都是CaO、SiO2等等,但形成的矿物熟料有硅酸三钙（但形成的矿物熟料有硅酸三钙（3CaOSiO2）和硅酸）和硅酸二钙（二钙（2CaOSiO2）之分）之分,前者强度增长快、放热量大前者强度增长快、放热量大,后后者则反之。又如者则反之。又如,黏土和由其烧结而成的陶瓷黏土和由其烧结而成的陶瓷,其化学组其化学组成都是成都是SiO2和和Al2O3,但黏土在焙烧中因有但黏土在焙烧中因有3SiO2Al2O生生成成,使陶瓷具有比黏土更高的强度和硬度等特性。

5、使陶瓷具有比黏土更高的强度和硬度等特性。52021/3/263. 3. 相组成相组成 物质通常是以物质通常是以固固、液液和和气气三种形态存在。分别被称三种形态存在。分别被称为为固相固相、液相液相和和气相气相。 自然状态下自然状态下,多数建筑材料都是由多数建筑材料都是由固相、液相、气固相、液相、气相相组成的组成的三相体系。三相体系。如如新拌混凝土新拌混凝土中的砂子、石子和水中的砂子、石子和水泥颗粒为泥颗粒为固相固相,水为水为液相液相,其中的气泡属其中的气泡属气相气相。 极少数建筑材料为极少数建筑材料为单相单相或或两相两相体系。体系。例如例如钢材钢材为为固相固相构成的构成的单相体系单相体系;胶水胶

6、水为为液相液相构成的构成的单相体系单相体系,聚苯聚苯板板是由是由固相固相和和气相气相构成的构成的两相体系两相体系。 62021/3/262.1.2 材料的结构材料的结构 材料结构材料结构是指从宏观可见直至分子、原子水平各是指从宏观可见直至分子、原子水平各层次的构造状况。一般可分为层次的构造状况。一般可分为宏观结构、细观结构宏观结构、细观结构和和微观结构微观结构三个层次三个层次 。1.1.宏观结构宏观结构 材料的材料的宏观结构宏观结构指用肉眼或放大镜能够分辨到的结指用肉眼或放大镜能够分辨到的结构。建筑材料的宏观结构构。建筑材料的宏观结构, ,可按可按孔隙尺寸孔隙尺寸和和构成形态构成形态来来分类。

7、分类。72021/3/26（1 1）按孔隙尺寸分）按孔隙尺寸分 致密结构致密结构 指指无无宏观孔隙宏观孔隙的结构。的结构。如如钢材、塑料等。钢材、塑料等。 结构密实、强度高、硬度大结构密实、强度高、硬度大,常作常作结构材料结构材料。 微孔结构微孔结构 指指具具微细孔隙微细孔隙的结构。的结构。如如石膏制品、烧黏土制品等。石膏制品、烧黏土制品等。 孔隙多而小孔隙多而小,密度和导热系数较小密度和导热系数较小,隔音吸声性能好隔音吸声性能好,常作常作吸音隔声材料吸音隔声材料。 多孔结构多孔结构 指指具具粗大孔隙粗大孔隙的结构。的结构。如如加气混凝土、泡沫混凝土等。加气混凝土、泡沫混凝土等。 孔隙多、孔径

8、较大、质地轻、保温性能好孔隙多、孔径较大、质地轻、保温性能好,主要用主要用作作绝热材料绝热材料。82021/3/26 （2 2）按构成形态分按构成形态分 聚集结构聚集结构 指由指由填充性集料填充性集料与与胶凝材料胶凝材料胶结成的结构。胶结成的结构。 如如水泥混凝土、砂浆、塑料等。其性质取决于集料和水泥混凝土、砂浆、塑料等。其性质取决于集料和胶凝材料的性质及其结合程度。胶凝材料的性质及其结合程度。 纤维结构纤维结构 指由指由纤维状物质纤维状物质构成的材料结构。构成的材料结构。 如如木材、玻璃纤维、矿棉等。其性质与纤维的排列秩木材、玻璃纤维、矿棉等。其性质与纤维的排列秩序、疏密程度有关。序、疏密程

9、度有关。92021/3/26 层状结构层状结构 指指天然形成天然形成或由或由人工人工将材料将材料黏结迭合黏结迭合为为层状层状的材料结的材料结构。构。 如如复合木地板、胶合板、纸面石膏板等。其性质与叠复合木地板、胶合板、纸面石膏板等。其性质与叠合材料性质及胶合程度有关。合材料性质及胶合程度有关。 各层材料间可以各层材料间可以性质互补性质互补,增强了整体材料的性质。增强了整体材料的性质。 散粒结构散粒结构 指指松散颗粒状松散颗粒状结构结构。 砂砂是是散粒结构散粒结构的典型代表的典型代表,其其颗粒形状颗粒形状、粗细程度粗细程度、级配情况级配情况对其对其品质品质有直接影响。有直接影响。102021/3

10、/262.2.细观结构细观结构 材料的材料的细观结构细观结构也称也称亚微观结构亚微观结构, ,指用光学显微镜能指用光学显微镜能观察到的结构。观察到的结构。 建筑材料的细观结构建筑材料的细观结构, ,只能针对某种具体材料来进行只能针对某种具体材料来进行分类研究。例如分类研究。例如, ,混凝土可分为基相、集料相、界面相混凝土可分为基相、集料相、界面相; ;阔阔叶树木材可分为木纤维、导管和髓线。叶树木材可分为木纤维、导管和髓线。 材料细观结构层次的组织结构、性质和特点各异材料细观结构层次的组织结构、性质和特点各异, ,其其特征、数量和分布对建筑材料的性能有重要影响。特征、数量和分布对建筑材料的性能有

11、重要影响。112021/3/263.3.微细观结构微细观结构 材料的微观结构指材料内部在分子、原子、离子层次材料的微观结构指材料内部在分子、原子、离子层次的结构的结构, ,常用电子显微镜及常用电子显微镜及X X射线衍射分析来研究。建筑材射线衍射分析来研究。建筑材料的微观结构基本上可分为料的微观结构基本上可分为晶体、玻璃体、胶体晶体、玻璃体、胶体三类。三类。122021/3/26 晶体的各向异性晶体的各向异性, ,即沿晶格的不同方向即沿晶格的不同方向, ,原子排列的周期性和原子排列的周期性和疏密程度不尽相同疏密程度不尽相同, ,由此导致晶体在不同由此导致晶体在不同方向物理化学特性的方向物理化学特

12、性的不同。具体表现在晶不同。具体表现在晶体不同方向的体不同方向的弹性模弹性模量、硬度、量、硬度、断裂抗力、断裂抗力、屈服强度、屈服强度、热膨胀系热膨胀系数、导热性、电阻率、数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化电位移矢量、电极化强度、磁化率强度、磁化率和和折射折射率率等都不相同。等都不相同。 （1 1） 晶体晶体 晶体微观结的构特点是组成物质晶体微观结的构特点是组成物质的微粒在空间的排列有确定的几何位的微粒在空间的排列有确定的几何位置关系。一般具有置关系。一般具有强度高、硬度较大、强度高、硬度较大、固定熔点、化学稳定性高固定熔点、化学稳定性高和和力学各向力学各向异性异性等特性。晶体可分为等特性

13、。晶体可分为原子晶体、原子晶体、离子晶体、分子晶体离子晶体、分子晶体和和金属晶体金属晶体。 金属和石膏等建筑材料都是典型金属和石膏等建筑材料都是典型的晶体结构。的晶体结构。 即便材料的化学组成相同即便材料的化学组成相同, ,如果如果晶体结构形式不同晶体结构形式不同, ,其性质差异也会很其性质差异也会很大。例如大。例如, ,金刚石和石墨的化学组成都金刚石和石墨的化学组成都是碳是碳, ,但前者强度极高但前者强度极高, ,后者强度却极后者强度却极低。低。132021/3/26 （2 2）玻璃体）玻璃体 玻璃体微观结构的玻璃体微观结构的特点特点是组成物质的微粒在是组成物质的微粒在空间的排列呈无序混乱状

14、空间的排列呈无序混乱状态。玻璃体结构的材料具态。玻璃体结构的材料具有有化学活性高、无固定化学活性高、无固定熔熔点点、力学各向同性、力学各向同性等共同等共同特性。特性。 粉煤灰、火山灰、粒粉煤灰、火山灰、粒化高炉矿渣和建筑用普通化高炉矿渣和建筑用普通玻璃都是典型的玻璃体结玻璃都是典型的玻璃体结构。构。 物质可分为物质可分为晶体晶体和和非晶体非晶体。晶体加热时从。晶体加热时从开始熔化到完全熔化温开始熔化到完全熔化温度不变度不变, ,完全熔化后再完全熔化后再继续升温继续升温, ,这个不变温这个不变温度就是度就是熔点熔点, ,非晶体加非晶体加热熔化时热熔化时, ,温度会一直温度会一直上升上升, ,开始

15、熔化至完全开始熔化至完全熔化没有固定的温度熔化没有固定的温度, ,因此没有固定的熔点。因此没有固定的熔点。 142021/3/26 （3 3）胶体）胶体 胶体是极细的固体颗粒均匀分散在液体中所形成的结构。胶体是极细的固体颗粒均匀分散在液体中所形成的结构。 胶体与晶体、玻璃体最大的不同是可呈胶体与晶体、玻璃体最大的不同是可呈分散相分散相和和网状网状两种两种结构形式结构形式, ,分别称为分别称为溶胶溶胶和和凝胶凝胶。 溶胶溶胶具有很强的吸附能力具有很强的吸附能力, ,失水后成为具有一定强度的凝失水后成为具有一定强度的凝胶结构胶结构, ,可把固体颗粒黏结为整体。可把固体颗粒黏结为整体。152021/

16、3/261. 材料的密度材料的密度 密度密度指物质指物质单位体积单位体积的质量的质量,单位单位g/cmg/cm3 3或或kg/mkg/m3 3。分分实际密度实际密度、表观密度表观密度、体积密度体积密度和和堆积密度堆积密度。（1 1）实际密度）实际密度（简称密度简称密度） 指材料在指材料在绝对密实状态下绝对密实状态下,单位体积单位体积所具有的所具有的质量。质量。 ：实际密度（：实际密度（g/cmg/cm3 3或或kg/mkg/m3 3）；）；m：绝干状态下材料的质量（：绝干状态下材料的质量（g g或或kgkg）；）；V ：材料在：材料在绝对密实绝对密实状态下的体积（状态下的体积（cmcm3 3

17、或或m m3 3）。只是固体物质所占部分。）。只是固体物质所占部分。计算公式计算公式= =mV2.2 建筑材料的物理性质建筑材料的物理性质2.2.1 2.2.1 材料与质量有关的性质材料与质量有关的性质162021/3/26测定方法测定方法 有孔隙有孔隙的材料的材料,在在实际密度实际密度测定时测定时,应先磨成粒径应先磨成粒径0.2mm的的细粉细粉以排出以排出内部孔隙内部孔隙,再用再用排液法排液法（密度瓶法密度瓶法等）测定其等）测定其实际体积实际体积,最后用上式计算密度值。最后用上式计算密度值。 材料磨得越细材料磨得越细, ,测定的密度值越精确。测定的密度值越精确。 对于某些较密实的不规则的散粒

18、材料（如卵对于某些较密实的不规则的散粒材料（如卵石、砂等）石、砂等）,常用排液法测其绝对体积的近似值常用排液法测其绝对体积的近似值,所所得的实际密度为近似密度。得的实际密度为近似密度。172021/3/26 （2 2）表观密度）表观密度 指多孔材料在指多孔材料在自然状态自然状态下下,单位体积单位体积（包括闭口孔和（包括闭口孔和固体体积）固体体积）的质量。的质量。 ：材料的表观密度（材料的表观密度（g/cmg/cm3 3或或kg/m kg/m 3 3）；）； m ：材料的质量（：材料的质量（g g或或kgkg）；）； V ：材料在自然状态：材料在自然状态（包括闭口孔）（包括闭口孔）的体积（的体积

19、（cmcm3 3或或m m3 3）。）。 表观密度表观密度可用于估算可用于估算混凝土拌和物混凝土拌和物中中砂石所占的实际砂石所占的实际体积体积，因为水泥浆只能浸入开口孔隙中，因为水泥浆只能浸入开口孔隙中 。 =mV，182021/3/26 （3 3）体积密度）体积密度 1 1）定义与计算）定义与计算 体积密度体积密度指材料在自然状态下指材料在自然状态下,单位体积单位体积（包括闭（包括闭口孔、开口孔及固体体积）口孔、开口孔及固体体积）的质量。的质量。0 0：体积密度（体积密度（g/cmg/cm3 3 或或kg/mkg/m3 3）；）； m ：材料质量（材料质量（g g或或kgkg）；）； V0：

20、材料在自然状态下的体积：材料在自然状态下的体积（包括闭口孔、开口孔（包括闭口孔、开口孔及固体体积）及固体体积）（cmcm3 3或或m m3 3）。）。mV0 0 =0 0192021/3/26 2 2）意义）意义 体积密度的体积密度的体积体积包括包括开口孔开口孔和和闭口孔闭口孔（图（图 2-1 ）。）。 所以所以体积密度体积密度可以用于估算可以用于估算砌体砌体或或结构物结构物的的自重自重。 1 1闭口孔隙闭口孔隙;2 2,3 3开口孔隙开口孔隙图图2-1 2-1 砖的孔隙示意图砖的孔隙示意图202021/3/26 3 3）测定）测定 体积密度体积密度与与表观密度表观密度的测定相似。的测定相似。

21、 外形规则外形规则材料材料:几何体积几何体积= =表观体积表观体积（V0或或V）; 外形不规则外形不规则材料材料:用用排液法排液法测定测定,但但待测材待测材料料表面表面在测定前应用在测定前应用薄蜡层薄蜡层密封密封,以免以免测液测液进入进入材料内部孔隙而影响测定值材料内部孔隙而影响测定值 。 自然状态下自然状态下,因因材料孔隙材料孔隙内所含内所含水分不同水分不同,其其体积密度体积密度也不同也不同,故故体积密度体积密度必须注明其必须注明其含水含水状态状态。 体积密度体积密度通常是指材料在通常是指材料在气干状态下气干状态下的的体积密度。体积密度。 在在吸水状态吸水状态下的体积密度称下的体积密度称湿体

22、积密度湿体积密度。 在在烘干状态烘干状态下的体积密度下的体积密度,称称干体积密度干体积密度。气干状态气干状态, ,指材料孔指材料孔隙中所含隙中所含水与大气水与大气湿度相平湿度相平衡衡, ,但未但未达饱和的达饱和的状态。状态。212021/3/26 （4 4）堆积密度）堆积密度 散粒材料散粒材料在在自然堆积自然堆积状态下单位体积的质量称状态下单位体积的质量称堆积密度堆积密度。 0 0,: :堆积密度（堆积密度（kg/mkg/m3 3）; m: :材料的质量（材料的质量（kgkg）; V0 0: :材料在自然堆积状态下的体积（材料在自然堆积状态下的体积（m m3 3）,即即: V0 0= V0 0

23、 + + V空空 上述上述材料质量材料质量,是在一定容积的容器内是在一定容积的容器内材料的质量材料的质量,其其堆积体积堆积体积就是就是容器的容积容器的容积。若以捣实体积捣实体积计算密度,则称紧密紧密堆积密度堆积密度。常用建筑工程材料常用建筑工程材料的密度的密度见P11表2-1（略）（略）。 堆积体积堆积体积包括颗粒包括颗粒内部内部孔隙孔隙与与颗粒之间颗粒之间的的空隙空隙体积。体积。 =mV，0 00 0，222021/3/262. 材料的孔隙率与密实度材料的孔隙率与密实度 （1 1）材料的孔隙）材料的孔隙 一般把材料一般把材料内部内部被空气占据的空间叫被空气占据的空间叫孔隙孔隙,把把材料实体之

24、间材料实体之间被空气占据的空间叫被空气占据的空间叫空隙空隙。 孔隙状况由孔隙状况由孔隙率孔隙率、孔隙连通性孔隙连通性、孔隙直孔隙直径径来描述。来描述。 孔隙率孔隙率 是指是指孔隙孔隙占占材料体积材料体积的比例。的比例。 一般一般孔隙率越大孔隙率越大,材料的材料的体积密度越小体积密度越小,强度强度越低越低、保温隔热性越好保温隔热性越好。232021/3/26 孔隙分类孔隙分类 开口孔开口孔:指孔隙之间、孔隙与外界之间都指孔隙之间、孔隙与外界之间都连通连通的孔隙的孔隙; 闭口孔闭口孔:指孔隙之间、孔隙与外界之间都指孔隙之间、孔隙与外界之间都不连通不连通的孔隙。的孔隙。 一般情况下一般情况下,开口孔

25、对材料的吸水性、吸声性影响较大开口孔对材料的吸水性、吸声性影响较大,闭口孔对材料的保温隔热性影响较大。闭口孔对材料的保温隔热性影响较大。 孔隙直径孔隙直径 粗大孔粗大孔:孔隙直径孔隙直径大于大于mm级级; 毛细孔毛细孔:孔隙直径在孔隙直径在 mmm级级; 微孔微孔:孔隙直径在孔隙直径在 m级以下级以下。 粗大孔粗大孔会会降低降低材料强度材料强度;毛细孔毛细孔会使材料吸水性会使材料吸水性增大增大,抗渗性抗渗性下降下降,微孔微孔对材料的性质影响不大。对材料的性质影响不大。242021/3/26 (2) (2)材料的密实度材料的密实度 指材料体积内被固体物质指材料体积内被固体物质充实充实的程度。以的

26、程度。以D表表示示: :材料的密实度；材料的密实度； :材料在材料在绝对密实状态绝对密实状态下的体积（下的体积（cmcm3 3或或m m3 3）；）； :材料在材料在自然状态下自然状态下的体积的体积（包括开口孔、闭口孔和（包括开口孔、闭口孔和 固体）固体）（cmcm3 3或或m m3 3）；）；: 体积密度（体积密度（g/cmg/cm3 3或或kg/mkg/m3 3）；）； :实际密度（实际密度（g/cmg/cm3 3或或kg/mkg/m3 3）。）。V VD DV V0 0D D = =V0V100%或或D D = =100%0 00 0252021/3/26 (3) (3)材料的孔隙率材料

27、的孔隙率 指材料指材料孔隙体积孔隙体积(VP)占材料总体积（占材料总体积（V V0 0）的百分率。）的百分率。 以以P表示表示: 孔隙率孔隙率与与密实度密实度的关系的关系:P + D = 1 P：材料的孔隙率；材料的孔隙率； V ：材料在材料在绝对密实状态绝对密实状态下的体积（下的体积（cmcm3 3或或m m3 3）；）；V0：材料在材料在自然状态下自然状态下的体积的体积（包括闭口孔、开口孔及（包括闭口孔、开口孔及 固体体积）固体体积）（cmcm3 3或或m m3 3）；）； 0 0 ：体积密度（体积密度（g/cmg/cm3 3或或kg/mkg/m3 3）；）； ：实际密度（实际密度（g/c

28、mg/cm3 3或或kg/mkg/m3 3）。）。 P = =1 1 100%100% V0 VV00 0262021/3/26 孔隙率的大小孔隙率的大小直接反映了材料的直接反映了材料的密实程度密实程度。建筑材料的建筑材料的强度强度、吸水性吸水性、抗渗性抗渗性、导热性导热性、吸吸声性声性等许多性质都与等许多性质都与致密程度致密程度有关。有关。 一般一般孔隙率较小孔隙率较小且且连通孔较少连通孔较少的材料的材料,其其吸水性较小吸水性较小,强度较高强度较高,抗冻性抗冻性和和抗渗性较好抗渗性较好。 建筑工程中对需要建筑工程中对需要保温隔热保温隔热的建筑物或部的建筑物或部位位,要求所用材料的要求所用材料

29、的孔隙率较大孔隙率较大且为且为封闭孔封闭孔。272021/3/263. 材料的填充率与空隙率材料的填充率与空隙率 (1) (1)材料的填充率材料的填充率 指指粉状粉状或或颗粒状颗粒状材料在其材料在其堆积体积堆积体积内内,被被其颗其颗粒粒填充的程度。以填充的程度。以D表示表示:D：材料的填充率；材料的填充率； V0：材料在材料在自然状态自然状态时时（包括内部闭孔、开孔及固体（包括内部闭孔、开孔及固体体积）体积）的体积（的体积（m m3 3）；）； V0 ：材料材料自然堆积状态自然堆积状态的体积（的体积（m m3 3），即），即 V0 = V0 + V空空； 0 0 ：体积密度（体积密度（kg/m

30、kg/m3 3）。）。0 0 ：堆积密度（堆积密度（kg/mkg/m3 3）；）；或或D D = = V V0 0 ，V V0 0 ，100%100%D D = = ，100%100%，0 0282021/3/26 (2) (2)空隙率空隙率 指散粒材料在堆积体积堆积体积中,颗粒之间的空隙体积空隙体积（V空）占堆积体积堆积体积的百分率,以P表示。因V空空 = V0 - V0 ,因此P值为: P: 材料的空隙率材料的空隙率; 0: 材料的堆积密度（材料的堆积密度（kg/mkg/m3 3）; 0 0 :体积密度（体积密度（kg/mkg/m3 3）。）。 填充率填充率与与空隙率空隙率的关系为的关系为

31、:D + P =1 在计算在计算砂、石砂、石等等致密散粒材料致密散粒材料的的填充率填充率和和空隙率空隙率时时,可用表观密度可用表观密度代替代替体积密度进行计算。体积密度进行计算。或或P P = = V V0 0 - - ，V V0 0 ，100%100%V V0 0，100%100%，0 0P P = = -，0 00 0292021/3/262.2.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质1. 亲水性与憎水性亲水性与憎水性 （简介） 材料在材料在空气中空气中与与水水接触时接触时,根据其根据其能否被水润湿能否被水润湿,可将材料分为可将材料分为亲水性亲水性和和憎水性憎水性两大类。两大类。润湿润湿

32、就是水就是水被材料表面所吸附被材料表面所吸附,它与材料本身性质有关。它与材料本身性质有关。 302021/3/26 材料被水润湿的程度可用润湿角表示。在材料、水、材料、水、空气空气三相交点处,作沿水滴表面沿水滴表面的切线,此切线与材料和水接触面的夹角称润湿角润湿角。越小,浸润性越好。一般认为,润湿角润湿角9090时材料具有亲水性亲水性,这种材料称这种材料称亲水性材料亲水性材料。当当9090180180时材料具有憎水性憎水性,这种材料称这种材料称憎水性材憎水性材料料。如图。如图2-2所示:（a a）亲水性材料）亲水性材料（b b）憎水性材料）憎水性材料图图2.3 2.3 材料的润湿示意图材料的润

33、湿示意图312021/3/26 建筑材料大多是亲亲水性材料水性材料,如如:混凝土、黏土砖、砌块、木材等。只有极少数为憎水性材料憎水性材料,如如:沥青、石蜡、橡胶、塑料等。 憎水性材料憎水性材料防潮防潮性性和防水性防水性较好,常用作常用作防水材料防水材料,也用作亲水材料的表面处理表面处理,以提高其抗渗性抗渗性及抗腐蚀能力抗腐蚀能力。 水泥水泥322021/3/262. 吸水性吸水性 材料在水中能吸收水分的性质称材料在水中能吸收水分的性质称吸水性吸水性。 其大小用其大小用吸水率吸水率表示表示,有有质量吸水率质量吸水率与与体积吸水率体积吸水率两种表示方法。两种表示方法。 （1）质量吸水率）质量吸水率

34、 指材料吸水饱和吸水饱和时时所吸水分所吸水分占材料干材料干燥质量燥质量的百分率。 W：材料的质量吸水率材料的质量吸水率(% %)；m1：材料烘干至恒重的质量材料烘干至恒重的质量(g g)；m2：材料吸水饱和后的质量材料吸水饱和后的质量(g g)。W W = 100%100% m2 m1m1332021/3/26 （2）体积吸水率）体积吸水率 指材料吸水饱和时指材料吸水饱和时,所吸水分体积所吸水分体积占占干燥材料自然体积干燥材料自然体积的百分率。的百分率。 材料的吸水性大多按材料的吸水性大多按质量吸水率质量吸水率表示。表示。 加气混凝土、软木等加气混凝土、软木等轻质多孔轻质多孔或或疏松疏松纤维材

35、料的纤维材料的质质量吸水率量吸水率常常超过超过100%,因此常以因此常以体积吸水率体积吸水率表示其吸水性。表示其吸水性。 W0：材料的体积吸水率材料的体积吸水率(% %)； W ：水的密度水的密度(g/cmg/cm3 3)； V水水、V0 ：材料在吸水饱和时水的体积、干燥材料在自材料在吸水饱和时水的体积、干燥材料在自然状态下然状态下(包括闭口孔、开口孔及固体体积包括闭口孔、开口孔及固体体积)的体积的体积(cm3)。 =m2 m1w1V V0 0W W0 0 = = 100%V V水水V V0 0100%.342021/3/26 同一材料的同一材料的质量吸水率质量吸水率(W)和和体积吸水率体积吸

36、水率(W0)的关系的关系为为: 材料的吸水性材料的吸水性,不仅取决于其不仅取决于其亲水性亲水性或或憎水性憎水性,也与也与其其孔隙率大小孔隙率大小及及孔隙特征孔隙特征有关。若材料具有有关。若材料具有微细的连通孔微细的连通孔隙隙,则其吸水率较大则其吸水率较大,如木材的吸水率可达甚至超过如木材的吸水率可达甚至超过100%;密密实及有封闭孔实及有封闭孔的材料是不吸水的的材料是不吸水的,如钢材、玻璃的吸水率为如钢材、玻璃的吸水率为0;具有具有粗大连通孔粗大连通孔的材料的材料,水分虽易渗入水分虽易渗入,但不易在孔内留存但不易在孔内留存,其吸水率往往较低。其吸水率往往较低。0 ：材料在干燥状态下材料在干燥状

37、态下的体积密度（的体积密度（g/cmg/cm3 3）。）。W W0 0 = 0 0 W W352021/3/263. 3. 吸湿性吸湿性 吸湿性吸湿性:指材料指材料在在潮湿空气中潮湿空气中吸收水分的性质。材吸收水分的性质。材料吸湿性的大小用含水率表示料吸湿性的大小用含水率表示: W含含：材料的含水率材料的含水率(% %)； m含含：材料材料含水时含水时质量质量(g g)；m干干：材料材料干燥至恒重干燥至恒重时质量时质量(g)。 W W含含= 100%100% m含含m干干m干干362021/3/26 含水率含水率与与材料成分材料成分、构造构造及及环境温度环境温度、湿度湿度有有关。关。气温越低气

38、温越低,相对湿度越大相对湿度越大,含水率越大含水率越大。 材料材料既能既能从潮湿空气中从潮湿空气中吸收水分吸收水分,又能又能向干燥向干燥空气空气释放水分释放水分,从而使材料中的水分与空气的湿度达从而使材料中的水分与空气的湿度达到到平衡平衡,这时材料的含水率称为这时材料的含水率称为平衡含水率平衡含水率。当材料。当材料吸水达到饱和状态时的含水率即为吸水达到饱和状态时的含水率即为吸水率吸水率。 材料材料吸水受潮吸水受潮后后,保温隔热性能、强度、耐久保温隔热性能、强度、耐久性性等会降低等会降低,体积体积会膨胀等会膨胀等,它们多数都会对工程它们多数都会对工程产生产生不利影响不利影响。 372021/3/

39、264. 耐水性耐水性 材料长期在材料长期在饱和水饱和水作用下不破坏作用下不破坏,强度也不显著降低强度也不显著降低的性质称为的性质称为耐水性耐水性。耐水性耐水性用用软化系软化系数数表示表示: 软化系数软化系数K KP P应在应在0 01 1之间。之间。K KP P越大越大, ,耐水性越好。耐水性越好。 长期处于长期处于水水或或潮湿环境中潮湿环境中的重要建筑物或构筑物的重要建筑物或构筑物, ,必须选择软化系数必须选择软化系数K KP P0.850.85的的耐水材料耐水材料; ;受潮较轻受潮较轻或或次要次要结构结构材料的软化系数也应材料的软化系数也应0.750.75。 通常将软化系数通常将软化系数

40、0.800.80的材料称为的材料称为耐水材料耐水材料。Kp：材料的软化系数；fw：材料在饱水状态下饱水状态下的抗压强度（MPa）；f：材料在干燥状态下干燥状态下的抗压强度（MPa）。K Kp p = =f fw w f f382021/3/265. 抗渗性抗渗性 材料材料抵抗抵抗压力水渗透压力水渗透的性质称为的性质称为抗渗性抗渗性（或称（或称不透不透水性水性）。通常用）。通常用渗透系数渗透系数 K K 表示。表示。（1 1）渗透系数）渗透系数 表示表示一定厚度一定厚度的材料，在的材料，在一定水压一定水压下，在下，在单位时间单位时间内透过内透过单位面积单位面积的水量。的水量。K K 渗透系数（渗

41、透系数（cm/hcm/h）；）；W W 透过材料试件的水量（透过材料试件的水量（cmcm3 3）；）；D D 试件厚度（试件厚度（cmcm）；）；t t 透水时间（透水时间（h h）；）；A A 透水面积（透水面积（cmcm2 2）；）；H H 静水压力水头（静水压力水头（cmcm）。）。K K = =WDWDAtHAtH392021/3/26 渗透系数反映了水在材料中的渗流速度。渗透系数反映了水在材料中的渗流速度。其值越大其值越大, ,水在材料中渗流的速度越大水在材料中渗流的速度越大, ,相同条件相同条件下渗透的水越多下渗透的水越多, ,即抗渗性越差。对于沥青、沥即抗渗性越差。对于沥青、沥青

42、混凝土等防水、防潮材料青混凝土等防水、防潮材料, ,常用常用 渗透系数渗透系数 表表示其抗渗性。示其抗渗性。 （2 2）抗渗等级）抗渗等级 指以指以规定试件规定试件, ,在在标准试验方法标准试验方法下所能承受的下所能承受的最大静水最大静水压力压力, ,以以P Pn n表示表示, ,如如 P P4 4、P P6 6、P P8 8、P P1010、P P1212等等, ,分别表示材料能分别表示材料能承受承受 0.40.4、0.60.6、0.80.8、1.01.0、1.21.2 MPaMPa的水压。抗渗等级越高的水压。抗渗等级越高, ,其抗渗性越好。其抗渗性越好。 材料的材料的孔隙率小孔隙率小且为且

43、为封闭孔封闭孔, ,其其抗渗性就抗渗性就好好。地下建地下建筑、水工构筑物筑、水工构筑物、防水工程防水工程均要求材料具有均要求材料具有较高较高抗渗性。抗渗性。混凝土混凝土和和砂浆砂浆的的抗渗性抗渗性用用抗渗等级抗渗等级表示。表示。 静水压静水压力力是均质流体作用于一个物体上的压力。这是一种全方位的力,并均匀地施向物体表面的各个部位。 402021/3/266.6.抗冻性抗冻性 （1 1）抗冻性）抗冻性 材料在材料在吸水饱和吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，其强度不严重降低，质量也不显著减小的性而不破坏，其强度不严重降低，质量也不显著减小的性质，称为材料

44、的质，称为材料的抗冻性抗冻性，用，用抗冻等级抗冻等级或或抗冻标号抗冻标号表示。表示。 抗冻等级抗冻等级用用快冻法快冻法测定，测定，抗冻标号抗冻标号用用慢冻法慢冻法测定。测定。 例如例如，混凝土的抗冻等级是水中养护，混凝土的抗冻等级是水中养护28d28d的试件，在的试件，在（-18-182 2）和（和（5 52 2）温度下进行水冻和水融，相温度下进行水冻和水融，相对动弹性模量下降至对动弹性模量下降至60%60%或质量损失率达或质量损失率达5%5%时所能承受的时所能承受的快速冻融循环次数。用符号快速冻融循环次数。用符号F Fn n表示，抗冻等级分为表示，抗冻等级分为F F5050、F F10010

45、0、F F150150、F F200200、F F250250、F F300300、 F F350350、F F400400等等8 8个等级。个等级。 抗冻等级越高，材料的抗冻性越好。抗冻等级越高，材料的抗冻性越好。412021/3/26 冰冻的破坏作用是因材料孔隙中的水分结冰所致。冰冻的破坏作用是因材料孔隙中的水分结冰所致。当材料孔隙中充满水当材料孔隙中充满水, ,且水温降至冰点或冰点以下时且水温降至冰点或冰点以下时, ,水因水因结冰而体积膨胀（约增大结冰而体积膨胀（约增大9%9%）, ,产生内应力并作用于孔壁产生内应力并作用于孔壁, ,造成孔壁开裂。在冻融循环过程中造成孔壁开裂。在冻融循环

46、过程中, ,冻害由表及里逐层进冻害由表及里逐层进行行, ,在材料内外形成温差在材料内外形成温差, ,加速了孔壁的破裂。加速了孔壁的破裂。 材料经受冻融循环的次数愈多材料经受冻融循环的次数愈多, ,冻害愈严重。冻害愈严重。 抗冻性的高低与材料孔隙率、孔隙特征及材料强度抗冻性的高低与材料孔隙率、孔隙特征及材料强度有关有关, ,孔隙率小且为封闭孔的材料其抗冻性较好。建筑工孔隙率小且为封闭孔的材料其抗冻性较好。建筑工程中程中, ,常通过提高材料的密实度等措施来改善其抗冻性。常通过提高材料的密实度等措施来改善其抗冻性。 气温低于气温低于-15-15 C C的地区的地区, ,其主要的工程材料必须进其主要的

47、工程材料必须进行行抗冻性试验抗冻性试验。422021/3/262.2.3 材料与热有关的性质材料与热有关的性质（略）（略） 1. 导热性导热性 热量热量由材料的一面传到另一面的性质由材料的一面传到另一面的性质,称为称为导热性导热性。 它表示材料它表示材料传导热量传导热量的能力的能力,以以导热系数导热系数表示。表示。 （1 1）导热系数）导热系数 指指单位厚度单位厚度材料两侧温差为材料两侧温差为1 1 K K时时,在在单位时间内单位时间内通过通过单单位面积位面积的热量。以符号的热量。以符号表示表示,按下式计算按下式计算: 导热系数越小,材料的导热性越低,绝热性能越好。 ：导热系数导热系数W/(m

48、W/(mK)K)；Q：传导的热量（传导的热量（J J）；）；A：热传导面积（热传导面积（m m2 2）；）；：材料的厚度（材料的厚度（m m）；）；t：热传导时间（热传导时间（s s）；）；T2- T1 ：材料两侧温差（材料两侧温差（K K）。）。= =QQ At(TAt(T2 2-T-T1 1) )432021/3/26 人们常把防止内部热量的散失称为保温保温,把防止外部热量的进入称为隔热隔热,将保温隔热统称为绝热绝热。通常把导热系数小于导热系数小于0.175W/(m0.175W/(mK)K)的材料称的材料称绝热材料绝热材料。（2）影响导热性的因素）影响导热性的因素 (P17 自学掌握）自学

49、掌握） 442021/3/262. 热容量热容量 材料材料加热时加热时吸收热量吸收热量、冷却时冷却时放出热量放出热量的性质的性质,称为称为热容量热容量。其大小用。其大小用比热容比热容表示。表示。Q Q: :材料吸收或释放的热量（J）;C C: :材料的比热比热容J/g.k;m m: :材料的质量（g）:T T2 2-T-T1 1: :材料受热或冷却前后的温差（k）。Q Q = = Cm(TCm(T2 2-T-T1 1) )C C = =Q Q m(Tm(T2 2-T-T1 1) )452021/3/26 比热容比热容是反映材料吸热或放热能力大小的物理量。是反映材料吸热或放热能力大小的物理量。

50、不同材料的比热容不同不同材料的比热容不同, ,即便同一种材料即便同一种材料, ,在不同状在不同状态下的比热容也不同。例如态下的比热容也不同。例如, ,水的比热容为水的比热容为 4.184.18 J/(gK)J/(gK), ,冰的比热容为冰的比热容为 2.092.09 J/(gK)J/(gK)。材料比热容的。材料比热容的大小大小, ,对保持室内温度稳定有很大的意义。比热容大的材对保持室内温度稳定有很大的意义。比热容大的材料料, ,能在热流变动时能在热流变动时, ,缓和室内的温度变动。几种常见材缓和室内的温度变动。几种常见材料的热性质见料的热性质见 P18P18表表2-22-2（略）（略）。462

51、021/3/263. 热变形性热变形性 建筑材料在温度升高（或降低）时建筑材料在温度升高（或降低）时,会出现会出现线膨胀线膨胀（或（或收缩收缩）和）和体积膨胀体积膨胀（或（或收缩收缩）现象）现象,这一性质称为这一性质称为热热变形性变形性,一般用一般用线膨胀系数线膨胀系数表示表示 。 线膨胀系数线膨胀系数:表示温度每上升（或降低）表示温度每上升（或降低）1 K 所引所引起的线性增长（或收缩）与其在起的线性增长（或收缩）与其在0 C时长度的比值时长度的比值 。用。用下式计算下式计算: ：材料的线膨胀系数（材料的线膨胀系数（1/K1/K）；）； L：试件升降温前的长度（试件升降温前的长度（mmmm）

52、 L：试件的膨胀或收缩长度（试件的膨胀或收缩长度（mmmm）t： 温度差（温度差（K K）。）。= =L L L.tL.t472021/3/26 任何建筑材料都具有热变形性任何建筑材料都具有热变形性,但不同材料的热变但不同材料的热变形性不同。形性不同。 线膨胀系数线膨胀系数直接影响建筑物或构筑物的直接影响建筑物或构筑物的耐久性耐久性。如如混凝土公路混凝土公路,常设常设伸缩缝伸缩缝防止防止热胀冷缩热胀冷缩的的破坏破坏。 沥青具有高温流淌、低温冷脆的特点沥青具有高温流淌、低温冷脆的特点,严重影响防严重影响防水质量。随着科技的发展水质量。随着科技的发展,复合材料复合材料正逐步取代正逐步取代单一材料单

53、一材料,使用复合材料时使用复合材料时,要要尽量使用尽量使用线膨胀相近线膨胀相近的材料。的材料。482021/3/264. 耐燃性和耐火性耐燃性和耐火性 （简介）（简介） （1）耐燃性）耐燃性 材料在材料在火焰火焰和和高温高温作用下作用下能否燃烧能否燃烧的性质称为的性质称为耐燃性耐燃性。 耐燃性是评价建筑结构防火和耐火等级的重要因素。耐燃性是评价建筑结构防火和耐火等级的重要因素。 不同建筑材料的耐燃性不同不同建筑材料的耐燃性不同,据此可将建筑材料分为据此可将建筑材料分为四类四类:非燃烧材料、难燃烧材料、可燃烧材料、易燃性材非燃烧材料、难燃烧材料、可燃烧材料、易燃性材料料 四类。四类。492021

54、/3/26 非燃烧材料非燃烧材料: :指在空气中受到火烧或高温作用不起火、指在空气中受到火烧或高温作用不起火、不微燃、不碳化的材料。如砖、石材、混凝土、钢材等。不微燃、不碳化的材料。如砖、石材、混凝土、钢材等。 难燃烧材料难燃烧材料: :指在空气中受到火烧或高温作用时难起火、指在空气中受到火烧或高温作用时难起火、难微燃、难碳化难微燃、难碳化, ,当火源移去后微燃立即停止的材料当火源移去后微燃立即停止的材料, ,如沥青如沥青混凝土、水泥刨花板等。混凝土、水泥刨花板等。 可燃烧材料可燃烧材料: :指在空气中受到火烧或高温作用时立即起指在空气中受到火烧或高温作用时立即起火或微燃火或微燃, ,当火源移

55、去后仍能继续燃烧的材料当火源移去后仍能继续燃烧的材料, ,如木材。如木材。 易燃性材料易燃性材料: :指在空气中受到火烧或高温作用时立即起指在空气中受到火烧或高温作用时立即起火并迅速燃烧火并迅速燃烧, ,当火源移去后仍能继续燃烧的材料当火源移去后仍能继续燃烧的材料, ,如纤维织如纤维织物、部分未经阻燃处理的塑料。物、部分未经阻燃处理的塑料。 材料的耐燃性材料的耐燃性由大到小由大到小依次为依次为: :非非燃烧材料燃烧材料难难燃烧材燃烧材料料可可燃烧材料燃烧材料易易燃烧材料燃烧材料。在结构选型和构造方案设计。在结构选型和构造方案设计时时, ,应合理选材。应合理选材。502021/3/26 （2）耐

56、火性）耐火性 材料在材料在火焰火焰和和高温高温作用下作用下,不被破坏不被破坏、性能不明性能不明显下降显下降的能力称为的能力称为耐火性耐火性,用用耐火极限耐火极限（小时）（小时）表示。表示。它是划分它是划分建筑耐火等级建筑耐火等级和进行和进行建筑防火构造设计建筑防火构造设计的科的科学依据。学依据。 耐燃性和耐火性是两个不同的概念耐燃性和耐火性是两个不同的概念,耐燃材料耐燃材料不一定耐火不一定耐火,但但耐火材料一般都耐燃耐火材料一般都耐燃。例如。例如钢材钢材的的耐耐燃性较好燃性较好,但但耐火性较差耐火性较差,其耐火极限只有其耐火极限只有0.250.25 h h。512021/3/262.2.4 材

57、料与材料与声声有关的性质有关的性质 材料与声有关的性质即材料的材料与声有关的性质即材料的声学性质声学性质, ,主要包括主要包括吸吸声性声性和和隔声性隔声性两个方面。两个方面。1. 1. 材料的吸声性材料的吸声性 当声波入射到材料表面时当声波入射到材料表面时, ,一部分声能被反射一部分声能被反射, ,一部一部分穿透材料分穿透材料, ,还有一部分则被吸收。还有一部分则被吸收。 声能透入材料内部被吸收的性质称为材料的声能透入材料内部被吸收的性质称为材料的吸声性吸声性。用用吸声系数吸声系数来评定。来评定。522021/3/26 吸声系数吸声系数是指被材料吸收的声能（是指被材料吸收的声能（包括穿透材料的

58、包括穿透材料的声能在内声能在内 ）与总入射声能的比值）与总入射声能的比值, ,用用 表示。即表示。即: : 材料的吸声系数在材料的吸声系数在0 01 1之间之间, ,越大越大, ,材料的吸声性能越好。材料的吸声性能越好。对于全反射面对于全反射面, ,=0=0; ;对于全吸收面对于全吸收面, ,=1=1。当门窗打开时。当门窗打开时, ,相相当于当于=1=1。 材料的吸声特性与其本身性质、厚度、表面条件以及声材料的吸声特性与其本身性质、厚度、表面条件以及声波射入角和频率有关。同一种材料波射入角和频率有关。同一种材料, ,对不同频率声波的吸收能对不同频率声波的吸收能力是不同的。因此力是不同的。因此,

59、 ,规定取规定取125125 HzHz、250250 HzHz、500500 HzHz、1 1 000000 HzHz、20002000 HzHz、4 4 000000 HzHz等等6 6个频率的吸声系数来表示材料总体的吸个频率的吸声系数来表示材料总体的吸声性能。吸声材料的平均吸声系数应声性能。吸声材料的平均吸声系数应0.20.2。= = E E / / E E0 0 材料的吸声系数材料的吸声系数E E 被材料吸收被材料吸收( (包括穿透包括穿透) )的声能；的声能；E E0 0 总入射声能。总入射声能。532021/3/26 一般轻质多孔材料的吸声效果较好一般轻质多孔材料的吸声效果较好; ;

60、同种材料同种材料, ,孔孔隙率越大隙率越大, ,其吸声效果越好其吸声效果越好; ;细小、开放的连通孔越多细小、开放的连通孔越多, ,吸声性能越好。吸声性能越好。 常用的吸声材料常用的吸声材料: :有石膏板、水泥蛭石板、木丝板、有石膏板、水泥蛭石板、木丝板、吸声蜂窝板、毛毡等。吸声蜂窝板、毛毡等。吸声材料吸声材料542021/3/26 2. 2. 材料的隔声性材料的隔声性 隔声按声音传播途径分为隔声按声音传播途径分为隔绝空气声隔绝空气声和和隔绝固体声隔绝固体声两种。两种。 (1) (1) 隔绝空气声隔绝空气声 空气声空气声是指通过空气传播的声音。材料隔声效果的好坏是指通过空气传播的声音。材料隔声