建筑与装饰材料

1、建筑与装饰材料第1页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三单元2 建筑与装饰材料的基本性质知识目标：了解建筑材料几种性质。理解材料与水有关的性质、与热有关的性质、力学性质、耐久性。掌握建筑材料的密度、表观密度、体积密度、孔隙率、密实度、孔隙率等概念及计算。能力目标：能解释建筑材料的性质。能写出与建筑材料性质有关的计算公式。能应用公式计算。各种材料在建筑物中所处的部位不同，要求它们具有不同的功能、性质。建筑材料在使用时要承受一定的荷载及经受周围环境的各种介质的化学和物理的作用，例如酸、碱、盐的腐蚀，所以，建筑材料必须具备使用要求的相应的性质，同时建筑材料还应具备必须的力学性质、水

2、理性质，地面建筑材料具备防水抗渗性能、耐磨损性能。所以，建筑材料的性质可以归结为以下几类：物理性质，包括基本物理性质及各种物理过程（如水、热作用等）性质；力学性质，包括材料在外力作用下的变形性质及强度；耐久性，材料抵抗外界综合因素影响的稳定性。第2页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2.1 材料的基本物理性质2.1.1 材料与水有关的性能 建筑与装饰材料在使用中不可避免的受到自然界的雨、雪、地下水和冻融作用的影响，因此，建筑与装饰材料特别注意与水有关的性质，它包括材料的亲水性与憎水性、吸水性与吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性、霉变性与腐朽性等。 第3页，共37页，2022年，

3、5月20日，8点20分，星期三1亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触，首先遇到的问题是材料的是否被水湿润。根据其能否被水润湿的过程，将材料分为亲水性材料和憎水性（疏水性）材料。材料在空气中与水接触时能被水湿润的性质称为亲水性。具有这种性质的材料称为亲水材料，如木材、混凝土、砖等 。材料在空气中与水接触时不能被水湿润的性质称为憎水性（也称疏水性）。具有这种性质的材料称为憎水材料，如沥青、石蜡等。图2-1 材料的湿润示意图第4页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2.吸水性与吸湿性材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性。当材料吸水达到饱和状态时，其内部所含水分的多少，用吸水率表

4、示。材料的吸水率有质量吸水率或体积吸水率两种表达方式。质量吸水率是指材料吸水饱和时，所吸收水分的质量与材料干燥时质量的百分比，可按下式计算： 100 （2-1） 式中 材料的质量吸水率（）； 材料在吸水饱和后的质量（g）； 材料烘干到恒重的质量（g）。对于多孔材料常用体积吸水率表示。体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸收水分的体积与干燥材料自然体积的百分比，用下式表示： 100 （2-2） 式中 材料的体积吸水率（）； 水的密度（gcm3）；常温下为=1 gcm3 材料在吸水饱和后的质量（g）； 材料烘干到恒重的质量（g）。 材料自然状态下的体积，cm3。 第5页，共37页，2022年，5月20

5、日，8点20分，星期三材料吸水率的大小取决于材料的亲水属性及材料的构造（孔隙率的大小、空隙特征）。封闭的空隙实际上是不吸水的。材料开口孔隙率越大，吸水性越强，特别是材料具有很多微小开口孔隙或者毛细管连通的孔时，吸水率非常大。因此，影响材料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，尤其是空隙状况。不同材料的吸水率变化范围很大，花岗岩为0.5%-0.7%,普通混凝土为2%-4%,烧结普通砖为8%-15%。材料在潮湿空气中吸收水分的能力称为吸湿性，用含水率表示： 100 （2-3）式中 材料的含水率； 材料在吸水饱和后的质量（g）； 材料烘干到恒重的质量（g）。第6页，共37页，2022

6、年，5月20日，8点20分，星期三影响材料吸湿性的因素，除材料本身的化学组成、结构、构造及空隙外，还与环境的温度、湿度有关。如受潮后的材料表观密度、导热性增大，强度、抗冻性降低。材料的吸水率是一个定值，含水率是随环境而变化的。材料堆放在施工现场，不断从空气中吸收水分，同时又不断向空气中挥发水分，当吸收和挥发达到动态平衡时，就出现稳定的吸水率。这时材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。第7页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三3.耐水性材料长期在饱和水作用下而不被破坏，保持其原有性质的能力，称为耐水性。一般情况下，潮湿的材料较干燥时强度低，主要是浸入的水分

7、削弱了材料微粒间的结合力，同时材料内部往往含有一些易被水软化或溶解的物质（如粘土、石膏等）。衡量材料的耐水性指标是软化系数，用K软表示： （2-4）式中 材料的软化系数； 材料在饱和状态下的抗压强度（MPa）； 材料在干燥状态下的抗压强度，（MPa）。第8页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三 4.抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质，称为抗渗性（或不透性）。抗渗性常用渗透系数和抗渗等级表示。根据达西定律，在一定时间t内，透过材料的水量Q与材料垂直于试件的渗水断面积A及作用于试件两侧的水头差H成正比，与试件渗透距离（材料的厚度）d成反比，比例系数K，称为渗透系数。表达式为： （2

8、-5）或 （2-6）式中 K材料的渗透系数(cmh)； Q透水量(cm3); d试件厚度(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性质。值越小，表明材料的抗渗能力越强。第9页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三 5.抗冻性 材料在水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，其强度也不显著降低的性质，称为抗冻性。 抗冻性试验通常是将规定的标准试件浸水饱和后，在规定的试验条件下，进行反复冻融，试件强度降低不大于25%，重量损失不大于5%，材料表面无明显损伤，所能经受的的最大、多循环次数数，定为该

9、材料的抗冻等级。材料的抗冻性用抗冻等级“”表示，“”表示冻融循环次数，如抗冻等级为的材料，表示材料所能经受的冻融循环次数最多为10次。抗冻等级越高，材料的抗冻能力越强。 冻结的破坏作用主要是材料孔隙中的水结冰膨胀所致。当材料孔隙中充满水时，水 结冰约产生9的体积膨胀，使材料孔壁产生拉应力，当拉应力超过材料的抗拉强度时，孔壁形成局部开裂。随着冻融次数的增加，材料的破坏更加严重。第10页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三6材料的霉变性和腐朽性建筑材料在潮湿或温暖的气候条件下受到真菌侵蚀，在材料的表面产生绒毛状的或棉花状的，颜色从白色到暗灰色至黑色，有时也会显出蓝绿色、黄绿色或微

10、红色的物质称为材料的霉变。霉变对材料的力学性质影响较小，但影响外观，甚至会引起材料表面变形。材料发生霉变的原因主要有3个，即水分、温度、空气。所以，只要保持材料干燥、通风，就可避免材料发生霉变。材料在使用过程中受到酸、碱、盐及真菌等各种腐蚀介质的作用，在材料内部发生一系列的物理、化学变化，使材料逐渐受到损害，性能改变、力学性质降低，严重时会引起整个材料彻底破坏的现象称为材料腐朽。如水泥石在淡水、酸类、盐类和强碱的各种介质作用下水化产物发生分解、反应，引起水泥石疏松、开裂。装饰材料中的木材受到腐朽菌侵蚀，将木材细胞壁的纤维素等物质分解，使木材腐朽破坏。第11页，共37页，2022年，5月20日，

11、8点20分，星期三2.1.2与质量有关的性能1、三种密度（1）实际密度 实际密度是指材料在绝对密实状态下的单位体积的质量。用下式计算密度： （2-7） 式中 :实际密度（gcm3）； m材料在干燥状态下的质量（g）； V材料在绝对密实状态下的体(cm3）。第12页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三(2)表观密度。表观密度（也称体积密度）是指材料在自然状态下单位体积的质量。用下式表示： (2-7) 式中体积密度，gcm3或kgm3； m材料的质量，g或 kg； V材料在自然状态下的体积，cm3或m3。第13页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三(3)堆积密度

12、。堆积密度是指材料在规定的装填条件下，单位松散体积的质量。用下式表示： （2-9） 式中 散粒材料的堆积密度(gcm3或kgm3)。 m材料的质量（g或 kg）； 散粒材料的松散体积（cm3或m3）。第14页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三散粒材料的松散体积包括固体颗粒体积、颗粒内部孔隙体积和颗粒之间的空隙体积（图2-2）。松散体积用容量筒测定。堆积密度与材料的装填条件及含水状态有关。在自然堆积状态下称松堆密度，如经过振实后测得的堆积密度称为紧堆密度。 图2-2 材料孔（空）隙及体积示意图1固体物质 2闭口空隙 3开口空隙 4颗粒间隙第15页，共37页，2022年，5月2

13、0日，8点20分，星期三2、材料的密实度与孔隙率（1）密实度。密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。密实度反映材料的密室程度，以D表示： (2-10） 图2-3 材料的密实度第16页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三（2）孔隙率 孔隙率指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。用下式表示：第17页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三常用材料的密度、体积密度及孔隙率见表2-1。表2-1 常用建筑与装饰材料的密度、体积密度及孔隙率材料密度/（g/cm3）体积密度/（g/cm3）孔隙率（%）普通粘土砖花岗岩普

14、通混凝土沥青混凝土松木砂建筑钢材2.52.82.62.9-1.551.602.62.77.851500180025002800230025002300240038070014001600785020400.51.052024557540450第18页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三3、材料的填充率和空隙率（1）填充率填充率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度，以D表示。可用下式计算： (2-13) 图2-4 材料填充率第19页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三（2）空隙率。散粒材料在松散状态下，颗粒之间的空隙体积与松散体积的百分比称为空

15、隙率。用下式表示： 100% （2-14）填充率和空隙率的关系是：D+ P= 1第20页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2.1.3材料与热有关的性质在实际工程中，为了节约建筑物的使用能耗以及为生产和生活创造适宜的条件，通常要求建筑材料具有一定的热性质用以维持室内的温度，所以，常常要考虑材料的导热性、热容性热变形性及材料的保温隔热性能1、导热性材料传导热量的性质称为导热性。材料的导热能力用导热系数表示，其物理意义是：面积为1m2、厚度为1m的单层材料，当两侧温差为1k时，经单位面积（1m3）单位时间（1s）所通过的热量。计算公式如下： （2-15）式中 材料的导热系数w（m

16、K）； 传导的热量(J)； A 热传导面积(m2); d材料厚度(m)； T 导热时间(s)； T1、T2材料两侧的温度(K)。第21页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2、热容性材料的热容性是指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的能力。它以材料升温或降温时热量的变化来表示的，即热容量。材料受热时吸收或冷却时放出的热量与其质量、温度变化值成正比关系，即： （2-16） 或 （2-17）第22页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三材料热容量高，可较长时间保持房间温度的稳定。工程中常选用比热大的建筑材料。水的比热值最大。当材料含水率高时，比热值则增大。通常所说

17、材料的比热值是指其干燥状态下的比热值。几种常见材料的比热容值见表2-2。表2-2 常见材料的导热系数及比热材 料导热系数W/(mK)比热容J/（kgK）材 料导热系数W/(mK)比热容J/（kgK）铜钢花岗岩普通混凝土普通粘土砖松木（顺纹）370552.91.80.550.150.380.460.800.880.841.63绝热纤维板玻璃棉板泡沫塑料冰水密闭空气0.050.040.032.200.580.0251.460.881.302.054.191.00第23页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三3、热性变形材料的热变形是指材料在温度变化时其尺寸的变化。一般材料均具有热胀

18、冷缩这一自然属性。材料的热性变形，常用长度方向变化的线膨胀系数表示，土木工程中总体上要求材料的热变形不要太大。对于像金属、塑料等热膨胀系数大的材料，因温度和日照都易引起伸缩，成为构件产生位移的原因，在构件接合和组合时都必须予以注意。在有隔热保温要求的工程设计中，应尽量选用热容器（或比热容）大、导热系数小的材料。4、保温隔热性能在建筑工程中常把I/称为材料的热阻，用R来表示，单位为mK/W。导热系数和热阻R都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。人们常习惯把防止室内热量的散失称为保温，把防止外部热量的进入成为隔热，将保温隔热统称为绝热。材料的导热系数越小，其热阻值越大，则材料的导热性能越差，其保

19、温隔热性能越好，所以常将0.23W/(mK)的材料称为绝热材料。第24页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2.1.4材料与声有关的性质1、材料的吸声性能材料吸收声音的能力称为材料的吸声性。评定材料吸声性能好坏的主要指标是吸声系数，计算公式为： = E/E0 （2-18）式中 材料的吸声系数； E被材料吸收的声能(包括部分穿透材料的声能)； E0入射到材料表面的总声能。第25页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2、材料的隔声性能材料能够减弱或隔断声波传递的能力称为材料的隔声性能。材料的隔声性用隔声量来表示，计算公式为： R=10lgE0/E2 （2-19）

20、式中R隔声量（dB）； E0入射到材料表面的总声能； E2透过材料的声能。第26页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2.2 材料的力学性质1、强度材料抵抗外力作用破坏的性能称为强度，如图2-5所示。当材料承受荷载作用时，内部便产生应力。应力随荷载的增大而增大，直至材料发生破坏。此时的极限应力值即为材料的强度。可用下式表示： f= （2-20）式中：f强度（MPa）； Fmax极限荷载（N）； A受力面积（mm2）第27页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三第28页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2、强度等级及影响因素材料的强度与组成及

21、结构有关。一般来说，材料的孔隙率越大，则强度越小。材料的强度还与检测时试件的形状、尺寸、含水状态、环境温度、加荷速度等有关。同种材料，试件尺寸小时所测强度值高，加荷速度快时强度值高，试件表面粗糙时强度值高。如果材料含水率增大，环境温度升高。都会使材料强度降底。3、材料的比强度比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标。其值等于材料强度与其体积密度之比。它便于我们对不同强度的材料进行比较。例如：木材的强度低于钢材，而木材的比强度远过高于钢材，说明木材比钢材更为轻质高强。第29页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2.2.2材料的其它力学性质1、材料的冲击韧性和脆性材料抵抗冲击、振动

22、荷载作用的能力称为韧性。其值用冲击韧性指标ak表示，ak指用带缺口的试件做冲击破坏试验时，断口处单位面积所吸收的功。计算式为： ak= （2-21）式中k材料的冲击韧性指标（J/mm2） Ak试件破坏时所消耗的功（J）； A试件受力净截面积（mm2）建筑钢材、木材的k值较高，称之为韧性材料。它们在破坏前均有较明显的变形。玻璃混凝土、砖石等材料破坏前无明显的塑性变形，称之为脆性材料。第30页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三2、磨损及磨耗材料表面在外界物质的摩擦作用下，其质量和体积减小的现象称为磨损，磨损用磨 损率表示： （2-22） 式中 K试件的磨损率（gcrn2） m1

23、、m2 试件磨损前、后的质量（g）； A试件受磨表面积（cm2）第31页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三3、材料的弹性和塑性材料在外力作用下产生变形。当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来的形状的性质，称为弹性。这种当外力取消后瞬间内即可完全消失的变形，称为弹性变形，属于可逆变性。其数值的大小与外力成正比，其比例系数E称为弹性模量。材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，不能恢复原来形状的性质，称为塑性。这种不能消失的变形，称为塑性变形（或永久变形）。许多材料受力不大时，仅产生弹性变形；当受力超过一定限度后，即产生塑性变形。第32页，共37页，2022年，5月2

24、0日，8点20分，星期三2.3 材料的耐久性与环境协调性3.1影响材料耐久性的因素材料的耐久性是指材料在使用条件下，受到各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长期地保持其使用性能的性质。材料的工作性能是指材料在使用过程中所必需具备的物理、化学、机械作用及生物等作用。影响材料耐久性的因素是多种多样的，除材料内在原因使其组成、构造、性能发生变化以外，还要长期受到使用条件及各种自然因素的作用，这些作用可概括为以下几个方面。（1）物理作用：它包括干湿变化、温度变化和冻融变化等。这些作用将会使材料发生体积的涨缩，或导致内部裂缝的扩展。若长期反复作用则会使材料逐渐破坏。（2）化学作用：它包括大气、环境水和在使用环境中的酸、碱、盐等液体或有害气体材料的侵蚀作用。 （3）机械作用：它包括使用过程中荷载的持续作用，交变荷载引起材料的疲劳破坏以及冲击、磨损等方面的作用。 （4）生物作用：它包括各种生物的菌类、微生物和昆虫等作用而引起材料腐朽、虫蛀而破坏。第33页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三第34页，共37页，2022年，5月20日，8点20分，星期三3.2提高材料耐久性的措施1、提高材料本身对外界作用的抵抗能力（如提高密实度、改变空隙构造和改变成分等）；2、选用其他材料对主