建筑材料与检测 第2版 课件 1.1物理性质

建筑材料与检测主编:尚敏BuildingMaterialsandTesting1物理性质2力学性质3耐久性基本性质123【技能目标】能正确合理的选择建筑材料，并正确地应用建筑到工程中。【知识目标】掌握材料的基本性质，掌握外界因素对材料性质和性能的影响。【情感目标】培养学生自主学习、合作探究和语言表达的能力，使学生的素养得到全面提高。

建筑要承受各种作用，因此要求建筑材料具有所需要的基本性质。如受到外力作用，材料应有相应的力学性质；受到自然界中阳光、空气、雨淋、冰冻和水的作用，材料应能承受温湿度变化、冻融循环等破坏；建筑不同部位使用中要求防水、绝热、隔声、吸声等性能；工业建筑可能要求耐热、耐腐蚀等性能。所以在工程设计和施工中，必须充分了解和掌握材料的性质和特点，才能合理地选择和正确使用建筑材料。建筑材料的主要性质和指标见表1-1。表1-1建筑材料的主要性质和指标建筑材料的基本性质物理性质与质量有关的性质三大密度ρ、ρ0、ρ0’密实度和孔隙率D、P填充率和空隙率D‘、P’与水有关的性质亲水性憎水性θ润湿角吸水性W质、W体吸湿性W含含水率耐水性K软软化系数抗冻性抗冻等级抗渗性抗渗等级与热有关的性质导热性λ导热系数热容量C比热热胀冷缩（热膨胀系数）线膨胀系数力学性质抗破坏能力强度f（拉压弯剪）变形表现弹性与塑性

耐久性综合性质抗冻性、抗渗性、抗蚀性、大气稳定性、耐磨性、抗老化性、耐热性抗冻等级等01节PART物理性质

与热有关1.1.1与质量有关的性质1.1基本物理性质基本物理性质与质量有关与水有关

在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。常用建筑材料密度、表观密度及堆积密度见表1-2。材料密度

（g/cm3）石灰岩花岗岩碎石（石灰岩）砂黏

土普通黏土砖黏土空心砖水

泥普通混凝土轻骨料混凝土木

材钢

材泡沫塑料2.602.802.602.602.602.502.503.10----1.557.85--表1-2常用建筑材料密度、表观密度及堆积密度881.1.1与质量有关的性质常见近似无孔隙材料钢、玻璃常见有孔隙材料钢玻璃99

1.实际密度实际密度ρ——

材料的密度，g/cm3；

m——

材料的质量（干燥至恒重），g；V——材料在绝对密实状态下的体积，cm3测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，再用李氏瓶测定其绝对密实体积开口孔隙闭口孔隙固体

1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质图1-1比重瓶11112.表观密度表观密度ρ0——

材料的体积密度，kg/m3；

m——

材料的质量，kg；V0——材料包含孔隙条件下的体积，cm3对于规则形状材料的体积，可计算或用量具测得。对于不规则形状材料的体积，可用蜡封排水法测得。开口孔隙闭口孔隙固体

1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质烧结砖

砌块图1-2外形规则的材料1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质对于外形规则材料的体积，可计算或用量具测得。1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质石子称重

水、容器称重石子、水、容器称重

图1-3石子排液法

对于不规则形状材料的体积，可用蜡封排水法测得。1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质图1-4散粒状材料

1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质17173.堆积密度堆积密度ρ0′——材料的堆积密度，kg/m3；

m——材料的质量，kg；V0′——材料包含颗粒间空隙的体积，m3对于颗粒状、粉末状、纤维状材料的堆积体积，可用容器测得。容器的容积即为堆积体积1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质容器称重

装入砂

直尺刮平

称重

图1-5砂堆积密度1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质名称符号定义（状态）体积测法公式表观密度多孔固体、自然状态固体体积+内部孔隙体积V0=V+V孔隙规则：计算不规则：蜡封排水法实际密度绝对密实状态固体的实体积V磨细成粉再排水堆积密度容器内堆积在容器内堆满容积表1-3三大密度对比

1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质

密实度与孔隙率——单块材料

孔隙率图1-1材料孔隙率示意图

孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。

某块材干燥时质量为115g，自然状态下体积为44㎝3，磨细成粉后绝对密实状态下的体积为37㎝3，试计算它的孔隙率P

某红砖的表观密度为1640kg/m3，磨细排水测得实际密度为2.5g/cm3，试计算它的密实度D和孔隙率P

密实度与孔隙率均反映了材料的致密程度。材料的很多性能如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与其有关。孔隙率的大小及孔隙特征对材料的性质影响很大。P越大，材料越疏松。孔隙特征是指孔隙的种类（开口孔与闭口孔）、孔径的大小（微孔、细孔、大孔）及孔的分布情况等,密实度与孔隙率对比见表1-4。1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质表1-4密实度与孔隙率对比性质定义公式两者关系对性质的影响密实度D材料体积内固体体积占总体积的比例D=V/V0

=ρ0/ρ（1）D+P=1（2）反映密实程度（通常采用孔隙率来表示），分析的是多孔固体P越大，越疏松，强度越低，保温性越好孔隙率P材料体积内孔隙体积占总体积的比例P=（V0-V）/V0=1-ρ0/ρ孔隙率越大，材料越疏松，表观密度ρ0越小，强度越低，保温性能越好；

1.1基本物理性质1.1.1与质量有关的性质空隙率

图1-2材料空隙率示意图空隙率是指散粒材料在其堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率。P'=1-D'

填充率与空隙率——散粒状材料

某河砂的堆积密度为1500kg/m3，直接排水测得密度为2.5g/cm3，试计算它的空隙率P'27

孔隙率与孔隙特征对性质的影响孔隙特征：开口或闭口、

粗孔或细孔孔隙率与孔隙特征对材料性质的影响1、孔隙率越大，材料越疏松，表观密度ρ0越小，强度越低，保温绝热性能越好；2、开口孔隙为主，吸水性、透水性好，抗冻性差、抗渗性差、耐久性差；3、微孔好。练习题1、测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？2、加气混凝土的密度为2.55g/cm3,气干表观密度为500Kg/m3，其孔隙率应为（）。A．19.6%B．94.9%C．5.1%D．80.4%3、计算砂的空隙率1.1.2与水有关的性质石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？建筑红砖能否用作防水材料？长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。

水对于正常使用阶段的建筑材料，绝大多数都有不同程度的有害作用。但在建筑物使用过程中，材料又不可避免会受到外界雨、雪、地下水、冻融等经常的作用，故要特别注意建筑材料和水有关的性质，包括材料的亲水性和憎水性以及材料的吸水性、吸湿性、抗冻性、抗渗性等。1.1基本物理性质1.1.2与水有关的性质亲水性和憎水性图1-6亲水性与憎水性材料1.亲水性与憎水性2.吸水性吸水性——吸水饱和状态定义：材料在水中，吸收水分的性质。指标：用吸水率表示。质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率03040201

对于轻质材料，如软木、加气混凝土、膨胀珍珠岩（图1-7）等，质量吸水率往往超过100%，往往采用体积吸水率表示。一般情况下，采用质量吸水率表示。例如：膨胀珍珠岩表观密度ρ0=0.075g/cm3，质量吸水率W质=400%,体积吸水率W体=30%。

材料的吸水性会对其产生不良影响。如材料吸水后，自重增加，体积膨胀，强度降低，保温性能降低，耐久性降低。2.吸水性软木

加气混凝土

膨胀珍珠岩图1-7轻质材料材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。吸水率越大，抗冻性越差、抗渗性差、耐久性差。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率为2％～3％，粘土砖的吸水率达8％～20％，而木材的吸水率可超过100％。软木、海绵等，质量吸水率超过100%的常用体积吸水率表示。两者关系：W体=W质•ρ0（ρ0单位必须是g/cm3）例如：膨胀珍珠岩体积吸水率W体=30%，表观密度ρ0=0.075g/cm3，质量吸水率W质=400%。

1.1基本物理性质1.1.2与水有关的性质

吸湿性——自然状态

定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：含水率定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率计算式：。环境一定时，含水率大，吸湿性强---如木材、石膏3、吸湿性与环境--温度、湿度有关

材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。

温度下降，湿度增大，含水率增大-----吸湿反之，含水率降低-----还水称之为“呼吸”特性-----用于室内装修，保持湿度稳定。选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？

公式应用注意含水率公式的分母是材料干质量。常用的是公式的变形：含水质量m含=m干×（1+W含）1、100克干砂在室外放置后，含水率4%，湿砂质量为

。2、在配混凝土时，一方混凝土拌合物要用到680㎏干砂子，可是施工现场只有含水率为4%的湿砂子，称多少㎏正好够用，带进来多少水？3、含水率为5%的砂220kg，将其干燥后的质量是（）kg。A．209B．209.52C．2104、有一块砖重2625克，其含水率5%，该湿砖所含水量为（）。A、131.25克B、129.76克C、130.34克D、125克定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强

度也不显著降低的性质。指标：软化系数（K软）

4.

耐水性例如：花岗岩K软为0.97，而土的K软为0。030402011.1基本物理性质1.1.2与水有关的性质图1-8水中建筑一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。

软化系数的范围波动在0~1之间，当软化系数大于0.80时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造。5.

抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质。指标：抗渗等级

定义：指用标准方法进行抗渗试验时，石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。表示方法：字母P+可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。举例：如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。抗渗试验台抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。材料的抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的憎水性和亲水性有关，憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料。地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。5.抗冻性

定义：指材料在吸水饱和状态下，经多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。用抗冻等级表示,如F10、F15、F25、F50、F100等，F15的含义是材料能承受15次冻融循环。材料的冻融循环次数越高，则材料的抗冻性能越好。

测试状态：吸水饱和，-15℃冻结，再在20℃水中融化，称为一次冻融循环，经过规定次数的反复循环后，质量损失不大于5%，强度损失不超过25%。通常被认为是抗冻材料。

1.1基本物理性质1.1.2与水有关的性质0304020103040201

一般来说，密实的材料、具有闭口孔隙且强度较高的材料，具有较强的抗冻能力。常处于水位变化的季节性冰冻地区的建筑，尤其是冬季气温达到-15℃的地区，所用材料一定要进行抗冻性试验。材料的冻融循环破坏如下图（图1-9）。1.1基本物理性质1.1.2与水有关的性质图1-9冻融循环破坏材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。

冻融循环冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强

度降低。冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成

压力。

九.

抗冻性定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。指标：抗冻等级

——抗压强度下降≯25%；质量损失≯5%时能经受冻融循环的最大次数。例如：F150——能承受150次冻融循环。材料抗冻标号的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为F15或F25；用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或200。水工混凝土要求高达F500。

抗冻性要求思考题1.材料的软化系数越大，则其A)耐水性越好B)耐水性越差C)抗冻性越好D)抗冻性越差2.材料的开口孔隙率越多，则其

。A)耐水性越好B)耐水性越差C)抗渗性越好D)抗渗性越差3.材料吸水后，将使材料的

提高。

A)耐久性B)强度C)保温D)表观密度、导热性有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下重2900g，其绝干质量为2550g。砖的尺寸为240×115×53mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62cm3

。试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率。ρ=m/VW体=W质•ρ0

123456777777777777777777777777

在建筑中，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，常要求材料具有一定的热性质，以维持室内温度。常考虑的热性质有材料的导热性、热容量和热变形性等，常见材料的热性质见表1-5。1.导热性

定义：当材料两面存在温差时，热量由温度高的一侧传至温度低的一侧的性质。导热性的大小用导热系数（λ）表示。

λ的物理意义为：1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在1秒内（1s），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度[W/(m·K)或W/(m·℃)]。

文字内容文字内容1.1基本物理性质1.1.3与热有关的性质

对于外墙、屋盖等围护结构，希望尽量减少热量的传导，夏季要防止室外热量进入室内可以称为隔热，冬季防止室内热量的散失可以称为保温（图1-10）。1.1基本物理性质1.1.3与热有关的性质图1-10外墙屋顶保温隔热

导热系数是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。一般情况下，材料的导热系数在0.035W/(m·K)—3.5W/(m·K)之间，导热系数λ越小，保温隔热效果越好。通常将λ小于0.23的材料称为绝热材料。

导热系数与材料成分、内部孔隙构造、表观密度、含水率等有关。由于密闭空气的导热系数[λ=0.0233W/(m·K)]很小，所以材料的孔隙率较大者导热系数较小。材料受潮或受冻后，其导热系数会大大提高。这是由于水和冰的传热系数比空气的高很多[分别为0.58W/(m·K)和2.20W/(m·K)]。因此，绝热材料应经常处于干燥状态，以利于发挥材料的绝热效能。

文字内容文字内容文字内容1.1基本物理性质1.1.3与热有关的性质各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系

数范围是0.035～3.5W／(m·K)，工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。

工程意义：判断材料的保温隔热性能：λ↑传热越↑保温性↓

物理意义：导热系数为单位厚度(1m)的材料、两面温度差为1

Ｋ时、在单位时间(1s)内通过单位面积(1㎡)的热量。材料的化学组成与结构

化学组成

如：一般情况下，导热系数的大小为：金属材料﹥非金属材料﹥有机材料影响导热性的因素：材料钢材花岗岩砼松木粘土砖空气水冰导热系数582.91.80.150.550.0230.62.23比热0.460.80.881.630.844.194.1862.09孔隙率和空隙构造特征

P↑，导热性↓，保温隔热性好

孔多的材料保温性能好？材料的湿度和温度材料受潮后，λ↑，导热性↑，保温隔热性↓（λ水＞λ空气）材料再受冻，λ进一步↑，保温隔热性进一步↓(λ冰＞λ水)。棉袄浸水后保暖性变差？材料空气水冰导热系数0.0230.62.23比热4.194.1862.09复习思考题1．中空玻璃为什么比同厚度的实心玻

璃保温性能好？2．保温材料为什么保持干燥状态保温

效果较好？2.热容量

定义：指材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热（C）表示。

比热C的物理意义：指单位质量（1㎏）的材料，温度每升高（或降低）1K，所吸收（或放出）的热量。

比热大的材