建筑材料基础性质 材料的物理性质

1.1材料的基本物理性质材料体积组成：块状材料1-固体物质2-闭口孔隙3-开口孔隙材料体积组成：散粒材料材料的孔隙：材料实体内部被空气所占据的空间（一个）材料的空隙：材料（一般指散粒材料）实体之间被空气所占据的空间（一堆）。材料的密度（绝对密度）、表观密度、体积密度和堆积密度。密度绝对密度表观密度体积密度堆积密度根据材料所处的体积状况不同密度：物质单位体积的质量绝对密度(density)是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量，绝对密度一般简称密度，按下式计算：

块材的体积状态见图1.3。绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。绝对密度1.1.1绝对密度关于密度（绝对密度）计算中的体积问题注意：材料在致密状态下的体积指的是不包含材料内部孔隙的固体物质本身的体积，亦称实体积。对于致密材料（如钢材、玻璃、沥青等）而言，内部是不含孔隙的，故体积很容易测定；但是对于绝大多数材料而言，在自然状态下材料是含有一些孔隙的。1.1.1绝对密度常见近似无孔隙材料钢、玻璃常见有孔隙材料未烧透的红砖水泥混凝土1.1.1绝对密度含孔材料的体积测定方法：

一般采用李氏瓶测定有孔材料的实体积测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉（粒径小于0.2mm），以排除其内部孔隙，经干燥至恒重后，再用密度瓶（李氏瓶）测定其绝对密实体积，材料磨得越细，测得的密度值越准确。思考题：如何测量有孔隙材料的密度？关于密度（绝对密度）计算中的体积问题1.1.1观看动画绝对密度李氏瓶1.1.1绝对密度测量有孔隙材料密度的方法与步骤：1.1.1绝对密度判断题：下列说法中，哪些是正确的？哪些是错误的？1.1.1练习题一块黏土砖的密度等于砖的质量与体积（长宽高的乘积）的之比值。一块规则的立方体玻璃的密度等于玻璃的质量与体积（长宽高的乘积）的之比值。

表观密度(apparentdensity)是指只包括封闭孔隙体积而不含开口孔隙体积计算出的密度。按下式计算：表观密度1.1.2由于大多数材料或多或少含有一些孔隙，故一般材料的表观密度总是小于密度。表观密度当材料含水时，重量增大，体积也会发生变化，所以测定表观密度时须同时测定其含水率，注明含水状态。材料的含水状态有干燥、气干、饱和面干和湿润四种。1.1.2

体积密度(bulkdensity)是指材料在自然状态下，单位体积的质量(有时称为容重)。按下式计算：

材料自然状态下的体积包括材料内部所有封闭孔隙体积和开口孔隙体积，测定材料的体积密度时，材料的质量可以是任意含水状态下的，须注明含水情况，如未注明则均指干燥材料的体积密度。体积密度1.1.3体积密度测定材料在自然状态下的体积的方法：（1）若材料外观形状规则，可直接度量外形尺寸，按几何公式计算；（2）若外观形状不规则，可用排液法测得，为了防止液体由孔隙渗入材料内部而影响测定值，应在材料表面涂蜡(同时也为封闭开口孔隙)。如果要测定砂石真正意义上的表观密度，应蜡封开口孔后用排水法测定。1.1.3观看动画

某教室钢筋混凝土梁尺寸为b×h×l＝250mm×550mm×6000mm，采用C25混凝土，体积密度为ρ0

＝2400kg／m3。试求此梁的质量。体积密度练习题1.1.3

某教室钢筋混凝土梁尺寸为b×h×l＝250mm×550mm×6000mm，采用C25混凝土，体积密度为ρ0

＝2400kg／m3。试求此梁的质量。体积密度V0=b×h×l＝250mm×550mm×6000mm=0.825m3m=ρ0×V0=2400kg／m3×0.825m3=1980kg1.1.3练习题

从室外取来的质量为2700g的一块烧结普通砖，浸水饱和后的质量为2850g，而绝对干燥时的质量为2600g。求此砖的体积密度(烧结普通砖实测规格为240mm×115mm×53mm)。练习题体积密度1.1.3

从室外取来的质量为2700g的一块烧结普通砖，浸水饱和后的质量为2850g，而绝对干燥时的质量为2600g。求此砖的体积密度(烧结普通砖实测规格为240mm×115mm×53mm)。练习题体积密度1.1.3

堆积密度(accumulationdensity)指粒状材料或粉末状材料在堆积状态下，单位体积的质量。计算式如下：堆积密度1.1.4堆积密度材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的紧密程度及材料可能的堆放空间！堆积体积绝对体积内部开闭孔体积颗粒间空隙体积1.1.4堆积密度堆积密度测定：散粒材料在自然堆积状态下的体积，是指既含颗粒内部的孔隙，又含颗粒之间空隙在内的总体积。散粒材料的体积可用已标定容积的容器测得。砂子、石子的堆积密度即用此法求得。1.1.4观看动画堆积密度1.1.4在建筑工程中，需确定材料的用量、构件的自重、材料的配比以及材料的运输量与堆放空间等经常用到材料的密度、体积密度、表观密度和堆积密度值。常用建筑材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度数值见表1.1。堆积密度1.1.4材料的密度（绝对密度）、表观密度、体积密度和堆积密度的关系。根据材料所处的体积状况不同绝对密实的体积内部闭孔体积表观密度内部开孔体积体积密度颗粒间空隙体积堆积密度绝对密度小结孔隙率和密实度孔隙率(porosity)指材料内孔隙体积占材料在自然状态下总体积的百分率，孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种，连通孔隙不仅彼此贯通且与外界相通，而封闭孔隙则不仅彼此不连通且与外界相隔绝。

表达式如下：（1）孔隙率密实度(densecondition)指材料体积(自然状态)内固体物质所充实的程度，表达式如下：

密实度反映材料的密实程度，D值越大，则材料越密实。（2）密实度——单块材料

材料内部孔隙示意

1.1.5孔隙率和密实度——单块材料

注意：含有孔隙的材料，密实度均小于1。密实结构材料内部基本上无孔隙，结构致密，密实度高，孔隙率小。特点是：①材料受力的有效面积大，强度和硬度较高；②吸水性小；③抗渗性和抗冻性较好；④耐磨性较好；⑤绝热性差。如钢材、天然石材、玻璃等。1.1.5孔隙率和密实度——单块材料

有孔隙结构的材料内部基本上有孔隙，孔隙率高。特点是：①强度较低；②抗渗性和抗冻性较差；③吸水性较大；④绝热性较好。如加气混凝土、石膏制品、烧结普通砖等。加气混凝土砌块的多孔构造

1.1.5空隙率与填充率空隙率(voidratio)(P′)是指散粒材料在堆积体积(V′0)中，颗粒之间的空隙体积(Vk)所占的比例。（1）空隙率密实度填充率(fillratio)(D′)是指散粒材料在某堆积体积中，固体物质体积(Vv)所充实的程度。对于致密材料，如普通天然砂、石，可用表观密度ρ′近似替代干燥时体积密度ρ0。在配制混凝土、砂浆等材料时，砂、石的空隙率是作为控制混凝土中骨料级配与计算混凝土砂率时的重要依据。（2）填充率——散粒状材料

材料填充率示意图D′+P′=1空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的致密程度。思考：空隙率与孔隙率有什么区别？1.1.6空隙率与填充率——散粒状材料孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式1.1.6空隙率与填充率——散粒状材料空隙率性质指标在工程中的应用砂子、石子等，因其致密，强度高，适合做承重的混凝土骨料。颗粒状构造的材料颗粒间存在大量的空隙，其空隙率主要取决于颗粒级配。用作混凝土骨料时，要求紧密堆积。

1.1.6空隙率与填充率1.1.6——散粒状材料对于混凝土的粗细骨料，空隙率越小，说明其颗粒大小搭配的越合理，用其配置的混凝土越密实，水泥越节约。在砼中，砂石间的空隙需要水泥浆填充。其空隙越大，拌制砼所需的水泥浆量越多，如果要节约水泥，减少砼的成本，就需要采用空隙率尽可能小的砂石。在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制混凝土中骨料级配与计算混凝土含砂率时的重要依据。空隙率与填充率判断题。1.材料的孔隙率越小，密度越大。2.同一种材料，其表观密度越大，则其孔隙率越大。1.1.6练习题吸水性1.1.7材料与水有关的性质

亲水性与憎水性吸水性与吸湿性耐水性抗渗性抗冻性吸水性1.1.7观察

水在材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。

水在材料的表面是自动散开和铺展的，并自发地润湿了材料表面。观看动画吸水性1.1.7亲水性和憎水性的表示方法润湿角：

（a）θ≤90º亲水性材料（b）θ>90º憎水性材料吸水性1.1.7材料的吸水性定义：材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。表示：吸水性的大小以吸水率来表示。吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。

吸水性1.1.7质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比。

从室外取来的质量为2700g的一块烧结普通砖，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g。求此砖的质量水率(烧结普通砖实测规格为240mm×115mm×53mm)。练习题吸水性1.1.7

从室外取来的质量为2700g的一块烧结普通砖，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g。求此砖的质量水率(烧结普通砖实测规格为240mm×115mm×53mm)。练习题吸水性1.1.7吸水性1.1.7体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率。材料吸水达饱和时的体积吸水率，即为材料的开口孔隙率。吸水性1.1.7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。吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。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％。吸水性1.1.7吸水率增大对材料性能的影响强度下降体积膨胀保温性能降低抗冻性变差不良的、负面的吸水性

吸水性(waterimbibition)指材料在水中吸收水分的性质，用质量吸水率wm或体积吸水率wv表示。质量吸水率是指材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料干质量的百分率；体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然状态下体积的百分率。表达式分别如下：1.1.7总结吸湿性1.1.8有的季节，木门关不上了，它变大了；有的季节，木门关不紧了，它变小了；为什么呢？讨论吸湿性1.1.8定义：材料在潮湿的空气中吸收水分的性质称为材料的吸湿性；表示方法：含水率（w含）公式：吸湿性1.1.8平衡含水率潮湿空气中v吸收

>v放出干燥空气中v吸收

<v放出

v吸收

=v放出

平衡含水率吸湿性1.1.8吸湿性对工程有较大的影响举例：木材翘曲、开裂石灰潮湿、脱落保温材料效果降低吸湿性1.1.8吸湿性的影响因素材料本身的组织结构和化学成分；周围空气的相对湿度；周围环境的温度；吸湿性1.1.8吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率

从室外取来的质量为2700g的一块烧结普通砖，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g。求此砖的含水率(烧结普通砖实测规格为240mm×115mm×53mm)。吸湿性1.1.8练习题

从室外取来的质量为2700g的一块烧结普通砖，浸水饱和后的质量为2850g，而绝干时的质量为2600g。求此砖的含水率(烧结普通砖实测规格为240mm×115mm×53mm)。吸湿性1.1.8练习题耐水性

耐水性(waterresistance)指材料长期在水的作用下，保持其原有性质的能力。用软化系数Kp表示：一般来说，材料含有水分时，强度都有所下降，因为水分在材料的微粒表面吸附，削弱了微粒间的黏合力。Kp值的大小，表明材料浸水饱和后强度下降的程度。Kp愈小，表明材料吸水后强度下降愈大，即耐水性愈差。材料的软化系数Kp为0～1.0。不同材料的Kp值相差颇大，如黏土Kp＝0，而金属Kp＝1。工程中将Kp≥0.85的材料称为耐水材料。当选择受水作用的结构材料时，Kp是项重要指标。经常位于水中或受潮严重的重要结构所用材料，Kp不宜小于0.85；受潮较轻或次要结构所用材料，Kp不宜小于0.70。1.1.9抗渗性抗渗性(impermeability)指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。抗渗性用渗透系数Ｋ来表示，计算式如下：1.1.10抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。抗渗性1.1.10抗渗等级

定义：指用标准方法进行透水试验时，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…，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增水性和亲水性有关，增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。抗冻性1.1.11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，材料的抗冻性通常用抗冻等级表示。抗冻等级是材料在吸水饱和状态下(最不利状态)，经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时所能承受的最大冻融循环次数。用符号Fn来表示，其中n即为最大冻融循环次数，如F25、F50、F100、F150等。——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混凝土——该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为150次。抗冻性1.1.11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。导热性1.1.12能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。建筑节能保温材料热工性质导热性热容量导热性1.1.12材料传递热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即

式中：λ——材料的导热系数，w/（m·K）；Q

—总传热量，J；

a

——材料厚度，m；A

——热传导面积，m2；

Z

—热传导时间，h；T2-T1—材料两侧温度差，K。材料的导热系数愈大，传导的热量就愈多。

导热性1.1.12材料的组成（化学组成、矿物组成）微观结构（晶体、玻璃体、胶体）孔隙结构（连通、封闭、粗大、细小）湿度（λ水＝0.58，远大于空气的0.023(W/m.K)）温度(对大部分材料随温度升高而增大)热流方向（主要针对纤维材料）影响材料导热系数的主要因素导热性1.1.12λ小λ大热流方向影响导热性的因素：导热性1.1.12材料的化学组成与结构

化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。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：导热性1.1.12影响导热性的因素：孔隙率和空隙构造特征

P↑，导热性↓，原因是静止空气的λ＜一般材料的λ。

P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，λ↑，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，λ↑。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？孔多的材料保温性能好？导热性导热性(thermalconduction)指材料传导热量的性质，用导热系数λ表示，计算式如下：导热系数的物理意义是：面积为1m2、厚度为1m的材料，当两侧温差为1K时，经1h所传递的热量。材料导热系数愈小，表示材料的绝热性能愈好。各种建筑材料的导热系数差别很大，非金属材料在0.035～3.50W／(m·K)，如发泡塑料λ＝0.035W／(m·K)，大理石λ＝3.48W／(m·K)。工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料。1.1.12热容量1.1.13热容量是指材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质，用比热表示，即式中C——材料的比热容，kJ／(kg·K)。

Q——材料的热容量，kJ；

m

——材料的重量，kg；