《建筑材料》课件-建筑材料基本物理性质

建筑材料1.1建筑材料的基本物理性质建筑材料的基本物理性质是指材料在大气环境下表现出的状态、热学和声学性质，如密度、吸水、导热和吸声等。与质量有关的性质与水有关的性质与热有关的性质与声音有关的性质

在建筑物或构筑物中，建筑材料要承受各种不同因素的作用，要求其应具有不同性质。例如，用于建筑结构的材料要受到各种外力的作用，因此，选用的材料应具有所需要的力学性能。又如，根据建筑物各种不同部位的使用要求，有些材料应具有

防水、绝热、吸声等性能；对于某些工业建筑，要求材料具有耐热、耐腐蚀等性能。此外，对于长期暴露在大气中的材料，要求能经受风吹、日晒、雨淋、冰冻而引起的温度变化、湿度变化及反复冻融等的破坏作用。为了保证建筑物或构筑物经久耐用，就要求在工程设计与施工中正确的选择和合理的使用材料，因此必须熟悉和掌握各种建筑材料的基本性质。

这些性质归纳起来可分为：

一、物理性质：与各种物理过程（如水、热作用）有关的性质；

二、力学性质：材料在荷载作用下的变形及抵抗变形的能力；

三、耐久性：材料在使用环境中，受到各种作用（物理作用、化学作用及生物作用等）而影响使用功能。

建筑材料所具有的各种性质，主要取决于材料的组成和结构状态，同时还受到环境条件的影响。为了能够合理地选择和正确地使用材料，必须了解材料的各种性质以及性质与组成、结构状态的关系。

材料的体积构成：材料的含水状态：1.1.1材料与质量有关的性质材料的体积构成和含水状态

自然界的材料，因其单位体积内所含孔（空）隙程度的不同，其基本的物理性质参数即单位体积的质量也有所区别，这就带来了不同的密度概念。材料的体积构成：

块状材料：在自然状态下的体积是由固体物质的体积和材料内部孔隙的体积组成的。

散粒材料：是指在自然状态下具有一定粒径材料的堆积体，如工程中的石子、砂等。其体积构成是由固体物质体积、颗粒内部孔隙体积和固体颗粒之间的空隙体积组成的。图1.1块状材料体积构成示意图

1—封闭孔隙；2—连通孔隙图1.2散粒材料体积构成示意图1—颗粒中固体物质；2—颗粒的连通孔隙；3—颗粒的封闭空袭；4—颗粒间的空隙V0'=V+V孔+V空=V。+V空

V。=V+V孔材料的含水状态：

材料在大气中或水中会吸附一定的水分，根据材料吸附水分的情况不同，将其含水状态分为以下四种：干燥状态、气干状态、饱和面干状态、湿润状态。

图1.3材料的含水状态材料的含水状态的不同会对材料的多种性质均产生一定的影响。

材料在绝对密实状态下（内部不含任何孔隙），单位体积的质量称为材料的密度，以ρ表示。其计算式为：

绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的真实体积。1.1.1材料与质量有关的性质1.1.1.1密度

常用建筑材料中，除金属、玻璃、单体矿物等少数接近于绝对密实的材料外，绝大多数材料均含有一定的孔隙，如砖、石材等块状材料。测定含孔材料的密度时，应将材料磨成细粉（粒径一般小于0.20mm）除去孔隙，经干燥至恒重后，用李氏瓶采用排液的方法测定其实体积。材料磨的越细，所测得的体积越接近实体积，密度值也就越精确。1.1.1.2表观密度

表观密度是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量，其计算式为：

表观体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。对外形规则的材料，其几何体积即为表观体积；对外形不规则的材料，可用排水法测定。一般所指的表观密度，是以干燥状态下的测定值为准。1.1.1.3堆积密度

堆积密度（旧称松散容重），是指散状（粉状、粒状或纤维状）材料在自然堆积状态下单位体积（包含了颗粒内部的孔隙即颗粒之间的空隙）所具有的质量。其计算式为：

常用建筑材料的基本物理参数见表1.1。表1.1常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率

材料密度ρ(kg/m3)表观密度ρ0(kg/m3)堆积密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)石灰岩2.601800~2600____花岗岩2.60~2.902500~2800__0.5~3.0碎石(石灰岩)2.60__1400~1700__砂2.60__1450~1650__普通粘土砖2.50~2.801600~1800____粘土空心砖2.501000~1400____材料密度ρ(kg/m3)表观密度ρ0(kg/m3)堆积密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)水泥

3.10__1200~1300__普通混凝土

__2100~2600__5~20木材1.55400~800__55~75钢材7.857850__0泡沫塑料__20~50____玻璃2.55______续表1.11.1.1.4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，以D表示。其计算式为：(2)孔隙率

孔隙率是指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率，以P表示。其计算式为：

材料的总体积是由该材料的固体物质与其所包含的孔隙所组成的。建筑材料的许多性能如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与材料的孔隙有关。孔隙按其尺寸大小又可分为微孔、细孔和大孔。1.1.1.5填充率与空隙率(1)填充率

填充率是指散粒状材料在其堆积体积内，被其颗粒填充的程度，以D′表示。其计算式为：

(2)空隙率

空隙率是指散粒状材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率，以P′表示。其计算式为：填充率与空隙率的关系为：

空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间相互填充的致密程度。1.1.2材料与水有关的性质1.1.2.1亲水性与憎水性

润湿是水在材料表面被吸附的过程，材料被水润湿的程度可用润湿角θ表示，如图1.1所示。一般认为，润湿角θ≤90°（如图1.1（a）所示）的材料为亲水性材料。反之，θ＞90°时，表明该材料不能被水润湿，称为憎水性材料(如图1.1（b）所示)。图1.1材料的润湿示意图

(a)亲水性材料；（b）憎水性材料

1.1.2.2吸水性与吸湿性(1)吸水性

材料在浸水状态下吸入水分的能力称为吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。

①质量吸水率材料吸水达饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率，可表示为：

②体积吸水率是指材料体积内被水充实的体积。即材料吸水达饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率，可按下式计算：质量吸水率与体积吸水率有如下的关系：

(2)吸湿性

材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小可用含水率表示。材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率，称为材料的含水率，可用下式计算：1.1.2.3耐水性

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称为耐水性。一般材料随着含水量的增加，会减弱其内部的结合力，强度也会不同程度地降低。材料的耐水性用软化系数表示，可按下式计算：1.1.2.4抗渗性

材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或不透水性），可用渗透系数K表示。

渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质。渗透系数越大，材料的抗渗性越差。对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级Pn表示。材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有关1.1.2.5抗冻性

抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，其强度也不显著降低的性质。

材料的抗冻性用抗冻等级来表示。

一般要求强度降低不超过25％，且质量损失不超过5％时所能承受的最多的循环次数来表示。记作“Fn”，n为最大冻融循环次数，如F25、F50等。

材料抗冻性的高低决定于材料的吸水饱和程度和材料对结冰体积膨胀所产生的压力的抵抗能力。抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。材料的强度愈高，耐水性愈好，其抗冻性愈好。1.1.3材料与热有关的性质1.1.3.1导热性

材料传导热量的能力，称为导热性。材料导热能力的大小可以用导热系数（λ）表示。

导热系数在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对两侧表面的温度差为1K时，经单位面积（1m2）单位时间（1s）所通过的热量。可用下式表示：

材料的导热系数除与其本身的性质、结构、密度有关外，还与材料的含水率及环境温度等有关。

1.1.3.2比热容

材料加热或冷却时，吸收或放出热量的性质，称为热容量。热容量的大小用比热容（也称热容量系数，简称比热）表示，比热容表示1g材料，温度升高1K时所吸收的热量，或降低1K时放出的热量。热容量和比热，可用下式计算：

比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。常见建筑材料的热工指标见表1.2。

表1.2几种典型材料的热工性质指标

材料导热系数(W/（m·K）)比热容(J/（g·K）)钢材580.48铜材3700.38花岗岩3.490.92混凝土1.510.84烧结普通砖0.80.88松木0.17~0.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密闭空气0.0231.00是指材料抵抗燃烧的性质1.1.3.3耐燃性耐燃性耐火性热稳定性是指材料抵抗高温或火的作用，保持其原有性能的能力是指材料抵抗急冷急热的交替作用，并保持其原有性质的能力

耐燃性是指材料抵抗燃烧的性质。所谓的燃烧性能是指建筑材料或制品燃烧或遇火时所发生的一切物理和化学变化。耐燃性是影响装饰工程防火和耐火等级的重要因素。根据材料的耐燃性不同，国家标准将其分为四个等级。不燃材料难燃材料可燃材料易燃材料A级B1级B2级B3级耐燃性好的材料，其耐火性不一定好。如金属类材料，耐燃性很好，但高温时会发生变形、熔融，耐火性差。许多脆性材料的热稳定性差，如玻璃、瓷砖在急冷急热的交替作用下易产生较大的温度应力而导致开裂或炸裂破坏。1.1.4材料与声音有关的性质1.1.4.1吸声性

声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，用吸声系数α(吸收声功率与入射声功率之比)表示。吸声系数α越大，材料的吸声性越好。吸声系数与声音的频率和入射方向有关。声音起源于物体的振动，它迫使邻近的空气跟着振动而成为声波，并在空气介质中向四周传播。当声波遇到材料表面时，一部分被反射另一部分穿透材料，其余的部分则传递给材料，在材料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻力，其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。最常用的吸声材料大多为多孔材料。影响材料吸声效果的主要因素有：(1)材料的孔隙率(2)材料的厚度(3)材料的孔隙特征有效地采用吸声材料，不仅可以减少环境噪声污染，而且能适当地改善音质。房间内声音被界面不断反射而积累会产生混响，不同使用要求的房间需要不同的混响效果。如在音乐厅、剧院等演奏音乐的空间，就需要混响效果使乐曲更加舒缓而愉悦；而对于电影院、录音室、教师等语言使用的空间，就需要减少混响使话语更加清晰。1.1.4.2隔声性

隔声性是指材料能减弱或隔断声波传递的性能。吸声性能好的材料，不能简单地就把它们作为隔声材料来使用。描述材料隔声性能的指标是隔声量，其单位为分贝，dB。隔声量越大，材料的隔声