廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)/室外環(huán)境設(shè)計(jì)項(xiàng)目十一建筑材料的基本性質(zhì)王沖11建筑材料的基本性能建筑材料在使用過(guò)程中，承受著各種不同的作用，因而要求具有相應(yīng)的不同性質(zhì)。例如1：受力結(jié)構(gòu)的材料必需具有良好的力學(xué)性能；

2、防水材料必須具有抗?jié)B防水能力；

3、墻體材料必須具有隔熱保溫、吸聲隔音性能；

4、北方水工建筑物，許多材料必須具有良好的抗?jié)B性和抗凍性；

5、材料必須經(jīng)受住風(fēng)吹日曬等，因此必須具有良好的耐久性。因此，學(xué)習(xí)材料的性質(zhì)對(duì)我們了解材料的性能，正確選擇、使用、材料有著很好的理論基礎(chǔ)。一、材料的結(jié)構(gòu)1、材料的孔隙

思考：空隙與孔隙有什么區(qū)別？材料的孔隙：材料實(shí)體內(nèi)部被空氣所占據(jù)的空間（一個(gè)）材料的空隙：材料（一般指散粒材料）實(shí)體之間被材料所占據(jù)的空間（一堆）2、材料孔隙形成的原因（1）水的占據(jù)作用——混凝土（2）火山作用——火山渣（3）外加劑作用——加氣混凝土（4）焙燒的作用——燒結(jié)磚3、孔隙的衡量指標(biāo)（1）孔隙率（2）空隙連通性（3）空隙直徑（1）孔隙率孔隙在材料體積中所占的比例。一般，孔隙率越大，密度越小，強(qiáng)度越低，保溫隔熱性越好，隔聲吸聲能力越強(qiáng)。（2）空隙連通性連通孔：彼此連通且與外界相通封閉孔：相互獨(dú)立且與外界隔絕1.固體（實(shí)體）2.閉口孔隙3.開(kāi)口孔隙（3）孔隙直徑粗大孔毛細(xì)孔極細(xì)微孔孔隙狀況對(duì)建筑材料的各種基本性質(zhì)具有重要的影響。影響材料的：強(qiáng)度

抗?jié)B性和抗凍性吸水性耐久性導(dǎo)熱性2、材料的宏觀結(jié)構(gòu)是指用放大鏡或直接用肉眼即可分辨的結(jié)構(gòu)層次。（1）按孔隙尺寸進(jìn)行分類致密狀構(gòu)造：沒(méi)有或基本沒(méi)有孔隙。性能：密度大，導(dǎo)熱性較高典型材料：鋼材、鋁合金、玻璃、瀝青、密實(shí)塑料、花崗巖、瓷器等多孔狀構(gòu)造：具有較多的孔隙、孔隙較大性能：輕質(zhì)、保溫隔熱性好、隔聲吸聲性能好典型材料：加氣混凝土、泡沫塑料、各種燒結(jié)膨脹材料等水泥刨花復(fù)合保溫板泡沫加氣混凝土砌塊的多孔構(gòu)造微孔狀構(gòu)造：具有眾多直徑微小的孔隙性能：密度小、導(dǎo)熱性較差、隔聲吸聲性能良好、吸聲性良好、抗?jié)B性差典型材料：石膏制品、燒結(jié)磚、瓦等（2）按構(gòu)成形態(tài)進(jìn)行分類聚集結(jié)構(gòu)：填充性的集料被膠凝材料膠結(jié)在一起而形成的性質(zhì)：集料和膠結(jié)材料的性質(zhì)以及結(jié)合的程度典型材料：水泥混凝土、砂漿、瀝青混凝土、塑料等混凝土：聚集結(jié)構(gòu)顆粒狀材料：固體顆粒的聚集體性質(zhì)：顆粒本身的性質(zhì)、顆粒間的接觸程度、黏結(jié)性質(zhì)典型材料：石子、砂和蛭石纖維狀構(gòu)造：某一斷面方向上表現(xiàn)為平行纖維間的相互黏結(jié)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)性質(zhì)：保溫隔熱性典型材料：木材、竹材、礦棉、玻璃纖維層狀構(gòu)造：以不同薄層間的相互黏結(jié)而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)性能：綜合各種材料的性能典型材料：膠合板、鋁塑復(fù)合板、復(fù)合木地板、夾層玻璃三合板層狀結(jié)構(gòu)二、材料的物理性質(zhì)二、材料的物理性質(zhì)（二）材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)材料的密度、表觀密度、體積密度和堆積密度

根據(jù)材料所處的體積狀況不同密度：物質(zhì)單位體積的質(zhì)量一、材料的物理性質(zhì)1、密度:

指的是材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3或kg/m3。計(jì)算公式為：上式中，—密度（g/cm3或或

kg/m3)m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g或kg）；

v—材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積（cm3

或m3);關(guān)于密度計(jì)算中的體積問(wèn)題注意：材料在致密狀態(tài)下的體積指的是不包含材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)本身的體積，亦稱實(shí)體積。對(duì)于致密材料（如鋼材、玻璃、瀝青等）而言，內(nèi)部是不含孔隙的，故體積很容易測(cè)定；但是對(duì)于絕大多數(shù)材料而言，在自然狀態(tài)下材料是含有一些孔隙的。24常見(jiàn)近似無(wú)孔隙材料鋼、玻璃常見(jiàn)有孔隙材料未燒透的紅磚水泥混凝土含孔材料的體積測(cè)定方法：

一般采用李氏瓶測(cè)定有孔材料的實(shí)體積測(cè)定有孔隙材料的密度時(shí)，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉（粒徑小于0.2mm），以排除其內(nèi)部孔隙，經(jīng)干燥至恒重后，再用密度瓶（李氏瓶）測(cè)定其絕對(duì)密實(shí)體積，材料磨得越細(xì)，測(cè)得的密度值越準(zhǔn)確。關(guān)于密度計(jì)算中的體積問(wèn)題李氏瓶2、表觀密度

指的是材料在近似絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積（含材料實(shí)體及閉口孔隙體積）的質(zhì)量；表觀密度的計(jì)算公式為：上式中，—表觀密度（kg/m3)m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（kg）—材料在近似絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)的體積（m3)*表觀體積=密實(shí)狀態(tài)下的體積v+閉口孔隙體積v閉孔思考題：比較密度和表觀密度的大小？3、體積密度

材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。材料在自然狀態(tài)下單位體積（包括材料實(shí)體及其開(kāi)口孔隙、閉口孔隙）的重量稱為材料的體積密度（原稱容重，道路工程中亦稱為毛體積密度）。

4、堆積密度：

指的是顆粒狀、粉狀材料或纖維狀材料在堆積狀態(tài)下，單位體積（開(kāi)口+閉口+實(shí)體+間隙）的質(zhì)量。*計(jì)算公式為：

—堆積密度（kg/m3)m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)（kg）；

—材料在堆積狀態(tài)下的體積（m3);31材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間！堆積體積絕對(duì)體積內(nèi)部開(kāi)閉孔體積顆粒間空隙體積幾種密度的比較比較項(xiàng)目實(shí)際密度表觀密度體積密度堆積密度材料狀態(tài)絕對(duì)密實(shí)近似絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)自然狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積VV0計(jì)算公式應(yīng)用判斷材料性質(zhì)用量計(jì)算、體積計(jì)算（三）材料的密實(shí)度和孔隙率1、材料的密實(shí)度和孔隙率：——單塊材料

（1）材料的密實(shí)度：

是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，也就是材料內(nèi)部固體物質(zhì)體積占材料總體積的比例，用D來(lái)表示。注意：含有孔隙的材料，密實(shí)度均小于1。(2)孔隙率：

是指材料體積內(nèi)，孔隙體積占材料總體積的百分率，用P表示?？紫犊煞譃殚]口孔和開(kāi)口孔。P=（V0-V）/V0*100%=（1-V/V0）*100%

材料內(nèi)部孔隙示意

密實(shí)度和孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，通常用孔隙率表示，孔隙率小，則密實(shí)度高。

影響材料的：強(qiáng)度

抗?jié)B性和抗凍性吸水性耐久性導(dǎo)熱性

密實(shí)結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部基本上無(wú)孔隙，結(jié)構(gòu)致密，密實(shí)度高，孔隙率小。特點(diǎn)是：1、材料受力的有效面積大，強(qiáng)度和硬度較高；2、吸水性?。?、抗?jié)B性和抗凍性較好；4、耐磨性較好；5、絕熱性差。如鋼材、天然石材、玻璃等。有孔隙結(jié)構(gòu)的材料內(nèi)部基本上有孔隙，孔隙率高。特點(diǎn)是：1、強(qiáng)度較低；2、抗?jié)B性和抗凍性較差；3、吸水性較大；4、絕熱性較好。如加氣混凝土、石膏制品、燒結(jié)普通磚等。加氣混凝土砌塊的多孔構(gòu)造

工程應(yīng)用：1、保溫隔熱的建筑物或部位，要求其所用材料的孔隙率要較大；2、高強(qiáng)或不透水的建筑物或部位，要求所用材料的孔隙率應(yīng)很小。2、材料的填充率與空隙率：——散粒狀材料

1、填充率填充率是指散粒材料（如砂子、石子等）在堆積體積中，被其顆粒實(shí)體體積填充的程度。填充率一般用D’來(lái)表示，按下式計(jì)算：

或

材料填充率示意圖2、空隙率

空隙率是指散粒材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率，用P’表示：空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒之間相互填充的致密程度。思考：空隙率與孔隙率有什么區(qū)別？D’+P’=1孔隙率與空隙率的區(qū)別比較項(xiàng)目孔隙率空隙率適用場(chǎng)合個(gè)體材料內(nèi)部堆積材料之間作用可判斷材料性質(zhì)可進(jìn)行材料用量計(jì)算計(jì)算公式空隙率性質(zhì)指標(biāo)在工程中的應(yīng)用：砂子、石子等，因其致密，強(qiáng)度高，適合做承重的混凝土骨料。顆粒狀構(gòu)造的材料顆粒間存在大量的空隙，其空隙率主要取決于顆粒級(jí)配。用作混凝土骨料時(shí)，要求緊密堆積。

對(duì)于混凝土的粗細(xì)骨料，空隙率越小，說(shuō)明其顆粒大小搭配的越合理，用其配置的混凝土越密實(shí)，水泥越節(jié)約。在砼中，砂石間的空隙需要水泥漿填充。其空隙越大，拌制砼所需的水泥漿量越多，如果要節(jié)約水泥，減少砼的成本，就需要采用空隙率盡可能小的砂石在配制混凝土?xí)r，砂、石的空隙率是作為控制混凝土中骨料級(jí)配與計(jì)算混凝土含砂率時(shí)的重要依據(jù)。

潤(rùn)濕是水在材料表面被吸附的過(guò)程，材料被水潤(rùn)濕的程度可用潤(rùn)濕角θ表示，如圖1.1所示。一般認(rèn)為，潤(rùn)濕角θ≤90°（如圖1.1（a）所示）的材料為親水性材料。反之，θ＞90°時(shí)，表明該材料不能被水潤(rùn)濕，稱為憎水性材料(如圖1.1（b）所示)。三

材料與水有關(guān)的性質(zhì)1親水性與憎水性圖1.1材料的潤(rùn)濕示意圖

(a)親水性材料；（b）憎水性材料

(1)吸水性

材料在浸水狀態(tài)下吸入水分的能力稱為吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有兩種表示方法：質(zhì)量吸水率和體積吸水率。

①質(zhì)量吸水率材料吸水達(dá)飽和時(shí)，其所吸收水分的質(zhì)量占材料干燥時(shí)質(zhì)量的百分率，可表示為：2吸水性與吸濕性

②體積吸水率是指材料體積內(nèi)被水充實(shí)的體積。即材料吸水達(dá)飽和時(shí)，所吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，可按下式計(jì)算：質(zhì)量吸水率與體積吸水率有如下的關(guān)系：

(2)吸濕性

材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性的大小可用含水率表示。材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率，稱為材料的含水率，可用下式計(jì)算：

材料長(zhǎng)期在飽和水作用下而不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。一般材料隨著含水量的增加，會(huì)減弱其內(nèi)部的結(jié)合力，強(qiáng)度也會(huì)不同程度地降低。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，可按下式計(jì)算：3耐水性f—無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性（或不透水性），可用滲透系數(shù)K表示。

材料的透水性可用達(dá)西定律來(lái)描述，即在一定時(shí)間內(nèi)，透水材料試件的水量與試件的斷面積及水頭差（液壓）成正比，與試件的厚度成反比?？捎孟率奖硎荆?抗?jié)B性

抗凍性是材料抵抗凍融循環(huán)作用，保持其原有性能的能力。對(duì)結(jié)構(gòu)材料，主要指保持強(qiáng)度的能力，并以抗凍標(biāo)號(hào)來(lái)表示。

抗凍標(biāo)號(hào)是用材料在吸水飽和狀態(tài)下（最不利狀態(tài)），經(jīng)凍融循環(huán)作用，強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失均不超過(guò)規(guī)定值時(shí)，所能抵抗的最多凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示，記作D25、D50、D100、D150等。5抗凍性

材料抗凍性的高低決定于材料的吸水飽和程度和材料對(duì)結(jié)冰體積膨脹所產(chǎn)生的壓力的抵抗能力?？箖鲂猿Ｗ鳛榭疾椴牧夏途眯缘囊粋€(gè)指標(biāo)。材料的強(qiáng)度愈高，耐水性愈好，其抗凍性愈好。

材料傳導(dǎo)熱量的能力，稱為導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)熱能力的大小可以用導(dǎo)熱系數(shù)（λ）表示。

導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于厚度為1m的材料，當(dāng)其相對(duì)兩側(cè)表面的溫度差為1K時(shí)，經(jīng)單位面積（1m2）單位時(shí)間（1s）所通過(guò)的熱量。四

材料的熱工性質(zhì)1導(dǎo)熱性

材料的導(dǎo)熱系數(shù)除與其本身的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、密度有關(guān)外，還與材料的含水率及環(huán)境溫度等有關(guān)?？捎孟率奖硎荆?/p>

材料加熱或冷卻時(shí)，吸收或放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。熱容量的大小用比熱容（也稱熱容量系數(shù)，簡(jiǎn)稱比熱）表示，比熱容表示1g材料，溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量，或降低1K時(shí)放出的熱量。材料吸收或放出的熱量和比熱，可用下式計(jì)算：2比熱容

比熱是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物理量。常見(jiàn)建筑材料的熱工指標(biāo)見(jiàn)表1.2。表1.2幾種典型材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)

材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/（m·K）)比熱容(J/（g·K）)鋼材580.48銅材3700.38花崗巖3.490.92混凝土1.510.84燒結(jié)普通磚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密閉空氣0.0231.00

在建筑工程中常把1/λ稱為材料的熱阻，用R表示。

導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻都是評(píng)定建筑材料保溫隔熱性能的重要指標(biāo)。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱阻越大，則材料的保溫隔熱性能越好。常將λ≤0.175W/（m·K）的材料稱為絕熱材料。3材料的保溫隔熱性

聲能穿透材料和被材料消耗的性質(zhì)稱為材料的吸聲性，用吸聲系數(shù)α(吸收聲功率與入射聲功率之比)表示。吸聲系數(shù)α越大，材料的吸聲性越好。吸聲系數(shù)與聲音的頻率和入射方向有關(guān)。通常使用的六個(gè)頻率為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。五

材料的聲學(xué)性質(zhì)1吸聲性

一般將上述6個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)α≥0.20的材料稱為吸聲材料。最常用的吸聲材料大多為多孔材料。影響材料吸聲效果的主要因素有：

(1)

材料的孔隙率和體積密度

(2)

材料的孔隙特征

(3)

材料的厚度(1)隔空氣聲

透射聲功率與入射聲功率的比值稱為聲透射系數(shù)，用τ表示，該值越大則材料的隔聲性越差。材料的隔聲能力用隔聲量R（R=10lg(1/τ)來(lái)表示，單位為dB。與聲透射系數(shù)τ相反，隔聲量越大，材料的隔聲性能越好。2隔聲性(2)隔固體聲

固體聲是由于振源撞擊固體材料，引起固體材料受迫振動(dòng)而發(fā)聲，并向四周輻射聲能。固體聲在傳播過(guò)程中，聲能的衰減極少。彈性材料如地毯、木板、橡膠片等具有較高的隔固體聲的能力。五

材料的力學(xué)性質(zhì)

材料的力學(xué)性能，就是指材料在外力（荷載）作用下，抵抗破壞和變形的能力。1材料的強(qiáng)度材料因抵抗外力（荷載）作用而引起破壞的最大能力，即為該材料的強(qiáng)度。其值是以材料受力破壞時(shí)單位面積上所承受的力表示。計(jì)算式為：

材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、壓力、彎曲力及剪應(yīng)力等。材料抵抗上述外力破壞的能力，分別稱為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。靜力強(qiáng)度的分類和計(jì)算公式見(jiàn)表1.3。大部分建筑材料，根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，可劃分為若干不同的強(qiáng)度等級(jí)。材料的強(qiáng)度與材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等有很大關(guān)系。鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度都很高，如表1.4所示。表1.3靜力強(qiáng)度分類

強(qiáng)度類別舉例計(jì)算式附注抗壓強(qiáng)度f(wàn)c(MPa)fc=F/AF—破壞荷載(N)A—受荷面積(mm2)l—跨度(mm)b—斷面寬度(mm)h—斷面高度(mm)抗拉強(qiáng)度f(wàn)t(MPa)ft=F/A抗剪強(qiáng)度f(wàn)v(MPa)fv=F/A抗彎強(qiáng)度f(wàn)tm(MPa)ftm=3Fl/(2bh2)表1.4鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較

材料表觀密度ρ0（kg/m3）抗壓強(qiáng)度f(wàn)c（MPa）比強(qiáng)度f(wàn)c/ρ0

普通混凝土240029.40.012低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)，稱為彈性。這種當(dāng)外力取消后瞬間即可完全消失的變形，稱為彈性變形