《建筑材料》課件-建筑材料基本物理性質(zhì)

建筑材料1.1建筑材料的基本物理性質(zhì)建筑材料的基本物理性質(zhì)是指材料在大氣環(huán)境下表現(xiàn)出的狀態(tài)、熱學(xué)和聲學(xué)性質(zhì)，如密度、吸水、導(dǎo)熱和吸聲等。與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)與水有關(guān)的性質(zhì)與熱有關(guān)的性質(zhì)與聲音有關(guān)的性質(zhì)

在建筑物或構(gòu)筑物中，建筑材料要承受各種不同因素的作用，要求其應(yīng)具有不同性質(zhì)。例如，用于建筑結(jié)構(gòu)的材料要受到各種外力的作用，因此，選用的材料應(yīng)具有所需要的力學(xué)性能。又如，根據(jù)建筑物各種不同部位的使用要求，有些材料應(yīng)具有

防水、絕熱、吸聲等性能；對于某些工業(yè)建筑，要求材料具有耐熱、耐腐蝕等性能。此外，對于長期暴露在大氣中的材料，要求能經(jīng)受風(fēng)吹、日曬、雨淋、冰凍而引起的溫度變化、濕度變化及反復(fù)凍融等的破壞作用。為了保證建筑物或構(gòu)筑物經(jīng)久耐用，就要求在工程設(shè)計(jì)與施工中正確的選擇和合理的使用材料，因此必須熟悉和掌握各種建筑材料的基本性質(zhì)。

這些性質(zhì)歸納起來可分為：

一、物理性質(zhì)：與各種物理過程（如水、熱作用）有關(guān)的性質(zhì)；

二、力學(xué)性質(zhì)：材料在荷載作用下的變形及抵抗變形的能力；

三、耐久性：材料在使用環(huán)境中，受到各種作用（物理作用、化學(xué)作用及生物作用等）而影響使用功能。

建筑材料所具有的各種性質(zhì)，主要取決于材料的組成和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，同時(shí)還受到環(huán)境條件的影響。為了能夠合理地選擇和正確地使用材料，必須了解材料的各種性質(zhì)以及性質(zhì)與組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)的關(guān)系。

材料的體積構(gòu)成：材料的含水狀態(tài)：1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)材料的體積構(gòu)成和含水狀態(tài)

自然界的材料，因其單位體積內(nèi)所含孔（空）隙程度的不同，其基本的物理性質(zhì)參數(shù)即單位體積的質(zhì)量也有所區(qū)別，這就帶來了不同的密度概念。材料的體積構(gòu)成：

塊狀材料：在自然狀態(tài)下的體積是由固體物質(zhì)的體積和材料內(nèi)部孔隙的體積組成的。

散粒材料：是指在自然狀態(tài)下具有一定粒徑材料的堆積體，如工程中的石子、砂等。其體積構(gòu)成是由固體物質(zhì)體積、顆粒內(nèi)部孔隙體積和固體顆粒之間的空隙體積組成的。圖1.1塊狀材料體積構(gòu)成示意圖

1—封閉孔隙；2—連通孔隙圖1.2散粒材料體積構(gòu)成示意圖1—顆粒中固體物質(zhì)；2—顆粒的連通孔隙；3—顆粒的封閉空襲；4—顆粒間的空隙V0'=V+V孔+V空=V。+V空

V。=V+V孔材料的含水狀態(tài)：

材料在大氣中或水中會(huì)吸附一定的水分，根據(jù)材料吸附水分的情況不同，將其含水狀態(tài)分為以下四種：干燥狀態(tài)、氣干狀態(tài)、飽和面干狀態(tài)、濕潤狀態(tài)。

圖1.3材料的含水狀態(tài)材料的含水狀態(tài)的不同會(huì)對材料的多種性質(zhì)均產(chǎn)生一定的影響。

材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下（內(nèi)部不含任何孔隙），單位體積的質(zhì)量稱為材料的密度，以ρ表示。其計(jì)算式為：

絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)的真實(shí)體積。1.1.1材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1.1.1.1密度

常用建筑材料中，除金屬、玻璃、單體礦物等少數(shù)接近于絕對密實(shí)的材料外，絕大多數(shù)材料均含有一定的孔隙，如磚、石材等塊狀材料。測定含孔材料的密度時(shí)，應(yīng)將材料磨成細(xì)粉（粒徑一般小于0.20mm）除去孔隙，經(jīng)干燥至恒重后，用李氏瓶采用排液的方法測定其實(shí)體積。材料磨的越細(xì)，所測得的體積越接近實(shí)體積，密度值也就越精確。1.1.1.2表觀密度

表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，其計(jì)算式為：

表觀體積是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。對外形規(guī)則的材料，其幾何體積即為表觀體積；對外形不規(guī)則的材料，可用排水法測定。一般所指的表觀密度，是以干燥狀態(tài)下的測定值為準(zhǔn)。1.1.1.3堆積密度

堆積密度（舊稱松散容重），是指散狀（粉狀、粒狀或纖維狀）材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積（包含了顆粒內(nèi)部的孔隙即顆粒之間的空隙）所具有的質(zhì)量。其計(jì)算式為：

常用建筑材料的基本物理參數(shù)見表1.1。表1.1常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率

材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)石灰?guī)r2.601800~2600____花崗巖2.60~2.902500~2800__0.5~3.0碎石(石灰?guī)r)2.60__1400~1700__砂2.60__1450~1650__普通粘土磚2.50~2.801600~1800____粘土空心磚2.501000~1400____材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度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鋼材7.857850__0泡沫塑料__20~50____玻璃2.55______續(xù)表1.11.1.1.4密實(shí)度與孔隙率(1)密實(shí)度

密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度，也就是固體物質(zhì)的體積占總體積的比例，以D表示。其計(jì)算式為：(2)孔隙率

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，以P表示。其計(jì)算式為：

材料的總體積是由該材料的固體物質(zhì)與其所包含的孔隙所組成的。建筑材料的許多性能如強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性等均與材料的孔隙有關(guān)。孔隙按其尺寸大小又可分為微孔、細(xì)孔和大孔。1.1.1.5填充率與空隙率(1)填充率

填充率是指散粒狀材料在其堆積體積內(nèi)，被其顆粒填充的程度，以D′表示。其計(jì)算式為：

(2)空隙率

空隙率是指散粒狀材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率，以P′表示。其計(jì)算式為：填充率與空隙率的關(guān)系為：

空隙率的大小反映了散粒狀材料的顆粒之間相互填充的致密程度。1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.1.2.1親水性與憎水性

潤濕是水在材料表面被吸附的過程，材料被水潤濕的程度可用潤濕角θ表示，如圖1.1所示。一般認(rèn)為，潤濕角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濕，稱為憎水性材料(如圖1.1（b）所示)。圖1.1材料的潤濕示意圖

(a)親水性材料；（b）憎水性材料

1.1.2.2吸水性與吸濕性(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：1.1.2.3耐水性

材料長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：1.1.2.4抗?jié)B性

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。

滲透系數(shù)反映了材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差。對于混凝土和砂漿材料，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(jí)Pn表示。材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)1.1.2.5抗凍性

抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不被破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。

材料的抗凍性用抗凍等級(jí)來表示。

一般要求強(qiáng)度降低不超過25％，且質(zhì)量損失不超過5％時(shí)所能承受的最多的循環(huán)次數(shù)來表示。記作“Fn”，n為最大凍融循環(huán)次數(shù)，如F25、F50等。

材料抗凍性的高低決定于材料的吸水飽和程度和材料對結(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。1.1.3材料與熱有關(guān)的性質(zhì)1.1.3.1導(dǎo)熱性

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）所通過的熱量。可用下式表示：

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)。

1.1.3.2比熱容

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。熱容量和比熱，可用下式計(jì)算：

比熱是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物理量。常見建筑材料的熱工指標(biāo)見表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是指材料抵抗燃燒的性質(zhì)1.1.3.3耐燃性耐燃性耐火性熱穩(wěn)定性是指材料抵抗高溫或火的作用，保持其原有性能的能力是指材料抵抗急冷急熱的交替作用，并保持其原有性質(zhì)的能力

耐燃性是指材料抵抗燃燒的性質(zhì)。所謂的燃燒性能是指建筑材料或制品燃燒或遇火時(shí)所發(fā)生的一切物理和化學(xué)變化。耐燃性是影響裝飾工程防火和耐火等級(jí)的重要因素。根據(jù)材料的耐燃性不同，國家標(biāo)準(zhǔn)將其分為四個(gè)等級(jí)。不燃材料難燃材料可燃材料易燃材料A級(jí)B1級(jí)B2級(jí)B3級(jí)耐燃性好的材料，其耐火性不一定好。如金屬類材料，耐燃性很好，但高溫時(shí)會(huì)發(fā)生變形、熔融，耐火性差。許多脆性材料的熱穩(wěn)定性差，如玻璃、瓷磚在急冷急熱的交替作用下易產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力而導(dǎo)致開裂或炸裂破壞。1.1.4材料與聲音有關(guān)的性質(zhì)1.1.4.1吸聲性

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)。聲音起源于物體的振動(dòng)，它迫使鄰近的空氣跟著振動(dòng)而成為聲波，并在空氣介質(zhì)中向四周傳播。當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，一部分被反射另一部分穿透材料，其余的部分則傳遞給材料，在材料的孔隙中引起空氣分子與孔壁的摩擦和粘滯阻力，其間相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收掉。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(2)材料的厚度(3)材料的孔隙特征有效地采用吸聲材料，不僅可以減少環(huán)境噪聲污染，而且能適當(dāng)?shù)馗纳埔糍|(zhì)。房間內(nèi)聲音被界面不斷反射而積累會(huì)產(chǎn)生混響，不同使用要求的房間需要不同的混響效果。如在音樂廳、劇院等演奏音樂的空間，就需要混響效果使樂曲更加舒緩而愉悅；而對于電影院、錄音室、教師等語言使用的空間，就需要減少混響使話語更加清晰。1.1.4.2隔聲性

隔聲性是指材料能減弱或隔斷聲波傳遞的性能。吸聲性能好的材料，不能簡單地就把它們作為隔聲材料來使用。描述材料隔聲性能的指標(biāo)是隔聲量，其單位為分貝，dB。隔聲量越大，材料的隔聲