1、第一章建筑材料的基本性質教案要求：了解材料的組成與結構以及它們與材料性質的關系；要求掌握材料與質量有關的性質、與水有關的性質及與熱有關的性質的概念及表示方法，并能較熟練地運用；要求了解材料的力學性質及耐久性的基本概念。建筑物是由各種建筑材料建筑而成的，這些材料在建筑物的各個部位要承受各種各樣的作用，因此要求建筑材料必須具備相應性質。如結構材料必須具備良好的力學性質；墻體材料應具備良好的保溫隔熱性能、隔聲吸聲性能；屋面材料應具備良好的抗滲防水性能；地面材料應具備良好的耐磨損性能等等。一種建筑材料要具備哪些性質，這要根據材料在建筑物中的功用和所處環境來決定。一般而言，建筑材料的基本性質包括物理性質

2、、化學性質、力學性質和耐久性。第一節材料的物理性質一、材料的基本物理性質（一）實際密度材料在絕對密實狀態下，單位體積的質量稱為密度。用公式表示如下： =m/v式中 材料的密度， g/cm3；m材料在干燥狀態下的質量，g；3V干燥材料在絕對密實狀態下的體積，cm。材料在絕對密實狀態下的體積是指不包括孔隙在內的固體物質部分的體積，也稱實體積。在自然界中，絕大多數固體材料內部都存在孔隙，因此固體材料的總體積（ V0）應由固體物質部分體積（ V）和孔隙體積（ VP）兩部分組成，而材料內部的孔隙又根據是否與外界相連通被分為開口孔隙（浸漬時能被液體填充，其體積用 Vk 表示）和封閉孔隙（與外界不相連通，其

3、體積用 Vb 表示）。測定固體材料的密度時，須將材料磨成細粉（粒徑小于 0.2mm），經干燥后采用排開液體法測得固體物質部分體積。材料磨得越細，測得的密度值越精確。工程所使用的材料絕大部分是固體材料，但需要測定其密度的并不多。大多數材料，如拌制混凝土的砂、石等，一般直接采用排開液體的方法測定其體積固體物質體積與封閉孔隙體積之和，此時測定的密度為材料的近似密度（又稱為顆粒的表觀密度）。（二）體積密度整體多孔材料在自然狀態下，單位體積的質量稱為體積密度。用公式表示如下： o=m/Vo式中 o材料的體積密度，kg/m3；m材料的質量， kg；3Vo材料在自然狀態下的體積，m。整體多孔材料在自然狀態下

4、的體積是指材料的固體物質部分體積與材料內部所含全部孔隙體積之和，即 V0 = V + Vp。對于外形規則的材料，其體積密度的測定只需測定其外形尺寸；對于外形不規則的材料，要采用排開液體法測定，但在測定前，材料表面應用薄蠟密封，以防液體進入材料內部孔隙而影響測定值。一定質量的材料，孔隙越多，則體積密度值越小；材料體積密度大小還與材料含水多少有關，含水越多，其值越大。通常所指的體積密度，是指干燥狀態下的體積密度。（三）堆積密度散粒狀（粉狀、粒狀、纖維狀）材料在自然堆積狀態下，單位體積的質量稱為堆積密度。用公式表示如下： 0 =m/V0 式中 0材料的堆積密度，kg/m3；m散粒材料的質量， kg；

5、3V0散粒材料在自然堆積狀態下的體積，又稱堆積體積，m。在建筑工程中，計算材料的用量、構件的自重、配料計算、確定材料堆放空間，以及材料運輸車輛時，需要用到材料的密度。二、材料的密實度與孔隙率（一）密實度密實度是指材料內部固體物質填充的程度。用公式表示如下：D=V/V0（二）孔隙率孔隙率是指材料內部孔隙體積占自然狀態下總體積的百分率。用公式表示如下： P=(V0-V)/V 0孔隙率一般是通過實驗確定的材料密度和體積密度求得。材料的孔隙率與密實度的關系為：P D=1材料的孔隙率與密實度是相互關聯的性質，材料孔隙率的大小可直接反映材料的密實程度，孔隙率越大，則密實度越小。孔隙按構造可分為開口孔隙和封

6、閉孔隙兩種；按尺寸的大小又可分為微孔、細孔和大孔三種。材料孔隙率大小、孔隙特征對材料的許多性質會產生一定影響，如材料的孔隙率較大，且連通孔較少，則材料的吸水性較小，強度較高，抗凍性和抗滲性較好，導熱性較差，保溫隔熱性較好。三、材料的填充率與空隙率（一）填充率填充率是指裝在某一容器的散粒材料，其顆粒填充該容器的程度。用公式表示如下： D =V0/ V0/（二）空隙率空隙率是指散粒材料（如砂、石等）顆粒之間的空隙體積占材料堆積體積的V /) ×%=（ 1-0) ×%百分率。用公式表示如下： P=(1-V 0/ 0/ o式中 顆粒狀材料的表觀密度，3；kg/mo 0顆粒狀材料的堆

7、積密度，kg/m3 。散粒材料的空隙率與填充率的關系為： P D= 1 。空隙率與填充率也是相互關聯的兩個性質，空隙率的大小可直接反映散粒材料的顆粒之間相互填充的程度。散粒狀材料，空隙率越大，則填充率越小。在配制混凝土時，砂、石的空隙率是作為控制集料級配與計算混凝土砂率的重要依據。四、材料與水有關的性質（一）親水性與憎水性材料與水接觸時，根據材料是否能被水潤濕，可將其分為親水性和憎水性兩類。親水性是指材料表面能被水潤濕的性質；憎水性是指材料表面不能被水潤濕的性質。當材料與水在空氣中接觸時，將出現圖 1.3 所示的兩種情況。在材料、水、空氣三相交點處，沿水滴的表面作切線，切線與水和材料接觸面所成

8、的夾角稱為潤濕角（用 表示）。當 越小，表明材料越易被水潤濕。一般認為，當 90°時，材料表面吸附水分，能被水潤濕，材料表現出親水性；當90°時，則材料表面不易吸附水分，不能被水潤濕，材料表現出憎水性。親水性材料易被水潤濕，且水能通過毛細管作用而被吸入材料內部。憎水性材料則能阻止水分滲入毛細管中，從而降低材料的吸水性。建筑材料大多數為親水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、磚、木材等，只有少數材料為憎水性材料，如瀝青、石蠟、某些塑料等。建筑工程中憎水性材料常被用作防水材料，或作為親水性材料的覆面層，以提高其防水、防潮性能。（二）吸水性與吸濕性1. 吸水性 材料在水中吸收水分的性

9、質稱為吸水性。吸水性的大小用吸水率表示，吸水率有兩種表示方法：質量吸水率和體積吸水率。（1）質量吸水率 材料在吸水飽和時，所吸收水分的質量占材料干質量的百分率。用公式表示如下： Wm=(m濕- m干)/ m干式中Wm材料的質量吸水率，%；m濕材料在飽和水狀態下的質量，g；m干材料在干燥狀態下的質量，g。（2）體積吸水率 材料在吸水飽和時，所吸收水分的體積占干燥材料總體積的百分率。用公式表示如下： WV=( m濕 - m干 )/ Vo ×1/ 水式中WV材料的體積吸水率，%；3Vo干燥材料的總體積，cm；3水 水的密度， g/cm 。常用的建筑材料，其吸水率一般采用質量吸水率表示。對于

10、某些輕質材料，如加氣混凝土、木材等，由于其質量吸水率往往超過 100%，一般采用體積吸水率表示。材料吸水率的大小，不僅與材料的親水性或憎水性有關，而且與材料的孔隙率和孔隙特征有關。材料所吸收的水分是通過開口孔隙吸入的。一般而言，孔隙率越大，開口孔隙越多，則材料的吸水率越大；但如果開口孔隙粗大，則不易存留水分，即使孔隙率較大，材料的吸水率也較小；另外，封閉孔隙水分不能進入，吸水率也較小。2. 吸濕性 材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示，用公式表示如下： W含=( m含 - m干 )/ m干式中W含 材料的含水率， %；m含材料在吸濕狀態下的質量，g；m干材料在干燥

11、狀態下的質量，g。材料的含水率隨空氣的溫度、濕度變化而改變。材料既能在空氣中吸收水分，又能向外界釋放水分，當材料中的水分與空氣的濕度達到平衡，此時的含水率就稱為平衡含水率。一般情況下，材料的含水率多指平衡含水率。當材料內部孔隙吸水達到飽和時，此時材料的含水率等于吸水率。材料吸水后，會導致自重增加、保溫隔熱性能降低、強度和耐久性產生不同程度的下降。材料含水率的變化會引起體積的變化，影響使用。（三）耐水性材料長期在飽和水作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。材料耐水性用軟化系數表示，用公式表示如下： K軟 =?飽 / ?干式中K 軟 材料的軟化系數；?飽材料在飽和水狀態下的抗壓強度，MP

12、a；?干材料在干燥狀態下的抗壓強度，MPa。軟化系數的大小反映材料在浸水飽和后強度降低的程度。材料被水浸濕后，強度一般會有所下降，因此軟化系數在 01 之間。軟化系數越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差。工程中將 K 軟 0.85 的材料稱為耐水性材料。對于經常位于水中或潮濕環境中的重要結構的材料，必須選用 K 軟 0.85 耐水性材料；對于用于受潮較輕或次要結構的材料，其軟化系數不宜小于0.75 。（四）抗滲性材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗滲性。材料的抗滲性通常采用滲透系數表示。滲透系數是指一定厚度的材料，在單位壓力水頭作用下，單位時間內透過單位面積的水量，用公式表示如下：K

13、=Qd/hAt式中K材料的滲透系數， cm/h；3W透過材料試件的水量，cm；2A透水面積， cm；t 透水時間， h；h靜水壓力水頭， cm。滲透系數反映了材料抵抗壓力水滲透的能力，滲透系數越大，則材料的抗滲性越差。對于混凝土和砂漿，其抗滲性常采用抗滲等級表示。抗滲等級是以規定的試件，采用標準的實驗方法測定試件所能承受的最大水壓力來確定，以“ Pn”表示，其中 n 為該材料所能承受的最大水壓力（ MPa）的 10 倍值。材料抗滲性的大小，與其孔隙率和孔隙特征有關。材料中存在連通的孔隙，且孔隙率較大，水分容易滲入，故這種材料的抗滲性較差。孔隙率小的材料具有較好的抗滲性。封閉孔隙水分不能滲入，因

14、此對于孔隙率雖然較大，但以封閉孔隙為主的材料，其抗滲性也較好。對于地下建筑、壓力管道、水工構筑物等工程部位，因經常受到壓力水的作用，要選擇具有良好抗滲性的材料；作為防水材料，則要求其具有更高的抗滲性。（五）抗凍性材料在飽和水狀態下，能經受多次凍融循環作用而不破壞，且強度也不顯著降低的性質，稱為抗凍性。材料的抗凍性用抗凍等級表示。抗凍等級是以規定的試件，采用標準實驗方法，測得其強度降低不超過規定值，并無明顯損害和剝落時所能經受的最大凍融循環次數來確定，以“ Fn”表示，其中 n 為最大凍融循環次數。材料經受凍融循環作用而破壞 , 主要是因為材料內部孔隙中的水結冰所致。水結冰時體積要增大，若材料內

15、部孔隙充滿了水，則結冰產生的膨脹會對孔隙壁產生很大的應力，當此應力超過材料的抗拉強度時，孔壁將產生局部開裂；隨著凍融循環次數的增加，材料逐漸被破壞。材料抗凍性的好壞，取決于材料的孔隙率、孔隙的特征、吸水飽和程度和自身的抗拉強度。材料的變形能力大，強度高，軟化系數大，則抗凍性較高。一般認為，軟化系數小于 0.80 的材料，其抗凍性較差。在寒冷地區及寒冷環境中的建筑物或構筑物，必須要考慮所選擇材料的抗凍性。五、材料與熱有關的性質為保證建筑物具有良好的室內小氣候，降低建筑物的使用能耗，因此要求材料具有良好的熱工性質。通常考慮的熱工性質有導熱性、熱容量。（一）導熱性當材料兩側存在溫差時，熱量將從溫度高

16、的一側通過材料傳遞到溫度低的一側，材料這種傳導熱量的能力稱為導熱性。材料導熱性的大小用導熱系數表示。導熱系數是指厚度為1m的材料，當兩側溫差為1K 時，在 1s 時間內通過2At1m面積的熱量。用公式表示如下： =Qd/(T2T1)式中 材料的導熱系數， W/（m·K）； Q傳遞的熱量， J；材料的厚度， m；2A材料的傳熱面積， m；t 傳熱時間， s；T2T1材料兩側的溫差， K。材料的導熱性與孔隙率大小、孔隙特征等因素有關。孔隙率較大的材料，內部空氣較多，由于密閉空氣的導熱系數很小 =0.023W/（m·K），其導熱性較差。但如果孔隙粗大，空氣會形成對流，材料的導熱性

17、反而會增大。材料受潮以后，水分進入孔隙，水的導熱系數比空氣的導熱系數高很多=0.58W/（ m· K），從而使材料的導熱性大大增加；材料若受凍，水結成冰，冰的導熱系數是水導熱系數的 4 倍，為 =2.3W/（m·K），材料的導熱性將進一步增加。建筑物要求具有良好的保溫隔熱性能。保溫隔熱性和導熱性都是指材料傳遞熱量的能力，在工程中常把 1/ 稱為材料的熱阻，用 R表示。材料的導熱系數越小，其熱阻越大，則材料的導熱性能越差，其保溫隔熱性能越好。（二）熱容量材料容納熱量的能力稱為熱容量，其大小用比熱表示。比熱是指單位質量的材料，溫度每升高或降低 1K 時所吸收或放出的熱量。用公式

18、表示如下：C=Q/m(T2 T1 )式中c材料的比熱， J/ （kg· K）；Q材料吸收或放出的熱量，J；m材料的質量， kg；T2T1材料加熱或冷卻前后的溫差，K。比熱的大小直接反映出材料吸熱或放熱能力的大小。比熱大的材料，能在熱流變動或采暖設備供熱不均勻時，緩和室內的溫度波動。不同的材料其比熱不同，即使是同種材料，由于物態不同，其比熱也不同。第二節材料的力學性質材料的力學性質是指材料在外力作用下的變形性和抵抗破壞的性質，它是選用建筑材料時首要考慮的基本性質。一、材料的強度材料在荷載（外力）作用下抵抗破壞的能力稱為材料的強度。當材料受到外力作用時，其內部就產生應力，荷載增加，所產生

19、的應力也相應增大，直至材料內部質點間結合力不足以抵抗所作用的外力時，材料即發生破壞。材料破壞時，達到應力極限，這個極限應力值就是材料的強度，又稱極限強度。強度的大小直接反映材料承受荷載能力的大小。由于荷載作用形式不同，材料的強度主要有抗壓強度、抗拉強度、抗彎（抗折）強度及抗剪強度等。實驗測定的強度值除受材料本身的組成、結構、孔隙率大小等內在因素的影響外，還與實驗條件有密切關系，如試件形狀、尺寸、表面狀態、含水率、環境溫度及實驗時加荷速度等。為了使測定的強度值準確且具有可比性，必須按規定的標準實驗方法測定材料的強度。材料的強度等級是按照材料的主要強度指標劃分的級別。掌握材料的強度等級，對合理選擇

20、材料，控制工程質量是十分重要的。對不同材料要進行強度大小的比較可采用比強度。比強度是指材料的強度與其體積密度之比。它是衡量材料輕質高強的一個主要指標。以鋼材、木材和混凝土為例，見表 1.4 所示。鋼材、木材和混凝土的強度比較材料體積密度， kg/m3抗壓強度 f c，MPa比強度 f c/ o低碳鋼78604150.053松木50034.3 （順紋）0.069普通混凝土240029.40.012由表數值可見，松木的比強度最大，是輕質高強材料。混凝土的比強度最小，是質量大而強度較低的材料。二、材料的 彈性與塑性材料在外力作用下產生變形，當外力取消后，能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性，這種變形稱為彈性變形，其值的大小與外力成正比；不能自動恢復原來形狀的性質稱為塑性，這種不能恢復的變形稱為塑性變形，塑性變形屬永久性變形。完全彈性材料是沒有的。一些材料在受力不大時只產生彈性變形，而當外力達到一定限度后，既產生塑性變形，如低碳鋼。很多材料在受力時，彈性變形和塑性變形同時產生，如普通混凝土。三、材料的脆性與韌性材料受外力作用，當外力達到一定限度時，材料發生突然破壞，且破壞時無明顯塑性變形，這種性質稱為脆性，具有脆性的材料稱為脆性材料。脆性材料的抗壓強度遠大于其抗拉強度，因此其抵抗沖擊荷載或震動作