单元2 建筑与装饰材料的基本性质,知识目标： 了解建筑材料几种性质。 理解材料与水有关的性质、与热有关的性质、力学性质、耐久性。 掌握建筑材料的密度、表观密度、体积密度、孔隙率、密实度、孔隙率等概念及计算。 能力目标： 能解释建筑材料的性质。 能写出与建筑材料性质有关的计算公式。 能应用公式计算。 各种材料在建筑物中所处的部位不同，要求它们具有不同的功能、性质。建筑材料在使用时要承受一定的荷载及经受周围环境的各种介质的化学和物理的作用，例如酸、碱、盐的腐蚀，所以，建筑材料必须具备使用要求的相应的性质，同时建筑材料还应具备必须的力学性质、水理性质，地面建筑材料具备防水抗渗性能、耐磨损性能。所以，建筑材料的性质可以归结为以下几类：物理性质，包括基本物理性质及各种物理过程（如水、热作用等）性质；力学性质，包括材料在外力作用下的变形性质及强度；耐久性，材料抵抗外界综合因素影响的稳定性。,2.1 材料的基本物理性质,2.1.1 材料与水有关的性能 建筑与装饰材料在使用中不可避免的受到自然界的雨、雪、地下水和冻融作用的影响，因此，建筑与装饰材料特别注意与水有关的性质，它包括材料的亲水性与憎水性、吸水性与吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性、霉变性与腐朽性等。,1亲水性与憎水性 材料在空气中与水接触，首先遇到的问题是材料的是否被水湿润。根据其能否被水润湿的过程，将材料分为亲水性材料和憎水性（疏水性）材料。 材料在空气中与水接触时能被水湿润的性质称为亲水性。具有这种性质的材料称为亲水材料，如木材、混凝土、砖等 。 材料在空气中与水接触时不能被水湿润的性质称为憎水性（也称疏水性）。具有这种性质的材料称为憎水材料，如沥青、石蜡等。 图2-1 材料的湿润示意图,2.吸水性与吸湿性 材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性。当材料吸水达到饱和状态时，其内部所含水分的多少，用吸水率表示。材料的吸水率有质量吸水率或体积吸水率两种表达方式。 质量吸水率是指材料吸水饱和时，所吸收水分的质量与材料干燥时质量的百分比，可按下式计算： 100 （2-1） 式中 材料的质量吸水率（）； 材料在吸水饱和后的质量（g）； 材料烘干到恒重的质量（g）。 对于多孔材料常用体积吸水率表示。体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸收水分的体积与干燥材料自然体积的百分比，用下式表示： 100 （2-2） 式中 材料的体积吸水率（）； 水的密度（gcm3）；常温下为=1 gcm3 材料在吸水饱和后的质量（g）； 材料烘干到恒重的质量（g）。 材料自然状态下的体积，cm3。,材料吸水率的大小取决于材料的亲水属性及材料的构造（孔隙率的大小、空隙特征）。封闭的空隙实际上是不吸水的。材料开口孔隙率越大，吸水性越强，特别是材料具有很多微小开口孔隙或者毛细管连通的孔时，吸水率非常大。因此，影响材料吸水性的主要因素有材料本身的化学组成、结构和构造状况，尤其是空隙状况。不同材料的吸水率变化范围很大，花岗岩为0.5%-0.7%,普通混凝土为2%-4%,烧结普通砖为8%-15%。 材料在潮湿空气中吸收水分的能力称为吸湿性，用含水率表示： 100 （2-3） 式中 材料的含水率； 材料在吸水饱和后的质量（g）； 材料烘干到恒重的质量（g）。,影响材料吸湿性的因素，除材料本身的化学组成、结构、构造及空隙外，还与环境的温度、湿度有关。如受潮后的材料表观密度、导热性增大，强度、抗冻性降低。 材料的吸水率是一个定值，含水率是随环境而变化的。材料堆放在施工现场，不断从空气中吸收水分，同时又不断向空气中挥发水分，当吸收和挥发达到动态平衡时，就出现稳定的吸水率。这时材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。,3.耐水性 材料长期在饱和水作用下而不被破坏，保持其原有性质的能力，称为耐水性。一般情况下，潮湿的材料较干燥时强度低，主要是浸入的水分削弱了材料微粒间的结合力，同时材料内部往往含有一些易被水软化或溶解的物质（如粘土、石膏等）。衡量材料的耐水性指标是软化系数，用K软表示： （2-4） 式中 材料的软化系数； 材料在饱和状态下的抗压强度（MPa）； 材料在干燥状态下的抗压强度，（MPa）。,4.抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质，称为抗渗性（或不透性）。抗渗性常用渗透系数和抗渗等级表示。 根据达西定律，在一定时间t内，透过材料的水量Q与材料垂直于试件的渗水断面积A及作用于试件两侧的水头差H成正比，与试件渗透距离（材料的厚度）d成反比，比例系数K，称为渗透系数。表达式为： （2-5） 或 （2-6） 式中 K材料的渗透系数(cmh)； Q透水量(cm3); d试件厚度(cm)； A透水面积(cm2) t透水时间（h）； H静水压力水头（cm）。 渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质。值越小，表明材料的抗渗能力越强。,5.抗冻性 材料在水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，其强度也不显著降低的性质，称为抗冻性。 抗冻性试验通常是将规定的标准试件浸水饱和后，在规定的试验条件下，进行反复冻融，试件强度降低不大于25%，重量损失不大于5%，材料表面无明显损伤，所能经受的的最大、多循环次数数，定为该材料的抗冻等级。材料的抗冻性用抗冻等级“”表示，“”表示冻融循环次数，如抗冻等级为的材料，表示材料所能经受的冻融循环次数最多为10次。抗冻等级越高，材料的抗冻能力越强。 冻结的破坏作用主要是材料孔隙中的水结冰膨胀所致。当材料孔隙中充满水时，水 结冰约产生9的体积膨胀，使材料孔壁产生拉应力，当拉应力超过材料的抗拉强度时，孔壁形成局部开裂。随着冻融次数的增加，材料的破坏更加严重。,6材料的霉变性和腐朽性 建筑材料在潮湿或温暖的气候条件下受到真菌侵蚀，在材料的表面产生绒毛状的或棉花状的，颜色从白色到暗灰色至黑色，有时也会显出蓝绿色、黄绿色或微红色的物质称为材料的霉变。霉变对材料的力学性质影响较小，但影响外观，甚至会引起材料表面变形。材料发生霉变的原因主要有3个，即水分、温度、空气。所以，只要保持材料干燥、通风，就可避免材料发生霉变。 材料在使用过程中受到酸、碱、盐及真菌等各种腐蚀介质的作用，在材料内部发生一系列的物理、化学变化，使材料逐渐受到损害，性能改变、力学性质降低，严重时会引起整个材料彻底破坏的现象称为材料腐朽。如水泥石在淡水、酸类、盐类和强碱的各种介质作用下水化产物发生分解、反应，引起水泥石疏松、开裂。装饰材料中的木材受到腐朽菌侵蚀，将木材细胞壁的纤维素等物质分解，使木材腐朽破坏。,2.1.2与质量有关的性能 1、三种密度 （1）实际密度 实际密度是指材料在绝对密实状态下的单位体积的质量。用下式计算密度： （2-7） 式中 :实际密度（gcm3）； m材料在干燥状态下的质量（g）； V材料在绝对密实状态下的体(cm3）。,(2)表观密度。表观密度（也称体积密度）是指材料在自然状态下单位体积的质量。用下式表示： (2-7) 式中体积密度，gcm3或kgm3； m材料的质量，g或 kg； V材料在自然状态下的体积，cm3或m3。,(3)堆积密度。堆积密度是指材料在规定的装填条件下，单位松散体积的质量。用下式表示： （2-9） 式中 散粒材料的堆积密度(gcm3或kgm3)。 m材料的质量（g或 kg）； 散粒材料的松散体积（cm3或m3）。,散粒材料的松散体积包括固体颗粒体积、颗粒内部孔隙体积和颗粒之间的空隙体积（图2-2）。松散体积用容量筒测定。堆积密度与材料的装填条件及含水状态有关。在自然堆积状态下称松堆密度，如经过振实后测得的堆积密度称为紧堆密度。 图2-2 材料孔（空）隙及体积示意图 1固体物质 2闭口空隙 3开口空隙 4颗粒间隙,2、材料的密实度与孔隙率 （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。密实度反映材料的密室程度，以D表示： (2-10） 图2-3 材料的密实度,（2）孔隙率 孔隙率指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。用下式表示：,常用材料的密度、体积密度及孔隙率见表2-1。 表2-1 常用建筑与装饰材料的密度、体积密度及孔隙率,3、材料的填充率和空隙率 （1）填充率 填充率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度，以D表示。可用下式计算： (2-13) 图2-4 材料填充率,（2）空隙率。散粒材料在松散状态下，颗粒之间的空隙体积与松散体积的百分比称为空隙率。用下式表示： 100% （2-14） 填充率和空隙率的关系是：D+ P= 1,2.1.3材料与热有关的性质 在实际工程中，为了节约建筑物的使用能耗以及为生产和生活创造适宜的条件，通常要求建筑材料具有一定的热性质用以维持室内的温度，所以，常常要考虑材料的导热性、热容性热变形性及材料的保温隔热性能 1、导热性 材料传导热量的性质称为导热性。材料的导热能力用导热系数表示，其物理意义是：面积为1m2、厚度为1m的单层材料，当两侧温差为1k时，经单位面积（1m3）单位时间（1s）所通过的热量。计算公式如下： （2-15） 式中 材料的导热系数w（mK）； 传导的热量(J)； A 热传导面积(m2); d材料厚度(m)； T 导热时间(s)； T1、T2材料两侧的温度(K)。,2、热容性 材料的热容性是指材料受热时吸收热量或冷却时放出热量的能力。它以材料升温或降温时热量的变化来表示的，即热容量。材料受热时吸收或冷却时放出的热量与其质量、温度变化值成正比关系，即： （2-16） 或 （2-17）,材料热容量高，可较长时间保持房间温度的稳定。工程中常选用比热大的建筑材料。水的比热值最大。当材料含水率高时，比热值则增大。通常所说材料的比热值是指其干燥状态下的比热值。 几种常见材料的比热容值见表2-2。 表2-2 常见材料的导热系数及比热,3、热性变形 材料的热变形是指材料在温度变化时其尺寸的变化。一般材料均具有热胀冷缩这一自然属性。材料的热性变形，常用长度方向变化的线膨胀系数表示，土木工程中总体上要求材料的热变形不要太大。对于像金属、塑料等热膨胀系数大的材料，因温度和日照都易引起伸缩，成为构件产生位移的原因，在构件接合和组合时都必须予以注意。在有隔热保温要求的工程设计中，应尽量选用热容器（或比热容）大、导热系数小的材料。 4、保温隔热性能 在建筑工程中常把I/称为材料的热阻，用R来表示，单位为mK/W。导热系数和热阻R都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。人们常习惯把防止室内热量的散失称为保温，把防止外部热量的进入成为隔热，将保温隔热统称为绝热。 材料的导热系数越小，其热阻值越大，则材料的导热性能越差，其保温隔热性能越好，所以常将0.23W/(mK)的材料称为绝热材料。,2.1.4材料与声有关的性质 1、材料的吸声性能 材料吸收声音的能力称为材料的吸声性。评定材料吸声性能好坏的主要指标是吸声系 数，计算公式为： = E/E0 （2-18） 式中 材料的吸声系数； E被材料吸收的声能(包括部分穿透材料的声能)； E0入射到材料表面的总声能。,2、材料的隔声性能 材料能够减弱或隔断声波传递的能力称为材料的隔声性能。材料的隔声性用隔声量来表示，计算公式为： R=10lgE0/E2 （2-19） 式中R