1 建筑材料的基本性能建筑材料的基本性能主要介绍建筑材料的基本物理性质、力学性能、主要介绍建筑材料的基本物理性质、力学性能、材料的耐久性以及有关参数、性能指标和计算公式等，材料的耐久性以及有关参数、性能指标和计算公式等，通过对材料基本性能的了解与掌握，为今后的学习与通过对材料基本性能的了解与掌握，为今后的学习与实践打下一定的基础。实践打下一定的基础。 本章提要本章提要本本 章章 内内 容容1.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质1.2 材料的力学性质材料的力学性质1.3 材料的耐久性材料的耐久性1.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质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 材料的基本物性参数材料的基本物性参数1.1.1.1 密度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。 1.1.1.2 表观密度表观密度堆积密度（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。1.1.1.3 堆积密度堆积密度表表1.1 常用建筑材料的密度、表观密度、堆积常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率密度和孔隙率 材料 密度(kg/m3) 表观密度0(kg/m3) 堆积密度0(kg/m3)孔隙率(%)石灰岩 2.6018002600_花岗岩 2.602.9025002800_0.53.0碎石(石灰岩) 2.60_14001700_砂 2.60_14501650_普通粘土砖 2.502.8016001800_粘土空心砖 2.5010001400_材料 密度(kg/m3) 表观密度0(kg/m3) 堆积密度0(kg/m3)孔隙率(%)水泥 3.10_12001300_普通混凝土 _21002600_520木材 1.55400800_5575钢材 7.857850_0泡沫塑料 _2050_玻璃 2.55_续表1.1(1) 密度密度 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： 1.1.1.4 密实度与孔隙率密实度与孔隙率(2) 孔隙率孔隙率 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。 几种常用建筑材料的孔隙率见表1.1。 (1) 填充率填充率 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： 1.1.1.5 填充率与空隙率填充率与空隙率(2) 空隙率空隙率 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： 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。 填充率与空隙率的关系为： 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表示，如图1.1所示。 一般认为，润湿角90（如图1.1（a）所示）的材料为亲水性材料。反之，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)。 1.1.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质1.1.2.1 亲水性与憎水性亲水性与憎水性图1.1材料的润湿示意图 (a)亲水性材料；（b）憎水性材料 (1) 吸水性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。 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： 1.1.2.2 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性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： 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： 1.1.2.3 耐水性耐水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。材料的透水性可用达西定律来描述，即在一定时间内，透水材料试件的水量与试件的断面积及水头差（液压）成正比，与试件的厚度成反比。可用下式表示： 1.1.2.4 抗渗性抗渗性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S表示。材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有关 。 抗冻性是材料抵抗冻融循环作用，保持其原有性能的能力。对结构材料，主要指保持强度的能力，并以抗冻标号来表示。抗冻标号是用材料在吸水饱和状态下（最不利状态），经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，所能抵抗的最多冻融循环次数来表示，记作D25、D50、D100、D150等。 1.1.2.5 抗冻性抗冻性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。 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（）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。1.1.3 材料的热工性质材料的热工性质1.1.3.1 导热性导热性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。 可用下式表示：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。材料吸收或放出的热量和比热，可用下式计算： 1.1.3.2 比热容比热容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。 表表1.2几种典型材料的热工性质指标几种典型材料的热工性质指标 材料 导热系数(W/（mK）) 比热容(J/（gK）) 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0.170.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密闭空气0.0231.00在建筑工程中常把1/称为材料的热阻，用R表示。导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。材料的导热系数越小，其热阻越大，则材料的保温隔热性能越好。常将0.175W/（mK）的材料称为绝热材料。 1.1.3.3 材料的保温隔热性材料的保温隔热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(吸收声功率与入射声功率之比)表示。吸声系数越大，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。通常使用的六个频率为125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。 1.1.4 材料的声学性质材料的声学性质1.1.4.1 吸声性吸声性一般将上述6个频率的平均吸声系数0.20的材料称为吸声材料。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) 材料的孔隙率和体积密度 (2) 材料的孔隙特征 (3) 材料的厚度 (1) 隔空气声隔空气声透射声功率与入射声功率的比值称为声透射系数，用表示，该值越大则材料的隔声性越差。材料的隔声能力用隔声量R（R=10lg(1/)来表示，单位为dB。与声透射系数相反，隔声量越大，材料的隔声性能越好。 1.1.4.2 隔声性隔声性(2) 隔固体声隔固体声固体声是由于振源撞击固体材料，引起固体材料受迫振动而发声，并向四周辐射声能。固体声在传播过程中，声能的衰减极少。弹性材料如地毯、木板、橡胶片等具有较高的隔固体声的能力。 1.2 材料的力学性质材料的力学性质材料的力学性能，就是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏和变形的能力。 1.2.1 材料的强度材料的强度材料因抵抗外力（荷载）作用而引起破坏的最大能力，即为该材料的强度。其值是以材料受力破坏时单位面积上所承受的力表示。计算式为： 材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、压力、弯曲力及剪应力等。材料抵抗上述外力破坏的能力，分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。静力强度的分类和计算公式见表1.3。大部分建筑材料，根据极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。 材料的强度与材料本身的组成、结构和构造等有很大关系。钢材的抗拉、抗压强度都很高，如表1.4所示。 表表1.3静力强度分类静力强度分类 强度类别 举例 计算式 附注 抗压强度fc(MPa) fc=F/AF破坏荷载(N)A受荷面积(mm2) l跨度(mm) b断面宽度(mm)h断面高度(mm) 抗拉强度ft(MPa) ft=F/A抗剪强度fv(MPa) fv=F/A抗弯强度ftm(MPa) ftm=3Fl/(2bh2)表表1.4 钢材、木材和混凝土的强度比较钢材、木材和混凝土的强度比较 材料 表观密度0（kg/m3） 抗压强度fc（MPa） 比强度fc/0 普通混凝土 240029.40.012低碳钢 78604150.053松木 50034.3(顺纹)0.069材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。 这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比。其比例系数E称为弹性模量。 1.2.2 材料的弹性和塑性材料的弹性和塑性在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其值等于应力与应变的比值，即： 材料在外力作用下产生变形，但不破坏，并且当外力停止作用后，不能自动恢复原来形状的性质，称为塑性。这种不能消失的变形称为塑性变形或不可恢复变形。 在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质，称为脆性。在冲击、震动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，产生一定的变形而不致破坏的性质，称为韧性。韧性值可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示，即： 1.2.3 材料的脆性和韧性材料的脆性和韧性硬度是材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。硬度的测定方法有刻划法和压入法。 按刻划法，材料的硬度可划分为110级(莫氏硬度)。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度HB）。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，常用磨损率表示： 1.2.4 材料的硬度和耐磨性材料的硬度和耐磨性1.3 材料的耐久性材料的耐久性材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用，保持其原有性质的能力称为材料的耐久性。材料的耐久性是材料的一项综合性质，一般包括耐水性、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性等多项性能。破坏作用一般可分为物理作用、化学作用和生物作用等。 n物理作用物理作用包括干湿交替、冻融循环、光、电、热、温度差、湿度差等，这些都将引起材料的膨胀、收缩或产生内应力。n化学作用化学作用包括各种酸、碱、盐及其水溶液以及各种腐蚀性气体对材料产生的破坏作用。n生物作用生物作用是指昆虫、菌类等对材料所产生的蛀蚀、腐朽等破坏作用。