建筑材料的物理性質(zhì)

1、建筑材料的物理性質(zhì)材料是構(gòu)成建筑物的物質(zhì)基礎(chǔ)。直接關(guān)系建筑物的安全性、功能性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性。用于建工.程的材料要承受各種不同的力的作用。例如結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱應(yīng)其有承受荷載作用的力學(xué)性能；墻體的材料應(yīng)接有抗凍、絕熱、隔聲等性能;地而的材料應(yīng)具有耐磨性能等。一般來說.材料的性質(zhì)可以分為4個(gè)方面：物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和耐久性。一、物理性能1、密度密度是指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按式（2-1）計(jì)算：式中：p密e/cm'或k星/m$tn材料的質(zhì)址*ghEJtgtV材料往樂對密實(shí)狀態(tài)下的體積.眇固體物城休積rnV或材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積.是指不包括材料孔隙在內(nèi)的體積。

2、建筑材料中，除鋼材、玻璃等少數(shù)材料接近于絕對密實(shí)外，絕大多數(shù)材料都含有一定的孔隙，如磚、石材等。而孔隙又可分為開口孔隙和閉口孔隙。在測定有孔隙材料的密度時(shí)，為了排除其內(nèi)部孔隙，應(yīng)將材料磨成細(xì)粉（粒徑小于0.2mm），經(jīng)干燥后用密度瓶測定其體積。材料磨得越細(xì)，測得的密度就越準(zhǔn)確。2、表觀密度表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按式（2-2）計(jì)算：式札魯喪觀密度.g/cmJ或k住rn材料的盛ht，宮成女劉叭材料在自然狀態(tài)下的體積或稱老觀體積，或存.材料的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，可用排水法求得，但要在材料表面預(yù)先

3、涂上蠟，以防水分滲入材料內(nèi)部而使測值不準(zhǔn)。當(dāng)材料的孔隙內(nèi)含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積均有所變化，表觀密度一般變大。所以測定材料的表觀密度有氣干狀態(tài)下測得的值和絕對干燥狀態(tài)下測得的值（干表觀密度）口在進(jìn)行材料對比試驗(yàn)時(shí)，以干表觀密度為準(zhǔn)。3、堆積密度堆積密度是指散?；蚍蹱畈牧?，在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按式(2-3)計(jì)算：式中：山堆積密度.kg/m3；m材料的質(zhì)就.貶；V；封料的堆積體覆材料的堆積體積既包含了顆粒內(nèi)部的孔隙，又包含了顆粒之間的空隙。堆積密度的大小不但取決于材料顆粒的表觀密度，而且還與堆積的密實(shí)程度、材料的含水狀態(tài)有關(guān)。表2-1常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度豺輯客

4、1;«/Cfl/CHlP)«««»/(kg/m1)鋼材7.8518007850花崗卅2.7U3.0Q2500-2m缶462,76E30027004(JU1711U2.502.S01SOC-170CJ水泥込B07101&00-1800粉理疑(氣干)1.95-2.<0160i&O0S5Q-SOO2.&C-2.702000-2W燒結(jié)拿孔磚2.60-2.703001450粘土2r507.70600I800嘗通水淀混凝上一19502500紅松木1.557廿。100-600眸通玻璃込457.552伽75502.702.9027

5、002EKKl泡法期料20504、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。以D表示，按式(2-4)計(jì)算：D=X100%=X100%式中：D材料的密實(shí)度*%V材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的休積rn1；p材料的密度亍仇材料的表觀密度kg/m密實(shí)度反映了材料的密實(shí)程度，含有孔隙材料的密實(shí)度均小于1.5、孔隙率孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙體積占材料總體積的百分率。以P表示，按珥2-5）計(jì)算：材料的密實(shí)度和孔隙率是從不同角度反映材料的致密程度。密實(shí)度和孔隙率的關(guān)系為D+P=1生態(tài)建筑材料的強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性等都與材料的孔隙率有關(guān)，這些性質(zhì)還與空隙的孔徑大小、形狀、分布、連通與否等構(gòu)造特征密

6、切相關(guān)。6、填充率填充率是指散粒材料在某堆積體積內(nèi)，被其顆粒填充的程度。以"'表示，按式（2-6）計(jì)算：100%=X100%7、空隙率空隙率是指散粒材料在某堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率。以丿汕表示，按式（2-7）計(jì)算：=卩一劌=（1也）X100%（2-7）散粒材料的填充率和空隙率之和等于1，即+!oo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。二、吸水性能材料在水中吸收水分的能力稱為吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。吸水率有質(zhì)量吸水率和體積吸水率兩種表示方法。1質(zhì)量吸水率（Wm）材料吸水飽和時(shí)，其吸收水分的質(zhì)量占材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量的百分率。按式

7、2-8）計(jì)算：式中：W,林料的質(zhì)馱吸也率.；則H料噪術(shù)飽和hi的Mihi*g；川材料I理至恫巫的皈也總2體積吸水率（Wv）材料吸水飽和時(shí)，其吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率。可按式（2-9）計(jì)算：=yy-MIJli'»=y;-丄"WV（23*】他式申*Wy材料的怵積嗽水率；VW材掃金吸水飽和時(shí)*水的休枳"CTli；v.I'牌林料圧巾然肽態(tài)卜劭休職.你1；內(nèi)水的密度*Kcm.質(zhì)量吸水率和體積吸水率存在如下關(guān)系：W-=Wn._*p：丄（2I°）材料的吸水率的大小不僅取決于材料是親水的還是憎水的，而且與材料的孔隙率的大小及孔隙特征密切相

8、關(guān)。在一定范圍內(nèi)，一般孔隙率越大。材料的吸水性越強(qiáng)。水分的吸收會給材料帶來不良的影響，因而使材料的部分性質(zhì)發(fā)生改變，如體積膨脹、強(qiáng)度降低、保溫性能下降、抗凍性變差等。3 吸濕性材料在潮濕的空氣中吸收水分的能力，稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示?？砂词剑?-11）計(jì)算：評打二逬FXioo%（2-11）式中：林料時(shí)含水率略；g材料含水時(shí)的質(zhì)M，m材料干燥至恒直的WHh銖材料含水率的大小不僅取決于材料的自身特點(diǎn)（親水性、空隙率等），還與材料周圍環(huán)境溫度和濕度有關(guān)。一般情況溫度，相對濕度越大，材料的含水率也越大。當(dāng)材料的含水率達(dá)到與環(huán)境涅度保持相對平衡狀態(tài)時(shí)的含水率時(shí)，稱為平衡含水率。4 耐水性材

9、料長期在飽和水作用下而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，可按式（2-12）計(jì)算：式中！kr軟化系魏；7W材斜在加飽和狀態(tài)下的抗沐強(qiáng)度.MJJat/材料在十燥狀態(tài)下的抗壓過度，MPa.軟化系數(shù)一般在0-1之間，其值越小。說明材料吸水飽和后的強(qiáng)度降低越多，其耐水性越差。不同的材料，k值相差很大，如粘土k=0，金屬k=1。通常將軟化系數(shù)大于0.8的材料稱為耐水性材料。對于經(jīng)常位于水中或處于潮濕環(huán)境的重要建筑物，材料的軟化系數(shù)不得低于0.85。對于受潮濕較輕或次要結(jié)構(gòu)所用材料，軟化系數(shù)不宜小于0.75.5 抗?jié)B性材料抵抗壓力水或其他液體滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性（不透水性

10、）。材料的抗?jié)B性用滲透系數(shù)K表示：尺=黑或杯t住-】的式中：K鴻透乘數(shù)+em/h；Q遙過材料試杵的水駅.屮心d試件厚度*cm：A透水面枳*cm2；I透水時(shí)間*heH朋頭菱*cm6材料的滲透系數(shù)越小，表示其抗?jié)B性越好。對于混凝土和砂漿材料，其抗?jié)B性常用抗?jié)B等級表示。用字母P及可承受的水壓力值（以O(shè).IMPa為單位）來表示。例如?；炷恋目?jié)B等級為P6、P12，.表示其分別能承受,0.6MPa、1.2MPa的水壓而不滲水。P越大，材料的抗?jié)B性越好。材料的抗?jié)B性是防水工程、地下建筑物及水工建筑物所必須考慮的重要性質(zhì)之一。6 抗凍性材料在吸水飽和狀態(tài)下經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞。同時(shí)也不顯著降低強(qiáng)度的性

11、質(zhì)稱為抗凍性。材料的抗凍性用抗凍等級F表示，混凝土的抗凍等級為F15，F(xiàn)25，F(xiàn)50、F100。如F10表示經(jīng)過10次凍融循環(huán)，質(zhì)量損失不超過5%，強(qiáng)度損失不超過25%。通常采用材料吸水飽和后，在-159凍結(jié)、再在209的水中融化。這樣的一個(gè)過程稱為一次凍融循環(huán)。材料的抗凍性主要與其強(qiáng)度、孔隙率、吸水性及抵抗脹裂等因素有關(guān)。因此，抗凍性常作為評價(jià)材料耐久性的一個(gè)重要指標(biāo)。材料的變形能力大、強(qiáng)度高時(shí)，其抗凍性較高。一般認(rèn)為軟化系數(shù)小于0.8的材料，其抗凍性較差。對于室外溫度低于-159的地區(qū)，建筑材料必須進(jìn)行抗凍性實(shí)驗(yàn)。對于溫暖地區(qū)的建筑物，為了抗風(fēng)化，材料也不需有抗凍性要求，以確保建筑物的耐久

12、性。三、熱工性能1 導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性。激蕩材料兩側(cè)表面存在溫差時(shí)，熱量會由溫度較高的一面川香溫度較低的一面，材料的導(dǎo)熱性可用導(dǎo)熱系數(shù)表示。一單層平板為例，若t1>t2，經(jīng)過時(shí)間z,有溫度為t1的一側(cè)傳至溫度為t2的一側(cè)的熱量為則導(dǎo)熱系數(shù)的汁算公式為應(yīng)汴廠式中：A導(dǎo)熱系數(shù)，K”Q-傳導(dǎo)的熱就Jid材料的厚度,rn；A-傳熱面WbmS2*ItiA時(shí)阿s：廠一旳材料網(wǎng)側(cè)的溫度墾.K.材料的導(dǎo)熱系數(shù)入越小，材料的保溫隔熱性能越好。建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.02-3.00W/(mK)。通常入<0.15W/(mK)的材料稱為絕熱材料。材料的導(dǎo)熱性與材料的孔隙率、孔隙特征有關(guān)

13、。一般來講，孔隙率越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小，具有互不連通封閉微孔構(gòu)造材料的導(dǎo)熱系數(shù)，要比粗大連通孔隙構(gòu)造材料的導(dǎo)熱系數(shù)小。當(dāng)材料的含水率增大時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)也隨之增大。材料的導(dǎo)熱系數(shù)對建筑物的保溫隔熱有重要意義。在大體積混凝土溫度及溫度控制計(jì)算中，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)是一個(gè)重要的指標(biāo)。表2-2幾種材料的導(dǎo)熱系數(shù)材料客稱驛肅系數(shù)W/(mK)材料名稱W/CmK)5SCh17On353+49劑料泡泮0.03斤週混敖上L2R石膏柜0.跖曾迺粘土禪(L刖0.58o.JJ3靜止空0.0252 熱容量材料加熱時(shí)吸收熱量、冷卻時(shí)放出熱量的能力成為熱容量。熱容量的大小用比熱容表示。比熱容在數(shù)值上等于1g材料，溫度升高1K或溫

14、度降低1K時(shí)所吸收或放出的能力Q。用下式表示：M,Q材醐吸收或戰(zhàn)出的配hhJ.e-材料的比熱容J/gKh玳材料的質(zhì)就，宙兀一材料哽雄吸冷知舸更的溫羔*K.材料的導(dǎo)熱性和比熱容是設(shè)計(jì)建筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)的重要參數(shù)。也是生態(tài)建筑材料節(jié)能能減排的主要指標(biāo)。我國建設(shè)主管部門明確規(guī)定，建筑物必須使用保溫隔熱材料。不同材料的比熱容不同。常用建筑材料的比熱容見表2-3。表2-3當(dāng)用建筑材料的比熱客草位：打龜陽材料若稱書11站土菇止空7水比熱容0”翻0.刖U.吃O(shè)h432.31L.oo4.J9四、力學(xué)性質(zhì)1、強(qiáng)度和比強(qiáng)度材料的強(qiáng)度按所受外力的作用方式不同，分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎（折）強(qiáng)度和抗剪

15、強(qiáng)度等。表2-4為各種強(qiáng)度測定時(shí)，試件的受力情況和各種強(qiáng)度的計(jì)算公式。表2-4靜力強(qiáng)度的分類聾力情規(guī)計(jì)算式桂抗拉聲度AgF噩壞荷裁.M4嚨荷曲積，et；一膀朋*mnJ;6斯面霍Iff*ninnh斯向崩廃H曲.抗用戟度卄F/1in7一皿"2（6.同種類的材料，一般材料的孔隙率越大，其強(qiáng)度越低。不同種類的材料，強(qiáng)度值相差很大，如混凝土、石材、磚等材料的抗壓強(qiáng)度較高，而抗拉強(qiáng)度卻較低，因此適用于結(jié)構(gòu)的承受壓力的部位。鋼材的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度都很高，適用于承受各種外力的結(jié)構(gòu)。常用建筑材料的強(qiáng)度值見表2-5。表2-5常用建筑材料的強(qiáng)度Mffaa/MPa淀觀土10-IU03.Uf10.0普軸粘土

16、呻10-302.6-&.0U!丄丄JklJftR41ICC*5-a10-14Pig1.SOO210-1500松木<Wi.fi>RO-1?O611101)比強(qiáng)度是按單位體積質(zhì)量計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比，比強(qiáng)度越大。則材料的輕質(zhì)高強(qiáng)性能越好。優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，必須具有較高的比強(qiáng)度。輕質(zhì)高強(qiáng)的材料在高層建筑及大跨度結(jié)構(gòu)工程中廣泛采用，它也是生態(tài)建筑材料今后主要的發(fā)展趨勢。例如，Q235鋼、C30混凝土其比強(qiáng)度分別為0.53、0.012，而MU10粘土磚的比強(qiáng)度只有0.006。因此，比強(qiáng)度是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。2、彈性與塑性材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)

17、生變形，外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種可完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形。明顯具有彈性變形特征的材料稱為彈性材料。塑性是指材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，仍保持變形后的形狀尺寸。且不產(chǎn)生裂紋的性質(zhì)。這種不隨外力取消而消失的變形稱為塑性變形。明顯具有塑性變形特征的材料稱為塑性材料。.實(shí)際工程中，純彈性材料或純塑性材料是不存在的。多數(shù)材料的變形既有彈性變形，也有塑性變形。例如建筑鋼材材料在受力不大時(shí)，僅產(chǎn)生彈性變形.受力超過一定限度后，就會產(chǎn)生塑性變形?；炷猎谑芰r(shí)，彈性變形和塑性變形同時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)取消外力后，彈性變形可以恢復(fù)，而塑性變形則不能恢復(fù)。3 脆性

18、與韌性脆性就是材料在外力作用下直到破壞前無明顯塑性變形的性質(zhì)。脆性材料的特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，主要只適用于承受靜壓力的構(gòu)件，如混凝土、生鐵、陶瓷、粘土磚、玻璃、石材等。韌性是指材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不發(fā)生破壞的性質(zhì)。具有這種性質(zhì)的材料稱為韌性材料。建筑鋼材、木材、瀝青等均屬于韌性材料。建筑工程中用作橋梁、吊車梁等承受沖擊菏載和有抗震要求的結(jié)構(gòu)，用建筑材料均應(yīng)具較高的韌性。五、材料的耐久性材料的耐久性是指材料在使用過程中，受各種自然因數(shù)及其他有害物質(zhì)長期作用能長久保持其原有性能的性質(zhì)。耐久性是材料的一項(xiàng)綜合性質(zhì)，它包括抗凍性、抗?jié)B性、抗風(fēng)化性、耐磨性、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕性等。材料在使用過程中、除受到各種外力的作用外，還會受到周圍環(huán)境及各種自然因素的作用。這些作用一般有物理、化學(xué)及生物作用等。物理作用包括干濕變化、溫度變化和凍融循環(huán)。干濕變化及溫度變化引起材料脹縮。并導(dǎo)致內(nèi)部裂縫擴(kuò)展，引起材料破壞。在寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)對材料的破壞作用更為明顯?；瘜W(xué)作用