建筑材料的基本性質和結構

1、 建筑材料的基本性質和結構 建筑材料是建筑工程的物質基礎。建筑物中不同構件對材料的要求不同。例如: 結構材料應具有良好的力學性能；屋面材料應能防水、保溫；地面材料應耐磨；墻體材料應能抗凍、隔聲、節(jié)能；基礎材料不但要能承受建筑物的全部荷載，還要能夠承受冰凍和地下水侵蝕等。 此外，有些材料在長期使用中，還會因熱脹冷縮、干濕變化、交替凍融以及化學侵蝕等而遭受破壞。 建筑材料的基本性質主要包括物理性質、化學性質、力學性質和耐久性質。2.1 建筑材料的組成和結構2.1.1 材料的組成 包括材料的化學組成、礦物組成和相組成。1. 化學組成 指構成材料的化學元素及化合物的種類、數(shù)量。 化學組成既影響材料的物

2、理力學性質，也影響其抵外界侵蝕作用的化學穩(wěn)定性。 例如：建筑鋼材由生鐵冶煉而成，煉鋼時加入適量Cr、Ni元素，可以提高鋼材的防銹能力。 材料性質決定于材料的組成和結構。因此要了解材料性質必先了解材料的組成和結構。2. 礦物組成 礦物組成指化學元素組成相同，分子組成形式各異的現(xiàn)象。 材料的礦物組成是在其化學組成確定的條件下，決定材料性質的主要因素。 例如，硅酸鹽水泥的主要化學組成都是CaO、SiO2等，但形成的礦物熟料有硅酸三鈣（3CaOSiO2）和硅酸二鈣（2CaOSiO2）之分，前者強度增長快、放熱量大，后者則反之。又如，黏土和由其燒結而成的陶瓷，其化學組成都是SiO2和Al2O3，但黏土在

3、焙燒中因有3SiO2Al2O生成，使陶瓷具有比黏土更高的強度和硬度等特性。3. 相組成 物質通常是以固、液和氣三種形態(tài)存在。分別被稱為固相、液相和氣相。 自然狀態(tài)下，多數(shù)建筑材料都是由固相、液相、氣相組成的三相體系。如新拌混凝土中的砂子、石子和水泥顆粒為固相，水為液相，其中的氣泡屬氣相。 極少數(shù)建筑材料為單相或兩相體系。例如鋼材為固相構成的單相體系；膠水為液相構成的單相體系，聚苯板是由固相和氣相構成的兩相體系。 2.1.2 材料的結構 材料結構是指從宏觀可見直至分子、原子水平各層次的構造狀況。一般可分為宏觀結構、細觀結構和微觀結構三個層次 。1.宏觀結構 材料的宏觀結構指用肉眼或放大鏡能夠分辨

4、到的結構。建筑材料的宏觀結構，可按孔隙尺寸和構成形態(tài)來分類。（1）按孔隙尺寸分 致密結構 指無宏觀孔隙的結構。如鋼材、塑料等。 結構密實、強度高、硬度大，常作結構材料。 微孔結構 指具微細孔隙的結構。如石膏制品、燒黏土制品等。 孔隙多而小，密度和導熱系數(shù)較小，隔音吸聲性能好，常作吸音隔聲材料。 多孔結構 指具粗大孔隙的結構。如加氣混凝土、泡沫混凝土等。 孔隙多、孔徑較大、質地輕、保溫性能好，主要用作絕熱材料。 （2）按構成形態(tài)分 聚集結構 指由填充性集料與膠凝材料膠結成的結構。 如水泥混凝土、砂漿、塑料等。其性質取決于集料和膠凝材料的性質及其結合程度。 纖維結構 指由纖維狀物質構成的材料結構。

5、 如木材、玻璃纖維、礦棉等。其性質與纖維的排列秩序、疏密程度有關。 層狀結構 指天然形成或由人工將材料黏結迭合為層狀的材料結構。 如復合木地板、膠合板、紙面石膏板等。其性質與疊合材料性質及膠合程度有關。 各層材料間可以性質互補，增強了整體材料的性質。 散粒結構 指松散顆粒狀結構。 砂是散粒結構的典型代表，其顆粒形狀、粗細程度、級配情況對其品質有直接影響。2.細觀結構 材料的細觀結構也稱亞微觀結構，指用光學顯微鏡能觀察到的結構。 建筑材料的細觀結構，只能針對某種具體材料來進行分類研究。例如，混凝土可分為基相、集料相、界面相；闊葉樹木材可分為木纖維、導管和髓線。 材料細觀結構層次的組織結構、性質和

6、特點各異，其特征、數(shù)量和分布對建筑材料的性能有重要影響。3.微細觀結構 材料的微觀結構指材料內部在分子、原子、離子層次的結構，常用電子顯微鏡及X射線衍射分析來研究。建筑材料的微觀結構基本上可分為晶體、玻璃體、膠體三類。 晶體的各向異性,即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導致晶體在不同方向物理化學特性的不同。具體表現(xiàn)在晶體不同方向的彈性模量、硬度、斷裂抗力、屈服強度、熱膨脹系數(shù)、導熱性、電阻率、電位移矢量、電極化強度、磁化率和折射率等都不相同。 （1） 晶體 晶體微觀結的構特點是組成物質的微粒在空間的排列有確定的幾何位置關系。一般具有強度高、硬度較大、固定熔點、化學穩(wěn)定

7、性高和力學各向異性等特性。晶體可分為原子晶體、離子晶體、分子晶體和金屬晶體。 金屬和石膏等建筑材料都是典型的晶體結構。 即便材料的化學組成相同，如果晶體結構形式不同，其性質差異也會很大。例如，金剛石和石墨的化學組成都是碳，但前者強度極高，后者強度卻極低。 （2）玻璃體 玻璃體微觀結構的特點是組成物質的微粒在空間的排列呈無序混亂狀態(tài)。玻璃體結構的材料具有化學活性高、無固定熔點、力學各向同性等共同特性。 粉煤灰、火山灰、?；郀t礦渣和建筑用普通玻璃都是典型的玻璃體結構。 物質可分為晶體和非晶體。晶體加熱時從開始熔化到完全熔化溫度不變，完全熔化后再繼續(xù)升溫，這個不變溫度就是熔點，非晶體加熱熔化時，溫

8、度會一直上升，開始熔化至完全熔化沒有固定的溫度，因此沒有固定的熔點。 （3）膠體 膠體是極細的固體顆粒均勻分散在液體中所形成的結構。 膠體與晶體、玻璃體最大的不同是可呈分散相和網狀兩種結構形式，分別稱為溶膠和凝膠。 溶膠具有很強的吸附能力，失水后成為具有一定強度的凝膠結構，可把固體顆粒黏結為整體。1. 材料的密度 密度指物質單位體積的質量，單位g/cm3或kg/m3。分實際密度、表觀密度、體積密度和堆積密度。（1）實際密度（簡稱密度） 指材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積所具有的質量。 ：實際密度（g/cm3或kg/m3）；m：絕干狀態(tài)下材料的質量（g或kg）；V ：材料在絕對密實狀態(tài)下的體積（c

9、m3 或m3）。只是固體物質所占部分。計算公式=mV2.2 建筑材料的物理性質2.2.1 材料與質量有關的性質測定方法 有孔隙的材料，在實際密度測定時，應先磨成粒徑的細粉以排出內部孔隙，再用排液法（密度瓶法等）測定其實際體積，最后用上式計算密度值。 材料磨得越細，測定的密度值越精確。 對于某些較密實的不規(guī)則的散粒材料（如卵石、砂等），常用排液法測其絕對體積的近似值，所得的實際密度為近似密度。 （2）表觀密度 指多孔材料在自然狀態(tài)下，單位體積（包括閉口孔和固體體積）的質量。 ：材料的表觀密度（g/cm3或kg/m 3）； m ：材料的質量（g或kg）； V ：材料在自然狀態(tài)（包括閉口孔）的體積（

10、cm3或m3）。 表觀密度可用于估算混凝土拌和物中砂石所占的實際體積，因為水泥漿只能浸入開口孔隙中 。 =mV， （3）體積密度 1）定義與計算 體積密度指材料在自然狀態(tài)下，單位體積（包括閉口孔、開口孔及固體體積）的質量。0：體積密度（g/cm3 或kg/m3）； m ：材料質量（g或kg）； V0：材料在自然狀態(tài)下的體積（包括閉口孔、開口孔及固體體積）（cm3或m3）。mV0 =0 2）意義 體積密度的體積包括開口孔和閉口孔（圖2-1）。 所以體積密度可以用于估算砌體或結構物的自重。 1閉口孔隙；2，3開口孔隙圖2-1 磚的孔隙示意圖 3）測定 體積密度與表觀密度的測定相似。 外形規(guī)則材料：

11、幾何體積=表觀體積（V0或V）； 外形不規(guī)則材料：用排液法測定，但待測材料表面在測定前應用薄蠟層密封，以免測液進入材料內部孔隙而影響測定值 。 自然狀態(tài)下，因材料孔隙內所含水分不同，其體積密度也不同，故體積密度必須注明其含水狀態(tài)。 體積密度通常是指材料在氣干狀態(tài)下的體積密度。 在吸水狀態(tài)下的體積密度稱濕體積密度。 在烘干狀態(tài)下的體積密度，稱干體積密度。氣干狀態(tài)，指材料孔隙中所含水與大氣濕度相平衡，但未達飽和的狀態(tài)。 （4）堆積密度 散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質量稱堆積密度。 0，：堆積密度（kg/m3）； m：材料的質量（kg）； V0：材料在自然堆積狀態(tài)下的體積（m3），即： V0=

12、 V0 + V空 上述材料質量，是在一定容積的容器內材料的質量，其堆積體積就是容器的容積。若以搗實體積計算密度，則稱緊密堆積密度。常用建筑工程材料的密度見P11表2-1（略）。 堆積體積包括顆粒內部孔隙與顆粒之間的空隙體積。 =mV，00，2. 材料的孔隙率與密實度 （1）材料的孔隙 一般把材料內部被空氣占據的空間叫孔隙，把材料實體之間被空氣占據的空間叫空隙。 孔隙狀況由孔隙率、孔隙連通性、孔隙直徑來描述。 孔隙率 是指孔隙占材料體積的比例。 一般孔隙率越大，材料的體積密度越小，強度越低、保溫隔熱性越好。 孔隙分類 開口孔：指孔隙之間、孔隙與外界之間都連通的孔隙； 閉口孔：指孔隙之間、孔隙與外

13、界之間都不連通的孔隙。 一般情況下，開口孔對材料的吸水性、吸聲性影響較大，閉口孔對材料的保溫隔熱性影響較大。 孔隙直徑 粗大孔：孔隙直徑大于mm級； 毛細孔：孔隙直徑在mmm級； 微孔：孔隙直徑在m級以下。 粗大孔會降低材料強度；毛細孔會使材料吸水性增大，抗?jié)B性下降，微孔對材料的性質影響不大。 (2)材料的密實度 指材料體積內被固體物質充實的程度。以D表示： :材料的密實度； :材料在絕對密實狀態(tài)下的體積（cm3或m3）； :材料在自然狀態(tài)下的體積（包括開口孔、閉口孔和 固體）（cm3或m3）；:體積密度（g/cm3或kg/m3）； :實際密度（g/cm3或kg/m3）。VDV0D =V0V1

14、00%或D =100%00 (3)材料的孔隙率 指材料孔隙體積(VP)占材料總體積（V0）的百分率。 以P表示： 孔隙率與密實度的關系：P + D = 1 P：材料的孔隙率； V ：材料在絕對密實狀態(tài)下的體積（cm3或m3）；V0：材料在自然狀態(tài)下的體積（包括閉口孔、開口孔及 固體體積）（cm3或m3）； 0 ：體積密度（g/cm3或kg/m3）； ：實際密度（g/cm3或kg/m3）。 P = =1 100% V0 VV00 孔隙率的大小直接反映了材料的密實程度。建筑材料的強度、吸水性、抗?jié)B性、導熱性、吸聲性等許多性質都與致密程度有關。 一般孔隙率較小且連通孔較少的材料，其吸水性較小，強度較

15、高，抗凍性和抗?jié)B性較好。 建筑工程中對需要保溫隔熱的建筑物或部位，要求所用材料的孔隙率較大且為封閉孔。3. 材料的填充率與空隙率 (1)材料的填充率 指粉狀或顆粒狀材料在其堆積體積內，被其顆粒填充的程度。以D表示：D：材料的填充率； V0：材料在自然狀態(tài)時（包括內部閉孔、開孔及固體體積）的體積（m3）； V0 ：材料自然堆積狀態(tài)的體積（m3），即 V0 = V0 + V空； 0 ：體積密度（kg/m3）。0 ：堆積密度（kg/m3）；或D = V0 ，V0 ，100%D = ，100%，0 (2)空隙率 指散粒材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積（V空）占堆積體積的百分率，以P表示。因V空 =

16、 V0 - V0 ，因此P值為： P: 材料的空隙率； 0: 材料的堆積密度（kg/m3）； 0 ：體積密度（kg/m3）。 填充率與空隙率的關系為：D + P =1 在計算砂、石等致密散粒材料的填充率和空隙率時，可用表觀密度代替體積密度進行計算。或P = V0 - ，V0 ，100%V0，100%，0P = -，002.2.2 材料與水有關的性質1. 親水性與憎水性 （簡介） 材料在空氣中與水接觸時，根據其能否被水潤濕，可將材料分為親水性和憎水性兩大類。潤濕就是水被材料表面所吸附，它與材料本身性質有關。 材料被水潤濕的程度可用潤濕角表示。在材料、水、空氣三相交點處，作沿水滴表面的切線，此切線

17、與材料和水接觸面的夾角稱潤濕角。越小，浸潤性越好。一般認為，潤濕角90時材料具有親水性，這種材料稱親水性材料。當90180時材料具有憎水性，這種材料稱憎水性材料。如圖2-2所示：（a）親水性材料（b）憎水性材料圖2.3 材料的潤濕示意圖 建筑材料大多是親水性材料，如：混凝土、黏土磚、砌塊、木材等。只有極少數(shù)為憎水性材料，如：瀝青、石蠟、橡膠、塑料等。 憎水性材料防潮性和防水性較好，常用作防水材料，也用作親水材料的表面處理，以提高其抗?jié)B性及抗腐蝕能力。 水泥2. 吸水性 材料在水中能吸收水分的性質稱吸水性。 其大小用吸水率表示，有質量吸水率與體積吸水率兩種表示方法。 （1）質量吸水率 指材料吸水

18、飽和時所吸水分占材料干燥質量的百分率。 W：材料的質量吸水率(%)；m1：材料烘干至恒重的質量(g)；m2：材料吸水飽和后的質量(g)。W = 100% m2 m1m1 （2）體積吸水率 指材料吸水飽和時，所吸水分體積占干燥材料自然體積的百分率。 材料的吸水性大多按質量吸水率表示。 加氣混凝土、軟木等輕質多孔或疏松纖維材料的質量吸水率常超過100%，因此常以體積吸水率表示其吸水性。 W0：材料的體積吸水率(%)； W ：水的密度(g/cm3)； V水、V0 ：材料在吸水飽和時水的體積、干燥材料在自然狀態(tài)下(包括閉口孔、開口孔及固體體積)的體積(cm3)。 =m2 m1w1V0W0 = 100%

19、V水V0100%. 同一材料的質量吸水率(W)和體積吸水率(W0)的關系為： 材料的吸水性，不僅取決于其親水性或憎水性，也與其孔隙率大小及孔隙特征有關。若材料具有微細的連通孔隙，則其吸水率較大，如木材的吸水率可達甚至超過100%；密實及有封閉孔的材料是不吸水的，如鋼材、玻璃的吸水率為0；具有粗大連通孔的材料，水分雖易滲入，但不易在孔內留存，其吸水率往往較低。0 ：材料在干燥狀態(tài)下的體積密度（g/cm3）。W0 = 0 W3. 吸濕性 吸濕性：指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。材料吸濕性的大小用含水率表示: W含：材料的含水率(%)； m含：材料含水時質量(g)；m干：材料干燥至恒重時質量(g)

20、。 W含= 100% m含m干m干 含水率與材料成分、構造及環(huán)境溫度、濕度有關。氣溫越低，相對濕度越大，含水率越大。 材料既能從潮濕空氣中吸收水分，又能向干燥空氣釋放水分，從而使材料中的水分與空氣的濕度達到平衡，這時材料的含水率稱為平衡含水率。當材料吸水達到飽和狀態(tài)時的含水率即為吸水率。 材料吸水受潮后，保溫隔熱性能、強度、耐久性等會降低，體積會膨脹等，它們多數(shù)都會對工程產生不利影響。 4. 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。耐水性用軟化系數(shù)表示： 軟化系數(shù)KP應在01之間。KP越大，耐水性越好。 長期處于水或潮濕環(huán)境中的重要建筑物或構筑物，必須選擇軟化系

21、數(shù)KP的耐水材料；受潮較輕或次要結構材料的軟化系數(shù)也應。 通常將軟化系數(shù)的材料稱為耐水材料。Kp：材料的軟化系數(shù)；fw：材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）；f：材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。Kp =fw f5. 抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗?jié)B性（或稱不透水性）。通常用滲透系數(shù) K 表示。（1）滲透系數(shù) 表示一定厚度的材料，在一定水壓下，在單位時間內透過單位面積的水量。K 滲透系數(shù)（cm/h）；W 透過材料試件的水量（cm3）；D 試件厚度（cm）；t 透水時間（h）；A 透水面積（cm2）；H 靜水壓力水頭（cm）。K =WDAtH 滲透系數(shù)反映了水在材料中的滲流速度。其值

22、越大，水在材料中滲流的速度越大，相同條件下滲透的水越多，即抗?jié)B性越差。對于瀝青、瀝青混凝土等防水、防潮材料，常用 滲透系數(shù) 表示其抗?jié)B性。 （2）抗?jié)B等級 指以規(guī)定試件，在標準試驗方法下所能承受的最大靜水壓力，以Pn表示，如P4、P6、P8、P10、P12等，分別表示材料能承受、MPa的水壓?？?jié)B等級越高，其抗?jié)B性越好。 材料的孔隙率小且為封閉孔，其抗?jié)B性就好。地下建筑、水工構筑物、防水工程均要求材料具有較高抗?jié)B性。混凝土和砂漿的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示。 靜水壓力是均質流體作用于一個物體上的壓力。這是一種全方位的力，并均勻地施向物體表面的各個部位。 6.抗凍性 （1）抗凍性 材料在吸水飽和狀態(tài)下

23、，能經受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，其強度不嚴重降低，質量也不顯著減小的性質，稱為材料的抗凍性，用抗凍等級或抗凍標號表示。 抗凍等級用快凍法測定，抗凍標號用慢凍法測定。 例如，混凝土的抗凍等級是水中養(yǎng)護28d的試件，在（-182）和（52）溫度下進行水凍和水融，相對動彈性模量下降至60%或質量損失率達5%時所能承受的快速凍融循環(huán)次數(shù)。用符號Fn表示，抗凍等級分為F50、F100、F150、F200、F250、F300、 F350、F400等8個等級。 抗凍等級越高，材料的抗凍性越好。 冰凍的破壞作用是因材料孔隙中的水分結冰所致。當材料孔隙中充滿水，且水溫降至冰點或冰點以下時，水因結冰而體積膨脹（

24、約增大9%），產生內應力并作用于孔壁，造成孔壁開裂。在凍融循環(huán)過程中，凍害由表及里逐層進行，在材料內外形成溫差，加速了孔壁的破裂。 材料經受凍融循環(huán)的次數(shù)愈多，凍害愈嚴重。 抗凍性的高低與材料孔隙率、孔隙特征及材料強度有關，孔隙率小且為封閉孔的材料其抗凍性較好。建筑工程中，常通過提高材料的密實度等措施來改善其抗凍性。 氣溫低于-15C的地區(qū)，其主要的工程材料必須進行抗凍性試驗。2.2.3 材料與熱有關的性質（略） 1. 導熱性 熱量由材料的一面?zhèn)鞯搅硪幻娴男再|，稱為導熱性。 它表示材料傳導熱量的能力，以導熱系數(shù)表示。 （1）導熱系數(shù) 指單位厚度材料兩側溫差為1K時，在單位時間內通過單位面積的熱

25、量。以符號表示，按下式計算： 導熱系數(shù)越小，材料的導熱性越低，絕熱性能越好。 ：導熱系數(shù)W/(mK)；Q：傳導的熱量（J）；A：熱傳導面積（m2）；：材料的厚度（m）；t：熱傳導時間（s）；T2- T1 ：材料兩側溫差（K）。=Q At(T2-T1) 人們常把防止內部熱量的散失稱為保溫，把防止外部熱量的進入稱為隔熱，將保溫隔熱統(tǒng)稱為絕熱。通常把導熱系數(shù)小于0.175W/(mK)的材料稱絕熱材料。（2）影響導熱性的因素 (P17 自學掌握） 2. 熱容量 材料加熱時吸收熱量、冷卻時放出熱量的性質，稱為熱容量。其大小用比熱容表示。Q：材料吸收或釋放的熱量（J）；C：材料的比熱容J/g.k；m：材料

26、的質量（g）：T2-T1：材料受熱或冷卻前后的溫差（k）。Q = Cm(T2-T1)C =Q m(T2-T1) 比熱容是反映材料吸熱或放熱能力大小的物理量。 不同材料的比熱容不同，即便同一種材料，在不同狀態(tài)下的比熱容也不同。例如，水的比熱容為J/(gK)，冰的比熱容為J/(gK)。材料比熱容的大小，對保持室內溫度穩(wěn)定有很大的意義。比熱容大的材料，能在熱流變動時，緩和室內的溫度變動。幾種常見材料的熱性質見 P18表2-2（略）。3. 熱變形性 建筑材料在溫度升高（或降低）時，會出現(xiàn)線膨脹（或收縮）和體積膨脹（或收縮）現(xiàn)象，這一性質稱為熱變形性，一般用線膨脹系數(shù)表示 。 線膨脹系數(shù)：表示溫度每上升

27、（或降低）1K所引起的線性增長（或收縮）與其在0C時長度的比值 。用下式計算： ：材料的線膨脹系數(shù)（1/K）； L：試件升降溫前的長度（mm） L：試件的膨脹或收縮長度（mm）t：溫度差（K）。=L L.t 任何建筑材料都具有熱變形性，但不同材料的熱變形性不同。 線膨脹系數(shù)直接影響建筑物或構筑物的耐久性。如混凝土公路，常設伸縮縫防止熱脹冷縮的破壞。 瀝青具有高溫流淌、低溫冷脆的特點，嚴重影響防水質量。隨著科技的發(fā)展，復合材料正逐步取代單一材料，使用復合材料時，要盡量使用線膨脹相近的材料。4. 耐燃性和耐火性 （簡介） （1）耐燃性 材料在火焰和高溫作用下能否燃燒的性質稱為耐燃性。 耐燃性是評價

28、建筑結構防火和耐火等級的重要因素。 不同建筑材料的耐燃性不同，據此可將建筑材料分為四類：非燃燒材料、難燃燒材料、可燃燒材料、易燃性材料 四類。 非燃燒材料：指在空氣中受到火燒或高溫作用不起火、不微燃、不碳化的材料。如磚、石材、混凝土、鋼材等。 難燃燒材料：指在空氣中受到火燒或高溫作用時難起火、難微燃、難碳化，當火源移去后微燃立即停止的材料，如瀝青混凝土、水泥刨花板等。 可燃燒材料：指在空氣中受到火燒或高溫作用時立即起火或微燃，當火源移去后仍能繼續(xù)燃燒的材料，如木材。 易燃性材料：指在空氣中受到火燒或高溫作用時立即起火并迅速燃燒，當火源移去后仍能繼續(xù)燃燒的材料，如纖維織物、部分未經阻燃處理的塑料

29、。 材料的耐燃性由大到小依次為：非燃燒材料難燃燒材料可燃燒材料易燃燒材料。在結構選型和構造方案設計時，應合理選材。 （2）耐火性 材料在火焰和高溫作用下，不被破壞、性能不明顯下降的能力稱為耐火性，用耐火極限（小時）表示。它是劃分建筑耐火等級和進行建筑防火構造設計的科學依據。 耐燃性和耐火性是兩個不同的概念，耐燃材料不一定耐火，但耐火材料一般都耐燃。例如鋼材的耐燃性較好，但耐火性較差，其耐火極限只有h。2.2.4 材料與聲有關的性質 材料與聲有關的性質即材料的聲學性質，主要包括吸聲性和隔聲性兩個方面。1. 材料的吸聲性 當聲波入射到材料表面時，一部分聲能被反射，一部分穿透材料，還有一部分則被吸收

30、。 聲能透入材料內部被吸收的性質稱為材料的吸聲性。用吸聲系數(shù)來評定。 吸聲系數(shù)是指被材料吸收的聲能（包括穿透材料的聲能在內 ）與總入射聲能的比值，用 表示。即： 材料的吸聲系數(shù)在01之間，越大，材料的吸聲性能越好。對于全反射面，=0；對于全吸收面，=1。當門窗打開時，相當于=1。 材料的吸聲特性與其本身性質、厚度、表面條件以及聲波射入角和頻率有關。同一種材料，對不同頻率聲波的吸收能力是不同的。因此，規(guī)定取125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz等6個頻率的吸聲系數(shù)來表示材料總體的吸聲性能。吸聲材料的平均吸聲系數(shù)應。= E / E0 材料的吸聲系數(shù)E 被材料吸

31、收(包括穿透)的聲能；E0 總入射聲能。 一般輕質多孔材料的吸聲效果較好；同種材料，孔隙率越大，其吸聲效果越好；細小、開放的連通孔越多，吸聲性能越好。 常用的吸聲材料：有石膏板、水泥蛭石板、木絲板、吸聲蜂窩板、毛氈等。吸聲材料 2. 材料的隔聲性 隔聲按聲音傳播途徑分為隔絕空氣聲和隔絕固體聲兩種。 (1) 隔絕空氣聲 空氣聲是指通過空氣傳播的聲音。材料隔聲效果的好壞可用隔聲量或聲透系數(shù)衡量。 隔聲量是指入射聲能與透射聲能相差的分貝數(shù)，隔聲量越大，材料的隔聲效果越好。 聲透系數(shù)是透射聲能與入射聲能之比。聲透系數(shù)越大，表示穿透材料的聲能越多，則材料的隔聲效果越差。同種材料的隔聲量越大，聲透系數(shù)越小

32、，則其隔聲效果越好。 通常，材料密度越大，其隔聲效果越好。所以，建筑的圍護結構（如外墻）應選擇表觀密度大的材料作為隔絕空氣聲的材料，例如實心磚、混凝土、石材等。 (2) 隔絕固體聲 固體聲是由于振源撞擊固體材料，固體材料受迫振動而發(fā)聲，并向周圍傳播的聲能。 隔絕固體聲最有效的措施就是阻斷其傳播路徑。如在樓面上鋪上地毯，可以削弱堅硬物體墜落樓面而產生刺耳的撞擊聲。1.顏色 顏色是材料對光譜選擇吸收的結果。不同顏色給人以不同的感覺，但材料顏色的表現(xiàn)不是材料本身所固有的，它與入射光光譜成分及人們對光的敏感程度有關。2.光澤 光澤是材料表面方向性反射光線的性質。光線射到物體上，一部分被反射，一部分被吸

33、收，如果物體是透明的，則一部分還被物體透射。當光線為定向反射時，稱為鏡面反射；當光線為不定向反射時，稱為漫反射。鏡面反射是產生光澤的主要因素。 材料表面愈光滑，其光澤度愈高。不同光澤度可改變材料表面的明暗程度，并可擴大視野或造成不同虛實對比。2.2.5 材料與光有關的性質3. 透明性 透明性是光線透過材料的性質。據此可將材料分為透明體（可透光、透視）、半透明體（透光、但不透視）和不透明體（不透光、不透視）。 利用不同透明度，可隔斷或調整光線的明暗，造成特殊的光學效果，也可使物像清晰或朦朧。2.3 建筑材料的力學性質 1. 材料的彈性與塑性 (1)彈性模量 材料在外力作用下會產生變形，取消外力后

34、，變形即可消失并能完全恢復原來形狀的性質，稱為彈性。當外力取消后瞬間內即可完全消失的變形，稱為彈性變形。 彈性變形屬可逆變形，其大小與外力成正比，其比例系數(shù)E稱為材料的彈性模量。 在彈性變形范圍內，彈性模量E為常數(shù)，按下式計算： ：材料的應力（MPa）； ：材料的應變；E：材料的彈性模量（MPa）。 應變（補充）：又稱“相對變形”，無量綱。表示物體因荷載、溫度變化等外因使其幾何形狀和尺寸發(fā)生相對改變的物理量。物體某線段的改變量與線段原長之比，稱為“正應變”或“線應變”，用“”表示；兩相交線段所夾角度的改變，稱為“切應變”或“角應變”，用“”表示。 應力（補充）：物體由于外因(受力、濕度變化等)

35、而變形時，在物體內部之間將產生相互作用的內力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復到變形前的位置。在所考察的截面某一點單位面積上的內力稱為應力。 ：材料的應力(MPa)； ：材料的應變；E：材料的彈性模量(MPa)。 彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的一個指標，其值越大，則材料剛度越大，越不易變形。 在外力作用下材料會發(fā)生變形，若取消外力，仍保持變形后的形狀尺寸且不產生裂縫的性質，稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形。塑性變形是永久的不可逆變形。 嚴格講，純彈性變形的材料是沒有的。如建筑鋼材，當受外力小于彈性極限時，僅產生彈性變形；外力大于彈性極限后，除彈性變形外，還產生塑性

36、變形。又如混凝土受力時，彈性變形和塑性變形同時產生，取消外力后，彈性變形能恢復，塑性變形不能恢復。(2)材料的變形情況2. 材料的脆性與韌性 (1)材料的脆性 當材料受外力達到一定限度后，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時無明顯塑性變形的性質稱為脆性。具有脆性的材料稱脆性材料。 脆性材料抵抗沖擊或振動荷載的能力很差。其抗壓強度可遠大于抗拉強度數(shù)十倍。所以脆性材料不能承受振動和沖擊荷載，也不宜用作受拉構件，只適于用作承壓構件。 玻璃、普通混凝土等大部分無機非金屬建材均為脆性材料。 韌性 材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大能量并產生一定變形而不破壞的性質稱為韌性。 如建筑鋼材、木材等都有較好的韌性。

37、沖擊韌性指標 沖擊韌性指標表示材料韌性的大小。是指用帶缺口的試件做沖擊破壞試驗時，斷口處單位面積所吸收的功。（2）材料的韌性K：材料的沖擊韌性指標（J/mm2）；AK：試件破壞時所消耗的功（J）；A：試件受力凈截面積（mm2）。 橋梁、路面等承受沖擊荷載和有抗震要求的結構，均要求具有較高的韌性。 （a）試件尺寸（mm） （b）試驗裝置 （c）試驗機 試件 鋼材、木材及混凝土等的硬度常用鋼球壓入法測定(布氏硬度HB)。硬度越大的材料其耐磨性越好，但不易加工。工程中有時也可用硬度來間接推算材料的強度。3. 材料的硬度與耐磨性 （1）硬度 硬度是材料表面能抵抗其他較硬物體壓入或刻劃的能力。測定方法有

38、刻劃法和壓入法兩種。 天然礦物的硬度常用刻劃法測定。礦物硬度按遞增順序分為110級（莫氏硬度），其中金剛石為10級。 建筑工程中，踏步、臺階、地面、路面等的材料應具有較高的耐磨性。 一般強度較高且密實的材料，其硬度較大，耐磨性較好。 B：材料的磨損率（g/cm2）；m1、m2：材料磨損前、后的質量（g）；A：試件受磨損的面積（cm2）。 （2）耐磨性 指材料表面抵抗磨損的能力，用磨損率（B）表示，其計算公式為：2.3.2 材料的強度1. 強度的含義 （1）強度定義 材料抵抗外力（荷載）作用而引起破壞的最大能力，稱為材料的強度。 材料承受外力作用時，內部會產生應力。隨著外力逐漸增加，應力也相應增

39、加，直至材料內部質點的作用力不能再抵抗這種應力時，材料即破壞，此時的極限應力值就是材料的強度。 （2） 強度種類 根據外力作用形式不同，材料的強度有抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度及抗彎強度等，以符號“ f ”表示，單位為MPa。2. 強度的測定方式 由于材料強度是通過靜力試驗來測定，因此總稱為靜力強度。它是是通過標準試件的破壞試驗而測得。 測定常見建筑材料強度的標準試件和計算公式，見P2324表2-3表2-4。 靜力試驗又稱低周反復荷載試驗，是指在結構或結構構件正反兩個方向重復加載和卸載，用以模擬地震時結構在往復振動中的受力特點和變形特點。表2-3 建筑材料軸向抗壓強度測定的標準試件和計算公式試

40、 件受力作用示意圖強度計算式試件尺寸/mm立方體砼砂漿石材混凝土：150150150 A150150砂漿：70.770.770.7 A70.770.7石材： 70 7070 A7070棱柱體砼木材混凝土：a100或150或200；h2a3aA100100或150150或200200木材：a20，h30 A2020復合試件磚24011553 A115100半個棱柱體水泥4040160A 40 40FFFFFFFF棱柱體指兩個底面全等且平行，其余各側面均為平行四邊形的幾何體。相應地有三棱柱、四棱柱正方體和長方體是特殊的棱柱體。長240的磚鋸為兩節(jié)，反向疊放，只用100“長”來承壓3厚水泥凈漿5厚水

41、泥凈漿三塊4040160的水泥標準試件，先做抗折強度試驗，再做抗壓強度試驗。60表2-4 建筑材料軸向抗拉強度測定的標準試件和計算公式 試 件受力作用示意圖強度計算 式試件尺寸/mm鋼 筋l 5d200或10d200，A（d/2）2木 材長370，寬15和20，厚4A154混凝土150150150A150150FFFF 注：F為破壞荷載（N）；A為受荷面積（mm2）；l為跨度（mm）；b為斷面寬度（mm）；h為斷面高度（mm）；d為構件直徑（mm）。 游標卡尺測直徑20151005555100實際為150150150立方體表2-5 建筑材料抗折強度測定的標準試件和計算公式 注：F為破壞荷載（N）；A為受荷面積（mm2）；l為跨度（mm）；b為斷面寬度（mm）；h為斷面高度（mm）；d為構件直徑（mm）。 試 件受力作用示意圖強度計 算 式試件尺寸/ mm水泥：404