建筑材料的基本性質(zhì)和結(jié)構(gòu)

1、 建筑材料的基本性質(zhì)和結(jié)構(gòu) 建筑材料是建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。建筑物中不同構(gòu)件對材料的要求不同。例如: 結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有良好的力學(xué)性能；屋面材料應(yīng)能防水、保溫；地面材料應(yīng)耐磨；墻體材料應(yīng)能抗凍、隔聲、節(jié)能；基礎(chǔ)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(xué)侵蝕等而遭受破壞。 建筑材料的基本性質(zhì)主要包括物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和耐久性質(zhì)。2.1 建筑材料的組成和結(jié)構(gòu)2.1.1 材料的組成 包括材料的化學(xué)組成、礦物組成和相組成。1. 化學(xué)組成 指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類、數(shù)量。 化學(xué)組成既影響材料的物

2、理力學(xué)性質(zhì)，也影響其抵外界侵蝕作用的化學(xué)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(zhì)決定于材料的組成和結(jié)構(gòu)。因此要了解材料性質(zhì)必先了解材料的組成和結(jié)構(gòu)。2. 礦物組成 礦物組成指化學(xué)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(xué)組成確定的條件下，決定材料性質(zhì)的主要因素。 例如，硅酸鹽水泥的主要化學(xué)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(jié)而成的陶瓷，其化學(xué)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(zhì)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(gòu)成的單相體系；膠水為液相構(gòu)成的單相體系，聚苯板是由固相和氣相構(gòu)成的兩相體系。 2.1.2 材料的結(jié)構(gòu) 材料結(jié)構(gòu)是指從宏觀可見直至分子、原子水平各層次的構(gòu)造狀況。一般可分為宏觀結(jié)構(gòu)、細(xì)觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)三個層次 。1.宏觀結(jié)構(gòu) 材料的宏觀結(jié)構(gòu)指用肉眼或放大鏡能夠分辨

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

5、 如木材、玻璃纖維、礦棉等。其性質(zhì)與纖維的排列秩序、疏密程度有關(guān)。 層狀結(jié)構(gòu) 指天然形成或由人工將材料黏結(jié)迭合為層狀的材料結(jié)構(gòu)。 如復(fù)合木地板、膠合板、紙面石膏板等。其性質(zhì)與疊合材料性質(zhì)及膠合程度有關(guān)。 各層材料間可以性質(zhì)互補，增強了整體材料的性質(zhì)。 散粒結(jié)構(gòu) 指松散顆粒狀結(jié)構(gòu)。 砂是散粒結(jié)構(gòu)的典型代表，其顆粒形狀、粗細(xì)程度、級配情況對其品質(zhì)有直接影響。2.細(xì)觀結(jié)構(gòu) 材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)也稱亞微觀結(jié)構(gòu)，指用光學(xué)顯微鏡能觀察到的結(jié)構(gòu)。 建筑材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，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(dǎo)管和髓線。 材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)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(xì)觀結(jié)構(gòu) 材料的微觀結(jié)構(gòu)指材料內(nèi)部在分子、原子、離子層次的結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(dǎo)致晶體在不同方向物理化學(xué)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(dǎo)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(jié)的構(gòu)特點是組成物質(zhì)的微粒在空間的排列有確定的幾何位置關(guān)系。一般具有強度高、硬度較大、固定熔點、化學(xué)穩(wěn)定

7、性高和力學(xué)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(jié)構(gòu)。 即便材料的化學(xué)組成相同，如果晶體結(jié)構(gòu)形式不同，其性質(zhì)差異也會很大。例如，金剛石和石墨的化學(xué)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(jié)構(gòu)的特點是組成物質(zhì)的微粒在空間的排列呈無序混亂狀態(tài)。玻璃體結(jié)構(gòu)的材料具有化學(xué)活性高、無固定熔點、力學(xué)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(jié)構(gòu)。 物質(zhì)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(xì)的固體顆粒均勻分散在液體中所形成的結(jié)構(gòu)。 膠體與晶體、玻璃體最大的不同是可呈分散相和網(wǎng)狀兩種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，可把固體顆粒黏結(jié)為整體。1. 材料的密度 密度指物質(zhì)單位體積的質(zhì)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(zhì)量。 ：實際密度（g/cm3或kg/m3）；m：絕干狀態(tài)下材料的質(zhì)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(zhì)所占部分。計算公式=mV2.2 建筑材料的物理性質(zhì)2.2.1 材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)測定方法 有孔隙的材料，在實際密度測定時，應(yīng)先磨成粒徑的細(xì)粉以排出內(nèi)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(xì)，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(zhì)量。 ：材料的表觀密度（g/cm3或kg/m 3）； m ：材料的質(zhì)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(zhì)量。0：體積密度（g/cm3 或kg/m3）； m ：材料質(zhì)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(jié)構(gòu)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(yīng)用薄蠟層密封，以免測液進入材料內(nèi)部孔隙而影響測定值 。 自然狀態(tài)下，因材料孔隙內(nèi)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(dá)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(zhì)量稱堆積密度。 0，：堆積密度（kg/m3）； m：材料的質(zhì)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(zhì)量，是在一定容積的容器內(nèi)材料的質(zhì)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(nèi)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(nèi)部被空氣占據(jù)的空間叫孔隙，把材料實體之間被空氣占據(jù)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(xì)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(xì)孔會使材料吸水性增大，抗?jié)B性下降，微孔對材料的性質(zhì)影響不大。 (2)材料的密實度 指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)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(guān)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(dǎo)熱性、吸聲性等許多性質(zhì)都與致密程度有關(guān)。 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(nèi)，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(nèi)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(guān)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?；騊 = V0 - ，V0 ，100%V0，100%，0P = -，002.2.2 材料與水有關(guān)的性質(zhì)1. 親水性與憎水性 （簡介） 材料在空氣中與水接觸時，根據(jù)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(zhì)有關(guān)。 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(rèn)為，潤濕角90時材料具有親水性，這種材料稱親水性材料。當(dāng)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(zhì)稱吸水性。 其大小用吸水率表示，有質(zhì)量吸水率與體積吸水率兩種表示方法。 （1）質(zhì)量吸水率 指材料吸水

18、飽和時所吸水分占材料干燥質(zhì)量的百分率。 W：材料的質(zhì)量吸水率(%)；m1：材料烘干至恒重的質(zhì)量(g)；m2：材料吸水飽和后的質(zhì)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(zhì)量吸水率表示。 加氣混凝土、軟木等輕質(zhì)多孔或疏松纖維材料的質(zhì)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(zhì)量吸水率(W)和體積吸水率(W0)的關(guān)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(guān)。若材料具有微細(xì)的連通孔隙，則其吸水率較大，如木材的吸水率可達(dá)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(nèi)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(zhì)。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(zhì)量(g)；m干：材料干燥至恒重時質(zhì)量(g)

20、。 W含= 100% m含m干m干 含水率與材料成分、構(gòu)造及環(huán)境溫度、濕度有關(guān)。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(dá)到平衡，這時材料的含水率稱為平衡含水率。當(dāng)材料吸水達(dá)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(chǎn)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(zhì)稱為耐水性。耐水性用軟化系數(shù)表示： 軟化系數(shù)KP應(yīng)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(gòu)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(jié)構(gòu)材料的軟化系數(shù)也應(yīng)。 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(zhì)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)筑物、防水工程均要求材料具有較高抗?jié)B性?；炷梁蜕皾{的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示。 靜水壓力是均質(zhì)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(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，其強度不嚴(yán)重降低，質(zhì)量也不顯著減小的性質(zhì)，稱為材料的抗凍性，用抗凍等級或抗凍標(biāo)號表示。 抗凍等級用快凍法測定，抗凍標(biāo)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(zhì)量損失率達(dá)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(jié)冰所致。當(dāng)材料孔隙中充滿水，且水溫降至冰點或冰點以下時，水因結(jié)冰而體積膨脹（

24、約增大9%），產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)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(nèi)外形成溫差，加速了孔壁的破裂。 材料經(jīng)受凍融循環(huán)的次數(shù)愈多，凍害愈嚴(yán)重。 抗凍性的高低與材料孔隙率、孔隙特征及材料強度有關(guān)，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(guān)的性質(zhì)（略） 1. 導(dǎo)熱性 熱量由材料的一面?zhèn)鞯搅硪幻娴男再|(zhì)，稱為導(dǎo)熱性。 它表示材料傳導(dǎo)熱量的能力，以導(dǎo)熱系數(shù)表示。 （1）導(dǎo)熱系數(shù) 指單位厚度材料兩側(cè)溫差為1K時，在單位時間內(nèi)通過單位面積的熱

25、量。以符號表示，按下式計算： 導(dǎo)熱系數(shù)越小，材料的導(dǎo)熱性越低，絕熱性能越好。 ：導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)；Q：傳導(dǎo)的熱量（J）；A：熱傳導(dǎo)面積（m2）；：材料的厚度（m）；t：熱傳導(dǎo)時間（s）；T2- T1 ：材料兩側(cè)溫差（K）。=Q At(T2-T1) 人們常把防止內(nèi)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(dǎo)熱系數(shù)小于0.175W/(mK)的材料稱絕熱材料。（2）影響導(dǎo)熱性的因素 (P17 自學(xué)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(zhì)，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(zhì)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(nèi)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(nèi)的溫度變動。幾種常見材料的熱性質(zhì)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(zhì)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(gòu)筑物的耐久性。如混凝土公路，常設(shè)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(yán)重影響防水質(zhì)量。隨著科技的發(fā)展，復(fù)合材料正逐步取代單一材料，使用復(fù)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(zhì)稱為耐燃性。 耐燃性是評價

28、建筑結(jié)構(gòu)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(jù)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(dāng)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(dāng)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(dāng)火源移去后仍能繼續(xù)燃燒的材料，如纖維織物、部分未經(jīng)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(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造方案設(shè)計時，應(yīng)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(gòu)造設(shè)計的科學(xué)依據(jù)。 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(guān)的性質(zhì) 材料與聲有關(guān)的性質(zhì)即材料的聲學(xué)性質(zhì)，主要包括吸聲性和隔聲性兩個方面。1. 材料的吸聲性 當(dāng)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(nèi)部被吸收的性質(zhì)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(nèi) ）與總?cè)肷渎暷艿谋戎?，?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(dāng)門窗打開時，相當(dāng)于=1。 材料的吸聲特性與其本身性質(zhì)、厚度、表面條件以及聲波射入角和頻率有關(guān)。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(yīng)。= 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?cè)肷渎暷堋?一般輕質(zhì)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(xì)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(jié)構(gòu)（如外墻）應(yīng)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(chǎn)生刺耳的撞擊聲。1.顏色 顏色是材料對光譜選擇吸收的結(jié)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(guān)。2.光澤 光澤是材料表面方向性反射光線的性質(zhì)。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(dāng)光線為定向反射時，稱為鏡面反射；當(dāng)光線為不定向反射時，稱為漫反射。鏡面反射是產(chǎn)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(guān)的性質(zhì)3. 透明性 透明性是光線透過材料的性質(zhì)。據(jù)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(diào)整光線的明暗，造成特殊的光學(xué)效果，也可使物像清晰或朦朧。2.3 建筑材料的力學(xué)性質(zhì) 1. 材料的彈性與塑性 (1)彈性模量 材料在外力作用下會產(chǎn)生變形，取消外力后

34、，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。當(dāng)外力取消后瞬間內(nèi)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(nèi)，彈性模量E為常數(shù)，按下式計算： ：材料的應(yīng)力（MPa）； ：材料的應(yīng)變；E：材料的彈性模量（MPa）。 應(yīng)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(yīng)變”或“線應(yīng)變”，用“”表示；兩相交線段所夾角度的改變，稱為“切應(yīng)變”或“角應(yīng)變”，用“”表示。 應(yīng)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(nèi)部之間將產(chǎn)生相互作用的內(nèi)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(fù)到變形前的位置。在所考察的截面某一點單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。 ：材料的應(yīng)力(MPa)； ：材料的應(yīng)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(biāo)，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(chǎn)生裂縫的性質(zhì)，稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。塑性變形是永久的不可逆變形。 嚴(yán)格講，純彈性變形的材料是沒有的。如建筑鋼材，當(dāng)受外力小于彈性極限時，僅產(chǎn)生彈性變形；外力大于彈性極限后，除彈性變形外，還產(chǎn)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(chǎn)生，取消外力后，彈性變形能恢復(fù)，塑性變形不能恢復(fù)。(2)材料的變形情況2. 材料的脆性與韌性 (1)材料的脆性 當(dāng)材料受外力達(dá)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(zhì)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(yuǎn)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(gòu)件，只適于用作承壓構(gòu)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(chǎn)生一定變形而不破壞的性質(zhì)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(biāo) 沖擊韌性指標(biāo)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(biāo)（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(jié)構(gòu)，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(yīng)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(zhì)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(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力。隨著外力逐漸增加，應(yīng)力也相應(yīng)增

39、加，直至材料內(nèi)部質(zhì)點的作用力不能再抵抗這種應(yīng)力時，材料即破壞，此時的極限應(yīng)力值就是材料的強度。 （2） 強度種類 根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)試件的破壞試驗而測得。 測定常見建筑材料強度的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)荷載試驗，是指在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件正反兩個方向重復(fù)加載和卸載，用以模擬地震時結(jié)構(gòu)在往復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(cè)面均為平行四邊形的幾何體。相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)件直徑（mm）。 游標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(gòu)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