建筑材料1.1建筑材料的基本物理性質建筑材料的基本物理性質是指材料在大氣環境下表現出的狀態、熱學和聲學性質，如密度、吸水、導熱和吸聲等。與質量有關的性質與水有關的性質與熱有關的性質與聲音有關的性質

在建筑物或構筑物中，建筑材料要承受各種不同因素的作用，要求其應具有不同性質。例如，用于建筑結構的材料要受到各種外力的作用，因此，選用的材料應具有所需要的力學性能。又如，根據建筑物各種不同部位的使用要求，有些材料應具有

防水、絕熱、吸聲等性能；對于某些工業建筑，要求材料具有耐熱、耐腐蝕等性能。此外，對于長期暴露在大氣中的材料，要求能經受風吹、日曬、雨淋、冰凍而引起的溫度變化、濕度變化及反復凍融等的破壞作用。為了保證建筑物或構筑物經久耐用，就要求在工程設計與施工中正確的選擇和合理的使用材料，因此必須熟悉和掌握各種建筑材料的基本性質。

這些性質歸納起來可分為：

一、物理性質：與各種物理過程（如水、熱作用）有關的性質；

二、力學性質：材料在荷載作用下的變形及抵抗變形的能力；

三、耐久性：材料在使用環境中，受到各種作用（物理作用、化學作用及生物作用等）而影響使用功能。

建筑材料所具有的各種性質，主要取決于材料的組成和結構狀態，同時還受到環境條件的影響。為了能夠合理地選擇和正確地使用材料，必須了解材料的各種性質以及性質與組成、結構狀態的關系。

材料的體積構成：材料的含水狀態：1.1.1材料與質量有關的性質材料的體積構成和含水狀態

自然界的材料，因其單位體積內所含孔（空）隙程度的不同，其基本的物理性質參數即單位體積的質量也有所區別，這就帶來了不同的密度概念。材料的體積構成：

塊狀材料：在自然狀態下的體積是由固體物質的體積和材料內部孔隙的體積組成的。

散粒材料：是指在自然狀態下具有一定粒徑材料的堆積體，如工程中的石子、砂等。其體積構成是由固體物質體積、顆粒內部孔隙體積和固體顆粒之間的空隙體積組成的。圖1.1塊狀材料體積構成示意圖

1—封閉孔隙；2—連通孔隙圖1.2散粒材料體積構成示意圖1—顆粒中固體物質；2—顆粒的連通孔隙；3—顆粒的封閉空襲；4—顆粒間的空隙V0'=V+V孔+V空=V。+V空

V。=V+V孔材料的含水狀態：

材料在大氣中或水中會吸附一定的水分，根據材料吸附水分的情況不同，將其含水狀態分為以下四種：干燥狀態、氣干狀態、飽和面干狀態、濕潤狀態。

圖1.3材料的含水狀態材料的含水狀態的不同會對材料的多種性質均產生一定的影響。

材料在絕對密實狀態下（內部不含任何孔隙），單位體積的質量稱為材料的密度，以ρ表示。其計算式為：

絕對密實狀態下的體積，是指不包括材料內部孔隙的固體物質的真實體積。1.1.1材料與質量有關的性質1.1.1.1密度

常用建筑材料中，除金屬、玻璃、單體礦物等少數接近于絕對密實的材料外，絕大多數材料均含有一定的孔隙，如磚、石材等塊狀材料。測定含孔材料的密度時，應將材料磨成細粉（粒徑一般小于0.20mm）除去孔隙，經干燥至恒重后，用李氏瓶采用排液的方法測定其實體積。材料磨的越細，所測得的體積越接近實體積，密度值也就越精確。1.1.1.2表觀密度

表觀密度是指材料在自然狀態下，單位體積所具有的質量，其計算式為：

表觀體積是指包含材料內部孔隙在內的體積。對外形規則的材料，其幾何體積即為表觀體積；對外形不規則的材料，可用排水法測定。一般所指的表觀密度，是以干燥狀態下的測定值為準。1.1.1.3堆積密度

堆積密度（舊稱松散容重），是指散狀（粉狀、粒狀或纖維狀）材料在自然堆積狀態下單位體積（包含了顆粒內部的孔隙即顆粒之間的空隙）所具有的質量。其計算式為：

常用建筑材料的基本物理參數見表1.1。表1.1常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率

材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)石灰巖2.601800~2600____花崗巖2.60~2.902500~2800__0.5~3.0碎石(石灰巖)2.60__1400~1700__砂2.60__1450~1650__普通粘土磚2.50~2.801600~1800____粘土空心磚2.501000~1400____材料密度ρ(kg/m3)表觀密度ρ0(kg/m3)堆積密度ρ′0(kg/m3)孔隙率(%)水泥

3.10__1200~1300__普通混凝土

__2100~2600__5~20木材1.55400~800__55~75鋼材7.857850__0泡沫塑料__20~50____玻璃2.55______續表1.11.1.1.4密實度與孔隙率(1)密實度

密實度是指材料體積內被固體物質所充實的程度，也就是固體物質的體積占總體積的比例，以D表示。其計算式為：(2)孔隙率

孔隙率是指材料體積內孔隙體積占材料總體積的百分率，以P表示。其計算式為：

材料的總體積是由該材料的固體物質與其所包含的孔隙所組成的。建筑材料的許多性能如強度、吸水性、耐久性、導熱性等均與材料的孔隙有關。孔隙按其尺寸大小又可分為微孔、細孔和大孔。1.1.1.5填充率與空隙率(1)填充率

填充率是指散粒狀材料在其堆積體積內，被其顆粒填充的程度，以D′表示。其計算式為：

(2)空隙率

空隙率是指散粒狀材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率，以P′表示。其計算式為：填充率與空隙率的關系為：

空隙率的大小反映了散粒狀材料的顆粒之間相互填充的致密程度。1.1.2材料與水有關的性質1.1.2.1親水性與憎水性

潤濕是水在材料表面被吸附的過程，材料被水潤濕的程度可用潤濕角θ表示，如圖1.1所示。一般認為，潤濕角θ≤90°（如圖1.1（a）所示）的材料為親水性材料。反之，θ＞90°時，表明該材料不能被水潤濕，稱為憎水性材料(如圖1.1（b）所示)。圖1.1材料的潤濕示意圖

(a)親水性材料；（b）憎水性材料

1.1.2.2吸水性與吸濕性(1)吸水性

材料在浸水狀態下吸入水分的能力稱為吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有兩種表示方法：質量吸水率和體積吸水率。

①質量吸水率材料吸水達飽和時，其所吸收水分的質量占材料干燥時質量的百分率，可表示為：

②體積吸水率是指材料體積內被水充實的體積。即材料吸水達飽和時，所吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，可按下式計算：質量吸水率與體積吸水率有如下的關系：

(2)吸濕性

材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。吸濕性的大小可用含水率表示。材料所含水的質量占材料干燥質量的百分率，稱為材料的含水率，可用下式計算：1.1.2.3耐水性

材料長期在飽和水作用下而不破壞，其強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。一般材料隨著含水量的增加，會減弱其內部的結合力，強度也會不同程度地降低。材料的耐水性用軟化系數表示，可按下式計算：1.1.2.4抗滲性

材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗滲性（或不透水性），可用滲透系數K表示。

滲透系數反映了材料抵抗壓力水滲透的性質。滲透系數越大，材料的抗滲性越差。對于混凝土和砂漿材料，抗滲性常用抗滲等級Pn表示。材料抗滲性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有關1.1.2.5抗凍性

抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下，能經受多次凍融循環作用而不被破壞，其強度也不顯著降低的性質。

材料的抗凍性用抗凍等級來表示。

一般要求強度降低不超過25％，且質量損失不超過5％時所能承受的最多的循環次數來表示。記作“Fn”，n為最大凍融循環次數，如F25、F50等。

材料抗凍性的高低決定于材料的吸水飽和程度和材料對結冰體積膨脹所產生的壓力的抵抗能力。抗凍性常作為考查材料耐久性的一個指標。材料的強度愈高，耐水性愈好，其抗凍性愈好。1.1.3材料與熱有關的性質1.1.3.1導熱性

材料傳導熱量的能力，稱為導熱性。材料導熱能力的大小可以用導熱系數（λ）表示。

導熱系數在數值上等于厚度為1m的材料，當其相對兩側表面的溫度差為1K時，經單位面積（1m2）單位時間（1s）所通過的熱量。可用下式表示：

材料的導熱系數除與其本身的性質、結構、密度有關外，還與材料的含水率及環境溫度等有關。

1.1.3.2比熱容

材料加熱或冷卻時，吸收或放出熱量的性質，稱為熱容量。熱容量的大小用比熱容（也稱熱容量系數，簡稱比熱）表示，比熱容表示1g材料，溫度升高1K時所吸收的熱量，或降低1K時放出的熱量。熱容量和比熱，可用下式計算：

比熱是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物理量。常見建筑材料的熱工指標見表1.2。

表1.2幾種典型材料的熱工性質指標

材料導熱系數(W/（m·K）)比熱容(J/（g·K）)鋼材580.48銅材3700.38花崗巖3.490.92混凝土1.510.84燒結普通磚0.80.88松木0.17~0.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密閉空氣0.0231.00是指材料抵抗燃燒的性質1.1.3.3耐燃性耐燃性耐火性熱穩定性是指材料抵抗高溫或火的作用，保持其原有性能的能力是指材料抵抗急冷急熱的交替作用，并保持其原有性質的能力

耐燃性是指材料抵抗燃燒的性質。所謂的燃燒性能是指建筑材料或制品燃燒或遇火時所發生的一切物理和化學變化。耐燃性是影響裝飾工程防火和耐火等級的重要因素。根據材料的耐燃性不同，國家標準將其分為四個等級。不燃材料難燃材料可燃材料易燃材料A級B1級B2級B3級耐燃性好的材料，其耐火性不一定好。如金屬類材料，耐燃性很好，但高溫時會發生變形、熔融，耐火性差。許多脆性材料的熱穩定性差，如玻璃、瓷磚在急冷急熱的交替作用下易產生較大的溫度應力而導致開裂或炸裂破壞。1.1.4材料與聲音有關的性質1.1.4.1吸聲性

聲能穿透材料和被材料消耗的性質稱為材料的吸聲性，用吸聲系數α(吸收聲功率與入射聲功率之比)表示。吸聲系數α越大，材料的吸聲性越好。吸聲系數與聲音的頻率和入射方向有關。聲音起源于物體的振動，它迫使鄰近的空氣跟著振動而成為聲波，并在空氣介質中向四周傳播。當聲波遇到材料表面時，一部分被反射另一部分穿透材料，其余的部分則傳遞給材料，在材料的孔隙中引起空氣分子與孔壁的摩擦和粘滯阻力，其間相當一部分聲能轉化為熱能而被吸收掉。最常用的吸聲材料大多為多孔材料。影響材料吸聲效果的主要因素有：(1)材料的孔隙率(2)材料的厚度(3)材料的孔隙特征有效地采用吸聲材料，不僅可以減少環境噪聲污染，而且能適當地改善音質。房間內聲音被界面不斷反射而積累會產生混響，不同使用要求的房間需要不同的混響效果。如在音樂廳、劇院等演奏音樂的空間，就需要混響效果使樂曲更加舒緩而愉悅；而對于電影院、錄音室、教師等語言使用的空間，就需要減少混響使話語更加清晰。1.1.4.2隔聲性

隔聲性是指材料能減弱或隔斷聲波傳遞的性能。吸聲性能好的材料，不能簡單地就把它們作為隔聲材料來使用。描述材料隔聲性能的指標是隔聲量，其單位為分貝，dB。隔聲量越大，材料的隔聲