建 筑 材 料建 筑 材 料

ConstructionConstruction

MaterialsMaterials

第二章 建筑材料的基本性质 建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受

各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。 基本性质。

基本性质基本性质主要包括主要包括物理性质、力学性质、耐久性、物理性质、力学性质、耐久性、装饰性、防火性、防放射性等。装饰性、防火性、防放射性等。

第一节 建筑材料的基本物理性质 第一节 建筑材料的基本物理性质

一、 材料的密度、表观密度与堆积密度一、 材料的密度、表观密度与堆积密度 密度密度是指是指物质单位体积的质量物质单位体积的质量。。单位为单位为 g/cmg/cm33 或或 kgkg ／／ mm33 。由于材。由于材

料所处的体积状况不同，故有实际密度（以前称为真密度）、表观密度和料所处的体积状况不同，故有实际密度（以前称为真密度）、表观密度和堆积密度之分。堆积密度之分。

（（ 11 ） 实际密度） 实际密度 以前称比重、真实密度以前称比重、真实密度 ((True DensityTrue Density)) ，简称密度，简称密度 ((DensityDensity)) 。。 实际密度实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质

量。量。

V

m

V

m

式中： ρ— 实际密度（ g/cm3 或 kg/m3 ） m— 材料的质量（ g 或 kg ） V— 材料在绝对密实状态下的体积（ cm3 或 m3

）

（（ 22 ） 表观密度 ） 表观密度 ((Apparent Apparent DensityDensity ） ） 以前称容重、有的也称毛体积密度 (Bulk Density) 表观密度表观密度是是指材料在自然状态下，单位体积所具有的指材料在自然状态下，单位体积所具有的

质量，按下式计算： 质量，按下式计算：

式中 ： ρ0— 材料的表观密度（ g/cm3 或 kg/m3 ）

m — 材料的质量（ g 或 kg ）

V0— 材料在自然状态下的体积，或称表观体积（ cm3 或 m3

）

00 V

m

00 V

m

（（ 33 ））堆积密度堆积密度（（ Loose densityLoose density ）） 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密堆积密

度度。可用下式表示。可用下式表示

式中 ： ρ’0 — 散粒材料的堆积密度（ g/cm3 或 kg/m3 ）

m— 散粒材料的质量（ g 或 kg ）

V’0— 材料在自然状态下的堆积体积（ cm3 或 m3 ）

•实际密度、表观密度和堆积密度之间的大小关系如何？

用途用途：计算材料的用量、构件自重、配料、材料的堆场体积或面积及运输车辆等。

'0

'0

V

m

'0

'0

V

m

二、 材料的孔隙率与空隙率二、 材料的孔隙率与空隙率1. 密实度（ Dense ） 密实度密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比

例，说明材料体积内被固体物质所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：

2. 孔隙率（ Porosity ）•孔隙率材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，称为材料的孔隙率（ P ）。可用上式表示：

0V

VD

0V

VD

00

0

0 100

V

VVP 0

0

0

0 100

V

VVP

用途：保温隔热—— P 大；高强或不透水—— P 小

3.3. 空隙率（空隙率（ Peecenbagee of void Peecenbagee of void ）） 散颗材料（如砂、石子）堆积体积（散颗材料（如砂、石子）堆积体积（ V’V’00 ）中，颗粒）中，颗粒

间空隙体积所占的百分率称为间空隙体积所占的百分率称为空隙率空隙率（（ P’P’00 ），可用），可用下式表示为 下式表示为

00

0

'0' 100

V

VVP 0

0

0

'0' 100

V

VVP

用途：砼配合比设计

三、 材料与水有关的性质 （一） 亲水性与憎水性（一） 亲水性与憎水性1.1. 亲水性与憎水性亲水性与憎水性 亲水性亲水性：材料能被水润湿的性质。：材料能被水润湿的性质。 材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水分子之间的材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水分子之间的

亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触，材料与亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触，材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时，材料则表现为水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时，材料则表现为憎水性。 憎水性。

2. 2. 润湿边角润湿边角 材料被水湿润的情况可用润湿边角 θ 来表示。 当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点，当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点，

作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角角 θθ ，称为，称为润湿边角润湿边角 。 。

3.3. 亲水性材料与憎水性材料亲水性材料与憎水性材料

θ 角愈小，表明材料愈易被水润湿。 当 θ ＜ 90° 时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而

表现出亲水性，这种材料称亲水性材料。 θ>90° 时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。 当 θ=0° 时，表明材料完全被水润湿。

上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况，相应称为亲液材料和憎液材料。

θ

（二） 材料的吸水性与吸湿性（二） 材料的吸水性与吸湿性1.1. 吸水性吸水性 ((Water AbsorptionWater Absorption)) 材料在水中能吸收水分的性质称为材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性吸水性。材料的吸水性用吸水率。材料的吸水性用吸水率 ((RatRat

io of Water Absorptionio of Water Absorption)) 表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。 法。

（（ 11 ）质量吸水率）质量吸水率 质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材料干燥质是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材料干燥质

量的百分率，用下式计算：量的百分率，用下式计算：

%100

g

gbm m

mmW %100

g

gbm m

mmW

•式中： Wm—— 材料的质量吸水率（％）；

mb— 材料在吸水饱和状态下的质量（ g ）；

mg— 材料在干燥状态下的质量（ g ）

（（ 22 ）体积吸水率）体积吸水率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分的体积占是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分的体积占

干燥材料自然体积的百分率。用公式表示如下干燥材料自然体积的百分率。用公式表示如下

•式中 : wv—— 材料的体积吸水率（％）；

V0—— 干燥材料在自然状态下的体积（ cm3 ）；

ρ w—— 水的密度（ g/cm3 ）• 工程用建筑材料一般采用质量吸水率，质量吸水率与体积吸水率的关系

%1001

0

水V

mmW gb

v %1001

0

水V

mmW gb

v

0 mv WW0 mv WW

•材料的吸水性与 孔隙率 孔隙特征有关。

材料的吸水率：

花岗岩的吸水率： 0.5%~0.7% ；

混凝土的吸水率： 2%~3% ；

粘土砖的吸水率： 8%~20% ；

木材的吸水率：可超过 100% 。

2.2. 吸湿性吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性吸湿性。。 潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性还湿性。。 材料的吸湿性用含水率表示。 含水率含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分

率。用公式表示为

%100

g

gsh V

mmW %100

g

gsh V

mmW

•式中 : Wh—材料的含水率（％）；

ms 一材料在吸湿状态下的质量（ g）；

mg— 材料在干燥状态下的质量（ g ）。

• 材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。

•平衡含水率：材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的吸水率。

（三）材料的耐水性 材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质

称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，如下式：

•式中 : kR — 材料的软化系数；

fb— 材料在饱水状态下的抗压强度（ MPa ）；

fg—— 材料在干燥状态下的抗压强度（ MPa ）。

• 软化系数 KR 的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。•一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。• kR 小——耐水性差。

g

bR f

fk

g

bR f

fk

（四）材料的抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性，或称不透水性。。 材料的抗渗性通常用渗透系数表示。材料的抗渗性通常用渗透系数表示。 渗透系数的渗透系数的物理物理意义意义是：一定厚度的材料，在一定水压力下，是：一定厚度的材料，在一定水压力下，

在单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为在单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为

•式中 ： Ks—— 材料的渗透系数（ cm/h ）；

Q——渗透水量（ cm3 ）；

d—— 材料的厚度（ cm ）；

A ——渗水面积（ cm2 ）；

T——渗水时间（ h ）；

H——静水压力水头（ cm ）。

AtH

Qdks

AtH

Qdks —— 实质上就是达西定律

• Ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。

材料的抗渗性也可用抗渗标号表示材料的抗渗性也可用抗渗标号表示。。抗渗标号是以规定抗渗标号是以规定的试件、在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定，以符的试件、在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定，以符号号 SnSn 表示，其中表示，其中 nn 为该材料所能承受的最大水压力的十分之一为该材料所能承受的最大水压力的十分之一的的 MPaMPa 数，如数，如 S4S4 、、 S6S6 、、 S8S8 等分别表示材料能承受等分别表示材料能承受 0.40.4 、、 0.60.6 、、0.8MPa0.8MPa 的水压而不渗水。的水压而不渗水。

材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。 材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。

（五）材料的抗冻性（ Frost Resistance ） 材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，

也不严重降低强度的性质，称为材料的也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。抗冻性。 材料的抗冻性用抗冻标号表示。材料的抗冻性用抗冻标号表示。抗冻标号是以规定的试件，在规抗冻标号是以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数。能经受的冻融循环次数。

用符号用符号 DnDn 表示，其中表示，其中 nn 即为最大冻融循环次数，如即为最大冻融循环次数，如 D25D25 、、D50D50 等。等。

材料抗冻标号的选择 结构物的种类材料抗冻标号的选择 结构物的种类 使用条件使用条件 气候条件等来决定的。 气候条件等来决定的。

第二节 材料的力学性质

一、材料的强度与等级一、材料的强度与等级

（一）材料的强度（一）材料的强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度材料的强度。。 根据外力作用形式的不同，材料的强度有根据外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强度、抗抗压强度、抗

拉强度、抗弯强度拉强度、抗弯强度及及抗剪强度抗剪强度等，均以材料受外力破坏等，均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来表示。时单位面积上所承受的力的大小来表示。

• 材料的力学性质系指材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。

P

P

P

P

P

P

P

l b

h

1 、抗压、抗拉和抗剪强度：

f — 材料的极限强度（ N/mm2 ）；

P—试件破坏时的最大荷载（ N ）；

A —试件受力面积（ mm2 ）。

2 、抗弯强度：

f tm— 材料的抗弯极限强度（ N/mm2 ）；

P—试件破坏时的最大荷载（ N ）；

l —试件两支点间的距离（ mm ）；

b,h — 分别为试件截面宽度和高度（ mm ）。

（二）材料的等级、标号 建筑材料常按其强度值的大小划分为若干个标号或等级。建筑材料常按其强度值的大小划分为若干个标号或等级。如：如： 烧结普通砖按抗压强度分为六个等级：烧结普通砖按抗压强度分为六个等级： MuMu3030 、 、 MuMu2525 、 、

MuMu2020 、 、 MuMu1515 、 、 MuMu1010 、 、 MuMu7.57.5 ；； 硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分为四个标号：硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分为四个标号： 425425 、、 5252

55 、、 625625 、、 725725 ；； 普通混凝土按其抗压强度分为十二个等级：普通混凝土按其抗压强度分为十二个等级： CC7.57.5 、、 CC1010 、、…、…、 CC6060 等等

碳素结构钢按其抗拉强度分为五个等级，如碳素结构钢按其抗拉强度分为五个等级，如 QQ235235 等等。 等等。

（三） 材料的比强度 比强度比强度是按单位体积质量计算的材料强度，是按单位体积质量计算的材料强度，其值等于其值等于

材料强度与其表观密度之比。材料强度与其表观密度之比。 对于不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指对于不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指标。标。

比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标，优质的比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标，优质的结构材料，必须具有较高的比强度。结构材料，必须具有较高的比强度。

低碳钢：比强度为 0.053 ，抗压强度 415 Mpa ，表观密度 7860 kg/m3;

松木：比强度为 0.069,抗压强度 34.3 Mpa ，表观密度 500 kg/m3;

混凝土：比强度为 0.012,抗压强度 29.4 Mpa ，表观密度 2400 kg/m3;

二、材料的弹性与塑性二、材料的弹性与塑性1 、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。 弹性变形：材料的这种可恢复的变形称为弹性变形，它属可逆变形，其数值大小与外力成正比。这时的比例系数称为材料的弹性模量。它是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。

2 、塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为塑性。

塑性变形：材料的这种不能恢复的变形称为塑性变形，它为不可逆变形。

三、材料的脆性与韧性 三、材料的脆性与韧性

四、材料的硬度与耐磨性四、材料的硬度与耐磨性

1 、脆性：材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显变形，这种性质称为脆性。

脆性材料：具有这种性质的材料为脆性材料。 其 抗压强度远大于抗拉强度。

2 、韧性：材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。

1 、硬度：材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。

2 、耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。

第三节 材料的耐久性

1. 1. 概念概念 材料的耐久性材料的耐久性 (Durability)(Durability) 是指用于建筑物的材料，是指用于建筑物的材料，

在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的性质。 持其使用性能的性质。

2. 2. 环境影响因素 环境影响因素 周围环境和各种自然因素：周围环境和各种自然因素：物理作用、化学作用、物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。机械作用、生物作用等。

耐久性是材料的一种综合性质，诸如耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化抗冻性、抗风化

性、抗老化性、耐化学腐蚀性性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。等均属耐久性的范围。 此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。久性有密切关系。

材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异：如：而异：如：

11 、、钢材易受氧化而锈蚀钢材易受氧化而锈蚀 22 、无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、、无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、

热应力、干湿交替作用而破坏热应力、干湿交替作用而破坏 33 、有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质 、有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质