第2章-建筑材料的基本性质

2.2 建筑材料的物理性质 2.2.1 材料与质量有关的性质 1. 材料的密度
密度指物质单位体积的质量，单位g/cm3或kg/m3。
分实际密度、表观密度、体积密度和堆积密度。
（1）实际密度（简称密度） 指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。
①计算公式
ρ=
m V
ρ ：实际密度（g/cm3或kg/m3）； m：绝干状态下材料的质量（g或kg）； V ：材料在绝对密实状态下的体积（cm3
3. 相组成 物质通常是以固、液和气三种形态存在。分别被称
为固相、液相和气相。
◆自然状态下，多数建筑材料都是由固相、液相、 气相组成的三相体系。如新拌混凝土中的砂子、石子和 水泥颗粒为固相，水为液相，其中的气泡属气相。
◆极少数建筑材料为单相或两相体系。例如钢材为 固相构成的单相体系；胶水为液相构成的单相体系，聚 苯板是由固相和气相构成的两相体系。
2.1.2 材料的结构 材料结构是指从宏观可见直至分子、原子水平各
层次的构造状况。一般可分为宏观结构、细观结构和 微观结构三个层次 。
1.宏观结构 材料的宏观结构指用肉眼或放大镜能够分辨到的结
构。建筑材料的宏观结构，可按孔隙尺寸和构成形态来 分类。
（1）按孔隙尺寸分
①致密结构 指无宏观孔隙的结构。如钢材、塑料等。 ●结构密实、强度高、硬度大，常作结构材料。 ②微孔结构 指具微细孔隙的结构。如石膏制品、烧黏土制品等。 ●孔隙多而小，密度和导热系数较小，隔音吸声性能 好，常作吸音隔声材料。 ③多孔结构 指具粗大孔隙的结构。如加气混凝土、泡沫混凝土等。 ●孔隙多、孔径较大、质地轻、保温性能好，主要用 作绝热材料。
晶体的各向异性, 即沿晶格的不同方向， 原子排列的周期性和 疏密程度不尽相同， 由此导致晶体在不同 方向物理化学特性的 不同。具体表现在晶 体不同方向的弹性模 量、硬度、断裂抗力、 屈服强度、热膨胀系 数、导热性、电阻率、 电位移矢量、电极化 强度、磁化率和折射 率等都不相同。
（2）玻璃体
玻璃体微观结构的 特点是组成物质的微粒在 空间的排列呈无序混乱状 态。玻璃体结构的材料具 有化学活性高、无固定熔 点、力学各向同性等共同 特性。
抵外界侵蚀作用的化学稳定性。 例如：建筑钢材由生铁冶炼而成，炼钢时加入适量
Cr、Ni元素，可以提高钢材的防锈能力。
2. 矿物组成
矿物组成指化学元素组成相同，分子组成形式各异 的现象。
●材料的矿物组成是在其化学组成确定的条件下， 决定材料性质的主要因素。
例如，硅酸盐水泥的主要化学组成都是CaO、SiO2 等，但形成的矿物熟料有硅酸三钙（3CaO·SiO2）和硅 酸二钙（2CaO·SiO2）之分，前者强度增长快、放热量 大，后者则反之。又如，黏土和由其烧结而成的陶瓷， 其化学组成都是SiO2和Al2O3，但黏土在焙烧中因有 3SiO2·Al2O生成，使陶瓷具有比黏土更高的强度和硬度 等特性。
材料细观结构层次的组织结构、性质和特点各异，其 特征、数量和分布对建筑材料的性能有重要影响。
3.微细观结构 材料的微观结构指材料内部在分子、原子、离子层次的
结构，常用电子显微镜及X射线衍射分析来研究。建筑材 料的微观结构基本上可分为晶体、玻璃体、胶体三类。
（1） 晶体 晶体微观结的构特点是组成物质
④散粒结构 指松散颗粒状结构。 砂是散粒结构的典型代表，其颗粒形状、粗细程度、 级配情况对其品质有直接影响。
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2.细观结构
材料的细观结构也称亚微观结构，指用光学显微镜能 观察到的结构。
建筑材料的细观结构，只能针对某种具体材料来进行 分类研究。例如，混凝土可分为基相、集料相、界面相； 阔叶树木材可分为木纤维、导管和髓线。
粉煤灰、火山灰、粒 化高炉矿渣和建筑用普通 玻璃都是典型的玻璃体结 构。
物质可分为晶体和 非晶体。晶体加热时从 开始熔化到完全熔化温 度不变，完全熔化后再 继续升温，这个不变温 度就是熔点，非晶体加 热熔化时，温度会一直 上升，开始熔化至完全 熔化没有固定的温度， 因此没有固定的熔点。
（3）胶体
胶体是极细的固体颗粒均匀分散在液体中所形成的结构。 胶体与晶体、玻璃体最大的不同是可呈分散相和网状两 种结构形式，分别称为溶胶和凝胶。 溶胶具有很强的吸附能力，失水后成为具有一定强度的 凝胶结构，可把固体颗粒黏结为整体。
◆建筑材料的基本性质主要包括物理性质、化学性质、 力学性质和耐久性质。
2.1 建筑材料的组成和结构 材料性质决定于材料的组成和结构。因此要了解材料
性质必先了解材料的组成和结构。 2.1.1 材料的组成
包括材料的化学组成、矿物组成和相组成。
1. 化学组成 指构成材料的化学元素及化合物的种类、数量。 ●化学组成既影响材料的物理力学性质，也影响其
第2章 建筑材料的基本性质
◆建筑材料是建筑工程的物质基础。建筑物中不同构 件对材料的要求不同。例如:
结构材料应具有良好的力学性能；屋面材料应能防 水、保温；地面材料应耐磨；墙体材料应能抗冻、隔声、 节能；基础材料不但要能承受建筑物的全部荷载，还要 能够承受冰冻和地下水侵蚀等。
此外，有些材料在长期使用中，还会因热胀冷缩、 干湿变化、交替冻融以及化学侵蚀等而遭受破坏。
（2）按构成形态分 ①聚集结构 指由填充性集料与胶凝材料胶结成的结构。 如水泥混凝土、砂浆、塑料等。其性质取决于集料和 胶凝材料的性质及其结合程度。 ②纤维结构 指由纤维状物质构成的材料结构。 如木材、玻璃纤维、矿棉等。其性质与纤维的排列秩 序、疏密程度有关。
③层状结构
指天然形成或由人工将材料黏结迭合为层状的材料结构。 如复合木地板、胶合板、纸面石膏板等。其性质与叠合 材料性质及胶合程度有关。 ●各层材料间可以性质互补，增强了整体材料的性质。
的微粒在空间的排列有确定的几何位 置关系。一般具有强度高、硬度较大、 固定熔点、化学稳定性高和力学各向 异性等特性。晶体可分为原子晶体、 离子晶体、分子晶体和金属晶体。
金属和石膏等建筑材料都是典型 的晶体结构。
●即便材料的化学组成相同，如 果晶体结构形式不同，其性质差异也 会很大。例如，金刚石和石墨的化学 组成都是碳，但前者强度极高，后者 强度却极低。