第二章材料的基本物理性质
建筑材料-第二章 建筑材料的基本性质
建筑材料-第二章建筑材料的基本性质建筑材料第二章建筑材料的基本性质建筑材料是构成建筑物的物质基础，其性能的优劣直接影响着建筑物的质量、耐久性和使用功能。
在建筑工程中，了解建筑材料的基本性质是至关重要的，这有助于我们合理选择和使用材料，确保建筑的安全、舒适和经济。
一、物理性质（一）密度密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
对于大多数固体材料而言，绝对密实状态是指不含任何孔隙的状态。
但在实际情况中，完全不含孔隙的材料几乎不存在，因此在测定密度时，通常会将材料磨成细粉，然后用李氏瓶等方法测定其体积，从而计算出密度。
（二）表观密度表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。
这里的自然状态包括材料内部存在的孔隙。
例如，对于块状材料，在计算表观密度时，其体积是指材料的整体体积，包括内部孔隙。
（三）堆积密度堆积密度是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。
堆积状态下的体积不仅包括材料颗粒的体积，还包括颗粒之间的空隙体积。
（四）孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分比。
孔隙的存在会对材料的性能产生重要影响，例如，孔隙率较大的材料通常保温隔热性能较好，但强度可能相对较低。
（五）空隙率空隙率是指散粒状材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分比。
空隙率的大小反映了材料颗粒之间的填充程度，对材料的堆积密度和施工性能有重要意义。
（六）吸水性吸水性是指材料在水中吸收水分的能力。
通常用吸水率来表示，吸水率又分为质量吸水率和体积吸水率。
质量吸水率是指材料吸水饱和时所吸收水分的质量占材料干燥质量的百分比；体积吸水率是指材料吸水饱和时所吸收水分的体积占材料自然体积的百分比。
（七）吸湿性吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。
吸湿性的大小用含水率表示，即材料中所含水分的质量占材料干燥质量的百分比。
（八）耐水性耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。
通常用软化系数来表示，软化系数越大，说明材料的耐水性越好。
第二章建筑装饰材料的基本性质
2100～2600
1600～1900 2500～2900 2300～2700 — — 400～800 — 2450～2550 2700～2900
表观密度，又称为干表观密度。
2.1 材料的物理性质
（3）堆积密度
堆积密度是下，单位体积的质量。用下式表 示：（1-3） 式中
' 0
0
'
m v0
'
——堆积密度，kg/m3； ——材料的质量，kg； ——材料的堆积体积，m3。
m ' vo
2.1材料的物理性质
（2）光的透射 光的透射又称为折射，光线在透过材料的前后，在材料表 面处会产生传播方向的转折。材料的透射比越大，表明材料的 透光性越好。如2mm厚的普通平板玻璃的透射比可达到88%。 当材料表面光滑且两表面为平行面时，光线束透过材料只 产生整体转折，不会产生各部分光线间的相对位移（见图11a）。此时，材料一侧景物所散发的光线在到达另一侧时不会 产生畸变，使景象完整地透过材料，这种现象称之为透视。大 多数建筑玻璃属于透视玻璃。当透光性材料内部不均匀、表面 不光滑或两表面不平行时，入射光束在透过材料后就会产生相 对位移（见图1-1b），使材料一侧景物的光线到达另一侧后不 能正确地反映出原景象，这种现象称为透光不透视。在装饰工 程中根据使用功能的不同要求也经常采用透光不透视材料，如 磨砂玻璃、压花玻璃等。
2.1材料的物理性质
(a)
(b) 图1-1 表面状态不同材料的透光折射性质
(a) 材料的透视原理;
(b) 材料的透光不透视原理
建筑材料教材
第一章、建筑材料的基本性质
§2、1 材料的基本物理性质
一、 材料的密度、表观密度与堆积密度
1、密度�密度是材料在绝对密实状态下�单位体积的质量。——密度 自身体积
�不含孔隙� 磨成细粉消除内部孔隙�材料的排水体积 V
计算式
ρ = m/v
式中 ρ --- 材料的密度�g/㎝ 3 。
m --- 材料在干燥状态下的质量�g 。 v --- 材料在绝对密实状态下的体积�㎝ 3 。
具有极细孔隙的材料�可以认为是不透水的。开口大孔材料抗渗性最差。此外�亲水性材料
的毛细孔由于毛细作用而有利于水的渗透
六、抗冻性
材料在吸水饱和状态下�能经受多次冻融循环作用而不破坏�同时也不严重降低强度的
性质称为抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级�D 或 F�表示�即在一定条件下能够经受的冻 融循环次数。
变。当与空气温湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。用含水率ω 'm 表示
式中
ω 'm = mw /m×100% mw --- 材料在空气中吸收水分的量, kg 。
m ---材料干燥时的质量, kg 。
-3-
注意 �材料在与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率, 建筑材料在正常状态下, 均 处于平衡含水率状态。
意义�通常把λ <0.23 w/(m·k) 的材料称为绝热材料�在运输、存放、施工及使用过程 中�须保持干燥状态 。
导热系数越小�材料的绝热性越好 材料含水�导热系数会明显增大�高温下比常温下大�顺纤维方向导热系数也会大些。
二、 热容量
热容量�材料受热时吸收热量�冷却时放出热量的性质�称为热容量�其值为比热 C 与 材料重量 m 的乘积。
因空气中的二氧化硫遇水生成亚硫酸�与大理石中的碳酸钙反应�生成易溶于水的硫酸
第二章_建筑材料的基本性质
6.抗冻性
材料抵抗冻融循环而不破坏，也不显著降低强度的性质，称为抗 冻性。 (1)冻融循环破坏的原因：材料有孔隙，孔隙中的水在结冰时体 积膨胀9%。 (2)冻融循环试验破坏的判定：以质量损失超过 5%，或强度下 降超过25%。 (3)抗冻等级：破坏前所能经受的最大冻融循环次数来确定。用 符号“F”和最大冻融循环次数表示。如F15、F15、F50、F100 等。 (4)材料冻融循环下破坏的过程 (5)影响材料抗冻性的因素: a.材料的强度 b. 材 料 的 孔 隙 率 及 孔 隙 特 征 （ 材 料 孔 隙 的 充 水 程 度 Ks=Vw/Vk=P开/P）
2.塑性
外力作用下产生变形，外力取消后，不能恢复的变形为塑性变形。
3.弹塑性材料
纯弹性和纯塑性材料并不存在。 如钢材。随着应力的增大，分别呈弹性、塑性、弹塑性。
三、脆性与韧性
1.脆性 材料在外力作用下，无明显变形而突然破坏。 如：天然石材、砖、玻璃、普通混凝土。 力学特点：抗压强度远高于抗拉强度，不宜承受振动和冲击荷载。
1.抗压强度
2.抗拉强度 3.抗剪强度 4.抗弯强度(1)
抗弯强度(2)
影响材料强度的主要因素： (1)材料的组成与结构; (2)试件尺寸的大小; (3)试验环境与方法（试验机的刚度、加荷速度、温度、试件的湿 度等）。
二、弹性与塑性
1.弹性
应力与应变成正比。外力作用下产生变形，外力取消后，变形消 失。
第二章 材料的基本性质
第一节 材料的物理性质
一、与质量和体积有关的性质
1.密度 (1)定义：密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 (2)计算公式： （g/cm3）
(3)测定方法：磨细、烘干、称量、排水法测体积。
材料物理性能第二章 材料的热学性能
原因：忽略振子之间的频率差别 忽略振子之间的相互作用 忽略低频的作用
2．德拜比热模型
德拜考虑了晶体中原子的相互作用，把晶体中原 子振动看成各向同性连续介质的弹性波，振动能量 量子化并假定原子振动频率不同，在0~ωD之间连续 分布。 式中，
＝德拜特征温度
＝德拜比热函数，
其中,
由上式可以得到如下的结论： • （1）当温度较高时，即， 即杜隆—珀替定律。 • （2）当温度很低时，即
度θD时，
低于θD时，CV~T3成正比，不同材
料θD也不同。例如，石墨θD=1973K，BeO 的θD =1173K，
Al2O3的θD=923K。
不同温度下某些陶瓷材料的热容
上图是几种材料的热容-温度曲线。这些材料的θD 约为熔点（热力学温度）的0.2-0.5倍。对于绝大多数 氧化物、碳化物，热容都是从低温时的一个低的数值 增加到1273K左右的近似于25J/K·mol的数值。温度进 一步增加，热容基本上没有什么变化。图中几条曲线 不仅形状相似，而且数值也很接近。
， ，计算得
这表明当T→0时，CV与T3成正
比并趋于0，这就是德拜T3定律，
它与实验结果十分吻合，温度越低，近似越好。说明低温时固体温度升高 吸收能量主要用于原子振动加剧。但T趋于ok时，热容和实验不符。原因： 忽略晶体的各向异性，忽略高频对热容的贡献。
四、材料的热容
1、无机材料的热容：根据德拜热容理论，在高于德拜温
P
－T
S T
V
V
＝T
S V
T
V T
P
＝T
P T
V
V T
P＝－T
第二章纳米材料及其基本性质
物理性能
表面效应 小尺寸效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应
表面活性及敏感性 化学性能
催化性能
17
一、表面效应 纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子 尺寸的减小而显著增加，粒子的表面能及表面张 力随着增加，物理、化学性质发生变化。
10纳米
1纳米
0.1纳米
随着尺寸的减小，表面积迅速增大
18
粒度减小引起的表面效应（纳米粒子）
20
【例】 把边长为1 cm的立方体1 cm3逐渐分割成小立方体时，比 表面增长情况列于下表：
边长l/m 1×10-2 1×10-3 1×10-5 1×10-7 1×10-9
立方体数
1 103 109 1015 1021
比表面Av /（m2/m3） 6 ×102 6 ×103 6 ×105 6 ×107 6 ×109
➢（1） 特殊的光学性质
（2） 特殊的热学性质
（ （纳34）） 米特特殊殊的的微磁力学学性性粒质质 是指尺度处于1~100nm之间的粒子的集合
➢能级间距δ→0，费米能级 ( EF)
体，是处于该几何尺寸的各种粒子集合体的总称。 ➢----纳米Fe、Ni与r-Fe2O3混合烧结后可代替贵金属
➢1×10-9
?当纳米颗粒的尺寸与光波波长德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时当纳米颗粒的尺寸与光波波长德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时?晶体周期性的边界条件被破坏非晶态纳米颗粒表面层附近原子密度减小晶体周期性的边界条件被破坏非晶态纳米颗粒表面层附近原子密度减小26?这将导致声光电磁热力学等特性均会出现新的尺寸效应这将导致声光电磁热力学等特性均会出现新的尺寸效应26一质量m005的子弹以速率v300ms运动着其德布罗意波长为多少其德布罗意波长为多少
第二章 建筑材料的基本性质(1)
m 0 V0
材料的表观体积是指包含孔隙的体积。一般 是指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的 表观密度。称为气干表观密度。在烘干状态下 的表观密度，称为干表观密度。
一、测定材料的干质量m:
取材料样品
烘干
冷却到室温
烘箱1050C~1100C
干燥器 天平
称量质量 m
二、测定材料的自然体积Vo-----分两种情况：
比较项目 材料状态
近似密度 近似绝对 密实状态
表观密度 自然状态Байду номын сангаас
堆积密度 堆积状态
V0
材料体积 计算公式
应用
V
m V
V
m ' V'
V0
0 m0
V0
0'
m0 V0'
判断材料性质
材料用量及体积的计 算
2、材料的密实度与孔隙度
1) 密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实 的程度，也就是固体物质的体积占总体积的 比例。密实度反映材料的致密程度。以D表示：
材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗 等级是以规定的试件，在标准试验方法下所 能承受的最大水压力来确定，以符号“Pn” 表示，如P4、P6、P8等分别表示材料能承受 0. 4、0. 6、0.8MPa的水压而不渗水。 例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表 示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定 的试验方法在0.6MPa压力水的作用下无渗透 现象。
憎水性孔壁难以使水吸入。
拓展思考—— 1、为什么房屋一楼特别潮湿？ 2、如何解决？
1、地下水沿材料毛细管上升，然后 在空气中挥发。 2、解决问题的原理与办法 阻塞毛细通道，技术措施？ 对材料中的毛细管壁进行憎水 处理
材料物理性能
2.本征半导体的迁移和电阻率
自由电子和空穴热运动，在外电场的作用下做定 向漂移运动，形成电流。漂移过程中不断碰撞，有一 定的漂移速度。 迁移率：单位场强下，载流子的平均漂移速度。
分别用μn和μP分别表示自由电子和空穴的迁移率。
（1）迁移率与外电场强成正比。 （2）自由电子的迁移率较空穴高。 （3）能带宽度大的迁移率低。 本征半导体电阻率：
金属导体的能带分布特点:无禁带 导带 价带 价 带 （ 导 带 ）
第一种：价带和导带重叠。 第二种：价带未被价电子填满，价带本身就是导带。
这两种情况下的价电子就是自由电子，所以金属 即使在温度较低的情况下仍有大量的自由电子，具有 很强的导电能力。
非导体的能带分布特点:有禁带
在绝对零度时，满价带和空导带，基本无导电能力。
绝缘体:
禁带宽度大。在室温下，几乎没有价电子能跃迁 到导带中去，故基本无自由电子和空穴，所以绝缘体 几乎没有导电能力。
2.4 金属的导电性
2.4.1 金属导电的机制与马基申定律
金属导电的机制： 经典理论 在外电场的作用下，自由电子在导体中定向移动。 量子理论
在外电场的作用下，自由电子以波动的形式在晶 体点阵中定向传播。
2.8.2 半导体中的能量状态—能带
原子结合状态：价电子共有的共价键。 以Si为例：
单原子能级：3s2 3p2 ,3p 中有4个电子空位。
若有 N 个原子的无缺陷硅单晶：
能带：共价键结合后，能级分裂成满带和空带
满带： 4N 个价电子全部占满，能量 EV 。 空带：有 4N 个空位，没有电子，能量 EC 。 禁带：
2.5.2 金属化合物的导电性
两种金属的原子形成化合物 时，由于原子键合的方式发生本 质变化，使得化合物的电阻较固 溶体大大增大，接近于半导体的 导电性。 原因 部分结合方式由金属键变为 共价键或离子键。
第二章岩石的基本物理力学性质
ms——岩石固体的质量。
试验方法：105~110℃烘24h。
1.岩石的密度
（4）重力密度：单位体积中岩石的重量，简称重度。 由密度乘上重力加速度而得，单位kN/m3。
♪工程中应用最广泛的参数之一，不仅反映了岩石的致 密程度，还可计算岩体的自重应力。
2.岩石的颗粒密度
岩石固体物质的质量与固体的体积之比。(比重瓶)
二、岩石的孔隙性 反映裂隙发育程度的指标
1.孔隙比 e VV / Vs VV——孔隙体积（水银充填法求出）
2.孔隙率
n VV 100% V
V=Vs+VV
e~n关系
e VV Vs
VV / V Vs / V
VV V
V VV V
n 1 n
n 1 d s
三、岩石的水理性质
1.岩石的含水性质
(1)含水率：岩石孔隙中含水量mW与固体质量之比的百分数
具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向 膨胀变形而求得的膨胀率。
VHP
H HP H
100%
3、膨胀压力：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所 施加的最大压力。
五、岩石的抗冻性
Kf
Rf Rs
Kf—抗冻性系数； Rf—岩石冻融后的饱和单轴抗压强度； Rs—岩石冻融前的饱和单轴抗压强度。
冻融条件下强度损失原因： 1.各种矿物的膨胀系数有差异； 2.空隙中的水结冰，体积增大。
（3）岩石的膨胀性(含有粘土矿物的岩石)
——评价膨胀性岩体工程的稳定。
1、自由膨胀率 —无约束条件下，浸水后膨胀变形与原尺寸之比。
轴向自由膨胀
VH
H H
100%
（%）H——试件高度
径向自由膨胀
VD
建筑材料总结
篇一：建筑材料总结第一章建筑材料概论1. 按化学成分分类：（1）有机材料：植物、沥青、合成高分子（2）无机材料：金属—铁、钢、铝、铜非金属—烧土制品、胶凝材料、混凝土及硅酸盐制品（3）有机-无机复合材料：钢筋混凝土2.建筑材料的技术标准国家标准（gb）、行业标准、地方标准、企业标准第二章建筑材料的基本性质一、物理性质：（与质量有关、与水有关、与热有关）（一）与质量有关的性质密度、表观密度、堆积密度、密实度与孔隙率、填充率与空隙率(1)密度：材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。
材料的密度只与构成材料的固体物质的化学成分和分子结构有关，所以对于同种物质构成的材料，密度为恒定值。
(2)表观密度：材料在自然状态下单位体积的质量。
常将包括所有孔隙在内时的密度称为表观密度,也称体积密度。
只包括闭口孔在内时的密度称为视密度。
大多数材料的体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量，因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关。
(3)堆积密度：散粒材料(粉状、颗粒状）在堆积状态下单位体积的质量。
(4)密实度：材料体积内被固体物质所填充的程度。
(5)孔隙率：材料中孔隙体积占总体积的比例。
孔隙率反映材料内部孔隙的多少，直接影响材料的多种性质。
孔隙率越大,则材料的表观密度、强度越小，耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐久性越差，而吸水性、吸声性、保温性越强。
(6)填充率：散粒材料在某种堆积体积内被其颗粒填充的程度。
(7)空隙率：散粒材料在某种堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占的体积。
（二）与水有关的性质亲水性与憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性（1）亲水性——材料在空气中与水接触时，容易被水润湿的性质。
θ≤90°憎水性——材料不易被水润湿的性质。
θ＞ 90 °（2）吸水性定义：材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。
材料的基本物理性质
表观密度的测定(实验)
自然状态下的体积：包括材料实体积和内部孔隙（闭口和开口）的外观几何形状的体积。 测定方法：材料在包含孔隙条件下的体积可采用排液置换法或水中称重法测量。
对形状规则的材料：烘干－量测几何体积－称重－代入公式计算 对形状不规则的材料： 表观密度的测量
材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征的关系：
细微连通的孔隙，水容易渗入，故这种孔隙愈多，材料的抗渗性愈差。闭口孔隙，水不能渗入，因此闭口孔隙率大的材料，其抗渗性仍然良好。开口大孔，水最易渗入，故其抗渗性最差。 材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料。 材料的耐久性与材料抗渗性的有着密切的关系。
材料名称
密度（g/cm3）
表观密度kg/m3
堆积密度kg/m3
钢
7.85
7850
花岗岩
2.80
2500～2900
碎石（石灰石）
2.65
1400～1700
砂
2.63
1450～1700
粘土
2.60
1600～1800
水泥
3.10
1100～1300
烧结普通砖
2.70
1600～1900
材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率
K软 值越小，材料的耐水性？
式中：K软 ---材料的软化系数； f饱 ---材料在吸水饱和状态下的抗压强度,MPa f干 ---材料在干燥状态的抗压强度，MPa 。 定义：材料抵抗水破坏作用的性质。 度量指标：软化系数，即
三、耐水性
材料的软化系数的范围在0～1之间。
式中：β ---材料质量吸水率，%； m--- 材料干燥状态下质量，g; m1--- 材料吸水饱和面干状态下质量。
材料的基本性质
第二章材料的基本性质一切土木工程都是由土木工程材料组成的。
不同的土木工程材料在工程结构物中起着不同的作用。
例如，用于梁、板、柱的材料主要受到各种外力的作用；结构材料除了承受结构物上部荷载的作用外，还可能受到地下水及冰冻的作用；屋面及道路工程材料经常受到风吹、日晒、雨淋、紫外线照射等大气因素的作用；地面、机场跑道和路面遭受磨损作用；有些工程结构物还受到声、光、电、热的影响；某些工业建筑还可能受到酸、碱、盐等介质的侵蚀作用等。
为了保证工程结构物的使用功能、安全性和耐久性，土木工程材料应具有抵御上述各种作用的性质。
这些性质是多种多样的，又是互相影响的，归纳起来包括材料的物理性质、力学性质、热工性质、声学性质、光学性质、工艺性质和耐久性质等。
土木工程材料的各种性质与其化学组成成分、组织结构和构造等内部因素有密切的关系。
为了保证结构物的质量，必须正确选择和使用土木工程材料，为此就要了解和掌握土木工程材料的基本性质及其与材料组成、结构和构造的关系。
2.1 材料的组成、结构和构造材料的组成成分、结构和构造是影响材料性质的内因，材料的使用条件及其所处的环境条件则是影响材料性质的外因。
为了深入了解材料的各种性质及其变化规律，就必须了解其组成成分、结构和构造对材料性质的影响。
2.1.1 材料的组成材料的组成分为化学组成与矿物组成。
前者是通过化学分析获得的，表明组成材料的化学成分及其含量；后者是通过测试手段获得的，表明材料所含矿物的种类和含量。
1．材料的化学组成材料的化学组成是决定化学性质（耐蚀、燃烧等）、物理性质（耐水、耐热等）和力学性质的重要因素。
不同的化学成分构成了不同的材料，因而也表现出不同的性质。
例如，木材轻质高强，但易于燃烧和腐朽；钢材密度较大，强度较高，但易于锈蚀；砖、石材料，抗压强度较高，但抗拉和抗弯强度较低，且容易遭受侵蚀等。
所有这些特点无不与其化学组成密切相关。
2．材料的矿物组成化学组成不同，其材料性质不同；化学组成相同的材料，也可以表现出不同的性质，这是由于其矿物组成不同的缘故。
建筑材料常见问题解答第2章基本性质
建筑材料常见问题解答第2章建筑材料的基本性质1．一般的讲，建筑材料的基本性质可归纳为哪几类？答：一般的讲，建筑材料的基本性质可归纳为以下几类：物理性质：包括材料的密度、孔隙状态、与水有关的性质、热工性能等。
化学性质：包括材料的的抗腐蚀性、化学稳定性等，因材料的化学性质相异较大，故该部分内容在以后各章中分别叙述。
力学性质：材料的力学性质应包括在物理性质中，但因其对建筑物的安全使用有重要意义，故对其单独研究，包括材料的强度、变形、脆性和韧性、硬度和耐磨性等。
耐久性：材料的耐久性是一项综合性质，虽很难对其量化描述，但对建筑物的使用至关重要。
2．什么是材料的化学组成？答：材料化学组成的不同是造成其性能各异的主要原因。
化学组成通常从材料的元素组成和矿物组成两方面分析研究。
材料的元素组成，主要是指其化学元素的组成特点，材料的矿物组成主要是指元素组成相同，但分子团组成形式各异的现象。
3．建筑材料的微观结构主要有哪几种形式？各有何特点？建筑材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和胶体等形式。
晶体的微观结构特点是组成物质的微观粒子在空间的排列有确定的几何位置关系。
一般来说，晶体结构的物质具有强度高、硬度较大、有确定的熔点、力学性质各向异性的共性。
建筑材料中的金属材料（钢和铝合金）和非金属材料中的石膏及水泥石中的某些矿物等都是典型的晶体结构。
玻璃体微观结构的特点是组成物质的微观粒子在空间的排列呈无序浑沌状态。
玻璃体结构的材料具有化学活性高、无确定的熔点、力学性质各向同性的特点。
粉煤灰、建筑用普通玻璃都是典型的玻璃体结构。
胶体是建筑材料中常见的一种微观结构形式，通常是由极细微的固体颗粒均匀分布在液体中所形成。
胶体与晶体和玻璃体最大的不同点是可呈分散相和网状结构两种结构形式，分别称为溶胶和凝胶。
溶胶失水后成为具有一定强度的凝胶结构，可以把材料中的晶体或其他固体颗粒粘结为整体。
如气硬性胶凝材料水玻璃和硅酸盐水泥石中的水化硅酸钙和水化铁酸钙都呈胶体结构。
二 建筑材料基本性质
第二章 建筑材料的基本性质2.1 材料的物理性质一 密度根据体积的表现形式不一样，有密度、体积密度和堆积密度三种概念。
1.密度：是指材料在绝对密实状态下，单位体积的干质量。
计算公式：V m =ρ密度的测定办法： 1）测质量：烘干（烘箱）-干燥（干燥器）-称量（天平）；2）测体积：（a ）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻璃等 （b ）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，可由排水法测得；（c ）可研磨的非密实材料，如砌块、石膏等，V 可采用密度瓶测定。
2.体积表观密度：是指材料在自然状态下，单位体积的干质量。
计算公式：00V m =ρ体积密度的测定： （1）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到；（2）外形不规则的，可采用封腊排水法测定体积。
【例 题】 烧结普通砖的尺寸为240mm ×115mm ×53mm ，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g ，浸水饱和后质量为2984g 。
试求该砖的体积密度、密度、吸水率。
解：1）表观密度：ρo=m 1/Vo=2487/1462.8=1.7g/cm 3孔隙率P=V 孔/Vo ×100%=37% ， V 孔/1462.8×100%=37%故孔的体积：V 孔=541.236cm 3，密实体积：V=Vo-V 孔=1462.8-541.236=921.6cm 32）密度：ρ=m 1/V=2487/921.6=2.7g/cm 33）含水率：W=(m 2-m 1)/m1×100%=(2984-2487)/2487×100%=20%3.堆积密度：是指粉末状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。
计算公式： '0'0V m =ρ一般采用容积筒测定。
容量升的大小视颗粒的大小而定，一般砂子采用1L 的容量升，石子采用10L ，20L ，30L 的容量升。
常用材料的密度、表观密度和堆积密度值参见教材。
材料物理性能
第一章热学性能1、热容热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1k所需要增加的能量2、金属高聚物的热容本质及比较大小高聚物多为部分结晶或无定形结构，热容不一定符合理论式。
大多数高聚物的比热容在玻璃化温度以下比较小，温度升高至玻璃化转变点时，分子运动单位发生变化，热运动加剧，热容出现阶梯式变化。
高分子材料的比热容由化学结构决定，温度升高，使链段振动加剧，而高聚物是长链，使之改变运动状态较困难，因而需提供更多的能量。
一般而言，高聚物的比热容比金属和无机材料大。
3、热膨胀的物理本质物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。
材料温度一定时，原子振动但平衡位置保持不变，材料不随温度升高而发生膨胀；而温度升高，振动中心右移，原子间距增大，材料产生热膨胀。
4、化学键对热膨胀的影响材料的膨胀系数与化学键强度密切相关。
对分子晶体而言，膨胀系数大；而由共价键相连接的材料，膨胀系数小的多。
对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。
5、从化学键角度比较高聚物的膨胀系数对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。
6、热膨胀与熔点、热容的关系（1）热膨胀与熔点的关系当固体晶体温度升高至熔点时，原子热运动将突破原子间结合力，使原有的固态晶体结构被破坏，物体从固态变成液态，所以，固态晶体的膨胀有极限值。
因此，固态晶体的熔点越高，其膨胀系数就越低。
（2）热膨胀与热容的关系热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就是热运动能量的增大，每升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义。
建筑材料的基本性质(7)
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7
堆积密度的测量
堆积体积－是指包含颗粒内部孔隙和颗粒 之间的空隙在内的体积。
堆积密度的测量：
1）容器法： 散粒材料装入容器－量测体积－称净重－
代入公式
2）自然堆积法： 堆积成一定形状－量测几何体积－称重－
代入公式
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8
常用材料的状态参数
见教材P5－表1－1
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9
二、材料的状态参数
第二章 建筑材料的基本性质
内容：
2.1材料的基本物理性质
2.2材料的基本力学性质
2.3材料的耐久性
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1
2.1 材料的基本物理性质
内容： 材料的状态参数 材料的结构参数 材料与水有关的性质 材料的热工性质
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2
一、材料的状态参数
1、实际密度（密度）－材料在绝对密实状态 下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。
1、密实度－指材料体积内被固体物质所充实的 程度。反映材料的致密程度。
公式
DV o 10% 0
Vo
影响材料的： 强度 吸水性 耐久性 导热性
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10
状态参数
2、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体积 之比。直接反映材料的致密程度。
公式
PV oV oV1V V o(1o)10 % 0
孔隙率与密实度的关系 P+D=1
依达西定律
K ＝ Wd AtH
式中 K－材料的渗透系数（ml/cm2.s） W－透过材料试件的水量（ml） t－透水时间（s） A－透水面积（ cm2 ） H－静水压力水头（cm） d－试件的厚度（cm）
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22
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➢ 矿物组成：指组成材料的矿物种类和数量
第二章材料的基本物理性质
一、材料的组成
组成与结构的关系
➢ 材料的组成决定了材料性能(高铝水泥与硅酸盐 水泥）
➢ 组成相同时，结构决定性能→金刚石与石墨
第二章材料的基本物理性质
二、材料的结构
宏观结构 亚微观结构：1mm~0.001mm 微观结构：构成材料基本微粒的排列方式，
第二章材料的基本物理性质
1.2 材料与水有关的性质
亲水性与憎水性 抗渗性 吸水性与吸湿性 抗冻性 耐水性
第二章材料的基本物理性质
1 材料的亲水性与憎水性
亲水性--材料在空气中与水接触时，能被水润湿的性质 润湿角小于90度的材料
憎水性--材料在空气中与水接触时，不能被水润湿的性 质 润湿角大于90度的材料
材料与质量有关的性质 材料与水有关的性质 材料与热有关的性质
第二章材料的基本物理性质
1.1 材料与质量有关的性质
材料的体积构成
体积是材料占有
的空间尺寸。由于材
料具有不同的物理状
态，因此表现出不同
1.固体（实体） 2.闭口孔隙 3.开口孔隙
的体积
1.1材料的结构构成
第二章材料的基本物理性质
材料的体积组成
通常所指的体积密度，都是指材料在干燥状 态下的体积密度。
第二章材料的基本物理性质
体积密度的测量
大多数土木工程材料要以体积密度进行计算， 如混凝土、 砂浆、砖及烧结制品、木材及 其制品等等。
对于外形规则的材料，其自然体积可直接量 取，对于无规则外形的材料，通常采用蜡封 法测得表观体积。
第二章材料的基本物理性质
质量。
m
V
第二章材料的基本物理性质
密度的测量
测试时，材料必须处于 干燥状态。
含孔材料磨细后采用排 液方法测定体积。 可以 直接采用密度计算的材 料有：钢材、玻璃、沥 青等。
1.4 李氏瓶
第二章材料的基本物理性质
（一 ）材料的密度
表观密度： (Apprent density)
材料在自然状态下单位体积的质量。
P(1)10% 0 P(11)10% 0
0
第二章材料的基本物理性质
孔隙多少和孔隙特征对材料性能的影响：
材料的状态特征，如密度、体积等； 材料的力学性质，如强度、耐磨性等； 材料与水有关的性质，如吸湿性、吸水性。
抗渗性、抗冻性 等； 材料的热容性质，如保温性； 材料的声学性质，如吸声性等。
憎水性材料的作用—能阻止水分进入毛细孔中 可单独用作防水材料也可用于亲水性材料的表面处理。
第二章材料的基本物理性质
1 材料的亲水性与憎水性
第二章材料的基本物理性质
1 材料的亲水性与憎水性
因材料分子结构不同引起的。 亲水性材料与水分子之间的分子亲合力大
于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性 材料与水分子 之间的亲合力小于水分子本 身之间的内聚力。 在亲水性材料表面，水分子可以铺展开，且 能通过毛 细管作用进入材料内部；在憎水 性材料表面，水分子难以铺展开，更难以渗 入材料的毛细管中。
第一章
建筑材料的基本性质
第二章材料的基本物理性质
本章提要
本章主要介绍了建筑材料的基本 性质
掌握材料的密度、与水有关的性 质、耐久性
了解热工性和硬度
第二章材料的基本物理性质
第一章 内容简介
材料的组成、结构与构造 材料的基本物理性质 材料的力学性质 材料的耐久性
第二章材料的基本物理性质
1 材料的组成、结构与构造
（一 ）材料的密度
堆积密度 散粒状材料单位堆积体积（开口+闭口+实
体+间隙）的质量。
——反映散粒堆积的紧密（压实）程 度及可能的堆放空间。
第二章材料的基本物理性质
（一 ）材料的密度
堆积密度的计算公式
1
m V1
第二章材料的基本物理性质
堆积密度的测量
讨论材料堆积密度必须指 明其堆积状态和干湿状态
0
m V0
第二章材料的基本物理性质
（一 ）材料的密度
体积密度： (Apprent density)
材料在自然状态下单位体积的质量。
m
V
第二章材料的基本物理性质
（一 ）材料的密度
由于自然体积包含了材料的孔隙，因此，材 料的孔隙状态、孔隙多少以及孔隙含水状态 等，都直接影响材料的质量、 自然体积和 体积密度。
材料的宏观性能是由其组成及其内部微观结构 所决定的！ 材料的组成 材料的结构 材料的构造
第二章材料的基本物理性质
一、材料的组成
材料是由分子、原子组成 材料的组成包括化学组成和矿物组成
➢ 化学组成：组成材料的化学元素种类和数量
表示方法： 金属→以化学元素含量百分数表示 无机非金属材料→以元素的氧化物含量表示 有机高分子材料→构成他的一种或几种低分子化合
第二章材料的基本物理性质
（一 ）材料的密度
几种密度的特点： 相同点：指单位体积质量。（质量/体积） 区别：测试方法不同，获得体积大小不同
体积的测试方法： 体积 ——李氏比重瓶法(粉末) 自然体积 —— 排液法 堆积体积(实体＋闭口＋开口＋间隙)——密度筒法
第二章材料的基本物理性质
（二 ）材料的密实度和孔隙率
材料的固体物质体 V
积
VK
材料的孔隙体积
微孔
VB
细孔
大孔
孤立孔
连通孔
绝对密实体积 自然体积
第二章材料的基本物理性质
散粒材料堆积体积
粉状、散粒状材料在 堆积状态下的体积用
堆积体积表示 V 1
V1 VVkVBV空
第二章材料的基本物理性质
（一 ）材料的密度
密度(Density) ：
指材料在绝对密实状态下单位体积的干
晶体、非晶体、胶体
第二章材料的基本物理性质
三、材料的构造
材料的宏观组织状况 主要研究材料的孔隙
➢ 致密材料→钢材 ➢ 多孔材料→无机非金属材料
孔隙的特征参数:
➢ 多少→孔隙率P ➢ 孔隙大小→孔半径r ➢ 孔隙结构→孔隙的分布 ➢ 孔隙形状→开口孔与闭口孔
第二章材料的基本物理性质
2 材料的基本物理性质
第二章材料的基本物理性质
பைடு நூலகம்
材料的含水状态
孔隙率 密实度
PVV10% 0 V
D V 100% V
DP1
第二章材料的基本物理性质
（三）材料的空隙率和填充率
空隙率 填充率
P V1 V0 100% V1
D V 100% V1
第二章材料的基本物理性质
孔隙率与空隙率的区别
比较项目
孔隙率
空隙率
适用场合
个体材料内部
堆积材料之间
作用 计算公式
可判断材料性质 可进行材料用量计算