建筑材料-1 材料性质

——水的密度（g/cm3），常温下取１g/cm3。 w
一、材料的物理性质
当材料的吸水率不大时，常用质量吸水率来评价材料的吸水性。 各种土木工程材料的吸水率差异很大，如花岗石的吸水率只有 0.5%～0.7%，混凝土的吸水率为2%～3%，烧结砖的吸水率为8%～20%，软 木材的吸水率可超过100%。对一些轻质多孔材料（如软质木材等），吸入 水分的质量往往超过材料干燥时的质量，其质量吸水率可能会超过 100%，
开口气孔 闭口气孔
材料，孔隙率大，且为细
小的开口孔隙，那么材料 的吸水性就较强。
一、材料的物理性质
工程上常按孔隙的连通性，将孔隙分为开口孔隙和闭口孔隙。开孔是
指那些彼此连通，并与外界也相通的孔隙，如常见的毛细孔。当开口孔隙 率增大时，材料的吸水性、吸湿性、透水性和吸声性增强，材料的抗冻性
和抗渗性则因此变差。闭孔是指那些彼此不连通，而且与外界隔绝的孔隙。
KR
fw fd
式中KR——材料的软化系数； fw ——材料在吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）； fd——材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。
一、材料的物理性质
材料吸水饱和后，其强度均有所降低。因此，材料的软化系数一 般在0～1之间，软化系数值越小，说明材料吸水饱和强度降低得越多， 材料的耐水性越差。钢、玻璃及沥青等材料的软化系数基本等于 1，而 黏土的软化系数基本等于0。通常将软化系数大于0.8的材料称为耐水 材料。
总之，材料的密度、表观密度、堆积密度、孔隙率及空隙率等概念， 都是认识与掌握材料性能以及选择应用材料的重要指标。
一、材料的物理性质
材料 石灰石 花岗石 密度 （g/cm3） 2.60 2.60～2.90 表观密度 （kg/m3） 1800～2600 2500～2800 堆积密度 （kg/m3） — — 孔隙率 （ %） — 0.5～3.0
由于该砌块的软化系数小于0.80，属于不耐水材料，所以该砌块不能
用于长期处在水中的砌体结构。
一、材料的物理性质
4. 抗渗性 抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，有渗透系数和抗渗等级两种 表示方法。 （l）渗透系数 渗透系数的含义是指一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，在单 位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为：
2．密实度与孔隙率 （l）密实度（D） 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料中固体物质 的体积占材料总体积的百分率。按下式计算：
D
V 100% 0 100% V0
（2）孔隙率（P） 孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。可用下式计 算：
P V0 V V 100% (1 ) 100% (1 0 ) 100% 1 D V0 V0
一、材料的物理性质
散粒材料堆积体积示意图 1—固体物质；2—空隙；3—孔隙
材料的堆积密度取决于材料的表观密度以及测定时材料装运方式和疏 密程度。材料在松散堆积状态下测得的堆积密度值小于紧密堆积状态下测
得的堆积密度值。
一、材料的物理性质
密度、表观密度、堆积密度的区别
三个密度概念均表征了材料质量与其体积的关系，但三者所表征材料
的水压力而不透水。
材料的抗渗性主要与材料内部的孔隙率（尤其是开口孔隙率）和材料 的憎水性或亲水性等因素有关。材料的抗渗能力直接或间接影响材料的耐
久性、抗冻性和耐腐蚀性。
一、材料的物理性质
（3）堆积密度 堆积密度是指散粒状或粉状材料在自然堆积状态下，单位体积所具有 的质量。按下式计算：
m ' V0
' 0
式中 0——材料的堆积密度（kg/m3）；
'
m ——材料的质量（kg）；
V0' ——散粒或粉状材料的自然堆积体积（包括颗粒体积和颗粒之间的
空隙体积）。 堆积密度取决于材料的表观密度及测定时材料装运方式和疏密程度。 工程中常据松散堆积密度确定颗粒状材料堆放空间。
式中 0 ——材料的表观密度（kg/m3）；
m——材料的质量（kg）； V0——材料在自然状态下的体积（简称自然体积或表观体积，包括材
料的实体积和所含孔隙体积）。
材料的表观密度除取决于材料的组成外，还与材料的孔隙率和孔隙的 含水程度有关。材料孔隙率越大，其表观密度越小。
一、材料的物理性质
通常情况下的材料表观密度是指材料在气干状态下的表观密度，在烘 干状态下的表观密度称为干表观密度。 在实际工程中，常依据材料的表观密度值，推算材料用量、计算构件 自重、确定运输负载和材料堆放空间等。
的状态、体积所包含的内容、定义式和所研究的对象则分别不同，见下表：
名称 材料状态Leabharlann Baidu体积包含内容 定义式 研究对象
密度
绝对密实状态
实体体积
实体体积 孔隙体积 实体体积

m V
理想材料
表观密度
自然状态
0
m V0
固体材料
堆积密度
堆积状态
孔隙体积 空隙体积
' 0
m V0'
粉、粒、纤维材料
一、材料的物理性质
吸湿性
材料在潮湿空气中
含水率
材料的组成和构造、空气湿
度和环境温度等
通常情况下，无论是吸水或吸湿，往往会给材料及工程带来一系列不 良影响，使材料的许多性能发生改变，如自重增大、体积膨胀、抗冻性变 差、保温性能下降、强度和耐久性降低等。
一、材料的物理性质
3. 耐水性 耐水性是指材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也不显著降低的性 质。材料的耐水性主要取决于其化学成分在水中的溶解度及材料内部开口 孔隙率的大小。 不同的材料类别，其耐水性有不同的表示方法：对于工程结构材料， 耐水性主要指材料的强度变化；对装饰工程材料，耐水性则主要反映在颜 色变化、起泡、起层等方面。 结构材料的耐水性用软化系数来表示，按下式计算：
一、材料的物理性质
②体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部吸入水分的体积占干燥 材料自然体积的百分率。按下式计算：
mb mg Vw 1 WV 100% 100% Vg Vg w
式中WV ——材料的体积吸水率（%）；
VW ——材料吸水饱和时吸入水的体积（cm3 ） ；
Vg——材料在干燥状态下的自然体积（cm3）；
—
— 20～40 — — 5～20 — 55～75 0
泡沫塑料
—
20～50
—
—
一、材料的物理性质
1.2 与水有关的性质 1. 亲水性与憎水性 材料的亲水或憎水程度用润湿角θ来表示。润湿角是在材料、水和空 气三相的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体的接触面之间的夹角，如 图所示。
当润湿角θ=0时，表明该材料完全被水所润湿; 润湿角θ≤90°的材料称为亲水性材料，如砖、混凝土； 润湿角θ＞90°的材料称为憎水性材料，如沥青、石蜡等。
' V0' V 0 V ' P 100 % ( 1 ) 100 % ( 1 ) 100 % 1 D 0 V0' V0' '
一、材料的物理性质
填充率和空隙率从不同角度同样反映了颗粒或粉状材料堆积的紧密程
度。
空隙率在配制混凝土时可作为控制混凝土骨料配料以及计算混凝土含 砂率的依据。
一、材料的物理性质
3. 填充率与空隙率 （l）填充率 填充率是指颗粒或粉状材料在堆积体积内，被颗粒材料表观体积所填 充的程度。按下式计算：
' V D ' ' 100% 0 100% 0 V0
（2）空隙率 空隙率是指颗粒或粉状材料在堆积体积内，颗粒之间的空隙体积所占 总体积的百分率。可用下式计算：
一、材料的物理性质
密实度和孔隙率是从不同角度反映了材料的致密程度。 材料密实度和孔隙率的大小主要取决于材料的组成、结构及制造工艺。 材料的许多工程性质，如材料的强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、 吸声性等都与材料的孔隙率或密实度有关。这些性质不仅取决于孔隙率的 大小，还与孔隙的类型、形状、大小、分布等构造特征密切相关。
第1章 材料的基本性质
武汉船舶职业技术学院
材料的基本性质
物理常数 物理性质 吸水性 耐久性 技术性质 化学性质 抗压强度 力学性质 磨耗性
密度、孔隙等
吸水率 饱水率 抗冻性 坚固性
一、材料的物理性质
1.1与质量有关的性质 1. 密度、表观密度与堆积密度 （l）密度 密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。 按下式计算：
耐水板材
耐水砌块
一、材料的物理性质
【例题】有一承重砌块在干燥状态下的抗压破坏荷载为245KN，当吸水饱和 后测得该砌块的抗压破坏荷载为180KN，问该砌块能否用于长期处在水中的 砌体结构？ 【解】该砌块的软化系数为：
PW f P 180 KR w A W 0.73 Pd fd Pd 245 A
此时用体积吸水率更能反映材料吸水能力的强弱，体积吸水率不可能超过
100%。
质量吸水率与体积吸水率的关系为： WV Wm 0
1
w
一、材料的物理性质
（2）吸湿性 吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，用含水率来表示。吸 湿作用具有可逆性，材料既可吸收潮湿空气中的水分，又可向较为干燥的 空气中释放水分。 材料的吸湿性除了取决于自身的组成和构造以外，还与所处的空气湿 度和环境温度有关，并随温湿度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较 低时，材料的含水率较大，反之则小。材料与空气湿度达到平衡时的含水 率称为平衡含水率。含水率按下式计算：
砂
黏土 普通粘土砖 黏土空心砖 水泥 普通混凝土 轻骨料混凝土 木材 钢材
2.60
2.60 2.50～2.80 2.50 3.10 — — 1.55 7.85
—
— 1600～1800 1000～1400 — 2000～2800 800～1900 400～800 7850
1450～1650
1600～1800 — — 1200～1300 — — — —
当闭口孔隙率增大时，材料的保温隔热性能和耐久性增强。
开孔结构的浮石复合材料
闭孔结构珍珠岩
一、材料的物理性质
吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法： ①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 量的百分率。按下式计算：
Wm
mb mg mg
100%
式中Wm ——材料的质量吸水率（%）； mb ——材料吸水饱和时的质量（g）； mg ——材料在干燥状态下的质量（g）。
Ks
式中KS——渗透系数（cm/h）；
Qd AtH
Q——透过材料试件的水量（cm3）； d——试件厚度（cm）；
一、材料的物理性质
A——渗水面积（cm2）；
t——渗水时间（h）；
H——静水压力水头（cm）。
渗透系数越大，表明材料的抗渗性越差。
（2）抗渗等级
抗渗等级是以规定的标准试件，在透水前所能承受的最大水压力来表 示，如P2、P4、P6、P8等，分别表示材料可抵抗0.2、0.4、0.6、0.8MPa
m V
式中m ——材料在干燥状态下的质量（g）；
V ——绝对密实状态下的体积（绝对体积或实体积）。
材料密度的大小主要取决于材料的物质组成与结构。物质组成与结构 不同的材料，其密度相差很大。
一、材料的物理性质
（2）表观密度 表观密度是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量。按下式计 算：
m 0 V0
Wh
式中Wh——材料的含水率（%）；
ms m g mg
100%
ms——材料吸湿状态下的质量（g）；
一、材料的物理性质
材料的吸水性和吸湿性分别从不同的环境角度，反映了材料吸收水分 的性能，二者的区别见下表：
名称 吸水性 表征状态 材料浸水状态下 表征指标 吸水率 影响因素 材料的亲水性或憎水性、材 料的孔隙率大小、孔隙特征等
一、材料的物理性质
一、材料的物理性质
一、材料的物理性质
一、材料的物理性质
2. 吸水性与吸湿性 （1）吸水性 吸水性是指材料在浸水状态下吸收水分的能力，用吸水率来表示。材 料主要是通过其中连通的开口孔隙吸收水分，吸水率的大小不仅取决于材 料的亲水性或憎水性，而且还与材料的孔隙率大小、孔隙特征等因素有关。 如果材料属于亲水性
一、材料的物理性质
密实度、孔隙率和填充率、空隙率的联系与区别
名称 密实度 孔隙率 填充率 空隙率 度 分别从固体物和空隙多少 联 系 区 别
分别从实体积和孔隙多少 角度反映了固体材料的致密程
D+P=1
表征对象为固体 材料
角度反映了颗粒或粉状材料的
堆积紧密程度
D P =1
'
'+
表征对象为颗粒、
粉状等散粒材料