建築材料
第一章建築材料的基本性質
第一節幾項最基本的物理引數
一.材料的密度
(一)密度
材料在絕對密實狀態下單位體積的質量，稱為密度.密度用下式表示:
式中 —密度,g/cm3;
m—材料幹乾燥時的質量, g;
v—材料的絕對密實體積，cm3;
(二)表觀密度
材料在自然狀態下單位體積的質量,稱為表觀密度.表觀密度用下式表示:
式中 —表觀密度,g/cm3或kg/m3;
m—材料的質量,g或kg;
v0—材料自然狀態下的體積,cm3或m3。
（三）堆積密度
散粒狀材料在一定的疏鬆堆放狀態下，單位體積的質量，稱為堆積密度。堆積密度用下式表示:
式中 —堆積密度, kg/m3;
m—材料的質量, kg;
v0，—散粒狀材料的堆積體積，m3。
二．孔隙率和密實度
材料中孔隙的體積佔材料總體積的百分率，稱孔隙率。孔隙率p，可寫作下式：
p=×100%
即 p=(1-)×100%
對於絕對密實體積與自然狀態體積的比率，即式中的v／v0，定義為材料的密實度。密實度表徵了在材料體積中，被固化物質所充實的程度。同一材料的密實度和孔隙率之和為1.
將v=m/ρ，vo=m/ρ0代入並簡化，孔隙率可由下式表示：
p＝（1－）×100％
三.空隙率和填充度
散粒狀材料,在一定的疏鬆堆放狀態下,顆粒之間空隙的體積,佔堆積體積的百分率,稱為空隙率。空隙率p』可寫作下式:
p』=×100％
即 p』=(1-)×100％
式中的v0/ v0』,即填充度,表示散粒材料在某種堆積體積中,顆粒的自然體積占有率.
將v0=m/, v0,=m/代入並簡化,空隙率可由下式表示:
p』=(1-)×100%
空隙率或填充度的大小,都能反映出散粒材料顆粒之間相互填充的緻密狀態.
第二節材料的力學性質
一. 強度
材料因承受外力(載荷),所具有抵抗變形不致破壞的能力,稱作強度.破壞時的最大應力,為材料的極限強度.
材料的抗拉、抗壓和抗剪強度，可用下式計算：
式中 —抗拉、抗壓和抗剪強度，mpa；
p—拉、壓或剪下的破壞載荷，n；
a—承受該載荷作用的面積，mm2。
抗彎（折）強度的計算，則按受力情況、截面形狀等不同，方法各異。如當跨中受一集中載荷的矩形截面的試件，其抗彎強度按下式計算：
式中 --抗彎（折）強度，mpa;
p--破壞載荷，n；
l—兩支點間距離即跨度，mm;
b—試件截面的寬度，mm;
h--試件截面的高度，mm。
二．變形性質
材料在外力作用下產生變形，當解除外力後，變形能完全消失，這種變形稱為彈性變形；如不能恢復原來形狀，仍保留的變形，稱為塑性變形。
材料的變形效能，取決於它們的成分、結構和構造。材料在不同的受力階段，有的分階段發生彈性變形和塑性變形，有的則同時發生。
材料處於彈性變形階段時，其變形與外力成正比。工程上常用彈性模量表示材料的彈性效能，用做衡量材料抵抗變形效能的指標。彈性模量是應力與應變的比值，其值越大，說明材料越不容易變形。
材料受外力作用達一定限度，無明顯的塑性變形作徵兆，而瞬間破壞，稱為脆性。脆性材料的抗壓強度一般都很高，但其抗拉強度卻只是低得多，抵抗衝擊或震動載荷的能力相當弱。
材料在衝擊、震動載荷作用下，能吸收較大能量，承受較大變形也不致破壞的能力，稱為韌性。對於承受衝擊載荷和有抗震要求的結構，尤其要考慮材料的韌性。
第三節成立於水有關的性質
一、吸水性和吸濕性
（一）吸水性
材料吸入水分的性質稱為吸水性。衡量材料的吸水性，多以吸水率作為指標。吸水率通常指材料在水中所能吸足水的質量，佔材料乾燥時質量的百分率。這種以質量計的吸水率，可按下式計算：
100%
式中 ω――以質量計的吸水率，％；
m1――材料吸水飽和時的質量，g；
m――材料乾燥狀態下的質量，g;
有些輕質材料，按上式計算吸水率時，由於m1可能是m的若干倍，其結果要大於100％。這些材料的吸水率，當以體積計：
v＝×100%
式中 ωv ――以體積計的吸水率，％；
m1、m――同前式，g；
v0――材料在自然狀態下的體積，cm3。
一般來說，孔隙率大吸水性強。但封閉的孔隙，水分不易進入；粗大開口的孔隙，又難以吸足水分。孔隙率大，具有微細、連通、開口孔隙的材料，吸水性才是最強的。
（二）吸濕性
材料在潮濕環境中，吸收水分的性質，叫吸濕性。吸濕性常以含水率表示，即材料含有水的質量，佔乾燥時材料質量的百分率。可用下式計算含水率：
100%
式中 ω，――含水率，％；
m1，――材料中含有水後的質量，g；
m――材料乾燥狀態下的質量，g.
二．耐水性、抗滲性和抗凍性
（一）耐水性
材料長期受飽和水作用，能維持原有強度的能力，稱為耐水性。耐水性常以軟化係數表示：
k=1/
式中 k――軟化係數；
1――材料在飽水狀態下的抗壓強度，mpa;
材料在乾燥狀態下的抗壓強度，mpa。
軟化係數k值，可為0～1，接近於1的，說明耐水性好。通常認為k>0.8的材料，就具備了相當的耐水性。
（二）耐滲性
材料抵抗有壓力水的滲透能力，稱為抗滲性。材料抗滲性的指標，通常用抗滲等級提出，如p6、p8、p12……抗滲等級中的數字，繫在特定的條件下，對試件施以水壓，並逐級公升高，待達到最高水壓規定時, 該水壓值（單位：mpa）乘以10。
另外，抗滲性也常用滲透係數表示，其值越小，材料的抗滲性越好。
（三）抗凍性
材料飽水後，經過多次凍融迴圈，保持原有效能的能力，稱為抗凍性。將飽水的試件所能抵抗的凍融迴圈數，作為評價抗凍性的指標，通稱抗凍等級。如f15、f50、f100……，分別表示抵抗15個、50個、100個……凍融迴圈，而未超過規定的損失程度。
抗凍性良好的材料，其耐水性、抗溫度或乾濕交替變化能力、抗風化能力等亦強，因此抗凍性也是評價材料耐久性的綜合指標。
第四節材料的熱物理性質
一、 導熱性與熱阻
（一） 導熱係數
材料所具有的傳導熱量的能力，稱為導熱性，用導熱係數作為指標。
導熱係數，是指單位面積、單位厚度的材料，當兩面溫差為1k時，在單位時間內傳導的熱量，以下式表示：
q＝λ則
式中 λ――材料的導熱係數，w/（m·k）;
q――材料傳導的熱量，j;
a――材料的厚度，m;
a――熱傳導的面積，㎡;
z――熱傳導時間，h;
t1-t2――材料兩側面的溫度差，k。
導熱係數越小的材料，說明它的導熱能力越低，即保溫隔熱性能越好。
（二）熱阻
熱阻是指材料層阻抗熱流通過的能力，這是從有礙熱傳導的一面提出的熱工指標。當外界條件已定時，材料傳導的熱量取決於材料的導熱係數與材料層厚度之比，故取其倒數作為熱阻的定義：
r=式中 r――材料層熱阻，（m·k）/w;
a――材料層厚度，m;
材料的導熱係數，w/(m·k).
導熱係數是評價材料保溫效能的首要指標，也是用來計算材料層熱阻，作為建築熱工設計的主要資料。
二、熱容性與均溫性
（一）比熱
單位質量的材料，當公升高或降低單位溫度，所能吸收或放出的熱量，稱為比熱。材料的比熱與其質量的乘積，用以表達材料處於溫度變化時，吸收或放出熱量的能力。比熱以下式表達：
c=式中 c――材料的比熱，j/(kg·k);
q――材料在溫度變化時吸收或放出的熱量，j;
m――材料的質量，kg；
t1-t2――材料受熱或冷卻前後的溫差，k.
材料的比熱，是判別其熱容性的指標，也是衡量材料儲蓄熱量能力的重要因子。
（二）導溫係數
導溫係數是指材料在冷卻或加熱過程中,各點達到同樣溫度的速度,表徵材料的均溫能力,亦即傳遞熱量的快慢程度.
材料的導溫係數,與其導熱係數成正比,與它的體積熱容量成反比,以下式表示:
=式中 —材料的導溫係數,㎡/s;
材料的導熱係數,w/(m·k);
材料的比熱,j/(kg·k);
ρ0—材料的表觀密度,kg/m3.
(三)熱變形性
材料的熱變形性,是指材料處於溫度變化時導致原有長度或體積發生的改變量,主要包括膨脹或收縮的量值.由於同一材質、同一體形的材料,因溫度所引起的熱脹或冷縮,在單位溫度下,其絕對值是相等的,所以用熱膨脹係數作為熱變形性的指標.
材料的熱膨脹係數,是在單位溫度下,材料因溫度變化發生脹、縮量的比率,多以長度計,或以體積計.熱膨脹係數的表示式如下:
或 ＝
式中 —線膨脹係數,1/k;
—體積膨脹係數, 1/k;
△l—材料的線變形量,㎜;
△v—材料的體積變形量,㎜3;
l—材料原來的長度,㎜;
v—材料原來的體積, ㎜3;
第一章建築材料的基本性質
緒論一 建築材料在建築工程中的重要作用 1 建築材料是工程建設中不可缺少的物質基礎 2 建築材料的質量直接影響工程質量 3 建築材料的費用決定工程造價和經濟效益 4 新型材料的研製和發展將促進工程結構和施工技術的進步。二 建築材料的分類 黑色金屬 鐵 鋼 金屬材料 有色金屬 鋁 銅 木材有機材料瀝青...
第一章建築材料的基本性質答案
1.材料的實際密度是指材料在 絕對密實 狀態下 單位體積的質量 用公式表示為 m v 2.材料的體積密度是指材料在 自然 狀態下 單位體積的質量 用公式表示為 0 m v0 3.材料的外觀體積包括 固體物質 和 孔隙 兩部分。4.材料的堆積密度是指 散粒狀 纖維狀 材料在堆積狀態下 單位體積 的質量...
第一章建築材料的基本性質習題
一 名詞解釋 1 材料的空隙率 2 堆積密度 3 材料的強度 4 材料的抗滲性 二 填空題 1 材料的吸濕性是指材料在 的性質。2 材料的抗凍性以材料在吸水飽和狀態下所能抵抗的 來表示。3 水可以在材料表面展開，即材料表面可以被水浸潤，這種性質稱為 4 材料地表觀密度是指材料在 狀態下單位體積的質量...