2.2材料的物理性质

材料的基本物理性质1、材料的物理状态参数1、材料的物理状态参数绝对密度块状材料体积形态散粒材料体积形态表观密度毛体积密度堆积密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量（物质体积体积）。

绝对密实:不包括孔隙。

如何测？磨成细粉→排水法如：李氏密度瓶法（1）绝对密度

李氏密度瓶1、材料的物理状态参数材料在自然状态下单位表观体积的质量（物质体积+闭口孔隙体积）。

表观体积:包括闭口孔隙在内的体积。即固体体积＋闭口孔隙体积排水法如：容量瓶法、静水称量法如何测？（2）表观密度

1、材料的物理状态参数容量瓶法1、材料的物理状态参数静水称量法1、材料的物理状态参数材料在自然状态下单位毛体积的质量(物质体积+闭口孔隙+开口孔隙体积)。

毛体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋所有孔隙体积。

直接量测法、封蜡法配合静水称量法如何测？（3）毛体积密度

1、材料的物理状态参数直接测量法1、材料的物理状态参数封蜡法配合静水称量法1、材料的物理状态参数粉状、粒状或纤维状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量（含颗粒间空隙）。

堆积体积:散粒材料填充容器的体积。

固体体积＋孔隙体积＋颗粒间空隙。

如何测？容量筒法（4）堆积密度

1、材料的物理状态参数容量桶法1、材料的物理状态参数材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：孔隙数量和孔隙特征孔隙率（P）

：总体积（V0）中孔隙体积（VP）占的比例。开口孔隙率(PK)：总体积(Vm)中开口孔隙体积(VK)占的比例。闭口孔隙率(PB)：总体积(V0)中闭口孔隙体积(VB)占的比例。（5）材料的孔隙率与密实度（块状）1、材料的物理状态参数密实度（D）

：总体积中固体物质充实的程度。或即密实度+孔隙率=11、材料的物理状态参数填充率（D’）

。堆积体积中，颗粒填充的程度。或或填充率+空隙率=1空隙率（P’

）：堆积体积（V0’）中空隙体积（VS）占的比例。（6）材料的空隙率与填充率（散粒状）1、材料的物理状态参数2、材料与水有关的性质常见亲水性材料：砖、木、混凝土常见憎水性材料：沥青、石蜡

θ：湿润边角在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，切线与材料和水接触面的夹角。2、材料与水相关的性质（1）材料的亲水性与憎水性亲水性材料：易被水湿润，且水能通过毛细管作用而渗入材料内部，表现为毛细管水上升；憎水性材料：不能被水湿润，能阻止水分渗入毛细管中，表现为毛细管水下降；亲水性毛细管憎水性毛细管★憎水性材料常被用作防水材料，或用作亲水性材料表面处理层，以提高其防水、防潮性质。2、材料与水相关的性质干燥状态气干状态饱和面干状态湿润状态

干燥状态——材料孔隙中不含或含水极微；气干状态——材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；饱和面干状态——材料表面干燥，孔隙含水饱和；湿润状态——材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附有一层水膜。2、材料与水相关的性质（2）材料的四种基本含水状态材料在水中吸收水分的性质。Wm——材料的（质量）吸水率，%；mb——材料吸水饱和面干状态下的质量，g。mg——材料在干燥状态下的质量，g；

—水在常温下的密度；V0—干燥材料在自然状态下的体积，cm3。质量吸水率：材料吸水饱和时吸收水分质量占材料干燥时质量的百分率。体积吸水率：材料吸水饱和时吸收水分体积占材料干燥时体积的百分率。★材料的吸水性与材料的孔隙率及孔隙特征有关。细微连通的孔隙，孔隙率愈大吸水率愈大；开口的大孔，虽然水分容易进入，吸水量大，但是不易保留，只能湿润孔壁，所以吸水率仍然较小。2、材料与水相关的性质（3）材料的吸水性材料在空气中吸收水分的性质。含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。Wh——材料的含水率，%；ms——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；★影响材料吸湿性的因素：1.材料的本性：亲水性或憎水性材料；2.环境温度、湿度：环境温度越低、相对湿度越大，材料的含水率越高；3.内部孔隙：具有许多细小开口孔隙的材料吸湿性特别强。2、材料与水相关的性质（4）材料的吸湿性干燥的材料吸收空气中的水分潮湿的材料平衡含水率平衡含水率：当材料中所含水与空气湿度达到相对平衡时的含水率释放水分气干状态2、材料与水相关的性质某特定材料，其含水率是个定值还是变值？某特定材料，其吸水率是个定值还是变值？2、材料与水相关的性质材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。耐水性用软化系数KR表示：fb——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。fg——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa

。0≤KR≤1;常位于水中或潮湿环境的重要结构：

KR≥0.85（耐水材料）；受潮较轻或次要结构：

KR≥0.75。

2、材料与水相关的性质（5）材料的耐水性软化系数越大，材料的耐水性越好还是越差？2、材料与水相关的性质★材料吸水后导致强度下降的原因：1.组成成分溶出导致孔隙率增大，孔隙率增大后强度降低；2.材料颗粒表面吸附了水分，形成水膜，削弱了微粒间的结合力，导致强度降低；3.材料吸水后，开口孔隙中的空气被水取代，由于水的不可压缩特性，在压力作用下，水对孔隙内壁产生的反作用应力大于空气对孔内壁产生的反作用应力，导致材料更易发生破坏。2、材料与水相关的性质材料抵抗压力水（或溶液）渗透的性质。压力水的渗透影响工程的使用带入腐蚀性介质带出某些成分

细微开口孔隙愈多，抗渗性愈差；开口连通大孔，水最易渗入，抗渗性最差；闭口孔隙多，抗渗性仍可良好,但在较大水压力作用下，若闭口孔隙容易被破坏，并易于两侧开口孔隙连通，则其抗渗性仍较差。★材料的抗渗性与其孔隙率和空隙特征有关。2、材料与水相关的性质（6）材料的抗渗性式中：K——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）。实质上就是达西定律

地下工程水利设施2、材料与水相关的性质材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。材料吸水负温作用水冻结成冰，体积膨胀材料局部破坏冻融循环破坏逐步加剧（冻融破坏）常用抗冻等级（F）来评价。抗冻等级越高，抗冻性越好。严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。

★抗冻性影响因素：材料的吸湿性、吸水性2、材料与水相关的性质（7）材料的抗冻性2、材料与水相关的性质（7）材料的抗冻性3、材料与热有关的性质导热系数（λ）：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1Ｋ时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1㎡）的热量。λ

——导热系数，；Q

——传导热量，J；d

——材料厚度，m；A

——材料传热面积，m2；Z

——热传导时间，s；t1-t2——材料两侧温差，K。导热性：是指材料两面存在温差时，热量从高温侧向低温侧传递的能力。导热性用导热系数来表示。3、材料与热有关的性质（1）材料的导热性1、组成：非金属材料<金属材料，一般有机材料导热系数<无机材料，非晶体材料<晶体材料2、孔隙率：Pk↗，λ↗；PB↗，λ↘。3、细小闭口孔隙比粗大开口孔隙更有利，因可避免对流；

4、含水状态：含水或结冰时，导热系数大大提高；5、温度：T↗，λ↗，但在0～50℃范围影响不显著。6、热流方向：各向异性材料，垂直于纤维方向时，λ小。★影响导热性的因素：热量流失泡沫混凝土玻璃棉3、材料与热有关的性质绝大多数建筑材料的导热系数0.023-3.49W/(m·K)通常所指的绝热材料是指导热系数小于0.23W/m·K的材料

几种典型材料的热工性质指标材料导热系数（w／（m·K））比热（J／（kg·K））钢580.48花岗岩3.490.92普通混凝土1.510.84烧结普通砖0.800.88松木（横纹）0.17

0.352.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.584.18静止空气0.0231.003、材料与热有关的性质热容量（C）：材料升高或降低单位温度时所吸收或放出的热量。比热（c）：单位质量材料升高单位温度时所需热量。（2）材料的热容量和比热容热容性反映材料吸热放热能力大小（蓄热能力）。比热容较大材料白天吸收热量，夜间释放热量比热容较大的材料能够储存较多的热量，有助于调节建筑物内部的温度。3、材料与热有关的性质1、主要取决于矿物成分和有机质的含量：

无机材料的比热<有机材料的比热2、湿度的影响。

水的比热是最大的，C水=4.2，因此，随着材料湿度的增加，该材料的比热也随之增加。★影响比热的因素：3、材料与热有关的性质线膨胀系数：

假如混凝土的热膨胀系数是1×10-5/℃，有一个50米长的混凝土结构在环境温度为20℃左右时建造，试问，当环境温度下降到0℃时，该混凝土结构将要产生何种程度的变化？将缩短10mm（3）材料的热变形性材料的热变形性：是指材料温度升高或降低时的尺寸变化。除个别的如水结冰之外，多数材料均符合热胀冷缩这一自然规律。3、材料与热有关的性质

（4）材料的隔热性良好的隔热性能不仅能够提高能源利用效率，还能减少建筑内外温度的剧烈波动示例：使用反射隔热外墙涂料对比示例：使用防晒隔热漆对比热阻是材料层（墙体或其他围护结构）抵抗热流通过的能力。3、材料与热有关的性质表征物体增温快慢的物理量，也称导温率。（5）材料的热扩散系数表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力。3、材料与热有关的性质4、材料与火有关的性质温度达到500度时，钢材的承载能力显著降低钢材与火温度达到800度以上时，强度几乎完全丧失钢材的最高允许温度一般为250度通常钢结构需要通过防火涂料或防火隔热层来提高耐火性能钢材强度随温度变化曲线4、材料与火有关的性质温度超过300度时，混凝土水化产物脱水甚至分解混凝土与火温度超过500度时，强度和弹性模量几乎下降50%普通混凝土适用的温度范围通常小于200至250度温度超过1200度时，混凝土开始熔融，强度几乎全部丧失4、材料与火有关的性质木材与火木材作为传统建筑材料，燃烧性较高，在使用过程中通常采用防火涂料或防火处理技术，减缓其燃烧速度，并提高其耐火等级。木屋火灾温度曲线4、材料与火有关的性质5、材料与声音有关的性质吸音性能是指材料能够减少声音反射的能力，通常用吸声系数来衡量。（1）材料的吸声性会议室电影院音乐厅5、材料与声音有关的性质柔性吸声结构帘幕吸声结构多孔吸声结构悬挂空间吸声体薄板振动吸声结构穿孔板组