第二节 材料的物理性质
一、材料与质量有关的性质 体积构成： 单体材料的体积主要有： 绝对密实的体积V 开口孔隙体积V开 闭口孔隙体积V闭组成， 表观体积Vˊ= V+ V闭
自然体积V0= V+ V开+ V闭 对于堆积材料， V0ˊ= V0 + V空 V0ˊ——材料的堆积体积 V空—材料的空隙体积
d－试件厚度，cm 。 h－水头差，cm。 t－渗水时间，h。
（2）抗渗标号S：
按规定方法制作的材料试件，在标准试验方法下所能承受的最大水压（MPa） 值。
如S6代表所能承受的最大水压为0.6MPa， 影响抗渗性因素：
孔隙率；孔隙特征。（P↓密实或P闭↑的S↑）。
公式： ρˊ =m/ Vˊ式中 ρˊ －表观密度（ g/cm3 ）
m－材料的质量（g）
Vˊ －用排水法求的的体积（cm3）
堆积密度
堆积密度－材料的堆积密度是指粉状、颗粒 状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质 量。单位g/cm3或kg/m3。
V0ˊ= V0 + V空 公式： ρ0ˊ =m/ V0ˊ式中
Kp≥0.8 耐水材料
长期水浸，受潮严重重要工程（如地下构筑物、基础、水工结构） ： Kp≮0.85~0.9
受潮较轻或次要结构：Kp≮0.70~0.85
5、抗渗性 材料抵抗压力水或其他液体渗透的能力。
（1）渗透系数K
Q = KhA t / d K=Qd / Ath
K－渗透系数，cm/h Q－渗透水量，cm3 A－渗水面积，cm2
V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）
密度的测量
绝对密实状态下的体积－是指构成材料的固 体物质本身的体积。
实际密度的测量： 1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等
直接以排水法作为密实态体积近似值 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材
磨成细粉－ 排水法求的体积即为密实态体积
表观密度
3、表观密度－对密实材料直接以排水法求 的体积v’作为密实态体积的近似值。单位 g/cm3或kg/m3。
分为以下类型： 致密状构造:钢材、玻璃、铝合金 多孔状构造：加气混凝土、泡沫塑料 微孔状构造：石膏制品、烧结砖 颗粒状构造：石子、砂、蛭石 纤维状构造：木材、玻璃纤维 层状构造：胶合板、复合木地板、夹层玻璃
四.材料的孔隙
(一).孔隙形成的原因 (1).水分子的占据作用
建筑材料加水拌和,用水量通常超过理论上 的用 水量, 多余的水分占据的空间即为孔隙 (2).外加的发泡作用
（2）.体 积 吸 率
公式：Wv= Vw/ V0=(m2-m1)/V0* ρw *100% 式中： Wv --体积吸水率
Vw—材料所吸收水分的体积 ρw—水的密度，常温下取1=g/ cm3
V0 —材料的自然体积 体积吸水率与质量吸水率的关系为：
Wv= Ww * ρo
ρo —材料的干燥体积密度
建筑材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和 胶体等形式。
二、材料的微观结构
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。如金刚石和石墨，元素 组成都为碳，由于各自的晶体结构形式不同，性质 上反差巨大。
晶体物质具有强度高、硬度大、有确定的熔点、力 学性质各项异性的共性。
建筑材料中的金属材料（钢、铝合金）和非金属材 料中的石膏及水泥石中的某些矿物（水化硅酸钙、 水化硫铝酸钙）等都是典型的晶体结构
ρ0ˊ －堆积密度（ g/cm3 ）
m－材料的质量（g）
V0ˊ －材料的堆积体积（cm3）
(4)几种密度间的区别
（1）大小：ρ≥ρ≥ρ0≥ρ0 (同一材料) （2）影响因素： （3）计算表示式中体积的不同
ρ : V＝V＋V闭； ρ0 : V0＝V＋V闭＋V开＝V＋V孔 ρ0: V0＝V＋V闭＋V开＋V空＝V＋V孔＋V空 （4）计算表达式中质量的不同 ρ，ρ 中 m为绝对干燥的质量
材料结构：
◇宏观结构 ◇显微结构 ◇微观结构
(一).宏观结构 指用肉眼或放大镜能观察到的结构,它分
为散粒结构,聚集结构,多孔结构,致密结构,纤 维结构,层状结构
◇宏观结构
1.散粒结构 2.聚集结构
3.多孔结构
4.致密结构 5.纤维结构 6.层状结构
由单独的颗粒组成 材料中的颗粒通过胶结材料 彼此牢固地结合在一起 材料中含有大量的,大的 ,或微 小的均匀分布的孔隙 材料在外观上和结构上都是致密的 是木材,玻璃纤维制品所特有的结构 是板材常见的结构
空隙率
4、空隙率－散粒材料在自然堆积状态下，其中 的空隙体积与散粒在自然堆积状态下的体积之 比的百分率称为空隙率
公式： ρ0ˊ /
ρP’o) =×（11-00V%0
/
V0ˊ）×
100%=(1-
P’—散粒材料的空隙率
ρ0ˊ—散粒材料的堆积密度 ρo--材料的体积密度
填充率：Dˊ
=
V0
/
Vˊ 0
P’+ Dˊ =1
第一章 建筑材料的基本性质
内容：
第一节 材料的化学组成、结构和构造 第二节 材料的物理性质 第三节 材料的力学性质 第四节 材料的耐久性
第一节 材料的组成、结构和构造
一.材料的化学组成
材料的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。
一.材料的化学组成
V孔—材料中全部孔隙的体积 Vo—材在自然状态下的体积 又由于P=(Vo –V)/ Vo *100%
=(1-V/Vo )*100% =(1-ρo/ρ)*100%
P+D=1
2.开口孔隙率与闭口孔隙率
开口孔隙率是指材料中能被水所饱和的孔隙体积 与材料在自然状态下的体积百分率： PK=(m1-m2)/V0 × ρw × 100% 式中： m1—水饱和状态下材料的质量, g m2—干燥状态下材料的质量，g ρw—水的密度，常温下可取1g/ cm3 闭口孔隙率pb为总孔隙率与开口孔隙率之差 即PB=P- PK
◇显微结构
指借助光学显微镜和电子显微镜观察到的结构, 它可分为结晶和无定型两种.结晶和无定型是同一物 质的不同状态,晶体呈稳定状态,而无定型则具有化学 活性。
◇微观结构
指原子排列结构,根据质子间键的特性分为原 子晶体,离子晶体,分子晶体
二、材料的微观结构
材料的微观结构只要是指材料在原子、粒子 、分子层次上的组成形式。
亲水性材料：θ≤90的材料 （水与材料间吸引力>水分子
间吸引力 ）
材料能被水润湿（亲水）
憎水性材料：θ>90的材料 (水与材料间吸引力<水分子间 吸引力) 材料不能被水润湿（憎水）
2. 吸 水 性
材料吸收水分饱和的能力称为吸水性 （1）质量吸水率：
Ww=(m2-m1)/m1*100% 式中： Ww—质量吸水率，% m1 —材料在绝对干燥状态下的质量，g m2—材料在浸水饱和状态下的质量，g
毛细孔：直径在um-mm级孔隙； 极细微孔：直径在um以下。
孔隙的类型及对材料性质的影响
(三).孔隙对材料性质的影响 孔隙率越大，材料的密度越小、强度越低、保
温隔热性能越好、吸声隔声性能越高； 连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大，封
闭孔对材料的保温隔热性能影响较大； 粗大孔，影响材料的密度、强度；
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，可分为溶胶和凝胶。
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 和水化铁酸钙呈胶体结构。
三.材料的构造
材料在宏观可见层次上的组成形式称为构造。 按照材料宏观组织和孔隙状态的不同可将材料的构造
影响因素：材料本身（除与吸水率的影响 因素相同外），还与环境的温湿度有关。
4．耐水性
材料在长期饱合水作用下，保持其原有性质（不破坏，强度也 不显著降低）的能力。
技术指标：软化系数KP
KP＝fw/f
(0~1)
fw－材料浸水饱合状态下的抗压强度，MPa。
f－材料干燥状态下的抗压强度，MPa。
Kp↑耐水性↑ Kp↓耐水性↓，
元素组成:主要是指其化学元素的组成特点，例如 ，不同种类合金钢的性质不同，主要是其所含合 金元素如C、Si、Mn、V、Ti 的不同所致。
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。如黏土和由其烧结而成的陶 瓷中都含SiO2和Al2O3两种矿物，其含化学元素相 同，均为Si、Al、O元素，但黏土在焙烧中由 SiO2和Al2O3分子团结合生成的3SiO2. Al2O3矿物 ，即莫来石晶体，使陶瓷具有了强度、硬度等特 性。
二、材料的微观结构
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混沌状态。
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。
二、材料的微观结构
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形成。
体积密度的测量： 1）.对形状规则的材料：砖、混凝土、石材
烘干－量测几何体积－称重－代入公式 2）.对形状不规则的材料：
烘干－蜡封－浮力天平
密度
2、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。
公式： ρ=m/v
式中
ρ－材料的密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g）
一.状态参数
（一）材料的密度
1、体积密度－材料在自然状态下单位体积的
质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式：
ρo =m/ Vo
式中
ρo－表观密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g）
Vo－材料在自然状态下的体积（cm3）