《建筑装饰材料》第一章建筑材料的基本性质

宿迁职业技术学院施工教研室杨云第一章建筑装饰材料的基本性质本章内容一、材料与质量有关基本物理性质二、材料与水有关的性质三、材料的热工性质四、材料的声学性质五、材料的光学性质六、材料的力学性质七、材料的耐久性八、材料的装饰性填充率孔隙率密实度堆积密度表观密度密度物理性质一、材料与质量有关的基本物理性第一章建筑装饰材料的性质空隙率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，因而表现出不同的体积。密度计算公式ρ=m/v材料在绝对密实状态下的体积材料的密度材料的质量绝对密实体积干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。表观密度计算公式ρo=m/vo材料的表观密度材料的质量材料在自然状态下的体积材料的自然体积材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0表示。形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。堆积密度计算公式ρo′=m/vo′材料的堆积密度材料在堆积状态下的体积材料的质量材料的堆积体积粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以表示。0V（一）材料的密度、表观密度与堆积密度名称定义表达式单位备注密度表观密度堆积密度vmvom0材料在绝对密实状态下,单位体积的质量。g/cm3材料在自然状态下，单位体积的质量。'00vm㎏/m3或g/cm3材料在堆积状态下，单位体积的质量。㎏/m3（二）密实度与孔隙率密实度密实度是指材料体积内，被固体物质所充实的程度。00100%100%VDV＝图1-1材料孔隙率示意图孔隙率孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。000100%)100%VVPV＝(1-图1-1材料孔隙率示意图（三）填充率与空隙率填充率填充率是指散粒材料在其堆积体积中，被其颗粒填充的程度。0000'100%100%VDV材料空隙率示意图空隙率空隙率是指散粒材料在其堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率。00000'100%(1)100%1VVPDV材料空隙率示意图思考：孔隙率和空隙率的区别？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可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式％）（10010P％）（100100P二、材料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1.材料的亲水性与憎水性与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。θθ（ａ）亲水性材料（ｂ）憎水性材料9090—称为润湿角。—2.材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率来表示。（1）质量吸水率（例：砂石）质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以ｗm表示。质量吸水率ｗm的计算公式为：式中：mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。%100ggbmmmmW（2）体积吸水率（例：泡沫）体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WV表示。体积吸水率WV的计算公式为：式中:mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。V0——材料在自然状态下的体积，（cm3或m3）；ρw——水的密度,（g/cm3或kg/m3），常温下取ρw=1.0g/cm3。%10010WgbvVmmW（3）影响材料吸水性的因素材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。3.材料的吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率Ｗh表示，其计算公式为：式中：ms——材料吸湿状态下的质量（g或kg）mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率。%100ggshmmmW思考：吸水率和吸湿率的区别？吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率4.材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数KR表示：式中：KR——材料的软化系数；fb——材料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）。gbRffK软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。5.抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。冻融破坏的原因材料有孔且孔隙含水；水→冰，体积膨胀9％，结冰压力高达100MPa，结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度，饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏；反复多次加剧破坏，最终材料崩溃；严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越差。6.材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数材料的渗透系数K可通过下式计算:式中：K——渗透系数,（cm/h）;Q——渗水量，（cm3）；A——渗水面积,（cm2）；H——材料两侧的水压差，（cm）；d——试件厚度（cm）；t——渗水时间（h）。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。AtHQdK（2）抗渗等级材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。（3）影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。三、材料的热工性质热工性质导热性热容量温度的变形性耐燃性耐火性1.导热性当材料两面存在温度差时，热量提高建筑材料传递的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数λ表示：式中：λ——导热系数，W/（m·K）；Q——传导的热量，J；d——材料厚度，m；F——热传导面积，m2；Z——热传导时间，h；（t2－t1）——材料两面温度差，K。物理意义：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（1m2）的热量。）（12ttFZQd2.热容量和比热材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。用热容量系数或比热表示。比热的计算式如下所示：式中：C——材料的比热，J/（g·K）；Q——材料吸收或放出的热量(热容量)；m——材料质量，g；（t2－t1）——材料受热或冷却前后的温差，K。）（12ttmQC3.材料的温度变形性材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。用线膨胀系数α表示。ΔL=（t2－t1）·α·L式中：ΔL——线膨胀或线收缩量，mm或cm；（t2－t1）——材料前后的温度差，K；α——材料在常温下的平均线膨胀系数，1/K；L——材料原来的长度，mm或m。材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关，常选择合适的材料来满足工程对温度变形的要求。例如：钢筋混凝土的结合。4.材料的燃烧性能近年来，我国发生的重大伤亡性火灾，几乎都与建筑装修和建筑装饰材料有关。因此，在选择建筑装饰材料时，对材料的燃烧性能应给予足够的重视。（1）建筑装饰材料燃烧所产生的破坏和危害①燃烧作用在建筑物发生火灾时，燃烧可将金属结构红软、熔化，可将水泥混凝土脱水粉化及爆裂脱落，可将可燃材料烧成灰烬，可使建筑物开裂破坏、坠落坍塌、装修报废等，同时燃烧产生的高温作用对人也有巨大的危害。②发烟作用材料燃烧时，尤其是有机材料燃烧时，会产生大量的浓烟。浓烟会使人迷失方向，且造成心理恐惧，妨碍及时逃逸和救援。③毒害作用部分建筑装饰材料，尤其是有机材料，燃烧时会产生剧毒气体，这种气体可在几秒至几十秒内，使人窒息而死亡。（2）建筑材料的燃烧性能分级建筑材料按其燃烧性能分为四个等级，见表1-2。表1-2建筑材料的燃烧性能分级等级燃烧性能燃烧特征A不燃性在空气中受到火烧或高温作用时不起火、不燃烧、不碳化的材料，如金属材料及无机矿物材料等B1难燃性在空气中受到火烧或高温作用时难起火、难燃烧、难碳化，当离开火源后燃烧或微燃立即停止的材料，如沥青混凝土、水泥刨花板等B2可燃性在空气中受到火烧或高温作用时立即起火或微燃，且离开火源后仍能继续燃烧或微燃的材料，如木材、部分塑料制品等B3易燃性在空气中受到火烧或高温作用时立即起火，并迅速燃烧，且离开火源后仍能继续燃烧的材料，如部分未经阻燃处理的塑料、纤维织物等在选用建筑装饰材料时，应优先考虑采用不燃或难燃的材料。对有机建筑装饰材料，应考虑其阻燃性及其阻燃剂的种类和特性。如果必须采用可燃型的建筑材料，应采取相应的消防措施。思考钢结构建筑为什么着火？5.材料的耐火性材料的耐火性是指材料抵抗高温或火的作用，保持其原有性质的能力。金属材料、玻璃等虽属于不燃性材料，但在高温或火的作用下在短时间内就会变形、熔融，因而不属于耐火材料。建筑材料或构件的耐火性常用耐火极限来表示。耐火极限是指按规定方法，从材料受到火的作用起，直到材料失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用的时间，以h（小时）或min（分钟）计。表几种典型材料的热工性质指标材料导热系数(W/（m·K）)比热容(J/（g·K）)钢材580.48铜材3700.38花岗岩3.490.92混凝土1.510.84烧结普通砖0.80.88松木0.17~0.362.72泡沫塑料0.031.30冰2.202.05水0.64.19密闭空气0.0231.00声音是靠振动的声波来传播的，当声波到达材料表面时出产生三种现象：反射、透射、吸收。反射容易使建筑物室内产生噪音或杂音，影响室内音响效果；