建筑與裝飾材料

1、建筑與裝飾材料第1頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三單元2 建筑與裝飾材料的基本性質(zhì)知識目標：了解建筑材料幾種性質(zhì)。理解材料與水有關(guān)的性質(zhì)、與熱有關(guān)的性質(zhì)、力學性質(zhì)、耐久性。掌握建筑材料的密度、表觀密度、體積密度、孔隙率、密實度、孔隙率等概念及計算。能力目標：能解釋建筑材料的性質(zhì)。能寫出與建筑材料性質(zhì)有關(guān)的計算公式。能應(yīng)用公式計算。各種材料在建筑物中所處的部位不同，要求它們具有不同的功能、性質(zhì)。建筑材料在使用時要承受一定的荷載及經(jīng)受周圍環(huán)境的各種介質(zhì)的化學和物理的作用，例如酸、堿、鹽的腐蝕，所以，建筑材料必須具備使用要求的相應(yīng)的性質(zhì)，同時建筑材料還應(yīng)具備必須的力學性質(zhì)、水

2、理性質(zhì)，地面建筑材料具備防水抗?jié)B性能、耐磨損性能。所以，建筑材料的性質(zhì)可以歸結(jié)為以下幾類：物理性質(zhì)，包括基本物理性質(zhì)及各種物理過程（如水、熱作用等）性質(zhì)；力學性質(zhì)，包括材料在外力作用下的變形性質(zhì)及強度；耐久性，材料抵抗外界綜合因素影響的穩(wěn)定性。第2頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2.1 材料的基本物理性質(zhì)2.1.1 材料與水有關(guān)的性能 建筑與裝飾材料在使用中不可避免的受到自然界的雨、雪、地下水和凍融作用的影響，因此，建筑與裝飾材料特別注意與水有關(guān)的性質(zhì)，它包括材料的親水性與憎水性、吸水性與吸濕性、耐水性、抗?jié)B性、抗凍性、霉變性與腐朽性等。 第3頁，共37頁，2022年，

3、5月20日，8點20分，星期三1親水性與憎水性 材料在空氣中與水接觸，首先遇到的問題是材料的是否被水濕潤。根據(jù)其能否被水潤濕的過程，將材料分為親水性材料和憎水性（疏水性）材料。材料在空氣中與水接觸時能被水濕潤的性質(zhì)稱為親水性。具有這種性質(zhì)的材料稱為親水材料，如木材、混凝土、磚等 。材料在空氣中與水接觸時不能被水濕潤的性質(zhì)稱為憎水性（也稱疏水性）。具有這種性質(zhì)的材料稱為憎水材料，如瀝青、石蠟等。圖2-1 材料的濕潤示意圖第4頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2.吸水性與吸濕性材料在浸水狀態(tài)下吸收水分的能力稱為吸水性。當材料吸水達到飽和狀態(tài)時，其內(nèi)部所含水分的多少，用吸水率表

4、示。材料的吸水率有質(zhì)量吸水率或體積吸水率兩種表達方式。質(zhì)量吸水率是指材料吸水飽和時，所吸收水分的質(zhì)量與材料干燥時質(zhì)量的百分比，可按下式計算： 100 （2-1） 式中 材料的質(zhì)量吸水率（）； 材料在吸水飽和后的質(zhì)量（g）； 材料烘干到恒重的質(zhì)量（g）。對于多孔材料常用體積吸水率表示。體積吸水率是指材料吸水飽和時，所吸收水分的體積與干燥材料自然體積的百分比，用下式表示： 100 （2-2） 式中 材料的體積吸水率（）； 水的密度（gcm3）；常溫下為=1 gcm3 材料在吸水飽和后的質(zhì)量（g）； 材料烘干到恒重的質(zhì)量（g）。 材料自然狀態(tài)下的體積，cm3。 第5頁，共37頁，2022年，5月20

5、日，8點20分，星期三材料吸水率的大小取決于材料的親水屬性及材料的構(gòu)造（孔隙率的大小、空隙特征）。封閉的空隙實際上是不吸水的。材料開口孔隙率越大，吸水性越強，特別是材料具有很多微小開口孔隙或者毛細管連通的孔時，吸水率非常大。因此，影響材料吸水性的主要因素有材料本身的化學組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造狀況，尤其是空隙狀況。不同材料的吸水率變化范圍很大，花崗巖為0.5%-0.7%,普通混凝土為2%-4%,燒結(jié)普通磚為8%-15%。材料在潮濕空氣中吸收水分的能力稱為吸濕性，用含水率表示： 100 （2-3）式中 材料的含水率； 材料在吸水飽和后的質(zhì)量（g）； 材料烘干到恒重的質(zhì)量（g）。第6頁，共37頁，2022

6、年，5月20日，8點20分，星期三影響材料吸濕性的因素，除材料本身的化學組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及空隙外，還與環(huán)境的溫度、濕度有關(guān)。如受潮后的材料表觀密度、導(dǎo)熱性增大，強度、抗凍性降低。材料的吸水率是一個定值，含水率是隨環(huán)境而變化的。材料堆放在施工現(xiàn)場，不斷從空氣中吸收水分，同時又不斷向空氣中揮發(fā)水分，當吸收和揮發(fā)達到動態(tài)平衡時，就出現(xiàn)穩(wěn)定的吸水率。這時材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時的含水率，稱為平衡含水率。第7頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三3.耐水性材料長期在飽和水作用下而不被破壞，保持其原有性質(zhì)的能力，稱為耐水性。一般情況下，潮濕的材料較干燥時強度低，主要是浸入的水分

7、削弱了材料微粒間的結(jié)合力，同時材料內(nèi)部往往含有一些易被水軟化或溶解的物質(zhì)（如粘土、石膏等）。衡量材料的耐水性指標是軟化系數(shù)，用K軟表示： （2-4）式中 材料的軟化系數(shù)； 材料在飽和狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）； 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度，（MPa）。第8頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三 4.抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)，稱為抗?jié)B性（或不透性）?？?jié)B性常用滲透系數(shù)和抗?jié)B等級表示。根據(jù)達西定律，在一定時間t內(nèi)，透過材料的水量Q與材料垂直于試件的滲水斷面積A及作用于試件兩側(cè)的水頭差H成正比，與試件滲透距離（材料的厚度）d成反比，比例系數(shù)K，稱為滲透系數(shù)。表達式為： （2

8、-5）或 （2-6）式中 K材料的滲透系數(shù)(cmh)； Q透水量(cm3); d試件厚度(cm)； A透水面積(cm2) t透水時間（h）； H靜水壓力水頭（cm）。滲透系數(shù)反映了材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。值越小，表明材料的抗?jié)B能力越強。第9頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三 5.抗凍性 材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用（凍融循環(huán)）而不破壞，其強度也不顯著降低的性質(zhì)，稱為抗凍性。 抗凍性試驗通常是將規(guī)定的標準試件浸水飽和后，在規(guī)定的試驗條件下，進行反復(fù)凍融，試件強度降低不大于25%，重量損失不大于5%，材料表面無明顯損傷，所能經(jīng)受的的最大、多循環(huán)次數(shù)數(shù)，定為該

9、材料的抗凍等級。材料的抗凍性用抗凍等級“”表示，“”表示凍融循環(huán)次數(shù)，如抗凍等級為的材料，表示材料所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)最多為10次。抗凍等級越高，材料的抗凍能力越強。 凍結(jié)的破壞作用主要是材料孔隙中的水結(jié)冰膨脹所致。當材料孔隙中充滿水時，水 結(jié)冰約產(chǎn)生9的體積膨脹，使材料孔壁產(chǎn)生拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超過材料的抗拉強度時，孔壁形成局部開裂。隨著凍融次數(shù)的增加，材料的破壞更加嚴重。第10頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三6材料的霉變性和腐朽性建筑材料在潮濕或溫暖的氣候條件下受到真菌侵蝕，在材料的表面產(chǎn)生絨毛狀的或棉花狀的，顏色從白色到暗灰色至黑色，有時也會顯出藍綠色、黃綠色或微

10、紅色的物質(zhì)稱為材料的霉變。霉變對材料的力學性質(zhì)影響較小，但影響外觀，甚至會引起材料表面變形。材料發(fā)生霉變的原因主要有3個，即水分、溫度、空氣。所以，只要保持材料干燥、通風，就可避免材料發(fā)生霉變。材料在使用過程中受到酸、堿、鹽及真菌等各種腐蝕介質(zhì)的作用，在材料內(nèi)部發(fā)生一系列的物理、化學變化，使材料逐漸受到損害，性能改變、力學性質(zhì)降低，嚴重時會引起整個材料徹底破壞的現(xiàn)象稱為材料腐朽。如水泥石在淡水、酸類、鹽類和強堿的各種介質(zhì)作用下水化產(chǎn)物發(fā)生分解、反應(yīng)，引起水泥石疏松、開裂。裝飾材料中的木材受到腐朽菌侵蝕，將木材細胞壁的纖維素等物質(zhì)分解，使木材腐朽破壞。第11頁，共37頁，2022年，5月20日，

11、8點20分，星期三2.1.2與質(zhì)量有關(guān)的性能1、三種密度（1）實際密度 實際密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下的單位體積的質(zhì)量。用下式計算密度： （2-7） 式中 :實際密度（gcm3）； m材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g）； V材料在絕對密實狀態(tài)下的體(cm3）。第12頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三(2)表觀密度。表觀密度（也稱體積密度）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。用下式表示： (2-7) 式中體積密度，gcm3或kgm3； m材料的質(zhì)量，g或 kg； V材料在自然狀態(tài)下的體積，cm3或m3。第13頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三(3)堆積密度

12、。堆積密度是指材料在規(guī)定的裝填條件下，單位松散體積的質(zhì)量。用下式表示： （2-9） 式中 散粒材料的堆積密度(gcm3或kgm3)。 m材料的質(zhì)量（g或 kg）； 散粒材料的松散體積（cm3或m3）。第14頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三散粒材料的松散體積包括固體顆粒體積、顆粒內(nèi)部孔隙體積和顆粒之間的空隙體積（圖2-2）。松散體積用容量筒測定。堆積密度與材料的裝填條件及含水狀態(tài)有關(guān)。在自然堆積狀態(tài)下稱松堆密度，如經(jīng)過振實后測得的堆積密度稱為緊堆密度。 圖2-2 材料孔（空）隙及體積示意圖1固體物質(zhì) 2閉口空隙 3開口空隙 4顆粒間隙第15頁，共37頁，2022年，5月2

13、0日，8點20分，星期三2、材料的密實度與孔隙率（1）密實度。密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度，也就是固體物質(zhì)的體積占總體積的比例。密實度反映材料的密室程度，以D表示： (2-10） 圖2-3 材料的密實度第16頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三（2）孔隙率 孔隙率指塊狀材料中孔隙體積與材料在自然狀態(tài)下總體積的百分比。用下式表示：第17頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三常用材料的密度、體積密度及孔隙率見表2-1。表2-1 常用建筑與裝飾材料的密度、體積密度及孔隙率材料密度/（g/cm3）體積密度/（g/cm3）孔隙率（%）普通粘土磚花崗巖普

14、通混凝土瀝青混凝土松木砂建筑鋼材2.52.82.62.9-1.551.602.62.77.851500180025002800230025002300240038070014001600785020400.51.052024557540450第18頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三3、材料的填充率和空隙率（1）填充率填充率是指散粒材料在某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度，以D表示?？捎孟率接嬎悖?(2-13) 圖2-4 材料填充率第19頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三（2）空隙率。散粒材料在松散狀態(tài)下，顆粒之間的空隙體積與松散體積的百分比稱為空

15、隙率。用下式表示： 100% （2-14）填充率和空隙率的關(guān)系是：D+ P= 1第20頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2.1.3材料與熱有關(guān)的性質(zhì)在實際工程中，為了節(jié)約建筑物的使用能耗以及為生產(chǎn)和生活創(chuàng)造適宜的條件，通常要求建筑材料具有一定的熱性質(zhì)用以維持室內(nèi)的溫度，所以，常常要考慮材料的導(dǎo)熱性、熱容性熱變形性及材料的保溫隔熱性能1、導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性。材料的導(dǎo)熱能力用導(dǎo)熱系數(shù)表示，其物理意義是：面積為1m2、厚度為1m的單層材料，當兩側(cè)溫差為1k時，經(jīng)單位面積（1m3）單位時間（1s）所通過的熱量。計算公式如下： （2-15）式中 材料的導(dǎo)熱系數(shù)w（m

16、K）； 傳導(dǎo)的熱量(J)； A 熱傳導(dǎo)面積(m2); d材料厚度(m)； T 導(dǎo)熱時間(s)； T1、T2材料兩側(cè)的溫度(K)。第21頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2、熱容性材料的熱容性是指材料受熱時吸收熱量或冷卻時放出熱量的能力。它以材料升溫或降溫時熱量的變化來表示的，即熱容量。材料受熱時吸收或冷卻時放出的熱量與其質(zhì)量、溫度變化值成正比關(guān)系，即： （2-16） 或 （2-17）第22頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三材料熱容量高，可較長時間保持房間溫度的穩(wěn)定。工程中常選用比熱大的建筑材料。水的比熱值最大。當材料含水率高時，比熱值則增大。通常所說

17、材料的比熱值是指其干燥狀態(tài)下的比熱值。幾種常見材料的比熱容值見表2-2。表2-2 常見材料的導(dǎo)熱系數(shù)及比熱材 料導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)比熱容J/（kgK）材 料導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)比熱容J/（kgK）銅鋼花崗巖普通混凝土普通粘土磚松木（順紋）370552.91.80.550.150.380.460.800.880.841.63絕熱纖維板玻璃棉板泡沫塑料冰水密閉空氣0.050.040.032.200.580.0251.460.881.302.054.191.00第23頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三3、熱性變形材料的熱變形是指材料在溫度變化時其尺寸的變化。一般材料均具有熱脹

18、冷縮這一自然屬性。材料的熱性變形，常用長度方向變化的線膨脹系數(shù)表示，土木工程中總體上要求材料的熱變形不要太大。對于像金屬、塑料等熱膨脹系數(shù)大的材料，因溫度和日照都易引起伸縮，成為構(gòu)件產(chǎn)生位移的原因，在構(gòu)件接合和組合時都必須予以注意。在有隔熱保溫要求的工程設(shè)計中，應(yīng)盡量選用熱容器（或比熱容）大、導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。4、保溫隔熱性能在建筑工程中常把I/稱為材料的熱阻，用R來表示，單位為mK/W。導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻R都是評定建筑材料保溫隔熱性能的重要指標。人們常習慣把防止室內(nèi)熱量的散失稱為保溫，把防止外部熱量的進入成為隔熱，將保溫隔熱統(tǒng)稱為絕熱。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱阻值越大，則材料的導(dǎo)熱性能越差，其保

19、溫隔熱性能越好，所以常將0.23W/(mK)的材料稱為絕熱材料。第24頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2.1.4材料與聲有關(guān)的性質(zhì)1、材料的吸聲性能材料吸收聲音的能力稱為材料的吸聲性。評定材料吸聲性能好壞的主要指標是吸聲系數(shù)，計算公式為： = E/E0 （2-18）式中 材料的吸聲系數(shù)； E被材料吸收的聲能(包括部分穿透材料的聲能)； E0入射到材料表面的總聲能。第25頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2、材料的隔聲性能材料能夠減弱或隔斷聲波傳遞的能力稱為材料的隔聲性能。材料的隔聲性用隔聲量來表示，計算公式為： R=10lgE0/E2 （2-19）

20、式中R隔聲量（dB）； E0入射到材料表面的總聲能； E2透過材料的聲能。第26頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2.2 材料的力學性質(zhì)1、強度材料抵抗外力作用破壞的性能稱為強度，如圖2-5所示。當材料承受荷載作用時，內(nèi)部便產(chǎn)生應(yīng)力。應(yīng)力隨荷載的增大而增大，直至材料發(fā)生破壞。此時的極限應(yīng)力值即為材料的強度?？捎孟率奖硎荆?f= （2-20）式中：f強度（MPa）； Fmax極限荷載（N）； A受力面積（mm2）第27頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三第28頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2、強度等級及影響因素材料的強度與組成及

21、結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說，材料的孔隙率越大，則強度越小。材料的強度還與檢測時試件的形狀、尺寸、含水狀態(tài)、環(huán)境溫度、加荷速度等有關(guān)。同種材料，試件尺寸小時所測強度值高，加荷速度快時強度值高，試件表面粗糙時強度值高。如果材料含水率增大，環(huán)境溫度升高。都會使材料強度降底。3、材料的比強度比強度是衡量材料輕質(zhì)高強性能的重要指標。其值等于材料強度與其體積密度之比。它便于我們對不同強度的材料進行比較。例如：木材的強度低于鋼材，而木材的比強度遠過高于鋼材，說明木材比鋼材更為輕質(zhì)高強。第29頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2.2.2材料的其它力學性質(zhì)1、材料的沖擊韌性和脆性材料抵抗沖擊、振動

22、荷載作用的能力稱為韌性。其值用沖擊韌性指標ak表示，ak指用帶缺口的試件做沖擊破壞試驗時，斷口處單位面積所吸收的功。計算式為： ak= （2-21）式中k材料的沖擊韌性指標（J/mm2） Ak試件破壞時所消耗的功（J）； A試件受力凈截面積（mm2）建筑鋼材、木材的k值較高，稱之為韌性材料。它們在破壞前均有較明顯的變形。玻璃混凝土、磚石等材料破壞前無明顯的塑性變形，稱之為脆性材料。第30頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三2、磨損及磨耗材料表面在外界物質(zhì)的摩擦作用下，其質(zhì)量和體積減小的現(xiàn)象稱為磨損，磨損用磨 損率表示： （2-22） 式中 K試件的磨損率（gcrn2） m1

23、、m2 試件磨損前、后的質(zhì)量（g）； A試件受磨表面積（cm2）第31頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三3、材料的彈性和塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形。當外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來的形狀的性質(zhì)，稱為彈性。這種當外力取消后瞬間內(nèi)即可完全消失的變形，稱為彈性變形，屬于可逆變性。其數(shù)值的大小與外力成正比，其比例系數(shù)E稱為彈性模量。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，不能恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為塑性。這種不能消失的變形，稱為塑性變形（或永久變形）。許多材料受力不大時，僅產(chǎn)生彈性變形；當受力超過一定限度后，即產(chǎn)生塑性變形。第32頁，共37頁，2022年，5月2

24、0日，8點20分，星期三2.3 材料的耐久性與環(huán)境協(xié)調(diào)性3.1影響材料耐久性的因素材料的耐久性是指材料在使用條件下，受到各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長期地保持其使用性能的性質(zhì)。材料的工作性能是指材料在使用過程中所必需具備的物理、化學、機械作用及生物等作用。影響材料耐久性的因素是多種多樣的，除材料內(nèi)在原因使其組成、構(gòu)造、性能發(fā)生變化以外，還要長期受到使用條件及各種自然因素的作用，這些作用可概括為以下幾個方面。（1）物理作用：它包括干濕變化、溫度變化和凍融變化等。這些作用將會使材料發(fā)生體積的漲縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴展。若長期反復(fù)作用則會使材料逐漸破壞。（2）化學作用：它包括大氣、環(huán)境水和在使用環(huán)境中的酸、堿、鹽等液體或有害氣體材料的侵蝕作用。 （3）機械作用：它包括使用過程中荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料的疲勞破壞以及沖擊、磨損等方面的作用。 （4）生物作用：它包括各種生物的菌類、微生物和昆蟲等作用而引起材料腐朽、蟲蛀而破壞。第33頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三第34頁，共37頁，2022年，5月20日，8點20分，星期三3.2提高材料耐久性的措施1、提高材料本身對外界作用的抵抗能力（如提高密實度、改變空隙構(gòu)造和改變成分等）；2、選用其他材料對主