一、材料的基本性质

材料的结构决定着材料的性质。常见的材料结构类型及其相应的主要特性见表9-2。

表9-2常用材料结构类型及主要特性

材料的基本性质主要包括物理性质、力学性质及耐久性。

一、材料的基本性质

（一）材料的基本物理性质

材料的基本物理性质可分为三个方面：

一是与质量和体积有关的性质；

二是与水有关的性质；

三是与热有关的性质。

1．与质量和体积有关的性质

（1）密度（绝对密度）。

是指材料在绝对密实状态下（不含内部所有孔隙体积）单位体积的质量，大多数多孔结构的建筑材料，测试时，必须充分磨细、烘干后称量质量，采用排开液体的方法来测定其体积。

（2）表观密度。

块状或粒状材料，如水泥、砂、石子等，在自然状态下（包括内部所有孔隙体积）单位体积的质量。

（3）堆积密度。

指粉状或粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。材料的自然堆积体积包括材料内部孔隙和松散材料颗粒之间的空隙在内的体积。

（4）密实度。

密实度指固体材料体积内被固体物质所充实的程度。

（5）孔隙率。

孔隙率指固体材料体积内孔隙体积所占的比例。

密实度和孔隙率两者之和为1，两者均反映了材料的密实程度，通常用孔隙率来直接反映材料的密实程度。孔隙率的大小对材料的物理性质和力学性质均有影响，而孔隙特征、孔隙构造和大小对材料性能影响较大。孔隙构造分为封闭孔隙（与外界隔绝）和连通孔隙（与外界连通）；按孔隙的尺寸大小分为粗大孔隙、细小孔隙、极细微孔隙。

2．材料与水有关的性质

（1）吸水性。

材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。

质量吸水率wm指材料吸水饱和时，所吸收水分的质量占干燥材料质量的百分数。

体积吸水率指材料吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料体积的百分数。

材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙特征有关。具有细微而连通孔隙的材料吸水率大，具有封闭孔隙的材料吸水率小。当材料有粗大孔隙时，水分不易存留，吸水率也小。

轻质材料，如海绵、塑料泡沫等，吸收水分后的质量远大于干燥时的质量，这种情况下，吸水率一般要用体积吸水率表示。

（2）吸湿性。

材料在空气中吸收水气的能力称为吸湿性。材料吸湿性的大小用含水率表示。

材料含水率的大小，除与材料本身组织、结构和成分有关外，还与周围环境的湿度、温度有关。当气温低、相对湿度大时，材料的含水率也大。

材料含水会使材料堆积密度和导热性增大、强度降低、体积膨胀，故材料吸水或吸湿后对材料的性能一般是不利的。

（3）耐水性。

材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。有孔材料的耐水性用软化系数表示。

材料的软化系数在0～1之间波动。因为材料吸水，水分渗入后，材料内部颗粒间的结合力减弱，软化了材料中的不耐水成分，致使材料强度降低。所以材料处于同一条件时，一般而言吸水后的强度比干燥状态下的强度低。软化系数越小，材料吸水饱和后强度降低越多，耐水性越差。通常把软化系数大于0．85的材料称为耐水材料。对重要工程及长期浸泡或潮湿环境下的材料，要求软化系数不低于0．85～0．90。

（4）抗冻性。

材料在吸水饱和状态下，抵抗多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质，称为抗冻性。用“抗冻等级”表示，抗冻等级一般用fn表示。

冰冻的破坏作用是由材料孔隙内的水分结冰引起的。水结冰后体积增大9%左右，从而对孔壁产生压力而使孔壁开裂。“抗冻等级”表示材料经过规定的冻融次数，其质量损失、强度降低均不低于规定值。如混凝土抗冻等级f50是指所能承受的最大冻融次数为50次，这时强度降低不超过25%，质量损失不超过5%。

（5）抗渗性

材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。

材料的渗透系数越小，其抗渗性能越好。材料抗渗性的好坏，与材料的孔隙率及其特征有密切关系。孔隙率小而且是封闭孔隙的材料，具有较高的抗渗性能。对于常受到压力水作用的地下建筑或水工构筑物，要求材料具有一定的抗渗性。

3．材料的热工性质

（1）导热性。

（2）比热。

材料比热的物理意义是指质量1千克的材料，在温度每改变1k时所吸收或放出的热量。

（二）材料的基本力学性质

材料的实际强度，常采用破坏性试验来测定，材料的强度除与其内部因素（组成、结构）有关外，还与外部因素，即测试条件有关（加荷速度、试件的形状和尺寸、测定时试件的温度、测定时试件的含水程度）。

2．材料的弹性与塑性

弹性是指受到外力作用产生的变形，能随外力撤消而完全恢复原状的性质。将发生的这种变形称为弹性变形，明显具有这种特征的材料称为弹性材料。受力后材料的应力与应变的比值即为弹性模量。其表达式如9-11所示。

塑性是指受到外力作用产生的变形，不能随外力撤消而自行恢复的性质，所发生的这种变形称塑性变形。

不同的材料在力的作用下表现出不同的变形特征。如混凝土，在它受力一开始，弹性变形和塑性变形便同时发生，除去外力后，弹性变形可以恢复（消失）而塑性变形不能消失。具有这种变形的特征的材料叫作弹塑性材料。

3．材料的脆性与冲击韧性

（三）材料的耐久性

材料抵抗各种破坏因素或腐蚀介质的长期作用，保持其原有的主要性质的能力称为材料的耐久性。

耐久性一般包括材料的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐溶蚀性、耐光性、耐磨性等。

金属材料常由化学和电化学作用引起腐蚀和破坏；

无机非金属材料常由化学作用、溶解、冻融、风蚀、温差、湿差、摩擦等其中某些因素或综合作用而引起破坏；

有机材料常由生物作用（细菌、昆虫等）溶蚀、化学腐蚀、光、热、大气等的作用而引起破坏。

二、建筑木材

木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类，建筑中应用最多的是针叶树。

木材具有自重轻、强度高、弹性韧性好、绝热性好、装饰性好（纹理）的优点，广泛应用于建筑梁、柱、门窗、地板、脚手架、混凝土模板、室内装修等。

（一）木材的主要性质

1．木材的物理性质

2．木材的强度

（二）木材的防腐

木材的腐朽为真菌侵害所致：真菌在木材中生存和繁殖必须具备三个条件，即适当的水分、足够的空气和适宜的温度。

木材还易受到白蚁、天牛等昆虫的蛀蚀，使木材形成很多孔眼或沟道，甚至蛀穴，破坏木质结构的完整性而使强度严重降低。

木材防腐的基本原理在于破坏真菌及虫类生存和繁殖条件。

（三）人造板材

木材经加工成型和制作构件时，会留下大量的碎块废屑，将这些废脚料或含有一定纤维量的其他作物作原料，采用一般物理和化学方法加工而成的即为人造板材。

这类板材与天然木材相比，板面宽，表面平整光洁，没有节子，不翘曲、开裂，经加工处理后还具有防水、防火、防腐、防酸性能。

常用人造板材有胶合板、纤维板、刨花板。

三、建筑玻璃

四、砌筑材料

（一）天然石材

1．岩石的分类

岩石是由各种不同的地质作用所形成的天然矿物的集合体。

天然岩石根据其形成的地质条件可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

2．天然石材的技术性质

（1）物理性质。

致密的石材（如花岗岩、大理石等），其表观密度接近于其密度，为～千克／立方米；

而孔隙率较大的石材（如火山凝灰岩、浮石等），其表观密度为～千克／立方米。

按表观密度大小可分为重石和轻石两类，表观密度大于千克／立方米的为重石，表观密度小于千克／立方米的为轻石。

重石可用于建筑物的基础、贴面、地面、房屋外墙、桥梁及水工构筑物等；

轻石主要用作墙体材料。

石材建筑的保温及隔热性能较差。

（2）力学性质

抗压强度是划分强度等级的依据。

天然岩石的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度的1／20～1／10，是典型的脆性材料

3．建筑石材的加工成品

（二）烧结砖

砖是建筑工程中用作墙体和屋面的主要建筑材料。用黏土烧结的砖和瓦，是传统建筑材料。它生产方便、价格便宜，最大缺点是要耗用大量耕地，且生产耗能高、产生环境污染，自重大，施工效率低，劳动强度大。

烧结砖按孔洞率分为无孔洞或孔洞率小于15%的实心砖（普通砖）；

孔洞率等于或大于15%、孔的尺寸小而数量多的多孔砖；

孔洞率等于或大于15%、孔的尺寸大而数量少的空心砖。

（三）建筑陶瓷

建筑陶瓷制品生产工艺流程与烧结黏土砖基本相同，上釉制品增加一道施釉工序。

釉是附着于陶瓷坯体表面的玻璃质薄层，釉面具有一定的光泽和颜色，使制品获得优良装饰效果。同时，釉层能提高制品的抗渗性、热稳定性、化学稳定性和机械强度

一些瓷砖为用全瓷质（无陶）材料制成，常称通体砖，这类砖含水率很低且强度高，施工前一般不用浸泡，可用于内外墙等。

（四）砌块

目前，采用较多的砌块有加气混凝土空心砌块、粉煤灰砌块、石膏砌块及陶粒空心砌块等。

砌块砌体的热工性能、隔声性能较好，质轻，体积大，施工速度快。

用小型或中型砌块均可砌成、及毫米等厚度的墙体，主要用于民用建筑，如宿舍、学校、办公楼以及一般工业建筑的围护墙、隔墙及保温材料等。

五、无机胶凝材料

建筑上用来将散粒材料（如砂、石子等）或块状材料（如砖、石块等）黏结成为整体的材料，统称为胶凝材料。

胶凝材料按其化学成分可分为无机胶凝材料（如水泥、石灰、石膏等；气硬性和水硬性两类）和有机胶凝材料两大类。

气硬性胶凝材料是指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度的胶凝材料，如石膏、石灰等。（地上或干燥环境）

水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，并保持和继续发展其强度的胶凝材料，如各种水泥。（既适用于地上环境，也可用于地下或水中环境）

（一）建筑石膏（气硬性胶凝材料）

（二）建筑石灰

（三）通用水泥

（四）建筑砂浆和混凝土

1．建筑砂浆

建筑砂浆在建筑工程中是常用的建筑材料，它用途广泛、用量较大。

建筑砂浆一般可分为砌筑砂浆和抹面砂浆两类。

在砌体结构中，砌筑砂浆可将单块的黏土砖、石材或砌块胶结起来，构成砌体。

砂浆还用于砖墙勾缝和填充大型墙板的接缝；

墙面、地面及梁柱的表面都需用砂浆抹面，起到保护结构以及装饰作用；

镶贴大理石、水磨石、贴面砖、瓷砖、马赛克等都需用砂浆。

此外，还有隔热、吸声、防水、防腐等特殊用途的砂浆，以及专门用于装饰的砂浆。

砂浆的组成材料如下。

（1）胶凝材料。（2）砂。（3）塑化剂。（4）水。

2．普通混凝土

六、金属材料

（一）建筑钢材

（二）铝合金材料

七、防水材料

沥青基防水材料是传统的防水材料，也是目前应用较多的防水材料，但是其使用寿命较短。

防水材料总的发展趋势是，向橡胶基和树脂基防水材料或高聚物改性沥青系列发展；

油毡的胎体由纸胎向玻纤胎或化纤胎方面发展；

密封材料和防水涂料由低塑性的产品向高弹性、高耐久性产品的方向发展；

防水层的构造也由多层向单层防水发展；

施工方法则由热熔法向冷粘贴法发展。

八、绝热材料

九、吸声材料与隔声材料

1.吸声材料大多为疏松多孔的材料，如矿渣棉、毯子等，其吸声机理是声波深入材料的孔隙，孔隙多为内部互相贯通的开口孔，受到空气分子摩擦和黏滞阻力，以及使细小纤维作机械振动，从而使声能转变为热能。

这类多孔性吸声材料的吸声系数，一般从低频到高频逐渐增大，故对高频和中频的声音吸收效果较好。

2.声波传播到材料或结构时：

因材料或结构吸收会失去一部分声能，透过材料的声能总是小于作用于材料或结构的声能，

材料的透射系数越小，说明材料的隔声性能越好，但工程上常用构件的隔声量值（单位db）来表示构件对空气声隔绝能力。同一材料或结构对不同频率的入射声波有不同隔声量。

3.声波在材料或结构中的传递基本途径有两种。

（1）经由空气直接传播，或者是声波使材料或构件产生振动，使声音传至另一空间中去；

（2）由于机械振动或撞击使材料或构件振动发声。前者称为空气声，后者称为结构声（固体声）。

（3）对策

表9-4隔声结构的分类

★对空气声的隔声：

单位面积质量，质量越大，越不易振动，则隔声效果越好，

因此，应选择密实、沉重的材料（如黏土砖、钢板、钢筋混凝土等）作为隔声材料。而吸声性能好的材料，一般为轻质、疏松、多孔的材料，不能简单地就把它们作为隔声材料来使用。

★对结构声隔声：

最有效的措施是以弹性材料作为楼板面层，直接减弱撞击能量；

在楼板基层与面层间加弹性垫层材料形成浮筑层，减弱撞击产生的振动；

在楼板基层下设置弹性吊顶，减弱楼板振动向下辐射的声能。