二、建筑材料的基本物理性質

　　(一)材料的密度、表觀密度和堆積密度

　　1.密度(ρ)

　　密度是材料在絕對密實狀態下,單位體積的重量。按下式計算:

　　ρ=m/V

　　式中ρ一一密度, g/cm3;

　　m一一材料的重量, g;

　　V一一材料在絕對密實狀態下的體積, cm3。

　　這里指的"重量"與物理學中的"質量"是同一含義,在建筑材料學中,習慣上稱之為“重量”。對于固體材料而言, rn是指干燥至恒重狀態下的重量。所謂絕對密實狀態下的體積是指不含有任何孔隙的體積。建筑材料中除了鋼材、玻璃等少數材料外,絕大多數材料都含有一定的孔隙、如磚、石材等塊狀材料。對于這些有孔隙的材料,測定其密度時，應先把材料磨成細粉,經干燥至恒重后,用比重瓶(李氏瓶)測定其體積,然后按上式計算得到密度值。材料磨得越細,測得的數值就越準確。

　　2.表觀密度(ρo)

　　表現密度是指材料在自然狀態下,單位體積的重量。按下式計算:

　　Ρo=m/V0

　　ρo一一表觀密度, g/cm3或kg/m3;

　　m一一材料的重量, g或kg;

　　Vo一一材料的自然狀態下的體積, cm3或m3

　　材料在自然狀態下的體積包含了材料內部孔隙的體積。當材料含有水分時,它的重量 積都會發生變化。一般測定表觀密度時,以干燥狀態為準,如果在含水狀態下測定表 度,須注明含水情況。在試驗室中測定的通常為烘干至恒重狀態下的表觀密度。質地 堅硬的散粒狀材料,如砂、石,要磨成細粉測定密度需耗費很大的能量,一般測定其 密度,在應用過程中(如混凝土配合比計算過程)近似代替其密度。

　　3.堆積密度(ρ'0)

　　堆積密度是指粉狀或散粒狀材料在堆積狀態下,單位體積的重量。按下式計算:

　　ρ'0=m/V'0 (10-1-3 )

　　其中ρ'0一一堆積密度, kg/m3;

　　M一一材料的重量, kg;

　　V'0一一材料的堆積體積, m3。

　　這里,材料的重量是指自然堆積在一定容器內材料的重量;其堆積體積是指所用容器的容積。容器的容積視材料的種類和規格而定。材料的堆積體積既包含內部孔隙也包含顆粒之間的空隙。

　　(二)材料的孔隙率和空隙率

　　孔隙率是指材料體積內,孔隙體積所占的比例。用下式計算:

　　孔隙率P= = (1- )×100% (10-1-4)

　　孔隙率相對應的是密實度,即材料體積內,被固體物質充實的程度。可用下式計算:

　　密實度D= = ×100% (10-1-5)

　　孔隙率或密實度的大小直接反映了材料的致密程度。材料內部孔隙的構造可分為連通孔和封閉孔,連通孔不僅彼此貫通還與外界相通,而封閉孔不僅彼此不連通,而且與外界相隔絕孔隙按尺寸的大小又可分為極微細孔隙、細小孔隙和較粗大孔隙。孔隙的大小、分布、數量及構造特征對材料的性能產生很大的影響。

　　(四)材料的吸水性和吸濕性

　　材料在水中能吸收水分的性質,稱為吸水性,常用吸水率來表示。按下式計算:

　　式中W吸一一一材料的吸水率, % ;

　　rno一一材料在干燥狀態下的重量, g;

　　m一一材料在吸水飽和狀態下的重量, g。

　　吸水率有重量吸水率和體積吸水率之分,上式定義的吸水率為重量吸水率,體積吸水率是指材料吸入飽和水的體積占材料自然狀態下體積的百分率。

　　材料的吸水率與孔隙有很大關系,若材料具有微細而連通的孔隙,則吸水率較大，若具有封閉孔隙,則水分難以滲入,吸水率較小;若具有的孔隙較粗大,水分雖容易滲入，但不易在孔內保留,僅起到潤濕孔壁的作用,吸水率也較小。所以,不同的材料或同種材料不同的內部構造,其吸水率會有很大的差別。

　　吸濕性是指材料吸收空氣中水分的性質,常以含水率表示,按下式計算:

　　式中W含一一含水率, % ;

　　M0一一材料在干燥狀態下的重量, g;

　　ml 一一一材料在含水狀態下的重量, go

　　空氣濕度發生變化時,含水率也會隨之發生變化。與空氣濕度達到平衡時的含水率稱平衡含水率。通常材料大量吸濕后,會造成材料重量增加、體積改變、強度降低，對于保溫材料來說,還會顯著降低其保溫絕熱性能。

　　(五)材料的耐水性、抗滲性和抗凍性

　　材料長期在飽和水的作用下不破壞,而且強度也不顯著降低的性質,稱為耐水性,常用軟化系數表示。按下式計算:

　　K軟=R飽/R干

　　K軟一一軟化系數;

　　R飽一一材料在吸水飽和狀態下的抗壓強度, MPa;

　　R干一一材料在干燥狀態下的抗壓強度, MPa。

　　一般材料吸水后,材料內部的結合力有所削弱,造成強度不同程度的降低,即使是致密的花崗巖長期浸泡水中,強度也會降低3%左右。

　　K軟在0~1之間波動,通常將軟化系數大于0.85的材料,認為是耐水材料。

　　抗慘性是指材料抵抗壓力水滲透的性質,一般用滲透系數K或抗滲等級P表示。

　　K一一滲透系數, cm/h;

　　Q一一透水量, cm3;

　　d一一試件厚度, cm;

　　A一一透水面積?, cm-;

　　t一一時間, h;

　　H一一靜水壓力水頭, cm.

　　凝土材料的抗滲等級可用下式計算:

　　P=10H-1

　　P一抗滲等級;

　　H――六個試件中有三個試件開始滲水時的水壓力, MPa。

　　滲透系數越小或抗滲等級越高,表明材料的抗滲性越好。各種防水材料及受壓力水作用部位的材料,都要具有一定的抗滲性。

　　抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下,能經受多次凍融循環作用而不破壞、強度又不顯著降低的性質,常用抗凍等級F表示。抗凍等級表示試件能經受的最大凍融循環次數。

　　當材料內部孔隙充滿水,且水溫降至負溫時,水會結冰而產生體積膨脹(約增大9%)，對孔壁產生很大的壓力(可達100MPa) ,造成孔壁開裂。反復的凍融又造成材料內外層產生明顯的應力差和溫度差,將對材料產生不同程度的破壞。

　　材料的抗滲性和抗凍性與孔隙率、孔隙大小和特征等有很大關系。孔隙率小及具有封閉孔的材料有較高的抗滲性和抗凍性;若具有細微而連通的孔隙,則對抗滲性和抗凍性均不利，若孔隙吸水后還有一定的空間,則可緩解冰凍的破壞作用。

　　(六)材料的導熱性和熱容量

　　材料傳導熱量的性質稱為導熱性。當材料兩側表面存在溫度差時,熱量會從材料的一面傳到另一面。材料的導熱性可用導熱系數λ表示,采用下式計算:

　　λ一一導熱系數, W/(m.K);

　　Q一一傳導熱量, J;

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