[拼音]：jianzhu cailiao de wuli xingneng

[外文]：physical properties of building material

土木建筑材料的物理性能通常指：密度、比重、容重、 孔隙率、硬度以及熱、聲、光、 電等方面的性能（力學(xué)性能見(jiàn)建筑材料的力學(xué)性能）。

一般物理性質(zhì)

密度

材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。如材料的體積內(nèi)包含有孔隙和水分時(shí)，則求得的密度稱為視密度或表觀密度。

測(cè)量密度時(shí)，由于一般材料的內(nèi)部均含有一些孔隙，為了獲得絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)的試樣，須將材料磨成細(xì)粉以排除其內(nèi)部孔隙，再用排液置換法求出材料的絕對(duì)密實(shí)體積。材料的密度單位可用克/厘米³、千克/升、千克/米³等表示。

比重

材料在 4°C時(shí)和絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的重量與同體積水的重量之比，或材料的密度與水的密度之比。

容重

材料在自然狀態(tài)下（包含內(nèi)部孔隙）單位體積的質(zhì)量。當(dāng)材料含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積均能發(fā)生變化，影響材料的容重值。故對(duì)所測(cè)的材料容重，必須注明其含水狀態(tài)。通常所謂的材料容重是指材料在氣干狀態(tài)下的容重，而在烘干狀態(tài)下的容重則稱為干容重。材料的容重單位一般可用克/厘米³、千克/升、千克/米³等表示。

松散容重

散粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。從一定高度將散粒狀材料自由落下并裝滿容器，以容器的容積除其質(zhì)量，即為松散容重。砂、石和水泥等材料的容重常用松散容重表示。

密度、容重和松散容重可用于計(jì)算材料的孔隙率、空隙率，以及估算材料的體積和質(zhì)量。

孔隙率

材料中孔隙體積占材料總體積的百分比，是衡量材料多孔性或致密程度的一種指標(biāo)。材料內(nèi)部孔隙中，有與外界相連通的開(kāi)口孔隙和與外界隔絕的封閉孔隙。孔隙本身按其孔徑大小又可分為極細(xì)孔隙、毛細(xì)孔隙和粗大孔隙等。孔隙率大小、孔隙結(jié)構(gòu)以及各種大小孔隙的級(jí)配，對(duì)材料的容重、強(qiáng)度、濕脹干縮、吸水、抗?jié)B、抗凍和聲、絕熱等性能都有重要影響。

孔隙率(η)可根據(jù)材料的容重 (у₀)和密度（^-ρ）按下式計(jì)算：

材料的孔隙結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法很多，目前應(yīng)用較廣的是：大孔隙結(jié)構(gòu)采用顯微鏡法；微小孔隙結(jié)構(gòu)采用氣體吸附法和水銀壓入法。

空隙率

散粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下，顆粒之間的空隙體積占總體積的百分比?？梢岳蒙鲜龉?，^-ρ用視密度代入，у₀用松散容重代入，則求得的η值即為空隙率。

吸水率

材料由干燥狀態(tài)變?yōu)轱柡臀疇顟B(tài)所增加的質(zhì)量與材料干質(zhì)量的百分比。算式為

式中 B為材料的吸水率； G為材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（克）；G₁為材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（克）。

吸水率表示材料吸收水分的能力。它與材料的孔隙構(gòu)造及其表面性能有關(guān)。細(xì)小而連通的孔隙較易吸水，粗大的孔隙內(nèi)不易存留水分，所以封閉或粗大孔隙的材料吸水率都是較低的。材料表面是親水性的容易吸水，是憎水性的則不能吸水。

致密巖石（如花崗巖）的吸水率為0.5～0.7％，普通混凝土為2～3％，粘土磚為8～20％，木材或某些輕質(zhì)材料的吸水率常大于100％。

含水率

材料內(nèi)部所包含水分的質(zhì)量占材料干質(zhì)量的百分比。材料在自然環(huán)境中，其孔隙中所含有的水分與空氣濕度達(dá)到平衡時(shí)，這部分水的質(zhì)量占材料干質(zhì)量的百分比，稱為平衡含水率。材料含有水分之后，常引起質(zhì)量增大、體積膨脹、強(qiáng)度和隔熱性能降低等弊病，因此應(yīng)注意采取防護(hù)措施。

硬度

材料抵抗其他物體刻劃、摩擦、壓入其表面的能力。不同的材料要采用不同的硬度測(cè)試方法。天然礦物的硬度用抵抗刻劃的能力表示，常用莫氏硬度計(jì)測(cè)定。莫氏硬度計(jì)規(guī)定了10種不同硬度的礦物做為硬度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長(zhǎng)石、石英、黃玉、剛玉、金剛石依次排列。采用刻劃的方法即可鑒定出被測(cè)礦物的硬度。

石材的硬度用抵抗磨耗的能力表示。試件用石英砂磨料經(jīng)一定摩擦行程后，以單位摩擦面積上的質(zhì)量損失表示其硬度。用下式計(jì)算：

A＝_??/F

式中A為磨耗硬度(克/厘米²);_??為試件質(zhì)量損失(克);F為試件摩擦面積（厘米²）。

金屬的硬度用抵抗物體壓入的能力表示。常用的有布氏硬度和洛氏硬度。

（1）布氏硬度。用一定直徑的鋼球，以規(guī)定荷載壓入金屬表面。布氏硬度值是以壓痕球面積上所承受的平均壓力表示，用下式計(jì)算：

式中HB為布氏硬度值（千克力/毫米²）;P為鋼球上的荷載（千克力）；D為鋼球直徑(毫米)；d為壓痕直徑（毫米）。

（2）洛氏硬度。用金剛石圓錐體或鋼球標(biāo)準(zhǔn)壓頭先后兩次施加負(fù)荷。洛氏硬度值(HR)是以在初荷載繼續(xù)作用下，由主荷載所引起的殘余壓入深度值計(jì)算。殘余壓入深度值越大，金屬硬度越低，反之則硬度越高。

此外，尚有維氏硬度、肖氏硬度等方法，維氏硬度與布氏硬度類似，肖氏硬度用于測(cè)定橡膠、塑料等的材料硬度。

材料內(nèi)部組織的硬度是用顯微硬度計(jì)測(cè)定。材料的硬度與材料的強(qiáng)度、耐磨性、加工性能以及其他物理力學(xué)性能均有密切關(guān)系。

熱學(xué)性質(zhì)

比熱容

單位質(zhì)量的材料溫度升高 1開(kāi)所吸收的熱量，比熱容的工程單位是焦/(千克?開(kāi))。材料的比熱容主要取決于礦物成分和有機(jī)質(zhì)的含量。濕度對(duì)材料比熱容影響很大，它隨著材料濕度的增加而提高。其比熱容大多在0.42～2.51×10³焦/(千克?開(kāi))之間。

熱導(dǎo)率

在穩(wěn)定傳熱條件下，傳熱方向垂直于材料表面，在壁厚為1米的板材上，壁內(nèi)外表面的溫差為1開(kāi)，單位面積上、單位時(shí)間所傳遞的熱量。算式為

式中λ為材料的熱導(dǎo)率，也稱導(dǎo)熱系數(shù)［瓦/(米?開(kāi))］；Q為總傳熱量（焦）；t₁－t₁為壁內(nèi)外表面的溫差(開(kāi))；δ為壁厚(米)；F為表面積(米²)；z為傳熱時(shí)間（秒）。

熱導(dǎo)率表示材料傳遞熱量的能力。它與材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和容重(包括孔隙率，孔隙大小及構(gòu)造)等因素有關(guān)。材料愈密實(shí)，熱導(dǎo)率愈大。材料受潮后，熱導(dǎo)率顯著增大。一般情況，材料溫度升高，熱導(dǎo)率也會(huì)增大。在高溫和低溫條件下，就要考慮溫度對(duì)熱導(dǎo)率的影響，通常把λ值小于0.23瓦/（米?開(kāi)）的材料稱保溫隔熱材料。

熱阻

材料抵抗熱流通過(guò)的能力。熱阻R 等于溫度差除以熱流量，單位為開(kāi)/瓦。熱阻愈大，在同樣溫差條件下，通過(guò)材料的熱流量愈少。熱阻的倒數(shù)也稱熱導(dǎo)(G)，即G＝1/R，它表示材料內(nèi)外表面的溫差為1開(kāi)時(shí)所傳遞的熱流量，單位為瓦/開(kāi)。

熱擴(kuò)散率

在不穩(wěn)定傳熱條件下，材料受到冷卻或加熱作用時(shí)，溫度變化在材料內(nèi)部擴(kuò)展的速度。算式為

a＝λ/^-ρc式中a為熱擴(kuò)散率(米²/秒)；λ為熱導(dǎo)率[瓦/(米?開(kāi))]；^-ρ 為密度(千克/米³)；c為比熱容[焦/(千克?開(kāi))]。a值愈大，溫度變化向材料內(nèi)部擴(kuò)展速度愈快。在設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，一定要考慮材料的熱擴(kuò)散率。

蓄熱系數(shù)

在周期熱作用下，材料蓄熱的能力。可用下式計(jì)算：

式中S為蓄熱系數(shù)[瓦/(米²?開(kāi))];λ為熱導(dǎo)率[瓦/(米?開(kāi)）]；c為比熱容，[焦/（千克?開(kāi)）]；у₀為容重（公斤/米³）；T為周期（秒）。S值愈大，材料的熱穩(wěn)定性愈好，表面溫度波動(dòng)愈小。

聲學(xué)性質(zhì)

聲波入射到材料表面時(shí)，聲能的一部分被反射(E_r)，一部分透過(guò)材料(E_t)，還有一部分被吸收(E_a)。若單位時(shí)間內(nèi)入射總聲能為E₀，根據(jù)能量守恒定律則：

E₀＝E_r+E_a+E_t

聲透射系數(shù)

透過(guò)材料的聲能與總?cè)肷渎暷苤戎?，聲透射系?shù)τ＝E_t/E₀。τ值小的材料稱隔聲材料。

聲反射系數(shù)

被反射的聲能與總?cè)肷渎暷苤戎?，聲反射系?shù)у＝E_r/E₀。у值小的材料稱為吸聲材料。

吸聲系數(shù)

被材料吸收的聲能(通常指E₀–E_r)與總?cè)肷渎暷苤戎怠?/p>

吸聲系數(shù)α＝(E₀－E_r)/E₀＝1－E_r/E₀＝1-у。對(duì)無(wú)吸收或完全反射面，α為0；對(duì)完全吸收或無(wú)反射面，α為1。吸聲系數(shù)除取決于材料吸收性能外，尚與聲荷入射角和頻率有關(guān)。

隔聲量

也稱傳聲損失。入射聲能與透射聲能相差的分貝數(shù)，即R＝10lg(1/τ)。式中R為隔聲量；τ為透射系數(shù)。隔聲量越大，則表示透過(guò)的聲能越小，材料的隔聲性能越佳。隔聲量與聲音頻率有關(guān)，常用125、250、500、1000、2000和4000赫，6個(gè)倍頻程的隔聲量表示材料的隔聲性能，也可用平均隔聲量（其算術(shù)平均值）來(lái)表示。

光學(xué)性質(zhì)

當(dāng)光束照射到物體（如玻璃、墻等）上時(shí)，入射光的強(qiáng)度(I₀)中一部分被反射(I_r)，一部分被吸收(I_a)，一部分透過(guò)物體(I_t)進(jìn)入另一側(cè)的空間。根據(jù)能量守恒定律則：

I₀＝I_r+I_a+I_t

而三部分所占的比例取決于物體本身的成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面光滑程度等因素。

根據(jù)光線通過(guò)反射和透射后的分布情況，材料分為兩大類：一類屬于定向的，即光線經(jīng)過(guò)反射和透射后，光分布的立體角沒(méi)有改變（如鏡子、透明玻璃）；另一類為擴(kuò)散的，即光線分散在更大的立體角范圍內(nèi)（如粉刷墻面、乳白玻璃、油漆表面、磨砂玻璃）。

反射系數(shù)

也稱反光系數(shù)，反射光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度之比，即R＝I_r/I₀。

光澤度

材料表面將入射光強(qiáng)度向一個(gè)方向反射出去的能力，也稱亮度。對(duì)于裝飾性涂料是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)，常采用與已知光澤度的標(biāo)準(zhǔn)板相比而得。光澤度越高，表示材料表面定向反射光線的能力越強(qiáng)。

透光系數(shù)

透射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比，即T＝I_t/I₀，也稱透光度。

吸光系數(shù)

吸收光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度之比，即K＝I_a/I₀，也稱吸光性。

色度

顏色的純度或濃度，即色調(diào)主波長(zhǎng)在與白光混合中所占的百分?jǐn)?shù)。一般用目視區(qū)分物體的顏色差別時(shí)，由于受到色彩記憶能力和自然條件等因素的限制，不可避免地有人為的誤差。顏色的色度可以用光電色差儀進(jìn)行定量測(cè)定。國(guó)際上通用的顏色測(cè)定系統(tǒng)是國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)所頒布的坐標(biāo)系統(tǒng)，即測(cè)定紅、綠、藍(lán)三原色的刺激值X、Y、Z。

電學(xué)性質(zhì)

電阻率

長(zhǎng)度為1米，截面積為1毫米的材料的電阻歐姆數(shù)。電阻率也稱比電阻，單位為微歐?米。材料的電阻率除受其物理、化學(xué)性能影響外，還受外界溫度、濕度及塵埃的影響。

介電常數(shù)

在一定的外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)被極化的程度，單位為法/米。介質(zhì)的介電常數(shù)越大，在電場(chǎng)中其極化程度越高，用它制成的電容器的電容量也越大。為了方便，常用相對(duì)介電常數(shù)表示:ε_r＝ε/ε₀。式中ε_r為相對(duì)介電常數(shù)；ε為介電常數(shù)（法/米）；ε₀為真空的介電常數(shù)（法/米）。

參考書(shū)目

1. 湖南大學(xué)等編：《建筑材料》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，北京，1979。

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文章名稱：《建筑材料的物理性能》

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