第一章 建筑材料的基本性质
? 1.1 材料的基本物理性质 (physical properties)
– 1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度
? (1)密度 (density)
– 近似密度（视密度） (apparent density)
? (2)表观密度 (apparent density)
? (3)堆积密度 （散粒体） (bulk density)(for particles)
– 压实密度（ compacted density）
– 1.1.2 材料的密实度与孔隙率
? (1)密实度 (density)
? (2)孔隙率 (porosity)
– 1.1.3 材料的填充率与空隙率 （散粒体）
? (1)填充率 (filling ratio)
? (2)空隙率 (voids ratio,void content,void volume)
? 表 1.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度
及孔隙率
? 1.2 材料与水有关的性质
– 1.2.1 材料的亲水性与憎水性
? (1)亲水性（ 被水润湿 ） (hydrophilic nature)
? (2)憎水性 （润湿角 θ>90° ） (hydrophobic nature)
–1.2.2 材料的吸水性与吸湿性
?(1)吸水性 (water absorptivity)
?吸水率 (water absorption)
?(2)吸湿性 (hydroscopic nature)
?含 水率 (moisture content)
– 1.2.3 材料的耐水性 (抗水性 )(water resistance)
? 软化系数 (softening coefficient)
– 1.2.4 材料的抗冻性与抗渗性
? (1)抗冻性 (frost resistance)
? 水结冰时体积约增大 9％，从而对孔隙产生压力而使孔
壁开裂。
? 冻融循环 (freezing and thawing circle)
? 抗冻标号 (grade) D15(Dong)→ F15(Freeze)
? (2)抗渗性 (impermeability)
? 渗透系数 (coefficient of permeability)
? 抗渗等级 （ 抗渗标号 ） S(Shen) → P(Permeate)
? 1.3 材料的基本力学性质
– 1.3.1 材料的强度 (strength)
? (1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度
? (2)材料的抗弯强度
? 表 1.2 常用材料的强度 /MPa
– 1.3.2 材料的弹性与塑性
– 1.3.3 材料的脆性与韧性
? 1.4 材料的热工、声学、光学性质及材料的耐
久性
– 1.4.1 材料的热工性质
? (1)材料的导热性
– 导热系数
– 影响材料导热系数的主要因素
? ① 物质构成
? ②微观结构
? ③孔隙构造
? ④湿度
? ⑤温度
? ⑥热流方向
? (2)材料的热容量 (heat capacity)
– 比热容
? (3)耐燃性 （防失火） (flame resistance)
– 材料根据耐燃性可分为三大类：
? 1)不燃烧类
? 2)难燃烧类
? 3)燃烧类
? (4)耐火性 （耐高温）（耐热性） (fire resistance)
– 按耐火性高低可将材料分为以下 3类：
? 1)耐火材料
? 2)难熔材料
? 3)易熔材料
– 1.4.2 材料的声学性质
? (1)吸声性 (sound absorption)
– 吸声系数 (sound-absorption coefficient)
? (2)隔声性 （与吸声不同） (sound insulation)
– 1.4.3 材料的光学性质 (optical properties)
? 材料的 颜色,光泽, 透明度、表面组织、形状
尺寸，建筑物采光、立体造型、明暗对比等
– 1.4.4 材料的耐久性 (durability)
? 作用于材料的自然因素和有害介质可概括为以下
几个方面：
– (1)物理作用
– (2)化学作用
– (3)生物作用
1.5 材料的装饰性
? 1,色彩
? 2,光泽
? 3,透明性
? 4,表面质感
? 5,形状尺寸
? 1.6 材料的组成、结构与构造及其对材料
性质的影响
– 1.6.1 材料的组成
? (1)化学组成 (chemical)
? (2)矿物组成 (mineral)
? (3)相组成 (phase)
– 1.6.2 材料的结构和构造 (structure & constitution)
? (1)宏观结构 (环境的尺度,grand view)
? (2)粗观 (＞ mm的尺度,macro-structure)
– 1)致密结构 (dense structure)
– 2)多孔结构 (porous structure)
– 3)纤维结构 (fibrous structure)
– 4)层状结构 (layered structure,stratified structure)
? (3)细观结构 (亚微观结构 )(μm尺度,sub micro)
– 金属材料的金相组织
– 木材的木纤维
– 混凝土内的微裂缝等
? (4)微观结构 (原子、分子尺度,micro-structure)
– 1)晶体 (crystal)
? ① 原子晶体 (atomic crystal)
? ② 离子晶体 (ionic crystal)
? ③ 分子晶体 (molecular crystal)
? ④ 金属晶体 (metal crystal)
– 2)玻璃体 (glass)
– 3)胶体 (gel)
? (5)构造 ——材料的搭配组合 (constitution)
? 思考题
? (1)当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密
度、强度、吸水率、抗冻性及导热性是下降、上升还是不
变?
? (2)材料的密度、近似密度、表观密度、堆积密度有何差别?
? (3)材料的孔隙率和空隙率的含义如何?如何测定?了解它们
有何意义?
? (4)亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的?举例说明怎样
改变材料的亲水性与憎水性?
? (5)普通粘土砖进行抗压实验，浸水饱和后的破坏荷载为
183kN，干燥状态的破坏荷载为 207kN(受压面积为
115mm× l20mm)，问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触
的部位?
? (6)塑性材料和脆性材料在外力作用下，其变形
性能有何区别?
? (7)材料的耐久性应包括哪些内容?
? (8)建筑物的屋面、外墙、基础所使用的材料各
应具备哪些性质?
END OF
THIS CHAPTER
附 录
材料的密度
材料在绝对密实状态下, 单位体积的质量 。 按下
式计算：
式中,ρ ——密度, g／ cm3；
m ——材料在干燥状态的质量, g；
V ——材料的绝对密实体积,cm3。
? ?1.1
V
m
??
材料的表观密度
材料在自然状态下, 单位体积的质量 。 按下式计算：
式中,ρ0——表观密度, kg／ m3；
m ——材料的质量, kg；
V0——材料在自然状态下的外形体积, m3。
? ?2.1
0
0
V
m
??
材料为散粒或粉状, 如砂, 石子, 水泥等, 在堆积状态下,
单位体积的质量 。 按下式计算：
式中,——材料的堆积密度, kg／ m3；
m ——材料的质量, kg；
——材料的自然 (松散 )堆积体积 (包括材料颗粒体
积和颗粒之间空隙的体积 ),m3。
材料的堆积密度
? ?3.1
'
0
'
0 V
m
??
'0?
'0V
材料的密实度
材料体积内被固体物质充实的程度 。 按下式计算：
? ?4.1%100%100 0
0
????
?
?D
V
VD 或
材料的孔隙率
材料体积内, 孔隙体积所占的比例 。 按下式计算：
即,D＋ P=1或密实度＋孔隙率 =1。
? ?5.1%100)1(1 0
00
0 ???????
?
?
V
V
V
VVP
材料的填充率
散粒材料堆积体积中, 颗粒填充的程度 。 按下式计
算：
? ?6.1%10 0'%10 0'
'
0
'
0
????
?
?D
V
VD 或
材料的空隙率
散粒材料堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例 。
用下式计算：
即,D’＋ P’=1或填充率＋空隙率 =1。
? ?7.1%1 00)1(1'
'
0
'
0
'
0
'
0 ???????
?
?
V
V
V
VVP
材料的吸水率（质量、体积）
材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质, 用吸水
率表示, 即
式中,W——材料质量吸水率, %；
m——材料干燥状态下质量, g；
m1——材料吸水饱和状态下质量, g。
? ?8.1%1 0 01 ??? m mmW m
%1 0 011 ????
w
v m
mmW
?
材料的含水率
材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力, 用含水率表
示, 即
式中,W含 ——材料质量吸水率, %；
m含 ——材料含水时的质量, g；
m——材料干燥状态下的质量, g。
? ?9.1%100???
m
mmW 含
含
材料的软化系数
材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性, 用软化系
数表示, 即
式中,KP——材料的软化系数；
fw——材料在吸水饱和状态下的强度, MPa；
f ——材料在干燥状态下的强度, MPa。
? ?10.1
f
fK w
P ?
材料的渗透系数
材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性, 用渗透系
数表示, 即
式中,K——渗透系数, cm／ h；
Q——透水量, cm3；
d——试件厚度, cm；
A——透水面积, cm2；
t——渗水时间, h；
H——静水压力水头, cm。
? ?11.1
A th
QdK ?
材料的 抗渗等级
P=10H－ 1
式中,P——抗渗等级；
H——试件开始渗水时的水压力, MPa。
S (Shen) → P (Permeate)
材料的抗压、抗拉及抗剪强度
(compressive,tensile and shear
strength)
材料的抗压, 抗拉及抗剪强度按下式计算：
式中,f——材料的强度, MPa；
Fmax——破坏时最大荷载, N；
A——受力截面面积, mm2。
? ?12.1m a x
A
Ff ?
材料的抗弯强度 (bending strength)
1)二分法 。 将条形试件放在两支点上, 中间作用一集中荷
载, 对矩形截面试件, 则抗弯强度按下式计算：
2)三分法 。 在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载,
则抗弯强度按下式计算：
式中,fm——抗弯强度, MPa；
Fmax——弯曲破坏时最大荷载, N；
b,h——试件横截面的宽及高, mm；
L——两支点间的距离, mm。
? ?13.123 2m a xbh LFf m ?
? ?14.12m a xbh LFf m ?
材料的弹性与塑性、脆性与韧性
? 弹性,材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，
变形能完全消失的性质。 (elasticity)
? 塑性,材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，
仍保持变形后的形状，并不产生裂缝的性质。
(plasticity)
? 脆性,材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，
材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。
(brittleness,fragility)
? 韧性,材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大
的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。
(fracture toughness)
材料的导热系数
(coefficient of thermal conduction)
材料传导热量的性质称为导热性, 以导热系数表示, 即
式中,λ——导热系数, W／ (m·K)；
Q——总传热量, J；
a——材料厚度, m；
A——热传导面积, m2；
t——热传导时间, h；
T2—T1——材料两面温度差, K。
? ? ? ?15.112 TTAt
Qa
?
??
可将本式与 材料的渗透系数定义式 比较理解和记忆
材料的比热容 (specific heat capacity)
材料受热 (或冷却 )时吸收 (或放出 )热量的性质称为材料的
热容量, 用比热容表示, 即
式中,C——材料比热容, J/(g·K)
Q——材料吸收或放出的热量, J；
m——材料的质量, g；
T2—T1——材料受热或冷却前后温差, K。
? ? ? ?16.112 TTm
QC
?
?
材料的吸声系数 (acoustical coefficient)
声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性, 评
定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数 (α),即
式中,Ea——穿透材料的声能；
Eτ——材料消耗的声能；
E0——入射到材料表面的全部声能 。
? ?17.1
0E
EE a ?? ??
? 1.1 材料的基本物理性质 (physical properties)
– 1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度
? (1)密度 (density)
– 近似密度（视密度） (apparent density)
? (2)表观密度 (apparent density)
? (3)堆积密度 （散粒体） (bulk density)(for particles)
– 压实密度（ compacted density）
– 1.1.2 材料的密实度与孔隙率
? (1)密实度 (density)
? (2)孔隙率 (porosity)
– 1.1.3 材料的填充率与空隙率 （散粒体）
? (1)填充率 (filling ratio)
? (2)空隙率 (voids ratio,void content,void volume)
? 表 1.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度
及孔隙率
? 1.2 材料与水有关的性质
– 1.2.1 材料的亲水性与憎水性
? (1)亲水性（ 被水润湿 ） (hydrophilic nature)
? (2)憎水性 （润湿角 θ>90° ） (hydrophobic nature)
–1.2.2 材料的吸水性与吸湿性
?(1)吸水性 (water absorptivity)
?吸水率 (water absorption)
?(2)吸湿性 (hydroscopic nature)
?含 水率 (moisture content)
– 1.2.3 材料的耐水性 (抗水性 )(water resistance)
? 软化系数 (softening coefficient)
– 1.2.4 材料的抗冻性与抗渗性
? (1)抗冻性 (frost resistance)
? 水结冰时体积约增大 9％，从而对孔隙产生压力而使孔
壁开裂。
? 冻融循环 (freezing and thawing circle)
? 抗冻标号 (grade) D15(Dong)→ F15(Freeze)
? (2)抗渗性 (impermeability)
? 渗透系数 (coefficient of permeability)
? 抗渗等级 （ 抗渗标号 ） S(Shen) → P(Permeate)
? 1.3 材料的基本力学性质
– 1.3.1 材料的强度 (strength)
? (1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度
? (2)材料的抗弯强度
? 表 1.2 常用材料的强度 /MPa
– 1.3.2 材料的弹性与塑性
– 1.3.3 材料的脆性与韧性
? 1.4 材料的热工、声学、光学性质及材料的耐
久性
– 1.4.1 材料的热工性质
? (1)材料的导热性
– 导热系数
– 影响材料导热系数的主要因素
? ① 物质构成
? ②微观结构
? ③孔隙构造
? ④湿度
? ⑤温度
? ⑥热流方向
? (2)材料的热容量 (heat capacity)
– 比热容
? (3)耐燃性 （防失火） (flame resistance)
– 材料根据耐燃性可分为三大类：
? 1)不燃烧类
? 2)难燃烧类
? 3)燃烧类
? (4)耐火性 （耐高温）（耐热性） (fire resistance)
– 按耐火性高低可将材料分为以下 3类：
? 1)耐火材料
? 2)难熔材料
? 3)易熔材料
– 1.4.2 材料的声学性质
? (1)吸声性 (sound absorption)
– 吸声系数 (sound-absorption coefficient)
? (2)隔声性 （与吸声不同） (sound insulation)
– 1.4.3 材料的光学性质 (optical properties)
? 材料的 颜色,光泽, 透明度、表面组织、形状
尺寸，建筑物采光、立体造型、明暗对比等
– 1.4.4 材料的耐久性 (durability)
? 作用于材料的自然因素和有害介质可概括为以下
几个方面：
– (1)物理作用
– (2)化学作用
– (3)生物作用
1.5 材料的装饰性
? 1,色彩
? 2,光泽
? 3,透明性
? 4,表面质感
? 5,形状尺寸
? 1.6 材料的组成、结构与构造及其对材料
性质的影响
– 1.6.1 材料的组成
? (1)化学组成 (chemical)
? (2)矿物组成 (mineral)
? (3)相组成 (phase)
– 1.6.2 材料的结构和构造 (structure & constitution)
? (1)宏观结构 (环境的尺度,grand view)
? (2)粗观 (＞ mm的尺度,macro-structure)
– 1)致密结构 (dense structure)
– 2)多孔结构 (porous structure)
– 3)纤维结构 (fibrous structure)
– 4)层状结构 (layered structure,stratified structure)
? (3)细观结构 (亚微观结构 )(μm尺度,sub micro)
– 金属材料的金相组织
– 木材的木纤维
– 混凝土内的微裂缝等
? (4)微观结构 (原子、分子尺度,micro-structure)
– 1)晶体 (crystal)
? ① 原子晶体 (atomic crystal)
? ② 离子晶体 (ionic crystal)
? ③ 分子晶体 (molecular crystal)
? ④ 金属晶体 (metal crystal)
– 2)玻璃体 (glass)
– 3)胶体 (gel)
? (5)构造 ——材料的搭配组合 (constitution)
? 思考题
? (1)当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密
度、强度、吸水率、抗冻性及导热性是下降、上升还是不
变?
? (2)材料的密度、近似密度、表观密度、堆积密度有何差别?
? (3)材料的孔隙率和空隙率的含义如何?如何测定?了解它们
有何意义?
? (4)亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的?举例说明怎样
改变材料的亲水性与憎水性?
? (5)普通粘土砖进行抗压实验，浸水饱和后的破坏荷载为
183kN，干燥状态的破坏荷载为 207kN(受压面积为
115mm× l20mm)，问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触
的部位?
? (6)塑性材料和脆性材料在外力作用下，其变形
性能有何区别?
? (7)材料的耐久性应包括哪些内容?
? (8)建筑物的屋面、外墙、基础所使用的材料各
应具备哪些性质?
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附 录
材料的密度
材料在绝对密实状态下, 单位体积的质量 。 按下
式计算：
式中,ρ ——密度, g／ cm3；
m ——材料在干燥状态的质量, g；
V ——材料的绝对密实体积,cm3。
? ?1.1
V
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??
材料的表观密度
材料在自然状态下, 单位体积的质量 。 按下式计算：
式中,ρ0——表观密度, kg／ m3；
m ——材料的质量, kg；
V0——材料在自然状态下的外形体积, m3。
? ?2.1
0
0
V
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材料为散粒或粉状, 如砂, 石子, 水泥等, 在堆积状态下,
单位体积的质量 。 按下式计算：
式中,——材料的堆积密度, kg／ m3；
m ——材料的质量, kg；
——材料的自然 (松散 )堆积体积 (包括材料颗粒体
积和颗粒之间空隙的体积 ),m3。
材料的堆积密度
? ?3.1
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0
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材料的密实度
材料体积内被固体物质充实的程度 。 按下式计算：
? ?4.1%100%100 0
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V
VD 或
材料的孔隙率
材料体积内, 孔隙体积所占的比例 。 按下式计算：
即,D＋ P=1或密实度＋孔隙率 =1。
? ?5.1%100)1(1 0
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?
V
V
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VVP
材料的填充率
散粒材料堆积体积中, 颗粒填充的程度 。 按下式计
算：
? ?6.1%10 0'%10 0'
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材料的空隙率
散粒材料堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例 。
用下式计算：
即,D’＋ P’=1或填充率＋空隙率 =1。
? ?7.1%1 00)1(1'
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VVP
材料的吸水率（质量、体积）
材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质, 用吸水
率表示, 即
式中,W——材料质量吸水率, %；
m——材料干燥状态下质量, g；
m1——材料吸水饱和状态下质量, g。
? ?8.1%1 0 01 ??? m mmW m
%1 0 011 ????
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?
材料的含水率
材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力, 用含水率表
示, 即
式中,W含 ——材料质量吸水率, %；
m含 ——材料含水时的质量, g；
m——材料干燥状态下的质量, g。
? ?9.1%100???
m
mmW 含
含
材料的软化系数
材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性, 用软化系
数表示, 即
式中,KP——材料的软化系数；
fw——材料在吸水饱和状态下的强度, MPa；
f ——材料在干燥状态下的强度, MPa。
? ?10.1
f
fK w
P ?
材料的渗透系数
材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性, 用渗透系
数表示, 即
式中,K——渗透系数, cm／ h；
Q——透水量, cm3；
d——试件厚度, cm；
A——透水面积, cm2；
t——渗水时间, h；
H——静水压力水头, cm。
? ?11.1
A th
QdK ?
材料的 抗渗等级
P=10H－ 1
式中,P——抗渗等级；
H——试件开始渗水时的水压力, MPa。
S (Shen) → P (Permeate)
材料的抗压、抗拉及抗剪强度
(compressive,tensile and shear
strength)
材料的抗压, 抗拉及抗剪强度按下式计算：
式中,f——材料的强度, MPa；
Fmax——破坏时最大荷载, N；
A——受力截面面积, mm2。
? ?12.1m a x
A
Ff ?
材料的抗弯强度 (bending strength)
1)二分法 。 将条形试件放在两支点上, 中间作用一集中荷
载, 对矩形截面试件, 则抗弯强度按下式计算：
2)三分法 。 在跨度的三分点上作用两个相等的集中荷载,
则抗弯强度按下式计算：
式中,fm——抗弯强度, MPa；
Fmax——弯曲破坏时最大荷载, N；
b,h——试件横截面的宽及高, mm；
L——两支点间的距离, mm。
? ?13.123 2m a xbh LFf m ?
? ?14.12m a xbh LFf m ?
材料的弹性与塑性、脆性与韧性
? 弹性,材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，
变形能完全消失的性质。 (elasticity)
? 塑性,材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，
仍保持变形后的形状，并不产生裂缝的性质。
(plasticity)
? 脆性,材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，
材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。
(brittleness,fragility)
? 韧性,材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大
的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质。
(fracture toughness)
材料的导热系数
(coefficient of thermal conduction)
材料传导热量的性质称为导热性, 以导热系数表示, 即
式中,λ——导热系数, W／ (m·K)；
Q——总传热量, J；
a——材料厚度, m；
A——热传导面积, m2；
t——热传导时间, h；
T2—T1——材料两面温度差, K。
? ? ? ?15.112 TTAt
Qa
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可将本式与 材料的渗透系数定义式 比较理解和记忆
材料的比热容 (specific heat capacity)
材料受热 (或冷却 )时吸收 (或放出 )热量的性质称为材料的
热容量, 用比热容表示, 即
式中,C——材料比热容, J/(g·K)
Q——材料吸收或放出的热量, J；
m——材料的质量, g；
T2—T1——材料受热或冷却前后温差, K。
? ? ? ?16.112 TTm
QC
?
?
材料的吸声系数 (acoustical coefficient)
声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性, 评
定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数 (α),即
式中,Ea——穿透材料的声能；
Eτ——材料消耗的声能；
E0——入射到材料表面的全部声能 。
? ?17.1
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