1、第二章第二章 建筑装饰材料的基本性质建筑装饰材料的基本性质主要介绍建筑装饰材料的主要介绍建筑装饰材料的基本物理性质、基本物理性质、力学性能、材料的耐久性力学性能、材料的耐久性以及有关参数、性以及有关参数、性能指标和计算公式等，通过对材料基本性能能指标和计算公式等，通过对材料基本性能的了解与掌握，为今后的学习与实践打下一的了解与掌握，为今后的学习与实践打下一定的基础。定的基础。本章提要本章提要本本 章章 内内 容容1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质2 材料的力学性质材料的力学性质3 材料的耐久性材料的耐久性1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质材料在绝对密实状态下（内部不含任何孔隙），单
2、位体积的质量称为材料的密度，以表示。其计算式为：绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的真实体积。一、材料与质量有关的性质一、材料与质量有关的性质1、密度密度mV式中式中:密度，g/cm3；m材料在干燥状态的质量，g；v材料在绝对密实状态下的体积，cm3。材料在绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。除了钢材、玻璃等少数材料外，绝大多数材料内部都存在一些孔隙。因此，在测定有孔隙的材料密度时，应把材料磨成细粉，来测定其在绝对密实状态下的体积。材料磨得越细，测得的密度值越精确。表观密度是指材料在自然状态自然状态下，单位体积所具有的质量，其计算式为(见辅）：表观体积是指包含材料
3、内部孔隙在内的体积。对外形规则的材料，其几何体积即为表观体积；对外形不规则的材料，可用排水法测定。一般所指的表观密度，是以干燥状态下的测定值为准。2、表观密度表观密度00mV堆积密度（旧称松散容重），是指散状（粉状、粒状或纤维状）材料在自然堆积状态下单位体积（包含了颗粒内部的孔隙即颗粒之间的空隙）所具有的质量。其计算式为：常用建筑材料的基本物理参数见表2.1。3、堆积密度堆积密度00mV表表2.1 常用建筑材料的密度、表观密度、堆积常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率密度和孔隙率 材料 密度(kg/m3)表观密度0(kg/m3)堆积密度0(kg/m3)孔隙率(%)石灰岩 2.6028
4、002600_花岗岩 2.602.9025002800_0.53.0碎石(石灰岩)2.60_24002700_砂 2.60_24502650_普通粘土砖 2.502.8026002800_粘土空心砖 2.5020002400_材料 密度(kg/m3)表观密度0(kg/m3)堆积密度0(kg/m3)孔隙率(%)水泥 3.20_22002300_普通混凝土 _22002600_520木材 2.55400800_5575钢材 7.857850_0泡沫塑料 _2050_玻璃 2.55_续表2.1(1)密实度密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例，以D表示
5、。其计算式为：4、密实度与孔隙率、密实度与孔隙率00100%VDV(2)孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率，以P表示。其计算式为：00001(1)100%VVVPVV 材料的总体积是由该材料的固体物质与其所包含的孔隙所组成的。建筑材料的许多性能如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与材料的孔隙有关。孔隙按其尺寸大小又可分为微孔、细孔和大孔。几种常用建筑材料的孔隙率见表2.2。1PD(1)填充率填充率 填充率是指散粒状材料在其堆积体积内，被其颗粒填充的程度，以D表示。其计算式为：5、填充率与空隙率填充率与空隙率00100%VDV(2)空隙率空隙率 空隙率是指散粒状材料在堆
6、积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率，以P表示。其计算式为：00000001(1)100%VVVPVV 空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间相互填充的致密程度。1PD填充率与空隙率的关系为：润湿是水在材料表面被吸附的过程，材料被水润湿的程度可用润湿角表示，如图2.1所示。一般认为，润湿角90（如图2.1（a）所示）的材料为亲水性材料。反之，90时，表明该材料不能被水润湿，称为憎水性材料(如图2.1（b）所示)。二、材料与水有关的性质（见辅）二、材料与水有关的性质（见辅）1、亲水性与憎水性亲水性与憎水性图2.1材料的润湿示意图(a)亲水性材料；（b）憎水性材料(1)吸水性吸水性材料在
7、浸水状态下吸入水分的能力称为吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。质量吸水率材料吸水达饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率，可表示为：2、吸水性与吸湿性（见辅）吸水性与吸湿性（见辅）100%mmWm干湿质干体积吸水率是指材料体积内被水充实的体积。即材料吸水达饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率，可按下式计算：00V1100%=100%VVmmW水干湿体水质量吸水率与体积吸水率有如下的关系：001WWW体质质水(2)吸湿性吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小可用含水率表示。材料所含水的质量占材料干燥质量的百
8、分率，称为材料的含水率，可用下式计算：100%mmWm干含含干材料长期在饱和水作用下而不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性耐水性。一般材料随着含水量的增加，会减弱其内部的结合力，强度也会不同程度地降低。材料的耐水性用软化系数软化系数表示，可按下式计算：（3）耐水性耐水性Kff饱软干软化系数的值在软化系数的值在0 01 1之间，软化系数越小，说之间，软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性就明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性就越差。通常将软化系数大于越差。通常将软化系数大于0.850.85的材料称为耐水的材料称为耐水性材料，耐水性材料可以用于水中和潮湿环境中性材料，耐
9、水性材料可以用于水中和潮湿环境中的重要结构；用于受潮较轻或次要结构时，材料的重要结构；用于受潮较轻或次要结构时，材料的软化系数也不宜小于的软化系数也不宜小于0.750.75。处于干燥环境中的。处于干燥环境中的材料可以不考虑软化系数。材料可以不考虑软化系数。材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或不透水性），可用渗透系数K表示。材料的透水性可用达西定律达西定律来描述，即在一定时间内，透水材料试件的水量与试件的断面积及水头差（液压）成正比，与试件的厚度成反比。可用下式表示：（4）抗渗性抗渗性W K100%hhWKAtdAth或渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质。渗透系数越大，材料的抗渗性越差。渗
10、透系数越大，材料的抗渗性越差。对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级S表示。材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有关。101SH抗冻性抗冻性是材料抵抗冻融循环作用，保持其原是材料抵抗冻融循环作用，保持其原有性能的能力。有性能的能力。对结构材料，主要指保持强度的能力，并以抗冻标号抗冻标号来表示。抗冻标号是用材料在吸水饱和状态下（最不利状态），经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，所能抵抗的最多冻融循环次数来表示，记作D25、D50、D200、D250等。（5）抗冻性抗冻性 材料的抗冻性主要与孔隙率、孔隙特性、抵抗胀裂的强度等有关，工程中常从这些方面改善材料的抗冻性。对于室外温
11、度低于 的地区，其主要工程材料必须进行抗冻性试验。材料抗冻性的高低决定于材料的吸水饱和程度和材料对结冰体积膨胀所产生的压力的抵抗能力。抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标。材料的强度愈高，耐水性愈好，其抗冻性愈好。材料传导热量的能力，称为导热性。材料导热能力的大小可以用导热系数（）表示。导热系数在数值上等于厚度为2m的材料，当其相对两侧表面的温度差为2K时，经单位面积（2m2）单位时间（2s）所通过的热量。三、材料的热工性质三、材料的热工性质1、导热性导热性材料的导热系数除与其本身的性质、结构、性质、结构、密度有关外，还与材料的含水率及环境温度密度有关外，
12、还与材料的含水率及环境温度等有关。21()QAt TT可用下式表示：材料加热或冷却时，吸收或放出热量的性质，称为热容量。热容量的大小用比热容（也称热容量系数，简称比热）表示，比热容表示2g材料，温度升高2K时所吸收的热量，或降低2K时放出的热量。材料吸收或放出的热量和比热，可用下式计算：2、比热容比热容21()Qcm TT21()Qcm TT比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。常见建筑材料的热工指标见表2.3。材料的温度变形性，是指温度升高或降低时材料的体材料的温度变形性，是指温度升高或降低时材料的体积变化。绝大多数建筑材料在温度升高时体积膨胀，温度积变化。绝大多数建筑材料在温度升高时
13、体积膨胀，温度下降时体积收缩。这种变化表现在单向尺寸时，为线膨胀下降时体积收缩。这种变化表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收缩。材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为：或线收缩。材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为：(2-8)(2-8)式中式中 线膨胀或线收缩量，线膨胀或线收缩量，mmmm或或cmcm；材料升温或降温前后的温度差，材料升温或降温前后的温度差，K K；材料在常温下的平均线膨胀系数，材料在常温下的平均线膨胀系数，1/K1/K；材料原来的长度，材料原来的长度，mmmm或或cmcm。21()LTTL21()LTTL3、温度变形性、温度变形性近年来，我国发生的重大伤亡性火灾，几乎都与建筑装
14、修和近年来，我国发生的重大伤亡性火灾，几乎都与建筑装修和建筑装饰材料有关。因此，在选择建筑装饰材料时，对材料的燃建筑装饰材料有关。因此，在选择建筑装饰材料时，对材料的燃烧性能应给予足够的重视。烧性能应给予足够的重视。（1 1）建筑装饰材料燃烧所产生的破坏和危害）建筑装饰材料燃烧所产生的破坏和危害 燃烧作用燃烧作用 在建筑物发生火灾时，燃烧可将金属结构红在建筑物发生火灾时，燃烧可将金属结构红软、熔化，可将水泥混凝土脱水粉化及爆裂脱落，可将可燃材料软、熔化，可将水泥混凝土脱水粉化及爆裂脱落，可将可燃材料烧成灰烬，可使建筑物开裂破坏、坠落坍塌、装修报废等，同时烧成灰烬，可使建筑物开裂破坏、坠落坍塌、
15、装修报废等，同时燃烧产生的高温作用对人也有巨大的危害。燃烧产生的高温作用对人也有巨大的危害。发烟作用发烟作用 材料燃烧时，尤其是有机材料燃烧时，会产材料燃烧时，尤其是有机材料燃烧时，会产生大量的浓烟。浓烟会使人迷失方向，且造成心理恐惧，妨碍及生大量的浓烟。浓烟会使人迷失方向，且造成心理恐惧，妨碍及时逃逸和救援。时逃逸和救援。毒害作用毒害作用 部分建筑装饰材料，尤其是有机材料，燃烧部分建筑装饰材料，尤其是有机材料，燃烧时会产生剧毒气体，这种气体可在几秒至几十秒内，使人窒息而时会产生剧毒气体，这种气体可在几秒至几十秒内，使人窒息而死亡。死亡。4、材料的燃烧性能、材料的燃烧性能 （2）建筑材料的燃烧
16、性能分级）建筑材料的燃烧性能分级 建筑材料按其燃烧性能分为四个等级，见表建筑材料按其燃烧性能分为四个等级，见表2-2。表表2-2 建筑材料的燃烧性能分级建筑材料的燃烧性能分级等级燃烧性能燃烧特征A不燃性在空气中受到火烧或高温作用时不起火、不燃烧、不碳化的材料，如金属材料及无机矿物材料等B1难燃性在空气中受到火烧或高温作用时难起火、难燃烧、难碳化，当离开火源后燃烧或微燃立即停止的材料，如沥青混凝土、水泥刨花板等B2可燃性在空气中受到火烧或高温作用时立即起火或微燃，且离开火源后仍能继续燃烧或微燃的材料，如木材、部分塑料制品等B3易燃性在空气中受到火烧或高温作用时立即起火，并迅速燃烧，且离开火源后仍
17、能继续燃烧的材料，如部分未经阻燃处理的塑料、纤维织物等在选用建筑装饰材料时，应优先考虑采用不燃或难燃在选用建筑装饰材料时，应优先考虑采用不燃或难燃的材料。对有机建筑装饰材料，应考虑其阻燃性及其阻燃的材料。对有机建筑装饰材料，应考虑其阻燃性及其阻燃剂的种类和特性。如果必须采用可燃型的建筑材料，应采剂的种类和特性。如果必须采用可燃型的建筑材料，应采取相应的消防措施。取相应的消防措施。（3）材料的耐火性）材料的耐火性材料的耐火性是指材料抵抗高温或火的作用，保持其材料的耐火性是指材料抵抗高温或火的作用，保持其原有性质的能力。金属材料、玻璃等虽属于不燃性材料，原有性质的能力。金属材料、玻璃等虽属于不燃性
18、材料，但在高温或火的作用下在短时间内就会变形、熔融，因而但在高温或火的作用下在短时间内就会变形、熔融，因而不属于耐火材料。建筑材料或构件的耐火性常用耐火极限不属于耐火材料。建筑材料或构件的耐火性常用耐火极限来表示。耐火极限是指按规定方法，从材料受到火的作用来表示。耐火极限是指按规定方法，从材料受到火的作用起，直到材料失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作起，直到材料失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用的时间，以用的时间，以h h（小时）或（小时）或minmin（分钟）计。（分钟）计。在建筑工程中常把2/称为材料的热阻，用R表示。导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。材料的导
19、热系数越小，其热阻越大，则材料的保温隔热性能越好。常将0.275W/（mK）的材料称为绝热材料。5、材料的保温隔热性材料的保温隔热性声音是靠振动的声波来传播的，当声波到达材料表面时出产生三种现象：反射、透射、吸收。反射容易使建筑物室内产生噪音或杂音，影响室内音响效果；透射容易对相邻空间产生噪音干扰，影响室内环境的安静。通常当建筑物室内的声音大于50dB，就应该考虑采取措施；声音大于120dB，将危害人体健康。因此，在建筑装饰工程中，应特别注意材料的声学性能，以便于给人们提供一个安全、舒适的工作和生活环境。四、材料的声学性质四、材料的声学性质 声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，用吸
20、声系数(吸收声功率与入射声功率之比)表示。吸声系数越大，材料的吸声性越好。吸声系数与声音的频率和入射方向有关。通常使用的六个频率为225Hz、250Hz、500Hz、2000Hz、2000Hz和4000Hz。1、吸声性吸声性0EE一般将上述6个频率的平均吸声系数0.20的材料称为吸声材料。最常用的吸声材料大多为多孔材料。影响材料吸声效果的主要因素有：(1)材料的孔隙率和体积密度 (2)材料的孔隙特征 (3)材料的厚度 表表2.3几种典型材料的热工性质指标几种典型材料的热工性质指标 材料 导热系数(W/（mK）)比热容(J/（gK）)钢材580.48铜材3700.38花岗岩3.490.92混凝土
21、2.520.84烧结普通砖0.80.88松木0.270.362.72泡沫塑料0.032.30冰2.202.05水0.64.29密闭空气0.0232.00(1)隔空气声隔空气声透射声功率与入射声功率的比值称为声透射系数，用表示，该值越大则材料的隔声性越差。材料的隔声能力用隔声量R（R=20lg(2/)来表示，单位为dB。与声透射系数相反，隔声量越大，材料的隔声性能越好。2、隔声性隔声性(2)隔固体声隔固体声固体声是由于振源撞击固体材料，引起固体材料受迫振动而发声，并向四周辐射声能。固体声在传播过程中，声能的衰减极少。弹性材料如地毯、木板、橡胶片等具有较高的隔固体声的能力。隔绝空气声，主要服从声学
22、中的“质量定律”，即材料的表观密度越大，质量越大，隔声性能越好。因此，应选用密度大的材料作为隔空气声材料，如混凝土、实心砖、钢板等。如采用轻质材料或薄壁材料，则需辅以多孔吸声材料或采用夹层结构，如夹层玻璃就是一种很好的隔空气声材料。弹性材料，如地毯、木板、橡胶片等具有较高的隔固体声能力。五、材料的光学性质五、材料的光学性质当光线照射在材料表面上时，一部分被反射，一部分被吸收，一部分透过。根据能量守恒定律，这三部分光通量之和等于入射光通量，通常将这三部分光通量分别与入射光通量的比值称为光的反射比、吸收比和透射比。材料对光波产生的这些效应，在建筑装饰中会带来不同的装饰效果。1、光的反射、光的反射
23、当光线照射在光滑的材料表面时，会产生镜面发射，使材料具有较强的光泽；当光线照射在粗糙的材料表面时，使反射光线呈现无序传播，会产生漫反射，使材料表现出较弱的光泽。在装饰工程中往往采用光泽较强的材料，使建筑外观显得光亮和绚丽多彩，使室内显得宽敞明亮。光的透射又称为折射，光线在透过材料的前后，在材料表面处会产生传播方向的转折。材料的透射比越大，表明材料的透光性越好。如2mm厚的普通平板玻璃的透射比可达到88%。当材料表面光滑且两表面为平行面时，光线束透过材料只产生整体转折，不会产生各部分光线间的相对位移（见图2-1a）。此时，材料一侧景物所散发的光线在到达另一侧时不会产生畸变，使景象完整地透过材料，
24、这种现象称之为透视。大多数建筑玻璃属于透视玻璃。当透光性材料内部不均匀、表面不光滑或两表面不平行时，入射光束在透过材料后就会产生相对位移（见图1-1b），使材料一侧景物的光线到达另一侧后不能正确地反映出原景象，这种现象称为透光不透视。在装饰工程中根据使用功能的不同要求也经常采用透光不透视材料，如磨砂玻璃、压花玻璃等。2、光的透射、光的透射(a)图 1-1 表 面 状 态 不 同 材 料 的 透 光 折 射 性 质(b)(a)材 料 的 透 视 原 理;材 料 的 透 光 不 透 视 原 理(b)3、光的吸收、光的吸收 光线在透过材料的过程中，材料能够有选择地吸收部分波长的能量，这种现象称为光的
25、吸收。材料对光吸收的性能在建筑装饰等方面具有广阔的应用前景。例如：吸热玻璃就是通过添加某些特殊氧化物，使其选择吸收阳光中携带热量最多的红外线，并将这些热量向外散发，可保持室内既有良好的采光性能，又不会产生大量热量；有些特殊玻璃还会通过吸收大量光能，将其转变为电能、化学能等；太阳能热水器就是利用吸热涂料等材料的吸热效果来使水温升高的。2 材料的力学性质材料的力学性质材料的力学性能，就是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏和变形的能力。一、材料的强度一、材料的强度材料因抵抗外力（荷载）作用而引起破坏的最大能力，即为该材料的强度。其值是以材料受力破坏时单位面积上所承受的力表示。计算式为：FfA材料在
26、建筑物上所承受的力，主要有拉力、压力、弯曲力及剪应力等。材料抵抗上述外力破坏的能力，分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。静力强度的分类和计算公式见表2.4。大部分建筑材料，根据极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。材料的强度与材料本身的组成、结构和构造等有很大关系。钢材的抗拉、抗压强度都很高，如表2.5所示。表表2.4静力强度分类静力强度分类 强度类别 举例 计算式 附注 抗压强度fc(MPa)fc=F/AF破坏荷载(N)A受荷面积(mm2)l跨度(mm)b断面宽度(mm)h断面高度(mm)抗拉强度ft(MPa)ft=F/A抗剪强度fv(MPa)fv=F/A抗弯强度ftm(MPa)ftm
27、=3Fl/(2bh2)表表2.5 钢材、木材和混凝土的强度比较钢材、木材和混凝土的强度比较 材料 表观密度0（kg/m3）抗压强度fc（MPa）比强度fc/0 普通混凝土 240029.40.022低碳钢 78604250.053松木 50034.3(顺纹)0.069材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比。其比例系数E称为弹性模量。二、材料的弹性和塑性二、材料的弹性和塑性在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其值等于应力与应变的比值，即：材料
28、在外力作用下产生变形，但不破坏，并且当外力停止作用后，不能自动恢复原来形状的性质，称为塑性。这种不能消失的变形称为塑性变形或不可恢复变形。E在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质，称为脆性。在冲击、震动荷载作用下，材料能吸收较大的能量，产生一定的变形而不致破坏的性质，称为韧性。韧性值可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示，即：三、材料的脆性和韧性三、材料的脆性和韧性kkAA硬度是材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。硬度的测定方法有刻划法和压入法。按刻划法，材料的硬度可划分为220级(莫氏硬度)。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度HB
29、）。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，常用磨损率表示：四、材料的硬度和耐磨性四、材料的硬度和耐磨性12mmBA3 材料的耐久性材料的耐久性材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用，保持其原有性质的能力称为材料的耐久性。材料的耐久性是材料的一项综合性质，一般包括耐水性、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性等多项性能。破坏作用一般可分为物理作用、化学作用和生物作用等。n物理作用物理作用包括干湿交替、冻融循环、光、电、热、温度差、湿度差等，这些都将引起材料的膨胀、收缩或产生内应力。n化学作用化学作用包括各种酸、碱、盐及其水溶液以及各种腐蚀性气体对材料产生的破坏作用。n生物作用生物作用是指昆虫、菌类等对材料所产生的蛀蚀、腐朽等破坏作用。
