建筑材料 第一章 建筑材料的基本性质 江西财经大学 《建筑材料》

问题导入？ 选择结构材料——关注什么？ 选择保温材料——关注什么？ 选择防水材料——关注什么？ 江西财经大学 《建筑材料》

课堂练习 复习思考题 本章内容 教学目标 第一节 材料的组成、结构及构造 1.1 材料的组成 1.2 材料的结构与构造 第一节 材料的组成、结构及构造 1.1 材料的组成 1.2 材料的结构与构造 第二节 材料的基本物理参数 2.1 基本物理性质 2.2 材料与水有关的性质 2.3 材料与热有关的性质 第三节 材料的力学性质 3.1 强度与比强度 3.2 弹性与塑性 3.3 韧性与脆性 3.3 硬度与耐磨性 第四节 材料的耐久性与环境协调性 4.1 耐久性 4.2 环境协调性 课堂练习 复习思考题 通过本章的学习，了解在不同使用环境下，各类建筑材料的基本性质，并掌握各性质的涵义，影响这些性质的因素。并能联系工程中的实际应用研究和改进材料的性质，对后面具体材料的学习作一个很好的铺垫。 江西财经大学 《建筑材料》

第一节 材料的组成、结构及构造 组成 化学组成 矿物组成 相组成 结构 宏观结构 微观结构 细观结构 江西财经大学 《建筑材料》

化 学 组 成 定义：化学组成是指构成材料的化学元素及化合物 表示方法： 意义:化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学 举例 的种类及数量。 表示方法： --金属材料以各化学元素含量表示 --无机非金属材料以各氧化物含量表示 --有机材料以各化合物的含量表示 意义:化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学 性质的主要因素之一 举例 化 学 组 成 江西财经大学 《建筑材料》

矿 物 组 成 定义： 矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。 矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。 意义:也是决定无机非金属材料化学性质、物理性 质、力学性质和耐久性的重要因素之一。 举例: 如硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸三钙、 硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸三钙含量越 多，硅酸盐水泥的早期强度越高，水化热越大，因此 不适用于冬季施工。 矿 物 组 成 江西财经大学 《建筑材料》

相 组 成 定义：材料中结构相近性质相同的均匀部分矿物。 例如，自然界中的物质可以分为气、固、液三大相 同一种材料可以由多相的相组成。 例如建筑钢材就有铁素体、渗碳体和珠光体，它 们的比例不同，就能生产出不同强度和塑性的钢 材。 两种或以上相组成的材料是复合材料。 混凝土可认为由集料颗粒（集料相）分散在水泥 浆体（基相）中组成的两相复合材料； 钢筋混凝土又可认为是钢筋和混凝土两相的复合 材料。 相 组 成 江西财经大学 《建筑材料》

系统：把一种或一组从周围环境中被想象 地孤立起来的物质称为系统。 相组成 系统：把一种或一组从周围环境中被想象 地孤立起来的物质称为系统。 相：把系统中一切具有相同组成、相同物理性质和化学性质的均匀部分的总和称为相。 材料内部，特别是固体相和结构特征直接决定材料的力学性能。

解答：例如同是二氧化硅成分组成的材料，蛋白石是无定型二氧化硅，石英是结晶型二氧化硅。它们的分子结构不同，因而它们的性质不同。 相同组成材料，其的性能是相同的？ 解答：例如同是二氧化硅成分组成的材料，蛋白石是无定型二氧化硅，石英是结晶型二氧化硅。它们的分子结构不同，因而它们的性质不同。 江西财经大学 《建筑材料》

宏 观 结 构 江西财经大学 《建筑材料》

致密结构 致密构造的材料内部基本上无孔隙，结构致密。 特点：是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较 好，耐磨性较好，绝热性差。 如：钢材、天然石材、玻璃、玻璃钢等。 大理岩的致密表面图 江西财经大学 《建筑材料》

多孔结构 多孔构造的材料其内部存在大体上呈均匀分布的独立的 或部分相通的孔隙，含孔率较高。 性质：强度较低，抗渗性和抗冻性较差，绝热性较好。 如：加气混凝土、石膏制品、烧结普通砖等。 加气混凝土砌块的多孔构造图 江西财经大学 《建筑材料》

纤维结构 纤维构造的材料内部组成有方向性，纵向较紧密而横向 疏松，组织中存在相当多的孔隙. 性质:具有明显方向性，一般平行纤维方向的强度较高， 导热性较好。 如：木材、竹、玻璃纤维、石棉等。 竹的纤维构造图 江西财经大学 《建筑材料》

层状结构 层状构造的材料具有叠合结构，是用胶结料将不同的片 材或具有各向异性的片材胶合而成整体。 性质：可获得平面各向同性，更重要的是可以显著提高 材料的强度、硬度、绝热或装饰等性质，扩大其 使用范围。 如：胶合板、纸面石膏板 塑料贴面板等。 胶合板的层状构造图 江西财经大学 《建筑材料》

散粒结构 散粒状构造指呈松散颗粒状的材料。 密实颗粒：如砂子、石子等， 因其致密，强度高，适 合做承重的混凝土骨料。 轻质多孔颗粒：如陶粒、膨胀珍珠岩等，因具多孔结 构，适合做绝热材料。 陶粒的粒状构造图 江西财经大学 《建筑材料》

纹理结构 天然材料在生长或形成过程中，自然造成的天然纹理， 如木材、大理石、花岗石等板材 人工制造材料时特意造成的纹理，如瓷质彩胎砖、人造花 岗石板材等，这些天然或人工造成的纹理，使材料具有良 好的装饰性。 目前广泛采用仿真技术，已研制出多种纹理的装饰材料。 大理石的纹理结构图 江西财经大学 《建筑材料》

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细 观 结 构 亚微观结构也称作细观结构 指用光学显微镜所看到的结构 是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式 　亚微观结构也称作细观结构 　指用光学显微镜所看到的结构 　是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式 　其尺寸范围在10-3～10-6m。 　该结构主要研究： 材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界 或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。 如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的 木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。 细 观 结 构 江西财经大学 《建筑材料》

2.2 微观结构 微观结构是指材料在原子、分子层次的结构。材料的微观结构，基本上可分为晶体，非晶体与胶体结构。 2.2 微观结构 微观结构是指材料在原子、分子层次的结构。材料的微观结构，基本上可分为晶体，非晶体与胶体结构。 晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间周期性排列，具有固定的熔点和化学稳定性 。 非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，容易与其它物体起化学作用。 江西财经大学 《建筑材料》

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晶体 其内部质点按照特定的规则在空间周期性排列 具有特定的几何外形和固定的熔点固定熔点 按晶体的质点间结合键的特性，晶体又分为： 原子晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 江西财经大学 《建筑材料》

非晶体 也称玻璃体，是熔融物在急速冷却时，质点来不及作有规则 的排列而形成的无定形体 近程有序，远程无序 具有各向同性，没有固定的熔点 具有化学不稳定性，容易与其他物质反应或自行缓慢地向晶 体转换。 如在水泥、混凝土中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤 灰等均属玻璃体，在有水存在条件下，它们能与石膏、 石灰发生反应，生成具有水硬性的产物。 江西财经大学 《建筑材料》

晶体 非晶体（玻璃体） 江西财经大学 《建筑材料》

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胶 体 是指以极微小的质点（1～100μm ）分散在介质中所形 成的结构 具有较强的粘结力： 原因：由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大， 因而表面能很大，有很强的吸附力， 例如：胶体硅酸盐水泥水化产物中的胶体将砂石粘结 在一起形成整体，就形成了混凝土。 胶体在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。 正是由于硅酸盐水泥的主要水化产物是凝胶体，混凝 土的徐变就是由于水泥凝胶体而产生的。 江西财经大学 《建筑材料》

案例分析 某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要求，但施工单位将硅粉理解为磨细石英粉，生产中加入的磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效果不好，水泥浆体成分不均，请分析原因。 江西财经大学 《建筑材料》

硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组 成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净浆 讨论： 硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组 成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净浆 施工性能。磨细石英粉的化学组成也为SiO2，微观结构为晶 体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨 细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结构不同， 导致材料的性能差异明显 。 江西财经大学 《建筑材料》

如：C有三种形态——不定型碳、石墨和金刚石。 小 结 组成+结构共同决定性质: 组成不同，性质不同 如，混凝土与钢材。 组成相同，结构不同，性能也不同。 如：C有三种形态——不定型碳、石墨和金刚石。 从组成和结构上来研究建筑材料的性质，才能深入其本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着重要的意义。 江西财经大学 《建筑材料》

第二节 材料的基本物理参数 2.1.1 材料的体积构成及含水状态 2.1.1.1 材料的体积构成 2.1 基本物理性质 2.1.1 材料的体积构成及含水状态 2.1.1.1 材料的体积构成 自然界中的材料，由于其单位体积中所含孔隙形状及数量不同，因而其基本的物理性质参数——单位体积的质量也由差别。 块状材料在自然状态下的体积是由固体物质体积及其内部孔隙体积组成的。材料内部的孔隙按孔隙特征又分为开口孔隙和闭口孔隙。闭口孔隙不进水，开口孔隙与材料周围的介质相通，材料在浸水时易被水饱和。见图1-1。 散粒材料是指具有一定粒径材料的堆积体，如工程中常用的砂、石子等。其体积构成包括固体物质体积、颗粒内部孔隙体积及固体颗粒之间的空隙体积。见图1-2。 江西财经大学 《建筑材料》

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2.1.1.2 材料的含水状态 材料在大气中或水中会吸附一定的水分，根据材料吸附水分的情况，将材料的含水状态分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态及湿润状态4种，见图1－3。材料的含水状态会对材料的多种性质产生一定影响。 干燥状态 气干状态 饱和面干燥状态 湿润状态 图 1-3 材料含水状态 饱和水 表面水 江西财经大学 《建筑材料》

密度： 2.1.2 密度、表观密度与堆积密度 密度 表观密度 堆积密度 定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 表达式： p=m/v （g/cm3 ） m――材料干燥时的质量（g） v――材料在绝对密实状态下的体积（cm3 ） 即不包括任何孔隙在内的体积。 意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。 V的测定： a. 比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其处于绝对密实状态下，直接测其体积； b. 一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用密度瓶测其实际体积； 是否存在绝对密实的材料？ 江西财经大学 《建筑材料》

材料的密度－（1）密度 材料的内部密实而没有孔隙 1 密实材料，如金属材料、花岗岩等 江西财经大学 《建筑材料》

有孔材料密度的测定 江西财经大学 《建筑材料》

表观密度 密度 表观密度 堆积密度 定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。 表达式： （g/cm3 ）或(kg/m3 ) m――材料的质量（g 或kg） v0――材料在自然状态下的体积，也称表观体积(cm3 或 m3 )。包括材料孔隙在内的体积，既包括开口孔隙，也包括闭口孔隙。 意义：反映材料轻重的量，也与材料的强度有关，是选择结构材料和承重材料的依据。 V0的测量：对形状规则的材料，直接测量； 对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量。 江西财经大学 《建筑材料》

体积示意 江西财经大学 《建筑材料》

材料的密度－（2）表观密度 材料的内部有许多孔隙 2 孔隙材料，如砖头、混凝土、木材等 江西财经大学 《建筑材料》

定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在堆积状态下，单位体积的质量。 表达式： （kg/m3 ） m――材料的质量（kg） 表观密度 堆积密度 堆积密度 定义：堆积密度指粉状、粒状、或纤维状材料在堆积状态下，单位体积的质量。 表达式： （kg/m3 ） m――材料的质量（kg） ――堆积体积（m3 ） 的特点：包括了材料间的空隙体积。 的测定：用既定容积的容器测定。 江西财经大学 《建筑材料》

材料的密度－（3）堆积密度 3 内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等 堆积材料颗粒的内部有许多孔隙 堆积材料颗粒之间存在许多空隙 3 内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等 江西财经大学 《建筑材料》 end

堆积体积(实体＋闭口＋开口＋间隙)---容积升法 几种密度的特点： 相同点：指单位体积质量。（质量/体积） 区别：测试方法不同，获得体积大小不同 体积的测试方法： 绝对密实体积 ---李氏比重瓶法(粉末) 表观体积（实体＋闭口＋开口） ----规则试件：计算法； 不规则试件：涂蜡排水法 堆积体积(实体＋闭口＋开口＋间隙)---容积升法 江西财经大学 《建筑材料》

定义：在材料体积内，固体物质的体积占总 体积的比例。 2.1.3.1 密实度 孔隙率 密实度 定义：在材料体积内，固体物质的体积占总 体积的比例。 表达式： 江西财经大学 《建筑材料》

孔隙率 密实度 孔隙率 定义：材料体积内，孔隙体积占总体积的比例。 表达式： 孔隙率与密实度的关系？ 孔隙率与材料性质的关系？ 材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。 两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？ 材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关。 孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度等。 江西财经大学 《建筑材料》

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某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？ 观察与讨论 某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？ B A 江西财经大学 《建筑材料》

讨论： 保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。 江西财经大学 《建筑材料》

案例分析 某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。 江西财经大学 《建筑材料》

分析： 加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。 江西财经大学 《建筑材料》

定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积占总体积的比例。 表达式： 填充率 空隙率 2.1.3.2 填充率 定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积占总体积的比例。 表达式： 江西财经大学 《建筑材料》

定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积的空隙占总体积的比例。 表达式： 填充率 空隙率 空隙率 定义：在散粒材料的堆积体积中，颗粒体积的空隙占总体积的比例。 表达式： 江西财经大学 《建筑材料》

材料的堆积密度、填充率与空隙率的关系 江西财经大学 《建筑材料》

材料的密度、表观密度、密实度、孔隙率的关系 江西财经大学 《建筑材料》

作 业 1． 测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？ 作 业 1． 测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？ 2．含水率为10%的100g湿砂，其中干砂的重量为多少克？ 3．经测定，重量为3.4kg，容积为10.0L的容量筒装满绝干石子后的总重量为18.4kg。若向筒内注入水，待石子吸水饱和后，为注满此筒共注入水4.27kg。将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总重量为18.6kg（含筒重）。求该石子的表观密度、吸水率、堆积密度、开口孔隙率？ 江西财经大学 《建筑材料》

长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？ 与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。 2.2 材料与水有关的性质 石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？ 建筑红砖能否用作防水材料？ 长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？ 与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。 江西财经大学 《建筑材料》

建筑中大部分材料属于亲水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表面处理。 2.2.1 亲水性与憎水性 根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为   亲水性材料：润湿角θ≦90°   憎水性材料：润湿角90°＜θ＜180° 润湿角 亲水性 憎水性 润湿角 Play 建筑中大部分材料属于亲水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表面处理。 江西财经大学 《建筑材料》

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3、亲水、憎水的界定依据： 润湿角θ 亲水性材料：润湿角θ≤90° 水分子间内聚力＜水分子与材料分子间吸引力 憎水性材料：润湿角θ＞90° 水分子间内聚力＞水分子与材料分子间吸引力 江西财经大学 《建筑材料》

大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。 当材料分子与水分子间的相互作用力大于水分子间的作用力时，材料表面就会被水所润湿。此时在材料、水和空气的三相交点处，沿水滴表面所引切线与材料表面所成夹角θ≤90°，这种材料属于亲水性材料。 如果材料分子与水分子间的相互作用力小于水本身分子间的作用力，则表示材料不能被水润湿。此时，润湿角90°＜θ＜180°，这种材料称为憎水性材料。 　 大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。 江西财经大学 《建筑材料》

2.2.2 吸水性与吸湿性 吸水性 材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性，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。 材料在浸水状态下吸收水分的能力称为吸水性，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。　　 材料中所吸水分是通过开口孔隙吸入的，故开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多。材料吸水达饱和时的体积吸水率，即为材料的开口孔隙率。 江西财经大学 《建筑材料》

材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。 对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。 吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：瓷砖的吸水率越大，抗冻性越差。 各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率为2％～3％，粘土砖的吸水率达8％～20％，而木材的吸水率可超过100％。 江西财经大学 《建筑材料》

材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性（潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分）。 材料的吸湿性用含水率表示。含水率系指材料内部所含水重占材料干重的百分率。 材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变，当空气湿度较大且温度较低时，材料的含水率就大，反之则小。 材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率。 选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？ 江西财经大学 《建筑材料》

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耐水性是指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。用软化系数表示。 2.2.3 耐水性 耐水性是指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。用软化系数表示。 材料的耐水性主要取决于其组成成分在水中的溶解度和材料内部开口孔隙率的大小。 江西财经大学 《建筑材料》

一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。 因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。 软化系数的范围波动在0~1之间，当软化系数大于0.80时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造. 江西财经大学 《建筑材料》

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k软的应用： 重要。 10经常位于水中或受潮严重的重要结构物用 材料的k软≮0.85，一般要求k软的大小在0.85~0.90 之间。 江西财经大学 《建筑材料》

2.2.4 抗渗性 材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质称为抗渗性。 用渗透系数或抗渗等级表示（一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量），抗渗等级是在规定试验方法下材料所能抵抗的最大水压力，用“Pi”表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水压力而不渗透。 抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。 材料的抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。 地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。 江西财经大学 《建筑材料》

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思考题:孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？ 2.2.5 抗冻性 材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。 用抗冻等级表示。抗冻等级Fi，i表示冻融循环的次数。 F150混凝土——该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为150次 例如 思考题:孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？ 江西财经大学 《建筑材料》

抗冻性实验通常是将规定的标准试件浸水饱和后，在零下15℃条件下冻结一定时间，然后在室温的水中融化，进行反复冻融，试件强度降低及质量损失不超过规定值（质量损失不大于5%，强度损失不大于25%），材料表面不明显损伤，所对应的最大循环次数，定为该材料的抗冻等级。 江西财经大学 《建筑材料》

材料的抗冻性 1. 材料的内部一般都充满着孔隙， 2. 如果浸入水中，孔隙中便会吸水 3. 气温下降，孔隙中的水会结冰并膨胀 由于结冰产生的膨胀会导致材料的表面部分破裂，内部产生裂纹。 oC -20 -10 10 20 30 40 50 60 1. 材料的内部一般都充满着孔隙， 2. 如果浸入水中，孔隙中便会吸水 3. 气温下降，孔隙中的水会结冰并膨胀 4. 气温上升，孔隙中的冰会逐渐融化 5. 经过反复的浸水、冰冻、融化、干燥，材料的内部逐渐出现裂缝，表面会逐渐脱落，使材料的强度逐渐损失，质量变小。 江西财经大学 《建筑材料》 6. 材料的质量损失>5％，强度损失>25％时，冻融的循环次数为材料的抗冻等级 end

厨房的瓷砖有剥落现象，试分析原因，如何解决？ 冻融循环 材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。 冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强度降低。 冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成压力。 厨房的瓷砖有剥落现象，试分析原因，如何解决？ 江西财经大学 《建筑材料》

孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？ 解答：材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水越多，材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。在这样的情况下，材料的抗冻性不会差。 江西财经大学 《建筑材料》

5.  抗冻性 冻融破坏的大坝坝面 使用20年高速公路桥 江西财经大学 《建筑材料》

5.  抗冻性 江西财经大学 《建筑材料》

2.3 材料的热工性质 能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。 导热性 建筑节能 保温材料 热工性质 热容量 江西财经大学 《建筑材料》

2.3.1 导热性 棉袄浸水后保暖性变差？ 孔多的材料保温性能好？ 定义：材料传导热量的能力（冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料阻碍热量传入室内）。 表示方法：用导热系数λ表示，导热系数的物理意义是：厚度为1 m的材料，当温度每改变1 K时，在l h时间内通过1 m2面积的热量。用公式表示为 式中　 λ——材料的导热系数，w/（m·K）； 　　　Q ——传导的热量，J； 　　　a ——材料的厚度，m； 　　　A ——材料传热的面积，m2； 　　　Z ——传热时间，h； （t1-t2）——材料两侧温度差，K 在建筑工程中的意义：判断材料的保温隔热性能（ λ 越大，传热越快，保温性越差）。 江西财经大学 《建筑材料》

材料的热传递机理 江西财经大学 《建筑材料》

各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系数范围是0. 035～3. 5 W／(m·K)，工程中通常把λ＜0 各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系数范围是0.035～3.5 W／(m·K)，工程中通常把λ＜0.23 W／(m·K)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。 常用建筑材料的热工性质指标 材料名称 导热系数W/(m·K) 比热J/(g·K) 钢 55 0.46 玻璃 0.9 花岗岩 3.49 0.92 普通混凝土 1.51 0.88 水泥砂浆 0.93 0.84 普通粘土砖 0.81 粘土空心砖 0.64 松木 0.17～0.35 2.51 泡沫塑料 0.03 1.30 冰 2.20 2.05 水 0.60 4.19 静止空气 0.023 江西财经大学 《建筑材料》

化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。 影响导热性的因素： 材料的化学组成与结构 化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。 如：一般情况下，导热系数的大小为： 金属材料﹥非金属材料﹥ 有机材料 孔隙率和空隙构造特征 一般来说：P↑，导热性↓，原因是静止空气的λ＜一般材料的λ。 P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，λ↑，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，λ↑。 材料的湿度和温度 材料受潮后，λ↑，导热性↑，保温隔热性↓（λ水＞λ空气）。材料受潮后再受冻,λ进一步↑，保温隔热性进一步↓(λ冰＞λ水)。 棉袄浸水后保暖性变差？ 孔多的材料保温性能好？ 江西财经大学 《建筑材料》

1.中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？ 复习思考题 1.中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？ 2.保温材料为什么保持干燥状态保温效果较好？ 江西财经大学 《建筑材料》

2.3.2 热容 定义：材料温度升高（或降低）1K时，所吸收（或放出）的热量，称为材料的热容量，1kg材料的热容量，称为材料的比热容（简称比热）。 在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。 材料名称 比热J/(g·K) 钢 0.46 铜 0.38 花岗岩 0.92 普通混凝土 0.88 水泥砂浆 0.84 普通粘土砖 粘土空心砖 松木 2.51 泡沫塑料 1.30 冰 2.05 水 4.19 江西财经大学 《建筑材料》

耐燃性是指材料能够经受火焰和高温的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能，是影响建筑物防火、结构耐火等级的重要因素。 2.3.3 耐燃性 耐燃性是指材料能够经受火焰和高温的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能，是影响建筑物防火、结构耐火等级的重要因素。 根据材料的耐燃性可分为四类： （1）不燃材料，混凝土，石材等 （2）难燃材料，沥青混凝土 （3）可燃材料，木材，沥青等 （4）易燃材料，纤维植物 江西财经大学 《建筑材料》

温度变形是指材料在温度变化时产生体积变化，多数的材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。用线膨胀系数α来表示 2.3.4 温度变形 温度变形是指材料在温度变化时产生体积变化，多数的材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。用线膨胀系数α来表示 式中：α——线膨胀系数(1/K)。 ΔL——材料的变形量(mm)。 t2―t1——材料在升、降温前后的温度差(K)。 L——材料原来的长度(mm)。 材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土木工程结构的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系其安全与稳定的重要因素。工程上常用预留伸缩缝的办法来解决温度变形问题。 江西财经大学 《建筑材料》

第三节 材料的力学性质 3.1 强度与比强度 强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。 在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。 江西财经大学 《建筑材料》

根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。如下图所示： 江西财经大学 《建筑材料》

材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算： 材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算： 　　　　　　　　　　　　　　　 f------材料强度， MPa Fmax--材料破坏时的最大荷载，N A------试件受力面积，mm2 江西财经大学 《建筑材料》

材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是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，则其抗弯强度用下式计算： 式中 fw------材料的抗弯强度， MPa Fmax---材料受弯破坏时的最大荷载，N A------试件受力面积，mm2 L------两支点的间距，mm b、h---试件横截面的宽及高，mm 江西财经大学 《建筑材料》

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混凝土路面砖抗折强度试验 江西财经大学 《建筑材料》

常见建筑材料的强度/MPa 材料 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 花岗岩 100～250 5～8 10～14 普通烧结砖 7.5～30 — 1.8～4.0 普通混凝土 7.5～60 1～4　 　— 松木(横纹) 30～50 80～120 60～100 建筑钢材 235～1 600 　　—   江西财经大学 《建筑材料》

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比强度 比强度是指按单位体积质量计算的材料强度，即材料在断裂点的强度（通用拉伸强度）与其表观密度之比（f /ρ0）。在高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。是反映材料轻质高强的力学参数。 在高层建筑及大跨度结构工程中常采用比强度较高的材料。这类轻质高强的材料，也是未来土木建筑材料发展的主要方向。 木材强度值虽比混凝土低，但其比强度却高于混凝土，这说明木材与混凝土相比较是典型的轻质高强材料。 例如 江西财经大学 《建筑材料》

几种主要材料的比强度 材料 表观密度/(kg/m3) 强度/MPa 比强度 低碳钢 7 850 420 0.054 普通混凝土（抗压） 2 400 40 0.017 松木（顺纹抗拉） 500 100 0.200 玻璃钢 2 000 450 0.225 烧结普通砖（抗压） 1 700 10 0.006 江西财经大学 《建筑材料》

材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。 3.2 弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。 弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。 Play 江西财经大学 《建筑材料》

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弹性变形的大小与外力成正比，比例系数E成为弹性模量。在弹性变形范围内，用下式表示： 式中 ε——材料的应变; σ——材料的应力，MPa; E——材料的弹性模量 E表示材料抵抗变形的指标，E越大，材料越不容易变形，抵抗变形的能力就越强。 江西财经大学 《建筑材料》

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3.3 脆性与韧性 脆性： 材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。 砖、石材、玻璃、混凝土等都是脆性材料。 江西财经大学 《建筑材料》

材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 韧性： 材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 建筑钢材、木材、塑料等是较典型的韧性材料。 路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。 江西财经大学 《建筑材料》

材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法、回弹法和压入法测定材料的硬度。 3.4 硬度与耐磨性 硬度 材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法、回弹法和压入法测定材料的硬度。 刻划法：用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为１０个硬度等级。莫氏硬度，适用与矿物。 钢球压入法：布氏硬度HB，适用于木材，混凝土，钢材等。 江西财经大学 《建筑材料》

摩氏硬度—— 矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用力(如刻画、压入、研磨等)侵入的能力。 早在1822年，Friedrich mohs提出用10种矿物来衡量世界上最硬的和最软的物体，这是所谓的摩氏硬度计。按照他们的软硬程度分为十级： 1、滑石 2、石膏 3、方解石 4、萤石 5、磷灰石 6、正长石 7、石英 8、黄玉 9、刚玉 10、金刚石 江西财经大学 《建筑材料》

各级之间硬度的差异不是均等的，等级之间只表示硬度的相对大小。 操作方法： 选择被测样品的尖锐位置。 在已知硬度的平面型矿物硬度计平面进行刻划，刻划硬度的测试由低至高依次进行。 观察硬度计平面有无刻面，轻擦平面，以防被测样品的粉末留在硬度计上，使判断失误。 若硬度计平面有划痕，则样品硬度大于硬度计。再依次测试更高一级的硬度计，直至介于两个硬度级别之间或相当于某一硬度计为止。 结果表示：摩氏硬度计所测的相对硬度用 1 ～ 10 数字表示，根据实测情况，可分别用等于、大于、小于某硬度级别，表示样品摩氏硬度值或范围。 江西财经大学 《建筑材料》

矿物硬度怎样鉴别呢？矿物抵抗外来机械作用（刻划、压入、研磨）的能力，称为硬度。它和矿物的化学成分及晶体构造有关。在肉眼鉴定矿物时，通常采用刻划法确定其硬度，并以“摩氏硬度计”中所列举的十种矿物作为对比的标准。例如某矿物能被石英所刻动，但不能被长石所刻动，则矿物的硬度必介于6－7之间，可以确定为6.5。但必须指出，摩氏硬度只是相对等级，并不是硬度的绝对数值，所以不能认为：金刚石比滑石硬十倍。另外，有些矿物在晶体的不同方向上，硬度是不一样的。例如蓝晶石，沿晶体延长方向的硬度为4.5，而垂直该方向的硬度为6.5。岩石类大多数的硬度比较固定，所以摩氏硬度计具有重要的鉴定意义。 相互刻划的矿物，可利用指甲（2-2.5度）、小刀（5-5.5度）、玻璃（6度）、钢锉（7度）来测定矿物的硬度。 江西财经大学 《建筑材料》

课堂讨论 大理石和玻璃谁更坚硬？ 玻璃 大理石 江西财经大学 《建筑材料》

耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下： 式中 G——材料的磨耗率（g/cm2） m1——材料磨损前的质量（g） m2——材料磨损后的质量（g） A——材料试件的受磨面积（cm2） 江西财经大学 《建筑材料》

第四节 材料的耐久性与环境协调性 4.1 耐久性 材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，统称之为耐久性。 耐久性是一种复杂的、综合的性质,包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。 材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中各种自然因素的破坏作用，这些破坏作用可分为物理作用、化学作用和生物作用。 要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素，综合考虑其耐久性，并根据各种材料的耐久性特点，合理地选用。 江西财经大学 《建筑材料》

2. 抗渗性 抵抗水等侵蚀性液体及CO2等气体向材料内部渗透的能力 3. 抗风化性 抵抗物理风化、化学风化、生物风化的能力 包括： 1. 抗冻性 抵抗冻融循环的能力 2. 抗渗性 抵抗水等侵蚀性液体及CO2等气体向材料内部渗透的能力 3. 抗风化性 抵抗物理风化、化学风化、生物风化的能力 4. 抗老化性能 材料在大气、阳光、水份等综合作用下性能的降低 5. 抗腐蚀性 化学腐蚀，如酸碱盐类水溶液；生物腐蚀，如菌类、昆虫的侵害 材料的耐久性直接关系到建筑物的安全性和经济性，已成为建筑设计中首要考虑的指标。 影响材料耐久性的内在因素很多，除了材料本身的组成结构、强度等因素外，材料致密程度、表面状态和孔隙特征对耐久性影响很大。 江西财经大学 《建筑材料》

砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。 各种建筑材料受到的主要破坏 砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。 金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。 木材等有机质材料常因生物作用而破坏。 沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。 江西财经大学 《建筑材料》

各种作用对于材料性能的影响，视材料本身的组分、结构而不同。 金属材料主要易被电化学腐蚀； 水泥砂浆、混凝土、砖瓦等无机非金属材料，主要是通过干湿循环、冻融循环、温度变化等物理作用，以及溶解、溶出、氧化等化学作用； 高分子材料主要由于紫外线、臭氧等所起的化学作用，使材料变质失效； 木材虽主要是由于腐烂菌引起腐朽和昆虫引起蛀蚀而使其失去使用性能，但环境的温度、湿度和空气又为菌类、虫类提供生存与繁殖的条件。 在材料的变质失效过程中，其外部因素往往和内部因素结合而起作用；各外部因素之间，也可能互相影响。 江西财经大学 《建筑材料》

材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。 处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。 例如 江西财经大学 《建筑材料》

如何提高材料的耐久性？ a. 首先应根据工程的重要性,所处的环境合理选择材料 b. 增强自身对外界作用的抵抗能力,如提高材料的密实度等;或采取保护措施,使主体材料与腐蚀环境相隔离 c. 甚至可以从改善环境条件入手减轻对材料的破坏. 江西财经大学 《建筑材料》

4.2 环境协调性 材料的环境协调性是指材料在生产、使用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负荷，包括生产中废物的利用、减少三废的产生，使用中减少对环境的污染，废弃时有较高可回收率。 为了保障人民群众的身体健康和人身安全，国家制订了GB 6566-2001《建筑材料放射性核素限量》以及关于室内装饰装修材料有害物质限量等10项国家标准，提出了有关控制要求，并已于2002年1月1日开始实施。 江西财经大学 《建筑材料》

烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。求该砖的密度、干表观密度、吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。 江西财经大学 《建筑材料》

3. 孔隙对于材料性质的影响(孔隙增多) (1) 材料受力的有效面积减小,强度降低。 （2）材料的表观密度减小。 3. 孔隙对于材料性质的影响(孔隙增多) (1) 材料受力的有效面积减小,强度降低。 （2）材料的表观密度减小。 (3) 导热系数和热容减小。 (4) 透气性,透水性,吸水性变大。 (5) 对抗冻性、抗渗性,要视孔隙大小和形态而定,有 一些能提高抗冻性、抗渗性。 (6) 吸声性、吸湿性、吸水性增强。 江西财经大学 《建筑材料》

质量为3. 4kg，容积为10L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18. 4kg。待石子吸水饱和后，若向筒内注入水，为注满此筒功注入水4 质量为3.4kg，容积为10L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。待石子吸水饱和后，若向筒内注入水，为注满此筒功注入水4.27kg。将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总质量为18.6kg（含筒重）。求该石子的吸水率，表观密度，堆积密度，开口孔隙率。 解：石子的质量为m＝18.4-3.4＝15.0(kg) 　　石子的堆积体积为Voˊ＝10L， 　　石子所吸水的量为mw＝18.6-18.4＝0.2(kg)，水的体积为0.2L 　　开口孔隙体积为石子吸收水的量，即Vk＝0.2L 　　注入筒内的水的体积为Vˊw=4.27L, 　　该体积等于石子间空隙的体积与石子开口孔隙之和。Vs+Vk＝4.27L 　　故，石子的质量吸水率为 Wm＝mw/m＝0.2/15×100%=1.3% 　　石子的体积吸水率为 Vv =Vk/Vo = 0.2/(10-4.27+0.2)×100% = 3.4% 　　石子的堆积密度为 　ρodˊ=m/ Voˊ=15/10=1500(kg/m3) 　　石子的表观密度为　ρod＝m/Vo=15/(10-4.27+0.2)=2530(kg/m3) 　　石子的开口孔隙率为　Pk＝Vk/Vo=0.2/(10-4.27+0.2)×100%=3.4% 江西财经大学 《建筑材料》

已知卵石的表观密度为2.6g/cm3，把它装在一个2m3的车厢内，装平时公用3500kg，求该卵石的空隙率。若用堆积密度为1500kg/m3的砂子，填充上述车内卵石的全部空隙，共需砂子多少千克？ 解：卵石的堆积密度为 ρ0’=m/v0’=3500/2=1750kg/m3 空隙率为 P’=(1- ρ0’/ ρ0) ×100%=(1-1.75/2.6) ×100%=32.7% 需用砂子为 m=v0’ρ0’=2×32.7%×1500=981kg 江西财经大学 《建筑材料》

收到含水率为5%的砂子500T，实为干砂多少吨？若需干砂500T，应进含水率5%的砂子多少吨？ 含水率为10%的湿砂220g，其中水的质量为（ ）。 A. 19.8g B. 22g C. 20g D. 20.2g 收到含水率为5%的砂子500T，实为干砂多少吨？若需干砂500T，应进含水率5%的砂子多少吨？ 解： 砂子含水率 W含= 实为干砂 m1=500/(1+5%)=476t 应进砂子为 m3=500×0.05+500=525t 江西财经大学 《建筑材料》

课堂练习 1.导热系数小的材料适合做保温材料。 2.材料吸水后，将使材料的强度提高。 3.材料的孔隙率越大，吸水率越大。 是 否 2.材料吸水后，将使材料的强度提高。 是 否 3.材料的孔隙率越大，吸水率越大。 是 否 4.某材料的软化系数为0.75，可用于建筑物的底层。 是 否 5.材料的孔隙率恒定时，孔隙尺寸越小，强度越高。 是 否 江西财经大学 《建筑材料》

8.当材料的润湿角θ为（ ）时，称为憎水性材料。 6.材料的比强度是体现材料哪方面性能的（ ） 强度 耐久性 抗渗性 轻质高强 A B C D 7.软化系数是衡量材料什么性能的指标（ ） 强度 耐久性 抗渗性 耐水性 A C D B 8.当材料的润湿角θ为（ 　）时，称为憎水性材料。 ＞90º ≤90º ＝0º A B C 9.含水率是表示材料（　）大小的指标。 吸湿性 耐水性 吸水性 抗渗性 A B C D 10.以下哪一项不是冻融破坏的表现（ ） 剥落 裂纹 密度减小 强度降低 A B C D 江西财经大学 《建筑材料》