土木建築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（力學性能見建築材料的力學性能）。
基本介紹
- 中文名：建築材料的物理性能
- 包括：密度、比重、容重
- 密度：材料單位體積的質量
- 容重：材料單位體積的質量
基本介紹,計算,
基本介紹
土木建築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（力學性能見建築材料的力學性能）。
一般物理性質 密度 材料在絕對密實狀態下單位體積的質量。如材料的體積內包含有孔隙和水分時，則求得的密度稱為視密度或表觀密度。
測量密度時，由於一般材料的內部均含有一些孔隙，為了獲得絕對密實狀態的試樣，須將材料磨成細粉以排除其內部孔隙，再用排液置換法求出材料的絕對密實體積。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時和絕對密實狀態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 材料在自然狀態下（包含內部孔隙）單位體積的質量。當材料含有水分時，其質量和體積均能發生變化,影響材料的容重值。故對所測的材料容重,必須註明其含水狀態。通常所謂的材料容重是指材料在氣乾狀態下的容重，而在烘乾狀態下的容重則稱為乾容重。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。
鬆散容重 散粒狀材料在自然堆積狀態下單位體積的質量。從一定高度將散粒狀材料自由落下並裝滿容器，以容器的容積除其質量，即為鬆散容重。砂、石和水泥等材料的容重常用鬆散容重表示。
密度、容重和鬆散容重可用於計算材料的孔隙率、空隙率，以及估算材料的體積和質量。
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緻密程度的一種指標。材料內部孔隙中，有與外界相連通的開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孔隙、毛細孔隙和粗大孔隙等。孔隙率大小、孔隙結構以及各種大小孔隙的級配，對材料的容重、強度、濕脹乾縮、吸水、抗滲、抗凍和聲、絕熱等性能都有重要影響。
孔隙率(η)可根據材料的容重 (у0)和密度（-ρ）按下式計算： 材料的孔隙結構的測量方法很多，目前套用較廣的是：大孔隙結構採用顯微鏡法；微小孔隙結構採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下，顆粒之間的空隙體積占總體積的百分比。可以利用上述公式,-ρ用視密度代入，у0用鬆散容重代入,則求得的η值即為空隙率。
吸水率 材料由乾燥狀態變為飽和吸水狀態所增加的質量與材料乾質量的百分比。算式為式中B為材料的吸水率；G為材料在乾燥狀態下的質量（克）；G1為材料在吸水飽和狀態下的質量（克）。
吸水率表示材料吸收水分的能力。它與材料的孔隙構造及其表面性能有關。細小而連通的孔隙較易吸水，粗大的孔隙內不易存留水分，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。
緻密岩石（如花崗岩）的吸水率為0.5～0.7%，普通混凝土為2～3%，粘土磚為8～20%,木材或某些輕質材料的吸水率常大於100%。
含水率 材料內部所包含水分的質量占材料乾質量的百分比。材料在自然環境中，其孔隙中所含有的水分與空氣濕度達到平衡時，這部分水的質量占材料乾質量的百分比,稱為平衡含水率。材料含有水分之後,常引起質量增大、體積膨脹、強度和隔熱性能降低等弊病，因此應注意採取防護措施。
硬度 材料抵抗其他物體刻劃、摩擦、壓入其表面的能力。不同的材料要採用不同的硬度測試方法。天然礦物的硬度用抵抗刻劃的能力表示，常用莫氏硬度計測定。莫氏硬度計規定了10種不同硬度的礦物做為硬度等級標準，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石依次排列。採用刻劃的方法即可鑑定出被測礦物的硬度。
一般物理性質 密度 材料在絕對密實狀態下單位體積的質量。如材料的體積內包含有孔隙和水分時，則求得的密度稱為視密度或表觀密度。
測量密度時，由於一般材料的內部均含有一些孔隙，為了獲得絕對密實狀態的試樣，須將材料磨成細粉以排除其內部孔隙，再用排液置換法求出材料的絕對密實體積。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時和絕對密實狀態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 材料在自然狀態下（包含內部孔隙）單位體積的質量。當材料含有水分時，其質量和體積均能發生變化,影響材料的容重值。故對所測的材料容重,必須註明其含水狀態。通常所謂的材料容重是指材料在氣乾狀態下的容重，而在烘乾狀態下的容重則稱為乾容重。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。
鬆散容重 散粒狀材料在自然堆積狀態下單位體積的質量。從一定高度將散粒狀材料自由落下並裝滿容器，以容器的容積除其質量，即為鬆散容重。砂、石和水泥等材料的容重常用鬆散容重表示。
密度、容重和鬆散容重可用於計算材料的孔隙率、空隙率，以及估算材料的體積和質量。
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緻密程度的一種指標。材料內部孔隙中，有與外界相連通的開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孔隙、毛細孔隙和粗大孔隙等。孔隙率大小、孔隙結構以及各種大小孔隙的級配，對材料的容重、強度、濕脹乾縮、吸水、抗滲、抗凍和聲、絕熱等性能都有重要影響。
孔隙率(η)可根據材料的容重 (у0)和密度（-ρ）按下式計算： 材料的孔隙結構的測量方法很多，目前套用較廣的是：大孔隙結構採用顯微鏡法；微小孔隙結構採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下，顆粒之間的空隙體積占總體積的百分比。可以利用上述公式,-ρ用視密度代入，у0用鬆散容重代入,則求得的η值即為空隙率。
吸水率 材料由乾燥狀態變為飽和吸水狀態所增加的質量與材料乾質量的百分比。算式為式中B為材料的吸水率；G為材料在乾燥狀態下的質量（克）；G1為材料在吸水飽和狀態下的質量（克）。
吸水率表示材料吸收水分的能力。它與材料的孔隙構造及其表面性能有關。細小而連通的孔隙較易吸水，粗大的孔隙內不易存留水分，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。
緻密岩石（如花崗岩）的吸水率為0.5～0.7%，普通混凝土為2～3%，粘土磚為8～20%,木材或某些輕質材料的吸水率常大於100%。
含水率 材料內部所包含水分的質量占材料乾質量的百分比。材料在自然環境中，其孔隙中所含有的水分與空氣濕度達到平衡時，這部分水的質量占材料乾質量的百分比,稱為平衡含水率。材料含有水分之後,常引起質量增大、體積膨脹、強度和隔熱性能降低等弊病，因此應注意採取防護措施。
硬度 材料抵抗其他物體刻劃、摩擦、壓入其表面的能力。不同的材料要採用不同的硬度測試方法。天然礦物的硬度用抵抗刻劃的能力表示，常用莫氏硬度計測定。莫氏硬度計規定了10種不同硬度的礦物做為硬度等級標準，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石依次排列。採用刻劃的方法即可鑑定出被測礦物的硬度。
計算
石材的硬度用抵抗磨耗的能力表示。試件用石英砂磨料經一定摩擦行程後，以單位摩擦面積上的質量損失表示其硬度。用下式計算：
A=ɡ/F
式中A為磨耗硬度(克/厘米2);ɡ為試件質量損失(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準壓頭先後兩次施加負荷。洛氏硬度值(HR)是以在初荷載繼續作用下，由主荷載所引起的殘餘壓入深度值計算。殘餘壓入深度值越大，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，肖氏硬度用於測定橡膠、塑膠等的材料硬度。
材料內部組織的硬度是用顯微硬度計測定。材料的硬度與材料的強度、耐磨性、加工性能以及其他物理力學性能均有密切關係。
熱學性質 比熱容 單位質量的材料溫度升高 1開所吸收的熱量,比熱容的工程單位是焦/(千克·開)。材料的比熱容主要取決於礦物成分和有機質的含量。濕度對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)之間。
熱導率 在穩定傳熱條件下，傳熱方向垂直於材料表面，在壁厚為1米的板材上，壁內外表面的溫差為1開，單位面積上、單位時間所傳遞的熱量。算式為式中λ為材料的熱導率，也稱導熱係數[瓦/(米·開)]；Q為總傳熱量（焦）；t1－t1為壁內外表面的溫差(開)；δ為壁厚(米)；F為表面積(米2)；z為傳熱時間（秒）。
熱導率表示材料傳遞熱量的能力。它與材料的分子結構、化學成分和容重(包括孔隙率，孔隙大小及構造)等因素有關。材料愈密實,熱導率愈大。材料受潮後,熱導率顯著增大。一般情況，材料溫度升高，熱導率也會增大。在高溫和低溫條件下，就要考慮溫度對熱導率的影響，通常把λ值小於0.23瓦/（米·開）的材料稱保溫隔熱材料。
熱阻 材料抵抗熱流通過的能力。熱阻R等於溫度差除以熱流量，單位為開/瓦。熱阻愈大,在同樣溫差條件下,通過材料的熱流量愈少。熱阻的倒數也稱熱導(G)，即G=1/R,它表示材料內外表面的溫差為1開時所傳遞的熱流量，單位為瓦/開。
熱擴散率 在不穩定傳熱條件下，材料受到冷卻或加熱作用時，溫度變化在材料內部擴展的速度。算式為
a=λ/-ρc
式中a為熱擴散率(米2/秒)；λ為熱導率【瓦/(米·開)】；-ρ為密度(千克/米3)；c為比熱容【焦/(千克·開)】。a值愈大，溫度變化向材料內部擴展速度愈快。在設計圍護結構時，一定要考慮材料的熱擴散率。
蓄熱係數 在周期熱作用下，材料蓄熱的能力。可用下式計算：式中S為蓄熱係數【瓦/(米2·開)】;λ為熱導率【瓦/(米·開）】；c為比熱容,【焦/（千克·開）】；у0為容重（公斤/米3）；T為周期（秒）。S值愈大，材料的熱穩定性愈好，表面溫度波動愈小。
聲學性質 聲波入射到材料表面時，聲能的一部分被反射(Er)，一部分透過材料(Et),還有一部分被吸收(Ea)。若單位時間內入射總聲能為E0，根據能量守恆定律則：
E0=Er+Ea+Et
聲透射係數 透過材料的聲能與總入射聲能之比值，聲透射係數τ=Et/E0。τ值小的材料稱隔聲材料。
聲反射係數 被反射的聲能與總入射聲能之比值，聲反射係數у=Er/E0。у值小的材料稱為吸聲材料。
吸聲係數 被材料吸收的聲能(通常指E0-Er)與總入射聲能之比值。
吸聲係數α=(E0－Er)/E0=1－Er/E0=1-у。對無吸收或完全反射面,α為0；對完全吸收或無反射面,α為1。吸聲係數除取決於材料吸收性能外，尚與聲荷入射角和頻率有關。
隔聲量 也稱傳聲損失。入射聲能與透射聲能相差的分貝數，即R=10lg(1/τ)。式中R為隔聲量；τ為透射係數。隔聲量越大,則表示透過的聲能越小,材料的隔聲性能越佳。隔聲量與聲音頻率有關,常用125、250、500、1000、2000和4000赫,6個倍頻程的隔聲量表示材料的隔聲性能，也可用平均隔聲量（其算術平均值）來表示。
光學性質 當光束照射到物體（如玻璃、牆等）上時,入射光的強度(I0)中一部分被反射(Ir)，一部分被吸收(Ia),一部分透過物體(It)進入另一側的空間。根據能量守恆定律則：
I0=Ir+Ia+It而三部分所占的比例取決於物體本身的成分、內部結構和表面光滑程度等因素。
根據光線通過反射和透射後的分布情況，材料分為兩大類：一類屬於定向的,即光線經過反射和透射後,光分布的立體角沒有改變（如鏡子、透明玻璃）；另一類為擴散的，即光線分散在更大的立體角範圍內（如粉刷牆面、乳白玻璃、油漆表面、磨砂玻璃）。
反射係數 也稱反光係數，反射光強度和入射光強度之比，即R=Ir/I0。
光澤度 材料表面將入射光強度向一個方向反射出去的能力，也稱亮度。對於裝飾性塗料是一項很重要的指標，常採用與已知光澤度的標準板相比而得。光澤度越高，表示材料表面定向反射光線的能力越強。
透光係數 透射光強度與入射光強度之比，即T=It/I0，也稱透光度。
吸光係數 吸收光強度和入射光強度之比，即K=Ia/I0，也稱吸光性。
色度 顏色的純度或濃度，即色調主波長在與白光混合中所占的百分數。一般用目視區分物體的顏色差別時,由於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行定量測定。國際上通用的顏色測定系統是國際照明委員會(CIE)所頒布的坐標系統,即測定紅、綠、藍三原色的刺激值X、Y、Z。
電學性質 電阻率 長度為1米，截面積為1毫米的材料的電阻歐姆數。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、化學性能影響外，還受外界溫度、濕度及塵埃的影響。
介電常數 在一定的外電場作用下，電介質被極化的程度,單位為法/米。介質的介電常數越大，在電場中其極化程度越高，用它製成的電容器的電容量也越大。為了方便,常用相對介電常數表示:εr=ε/ε0。式中εr為相對介電常數；ε為介電常數（法/米）；ε0為真空的介電常數（法/米）。
參考書目
湖南大學等編：《建築材料》，中國建築工業出版社，北京，1979。
A=ɡ/F
式中A為磨耗硬度(克/厘米2);ɡ為試件質量損失(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準壓頭先後兩次施加負荷。洛氏硬度值(HR)是以在初荷載繼續作用下，由主荷載所引起的殘餘壓入深度值計算。殘餘壓入深度值越大，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，肖氏硬度用於測定橡膠、塑膠等的材料硬度。
材料內部組織的硬度是用顯微硬度計測定。材料的硬度與材料的強度、耐磨性、加工性能以及其他物理力學性能均有密切關係。
熱學性質 比熱容 單位質量的材料溫度升高 1開所吸收的熱量,比熱容的工程單位是焦/(千克·開)。材料的比熱容主要取決於礦物成分和有機質的含量。濕度對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)之間。
熱導率 在穩定傳熱條件下，傳熱方向垂直於材料表面，在壁厚為1米的板材上，壁內外表面的溫差為1開，單位面積上、單位時間所傳遞的熱量。算式為式中λ為材料的熱導率，也稱導熱係數[瓦/(米·開)]；Q為總傳熱量（焦）；t1－t1為壁內外表面的溫差(開)；δ為壁厚(米)；F為表面積(米2)；z為傳熱時間（秒）。
熱導率表示材料傳遞熱量的能力。它與材料的分子結構、化學成分和容重(包括孔隙率，孔隙大小及構造)等因素有關。材料愈密實,熱導率愈大。材料受潮後,熱導率顯著增大。一般情況，材料溫度升高，熱導率也會增大。在高溫和低溫條件下，就要考慮溫度對熱導率的影響，通常把λ值小於0.23瓦/（米·開）的材料稱保溫隔熱材料。
熱阻 材料抵抗熱流通過的能力。熱阻R等於溫度差除以熱流量，單位為開/瓦。熱阻愈大,在同樣溫差條件下,通過材料的熱流量愈少。熱阻的倒數也稱熱導(G)，即G=1/R,它表示材料內外表面的溫差為1開時所傳遞的熱流量，單位為瓦/開。
熱擴散率 在不穩定傳熱條件下，材料受到冷卻或加熱作用時，溫度變化在材料內部擴展的速度。算式為
a=λ/-ρc
式中a為熱擴散率(米2/秒)；λ為熱導率【瓦/(米·開)】；-ρ為密度(千克/米3)；c為比熱容【焦/(千克·開)】。a值愈大，溫度變化向材料內部擴展速度愈快。在設計圍護結構時，一定要考慮材料的熱擴散率。
蓄熱係數 在周期熱作用下，材料蓄熱的能力。可用下式計算：式中S為蓄熱係數【瓦/(米2·開)】;λ為熱導率【瓦/(米·開）】；c為比熱容,【焦/（千克·開）】；у0為容重（公斤/米3）；T為周期（秒）。S值愈大，材料的熱穩定性愈好，表面溫度波動愈小。
聲學性質 聲波入射到材料表面時，聲能的一部分被反射(Er)，一部分透過材料(Et),還有一部分被吸收(Ea)。若單位時間內入射總聲能為E0，根據能量守恆定律則：
E0=Er+Ea+Et
聲透射係數 透過材料的聲能與總入射聲能之比值，聲透射係數τ=Et/E0。τ值小的材料稱隔聲材料。
聲反射係數 被反射的聲能與總入射聲能之比值，聲反射係數у=Er/E0。у值小的材料稱為吸聲材料。
吸聲係數 被材料吸收的聲能(通常指E0-Er)與總入射聲能之比值。
吸聲係數α=(E0－Er)/E0=1－Er/E0=1-у。對無吸收或完全反射面,α為0；對完全吸收或無反射面,α為1。吸聲係數除取決於材料吸收性能外，尚與聲荷入射角和頻率有關。
隔聲量 也稱傳聲損失。入射聲能與透射聲能相差的分貝數，即R=10lg(1/τ)。式中R為隔聲量；τ為透射係數。隔聲量越大,則表示透過的聲能越小,材料的隔聲性能越佳。隔聲量與聲音頻率有關,常用125、250、500、1000、2000和4000赫,6個倍頻程的隔聲量表示材料的隔聲性能，也可用平均隔聲量（其算術平均值）來表示。
光學性質 當光束照射到物體（如玻璃、牆等）上時,入射光的強度(I0)中一部分被反射(Ir)，一部分被吸收(Ia),一部分透過物體(It)進入另一側的空間。根據能量守恆定律則：
I0=Ir+Ia+It而三部分所占的比例取決於物體本身的成分、內部結構和表面光滑程度等因素。
根據光線通過反射和透射後的分布情況，材料分為兩大類：一類屬於定向的,即光線經過反射和透射後,光分布的立體角沒有改變（如鏡子、透明玻璃）；另一類為擴散的，即光線分散在更大的立體角範圍內（如粉刷牆面、乳白玻璃、油漆表面、磨砂玻璃）。
反射係數 也稱反光係數，反射光強度和入射光強度之比，即R=Ir/I0。
光澤度 材料表面將入射光強度向一個方向反射出去的能力，也稱亮度。對於裝飾性塗料是一項很重要的指標，常採用與已知光澤度的標準板相比而得。光澤度越高，表示材料表面定向反射光線的能力越強。
透光係數 透射光強度與入射光強度之比，即T=It/I0，也稱透光度。
吸光係數 吸收光強度和入射光強度之比，即K=Ia/I0，也稱吸光性。
色度 顏色的純度或濃度，即色調主波長在與白光混合中所占的百分數。一般用目視區分物體的顏色差別時,由於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行定量測定。國際上通用的顏色測定系統是國際照明委員會(CIE)所頒布的坐標系統,即測定紅、綠、藍三原色的刺激值X、Y、Z。
電學性質 電阻率 長度為1米，截面積為1毫米的材料的電阻歐姆數。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、化學性能影響外，還受外界溫度、濕度及塵埃的影響。
介電常數 在一定的外電場作用下，電介質被極化的程度,單位為法/米。介質的介電常數越大，在電場中其極化程度越高，用它製成的電容器的電容量也越大。為了方便,常用相對介電常數表示:εr=ε/ε0。式中εr為相對介電常數；ε為介電常數（法/米）；ε0為真空的介電常數（法/米）。
參考書目
湖南大學等編：《建築材料》，中國建築工業出版社，北京，1979。
