第三节　墙体材料的物理性质

墙体材料在制造和使用过程中，一方面是通过制造过程不断地改变材料的各种物理化学性能，以满足使用过程中各种建筑功能的需要，例如承重墙体材料需要承受较大的外力作用，需要提高材料的力学性能，内隔墙材料需要较好的隔声性能，需要提高声学性能；另一方面，墙体材料自身在不同的使用环境中，其物理化学性质也会随时间和空间而变化，例如墙体材料使用过程中要经受环境温差的作用，发生热胀冷缩，因此有必要了解材料的热学性能。

墙体材料的种类繁多，组成材料的物质种类各异，性能表现各不相同，作为墙体材料的生产者和使用者，了解各类墙体材料的物理化学性质，掌握各类性能变化的影响因素，对生产和选用性能优良的材料具有重要的意义。

本节主要介绍墙体材料物理化学性质中一些重要的、共同的性质，主要包括材料的质量、形态、水的存在形式、密度、抗压强度、硬度、传热、吸声、颜色等力学、热学、声学和光学等性能。

一、基本物理性能

（一）材料的质量和形态特性

1.质量

墙体材料是由一定种类的物质及其数量构成的，其质量就由组成该材料的物质种类和数量所决定，材料质量包含有物质种类和数量两个概念，单位是克（g）。1g的质量相当于1/12mol碳原子（C）的质量。实际墙体材料的质量会随着材料的使用环境和时间的变化发生变化，该变化有时是缓慢的，有时是剧烈的。当变化比较缓慢时，由于难以观察到其变化，因此人们往往认为其质量是不变的；但是变化比较剧烈时，则必须引起使用者的注意。例如，当多孔材料吸收潮湿空气中的水分时，或者材料中的某些物质与空气中的H₂O、O₂或CO₂发生化学反应时，由于材料的种类和数量发生了变化，会引起材料的质量增大。

2.形态

材料的质量不随材料占据的体积而变化。材料占据的空间位置称为材料的“形态”。材料所占据空间的大小与构成材料的物相种类和数量有关。墙体材料往往由多种物相构成，每一种物相还有形状、大小和排列方式的差异。

粒形系数是针对颗粒状材料描述其形态特性的指标，是指颗粒状材料长向最大尺寸D_max与中间截面的最小尺寸D_mix之比，以大于50个试样颗粒的统计平均值表示，尺寸测量精确至0.1mm。

对于大部分墙体材料，往往需要控制材料的形状和尺寸，例如采用尺寸偏差来衡量墙体材料的尺寸性能变化指标，尺寸偏差是墙体材料的实际尺寸L_测与产品标准规定尺寸L_标之差ΔL，单位为mm。采用“两条面高度差”、“弯曲”、“杂质突出高度”、“缺棱掉角尺寸”、“裂纹长度”等指标来表示墙体材料的外观性能。

除了固态物相外，还有气相和液相存在，尤其是气相物质所占据的空间体积可以是任意形状，并且体积较大，在材料中往往以各种孔洞和裂隙的方式存在。

当材料内部不存在气孔、自由水等非固体物相时，所占据的空间体积称为“绝对密实体积”，用V表示。反之，则称为“表观体积”，用V₀表示。

根据墙体材料中孔洞是否与外界连通可将孔洞分为两种类型：“开口孔”和“闭口孔”。开口孔对墙体材料的吸水率、吸声性能产生较大的影响，而闭口孔对隔热性能有较大的贡献。

（二）与水有关的性质

墙体材料在使用过程中常常与水相接触，其中的一些物相含有水而成为含水物相，因此与水有关的性质成为墙体材料中的一个基本性质，认清水与墙体材料的一些关系，无论是对墙体材料的生产者还是使用者来说都具有重要意义。

1.水在墙体材料中存在的形式

根据水与材料中其他物质的作用和位置关系，水在材料中的存在形式可以分为以下六种类型。

①吸附水 中性水分子，不参与晶体结构的形成，主要吸附在材料的各种孔洞、毛细管道、裂隙和表面中，吸附水的脱出能量较低，脱出温度在105℃以下，吸附水量会随着环境的温度和湿度的变化而增减，吸附水不是物相中的固有组分，可有可无，吸附和解吸不会改变物相的结构，在物相的化学组成表达式中一般不予表示。石膏制品中含有较大量的各种尺寸的孔隙，可以吸收和解吸较多的吸附水，因此石膏制品具有较好的调湿作用。

②胶体水 即凝胶矿物中的分散媒，是凝胶矿物的组分之一，是凝胶体中的固有组分之一，凝胶水与凝胶核的结合力决定了凝胶水的脱出温度，由于凝胶水的含量会随着环境的温度和湿度的变化而变化，因而没有固定的含水量和脱水温度，在其化学组成表达式中通常写在其他组成之后，用nH₂O表示，并用圆点分开（有时也用aq来表示），n表示含量不定。例如蛋白石（SiO₂·nH₂O或SiO₂·aq）中的水。当材料中含有大量的凝胶物质时，便会伴随着存在大量的凝胶水，水泥的水化产物中存在大量的各类C-S-H凝胶，C-S-H的组成也可粗略地用C_x SH_x-₀.₅表示，凝胶中的水的增减会引起凝胶颗粒质量和体积的变化。

③结晶水 是一种中性水分子，以H₂O的方式存在于物相中，在物相中具有固定的结合位置，但参与组成物相晶格，是物相的固有组分之一，具有固定的结合量和脱出温度，脱出温度一般较低，水的脱出会改变物相的结构，同时导致物理化学性质发生变化，引起X射线衍射花样的变化，脱水后具有与水再次结合的能力，在物相的化学式中以H₂O的形式写在其他组分之后，用圆点分开。例如二水石膏Ca[SO₄]·2H₂O中的2个水分子，其中的一个半水大约在150℃左右脱出，形成半水石膏，半水石膏可以与水发生化合反应，再次形成二水石膏，这就是半水石膏具有水化胶凝特性的缘由；另外半个水大约在190℃左右脱出，形成无水石膏或称硬石膏。

④结构水 有时也称为“化合水”，以OH^－或H₃O^＋的形式参与晶格的形成，同样具有固定的结合量和脱出温度，脱出温度一般较高，水的脱出会破坏物相的原有结构，引起X射线衍射花样的变化，脱水后一般不再与水发生反应重新形成原有结构，在其化学式中以相应的离子来表示。例如高岭石（Al₄[（OH）₈/Si₄O₁₀]）中的4个水，结合在高岭石的铝氧八面体层中，分为内羟基和外羟基两种结合形式，当高岭石被加热到480℃左右时，外羟基与铝氧八面体层首先分离，并以水的形式脱出，余下的四分之一的羟基在更高的温度下分离脱出，高岭石脱水后转化为非晶态的偏高岭石。熟石灰[Ca（OH）₂]中的水也属于结构水。

⑤沸石水 指沸石族矿物中的水，它存在于沸石晶格的孔道内，其水量随环境温度和湿度的变化而变化，由于孔道数量的比例是确定的，所以含水量有一个极限值，存在最大吸水量，脱水温度在80～110℃之间，结合力介于结晶水和吸附水之间，脱水不改变沸石的结构，失水和吸水可逆进行，体积不发生大的变化。例如钙沸石Ca[Al₂Si₅O₁₀]·3H₂O，其中的3个水就属于沸石水，钙沸石中一个Ca[Al₂Si₅O₁₀]最多可以含3个水分子，也可以全部脱出。

⑥层间水 指层状硅酸盐矿物层间的水，含水量和脱出温度不确定，同时伴随有各种水化阳离子，水的吸收和排除不会破坏矿物的结构，但会引起结构参数的逐渐改变，层与层之间的距离会随着含水量的增加而增加。膨润土中的蒙脱石{Al₂[Si₄O₁₀]（OH）₂·nH₂O}便是一种具有层间水的典型矿物，其中的nH₂O就属于层间水。

由上述六种材料中的水可知，材料对水的响应方式是不同的，它赋予材料的性质也是不相同的，有的材料随含水量的增加体积变化较大，有的变化不大；有的容易脱出，有的脱出困难；有的可以失而复得，有的则不行；有的对材料的性能影响较大，有的较小。影响材料特性随含水量变化的内在原因是材料中水的存在方式。

2.亲水性与憎水性

固体材料在空气中与水接触时，根据其表面能否被水润湿，可分为亲水性材料与憎水性材料。

材料的亲水性与憎水性可用润湿角θ来说明，如图2-3-1所示。

在材料、水、空气三相交点处，沿水滴表面所作切线与材料表面的夹角，称为润湿角θ。θ愈小，表明材料愈易被水湿润，θ=0°时，材料完全被水浸润；θ愈大，表明材料愈难被水湿润。

一般认为，当润湿角θ≤90°时，表明水分子间的内聚力小于水分子与材料分子间的吸引力，则材料表面会被水润湿，这种材料称为亲水性材料[图2-3-1（a）]，如木材、混凝土、砂石等；当润湿角θ>90°时，表明水分子间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力，则材料表面不会被水润湿，这种材料称为憎水性材料[图2-3-1（b）]，如沥青、石蜡等。

3.吸水性与吸湿性

（1）吸水性

材料在水中吸收水分的性质称为“吸水性”。吸水性的大小常以“吸水率”表示，可用“质量吸水率”和“体积吸水率”来表示：

①质量吸水率 质量吸水率是指材料吸水饱和时，所吸水的质量占材料干燥质量的百分率，单位为%。计算公式如下：

　（2-3-1）

式中　W_m——材料的质量吸水率，%；

m——材料在干燥状态下的质量，g或kg；

m₁——材料吸水饱和时的质量，g或kg。

②体积吸水率 体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥体积的百分率，单位为%。计算公式如下：

　（2-3-2）

式中　W_V——材料的体积吸水率，%；

V₀——干燥材料在自然状态下的体积，cm³或m³；

ρ_W——水的密度，常温下取ρ_W=1g/cm³。

材料的体积吸水率与质量吸水率之间的关系为

　（2-3-3）

式中　ρ₀——材料在干燥状态下的表观密度，g/cm³。

材料的吸水性，除与材料本身的亲水性或憎水性有关外，还与材料的孔隙特征有关。一般孔隙率越大，吸水性越强。孔隙率相同时，具有开口且连通的微小孔隙构造的材料，吸水性一般要强于封闭的或粗大连通孔隙构造的材料。

各种材料吸水率相差甚大，如普通混凝土为2%～3%，而轻质混凝土的质量吸水率常大于100%，即湿质量是干质量的几倍，此时最好用体积吸水率表示其吸水性。材料吸水后，表观密度增大，导热性增大，强度降低，体积膨胀，抗冻性能变差等会对墙体材料造成不利的影响。

（2）吸湿性

材料能吸收空气中水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性可用含水率来表示，该含水率是指在吸水后材料中所含水的质量与材料干燥质量的百分比，可用下式表示：

　（2-3-4）

式中　W_h——材料的含水率，%；

m——材料干燥时的质量，g或kg；

m_s——材料吸湿后的质量，g或kg。

干的材料在空气中，能吸收空气中的水分；湿的材料在空气中又会失去水分，最终材料中的水分会与周围空气的湿度达到动态平衡，因此材料的含水率通常指材料的平衡含水率。

材料的吸湿性主要与材料的组成、孔隙率，特别是孔隙特征有关，还与周围环境的温度与湿度有关。一般来说，环境中的温度越高，湿度越低，含水率越小。材料吸湿后，除了本身质量增加外，还会降低其绝热性、强度及耐久性，对工程产生不利的影响。

4.软化系数

材料长期在水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为“耐水性”。墙体材料的耐水性往往通过“软化系数”来衡量，软化系数小于1时，材料的耐水性能相对较差；大于或等于1时，说明材料的耐水特性较好，有的材料随着被放置在水中的时间延长，其强度不断增长，这类材料通常被称为“水硬性材料”。

不耐水的材料含有水分时，由于内部微粒间结合力减弱而使强度有所降低，即使致密的材料也会因此影响其强度性能。若材料中含有某些易被水软化的物质（如石灰、黏土、石膏等），强度降低得就更为严重。因此，对长期处于水中或潮湿环境中的墙体材料，必须考虑其耐水性。

材料的耐水性以软化系数k_s表示：

　（2-3-5）

式中　k_s——软化系数；

f_W——材料在水饱和状态下的抗压强度，MPa；

f——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。

颗粒材料的软化系数则采用筒压强度进行测算，即吸水饱和的筒压强度与干燥状态的筒压强度值之比。

软化系数的范围在0～1之间。软化系数的大小，有时成为选择材料的重要依据。工程中通常把k_s大于0.85的材料称为耐水材料，对于经常与水接触或处于潮湿环境的重要建筑物，必须选用耐水材料建造；用于受潮较轻或一般的建筑物时，材料的软化系数也不得小于0.75。

5.抗渗性

抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗渗透的性质。材料的抗渗性通常用渗透系数K和抗渗等级P表示。

（1）渗透系数K

根据达西定律，在一定时间内，透过材料试件的水量Q与试件断面积A及水位差H成正比，与试件厚度d成反比，即：

　（2-3-6）

或

式中　K——渗透系数，m/s；

Q——渗透水量，m³；

A——透水面积，m²；

d——试件厚度，m；

H——水位差，m；

t——透水时间，s。

渗透系数K越大，表明材料的抗渗透性能越差。

（2）抗渗等级P

抗渗等级是指材料在规定试验条件下，承受规定的水压力不渗透。如P8、P10，分别表示承受0.8MPa、1MPa水压力不渗透。

材料的抗渗性与材料的亲水性、孔隙率、孔隙特征、裂缝等缺陷有关。孔隙封闭且孔隙率小的材料，抗渗性就较高。地下建筑物及储水建筑物常受到压力水的作用，所以要求所用的材料有一定的抗渗性。

6.抗冻性

抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，经多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。当充满材料孔隙的水结冰时，由于体积增大约9%，冰对孔壁产生巨大的压力，使孔壁开裂。当冰融化后，水又进入裂缝，再冻结时，裂缝进一步扩展。冻融次数越多，材料的破坏越严重。

材料的抗冻性用抗冻等级F表示，如F50表示经过50次冻融循环，质量损失不超过5%，强度损失不超过25%。通常采用材料吸水饱和后，在-15℃冻结，再在20℃的水中融化，这样的一个过程称为一次冻融循环。

材料的抗冻性，与材料本身的成分、构造、强度、耐水性、吸水饱和程度、孔隙率及孔隙特征等因素有关，也与冻结的温度、冻结速度及冻融频繁程度等因素有关。

用于建筑物冬季水位变化区的材料，要求有较好的抗冻性。另外，由于抗冻性较好的材料，对抵抗温度、干湿变化等风化作用的性能也较好，所以即使是处于温暖地区的建筑物，为了抗风化，材料也必须具有一定的抗冻性要求。

7.湿胀干缩

因吸湿或吸水引起的膨胀，称为湿胀；因材料内部水分蒸发引起的体积收缩，称为干燥收缩。材料中的吸附水是导致湿胀干缩产生的物质因素，是由于墙体材料在吸收水分时，材料中的毛细孔产生表面张力导致固体颗粒间相互撑开而产生体积膨胀，水分失去而收缩。由凝胶体为胶结物质的混凝土墙体材料，由于存在较多的吸附水，其湿胀干缩表现比较明显。

混凝土在凝结硬化过程中，如空气过于干燥导致混凝土表面水分蒸发过快，可导致混凝土产生塑性收缩裂缝。在混凝土凝结硬化以后，由于混凝土内部凝胶表面水的脱失，同样会引起混凝土的整体收缩，当收缩值过大，收缩应力超过混凝土极限抗拉强度时，就可导致受限混凝土产生干缩裂缝。因此，采用混凝土制成的建筑砌块，在硬化过程中会逐渐失水而干缩。普通混凝土砌块的最终收缩率为0.03%～0.05%，28天自然养护后，仅完成收缩的50%～60%，稳定的时间大于半年。由于砌块上墙的时间往往比较短，砌块砌成墙体后，因环境干燥使得含水率会持续下降达10%左右，其干缩率为0.02%～0.03%。采用火山渣、炉渣等轻骨料制成的混凝土干燥收缩率大于普通混凝土干燥收缩率，总收缩率为0.04%～0.06%，收缩主要发生在7～90天之间，比普通混凝土收缩期要长，其中60天约占全部收缩的65%。因此，养护时间较短的混凝土砌块墙在约束状态下就比较容易产生灰缝裂缝。

建筑砌块的干缩率与砌块的胶凝材料种类和用量、养护过程和时间、骨料类型、水灰比和使用外加剂等因素有关，并且随着龄期和强度的增长而逐步减缓。干缩已经趋于稳定的混凝土等砌块砌体，如再次被水浸湿，会再次发生干缩，产生干湿循环收缩现象。不过比第一循环时间要短，总收缩率会降低，为第一循环的80%左右。

（三）材料的密度

一定数量的物质总是需要占据一定的空间，密度是指材料单位体积具有的质量，单位是g/cm³或kg/m³。与密度相关的另一个概念是相对密度，相对密度是指材料的质量与同体积4℃水的质量之比，相对密度是无量纲的，数值上与密度相等。

材料的密度是材料的基本物理性质之一，它与材料的应用有密切的关系，例如建筑物的总质量与所使用的建筑材料密度直接相关，当使用密度较小的墙体材料时，可以减轻建筑物的总质量，可以减小受力构建的尺寸，降低建筑总成本，增加建筑物使用空间等。低密度墙体材料还可以减少材料的运输量，可以降低材料的导热量，提高材料的隔声效果等。材料的吸水率、膨胀特性、耐水性和孔隙率均与材料的密度密切相关。轻质高强材料中的“轻质”就是指材料的密度小，轻质一方面可以节约原料，另一方面还可以改善墙体材料的保温隔热、隔声降噪的效果。

影响材料密度的因素主要是构成材料的物相组成及其结构状态，同时还取决于材料的各种孔状态、尺寸、形态和所处的温度、压力等环境。

物相及其组成对材料密度的影响是显而易见的，当一种墙体材料由n种物相构成时，若忽略相间空隙的影响，其密度可由下式计算：

　（2-3-7）

相同的材料，其物相状态也会发生变化，同样是SiO₂组成的石英，α-石英和β-石英分属于两种物相形态，高温形态α-石英的密度低于低温形态的β-石英，当石英在加热过程中发生晶型转变时，便引起体积变化，例如烧结页岩砖中的石英含量较高时，在升温至470℃左右发生转晶，此时会引起坯体的体积膨胀，如果膨胀率大于烧结收缩率，就会造成坯体体积变化而开裂。

对于实际使用中的各类墙体材料，其内部或多或少地存在各种形态的空隙，材料中的孔形态、尺寸同样对其密度产生重要的影响。

当材料的体积以包含各种孔隙的自然形态为测算基准时，所得到的密度值称为“表观密度”，用符号ρ₀表示。实际上，墙体材料表观密度的测定是指在一定的干燥条件下干燥之后，如在105℃条件下干燥至恒重时的质量和体积之比，如烧结砖的“体积密度”的测定就是在105～110℃条件下干燥至恒重，测量砖的长、宽、高获得砖的体积，计算得到砖的“体积密度”。有时也指在使用状态下的质量和体积之比，而使用状态下，墙体材料内部的水分是不确定的，因此其质量和体积也会随之发生变化，因此需要特别注明其中的含水量。当在一定的含水量条件下测定墙体材料的表观密度时，则被称为“湿表观密度”，同时要注明含水量。当被测材料为颗粒状材料时，其密度被称为“颗粒密度”。

材料的表观密度按下式计算：

　（2-3-8）

式中　ρ₀——材料的表观密度，kg/m³；

m——材料的质量，kg；

V₀——材料的表观体积，m³，材料的表观体积的测定往往采用涂蜡排水法。

为了消除材料中孔洞、裂隙和含水量等因素对材料密度的影响，往往将材料磨细至较小的颗粒度，使得较大的空隙体积消失了，在较小的尺度状态下测定材料的密度值。具体的测定方法称为比重瓶法，在规定的温度条件下，将一定质量（m）干燥好的材料磨至320目细粉，置于装有一定密度液体的比重瓶内测定其所占据的体积v，由此按下式计算出该材料的密度值：

　（2-3-9）

式中　ρ——材料的密度，g/cm³；

m——材料的质量，g；

V——材料的体积，cm³。

实际上，粉体的大小对所测的密度值有直接的影响，粉体较大时，无法消除小于粉体尺寸的裂隙和孔洞，粉体较小时，由于存在大量的表面积，原子在粉体内部的排列方式有别于在材料表面的排列方式，同样会影响材料的密度数值。某一晶相的具体密度值的测量可以采用X射线衍射分析的方法，通过测量物相的晶胞尺寸准确地计算出来。

准确测定出的墙体材料的密度值，是了解和计算材料其他性能的基础参数，例如可以用来计算材料的空隙率值P。

对于散状颗粒物料，例如水泥、砂、碎石和破碎的页岩等，在自然堆积状态下测定的质量和体积之比称为“堆积密度”或“容重”，用ρ'₀来表示。显然，容重计算所用到的体积包括了颗粒间的空隙。容重的测定往往是采用一个已知体积的容器，容器大小的选择要充分考虑被测物料的粒度，粒度越大，选用的容器也要越大，称量出装满容器的物料的质量进行计算。“堆积密度ρ'₀”按照下式进行计算：

　（2-3-10）

式中　ρ'₀——材料的密度，g/cm³；

m——材料的质量，g；

V'₀——材料的体积cm³，测算过程往往采用测量容器的体积值。

容重主要使用在各种工程计算中，例如计算库容、容积配料量、运输装载量等，因此，物料的状态往往以使用状态为基准进行测算。

（四）密实度与孔隙率

密度是描述材料单位体积所具有的质量的，对于墙体材料而言，构成材料的物相组成不同，则相同体积占有率的材料的密度值就不同，物相密度大的材料，表观密度就大，因此仅仅通过表观密度是不能了解材料的致密程度的。当要了解块状材料单位体积中固体材料所占的比例时，通常采用密实度或孔隙率来描述材料的致密程度。

1.密实度

密实度是指块状材料表观体积内被固体物质所充实的程度。密实度D可表示为：

　（2-3-11）

式中　D——材料的密实度，%；

V——材料在绝对密实状态下的体积，m³；

V₀——材料的表观体积，m³；

ρ——材料的密度，kg/m³；

ρ₀——材料的表观密度，kg/m³。

2.孔隙率

孔隙率是指材料中孔隙体积占材料总体积的百分数。孔隙率P可表示为：

　（2-3-12）

式中　ρ₀——材料的表观密度，kg/m³；

ρ——材料的密度，kg/m³；

V——材料在绝对密实状态下的体积，m³；

V₀——材料的表观体积，m³；

P——材料的孔隙率，%。

材料孔隙率的大小，表明材料的密实程度。孔隙率及孔隙的大小、是封闭或连通、分散情况等这些孔隙特征影响材料的力学、耐久性及导热性等性质。

材料的密度、表观密度、孔隙率是材料最基本的物理参数，它们反映了材料的密实程度。密度与表观密度除用以计算孔隙率外，还可用以计算材料的体积与质量。

（五）填充率与空隙率

对于松散颗粒状态材料，如砂、石子等，可用填充率和空隙率表示互相填充的疏松致密程度。

1.填充率

填充率（D'）是指散粒状材料在堆积体积内被颗粒所填充的程度，单位为%。

　（2-3-13）

式中　D'——散粒状材料在堆积状态下的填充率，%；

V₀——散粒状材料的表观体积，m³；

V'₀——散粒状材料的堆积体积，m³；

ρ'₀——'散粒状材料的堆积容重，kg/m³；

ρ₀——散粒状材料的表观密度，kg/m³。

2.空隙率P'

散粒状材料颗粒之间的空隙体积占材料堆积状态下总体积的百分数，称为散粒材料的空隙率P'，单位为%。

　（2-3-14）

式中　P'——散粒状材料在堆积状态下的填充率，%；

V₀——散粒状材料的表观体积，m³；

V'₀——散粒状材料的堆积体积，m³；

ρ'₀——散粒状材料的堆积容重，kg/m³；

ρ₀——散粒状材料的表观密度，kg/m³。

在墙体材料的使用过程中，材料的密度、表观密度和堆积密度常用来计算材料的用量、构件的自重、配料计算及确定材料的堆放空间等。

几种常用材料的密度、表观密度、堆积密度如表2-3-1所列。

二、力学性能

材料的力学性质是指材料抵抗外力的破坏和抵抗外力使之发生变形的能力或特性，包括材料的强度、弹性和塑性、脆性和冲击韧性、硬度与磨损、磨耗等。墙体材料的抗压强度是材料力学性质中最重要的一项指标，它是划分材料等级的主要依据。

（一）材料的强度和比强度

1.强度

材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力，称为强度。通常以材料在外力作用下失去承载能力时的极限应力来表示，亦称为极限强度。

对于以强度为主要性能指标的材料，通常以材料强度值的高低划分成若干等级，称为“强度等级”，如水泥、混凝土、烧结页岩砖等均用强度等级来表示。

材料抵抗由静荷载产生应力破坏的能力，称为材料的静力强度。它是以材料在静荷载作用下达到破坏时的极限应力值来表示的。

由于外力作用情况不同，材料主要有抗拉、抗压、抗弯、抗剪四种强度。材料的静力强度是通过对材料试件进行破坏试验而测得的。表2-3-2列出了各种强度测定时，试件的受力情况和各种强度的计算公式。

材料的静力强度主要取决于材料的成分、结构与构造。不同种类的材料，强度不同；同一种材料，受力情况不同时，强度也不同。如混凝土、砖、石等脆性材料，抗压强度较高，抗弯强度很低，抗拉强度则更低；而低碳钢、有色金属等塑性材料的抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度则大致相等。同一种材料结构不同时，强度也有较大的差异。如孔隙率大的材料，强度往往较低。又如层状材料或纤维状材料会表现出各向强度有较大的差异。细晶结构的材料，强度一般要高于同类粗晶结构材料。

除上述内在因素会影响材料强度外，测定材料强度时的试验条件，如试件尺寸和形状、试验时的加荷速度、试验时的温度与湿度、试件的含水率、样品的表面状态等也会对试验结果有较大的影响。如测定混凝土强度时，同样条件下，棱柱体试件的抗压强度要小于同样截面尺寸的立方体试件的抗压强度。尺寸较小的正方体试件强度要高于尺寸较大的立方体试件强度。

混凝土立方体试件在压力机上受压时，压力机的上下压板及试件会发生横向变形。压力机的钢质压板的弹性模量约为混凝土弹性模量的5～10倍，而钢的泊松比却只是混凝土的2倍左右。因此，在荷载作用下，压板的横向应变要小于混凝土的横向应变（无约束下的应变）。这样，压力机上下压板与试件间会产生摩擦力，对试件的横向膨胀产生约束，这被称为环箍效应。愈接近试件端面，这种约束作用愈大，大约距试件端面（a为试件的横向尺寸）的范围以外，约束作用消失。所以，试件破坏后为上下顶接的两个截头棱锥体[图2-3-2（a）]。尺寸较大的试件，中间部分受摩擦阻力影响较小，比尺寸小的试件容易破坏。同时，大尺寸试件存在裂缝、孔隙等缺陷的概率较大，故大尺寸试件测得的强度值偏低。棱柱体试件由于高度较大，中间部分几乎不受环箍效应的作用，其抗压强度要低于同样截面尺寸的立方体试件。

如在压力机压板和试件间加润滑剂，环箍效应将大大减小，试件将出现直裂破坏[图2-3-2（b）]，测得的强度也较低。

试件受压面上的凹凸不平及缺棱掉角，会引起应力集中使强度测定值降低。一般来说，加荷速度较快时强度的测定值要比加荷速度较慢时强度的测定值高些。所以测定材料强度时，必须严格按照标准规定的方法进行。

与墙体材料的力学性质有关的概念会随着材料的种类不同有对应的表达方式。对于块状墙体材料主要有单轴抗压强度。

2.单轴抗压强度

墙体材料的（单轴）抗压强度，是指将材料制备成（50.0±0.5）mm的正立方体（或直径与高均为50mm±0.5mm的圆柱体）试件，经吸水饱和后，在单轴受压并按规定的加载条件下，达到极限破坏时，单位承压面积的强度，按下式计算：

　（2-3-15）

式中　f——材料的抗压强度，MPa；

P——极限破坏时的荷载，N；

A——试件的截面积，mm²。

3.筒压强度

以上是对于墙体材料尺寸较大或者可以制备出较大尺寸试样的墙体材料所进行的抗压强度检测和表征，对于颗粒状材料和原料，例如混凝土粗骨料、轻质陶粒等材料的强度表征，则采用“筒压强度”来表示，筒压强度的测定过程是在一定干燥状态的试样上，加上ϕ113mm×70mm的冲压模，取冲压模压入深度为20mm时的压力值，除以承压面积（10000mm²），为其筒压强度值。测定筒压强度时，材料之间为点接触，实际受力面积相对较小，因此所测定得到的筒压强度值的压强绝对值是块状材料的五分之一，甚至更小。影响材料筒压强度的因素比较复杂，除了材料本身的强度特性之外，颗粒状物料的堆积密度、粒形、级配、孔隙率等因素均对筒压强度产生较大的影响。

4.压碎值

混凝土用粗骨料的力学性能采用压碎值来表征，单位是%。压碎值试验是将10～20mm的骨料试样3kg装入压碎值测定仪的钢质圆筒内，放在压力机上，在3～5min内均匀地加荷至200kN，立即卸载，称其通过2.5mm筛的筛余质量，按下式计算：

　（2-3-16）

式中　Q_a——骨料压碎值，%；

m₀——试样的质量，g；

m₁——试验后筛余的试样质量，g。

5.比强度

比强度是按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比，是衡量材料轻质高强的一项重要指标。比强度越大，材料轻质高强的性能越好。优质的结构材料，要求具有较高的比强度。玻璃钢和木材是轻质高强的材料，它们的比强度大于低碳钢，而低碳钢的比强度大于普通混凝土。普通混凝土是表观密度大而比强度相对较低的材料，所以努力促进普通混凝土——这一当代最重要的结构材料，向轻质、高强的方向发展是一项十分重要的工作。轻质高强的材料是未来墙体材料发展的主要方向。

6.抗折破坏荷载

抗折破坏荷载是以确定尺寸的材料和加载方式为基准，表征材料抗折强度的一种方式。例如GRC轻质多孔隔墙条板的抗折破坏荷载检测是分别在每块GRC轻质多孔隔墙条板上横向截取长度为1400mm的试件，将试样平置于两个平行支座上，使板中心线与加荷杆中心线重合，两支座间跨距为1200mm，如图2-3-3所示，加荷杆作用于试样的力应与试样平面相垂直，均匀加荷控制试样在，15～45s内断裂，得到板材断裂最大破坏荷载，单位为N。

（二）材料的变形

材料在外力作用下，由于质点间平衡位置改变，质点产生相对位移而形状与体积发生变化，称为材料的变形。

1.弹性与塑性

材料在外力的作用下产生变形，当外力除去后，又能恢复到材料变形前形状的性质称为弹性，这种能完全恢复的变形称为弹性变形或瞬时变形。

如果在外力的作用下，材料产生变形，当外力取消后，材料不能恢复到变形前的形状，同时也不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复变形的性质称为塑性变形或永久变形。

实际上，完全的弹性材料是没有的。有些材料当应力不大时，表现为弹性，而应力超过某一限度后，即发生塑性变形，如建筑钢材；有些材料受力后，弹性变形与塑性变形的同时发生，外力除去后，弹性变形消失，塑性变形不能消失，如混凝土。

材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，其比例系数称为弹性模量，代表了材料弹性变形的难易程度，是表征刚度的一个指标，弹性模量的单位是N/m²。一般用“杨氏模量”表征材料的弹性模量，用E表示。

　（2-3-17）

式中　F——对材料施加的力，N；

S——材料的受力截面积，m²；

dL——材料受力前后的变形增量，m；

L——材料受力前的尺寸，m。

弹性模量是工程材料重要的性能参数，是衡量材料抵抗外力作用产生的材料尺寸变化能力大小的尺度，影响材料的弹性模量的因素有材料内部的原子、离子或分子之间的键合强度、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。对于由无机非金属材料组成的墙体材料来说，其弹性模量比较大，受外在因素的影响不大，所以一般工程应用中都把烧结砖等墙体材料看成刚性材料和脆性材料。

2.脆性与冲击韧性

材料在外力作用下达到一定限度产生突然破坏，破坏时无明显塑性变形的性质称为脆性。具有这样性质的材料称为脆性材料，如烧结砖、石料、混凝土、生铁、石膏、陶瓷等。这类材料的抗拉强度远小于抗压强度，不宜承受冲击或振动荷载。

材料在冲击、振动荷载作用下抵抗破坏的性能，称为冲击韧性。具有冲击韧性的材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，同时产生较大变形而不破坏。冲击韧性以材料冲击破坏时消耗的能量表示。有些材料在破坏前有显著的塑性变形，如低碳钢、有色金属、木材等。这类材料在冲击振动荷载作用下，能吸收较大的能量，有较高的韧性。作为建筑桥梁、路面、吊车梁等能够受冲击、承受振动荷载作用、满足抗震要求及能在负温下工作的结构材料，要求它有较高的冲击韧性。

选用材料时要考虑材料的脆性与韧性。

3.徐变

固体材料在恒定外力长期作用下，变形随时间延长而逐渐增大的现象，称为徐变。

对于非晶体材料来说，徐变是由于材料在外力作用下，内部产生类似液体的黏性流动而造成的。对于晶体材料来说，则由于在切应力作用下，材料内部晶格错动和滑移而发生徐变。

（三）材料的硬度、磨损及磨耗

1.硬度

材料抵抗其他较硬物体压入的能力，称为硬度。硬度大的材料耐磨性较好，但不易加工。

一般来说，硬度较大的材料，强度也较高，有些材料硬度与强度之间有较好的相互关系。硬度的表征与测定方法有关，常用的有刻划法和压入法两种，不同材料其硬度的测定方法不同。刻划法常用于测定天然矿物的硬度，按刻划法矿物硬度分为十级（莫氏硬度），其硬度递增顺序为滑石1级、石膏2级、方解石3级、萤石4级、磷灰石5级、正长石6级、石英7级、黄玉8级、刚玉9级、金刚石10级。钢材、木材及混凝土等材料的硬度常用压入法测定，例如布氏硬度。布氏硬度值是以压痕单位面积上所受压力来表示的。

一般材料的硬度愈大，则其耐磨性愈好。工程中有时也可用硬度来间接推算材料的强度。例如，在测定混凝土结构强度时，可用回弹硬度来推算其强度的近似值。

2.磨损及磨耗

材料受摩擦作用而减少质量和体积的现象称为磨损。材料同时受摩擦和冲击作用而减少质量和体积的现象称为磨耗。材料的耐磨性与材料的组成成分、结构、强度、硬度等因素有关。在土木工程中，对于用作踏步、台阶、地面、路面等部位的材料，应具有较高的耐磨性。一般来说，硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材料，抗磨性较好。

三、与热有关的性质

（一）导热性

当材料两侧表面存在温差时，热量会由温度较高的一面传向温度较低的一面，材料的这种能够传导热量的性质称为导热性。材料的导热性可用热导率来表示。

以图2-3-4所示的单层平板为例，若t₁>t₂，经过时间z，由温度为t₁的一侧传至温度为t₂的一侧的热量可按下式计算：

　（2-3-18）

则热导率的计算公式为：

式中　λ——热导率，W/（m·K）；

Q——传导的热量，J；

d——材料的厚度，m；

a——传热面积，m²；

z——传热时间，s；

t₁-t₂——材料两侧的温度差，K。

因此，材料的热导率越小，保温性越好。建筑材料的热导率一般为0.02～3.00W/（m·K）。通常λ≤0.23W/（m·K）的材料可作保温隔热材料使用。

常用保温材料的性能参数见表2-3-3。

热导率是热量通过材料本身传导能力大小的量度，热导率受材料本身物相组成、孔隙率、材料所处环境的温、湿度及热流方向等因素的影响。材料的热导率受材料自身的物相构成的影响。化学组成和分子结构比较简单的物质比结构复杂的物质有更大的热导率；由于空气的热导率比固体物质的热导率小得多，因此，材料的孔隙率越大，材料的热导率就越小。材料的热导率不仅与孔隙率有关，而且还受到孔隙的大小、分布、形状及连通状况的影响。封闭细小孔隙比粗大连通孔隙的热导率小；由于温度升高，材料中固体分子的热运动增强，同时，材料孔隙中空气的导热能力和孔壁间的辐射作用也增加，因此材料的热导率会随温度的升高而增大；材料受潮吸水后，空气被水代替，水的热导率比空气的热导率要大20倍左右，因此会使材料的热导率增大。若水结冰，则由于冰的热导率约为空气热导率的90倍，从而使材料的热导率增加得更多。保温材料在施工及保管过程中必须在干燥条件下进行；对于纤维状材料，热流方向与纤维排列方向垂直时材料表现出的热导率要小于平行时的热导率。这是因为前者可对空气的对流等起有效的阻止作用。

墙体材料的热导率对建筑物的保温隔热有重要意义。在节能建筑的设计、建造中，墙体材料的热导率是一个重要的指标。

几种常用材料的热导率如表2-3-4所列。

（二）热容量

热容量是指材料在受热时吸收热量、冷却时放出热量的能力。质量为1kg的材料的热容量，称为该材料的比热容。

热容量Q的计算公式为：

　　（2-3-19）

式中　Q——材料吸收或放出的热量，J；

c——材料的比热容，J/（kg·K）；

m——材料的质量，kg；

t₂-t₁——材料受热或冷却前后的温差，K或℃。

其中比热容c值是真正反映不同材料热容性差别的参数，可由上式导出：

　（2-3-20）

混凝土的比热容约为1×10³，钢为0.48×10³，松木为2.72×10³，普通黏土砖为0.88×10³，水为4.19×10³。比热容是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。不同材料的比热容不同，即使是同一种材料，由于所处物态不同，比热容也不同，例如，水的比热容为4.19×10³，而结冰后的比热容则是2.05×10³。

在冬夏季施工中，对材料加热或冷却进行计算时，均要考虑材料的热容量。在房屋建筑中，用比热容大的材料，对保持室内温度的稳定性有很大的意义，比热容大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。

材料的热导率和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋盖）进行热工计算时的重要参数，设计时应选用热导率较小而热容量较大的土木工程建筑材料，这样有利于保持建筑物室内温度的稳定性。

（三）耐燃性和耐火性

耐燃性：是指材料在火焰或高温作用下可否燃烧的性质。

耐火性：是指材料在火焰或高温作用下，保持其不破坏、性能不明显下降的能力。用其耐受的时间来表示，称为耐火极限。

四、声学性能

对一些有音质要求的建筑，如电影院、剧院、演播室、礼堂、教室等，选择声学性能优良的材料是为了保证有良好的音质，抑制噪声影响。另外墙体材料时常作为一般居住建筑的内隔墙使用，房间与房间之间通常也需要隔声，因此需要考虑采用吸声和隔声性能良好的墙体材料，隔声性能也是建筑物室内舒适度评价的主要指标。

吸声性能使用吸声系数表示。吸声系数的大小与声音的频率、入射方向有关。通常将材料在125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz这六个频率下的平均吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料，为发挥吸声材料的作用，材料的气孔应是开放的，且应相互连通，气孔越多，吸声性能就越好。大多数吸声材料强度较低，因此，吸声材料应设置在护壁台以上，以免撞坏。吸声材料易于吸湿，安装时应考虑到膨胀的影响，还应考虑防火、防腐、防蛀等问题。尽可能使用吸声系数较高的材料，以便使用较少的材料达到较好的效果。

多孔性吸声材料是比较常用的一种吸声材料，它具有良好的中、高频吸声性能。

多孔性吸声材料具有大量内、外连通的微孔和连续的气泡，通气性良好。当声波入射到材料表面时，声波很快地顺着微孔进入材料内部，引起孔隙内的空气振动，由于摩擦、空气黏滞阻力和材料内部的热传导作用，使相当一部分声能转化为热能而被吸收。多孔材料吸声的先决条件是声波易于进入微孔，不仅在材料内部，在材料表面上也应当是多孔的。

多孔性吸声性能与材料的表观密度及内部构造有关。在建筑装修中，吸声材料的厚度、材料背后的空气层，以及材料的表面状况，对吸声性能都有影响。

（一）材料表观密度和构造的影响

多孔材料表观密度增加，意味着微孔减少，能使低频吸声效果有所提高，但高频吸声性能却会下降。材料孔隙率高，孔隙细小，吸声性能就好；孔隙过大，效果较差。过多封闭微孔，对吸声并不一定有利。

（二）材料厚度的影响

多孔材料的低频吸声系数，一般来说随着厚度的增加而提高，但厚度对高频影响不显著。材料的厚度增加到一定程度后，吸声效果的变化就不明显了。

（三）背后空气层的影响

大部分吸声材料都是周边固定在龙骨上，安装在离墙面5～15mm处。材料背后空气层的作用相当于增加了材料的厚度，吸声效能一般随空气层厚度的增加而提高。当材料离墙面的安装距离（即空气层厚度）等于1/4波长的奇数倍时，可获得最大的吸声系数。根据这个原理，采用调整材料背后空气层厚度的办法，可达到提高吸声效果的目的。

（四）表面特征的影响

吸声材料表面的空洞和开口孔隙对吸声是有利的。当材料吸湿或表面喷涂油漆、孔口充水或堵塞时，会大大降低吸声材料的吸声效果。

多孔性吸声材料与保温材料相比，都是多孔性材料，但在材料孔隙特征要求上有着很大差别：保温材料要求具有封闭的互不连通的气孔，这种气孔越多，则保温绝热效果越好；而对于吸声材料，则要求具有开放的互相连通的气孔，这种气孔越多，则吸声性能越好。

（五）材料形态的影响

薄板振动吸声结构是在声波作用下发生振动，板振动时由于板内部和龙骨间出现摩擦损耗，使声能转变为机械振动，而起吸声作用。由于低频声波比高频声波容易激起薄板产生振动，所以具有低频吸声特性，同时还有助于声波的扩散。建筑中常用的薄板振动吸声结构的共振频率在80～300Hz之间，在此共振频率附近的吸声系数最大，为0.2～0.5，而在其他频率附近的吸声系数就较低。

建筑中常用胶合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板及金属板等，把它们周边固定在墙或顶棚的龙骨上，并在背后留有空气层，即成薄板振动吸声结构。

共振吸声结构具有封闭的空腔和较小的开口孔隙，当孔隙内空气受到外力激荡，会按一定的频率振动。每个单独的共振器都有一个共振频率，在其共振频率附近，由于空气分子在声波的作用下像活塞一样进行往复运动，会因摩擦而消耗声能。为了获得较宽频带的吸声性能，常采用组合共振吸声结构或穿孔板组合共振吸声结构。

穿孔板组合共振吸声结构具有适合中频的吸声特性。这种吸声结构与单独的共振吸声器相似，可看作是多个单独共振器并联而成的。穿孔板厚度、穿孔率、孔径、孔距、背后空气层厚度以及是否填充多孔吸声材料等，都影响吸声结构的吸声性能。这种吸声结构由穿孔的胶合板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、铝合板、薄钢板等，将周边固定在龙骨上，并在背后设置空气层而构成。这种吸声结构在建筑中使用得比较普遍。

具有密闭气孔和一定弹性的材料，如氯乙烯泡沫塑料，表面仍为多孔材料，但因具有密闭气孔，声波引起的空气振动不易直接传递至材料内部，只能相应地产生振动，在振动过程中，由于克服材料内部的摩擦而消耗了声能，引起声波衰减。这种材料的吸声特性是在一定的频率范围内出现一个或多个吸收频率。

常用吸声材料的性能参数见表2-3-5。

五、光学性质

墙体材料的光学性质包括颜色、光泽度、透明度等。

颜色是人对光的感知，那么黑色就是人对无光的感知。光是一种电磁波，其具有波长和强度，波长实际上代表了不同的颜色，强度代表光的亮度。在人可以感受的波长范围内，从380～740nm，它被称为可见光。将一个光源的波长与其强度作图，就得到这个光源的光谱。一个物体的光谱决定这个物体的光学特性，包括它的颜色和亮度。一个弥散地反射所有波长的光的表面是白色的，而一个吸收所有波长的光的表面是黑色的。

光泽度实际上是指材料表面对自然光的反光能力，通常采用反射率（%）来表征。透明度实际上是指材料的透光能力，采用透过率（%）来表征。

墙体材料的光学性质与构成材料的元素组成及内部结构有关，过渡金属元素往往是呈色元素，例如烧结砖中的金属元素Fe在氧化气氛下使得砖呈现砖红色，在还原气氛下呈现出青灰色。材料中的气孔和微裂纹往往使光线产生漫反射，降低材料的透明度。

六、体积变化

（一）化学过程产生的体积变化

是指墙体材料在使用过程中因材料内部物质间的化学反应，导致反应物与产物之间的体积不相同而引起的体积变化。根据化学反应类型的不同，体积变化的方式、结果也不同。目前的墙体材料中，人们观察和认识到的产生体积变化的典型的化学过程主要有：水泥水化、水泥体积安定性不良导致的化学反应和碱骨料反应过程。

由于水泥水化产物的体积小于反应前水泥和水的总体积，因而混凝土出现体积收缩现象。这种由水泥水化和凝结硬化而产生的自身体积减缩，被称为化学收缩。其收缩总值随混凝土龄期的增长而增大，大致与时间的对数成正比，即早期收缩大于后期收缩。体积收缩总量与水泥用量及水泥品种有关，水泥用量越大，化学收缩值也越大，化学收缩属于不可逆变形。

水泥在凝结硬化过程中，体积均匀变化的性质称为体积安定性。体积安定性不良的水泥，硬化时会由于局部膨胀而产生裂缝。

造成水泥体积安定性不良的原因是水泥中含有过多的游离氧化钙（f-CaO）或过多的氧化镁及三氧化硫。水泥煅烧时，未与其他氧化物化合而单独存在的氧化钙称为游离氧化钙，它因过烧而组织致密，熟化速度慢，当水泥浆已经凝结硬化后，它才熟化，体积膨胀，破坏水泥石结构。氧化镁是从石灰质原料中带入的，它熟化速度更慢，含量过多时，也会造成安定性不良。如磨细水泥时，掺入石膏过多，则三氧化硫含量过多，水泥凝结硬化后，继续与水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积膨胀引起水泥石开裂。

国家标准规定水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%；水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。

硅酸盐水泥的安定性经沸煮法检验必须合格。沸煮法检验水泥的体积安定性时，可用试饼法也可用雷氏法，有争议时以雷氏法为准。试饼法是用标准稠度水泥净浆，按规定的方法做成试饼并养护，然后沸煮3 h±5min，以加速游离氧化钙的熟化。若煮后，试饼不弯、不裂为安定性合格。另外可用压蒸法加速氧化镁熟化来检验它对安定性的影响；用水浸法检验三氧化硫对安定性的影响。如水泥中氧化镁、三氧化硫的含量不超过规定，一般可不进行这两项检验。

碱骨料反应（简称AAR）是指混凝土原材料中的碱性物质与活性成分发生化学反应，生成碱-硅酸盐凝胶，吸水后会产生膨胀，体积可增大3～4倍，从而使混凝土剥落、开裂、强度降低，甚至导致破坏。引起碱骨料反应有三个条件：①混凝土的凝胶中有碱性物质，这种碱性物质主要来自于水泥，若水泥中的含碱量（K₂O，Na₂O）大于0.6%，则会很快析出进入水溶液中，遇到活性骨料则会发生反应；②骨料中有活性骨料，如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃质火山石、安山石等含SiO₂的骨料；③碱骨料反应的充分条件是有水分，在干燥环境下很难发生碱骨料反应。

钢筋锈蚀也是一种化学过程，金属铁在与氧气反应的过程中，其产物的体积大于金属材料的体积，导致墙体材料的体积膨胀。

（二）物理过程产生的体积变化

物理过程引起的体积变化主要有湿胀干缩、热胀冷缩、冻融过程和析盐析泛霜过程等。湿胀干缩在本节的“与水有关的性质”中做了比较详细的叙述，请参阅该节。

对于一般物体，热胀冷缩主要是由于温度升高，分子的动能增加，分子的平均自由程增加，导致体积膨胀，所以表现为热胀冷缩。混凝土的温度膨胀系数大约为10×10^-6℃^-1。即温度每升高或降低1℃，长1m的混凝土将产生0.01mm的膨胀或收缩变形。

冻融过程是指材料中的水由于温度降到0℃以下和升至0℃以上而产生冻结膨胀和融化收缩的一种物理循环过程。

盐析泛霜是指材料中的可溶性盐类（如硫酸钠等），随着砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象，一般为白色粉末，常在砖表面形成絮团状斑点。泛霜的砖用于建筑中的潮湿部位时，由于大量盐类的不断溶出，移至表面后水分蒸发而产生结晶体积膨胀，这种体积变化会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔隙率增大，抗冻性显著下降。

七、放射性

放射性物质是那些能自然地向外辐射能量，发出射线的物质。这些物质的原子核能发生衰变，放出肉眼看不见、只能用专门的仪器才能探测到的带能射线，物质的这种性质称为放射性。在天然“放射性元素”中，放射能量较大的有铀（U）、钍（Th）和镭（Ra），其次有钾40等。放射性物质放出的射线有三种，它们分别是α射线、β射线和γ射线。

在大剂量的照射下，放射性对人体存在着某种损害作用。如在400rad的照射下，受照射的人有5%死亡；若照射650rad，则人100%死亡。照射剂量在150rad以下，死亡率为零，但并非无损害作用，往往需经20年以后，一些症状才会表现出来。放射性也能损伤遗传物质，主要在于引起基因突变和染色体变异，使一代甚至几代受害。

放射性的计量采用比活度来表示，某种核素的放射性比活度是指：物质中的某种核素放射性活度除以该物质的质量而得的商。表达式为：

　（2-3-21）

式中　C——放射性比活度，Bq/kg；

A——核素放射性活度，Bq；

m——物质的质量，kg。

考查墙体材料放射性的比活度有两项指标：内照射指数I_Ra和外照射指数I_r。

内照射指数是指：建筑材料中天然放射性核素镭226的放射性比活度，除以标准中规定的限量而得的商。表达式为：

　（2-3-22）

式中　I_Ra——内照射指数；

C_Ra——建筑材料中天然放射性核素镭226的放射性比活度，Bq/kg；

200——仅考虑内照射的情况下，标准中规定的建筑材料中放射性核素镭226的放射性比活度限量，Bq/kg。

外照射指数是指：建筑材料中天然放射性核素镭226、钍232和钾40的放射性比活度分别除以各自单独存在时标准中规定限量而得的商之和。表达式为：

　（2-3-23）

式中　I_r——外照射指数；

C_Ra，C_Th，C_K——建筑材料中检测到的天然放射性核素镭226，钍232和钾40的放射性比活度，Bq/kg；

370，260，4200——仅考虑外照射的情况下，标准中规定的建筑材料中天然放射性核素镭226、钍232和钾40在各自单独存在时本标准规定的限量，Bq/kg。

根据墙体材料比活度的值与标准中放射性材料分类标准进行比对，确定是否将此墙体材料列为超标建筑材料，是否使用受限制。例如，当建筑主体材料中天然放射性核素镭226、钍232、钾40的放射性比活度同时满足I_Ra≤1.0和I_r≤1.0时，其产销与使用范围不受限制。对于空心率大于25%的建筑主体材料，其天然放射性核素镭226、钍232、钾40的放射性比活度同时满足I_Ra≤1.0和I_r≤1.3时，其产销与使用范围不受限制。