2.2 材料的基本物理性质
2.2.1 材料与水有关的性质
2.2.1.1 亲水性与憎水性
材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性，反之，材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性。
材料的亲水性与憎水性程度可用润湿角θ来表示，如图23所示。θ角越小，表明材料越易被水润湿。一般认为，当润湿角θ≤90°时，表明水分子之间的内聚力小于水分子与材料之间的吸引力，材料具有亲水性，此种材料称为亲水性材料，如石材、砖瓦、陶瓷、木材、混凝土等；当润湿角θ＞90°时，表明水分子之间的内聚力大于水分子与材料之间的吸引力，材料具有憎水性，此种材料称为憎水性材料，如沥青、石蜡和某些高分子材料等。由此可见，润湿角越小，材料亲水性越强，越易被水润湿，当θ=0时，表示该材料完全被水润湿。
图23 材料润湿示意图
2.2.1.2 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。材料的吸水性用吸水率表示，有以下两种表示方法。（1）质量吸水率。
质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的质量占材料干燥状态下质量的百分率，用式
（2 10）表示。
Wm=mbm-gmg×100%
（2 10）
式中 Wm———材料的质量吸水率，%；
mb———材料吸水饱和状态下的质量，g或kg；mg———材料在干燥状态下的质量，g或kg。（2）体积吸水率。
体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料表观体积的百分率，用式（211）表示。
Wv=VVw0×100%=Wmρ0
（2 11）
式中 Wv———材料的体积吸水率，%；
Vw———材料吸水饱和时水的体积，cm3或m3；
ρw———水的密度，g/cm3。
材料的吸水率与其孔隙特征有很大关系。若材料具有封闭孔隙，则水分难以渗入材料内部，吸水率就较小；若材料有较多粗大的开口孔隙，水分虽然容易进入，但不易在孔中保留，吸水率也较小；若材料具有较多细微且连通的孔隙，则吸水率会较大。各种材料的吸水率差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5%～0.7%，混凝土的吸水率为2%～3%，烧结普通砖的吸水率为8%～20%，
木材的吸水率可超过100%。
2.吸湿性
材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。反之，材料在干燥空气中会放出所含水分，称为还湿性。材料的吸湿性用含水率表示，如式（212）。
Wh=msm-gmg×100%
（2 12）
式中 Wh———材料的含水率，%；
ms———材料在吸湿状态下的质量，g或kg；mg———材料在干燥状态下的质量，g或kg。
材料的含水率随空气湿度和环境温度的变化而变化，在空气湿度增大、温度降低时，材料的含水率变大，反之变小。材料中所含水分与空气温度、湿度相平衡时的含水率，称为平衡含水率（或称气干含水率）。材料的开口微孔越多，吸湿性越强。
材料吸水或吸湿后，对材料很多性能产生显著影响，它会使材料的表观密度增大、体积膨胀、强度下降、保温性能降低、抗冻性变差等。
2.2.1.3 耐水性
材料的耐水性是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。耐水性用软化系数
表示，如式（2 13）。
KR=fb
（2 13）
fg
式中 KR———材料的软化系数；
fb———材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；fg———材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。
一般地，材料吸水后，强度均会有所降低，强度降低越多，软化系数越小，说明该材料耐水性越差。
材料的KR在0～1之间，工程中将KR＞0.85的材料称为耐水材料。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，所用材料必须保证KR＞0.85，用于受潮较轻或次要结构的材料，其值也不宜小于0.75。
2.2.1.4 抗渗性
材料的抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性能。大多数造园材料常含有孔隙、孔洞或其他缺陷，当材料两侧的水压差较大时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其他缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。
1.渗透系数
材料的抗渗性用渗透系数表示，如式（214）。
K=Qd
（2 14）
AtH
式中 K———材料的渗透系数，cm/h；
Q———渗透水量，cm3；d———试件厚度，cm；A———渗水面积，cm2；t———渗水时间，h；
H———静水压力水头，cm。
上式表明，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。渗透系数K反映水在材料中流动的速度。K值越小，说明水在材料中流动的速度越慢，其抗渗性越强。
2.抗渗等级
对于现代园林工程中大量使用的砂浆、混凝土等材料，其抗渗性能常用抗渗等级来表示。抗渗等级是以规定的试件，在标准试验条件下所能承受的最大水压力来确定，用式（215）表示。
Pn=10H-1
（2 15）
式中 Pn———材料的抗渗标号；
H———材料透水前所能承受的最大水压力，MPa。
抗渗等级符号Pn中，n为该材料在标准试验条件下所能承受的最大水压力的10倍数，如P4，
P6，P8，P10，P12等分别表示材料能承受0.4，0.6，0.8，1.0，1.2MPa的水压。
材料的抗渗性不仅与材料本身的亲水性和憎水性有关，还与材料的孔隙率和孔隙特征有关。材料的孔隙率越小，封闭孔隙越多，其抗渗性越强。经常受压力水作用的园林室外工程，应选用具有一定抗渗性的材料。抗渗性是检验防水材料质量的重要指标。
2.2.1.5 抗冻性
材料的抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不显著降低的性能。
材料的抗冻性与其内部孔隙构造特征、材料强度、耐水性和吸水饱和度等因素有关。抗冻性良好的材料，其抵抗温度变化、干湿交替等破坏作用的能力较强。所以，抗冻性常作为评价材料耐久性的一个指标。
材料的抗冻性常用抗冻等级表示，如F15，F25，F50，F100，F200等分别表示材料能承受15，25，
50，100，200次的冻融循环。材料抗冻性等级的选择，是根据建筑的类型、使用条件、气候条件等来决定的。例如烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻等级为F15或F25；用于道路和桥梁的混凝土应为F50，F100或F200；水工混凝土要求高达F500。
2.2.2 材料与热有关的性质
2.2.2.1 导热性
材料的导热性是指材料传导热量的能力。导热性用导热系数表示，如式（216）。
λ=（t1-Qta2）AZ
（2 16）
式中 λ———材料的导热系数，W/（m·K）；
Q———传导热量，J；a———材料厚度，m；A———传热面积，m2；Z———传热时间，s；
t1-t2———材料两侧温度差（t1＞t2）（K）。
上式表示，厚度为1m的材料，当其相对两侧表面温度差为1K时，在1s时间内通过1m2面积的热量。因此，材料的导热系数越小，表示其越不易导热，绝热性能越好。在工程中常将
λ≤0.175W/（m·K）的材料称为绝热材料。2.2.2.2 热阻
在工程中常把1/λ称为材料的热阻，用R表示，单位是（m·K）/W。它表明热量通过材料层时所受到的阻力。在同样的温差条件下，热阻越大，通过材料层的热量就越少。
导热系数λ和热阻R是评定材料绝热性能（即保温隔热性能）的主要指标，其大小除与材料的性质、结构、密度有关外，还与材料的含水率及环境温度有关。一般地，材料孔隙率越大，其热阻就越大。材料在受潮或受冻后，其热阻会大大降低。因此，绝热材料应经常处于干燥状态，以利于发挥材料的绝热效能。
2.2.2.3 热容量和比热容
1.热容量
热容量是指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，用式（217）表示。
Q=mc（t1-t2）
（2 17）
式中 Q———材料的热容量，J；
m———材料的质量，g；
c———材料的比热容，J/（g·K）；
t1-t2———材料受热或冷却前后的温差，K。2.比热容
比热容是指单位质量的材料，当温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量，用式（218）表示。
c=m（t1Q-t2）
（2 18）
式中 c、Q、m、（t1-t2）的意义，同上所述。
比热容是反映材料吸热或放热能力大小的物理量。对保持建筑物内部温度稳定有很大意义。比热容大的材料，利于维持室内温度稳定，减少热量损失，易于实现节约能源的目的。对节约能源起着重要的作用。常见造园材料的热工指标见表22。
表2 2
几种典型造园材料的热工性质指标
2.2.2.4 热变形性
材料的热变形性是指材料在温度变化时的尺寸变化。材料的热变形性常用线膨胀系数来表示，
如式（2 19）。
α=VL
（2 19）
L（t2-t1）
式中 α———材料的线膨胀系数，1/K；
L———材料的原长度，mm；
VL———材料的线变形量，mm；
t2-t1———材料在升、降温前后的温差，K。
除个别材料（如水结冰，体积增大）外，一般材料均符合热胀冷缩这一自然规律。线膨胀系数越大，表示材料的热变形性越大。普通混凝土膨胀系数为10×10-6/K，钢材膨胀系数为10×
10-6/K～12×10-6/K，因此，它们能组合成钢筋混凝土共同工作。2.2.2.5 耐燃性和耐火性
1.耐燃性
耐燃性是指材料在火焰和高温作用下可否燃烧的性质。
材料的耐燃性是决定建筑物防火、建筑结构耐火等级的重要因素。我国现行规范《建筑材料及制品燃烧性能分级》（GB8624—2006）将建筑材料及制品分为：不燃材料（A1级匀质材料、A2级复合材料）、难燃材料（B级、C级）、可燃材料（D级、E级）、易燃材料（F级）等4类，共7
个等级。
（1）不燃材料。在空气中受到火烧或高温作用时，不起火、不碳化、不微烧的材料，称为不燃材料。如砖、砂浆、混凝土、金属材料和天然或人工的无机矿物材料。
（2）难燃材料。在空气中受到火烧或高温作用时，难起火、难碳化、离开火源后燃烧或微烧立即停止的材料，称为难燃材料。如石膏板、水泥石棉板、水泥刨花板等。
（3）可燃材料。在空气中受到火烧或高温作用时，立即起火或微燃，离开火源后继续燃烧或微燃的材料，称为可燃材料。如胶合板、纤维板、木材等。
（4）易燃材料。在空气中受到火烧或高温作用时，立即起火并迅速燃烧，且离开火源后仍继续迅速燃烧的材料，称为易燃材料。如油漆、纤维织物等。
2.耐火性
耐火性是指材料在火焰和高温作用下，保持其不破坏、性能不明显下降的能力。
材料的耐火性用其耐火时间（h）来表示，称为耐火极限。耐燃的材料不一定耐火，耐火的材料一般都耐燃。如钢材是非燃烧材料，但其耐火极限仅有0.25h，故钢材虽为重要的建筑结构材料，但其耐火性却较差，使用时须进行特殊的耐火处理。
2.2.3 材料的声学性质
2.2.3.1 吸声性
材料的吸声性是指声能穿透材料和被材料消耗的性质（见图24）。材料的吸声性用吸声系数
表示，如式（2 20）。
Eα
α=
=Eα
（2 20）
Er+Eα+Eζ
Ei
式中 α———材料的吸声系数；
Ei———入射声能；Er———反射声能；Eα———吸声声能；Eζ———透射声能。
材料的吸声效果主要受材料的密度、厚度、孔隙率、孔隙特征影响。
图24 声波的入射、反射、
吸收及透射
2.2.3.2 隔声性
声波在建筑结构中的传播主要通过空气和固体来实现，因而隔声分为隔空气声和隔固体声（在10.4.2隔音材料一节中有详细讲解，此处不再赘述）。