土木工程材料学习指导1-材料的基本性质
合集下载
材料的基本性质
第一章 土木工程材料的基本性质第一节 土木工程材料的分类一、按材料的化学成分分类按材料的化学成分分类，可分为有机材料、无机材料和复合材料三大类。
二、按功能分类按功能分类，可分为结构材料和功能材料两大类。
结构材料——主要用作承重的材料，如梁、板、柱所用材料。
功能材料——主要利用材料的某些特殊功能，如用于防水、装饰、保温等的材料。
第二节 材料的物理性质一、密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度，公式表示如下：Vm =ρ 式中：ρ——材料的密度，g/cm 3；m ——材料在干燥状态下的质量，g ；V ——材料在绝对密实状态下的体积，cm 3。
所谓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体积。
二、表现密度材料在自然状态下单位体积的质量，称为表观密度，公式表示如下：0V m =ρ 式中：ρ0——材料的表观密度，kg/cm 3；m ——材料的质量，kg ；V 0——材料在自然状态下的体积，m 3。
所谓自然状态下的体积，是指包括材料实体积和内部孔隙的外观几何形状的体积。
三、堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量，称为堆积密度，公式表示如下：土木工程材料 有机材料——木材、石油沥青、塑料等 无机材料 金属材料——钢、铁、铝等非金属材料——石材、砖、玻璃、水泥、混凝土等复合材料——聚合物混凝土（1.1.1）（1.1.2）V m'='ρ 式中：ρ0’——散粒材料的堆积密度，kg/cm 3；m ——散粒材料的质量，kg ；V 0’——散粒材料的自然堆积体积，m 3。
散粒材料的自然堆积体积，既包含了颗粒自然状态下的体积，又包含了颗粒之间的空隙体积。
四、孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。
%1000⨯=V V n V式中：n ——材料的孔隙率；V V ——材料的内部孔隙体积，cm 3； V 0——材料的总体积，cm 3。
五、吸水性*吸水性是指材料在水中吸水的性质。
材料的基本性质—材料的热工性质(土木工程材料)
物理意义：材料比热是指1Kg重的材料，在温度每改变1K时，所吸收或放出的热量。
2热容量和比热
2-2定义：常见物质的比热大小
水是热容量最大的材料
C水=4.19J/（Kg·K）
C空气=1.0J/（Kg·K）
C砂石=0.29J/（Kg·K）
C铁=0.46J/（Kg·K）
2-3应用：夏天炎热时，为什么海边比较凉快？
学习情境：材料的基本性质
材料的热工性质
材料的热工性质
1.导热性
4.耐火性
材料的热 工性质
2.热容量 和比热
3.热阻
1.导热性
1-1导热性：指当材料两面存在温度差时，材料传递热量的 性 质，称为导热性。导热性用导热系数λ表示：
图1图-61材-8料材传热料示传意热图示意图
Qd At（T1 T2）
式中：λ——导热系数，W/（m·K）； Q——传导的热量，J； d——材料厚度，m； A——热传导面积，m2； t——热传导时间，h；
耐火砖
4.耐火性
难燃材料：指材料在空气中受到火烧或高温高热作用时难起火、难微燃、 难碳化，当火源移走后，已有的燃烧或微燃立即停止的材料。
02 例 如：经过防火处理的木材。
03 易燃材料：易燃材料是易燃气体（氧气）、易燃液体（油）和易燃固体 （木材、煤）的统称。
答：因为水的比热容比较大 也就是改变单位温差所需能量比较大 所以大 海可以吸收很多热能， 所以靠海的地区温度就能降低一点。
3.热阻
3-1热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能 力，热阻的定义及计算式为：
Ｒ＝ｄ/λ
式中：R——材料层热阻，（m2·K）/W； ｄ—— 材料层厚度，m； λ—— 材料的导热系数，W/（m·K）瓦/（米·度）。
土木工程材料基本性质
式中：
W m1 m 100% m
m1—材料吸湿状态下旳质量（ｇ或kg） m—材料在干燥状态下旳质量（ｇ或kg）。
（3）含水对材料性质旳影响 材料吸水后，强度下降 材料体积密度和导热性增长 几何尺寸略有增长 材料保温性、吸声性下降、并使材料受到旳冻害、
腐蚀加剧
材料旳含水率受所处环境中空气湿度旳影响。当空气 中湿度在较长时间内稳定时，材料旳吸湿和干燥过程处于 平衡状态，此时材料旳含水率保持不变，其含水率叫作材 料旳平衡含水率。
V0'
0
ρ0—材料旳表观密度;ρ0，—材料旳堆积密度
（2）填充率
定义：是指在某堆积体积中，被散粒材料旳颗粒所填 充旳程度。
计算式：
D'
V
100%
' 0
100%
V0'
0
填充率和空隙率旳关系：
P' D' 1
三、材料与水有关旳性质
1.材料旳亲水性与憎水性 材料与水接触时，能被水润湿，为亲水性材料。 材料与水接触时，不能被水润湿，为憎水性材料。 表达措施：润湿角
思索：硬度、耐磨性与强度旳关系。
第四节 材料旳耐久性
一.耐久性
材料旳耐久性是泛指材料在使用条件下，受多种内在 或外来自然原因及有害介质旳作用，能长久地保持其使 用性能旳性质。
二.影响耐久性旳主要原因
1.内部原因：构成、构造
2.外部原因：
材料在建筑物之中，除要受到多种外力旳作用之外， 还经常要受到环境中许多自然原因旳破坏作用。这些破 坏作用涉及物理、化学、机械及生物旳作用。
比强度越大，材料轻质高强性能越好。
几种材料旳比强度： 低碳钢—0.045 一般混凝土—0.017 松木（顺纹抗拉）—0.2 粘土砖—0.006
土木工程材料材料基本性质
火烧
难碳化
防火处理的 木材和刨花板
可燃材料
高温 火烧
立即起火 或微燃
木材
42
1.1.4 热工性质
• 耐燃性
钢铁、铝、玻璃等材料受到火烧或高温作 用会发生变形、熔融，所以虽然是非燃烧
材料，但不是耐燃的材料
43
1.1.4 热工性质
• 耐燃性
44
1.1.4 热工性质
• 耐燃性案例
某在建住宅楼不慎发生火灾，混凝土被破坏
组成相同，其构造不同，强度也不同。
孔隙率愈大
强度愈低
53 6-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
2. 材料的强度也与其含水状态有关， 含有水分的材料，其强度较干燥时的低
3. 材料的强度也与其温度有关 一般温度高时，材料的强度将降低
例如：沥青混凝土，钢铁
54 7-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
• 耐水性
材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质
耐水性用 软化系数
KR的大小表明材料在浸 水饱和强度降低的程度。
KR值愈小，表示材料吸水饱和后 强度下降愈多，即耐水性愈差。
28
1.1.3 与水有关的性质
• 耐水性
一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。这是 因为水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱
对于细微连通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。 封闭的孔隙内水分不易进去，而开口大孔虽然水分易进入，
但不易存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。
24
1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
空气湿度 环境温度
吸湿性
微小开口孔隙
土木工程材料- 土木工程材料的基本性质
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。
第 25页
3.吸湿性
材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 材料的吸湿性用含水率表示：
Wh
ms m m
m
100%
m——材料在干燥状态下的质量，g；
m1——材料在吸水饱和状态下的质量，g。 （2）体积吸水率Wv：
Wv
m1 m V0
1
W
100%
V0——干燥材料自然体积，cm3； ρw——水的密度，g/cm3。
第 24页
【工程实例分析】 加气混凝土砌块吸水
某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容 重仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同 样方式往墙上浇水，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。
第一章 土木工程材料的基本性质
2020年1月19日
第 1页
材料的化学组成决定着材料的化学稳定性、大 气稳定性、耐火性等性质。例如石膏、石灰和石灰 石的主要化学组成分别是CaSO4 、 CaO和CaCO3 ，均 比较单一，这些化学组成就决定了石膏、石灰易溶 于水而耐水性差，而石灰石较稳定。花岗岩、水泥、 木材、沥青等化学组成就比较复杂，花岗岩主要是 由多种氧化物形成的天然矿物，如石英、长石、云 母等组成，它强度高、抗风化性好；普通水泥主要 由CaO、Al2O3 、Fe3O4 等氧化物形成的硅酸钙及铝 酸钙等矿物组成，它决定了水泥易水化形成凝胶体， 具有胶凝性，且呈碱性；木材主要由C、H、O形成的 纤维素和木质素组成，故易于燃烧；石油沥青则由 多种C—H化合物及其衍生物组成，故决定了其易于 老化等等。
第 25页
3.吸湿性
材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 材料的吸湿性用含水率表示：
Wh
ms m m
m
100%
m——材料在干燥状态下的质量，g；
m1——材料在吸水饱和状态下的质量，g。 （2）体积吸水率Wv：
Wv
m1 m V0
1
W
100%
V0——干燥材料自然体积，cm3； ρw——水的密度，g/cm3。
第 24页
【工程实例分析】 加气混凝土砌块吸水
某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容 重仅700 kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前采用同 样方式往墙上浇水，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。
第一章 土木工程材料的基本性质
2020年1月19日
第 1页
材料的化学组成决定着材料的化学稳定性、大 气稳定性、耐火性等性质。例如石膏、石灰和石灰 石的主要化学组成分别是CaSO4 、 CaO和CaCO3 ，均 比较单一，这些化学组成就决定了石膏、石灰易溶 于水而耐水性差，而石灰石较稳定。花岗岩、水泥、 木材、沥青等化学组成就比较复杂，花岗岩主要是 由多种氧化物形成的天然矿物，如石英、长石、云 母等组成，它强度高、抗风化性好；普通水泥主要 由CaO、Al2O3 、Fe3O4 等氧化物形成的硅酸钙及铝 酸钙等矿物组成，它决定了水泥易水化形成凝胶体， 具有胶凝性，且呈碱性；木材主要由C、H、O形成的 纤维素和木质素组成，故易于燃烧；石油沥青则由 多种C—H化合物及其衍生物组成，故决定了其易于 老化等等。
第1章土木工程材料的基本性质
强度等级
• 建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不 同的强度等级或标号。
• 混凝土按抗压强度划分为 C7.5～C60（12个） • 水泥按抗压和抗折强度划分为32.5、32.5R 42.5、42.5R、52.5、52.5R 六个等级 • 砂浆按抗压强度划分为M2.5、 M5 、M7.5 M10、 M15 、M20六个等级
如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等等
耐久性的特点
• 长期性、后期加剧作用； • 多种介质同时作用； • 材料劣化－结构失效－服务寿命降低
西直门桥
冻 融 破 坏 的 水 库 坝 面
冻融破坏的桥梁
1）容器法： 散粒材料装入容器－量测体积－称净重 －代入公式 2）自然堆积法： 堆积成一定形状－量测几何体积－称重 －代入公式
常用材料的状态参数
思考： *颗粒材料的密度为ρ ，表观密度ρ ′， 堆积容重为ρ 0′，则存在下列关系 ( )。
a、ρ>ρ 0′>ρ′ b、ρ′>ρ>ρ 0′ c、ρ>ρ′>ρ 0′
m－材料的质量（g） V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）
绝对密实状态下的体积－是指不包括材料内部 孔隙在内的体积。
实际密度的测量
1）对近于绝对密实的材料： 金属、玻璃等量测 几何体积－称重－代入公式 2）对有孔隙的材料： 砖、混凝土、石材等 磨成细粉－ 李氏比重瓶法测试 P285-286
2、表观密度（容重）－材料在自然状态下单 位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式： m
耐水性－材料长期在饱水作用下不破坏，其强 度也不显著降低的性质。用软化系数表示。 公式 f饱
K软＝ f干
式中K软－材料的软化系数（K软＝0～1）
第一章 土木工程材料的基本性质
空气声： 选择密实、沉重的材料
固体声： 采用不连续的结构处理
第1章 土木工程材料的基本性质
1.2 材料的基本力学性质 一、 强度和比强度
强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力
极限强度：材料在外力作用下失去承载能力时的极限应力 根据外力作用方式的不同，材料有抗压强度、抗拉强
度、抗弯强度、抗剪强度等。
材料所受外力：
耐久性
第1章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的物理性质 一、 与质量状态有关的物理性质
1. 密度：材料在绝对密实状态下，单位体积的
质量。
m V
––– 密度，g/cm3；
m ––– 材料在干燥状态下的质量，g； V––– 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。
测量方法 有较多孔隙的材料，
比强度：按单位体积的质量计算的材料强度， 等于材料强度与其容积密度之比 衡量材料是否轻质、高强的指标
常用土木工程材料的强度（单位：MPa） 材料名称 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 120~250 5~8 10~14 花岗岩 7.5~30 1.8~4.0 普通粘土砖 7.5~60 1.0~4.0 普通混凝土 30~50 80~120 60~100 松木(顺纹) 235~600 235~600 建筑钢材
膨胀珍珠岩
矿棉
矿棉板
膨胀珍珠岩板
第1章 土木工程材料的基本性质
2.热阻R
热阻: 材料层厚度与导热系数的比值，表明热量通过材料 层时所受到阻力。 影响因素： 孔隙结构，含水状况，材料的组成，温度等
第1章 土木工程材料的基本性质
3.热容量——用比热c表示
热容量: 材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。
Q 比热： c m (T1 T2 )
土木工程材料建筑材料的基本性质
颗粒材料体积
8
土木工程材料
二、密度、表观密度和堆积密度
密度 表观密度 堆积密度
9
土木工程材料
1.密 度 (specific density)
定义：
材料在绝对密实状态下单位体积旳质量。
绝密体积：材料在绝对密实状态下旳体积。
不涉及内部孔隙旳体积。如图：
计算式： m
V
绝对密实材料
测定措施：李氏瓶法、排水法。 注意：测试时，材料必须是绝对干燥状态。
10
土木工程材料
试 验 演 示
1.密 度(specific density)
李氏瓶法
11
土木工程材料
2.表观密度(relative density)
定义：材料在自然状态下单位体积旳质量。
表观体积：整体材料旳外观体积V0 （如图） （V0=闭口孔+开口孔+实体）
计算公式：
0
测定措施
m V0
➢ 规则材料：几何法
亲水性材料旳吸水（湿）性比憎水性材料强 ➢亲水性孔壁使水自动吸入； ➢憎水性孔壁难以使水吸入。
32
土木工程材料
思索题
1.为何房屋一楼潮湿？怎样处理？
原因：地下水沿材料毛细管上升，然后 在空气中挥发。 处理问题旳原理与方法
➢ 阻塞毛细通道，掺加引气剂 ➢ 对材料中旳毛细管壁进行憎水处理。
33
土木工程材料
37
土木工程材料
4. 抗渗性
➢定义：材料抵抗压力水渗透旳性质。 ➢指标：
渗透系数 or 抗渗等级
在一定时间t内，透过材料试件 在原则试验措施下进行透
旳水量Q，与试件旳渗水面积 A及水头差H成正比，与渗透 距离(试件旳厚度)d成反比。
8
土木工程材料
二、密度、表观密度和堆积密度
密度 表观密度 堆积密度
9
土木工程材料
1.密 度 (specific density)
定义：
材料在绝对密实状态下单位体积旳质量。
绝密体积：材料在绝对密实状态下旳体积。
不涉及内部孔隙旳体积。如图：
计算式： m
V
绝对密实材料
测定措施：李氏瓶法、排水法。 注意：测试时，材料必须是绝对干燥状态。
10
土木工程材料
试 验 演 示
1.密 度(specific density)
李氏瓶法
11
土木工程材料
2.表观密度(relative density)
定义：材料在自然状态下单位体积旳质量。
表观体积：整体材料旳外观体积V0 （如图） （V0=闭口孔+开口孔+实体）
计算公式：
0
测定措施
m V0
➢ 规则材料：几何法
亲水性材料旳吸水（湿）性比憎水性材料强 ➢亲水性孔壁使水自动吸入； ➢憎水性孔壁难以使水吸入。
32
土木工程材料
思索题
1.为何房屋一楼潮湿？怎样处理？
原因：地下水沿材料毛细管上升，然后 在空气中挥发。 处理问题旳原理与方法
➢ 阻塞毛细通道，掺加引气剂 ➢ 对材料中旳毛细管壁进行憎水处理。
33
土木工程材料
37
土木工程材料
4. 抗渗性
➢定义：材料抵抗压力水渗透旳性质。 ➢指标：
渗透系数 or 抗渗等级
在一定时间t内，透过材料试件 在原则试验措施下进行透
旳水量Q，与试件旳渗水面积 A及水头差H成正比，与渗透 距离(试件旳厚度)d成反比。
第1章 土木工程材料的基本性质
(2) 砖浸水后强度下降
某地发生历史罕见的洪水。洪水退后，许 多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未烧透的 多孔的红砖，见下图。请分析原因。
原因分析：这些红砖没有烧透，砖
内开口孔隙率大，吸水率高。吸水
后，红砖强度下降，特别是当有水
进入砖内时，未烧透的粘土遇水分
散，强度下降更大，不能承受房屋
未烧透的的重红量，砖从而导致房屋倒塌。
保温层的目的是较少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
A B 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。
7.其它性质
1 耐火性
耐火材料、难熔材料、易熔材料
2 耐燃性
韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。
1.2.4 材料的硬度和耐磨性（了解性内容）
1.硬度——抵抗外物压入或刻划的能力。 可采用：莫氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏、洛氏硬度（金属材料）。 特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。
2.耐磨性——材料表面抵抗磨损的能力。
（路面材料要求）
1.3 材料的耐久性
材料在各种环境因素作用下，在长期使用过程中 保持其性能稳定的性质。
5. 材料的抗冻性
——材料饱水状态下<，思能考经>：受孔多隙次率冻越融交替作用， 既不破坏，强度又不大显，著材降料低的的抗性冻质性。
抗冻等级：能经受冻融是否循越环差的？最大次数，
记为F50、F100、F200、F300 …
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
第1章 土木工程材料的基本性质
不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲 不同材料，强度等级有不同的划分方法，
常用材料强度
比强度——指材料强度与其表观密度 2. 比强度 指材料强度与其表观密度 之比。 之比。 意义：反映材料轻质高强的指标。值越大 材料越轻质高强 影响材料强度的因素 ①材料的组成、结构和构造 ②试验条件：试验方面的因素有：试件 大小、试件形状、加荷速度以及试件的 平整度等。 ③材料的含水情况 ④温度
1.4
耐久性与环境协调性
耐久性——材料抵抗外力破坏的能力。 材料抵抗外力破坏的能力。 1.4.1 耐久性 材料抵抗外力破坏的能力 综合性质： 抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨 性等不同环境中，应考虑相应的性质。 1.4.2 环境协调性 ——对资源和能源消耗少,对环境污染小,循环再生利用 率高。 目前，提倡“绿色建材”
注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。 注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。 KR：0~1之间，通常>0.80则认为是耐水材料 0~1之间，通常>0.80则认为是耐水材料 之间 >0.80则认为是 若在潮湿环境下的重要建筑物，必须选用>0.85的材料建造 若在潮湿环境下的重要建筑物，必须选用>0.85的材料建造 潮湿环境下的重要建筑物 >0.85
1.5.2 弹性和塑性 1.弹性——外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。 指标：弹性模量
σ E= ε
意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料 越不易变形，即抵抗变形的能力越强。 2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复
混凝土的应力应变曲线
钢的应力应变曲线
1.5.3 韧性和脆性 1.脆性——无明显塑性变形，突然破坏。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 特点：抗压强度远高于抗拉强度 2.韧性——产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。 韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用冲击试验测定。
第1章 土木工程材料的基本性质
在这里同学们要注意抗渗等级、渗透系数大小与材 料抗渗性能之间的关系。
第三节 材料的基本力学性质
一、材料的强度：
（一）强度的概念:
材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力 称为强度。
在这里要注意强度与应力的区别 （二）材料强度的分类： 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压 强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等.
V—材料的固相体积，也 就是材料在绝对密实状 态下的体积。 V0—材料在自然状态下的 体积。 V0= V+VK+VB V0’-材料在堆积状态下的 体积。 V0’ = V+VK+VB+VJ = VO+VJ
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
二、材料的密实度与孔隙率
材料的密实度与孔隙率主要是针对块状材料而言的。
（一）、密实度 1、概念： 指材料体积内被固体物 质填充（或充实）的程度。
机械作用
包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳， 冲击、磨损、磨耗等。
生物作用
包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀 而破坏。
三、耐久性为综合性质:(常见指标)
(抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐 热性、耐磨性等) 不同环境中，应考虑相应的性质。
作业
P18,1.2 P18,1.4
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°
第三节 材料的基本力学性质
一、材料的强度：
（一）强度的概念:
材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力 称为强度。
在这里要注意强度与应力的区别 （二）材料强度的分类： 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压 强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等.
V—材料的固相体积，也 就是材料在绝对密实状 态下的体积。 V0—材料在自然状态下的 体积。 V0= V+VK+VB V0’-材料在堆积状态下的 体积。 V0’ = V+VK+VB+VJ = VO+VJ
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
二、材料的密实度与孔隙率
材料的密实度与孔隙率主要是针对块状材料而言的。
（一）、密实度 1、概念： 指材料体积内被固体物 质填充（或充实）的程度。
机械作用
包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳， 冲击、磨损、磨耗等。
生物作用
包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀 而破坏。
三、耐久性为综合性质:(常见指标)
(抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐 热性、耐磨性等) 不同环境中，应考虑相应的性质。
作业
P18,1.2 P18,1.4
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°
土木工程材料第一章材料的基本性质
素含量表示
矿物组成是指构成材料的矿物
----材-无料机的非如化金混学属材凝组料土成常是不以多同各相，材则的料材种料类的和矿数量物。组成就不同 ；
氧--化--材物-有料含机量的材表化料示学常以组各成化相合同物，可以它有是不决同定无的机矿非物金组属成材。料化学、
的含量表示
物理、力学等性质的重要因素。
第一节 材料的组成、结构和构造
对混凝土和砂浆，常用抗渗等级来表示：
S = 10H-1 式中：S — 抗渗等级；
H — 试件开始渗水时的水压力。
抗渗性能与材料内部孔隙率大小及孔隙特征有关， 抗渗等级愈高，抗渗性能愈好。
5、材料的抗冻性
指材料在水饱和状态下，能经受反复冻 融循环而不破坏的性能。用冻融循环次数表
示6、材料的导热性
当材料两面存在温差时，热量从材料的 一面通过材料传导到材料的另一面的性质。 用热导率（导热系数）表示。
第1章 土木工程材料的基本性质
第一节 第二节 第三节 第四节
材料的组成、结构和构造 材料的基本物理性质 材料的基本力学性质 材料的耐久性
第一节 材料的组成、结构和构造
一、材料的组成
化学组成：
矿物组成：
-----是指构成材料的化学元
矿物是指具有一定化学成分和
素及化合物的种类及数量。
----相-金组属成材：料指常材以各料化中学结元构相结近构、特性征质的相单质同或的化均合匀物部。分。
孔隙率 密度 表观密度 强度 吸水率 抗冻性 导热性
↑
2.烧结普通砖进行抗压试验，测得浸水饱和后的破坏荷载 为185kN,干燥状态的破坏荷载为207kN（受压面积为 115×120mm），问此砖的饱水抗压强度和干燥抗压强度各 为多少？是否适宜用于常与水接触的工程结构物？ 3.某岩石的密度为2.75g/cm3，孔隙率为1.5%；今将该岩 石破碎为碎石，测得碎石的堆积密度为1560kg/m3.试求 此岩石的表观密度和碎石的空隙率。 4.何谓材料的耐久性？工程结构设计中如何考虑？
1-土木工程材料的基本性质
当材料两侧存在不同压力时，一切破坏因素 (如腐蚀性介质)都可通过水或气体进入材料内 部，然后把所分解的产物代出材料，使材料逐 渐破坏，如地下建筑、基础、压力管道、水工 建筑等经常受到压力水或水头差的作用，故要 求所用材料具有一定的抗渗性，对于各种防水 材料，则要求具有更高的抗渗性。
材料的抗渗性通常用两种指标表示：渗透系 数和抗渗等级。
材料的抗冻性:材料在水饱和状态下，能经受多次冻 融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。
材料的抗冻性用抗冻等级表示。
抗冻等级是以规定的试件，在规定试验条件下， 测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥 落时所能经受的冻融循环次数，以此作为抗冻等级， 用符号“Fn”表示，其中n即为最大冻融循环次数。 如F25、F50等。
冻融破坏的大坝坝面
五、材料的热工性质
1、材料的导热性
材料传递热量的性质称为导热性，以导热系数表
示，即
Qa
At(T2 T1 )
式中：λ——材料的导热系数，w/（m·K）； Q ——总传热量，J； a ——材料厚度，m；
材料具有亲水性的原因是材料与水接触 时，材料与水之间的分子亲合力大于水本身 分子间的内聚力。当材料与水பைடு நூலகம்间的分子亲 合力小于水本身分子间的内聚力时，材料表 现为憎水性。
材料被水湿润的情况可用润湿边角表示。当材料 与水接触时，在材料、水、空气这三相体的交点 处，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接 触面的夹角，称为润湿边角（润湿角）。
材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种。
孔隙按尺寸分为微孔（≤2nm，无害孔）
毛细孔（2~50nm，少害孔）
大孔（≥50nm，有害孔）。
孔隙的大小及其分布、特征对材料的性能影响很大。
材料的抗渗性通常用两种指标表示：渗透系 数和抗渗等级。
材料的抗冻性:材料在水饱和状态下，能经受多次冻 融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。
材料的抗冻性用抗冻等级表示。
抗冻等级是以规定的试件，在规定试验条件下， 测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥 落时所能经受的冻融循环次数，以此作为抗冻等级， 用符号“Fn”表示，其中n即为最大冻融循环次数。 如F25、F50等。
冻融破坏的大坝坝面
五、材料的热工性质
1、材料的导热性
材料传递热量的性质称为导热性，以导热系数表
示，即
Qa
At(T2 T1 )
式中：λ——材料的导热系数，w/（m·K）； Q ——总传热量，J； a ——材料厚度，m；
材料具有亲水性的原因是材料与水接触 时，材料与水之间的分子亲合力大于水本身 分子间的内聚力。当材料与水பைடு நூலகம்间的分子亲 合力小于水本身分子间的内聚力时，材料表 现为憎水性。
材料被水湿润的情况可用润湿边角表示。当材料 与水接触时，在材料、水、空气这三相体的交点 处，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接 触面的夹角，称为润湿边角（润湿角）。
材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种。
孔隙按尺寸分为微孔（≤2nm，无害孔）
毛细孔（2~50nm，少害孔）
大孔（≥50nm，有害孔）。
孔隙的大小及其分布、特征对材料的性能影响很大。
土木工程材料的基本性质
第一节 材料的物理性质
二、与水有关的性质
1.1材料的物理性质 1.2材料的力学性质 1.3材料的耐久性
3.吸湿性 材料在潮湿的空气中吸收水分的性质,称为吸湿性。 用含水率 含水率表示： 含水率
影响材料吸湿性的因素有： (1)自身的特性(亲水性、孔隙率和孔隙特征)。 (2)周围环境条件的影响，气温越低，相对湿度越大，材料的含水率 就越大。 (3)材料最终达到与环境湿度保持相对平衡时的含水率，称为平衡含 水率。
第一节 材料的物理性质
二、与水有关的性质
1.1材料的物理性质 1.2材料的力学性质 1.3材料的耐久性
5.抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(不透水性)。 材料的抗渗性可用以下两种方法表示: (1)渗透参数K 渗透参数K 渗透系数越大,表明材料的透水性越好而抗渗性越差。 (2)抗渗等级 是指材料在标准试验方法下进行透水试验,以规定的试件在透水 前所能承受的最大水压力p(MPa)来确定。P 越大,材料的抗渗性 越好。 影响材料抗渗性的因素： 与材料的亲水性有关，更取决于材料的孔隙率及孔隙特征。 孔隙率很小而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性。
(3)测定方法：磨细、烘干、称量、排水法测体积。
第一节 材料的物理性质
一、与质量和体积有关的性质
1.1材料的物理性质 1.2材料的力学性质 1.3材料的耐久性
2.视密度 (1)定义：包括闭口孔隙在内的单位体积的质量。 (2)计算公式： （g/cm3）
(3)适用范围及测定方法：已经是粒状的材料，如：砂、石子、水泥 等,不再磨细，直接用排水法测定其体积。
反映块状材料密实程度的二个指标： 反映块状材料密实程度的二个指标： 块状材料密实程度的二个指标 5.密实度D 6.孔隙率P 显然，D+P=1。 显然，D+P=1
土木工程材料(材料基本性质)
土木工程材料
第 一 章
土 木 工 程 材 料 的 基 本 性 质
1.1 材料的基本物理性质 主要物理状态参数） （主要物理状态参数）
1.1.1 材料的密度、表观密度和堆积密度 材料的密度、
1.1.1.1 密度 （density） 定义： 定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的 质量。 可按下式计算：
1.2.5 材料的徐变和应力松弛
当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而 徐变。 缓慢增加的过程，称为徐变 徐变 当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变， 由于徐变而使材料内应力随时间而逐渐降低的过程， 称为应力松弛 松弛。 松弛 徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。
1.3 材料与水有关的性质
1.3.5
定义抗渗性Fra bibliotek材料抵抗压力水渗透的性质
（与耐水性区别） 评价指标 渗透系数或抗渗等级 工程中常用抗渗等级Pn来评价，材料按规定制作的试 件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（MPa），如 P4、P6、P8。材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材 料的抗渗性越好。 应用分析 地下建筑、水工建筑及防水材料等要求一定的抗渗性。 （1）分析抗渗性的影响因素？（孔隙的影响，材料憎水 性和亲水性的影响) （2）分析抗渗性对耐久性的影响？提高抗渗性措施？
m ρ= V
ρ ––– 密度，g/cm3；
m ––– 材料的质量，g； V––– 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。
测量方法 有较多孔隙的 材料，采用磨细 后用李氏瓶测定 其体积的方法。
某些致密材料，如卵石等，可用直接 排液法，用这种方法测量的体积，由 于无法排除内部封闭的孔隙，所以称 这样测得的密度为近似密度(ρa)。
1.5.2
定义
第 一 章
土 木 工 程 材 料 的 基 本 性 质
1.1 材料的基本物理性质 主要物理状态参数） （主要物理状态参数）
1.1.1 材料的密度、表观密度和堆积密度 材料的密度、
1.1.1.1 密度 （density） 定义： 定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的 质量。 可按下式计算：
1.2.5 材料的徐变和应力松弛
当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而 徐变。 缓慢增加的过程，称为徐变 徐变 当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变， 由于徐变而使材料内应力随时间而逐渐降低的过程， 称为应力松弛 松弛。 松弛 徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。
1.3 材料与水有关的性质
1.3.5
定义抗渗性Fra bibliotek材料抵抗压力水渗透的性质
（与耐水性区别） 评价指标 渗透系数或抗渗等级 工程中常用抗渗等级Pn来评价，材料按规定制作的试 件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（MPa），如 P4、P6、P8。材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材 料的抗渗性越好。 应用分析 地下建筑、水工建筑及防水材料等要求一定的抗渗性。 （1）分析抗渗性的影响因素？（孔隙的影响，材料憎水 性和亲水性的影响) （2）分析抗渗性对耐久性的影响？提高抗渗性措施？
m ρ= V
ρ ––– 密度，g/cm3；
m ––– 材料的质量，g； V––– 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。
测量方法 有较多孔隙的 材料，采用磨细 后用李氏瓶测定 其体积的方法。
某些致密材料，如卵石等，可用直接 排液法，用这种方法测量的体积，由 于无法排除内部封闭的孔隙，所以称 这样测得的密度为近似密度(ρa)。
1.5.2
定义
工程材料的基本性质—材料的力学性质(土木工程材料)
–材料的抗弯强度的计算式为：
图1.2 材料受力示意图 (a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲
–材料的强度主隙率越大，强度越低，另外不同 的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同 。
材料的力学性质
强度
–材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力，称为强 度。
–当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外 力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点 间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏， 此时的极限应力值就是材料的强度。
–根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗 压、抗剪和抗弯(抗折)强度等(图)。
–在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。
–按照国家标准规定的试验方法，将制作好的试件 安放在材料试验机上，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。
材料的抗拉、抗压和抗剪强度
– 计算式为：
材料的抗弯强度
–与试件受力情况、截面形状以及支承条件有关。通 常是将矩形截面的条形试件放在两个支点上，中间 作用一集中荷载。
图1.2 材料受力示意图 (a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲
–材料的强度主隙率越大，强度越低，另外不同 的受力形式或不同的受力方向，强度也不相同 。
材料的力学性质
强度
–材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力，称为强 度。
–当材料承受外力作用时，内部就产生应力。随着外 力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料内部质点 间的作用力不能再抵抗这种应力时，材料即破坏， 此时的极限应力值就是材料的强度。
–根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗 压、抗剪和抗弯(抗折)强度等(图)。
–在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。
–按照国家标准规定的试验方法，将制作好的试件 安放在材料试验机上，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。
材料的抗拉、抗压和抗剪强度
– 计算式为：
材料的抗弯强度
–与试件受力情况、截面形状以及支承条件有关。通 常是将矩形截面的条形试件放在两个支点上，中间 作用一集中荷载。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土木工程材料学习指导1
第1章
掌握：1、材料的密度、表观密度、堆积密度的基本概念和计算，三者之间的关系
2、表观密度与视密度（近视密度、近似密度）的关系
3、材料的密实度与孔隙率的概念和计算，孔隙特征对材料性能的影响
4、材料的填充率与空隙率的概念和计算，孔隙率对土木工程材料的意义
5、材料的亲水性和憎水性的概念、润湿边角
6、材料的吸水性和吸湿性
质量吸水率和体积吸水率的计算，两者之间的关系
含水率的计算
吸水性和吸湿性对材料性能的影响
7、材料耐水性的概念、软化系数的计算、软化系数与耐水性
8、材料抗渗性的概念、渗透系数与抗渗性
9、材料抗冻性的概念
10、材料的导热性的概念、热阻和热容量的概念，导热性与热阻、热容量的关系
11、强度的概念、强度的计算
强度与孔隙率的关系、强度与含水和温度的关系、强度与测试条件的关系
12、比强度的概念
13、弹性、弹性模量的概念，弹性模量的计算、弹性模量与刚度的关系
14、塑性的概念
15、材料的韧性和脆性的概念
16、材料耐久性的概念、影响耐久性的作用、耐久性与安全性、耐久性与经济性
熟悉：1、常用土木工程材料的三个密度
2、渗透系数的计算
3、抗渗等级
4、抗渗性与孔隙、亲水的关系
4、常用土木工程材料的强度
5、耐久性试验方法原理
了解：1、动弹性模量、质量损失率与抗冻性的关系
2、热阻与热容量的计算
3、常用土木工程材料的热导率与比热容
4、材料的组成、结构与构造。