FJUT《土木工程材料》3材料的热工性质及耐久性
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材料的基本性质—材料的力学性质及耐久性(土木工程材料)
材料的力学性质-强度
学习情境：材料的基本性质
材料力学性质-强度
强度：材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的 能力称为强度。通俗来说，就是材料承载能力的体现。
所以，对于承重材料来说，强度是最重要的力学指标。
材料力学性质-强度
材料常见的受力形式
（a）抗压
（b）抗拉
（c）抗剪
P=Fmax/S
P=3FmaxL/2bh2
（d）抗弯折
强度P：
材料力学性质-强度
抗压强度P=Fmax/S
1
其中：P------材料强度， MPa（N/mm2）；
Fmax--材料破坏时的最大荷载，N；
S------材料受力面积，mm2。
使用耐久性材料可以使整体工程的综合费用降低，利用率提高，收益增大，因此，研究如何提高材料的耐久性将是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。
混凝土试块
材料力学性质-强度
解析：
（1）求混凝土块的抗压强度：选用公式P=Fmax/S（2）其中Fmax=680kN=680×103N（3）受力面积A=试件截面积（4）试件尺寸a=b=h=150mm，则受力面积S=150mm×150mm
P=Fmax/A =
解答：
=
30.2MPa
ห้องสมุดไป่ตู้
材料力学性质-强度
材料的力学性质
学习情境：材料的基本性质
力学性质
强度：是指材料在应力作用下抵抗破坏的能力。
力学性质
抗压强度（compressive strength）
外力作用方式
抗剪强度(shear strength)
抗拉强度(tensile strength)
抗弯拉（抗折）强度(bending strength)
学习情境：材料的基本性质
材料力学性质-强度
强度：材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的 能力称为强度。通俗来说，就是材料承载能力的体现。
所以，对于承重材料来说，强度是最重要的力学指标。
材料力学性质-强度
材料常见的受力形式
（a）抗压
（b）抗拉
（c）抗剪
P=Fmax/S
P=3FmaxL/2bh2
（d）抗弯折
强度P：
材料力学性质-强度
抗压强度P=Fmax/S
1
其中：P------材料强度， MPa（N/mm2）；
Fmax--材料破坏时的最大荷载，N；
S------材料受力面积，mm2。
使用耐久性材料可以使整体工程的综合费用降低，利用率提高，收益增大，因此，研究如何提高材料的耐久性将是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。
混凝土试块
材料力学性质-强度
解析：
（1）求混凝土块的抗压强度：选用公式P=Fmax/S（2）其中Fmax=680kN=680×103N（3）受力面积A=试件截面积（4）试件尺寸a=b=h=150mm，则受力面积S=150mm×150mm
P=Fmax/A =
解答：
=
30.2MPa
ห้องสมุดไป่ตู้
材料力学性质-强度
材料的力学性质
学习情境：材料的基本性质
力学性质
强度：是指材料在应力作用下抵抗破坏的能力。
力学性质
抗压强度（compressive strength）
外力作用方式
抗剪强度(shear strength)
抗拉强度(tensile strength)
抗弯拉（抗折）强度(bending strength)
FJUT《土木工程材料》3材料的热工性质及耐久性
把导热系数小于0.23W/m·k的材料称为绝热材 料。
热容量
热容量是材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的
性质，用比热表示:
C Q m(t1 t2 )
式中C ——比热，J／(g·K)。
Q ——热容量，J；
m ——材料的质量，g；
t1-t2 ——材料受热或冷却前后的温度差，K
材料中热容量最大的是水，为C=4.19 J／(g·K)，故 材料含水量增加，比热增大。
根据。
3、某厂生产的烧结粉煤灰砖，干表观密度为1450kg/m3，密 度为2.5g/cm3，质量吸水率为18%，试求：①砖的孔隙率； ②体积吸水率；③孔隙中开口孔隙体积与闭口孔隙体积各 自所占的百分数。
4、现有甲、乙两种墙体材料，密度均为2.7g/cm3。甲的干 表观密度为1400kg/m3，质量吸水率为17%。乙浸水饱和 后的表观密度为1862kg/m3，体积吸水率为46.2%。试求： （1）甲材料的孔隙率和体积吸水率；（2）乙材料的干表 观密度和孔隙率；（3）哪种材料抗冻性差，并说出理论
三、材料的热工性质
导热性
材料传递热量的性质称为导热性，以导热系数λ
（w/m·K）表示:
Qa
At(T2 T1 )
式中： Q ——总传热量，J； a ——材料厚度，m；Βιβλιοθήκη A ——热传导面积，m2；
t ——热传导时间，h；
T2-T1——材料两侧温度差，K。
影响材料导热系数的主要因素有材料的物质构 成、微观结构、孔隙构造、湿度、温度和热流 方向等。
1.3 材料的耐久性
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。 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。
热容量
热容量是材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的
性质，用比热表示:
C Q m(t1 t2 )
式中C ——比热，J／(g·K)。
Q ——热容量，J；
m ——材料的质量，g；
t1-t2 ——材料受热或冷却前后的温度差，K
材料中热容量最大的是水，为C=4.19 J／(g·K)，故 材料含水量增加，比热增大。
根据。
3、某厂生产的烧结粉煤灰砖，干表观密度为1450kg/m3，密 度为2.5g/cm3，质量吸水率为18%，试求：①砖的孔隙率； ②体积吸水率；③孔隙中开口孔隙体积与闭口孔隙体积各 自所占的百分数。
4、现有甲、乙两种墙体材料，密度均为2.7g/cm3。甲的干 表观密度为1400kg/m3，质量吸水率为17%。乙浸水饱和 后的表观密度为1862kg/m3，体积吸水率为46.2%。试求： （1）甲材料的孔隙率和体积吸水率；（2）乙材料的干表 观密度和孔隙率；（3）哪种材料抗冻性差，并说出理论
三、材料的热工性质
导热性
材料传递热量的性质称为导热性，以导热系数λ
（w/m·K）表示:
Qa
At(T2 T1 )
式中： Q ——总传热量，J； a ——材料厚度，m；Βιβλιοθήκη A ——热传导面积，m2；
t ——热传导时间，h；
T2-T1——材料两侧温度差，K。
影响材料导热系数的主要因素有材料的物质构 成、微观结构、孔隙构造、湿度、温度和热流 方向等。
1.3 材料的耐久性
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。 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。
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
《建筑材料》第三次课(第一章)第二节
3.某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达 到一定程度后表现出塑性特征，这类材料 称为塑性材料。 4.材料比强度越大，越轻质高强。 5.材料的亲水性与憎水性用 来表示，材 料的吸湿性用 来表示。材料的吸水性 用 来表示。
6.材料的耐水性是指材料在长期_ _ 作用下， _ _ 不显著降低的性质。材料的耐水性可 以用_ 系数表示，该值越大，表示材料的 耐水性_ 。 7 .材料的导热系数越大，其保温隔热性能 越好。 8.材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开 口孔隙体积。
1.2 材料的力学性质
材料的力学性质：指材料在外力作用下所引起的 变化的性质。
弹性变形
变形：在外力的作用下，材料 通过形状的改变来吸收能量。
变化
破坏：当外力超过材料的承受极限 时，材料出现断裂等丧失使用功能 的变化。
塑性变形 脆性材料
韧性材料
1.2.1 材料的强度及比强度
强度(Strength) ——材料抵抗外力破坏的能力 1.几种强度：材料受力动画 （1）抗压强度、抗拉强度应力水平较低时，变形特征主要表 现为弹性，而应力水平较高时，主要为塑性。例 如钢材。
图1.2.1 低碳钢受拉的应力—应变曲线
2）有的材料受力后，弹塑性变形同时产生，取消 外力，弹性变形可以恢复，塑性变形不能恢复。
荷载
A ob—塑性变形
ab—弹性变形
(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，不能承受房屋的重量，从而导致房 屋倒塌。
《土木工程材料》课件——材料的热工性质
材料名称
砖（20℃） 水泥、混凝土（20℃） 有机玻璃（20～100℃） 辉绿岩板 耐酸陶砖、陶板 不透性石墨板（浸渍型） 硬聚氯乙烯（10～60℃） 玻璃管道（0～500℃） 玻璃（2O～100℃）
线膨胀系数a，1/℃
9.5×10-6 （10～14）×10-6 130×10-6 1×10-6 （4.5～6）×10-6 5.5×10-6 59×10-6 ≤5×10-6 4～11.5×10-6
影响材料导热系数的主要因素： ①组成与结构 金属＞无机非金属＞有机(窗）
晶体＞玻璃体，如水淬矿渣——较好的绝热材料 ②孔隙特征：P大， ρo小——λ小。
P相同时，孔径大、连通孔多—— λ越大 ③湿度 水λ=0.58（冰λ=2.2，空气0.029）(防潮） ④温度升高——λ增加（热管、锅炉绝热材料） ⑤热流方向——各向异性材料木材λ∥ 0.35、 λ⊥0.17
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 0.025
工程中通常把λ＜0.23 W／(m·K)（0.25）的材料称为绝热 材料（或保温隔热材料）（ ） 哈尔滨49-30,37—10 燃烧性能达不到B1级，作为临时建筑曾
多次发生火灾，金属面层传热速度非常快，火灾时施救也非常困难。故从严要求，改用不燃材料（如岩棉）的金属面夹芯复合板材。)
Q= λ(t1-t2)AZ/a
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；
A ——热传导面积，m2； Z ——热传导时间，h；
t1-t2——材料两侧温度差，K。
一、材料的导热性
教学课件 土木工程材料(第3版)苏卿
，
V0 —材料在自然状态下的堆积体积（cm3或
m3 ），它包含内部和颗粒之间的空隙。
1.2 材料的基本物理性质
1.2.3 密实度和孔隙率 （1）密实度
密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体 物质所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：
D V 0 V0
1.2 材料的基本物理性质
1.2.1 孔隙构造 体积是指材料占有的空间大小。由于材 料具有不同的物理状态，因而表现出不 同的体积。
1-1
第一章 土木工程材料的基本性质
1.2 材料的基本物理性质
1.2.2 体积 体积是指材料占有的空间大小。由于材 料具有不同的物理状态，因而表现出不 同的体积。
1.2 材料的状态参数和结构特征
1.2 材料的基本物理性质
1.2.2 体积与密度
（3）毛体积 V0与体积密度 ρ0
V0是指材料在自然状态下的体积，即实体材料的外观体积（材料实体+闭口孔隙 体积+开口孔隙体积）。
对于外形规则的材料，可以直接量取其外形尺寸，计算即可；对于不规则的 材料，采用封蜡处理后用排液法测定。
1.2.2 体积与密度
难点：材料的密度及其计算方法、材料 的亲水性、材料的热物理性质
第一章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的组成、结构及构造
土木工程中，由于工程性质、结构部位和环境条 件不同，对材料性能的要求也不同。材料应具备强度、 刚度、耐久和装饰等作用。
第一章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的组成、结构及构造
1.1.1材料的组成
• 化学组成 • 物相组成
1.1 材料的组成、结构及构造
1.1.1材料的组成
V0 —材料在自然状态下的堆积体积（cm3或
m3 ），它包含内部和颗粒之间的空隙。
1.2 材料的基本物理性质
1.2.3 密实度和孔隙率 （1）密实度
密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体 物质所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：
D V 0 V0
1.2 材料的基本物理性质
1.2.1 孔隙构造 体积是指材料占有的空间大小。由于材 料具有不同的物理状态，因而表现出不 同的体积。
1-1
第一章 土木工程材料的基本性质
1.2 材料的基本物理性质
1.2.2 体积 体积是指材料占有的空间大小。由于材 料具有不同的物理状态，因而表现出不 同的体积。
1.2 材料的状态参数和结构特征
1.2 材料的基本物理性质
1.2.2 体积与密度
（3）毛体积 V0与体积密度 ρ0
V0是指材料在自然状态下的体积，即实体材料的外观体积（材料实体+闭口孔隙 体积+开口孔隙体积）。
对于外形规则的材料，可以直接量取其外形尺寸，计算即可；对于不规则的 材料，采用封蜡处理后用排液法测定。
1.2.2 体积与密度
难点：材料的密度及其计算方法、材料 的亲水性、材料的热物理性质
第一章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的组成、结构及构造
土木工程中，由于工程性质、结构部位和环境条 件不同，对材料性能的要求也不同。材料应具备强度、 刚度、耐久和装饰等作用。
第一章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的组成、结构及构造
1.1.1材料的组成
• 化学组成 • 物相组成
1.1 材料的组成、结构及构造
1.1.1材料的组成
《土木工程材料》教材
《土木工程材料》教材一、绪论本教材旨在介绍土木工程中常用的材料及其基本性质，包括建筑材料、钢材、水泥、混凝土、沥青及沥青混合料、木材以及其他工程材料。
教材将重点介绍这些材料的基本性质、特点、应用领域以及绿色土木工程材料和智能建造与BIM技术应用等方面的内容。
二、建筑材料的基本性质本章将介绍建筑材料的基本性质，包括密度、孔隙率、强度、弹性模量、韧性以及耐久性等。
通过对这些基本性质的了解，可以更好地选择和使用建筑材料。
三、天然石材天然石材是一种重要的土木工程材料，具有高强度、高密度和良好的耐磨性等优点。
本章将介绍天然石材的分类、特点、应用领域以及与其他材料的比较等方面的内容。
四、钢材钢材是一种具有高强度和良好塑性的土木工程材料，广泛用于桥梁、高层建筑等领域。
本章将介绍钢材的分类、特点、制造工艺以及在土木工程中的应用等方面的内容。
五、水泥水泥是一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木工程中。
本章将介绍水泥的分类、特点、制造工艺以及在土木工程中的应用等方面的内容。
六、混凝土混凝土是一种由水泥、砂、石和水混合而成的复合材料，具有高强度、耐久性和良好的可塑性等优点。
本章将介绍混凝土的分类、特点、制造工艺以及在土木工程中的应用等方面的内容。
七、沥青及沥青混合料沥青及沥青混合料是一种防滑、耐磨和耐候性良好的土木工程材料，广泛应用于道路工程中。
本章将介绍沥青及沥青混合料的分类、特点、制造工艺以及在土木工程中的应用等方面的内容。
八、木材木材是一种可再生和可循环利用的土木工程材料，具有轻质高强、耐久性好等优点。
本章将介绍木材的分类、特点、制造工艺以及在土木工程中的应用等方面的内容。
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
土木工程材料的基本性质(1)
0 ——材料的堆积密度。
空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程
度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依
据。
15
h
二、材料的孔隙率与空隙率（3）
孔隙率与空隙率的区别
比较项目 适用场合
孔隙率 个体材料内部
空隙率 堆积材料之间
作用 计算公式
可判断材料性质 可进行材料用量计算
P（10）10％ 0
ρ0=m/V0 式中： ρ0 ——表观密度， kg/m3；
m ——材料的质量，kg； V0_—— _材料的自然体积，m3。
7 h
一、材料的密度、表观工料程，密中直度砂接石用和材排 堆积密度（6）
水法测定其表 观体积
表观体积是指包括内 部封闭孔隙在内的体积。 其封闭孔隙的多少，孔隙 中是否含有水及含水的多 少，均可能影响其总质量 或体积。
m2——水及容量瓶总质 量，g。
9
一、材料的密度、表观密度和堆积密度（8）
（三） 堆积密度
堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单 位体积的质量。按下式计算：
0'
m
V
' 0
式中：ρ0——材料的堆积密度, kg/m3； m ——材料的质量，kg；
V 0 ——材料的堆积体积，m3。
10 h
一、材料的密度、表观密度和堆积密度（9）
2 h
一、材料的密度、表观密度和堆积密度（1）
材料的体积构成
体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不 同的物理状态，因而表现出不同的体积。
封闭孔隙（体积为Vb）
开口孔隙（体积为Vk） 固体物质（体积为V）
材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp 孔隙体积：Vp＝Vb+Vk
空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程
度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依
据。
15
h
二、材料的孔隙率与空隙率（3）
孔隙率与空隙率的区别
比较项目 适用场合
孔隙率 个体材料内部
空隙率 堆积材料之间
作用 计算公式
可判断材料性质 可进行材料用量计算
P（10）10％ 0
ρ0=m/V0 式中： ρ0 ——表观密度， kg/m3；
m ——材料的质量，kg； V0_—— _材料的自然体积，m3。
7 h
一、材料的密度、表观工料程，密中直度砂接石用和材排 堆积密度（6）
水法测定其表 观体积
表观体积是指包括内 部封闭孔隙在内的体积。 其封闭孔隙的多少，孔隙 中是否含有水及含水的多 少，均可能影响其总质量 或体积。
m2——水及容量瓶总质 量，g。
9
一、材料的密度、表观密度和堆积密度（8）
（三） 堆积密度
堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单 位体积的质量。按下式计算：
0'
m
V
' 0
式中：ρ0——材料的堆积密度, kg/m3； m ——材料的质量，kg；
V 0 ——材料的堆积体积，m3。
10 h
一、材料的密度、表观密度和堆积密度（9）
2 h
一、材料的密度、表观密度和堆积密度（1）
材料的体积构成
体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不 同的物理状态，因而表现出不同的体积。
封闭孔隙（体积为Vb）
开口孔隙（体积为Vk） 固体物质（体积为V）
材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp 孔隙体积：Vp＝Vb+Vk
第1章_土木工程材料基本性质1详解
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。
1.2.4 硬度
材料另一个重要的力学性能是硬度。它是 指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。金属 材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法， 是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷 等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大 的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。所 以，工程中有时用硬度来间接推算材料的强度。
m v
m 0 v0
m / v
/
1.1.2 材料的孔隙率和空隙率
孔隙率
V0 V 0 孔隙体积 P 100% 100% (1 ) 100% 总体积 V0
空隙率
/ / V V 空隙体积 0 P' 100% 100% (1 ) 100% / 堆积体积 V 0
(2) 路面磨损裂纹
现象
经过几年的使用，某水泥混凝土路面出现露石现象。
讨论
(2) 路面磨损裂纹
讨论
路面由于长年受到车辆及行人的磨损，表 面水泥砂浆层剥落，导致露石。主要原因是水 泥混凝土的耐磨性不够。
1.3 材料的耐久性与环境协调性
工程实例分析
(1) 室内空气污染
(2) 放射性污染
(1) 室内空气污染
1.1.3 与水有关的性质
1.亲水性与憎水性 (Water affinity、Water repellency)
水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不 能润湿材料的表面。对工程防水有利。
水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展， 并自发地润湿表面。
有机材料一般是憎水性， 无机材料都是亲水性。
1.3 材料的耐久性与环境协调性
《土木工程材料》课件——材料的耐久性
320国道湖南段，1992~93年建成
三、耐久性的评定
1、最可靠判断——使用条件下的长期观测和评定（时间太长， 美国1999太平洋中部考埃教堂1000年）
2、人为模拟实验 ①快速实验——抗渗、抗冻、碳化、盐溶液浸泡、紫外线干燥
循环等（与实际相关性较差）
②实际环境下的模拟建筑或构件 a、日本1984海边建混凝土结构，混凝土的不同部位加和不加Cl-，
土，西直门立交桥）
78年12月开工，99年3月拆
敦煌－电线杆
引自巴恒静的资料
太原化肥厂
高速公路不高速
3月24日，车辆小心翼翼地在位于安徽省内的合巢芜高速公路上行驶……这段 长约100km的高速公路路面处处千疮百孔、断裂破损，被行车师傅们称为“补 丁路”、“搓板路”。这段过去只需1.5h的车程，现在至少要走4h ……。
做和不做保护层，进行观测。 B、同济用钢砼小试件放在海边不同位置长期观测 模拟实验应与实际条件一致才能得出正确结论。
Байду номын сангаас
四、研究材料耐久性的意义
研究和提高材料耐久性，按耐久性进行材料选用、 工程设计、施工、检测评定是今后的发展方向和目 标，方可实现工程建设的可持续发展。
不同材料组成和结构不同，所经受的环境作用也 不尽相同 不同的材料耐久性研究内容不同
（混凝土-冻融，钢材-锈蚀，有机材料-老化，木材-腐朽）
同一材料，由于环境因素的复杂性、综合性及差 异性,耐久性研究内容也不尽相同
（如海工、道路、民用建筑混凝土，北方-南方混凝土）
材料耐久性是一项综合性质——由于环境因素的 综合性，材料的耐久性表现为一项综合性质， 实际工程中，应根据环境，分清主次、综合研 究，才能达到提高材料耐久性的目的。（路面混凝
东南大学土木工程材料-第1章 fx土木工程材料的基本性质修
➢ 软化系数
K软
软化系数：材料浸水后强度降低的程度。
f饱 f干
结论： 材料的软化系数大小一般波动在0～1之间； 软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降 低越多，其耐水性越差。
1.3 材料与水有关的性质
➢ 工程对材料软化系数的要求 ❖ 用于水中、潮湿环境中的重要结构材料，必须选用软化系
数不低于0.85的材料； ❖ 用于受潮湿较轻或次要结构的材料，则不宜小于0.70～
W含
m含 m干 m干
100 %
1.3 材料与水有关的性质
➢ 影响吸湿性的主要因素
➢ 本身的亲水、憎水性 ➢ 孔隙率 ➢ 孔隙特征 ➢ 周围空气的湿度和温度 ➢ 平衡含水率 平衡含水率：材料既能在空气中吸收水分，同时又可以向
外扩散水分，最终使材料中水分与周边空气 中的湿度达到平衡，此时材料的含水率。
1.3 材料与水有关的性质
2、吸水性与吸湿性
吸水性：材料在浸水状态下的吸水能力，通常用 吸水率表示。吸水率有质量吸水率和体 积吸水率。
➢ 质量吸水率
质量吸水率：材料吸收水分的质量占材料干燥质量的比例。
➢ 体积吸水率
Wm
m1 m
m
100%
体积吸水率：材料吸收水分的体积占自然状态下体积的比例。
Wv
V水 V0
应用：比如压力管道安装时，选择在间隔多少米加装一个 膨胀节或让管道转弯以便让管道由于温度的变化而能够自 由伸缩时，就要根据管子的线膨胀系数算出膨胀量。
1.3 材料与水有关的性质
材料与热有关的性质
4、耐燃性与耐火性
(１)耐燃性 定义：材料抵抗燃烧的性质。 分类：不燃、难燃、可燃 作用：是影响建筑物防火、耐火等级的重要因素。 (２)耐火性 定义：材料抵抗长期高温的性质成为耐火性。 分类：耐火、难熔、易熔 耐燃的材料不一定是耐火的。如钢材。
《土木工程材料》试题.doc
土木工程材料练习题A答案一、解释下列名词和符号1、材料的耐久性：材料的耐久性是指材料在使用过程中，抵抗口身及环境的长期破坏作用，保持其原有的性能不变质、不破坏的性质。
2、钢材的疲劳极限：是指钢材在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最人应力。
3、水泥浆的初凝：是指水泥从加水拌合开始，到水泥浆失去塑性但耒产生强度所需的时间，叫做水泥浆的初凝。
4、混凝土拌合物的和易性：是指混凝土拌合物易于施工操作(拌合、运输、浇灌、捣实)并能获致质量均匀、成型密实的性能。
包括流动性、粘聚性和保水性。
5、混凝十•立方体抗压标准强度：是指将混凝十•制成边长为15()mm的立方体试块，在标准条件(温度2()°C, 相对湿度90%以上)下，养护至28天，所测得的具有95%保证率的抗压强度值。
6、钢材的时效：是指钢材随时的延长而表现出的强度提高，塑性和冲击韧性下降的现彖叫做钢材的时效。
7、Q255-B：碳素结构钢，屈服强度为255MPa,质量等级B级，镇静钢。
8、C30：混凝土标号,强度为40MPaoo9、合理的砂率：在用水量及水泥用量一定的条件下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性几能保持良好的粘聚性和保水性时的砂率;或者在流动性不变且具有良好的粘聚性和保水性的条件下，水泥的用虽最少时的砂率。
1()、水硬性胶凝材料：不仅能在空气屮硬化，还能更好地在水屮硬化，保持并发展其强度的胶凝材料。
二、石灰的凝结硬化机理是什么？试说明在加固地基处理中提高地基土强度的机理。
石灰的凝结硬化是通过两个过程完成的。
表面的碳化作用生成碳酸钙晶体和内部的结晶作用生成氢氧化钙晶体。
石灰的硬化是两种结晶体共同作用的结果，并随着时间的增长，其强度不断增加，达到其最人强度。
在用石灰加固地基处理中，经常使用的是生石灰。
石灰提高地基土强度的主要机理主耍有以下几点：1、生石灰的在熟化过程中要消耗地基土中的水分，减少地基土屮水的含量；2、生石灰在熟化过程中产生人疑的热，将进一步降低地基土屮水的含量；3、在石灰熟化过程中将产生比较大的体积膨胀，对地基土产生一定的挤密作用，提高地基土的强度；4、石灰在硬化过程屮，将主要以结晶作用为主。
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影响材料导热系数的主要因素有材料的物质构 成、微观结构、孔隙构造、湿度、温度和热流 微观结构、孔隙构造、湿度、 方向等。 方向等。 把导热系数小于0.23W/m·k的材料称为绝热材 的材料称为绝热材 把导热系数小于 料。
热容量
热容量是材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的 热容量是材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的 性质，用比热表示: 表示: 性质， 比热表示
Q C= m(t1 −t2 )
式中C ——比热 式中C ——比热，J／(g·K)。 比热， (g·K)。 Q ——热容量，J； ——热容量 热容量， m ——材料的质量，g； ——材料的质量 材料的质量， t1-t2 ——材料受热或冷却前后的温度差，K ——材料受热或冷却前后的温度差 材料受热或冷却前后的温度差， 材料中热容量最大的是水，为C=4.19 J／(g·K)，故材料含 J／(g·K)， 材料中热容量最大的是水， 水量增加，比热增大。 水量增加，比热增大。
青藏公路雅玛尔侵蚀的混凝土桥墩
梁钢筋锈蚀
提高措施 减轻环境的破坏作用 提高材料的密实性 材料表面采取保护措施等
作业
1、 当某一建筑材料的孔隙率增大时，下表内 当某一建筑材料的孔隙率增大时， 的其他性质将如何变化(用符号填写： 增大， 的其他性质将如何变化(用符号填写：↑增大， ↓下降，一不变，?不定)? 下降，一不变， 不定)?
1.3 材料的耐久性
耐久性:材料在长期使用过程中，能保持其 材料在长期使用过程中，
原有性能而不变质、不破坏的性质。 原有性能而不变质、不破坏的性质。 材料在使用过程中，除受到各种外力作用外， 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， 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 这些破坏作用可分为物理作用、化学作用和 物理作用、 生物作用。 生物作用。
孔隙率 密度 表观密 度 强度 吸水率 抗冻性 导热性
↑
2、已知卵石的表观密度为2.6g/cm3，把它装入一个2m3的车 已知卵石的表观密度为2.6g/cm3，把它装入一个2m3的车 厢内，装满共用3500Kg，求该卵石此时的空隙率？ 厢内，装满共用3500Kg，求该卵石此时的空隙率？若用堆 积密度为1500Kg/m3的砂子 的砂子， 积密度为1500Kg/m3的砂子，填入上述车内卵石的全部空 共需砂子多少Kg？ 隙，共需砂子多少Kg？ 3、某厂生产的烧结粉煤灰砖，干表观密度为1450kg/m3，密 某厂生产的烧结粉煤灰砖，干表观密度为1450kg/m3， 度为2.5g/cm3，质量吸水率为18%，试求： 砖的孔隙率； 度为2.5g/cm3，质量吸水率为18%，试求：①砖的孔隙率； 体积吸水率； ②体积吸水率；③孔隙中开口孔隙体积与闭口孔隙体积各 自所占的百分数。 自所占的百分数。 4、现有甲、乙两种墙体材料，密度均为2.7g/cm3。甲的干 现有甲、乙两种墙体材料，密度均为2.7g/cm3。 表观密度为1400kg/m3，质量吸水率为17%。 表观密度为1400kg/m3，质量吸水率为17%。乙浸水饱和 后的表观密度为1862kg/m3，体积吸水率为46.2%。试求： 后的表观密度为1862kg/m3，体积吸水率为46.2%。试求： 甲材料的孔隙率和体积吸水率；（ ；（2 （1）甲材料的孔隙率和体积吸水率；（2）乙材料的干表 观密度和孔隙率；（ 哪种材料抗冻性差， ；（3 观密度和孔隙率；（3）哪种材料抗冻性差，并说出理论 根据。 根据。
物理作用主要有干湿交替、温度变化、 物理作用主要有干湿交替、温度变化、冻融循环 主要有干湿交替 等等，这些变化会使材料体积产生膨胀或收缩,或 等等，这些变化会使材料体积产生膨胀或收缩, 导致内部裂缝的扩展，长久作用后会使材料产生 导致内部裂缝的扩展， 破坏。 破坏。 化学作用主要是指材料受到酸、 化学作用主要是指材料受到酸、碱、盐等物质的 主要是指材料受到酸 水溶液或有害气体的侵蚀作用， 水溶液或有害气体的侵蚀作用，使材料的组成成 分发生质的变化，而引起材料的破坏。 分发生质的变化，而引起材料的破坏。 生物作用主要是指材料受到虫蛀或菌类的腐朽作 生物作用主要是指材料受到虫蛀或菌类的腐朽作 用而产生的破坏。 用而产生的破坏。
三、材料的热工性质
导热性
材料传递热量的性质称为导热性 材料传递热量的性质称为导热性，以导热系数λ 导热性，
（w/m·K）表示: w/m·K）表示:
Qa λ= At (T2 − T1 )
式中： Q ——总传热量，J； 传热量， 式中： a ——材料厚度，m； ——材料厚度， 材料厚度 A ——热传导面积，m2； ——热传导面积 热传导面积， t ——热传导时间，h； 热传导时间， ； 热传导时间 T2-T1——材料两侧温度差，K。 材料两侧温度差， 。 材料两侧温度差