湖南大学等四校合编《土木工程材料》(第2版)笔记和课后习题(含考研真题)详解-第一章至第三章【圣才出

第一章土木工程材料的基本性质

1.1复习笔记

【知识框架】

【重点难点归纳】

一、材料科学的基本理论

1．材料科学与工程

土木工程材料学是材料科学与工程的一个组成部分。材料是指工程上把能用于结构、机器、器件或其他产品的具有某些性能的物质。材料的性能决定于材料的组成、结构和构造。

2．材料的组成（见表1-1）

表1-1材料的组成

注：自然界中的物质可分为气相、液相、固相三种形态。3．材料的结构和构造

（1）材料的结构（见表1-2）

表1-2材料的结构分类

（2）材料的构造

①材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元的相互搭配情况。

②材料科学是实验科学，为了准确把握真实材料的性能，必须要进行测试试验。

二、材料的基本物理性质

1．材料的密度、表观密度与堆积密度（见表1-3）

表1-3材料的密度、表观密度与堆积密度

2．孔隙率

孔隙率是指材料的体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：

即D＋P=1或密实度＋孔隙率=1。

（1）孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。材料内部孔隙的构造，可分为连通与封闭两种。连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通，而封闭孔不仅彼此封闭且与外界相隔绝。

（2）孔隙可按其孔径尺寸的大小分为极微细孔隙、细小孔隙和粗大孔隙。在孔隙率一定的前提下，孔隙结构和孔径尺寸及其分布对材料的性能影响较大。

3．材料的填充率与空隙率

（1）填充率。指在某堆积体积中，被散粒材料的颗粒所填充的程度。按下式计算：

（2）空隙率。指在某堆积体积中，散粒材料颗粒之间的空隙体积所占的比例。按下式计算：

即D′＋P′=1或填充率＋空隙率=1。

（3）空隙率的应用。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的程度。空隙率可作为控制混凝土骨料的级配及计算砂率的依据。

4．材料与水相关的性质

（1）材料的亲水性与憎水性

①土木工程中的建、构筑物常与水或大气中的水汽相接触。水分与不同的材料表面接触时，其相互作用的结果是不同的。

②如图1-1，在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的

夹角（θ）称为润湿边角。润湿边角θ愈小，浸润性愈好。如果润湿边角θ为零，则表示该材料完全被水所浸润。

a.当θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料表面分子之间的相互吸引力，此种材料称为亲水性材料，如图1-1（a）所示。

b.当θ>90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料表面分子之间的吸引力，材料表面不会被水浸润，此种材料称为憎水性材料，如图1-1（b）所示。

③含有毛细孔的材料，当孔壁表面具有亲水性时，由于毛细作用，会自动将水吸入孔隙内，如图1-1（a）。当孔壁表面为憎水性时，则需施加一定压力才能使水进入孔隙内，如图1-1（b）。

图1-1材料润湿边角

（a）亲水性材料；（b）憎水性材料

（2）材料的吸水性与吸湿性

①含水率。指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。可按下式计算：

式中，W为材料的含水率，％；m为材料在干燥状态下的质量，g；m1为材料在含水状态下的质量，g。

②吸水性。指材料与水接触吸收水分的性质。当材料吸水饱和时，其含水率称为吸水率。在土木工程材料中，多数情况下是按质量计算吸水率。

③吸湿性。指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。吸湿作用一般是可逆的，即材料既可