土木工程材料的基本性质
土木工程材料基础知识
材料的基本性质：1.密度：是指材料在干燥绝对密实状态下单位体积的质量。
(不随环境而变)公式：ρ=MV，测量方法：磨碎用氏密度瓶测量；2.表观密度:是指材料在自然状态下单位体积的质量。
公式:ρ0=MV0,测量方法：直接测几何尺寸或是在表面涂蜡用排水置换法测量体积；（注：表观密度通常是指在气干状态下，在烘干状态下是干表观密度）3.堆积密度:是指粉状或粒状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。
公式：ρ′0=MV′04.密实度：材料部材料的体积所占总体积的百分比。
公式：D=VV0×100%=ρ0ρ×100%5.孔隙率：指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率.公式：P=V0−VV0=(1−VV0)×100%=(1−ρ0ρ)×100%=1−D6.填充率：颗粒或粉状材料中材料表观密度占堆积密度的比值。
公式：D′=V0V′0×100%=ρ′0ρ0×100%7.空隙率: 颗粒或粉状材料在堆积体积空隙占总体积的比率。
公式：P′=V′0−V0V′0×100%=(1−V0V′0)×100%=(1−ρ′0ρ0)×100%=1−D′8.孔隙率的影响:(1)表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。
而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。
(2)对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。
(3)对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。
当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。
(4)对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。
(5)对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。
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
土木工程材料的基本性质
第一部分土木工程材料的基本性质一.名词解释:1.密度、表观密度、堆积密度2.强度等级、比强度3.弹性、塑性4.脆性、韧性5.耐水性、软化系数6.抗渗性7.抗冻性8.热容量、导热性9.耐久性10.亲水性、憎水性二.填空题:1、材料的吸水性、耐水性、抗渗性、抗冻性、导热性分别用(吸水率),(软化系数),(抗渗等级或渗透系数),(抗冻等级),(导热系数)表示。
2、当材料的孔隙率一定时,孔隙尺寸越小,材料的强度越 (高),保温性能越(好),耐久性(愈好) 。
3、选用墙体材料时,应选择导热系数较(小)、容量较(大)的材料,才能使室内尽可能冬暖夏凉。
4、材料受水作用,将会对其(质量)、(强度)、(保温性能)、(抗冻性能)、及(体积)等性能产生不良影响。
5、材料的孔隙率较大时(假定均为开口孔),则材料的表观密度(较小)、强度(较低)、吸水率(较大)、抗渗性(较差)、抗冻性(较差)、导热性(较大)、吸声性(较好)。
6、材料的耐水性用(软化系数)表示,其值愈大则材料的耐水性愈(好)。
软化系数k 大于(0.85)的材料认为是耐水的。
7、评价材料是否轻质高强的指标为(比强度),它等于(材料的强度与表观密度之比),其值越大,表明材料(越轻质高强)。
8、无机非金属材料一般均属于脆性材料,最宜承受(静压力)。
9、材料的弹性模量反映了材料(抵抗变形)的能力。
10、材料的吸水率主要取决于(孔隙率)及(孔隙特征),(孔隙率)较大,且具有(细小开口)而又(连通)孔隙的材料其吸水率往往较大。
11、材料的耐燃性按耐火要求规定分为(非燃烧材料),(难燃烧材料)和(燃烧材料)三大类。
材料在高温作用下会发生(热变形)和(热变质)两种性质的变化而影响其正常使用。
(不要求)12、材料在使用环境中,除受荷载作用外,还会受到(物理作用)、(化学作用)和(生物作用)等周围自然因素的作用而影响其耐久性。
13、材料强度试验值要受试验时试件的(形状),(尺寸),(表面状态),(含水率),(加荷速度)及(温度)等的影响。
土木工程材料的基本性质
金属材料
有 机 材 料 复 合 材 料
植物质材料 沥青材料 高分子材料 无机非金属材 料和有机材料 的复合
建筑结构材 料
砖混结构 ：石材，砖，水泥混凝土， 钢筋 钢木结构：建筑钢材，木材
砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐 及砌块 墙板：混凝土墙板、石膏板、 复合墙板 防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨 胀珍珠岩石 吸声材料；木丝板、毛毡，泡沫塑料 采光材料：窗用玻璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝 材
建 筑 材 料
墙体材料
建筑功能材 料
第一篇
绪论
二、土木工程材料分类
2、按功能及用途分类 建筑结构材料：承重、传力 建筑功能材料：非承重、非传力 防水材料、装饰材料、保温材料、遮 挡及分隔等墙体材料
第一篇
绪论
三、建筑结构材料的主要种类
1、水泥混凝土及其组成材料 水泥、砂、石、掺合料、外加剂、水。 2、承重墙体材料及其组成材料、地基用材料 水硬性及气硬性胶凝材料、建筑砂浆、砖 （主要为烧结砖及部分蒸养砖和免烧砖）。 3、钢材 板材、管材、型钢、钢筋及钢绞线、高 强螺拴及锚具。
五、土木工程材料的基本性质
（二）、力学性质
3、脆性和韧性 脆性：材料受力达到一定程度后，无明显塑性变形， 便突然破坏的性质。 如：混凝土、玻璃、陶瓷等。 特点：抗压强度高，抗冲击、抗拉、抗振、抗折（弯） 强度低。 韧性：材料在振动或冲击作用下，能吸收较大能量， 并产生较大变形而不突然破坏的性质。 如：低碳钢、合金钢、木材、某些高分子材料等。 特点：抗拉、抗折（弯）强度高。 Wk 冲击韧性指标： k A
1、强度 强度与应力的关系 强度是材料在应力作用下抵抗外力破 坏的能力，它表征材料的力学本性， 是材料本身的性质（抗拉、抗压、抗 剪、抗弯）。 应力是施加于材料上的单位面积的作 用力，是表征外力对材料的作用，与 材料本性无关（压应力、拉应力、剪 应力、弯应力）。
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
第一章土木工程材料的基本性质1、什么是材料的密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度？答：密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量(p=m/v)；表观密度是材料在包含闭口空隙条件下单位体积的质量(p’=m/v’)；毛体积密度是材料在自然状态下单位体积的质量(p=m/v);堆积密度是指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量(p0=m/v0)2、某石灰岩的密度为2.68g/cm3,孔隙率为1.5%，将该石灰岩破碎成碎石，岁时的堆积密度为1520Kg/m3。
求碎石的毛体积密度和间隙率答:毛体积密：P=(1-p0/p);p0=(1-P)·p间隙率：P0=(1-p0’/p0)【p0’为堆积密度；p0为毛体积密度；p为密度】4、、什么是亲水性材料和憎水性材料？答：当材料与水接触时，如果水可以在材料表面铺展开，即材料表面可以被水所湿润，则称材料具有亲水性，这种材料被成为亲水材料；若水不能在材料表面铺展开，即材料表面不能被水所湿润，则称材料具有憎水性，此种材料成为憎水材料。
5、隔热保温材料为什么要防止受潮？答：材料中含有水或冰时，因为水和冰的导热系数是空气的25倍和100倍，导热系数会急剧增加。
6、什么叫材料的耐久性和安全性？答：材料在使用过程中，抵抗各种内在或外部破坏因素的作用，保持其原有性能，不变质、不破坏的性质称为耐久性；材料的安全性是指材料在生产和使用的过程中是否对人类或环境造成危害的性能。
通常，人们是根据使用条件与要求在实验室进行快速实验，对材料的耐久性进行判断。
7、当建筑材料的孔隙率增大时，下表中的性质将如何变化？第二章无机胶凝材料1、胶凝材料按硬化条件如何分类？答：水硬化；非水硬化2、什么叫生石灰的熟化？生石灰熟化后为什么要“陈伏”？答：生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙的过程，称为生石灰的熟化或消化；为了消除过火石灰的再次熟化产生膨胀而引起隆起和开裂（陈伏2周）3、试述建筑石膏（半水石膏）的特性、差别和用途答：特性：凝结硬化快；尺寸稳定，装饰性好；孔隙率高；防火性好；耐久性和抗冻性差；用途:室内粉刷；建筑石膏制品4、从硬化过程和硬化产物分析石灰和石膏性能的差别答：硬化过程：石灰的硬化包括干燥结和喝碳化：石膏：浆体变稠，二水石膏凝聚成晶体，逐渐长大、共生和交错生长；硬化产物：石灰：氢氧化钙晶体、碳酸钙；石膏：结晶结构网5、试述水玻璃的特性和用途答：特性：较高的粘结力、强度高、耐酸性好、耐碱性、抗渗性、耐水性差；用途：涂料、注浆材料、配置速凝防水剂、制备碱－矿渣水泥6、碳酸盐水泥的主要矿物成分有哪些？它们的水化特征如何？它们对水泥的性质有何影响？主要矿物成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙；水化特征及对水泥性质的影响：7、常用的硅酸盐系列水泥有哪些主要技术要求？这些要求有何工程意义？答：细度、凝结时间、体积安定性、强度及强度等级、水化热、碱含量；其性能直接影响工程质量8、试说明水泥体积安定性不良的原因。
土木工程材料的基本性质
• ５. 孔隙率 • 孔隙率是指固体材料的体积内孔隙体积所占的比例,可按下式计算:
• 材料的密实度与孔隙率之和等于１,即D＋P＝１.材料的密实度和孔隙 率是从两个不同侧面反映材料密实程度的指标.
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2.1 材料的物理性质
• 闭口孔隙率是指材料中闭口孔隙的体积与材料在自然状态下的体积之 比的百分率.即闭口孔隙率＝孔隙率－开口孔隙率.
• １. 亲水性与憎水性 • 材料与水接触时,根据其是否能被水润湿,可将材料分为亲水性材料与
憎水性材料.在材料、空气和水的交点处,沿水滴表面的切线与水和材 料接触面所成的夹角称为润湿边角.润湿边角越小,材料越易被水润湿. • 材料能被水润湿的性质称为亲水性(润湿边角θ≤９０°),具有这种性质 的材料为亲水性材料[图２-３(a)].大多数材料都属于亲水材料,如无机 胶凝材料、烧结普通砖、混凝土、木材、砂、石等,不但表面能够吸 附水分,而且还能将水分吸入内部的毛细孔中.
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.1 材料的物理性质
• 两种密度的计算均可采用表观密度计算公式,但需区分开两者体积的 含义.视密度在计算砂、石在混凝土中的实际体积时有实用意义.
• 当材料含有水分时,其质量和体积都会发生变化.一般测定表观密度时, 以干燥状态为准,如果在含水状态下测定表观密度,须注明其含水情况.
• 土木工程材料中绝大部分材料都是存在一定孔隙的,如石材、砖、混 凝土等,为测定有孔隙材料的绝对密实体积,常将其磨细干燥后用李氏 瓶(图２-１)测定其体积,材料磨得越细,测得的数值越接近材料的真实 体积.一般将要求磨细的细粉粒径至少小于０.２０mm.
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土木工程材料的基本性质
2.2 材料的力学性质
• ２.２.２ 弹性与塑性
• 材料在外力作用下产生变形,外力取消后能够完全恢复原来形状的性 质称为弹性,这种能够完全恢复的变形称为弹性变形;反之,当外力取消 后仍保持变形后的形状和大小,并且不产生裂缝及破坏的性质称为塑 性,这种不能恢复的变形称为塑性变形.
与其自然状态下的体积之比,可按下式计算:
• ５. 孔隙率 • 孔隙率是指固体材料的体积内孔隙体积所占的比例,可按下式计算:
• 材料的密实度与孔隙率之和等于１,即D＋P＝１.材料的密实度和孔隙 率是从两个不同侧面反映材料密实程度的指标.
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2.1 材料的物理性质
• 闭口孔隙率是指材料中闭口孔隙的体积与材料在自然状态下的体积之 比的百分率.即闭口孔隙率＝孔隙率－开口孔隙率.
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2.1 材料的物理性质
• ２. 热容量 • 材料具有受热时吸收热量,冷却时放出热量的性质.材料的热容量是指
材料温度变化１K所吸收或放出的热量,其大小可用比热容C 表示,可 按下式计算:
• 导热系数、比热容可以综合表示材料的热工性能,对于土木工程物的 保温、隔热,实现土木工程节能具有重要意义.几种常用土木工程材料 的导热系数和比热容见表２-２.
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2.2 材料的力学性质
• 材料的抗弯强度与材料的受力情况有关.试验时是将矩形截面的条形 试件放在两支点上,中间作用一集中力[图２-４(c)],对材料进行试验(如 水泥、砖的强度试验),其抗弯强度用下式计算:
• 强度是材料(尤其是结构材料)的一项重要的技术性能,一些材料如砖、 石材、水泥、砂浆、混凝土、钢材等都是按其强度大小划分为若干个 等级的(称为强度等级).土木工程中常用材料的强度见表２-３.
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
土木工程材料的基本性质
1 土木工程材料的基本性质教学内容土木工程材料的基本性质：物理性质，力学性质，与水有关性质，热工性质，耐久性以及材料组成、结构及其对材料性质的影响。
土木工程材料的技术标准。
教学目的：1.了解材料的组成、结构和构造对性质的影响；2.掌握土木工程材料各种性质的基本概念、各种性能指标的数量关系。
3.理解各种因素对材料性质变化的影响及作用。
教学重点：1.材料各种性质的概念2.材料状态参数的计算分析3. 种因素对材料性质变化的影响及作用。
教学难点：1.材料三种密度的概念极其区别；2.材料的微观结构及其对性质的影响。
教学方法：该章内容涉及到中学物理学过的比重、弹性、吸湿等内容，需要结合材料在工程中的实际应用，重新认识和理解比重、弹性、吸湿等相关知识。
其它各种性质，应有针对性的学习和掌握，举例说明各种性质不同，材料选择的原则与方法不同。
对材料组成、结构是影响性质的本质只需掌握一种分析、研究的思维方法。
参考资料：1.《土木工程材料》湖南天津等大学联合编写中国建筑工业出版社出版2.《建筑材料》湖南同济等大学联合编写中国建筑工业出版社出版作业布置：1.P10 1、2、3、4、52.补充：1、2、3、4教学过程设计：1.1材料的组成、结构1.组成材料的组成：包括化学组成和矿物组成。
它是决定材料各种性质的重要因素。
2.结构材料的结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构。
它是决定材料各种性质的最重要因素。
1）宏观结构（构造）：用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织称为宏观结构，可分为：（1）致密结构—如钢材、有色金属、玻璃、塑料、致密的天然石材等，其特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好。
（2）多孔结构—如加气混凝土、泡沫塑料等，其特点是强度较低，吸水性大，抗渗和抗冻性较差，绝缘性较好。
（3）微孔结构—如普通烧结砖、建筑石膏制品等，其特点与多孔结构材料特点相同。
（4）纤维结构—如木材、竹材、玻璃纤维增强塑料、石棉制品等，其特点是平行纤维方向与垂直纤维方向的各种性质具有明显差异。
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。
1-土木工程材料的基本性质
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
土木工程材料的基本性质
B：表征参数：
软化系数k软
C：软化系数的计算公式：
k软材 材 料 料 饱 在 在 态 料 吸 干 料 的 在 水 压 燥 压 在 抗 吸 强 状 抗 干 水 ff度 干 饱压
D、耐水性与k软大小间的关系：
k软愈大，耐水性愈好。
E、k软的应用：
选择经常受水作用结构物用材料时，k软较 重要。
10经常位于水中或受潮严重的重要结构物用 材料的k软≮0.85，一般要求k软的大小在0.85~0.90 之间。
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。
2、计算公式：
V D 100%
V 0
m
DV1
0
0%ρ1
0
ρ 0% 0 1
0
0
%
V
m
ρ
0
ρ
0
（二）、孔隙率
1、概念： 指材料体积内，孔隙体积所占的比例。
2、计算公式：
（三）、堆积密度（松散容重）
1、概念：
指粉状或粒状材料，在堆积 状态下，单位体积的质量。
2、计算公式：
ρ' m
0
v'
0
式中：m—材料在绝干状态下的质量(kg)
（可为含水状态）
V0’—材料的堆积体积（m3） ρo’—材料的堆积密度（精确到10kg/m3）
V0’= V +VB+VK+VJ
材料在堆积状态下的体积
第二节 材料的基本物理性质
一、材料的密度、表观密度与堆积密度
(一）、密度:
1、概念：
密度是指材料在绝对密实状态 下，单位体积的质量。
土木工程材料的基本性质
第1章土木工程材料的基本性质第1章土木工程材料的基本性质•1.1 材料的物理性质(physical properties) –1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度•(1)密度(density)–近似密度（视密度）(apparent density)•(2)表观密度(apparent density)•(3)堆积密度（散粒体）(bulk density)(for particles) –压实密度（compacted density）1 密实材料，如金属材料、花岗岩等材料的内部密实而没有孔隙VM ρ 密度：材料的密度－（1）密度2材料的内部有许多孔隙孔隙材料，如砖头、混凝土、木材等孔表观密度：VVMVM+==ρ%VV100⨯=孔孔隙率%VV100⨯=密实度3 内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等堆积材料颗粒的内部有许多孔隙堆积材料颗粒之间存在许多空隙空孔堆积密度：V V V M V M ++='='00ρ%V V 1000⨯'=空空隙率%V V 10000⨯'=填充率end第1章土木工程材料的基本性质–1.1.2 材料的密实度与孔隙率»(1)密实度(density)»(2)孔隙率(porosity)第1章土木工程材料的基本性质–1.1.3 材料的填充率与空隙率（散粒体）•(1)填充率(filling ratio)•(2)空隙率(voids ratio, void content, void volume) »表1.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度第1章土木工程材料的基本性质• 1.1.4 材料与水有关的性质– (1) 材料的亲水性与憎水性•亲水性（被水润湿θ 90°）(hydrophilic nature)•憎水性（润湿角θ>90°）(hydrophobic nature) –(2) 材料的吸水性与吸湿性•吸水性(water absorptivity)»吸水率(water absorption)•吸湿性(hydroscopic nature)»含水率(moisture content)–(3) 材料的耐水性(抗水性)(water resistance)»软化系数(softening coefficient)第1章土木工程材料的基本性质–1.1.5 材料的抗冻性与抗渗性•(1)抗冻性(frost resistance)»水结冰时体积约增大9％，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。
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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
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（二）材料的表观密度
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1、表观密度（容重）－材料在自然状态下单位体积
公式：
的质量。单位g/cm3或kg/m3。
解:石子的孔隙率P为：
•
P V 0 V 1 V 1 0 1 2 .6 1 1 .5% 1
V 0
V 0
2 .65
石子的空隙率P/为：
P V 0 V 0 1 V 0 1 0 1 1 .6 8 3.6 5 % 3 V 0 V 0 0 2 .61
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三、材料与水有关的性质
细微且连通的孔隙---吸水率较大
◎ 吸水性对材料的影响：
体积膨胀、强度降低，对围护结构材料不利
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（二）材料的吸水性与吸湿性
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2、吸湿性－材料在空气中吸收空气中水分的性质，
用含水率表示。
公式：
W含＝m含m － 干m干10％ 0
烘干→量测几何体积→称重→代入公式
2）对形状不规则的材料： 砂、石等
烘干→蜡封→浮力天平
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（三）材料的堆积密度
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1、堆积密度（松散容重）－散粒状材料在自然堆积状态
下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式：
/ o
m
V
/ o
式中： ρ/o－堆积密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g）
（一）密实度
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密实度－指材料体积内被固体物质所充实 的程度。反映材料的致密程度。
公式:
DV o 10% 0 Vo
影响材料的： 强度 吸水性 耐久性
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（二）孔隙率
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孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体积 之比。 直接反映材料的致密程度。
No
（三）填充率
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填充率－指散粒材料在某容器的堆积体积
中，被其颗粒填充的程度。
反映散粒材料堆积的致密程度。
公式：
D/
VVo/
/o 100%
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（四）空隙率
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空隙率－散粒材料在某容器的堆积体积中， 颗 粒之间的空隙体积占总体积的比率。
思考：
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※ 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′
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二、材料的结构参数
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内容： ◎密实度
◎ 孔隙率
◎填充率
◎空隙率
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V/o－材料的堆积体积（cm3） 堆积体积－指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的
体积。
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堆积密度的测量
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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→定形状→量测几何体积→称重→代入公式
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常用材料的状态参数
吸水率表示。
公式：
W质＝m湿 m － 干 m干10％ 0
式中 ： W质－材料的质量吸水率（％） m湿－材料吸水饱和后的质量（g） m干－材料烘干到恒重的质量（g）
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◎ 影响吸水率大小的因素：
1、材料的本性－亲水性或憎水性材料 2、材料的孔结构－孔径大小、开口与否
o
m Vo
式中 ： ρo－表观密度（ g/cm3 ） m －材料的质量（g） Vo－材料在自然状态下的体积（cm3）
自然状态下的体积－是指包含材料内部孔隙在内的体
积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生
变化。注明含水情况。
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表观密度的测量
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1）对形状规则的材料：砖、混凝土等
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1、实际密度（密度）－材料在绝对密实状态下单位体
积的质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式：
m
V
式中： ρ－实际密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g） V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）
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。
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实际密度的测量
目 录（contents）
1 材料的基本物理性质 2 材料的基本力学性质
3
材料的耐久性
2.1 材料的基本物理性质 内容：
☆ 材料的状态参数 ☆ 材料的结构参数 ☆ 材料与水有关的性质 ☆ 材料的热工性质
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（一）材料的密度
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公式: PV oV oV1V V o(1o)10 % 0
孔隙率与密实度的关系: P+隙:连通和封闭
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1、连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通； 2、封闭孔隙不仅彼此封闭而且与外界隔绝。
材料内部孔隙示意图
自然状态下体积示意图 1-固体；2-闭口空隙；3-开口空隙
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内 容：
1、材料的亲水性与憎水性
2、材料的吸水性与吸湿性
3、材料的耐水性
4、材料的抗渗性
5、材料的抗冻性 •
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（一）亲水性与憎水性
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1、亲水性材料： 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，材料表面可以被水浸湿。
公式： P/ VoV / /oVo1V V oo/ (1/oo)10%0
空隙率与填充率的关系： P/+D/=1
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例1-1 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为
2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子的孔隙 率与空隙率？
如：木材等。
2、憎水性材料： 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，材料表面可以被水浸湿。
如：防水材料等。
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润湿角θ
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θ
润湿角示意图
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（二）材料的吸水性与吸湿性
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1、吸水性－材料在浸水情况下吸入水分的能力，用