第2章+土木工程材料的基本性质
土木工程材料的基本性质
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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）
(完整版)《土木工程材料》
《土木工程材料》重要知识点一、材料基本性质（1）基本概念1.密度：状态下单位体积（包括材料实体及开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重；3.表观密度：单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）材料的干质量，也称视密度；4.堆积密度：散粒状材料单位体积（含物质颗粒固体及其闭口孔隙、开口孔隙体积以及颗粒间孔隙体积）物质颗粒的质量；5.孔隙率：材料中的孔隙体积占自然状态下总体积的百分率6.空隙率：散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率；7.强度：指材料抵抗外力破坏的能力（材料在外力作用下不被破坏时能承受的最大应力）8.比强度：指材料强度与表观密度之比，材料比强度越大，越轻质高强；9.弹性：指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质；10.塑性：指在外力作用下材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，这种不能恢复的变形称为塑性变形；11.韧性：指在冲击或震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质；12.脆性：指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质；13.硬度：指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力；14.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力；15.亲水性：当湿润角≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的相互吸引力，这种性质称为材料的亲水性；16.憎水性：当湿润角＞90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的吸引力，这种性质称为材料的憎水性；亲水性材料憎水性材料17.润湿边角：当水与材料接触时，在材料、水和空气三相交点处，沿水表面的切线与水和固体接触面所成的夹角称为湿润边角；18.吸水性：指材料在水中吸收水分的性质；19.吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示；20.耐水性：指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质；21.抗渗性：指材料抵抗压力水渗透的性质；22.抗冻性：指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏、强度又不显著降低的性质；23.导热性：当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料的这种传导热量的能力称为导热性；24.热容量：材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。
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）。
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）00V 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。
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.
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。
土木工程材料的基本性质
土木工程材料基本性质
内容提要
基本物理性质 力学性质 与水有关性质 热工性质 耐久性
土木工程材料基本性质
1 材料的基本物理性质
材料的物理性质主要掌握材料的六个基本参数, 即: 三个状态参数:密度,表观密度,堆积密度 三个计算参数:密实度,孔隙率,空隙率
1.1 三个状态参数
一,密度(ρ) 密度(
二,比热及热容量
土木工程材料基本性质
1.
比热:单位质量材料温度升高或降低1K所吸收或放出的热量 称为热容量系数或比热.计算式如下: Q c= m(t1 t2 ) Q —材料吸收或放出的热量,J; M —材料质量,g; (t1-t2)—材料受热或冷却前后的温差,K.
式中:C —材料的比热,J/gK;
土木工程材料基本性质
二,孔隙率(P)
1定义:孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体 积的百分率. 2.公式: p = V0 V ×100% = (1 ρ0 ) ×100% V0 ρ 3.密实度与孔隙率关系:
p + D =1
4.孔隙对材料的影响:(1)孔隙的多少(孔隙率) (2)孔隙的特征
Q d (t1 t2 )FZ
土木工程材料基本性质
3. 导热系数影响因素
(1)材料的组成与结构 (2)材料的孔隙率 通常金属材料,无机材料,晶体材料 的导热系数分别大于非金属材料,有机材料,非晶体材料; 由于材料孔隙内的密闭空气的导热系数很 小,所以导热系数随孔隙率增大而减小,孔隙的大小和连通程 度对导热系数也有影响.细小孔隙,闭口孔隙比粗大孔隙,开 口孔隙对降低导热系数更为有利,因为减少或降低了对流传热; (3)含水率 (4)温度 材料含水或含冰时会使导热系数急剧增加,因为 温度越高材料的导热系数越大(金属材料除外) 水和冰的导热系数分别是空气的20倍和80倍;
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。
《土木工程概论》第2章 土木工程材料
钢材
钢材等级
✓ Q235，Q345， Q390，420
✓ 数字表示钢材的 屈服强度
✓ 强度单位为 MPa(N/mm2)
钢材强度的理解
一块等级为Q235的钢板，厚度10mm，宽度 200mm，按图示方向受拉，则需要多大的拉 力，该钢板会被拉坏？
2.2.2木材
木材的力学性质：木材的顺纹（作用力方向与 纤维方向平行）强度远高于横纹（作用力方向 与纤维方向垂直）强度。因此，木材非常适合 承受拉力和弯矩。
木材的缺点：构造不均匀、各向异性，易吸湿、 吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形，易燃、 易腐等。
2.2.3混凝土和钢筋混凝土
混凝土是由胶结材料、骨料及水按一定比例配 制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成 的人造石材。简写为“砼”。
材料的物理性质主要有密度、弹性模量、泊松 比、孔隙率、含水率等；
材料的化学性质主要包括化学组分、亲水性、 憎水性、老化、锈蚀等。
材料的力学性质指材料在各种荷载作用下的强 度、变形及破坏性质。
材料强度指单位面积上材料所能承受的最大荷 载。
概念：弹性、塑性
橡皮擦
橡皮泥
土木工程材料的功能性属性主要有抗火性能、 隔热性能、抗腐蚀性能等，是功能材料选择的 依据。
2.1 土木工程材料与工程结构的关系
土木工程材料的选择与土木工程设计方案、施 工方案、工程经济性、及使用性能密切相关。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度、建筑物的 高度、道路的最大载重量、以及工程造价等。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度：
石拱桥的单孔跨度通常不超过20米； 钢索拉结的悬索桥单跨跨度早已突破千米， 1998年建成的日本明石大桥主跨为1991米。
《土木工程材料》题库
第二章材料的基本性质一、选择题1、材料的密度是指材料在（）下，单位体积所具有的质量。
A 绝对密实状态 B自然状态 C自然堆积状态 D紧密堆积状态2、当材料孔隙率增加时，保温隔热性（）。
A 提高B 下降 C不变 D不一定3、材料的耐水性用软化系数表示，其值越大，则耐水性（）A 越好B 越差 C不变 D不一定4、块体材料的体积由固体物质部分体积和（）两部份构成。
A材料总体积 B孔隙体积 C 空隙体积 D颗粒之间的间隙体积5、材料吸湿性的指标是（）。
A 吸水率B 含水率C 饱水率D 烧失量6、材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为（）。
A 吸水性 C亲水性 D憎水性7、憎水性材料的润湿角θ为（）A θ＝0 0 Bθ＞90 0 C 45 0≤θ＜90 0 D θ≤90 08、材料的开口孔隙率在数值上等于材料的（）A 空隙率B 质量吸水率 C体积含水率 D 体积吸水率9、材料的比强度是( )。
A 两材料的强度比B 材料强度与其表观密度之比C 材料强度与其质量之比D 材料强度与其体积之比10、下列建筑材料不是亲水性材料的是（）。
A 木材B 石材C 陶器D 沥青二、填空题1、材料的吸水性大小用( 吸水率 )表示，材料的吸湿性大小用( 含水率 )表示，一般情况下,同种材料的( 吸水率 )大于( 含水率)，但是，当材料在空气中吸水达到饱和时其( 吸水率 )等于( 含水率 )。
2、抗渗等级为P4的材料，其所能承受的最大水压为（ 0.4MPa ）3、材料的耐水性用（ 软化系数 ）来表示。
4、脆性材料适宜承受（ 压力 ）荷载，而不宜承受（ 拉力 ）荷载。
5、材料在外力作用下产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状尺寸，这种不能消失的变形成为（ 塑性变形 ）。
6、不同材料的硬度测试方法不同，按刻划法，矿物硬度分为（ 10 ）级。
7、水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质成为（ 亲水性 ）。
8、在100g 含水率为3%的湿砂中，水的质量为（2.9g ）。
第二章 土木工程材料的基本性质
第一章 土木工程材料的基本性质
（二）矿物组成 将材料中具有特定的晶体结构和特定物理力学 性能的组织结构称为矿物。矿物组成是指构成材料 的矿物种类和数量。一般具有相对固定的化学成分， 矿物是组成岩石和矿石的基本单元。某些土木工程 材料如天然石材、无机胶凝材料等，其矿物组成是 决定其材料性质的主要因素。水泥所含的熟料矿物 不同或其含量不同，则所表现出的水泥性质就各有 差异。例如硅酸盐水泥中，熟科矿物硅酸三钙含量 高的，其硬化速度就较快，强度也较高。
m1 m 质量吸水率: Wm 100 % m
m1 m 1 体积吸水率: WV 100 % V0 W
Wm WV 0
影响吸水性的因素
影响吸水性的因素：
材料的本身的性质，如亲水性或憎水性； 材料的孔隙率；
孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等 。
（三）吸湿性
v
o
0
m v0 '
㎏/m3
请看密度试验动画
请看堆积密度试验动画
（二）密实度与孔隙率
密实度
密实 D 100%＝ 100% V0
图1-1 材料孔隙率示意图
（二）密实度与孔隙率
孔隙率
孔隙率是指材料体 积内，孔隙体积占 总体积的百分率。
定义：材料在空气中，吸收空气中水分的性 质，称为吸湿性。其大小用含水率表示。
W含 m含 - m 干 100% m干
影响吸湿性的因素
影响吸湿性的因素：
材料的本身的性质，如亲水性或憎水性； 材料的孔隙率；
孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等； 周围空气的温度和湿度 。
（四）材料的耐水性
第一章 土木工程材料的基本性质
工程材料的基本性质—材料的力学性质(土木工程材料)
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。
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Materials for engineering application are selected so as to perform satisfactorily during service. The requirements are not the same for all structures or structural materials. It is important to evaluate the performance characteristics of engineering materials.
aggregate , grass , steel
Porous structure
Burn brick, air-entrained concrete
5
chapter 2 Properties of engineering materials Fibrous structure
wood
Layered structure
1
chapter 2 Properties of engineering materials
2.1 the composition, structure and construction of materials 2.2 the physical properties 2.3 the mechanical properties 2.4 the chemical properties 2.5 the durable properties
8
The properties of materials 1.the physical properties 2.the mechanical properties 3.the chemical properties 4.the durable properties
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1.力学性质：材料抵抗各种力综合作用的性能。 1.力学性质：材料抵抗各种力综合作用的性能。 力学性质 2.物理性质 包括物理常数、受温湿度影响的性质。 物理性质： 2.物理性质：包括物理常数、受温湿度影响的性质。 采用物理参数反映) (采用物理参数反映) 3.化学性质 化学性质： 3.化学性质：材料抵抗各种周围环境对其产生化学作 用的性能。 用的性能。 4.耐久性 材料在使用过程中， 耐久性： 4.耐久性：材料在使用过程中，抵抗各种内在或外部 破坏作用因素，保持其原有性能的性质。 破坏作用因素，保持其原有性能的性质。 即在各种环境中经久耐用的年限）。 （即在各种环境中经久耐用的年限）。 不同环境， 不同环境，耐久性表现不同 抗冻性、 ——抗冻性 抗蚀性、抗渗性、耐磨性等 ——抗冻性、抗蚀性、抗渗性、耐磨性等 10
表干状态(饱和面干状态): 表干状态(饱和面干状态): 材料开口孔隙吸水饱和,而表面又没有多余的水分。 材料开口孔隙吸水饱和,而表面又没有多余的水分。
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level: Four states of moisture level: Oven dry(全干） dry(全干） 全干 dry（气干） Air dry（气干） Saturated （饱和面干） 饱和面干） Wet（全湿） Wet（全湿）
1. densities
密度) （1） Density (密度) Is the ratio of the mass of a unit volume of a solid materials
Vs Va V
m ρ t= V
Such as:
s
the materals have difference densiyies. Steel, gold, lime
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chapter 2 Properties of engineering materials
1. solid固体（实体） 固体（ 固体 实体） 2. closing pore闭口孔隙 闭口孔隙 3. opening pore开口孔隙 开口孔隙
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chapter 2 Properties of engineering materials
2.1.3 The construction of materials The relationship of combination for materals
Such as: Porous, stratification 具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情 与结构的区别：构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。 与结构的区别：构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。 如材料的(孔隙、层理、纹理、疵病等) 如材料的(孔隙、层理、纹理、疵病等)
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chapter 2 Properties of engineering materials （4） Loose density (堆积密度 )： is the ratio of the mass of a unit loose volume of a material m
ρ
=
V
f
散粒状材料单位堆积体积(开口+闭口 实体+间隙 闭口+实体 间隙) 散粒状材料单位堆积体积(开口 闭口 实体 间隙)的质 量。 ——反映散粒堆积的紧密（压实） ——反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放 反映散粒堆积的紧密 空间。 空间。 按堆积状态可分为：松堆密度、紧堆密度(振实、捣实) 按堆积状态可分为：松堆密度、紧堆密度(振实、捣实)
chapter 2 Properties of engineering materials 2.2 the physical properties:
（1）Physical constants ） （2）The properties that related with the ） temperature and moisture 2.2.1 Physical constants be related with the structure of materials
三种密度区别： 为材料的烘干质量； 三种密度区别：m为材料的烘干质量； 体积不同：可测定实体体积 表观体积、 实体体积、 体积不同：可测定实体体积、表观体积、毛体积 密度 表观密度 毛体积密度
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chapter 2 Properties of engineering materials
孔隙率) 2. Porosity (孔隙率) （1） Porosity Is defined as the ratio of the volume of pores in a particle to its total volume
2
chapter 2 Properties of engineering materials 2.1 The composition, structure and construction of materials 2.1.1 the composition of materials 1. The chemical composition The chemical element and chemical compound of materials such as oxides, carbonates the compound of composition describe the chemical nature of the materials.
m ρb = V
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表干密度) （4） Density of saturated surface density (表干密度 ） 表干密度 is the ratio of the SSD mass of a unit bulk volume of a material 材料单位毛体积的表干质量，即饱和面干密度。 材料单位毛体积的表干质量，即饱和面干密度。
3
2. The mineral composition
The kind and quantity of minerals. such as the mineral of limestone
3.phase for metals
4
chapter 2 Properties of engineering materials 2.1.2 The structure of materials 1.Macrostructure It is the structure you can see Such as: Dense structure
molecular Structure or atomic structure
（1）crystalline structure （2）Non-crystalline structure （Vitreous structure）
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chapter 2 Properties of engineering materials
开口孔隙Vi 闭口孔隙Vn V0 v a
固体
Vs
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V
chapter 2 Properties of engineering materials
plate
granular structure
sand, aggregate
gathered structure
concrete
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chapter 2 Properties of engineering materials 2. sub-microstructure:10-3~10-9m 3. microstructure :
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chapter 2 Properties of engineering materials
（2） Apparent density (表观密度 ) Is the ratio of the mass of a unit apparent volume of a material. material. 材料单位表观体积（闭口+固体）的干质量 材料单位表观体积（闭口+固体）