土木工程材料第一章详解
合集下载
土木工程材料(第一章)PPT课件
钢材 松木 水泥
砂
7.85 1.55 2.80~3.20 2.66
—— 0.40 ~ 0.80
—— 2.65
—— —— 900 ~ 1300 1450 ~ 1650
碎石（石灰石） 2.60 ~ 2.80
2.60
1400 ~ 1700
普通混凝土 普通黏土砖
2.60 2.60
1.95 ~ 2.50 16.0 ~ 1.90
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
19
公式： V0V 0V10 % 0(10)10 % 0
密实度与孔隙率关系：
D1
10
土木工程材料基本性质
间隙率（P0/）
定义：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百 分率。
公式：0' V0'V 0'V010% 0(1 0 0 ' )10% 0
11
土木工程材料基本性质
算例： 某石灰岩的密度为2.68 g/cm3，孔隙率为1.5%。 今将该石灰岩破碎成碎石，碎石的堆积密度为1520㎏／
土木工程材料的基本性质
1
材料的基本物理性质
土木工程材料基本性质
四个状态参数：密度、表观密度、毛体积密度、
堆积密度 三个计算参数：密实度、孔隙率、间隙率
2
土木工程材料基本性质
V V´ V0
1.固体 2.闭口孔隙 3.开口孔隙
3
密度（ρ）
第1章 土木工程材料_基本性质
第一章土木工程材料的基本性质本章导学学习目的：土木工程材料有无机材料、有机材料及复合材料，它具有结构或功能的作用。
而土木工程包括建筑工程、道路工程、桥梁工程、地下工程、岩土工程等，土木工程材料为这些工程服务，通过学习其基本性质，了解土木工程基本性质与工程特性的关系。
教学要求：通过工程实例说明土木工程材料的分类；通过各种土木工程特点的分析，说明土木工程材料的物理、力学性质及耐久性；重点讲解土木工程材料的密度、与水有关的性质、强度、弹性、粘性与塑性。
1.1土木工程材料的分类土木工程材料是指在土木工程中所使用的各种材料及其制品的总称。
它是一切土木工程的物质基础。
由于组成、结构和构造不同，土木工程材料品种繁多、性能各不相同、在土木工程中的功能各异，而且价格相差悬殊，在土木工程中的用量很大，因此，正确选择和合理使用土木工程材料，对土木工程结构物安全、实用、美观、耐久及造价有着重大的意义。
由于土木工程材料种类繁多，为了研究、使用和论述方便，常从不同角度对它进行分类。
最通常的是按材料的化学成分及其使用功能分类。
1.1.1按化学成分分类根据材料的化学成分，可分为有机材料、无机材料以及复合材料三大类，如表1－1所示。
1.1.2按使用功能分类根据材料在土木工程中的部位或使用性能，大体上可分为二大类，即土木工程结构材料（如钢筋混凝土、预应力混凝土、沥青混凝土、水泥混凝土、墙体材料、路面基层及底基层材料等）和土木工程功能材料（如吸声材料、耐火材料、排水材料等）。
1．土木工程结构材料土木工程结构材料主要指构成土木工程受力构件和结构所用的材料。
如梁、板、柱、基础、框架、墙体、拱圈、沥青混凝土路面、无机结合料稳定基层及底基层和其它受力构件、结构等所用的材料都属于这一类。
对这类材料主要技术性能的要求是强度和耐久性。
目前所用的土木工程结构材料主要有砖、石、水泥、水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土、沥青和沥青混凝土。
在相当长的时期内，钢材、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土仍是我国土木工程中主要结构材料；沥青、沥青混凝土、水泥混凝土、无机结合料稳定基层及底基层则是我国交通土建工程中主要路面材料。
《土木工程材料(第3版)》教学课件第1章 绪论 土木工程材料的基本性质
18世纪至19世纪，资本主义兴起，促进了工商业及交通运输业 的蓬勃发展，原有的土木工程材料已不能与此相适应，在其他科学技 术进步的推动下，土木工程材料进入到一个新的发展阶段，钢材、水 泥、混凝土及其他材料相继问世，为现代土木工程材料奠定了基础。
进入20世纪后，由于社会生产力突飞猛进，以及材料科学与工 程学的形成和发展，土木工程材料不仅性能和质量不断改善，而且品 种不断增加，以有机材料为主的化学建材异军突起，一些具有特殊功 能的新型土木工程材料也应运而生。
五、抗渗性
材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。
材料的抗渗性用渗透系数K表示，一般用抗渗标号P表示。如 P2、P4、P10分别表示可抵抗0.2、0.4、1.0 MPa 压力水不 渗漏。
1.3 材料与水有关的性质
六、抗冻性
材料在含水状态下能经受多次冻融循环而不破坏、强 度不显著下降，且质量也不显著减少的性质。
P+D=1
开口孔隙率PK 材料内开口孔隙体积占总体积的百分率。 PK＝VK/V0 闭口孔隙率PB 材料内闭口孔隙体积占总体积的百分率。 PB＝VB/V0
VP=VK+VB P=PK+PB
1.1 材料的基本物理性质
3.空隙率（P’）－－散粒或粉状材料在堆积状 态下，颗粒间空隙体积（VS）占材料堆积体积 （V’0）的百分率。
材料在吸水饱和状态下，所吸水的体积占材料干燥状态
下的体积的百分比。
Wv=
mb－mg× V0
1 ρw
×100％
ρw －水的密度； V0 －材料干燥状态下的体积，
cm3或m3。
1.3 材料与水有关的性质
2.吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质,用含水率
表示。
Wh=
进入20世纪后，由于社会生产力突飞猛进，以及材料科学与工 程学的形成和发展，土木工程材料不仅性能和质量不断改善，而且品 种不断增加，以有机材料为主的化学建材异军突起，一些具有特殊功 能的新型土木工程材料也应运而生。
五、抗渗性
材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。
材料的抗渗性用渗透系数K表示，一般用抗渗标号P表示。如 P2、P4、P10分别表示可抵抗0.2、0.4、1.0 MPa 压力水不 渗漏。
1.3 材料与水有关的性质
六、抗冻性
材料在含水状态下能经受多次冻融循环而不破坏、强 度不显著下降，且质量也不显著减少的性质。
P+D=1
开口孔隙率PK 材料内开口孔隙体积占总体积的百分率。 PK＝VK/V0 闭口孔隙率PB 材料内闭口孔隙体积占总体积的百分率。 PB＝VB/V0
VP=VK+VB P=PK+PB
1.1 材料的基本物理性质
3.空隙率（P’）－－散粒或粉状材料在堆积状 态下，颗粒间空隙体积（VS）占材料堆积体积 （V’0）的百分率。
材料在吸水饱和状态下，所吸水的体积占材料干燥状态
下的体积的百分比。
Wv=
mb－mg× V0
1 ρw
×100％
ρw －水的密度； V0 －材料干燥状态下的体积，
cm3或m3。
1.3 材料与水有关的性质
2.吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质,用含水率
表示。
Wh=
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
第一章土木工程材料讲解
公式见教材
4.比强度---材料的强度与其表观密度之比.是衡量材料轻质、
高强的指标。
例:直径为Ø18mm的钢筋,最大破坏荷载460KN,求 其抗拉强度f
在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度 进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机 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。
体转换。 如在水泥、混凝土中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉 煤灰等均属玻璃体，在有水存在条件下，它们能与石膏、 石灰发生反应，生成具有水硬性的产物。
晶体
非晶体（玻璃体）
胶体
❖ 是指以极微小的质点（1～100μm ）分散在介质中所形 成的结构
❖ 具有较强的粘结力： 原因：由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大， 因而表面能很大，有很强的吸附力， 例如：胶体硅酸盐水泥水化产物中的胶体将砂石粘结 在一起形成整体，就形成了混凝土。
硅酸盐水泥的早期强度越高，水化热越大，因此适用于冬
季施工。
➢定义：材料中结构相近性质相同的均匀部分矿物。
➢例如，自然界中的物质可以分为气、固、液三大相
➢同一种材料可以由多相的相组成。
例如建筑钢材就有铁素体、渗碳体和珠光体，它
相
们的比例不同，就能生产出不同强度和塑性的钢
组
成
材。
➢两种或以上相组成的材料是复合材料。
小结：
组成+结构共同决定性质: 组成不同，性质不同 如，混凝土与钢材。 组成相同，结构不同，性能也不同。 如：C有三种形态——不定型碳、石墨和金刚石。
从组成和结构上来研究建筑材料的性质，才能深入其 本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着 重要的意义。料结构
大理岩的致密表面图
土木工程材料第一章
引申：
(1) (2) 根据材料的组成可大致判断材料的某些性质； 材料的结构（质点间的结合键）决定材料的的许多 性质：强度、变形、熔点、密度、硬度等； (3) 材料的宏观构造对材料的性质有影响：晶粒、界面、 孔隙、裂纹等。 (4) 随着材料科学与工程的理论与技术的不断发展，深 入研究材料的组成、结构、构造和材料性能之间的 关系，不仅有利于为包括建筑材料在内的各种工程 正确选用材料，而且会加速人类自由设计生产工程 所需的特殊性能新材料的进程。
例如：粒化高炉矿渣，火山灰，粉煤灰等活性掺合 料、混合材等。
玻璃体
粉煤灰玻璃体
（二）显微结构（细观结构）
指可用光学显微镜观察到的组成及结构。 分辨率：1~10-3 mm
对性质有重要的影响 水泥混凝土： 天然岩石： 木材： 钢铁材料：
铁 碳 合 材料是由多物相和多晶体构成的。 金 显微结构的尺寸范围为10-6~10-3m，它是指材料 的 内部组织结构和各物相的堆积结构。 显 如： 微 钢材的晶体组织在常温下由铁素体、珠光体和渗碳体； 结 岩石、陶瓷、水泥石中各矿物相 的堆积结构等； 构 高分子材料中晶相与非晶相的堆积结构。 照 片 木材的显微结构 天然岩石的显微结构
如硅酸钠玻璃是典型的 玻璃体结构，其结构中， Na、Si、和O离子无序 堆积。 而石英玻璃是晶体，其 结构中Si、和O离子有 序堆积。
2. 非晶体
不具有空间格子构造，其质点排列没有一定的 规律（或仅在局部存在规律）。 没有特定的几何外形，而且是各向同性。 没有固定的熔点。 具有较高的化学活性。
如何测？
排液臵换法（李氏瓶法）
要点： （1）磨细，排除孔隙； （2）恒温； （3）液体不与材料起反应。
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 )
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。
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
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 土木工程材料的
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 材料科学与工程 化学组成材料科学的基本理论 材料的组成 矿物组成相组成宏观结构材料的结构和构造 细观结构 微观结构材料的密度、表观密度与堆积密度 材料的密实度与孔隙率材料的基本物理性质 材料的空隙率与填充率 亲水性与憎水性 材料与水相关的性质 水性与吸湿性耐水性 理论强度强度材料的基本力学性质 弹性与塑性脆性与韧性材料科学的耐久性 土木工程材料的基本性质注：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。
土木工程材料第一章
防水防潮材料
• 亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态
• • • •
干燥状态：材料的孔隙中不含水或含水极微； 气干状态：材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡； 饱和面干状态：材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和； 湿润状态：材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿 附有一层水膜。 • 除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态 之间的过渡状态中。
D P 1 或
填充率+空隙率=1
/ / V V V P / S/ 0 / 0 100% (1 0 ) 100% 0 V0 V0
例 题
某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干 燥，用一个10升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是 13.50Kg；再从桶中取出1000g的碎石，让其吸水饱和后用 布擦干，称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水 注满这广口瓶，连盖称重为1411g，水温为25C，将碎石倒 出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g；另外从洗 净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉， 称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。请问？
如何测？
堆积体积:散粒材料填充容器的体积。 固体体积＋孔隙体积＋颗粒间空隙。 一般针对粉状或粒状材料。
二、材料的密实度和孔隙率
1.材料的密实度
密实度（D） ：表观体积中固体物质充实的程度。
V D 100 % V0
或
0 D 100 %
密实度（D） 反应材料的密实程度，D越大，材料越密 实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。
三、填充率与空隙率 1. 填充率 填充率（D‘） 。散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积 占堆积体积的百分率
D V0 100% V 0
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_基本要点
土木工程材料_基本要点第一章土木工程材料的基本性质密度：材料在绝对密实状态下（不包括材料孔隙在内的体积），单位体积的质量表观密度：材料在自然状态下（包括材料内部孔隙的体积），单位体积的质量堆积密度：材料为散粒或粉状，在堆积状态下，单位体积的质量大小关系：密实度：材料体积内，被固体物质充实的程度孔隙率：材料体积内，孔隙体积所占的比例填充率：散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度空隙率：散粒材料体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。
亲水性：材料与水接触时能被水润湿的性质憎水性：材料与水接触时不能被水润湿的性质吸水性：材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示吸湿性：材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示耐水性：材料抵抗水破坏作用的性质，用软化性质表示软化系数的范围在0---1 之间。
用于水中、潮湿环境中的材料，必须选用软化系数不少于0.85的材料；用于受潮较轻的或者是次要结构，则不宜小于0.70—0.85 通常软化系数大于0.85 的材料称为耐水性材料。
抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质，用“抗冻等级”表示抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质，用渗透系数表示脆性：在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形韧性：在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时产生一定的变形而不破坏的性质材料的组成是指化学组成和矿物组成材料的结构：宏观结构；细观结构；微观结构材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密度、强度、吸水率、抗冻性、导热性、耐久性？第二章天然石材天然岩石根据生成条件，按地质分类分为岩浆岩、沉积岩、变质岩砌筑用石材分为毛石料石两类选择天然石材的原则：适用性；经济性；安全性适用性：考虑石材的技术性能是否满足使用要求经济性：考虑利用地方资源，尽可能做到就地取材安全性：对人体健康有影响的花岗岩：是岩浆岩中分布较广的一种岩石，主要由石英、长石及少量暗色矿物和云母组成。
土木工程材料第1章基本性质 ppt课件
体表观积体（积含。内部孔隙和水P分PT课件）。一般以V0
表示材料的
5
1----固体部分 2----闭口孔隙
V0=V+V孔
3----开口孔隙
PPT课件
6
（3）材料的堆积体积：
粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。
根据其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可
能不同，松散堆积下的体积较大，密实堆积状态下的体
Vρ0—w—材水料的在密自度然状,（态g下/c的m3 体或积k，g/（m3c）m3，或常m3温）下取ρ w =1.0 g/cm3
PPT课件
34
Wv=Wm·ρ0
材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其
孔隙特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并
经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔
隙愈多，其吸水率就愈大。
能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为 憎水性。
PPT课件
26
材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子
结构。
材料分子与水分子之间的分子亲合力 水分子本身之间的内聚力
亲合力＞内聚力 亲合力＜内聚力
亲水性材料 憎水性材料
PPT课件
27
工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角
水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能
渗入材料的毛细管中。
PPT课件
29
材料的润湿角θ
PPT课件
30
PPT课件
31
亲水性材料有：
砖、瓦、砂、石、气硬性胶凝材料、钢材、混凝
土、玻璃等。
憎水性材料有：
沥青、塑料、橡胶、石蜡、油漆等。
PPT课件
32
2.材料的吸水性
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)。
天混然凝石土膏的晶宏体观颗粒结的构堆积结构—纤维轴向平行
1.
宏观构造
气
泡
堆
材料构造是指宏观的组织状态和具有特定性积质
蜂 窝 结 构
的材料单元的组合情况，其尺寸范围在10结-3m
以上，肉眼可分辨。如：
构
▪ 材料内部的孔隙特征和孔结构；
▪ 混凝土中砂、石和水泥石的堆积和分布情况；
▪ 纤维增强复合材料中的纤维分布状态等。
2▪▪如 ▪▪▪. 材细内钢岩高：细材石分观 部料观的、子结 组是晶陶材结构 织由体瓷料的结多构组、中尺构物织水晶寸和相在泥相常石与范各和温中非围物多下各晶为相晶由矿相1的体铁物的0堆构-素相堆6~积成体积的10、结结的堆-3珠构积构m。光。结，。体构它和等是渗；指碳体材铁碳合金的细观组织结构照钢的细观组织结构照片；料 天然木岩材石的的细细观观结结构构 片
▪ 不同的矿物相，其化学组成可能相同。 例如：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种
不同矿物相的化学成分均是CaO和SiO2。
▪ 矿物组成相同，其化学组成一定相同。
二、 材料的结构
尺寸为～ 10-3m (肉眼可分辩)
▪ 材料的结构
➢ 材料中所含各物相的类型、尺寸、尺形寸状为、1数0量-6 及~1其0-3m
Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn、Ni等）； ▪ 生 石 灰 的 化 学 组 成 是 ： CaO ， 熟 石 灰 的 组 成 是
Ca(OH)2； ▪ 水泥中四种矿物相所含的化合物是：
CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。 ▪ 聚氯乙烯塑料的化学组成有：
PVC树脂（[-CH－CHCl-]n）、二丁酯、CaCO3等。
▪ 晶体类型
根据质点（离子、原子或分子）间结合键的不同分为： 1）离子晶体 离子键结合，如: 亚硝酸钠、硫酸铝等； 2）共价晶体 共价键结合，如：金刚石、碳化硅等； 3）分子晶体 分子键结合，如：减水剂、液晶等； 4）金属晶体 金属键结合，如：金属材料等。
晶体矿物具有规则的几何石外英形晶体
非晶态结构
如硅酸钠玻璃是典型的玻璃
体结构，其结构中，Na、Si、 也称无定型结构。 和O离子无序堆积。
结构特点：
而石英玻璃是晶体，其结构
➢ 质点排列无序，且无中周Si、和O离子有序堆积。
期性；
胶➢体没结有构固定—的只几由何微外形细。的固体粒子和分散介质（液 体种）类组：成的结构
针➢状当➢晶固玻体体璃的粒体子微结含构观量结较构少，并分散在介胶质体中的则构微成观溶结胶构结构；
3. 微观结构
▪ 微观结构—指尺寸范围在10-10~10-6m内，组成材 料的化合物或 矿物的组织状态，是分子、原子与 离子排列、连接的结构状态。
▪ 根据排列有序与无序，微观结构分为 ➢ 晶 体（有序、重复排列） ➢ 非晶体（无定形结构）（无序连接）
✓ 玻璃体 ✓胶 体
晶体
▪ 结构特点
晶体结构中，质点（离子、原子或分子）作三维空间有 序堆积、并呈周期重复，由此构成点阵格子结构（晶格）。
➢有害孔，如：孔径较大的孔、连通缝等； ➢无害孔，如：孔径很小的孔、凝胶孔等； ➢有益孔，如：孔径很小的封闭孔等。
材料内部的孔结构
▪ 根据孔径尺寸，分为：
➢ 微孔—纳米级孔 ➢ 细孔—微米级孔
开 口、
纳大细连米孔孔孔 封通 孔闭孔
➢ 大孔—毫米级及以上的孔
▪ 根据孔隙特征，分为
➢ 连通孔— 相互连通，构成孔隙网络
▪ 例如：
硅酸盐水泥熟料中的主 要矿物相有：
➢ 硅酸三钙 ➢ 硅酸二钙 ➢ 铝酸三钙 ➢ 铁铝酸四钙
钢材中的矿物相有： 奥氏体 铁素体 渗碳体 珠光体
化学组成与矿物组成的关系
▪ 化学组成相同，其矿物组成不一定相同； 例如：半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，
但它有-、-、- 等3种矿物相。
➢ 当➢固胶体体粒结子构含量较多，并形成连续相则构成凝胶结构。
如：CSH凝胶、沥青、塑料、密封材料
典型土木工程材料的结构和构造
▪ 陶瓷质材料：玻璃体、晶体或晶体和玻璃 体的复合体。陶瓷质材料中最常见的化学 键是共价键和离子键。
▪ 硅酸盐材料：SiO2是硅酸盐材料的基本结 构单元，主要结构是硅氧四面体。
➢ 封闭孔—不连通，独立分散
§1.2 材料的物理性质
一、材料的物理状态参数
单位体积材料的质量＝密度 材料在绝对密实状态下，
体积与质量是可单变位的体，积密的度质是量不。变的
➢ 密度ρ
——绝对密材实料状态在自下 然状态下，单
ρ=m/V
位体积的质量。与含水 状态有关
▪ 金属材料：体心、面心和密排六方 ▪ 高分子材料：
高分子材料中聚合物大分子链结构
直链结构
支链结构
交联网络结构
共聚物链结构
材料中的气相和孔隙
▪ 材料中均或多或少地含有气相； ▪ 气相以各种尺寸和形态的孔(缝)隙存在于材料
中，因此孔隙有一定的结构——孔结构； ▪ 孔 (缝)隙对材料性能有很大影响相或化合物中各离子、原子、分子与超细颗粒等 质点的堆积方式和几何形状，以及纤维的排布等。
▪ 材料结构层次：
➢ 宏观构造
尺寸为＜10-6m
(电子显微镜)
➢ 细观结构
➢ 微观结构
尺寸为10-10~10-8m
(高倍电镜)
以混凝土为例 水泥混浆凝体土的内微部观的结宏构观：结构： 硬化由水由晶泥大体浆小态体不水的等化细、物观形、结状非构各晶：异态水 化物孔的和隙砂微、、小水石孔分颗隙布粒及于与孔由孔隙水隙中泥以的矿及水物构 水成化水物分、布未在水水化泥的浆水体泥中颗而粒构构成 的固成体连续相组成
物相组成
▪ 固相
矿物 化合物
➢ 连续相
➢ 分散相：纤维与颗粒
▪ 气相
分布的孔隙及其含量
▪ 液相
包含的液体种类与含量
矿物组成
▪ 矿物
具有一定化学组成和结构特征的天然化合物或单质，也 指具有特定晶体结构、特定物理力学性能，类似于天然 矿物的物相或化合物。
▪ 矿物组成
土木工程材料中的矿物种类及其含量。
第一章 土木工程材料导论
§1.1 材料的组成与结构
一、材料的组成
▪ 材料均由各种物相组 成
材料的物相组成： 固相 气相 液相
▪ 每种物相由化合物组 成
▪ 化合物由分子组成 ▪ 分子由原子组成
材料的化学组成： 元素 化合物
化学组成
化学组成是指材料中所含化学成分的种类及其含量。 例如： ▪ 钢材中四种矿物相所含的化学元素是：