土木工程材料1 基础
土木工程材料基础知识
土木工程材料基础知识土木工程是一门以土木材料为基础的学科，涉及到建筑、结构、地基和道路等工程领域。
了解土木工程材料的基础知识对于理解和应用土木工程原理至关重要。
下面将介绍土木工程材料的主要类型和其在工程中的应用。
1.水泥和混凝土水泥是制作混凝土的主要材料，它能在水的存在下形成坚固的结构。
水泥的主要成分是石灰、硅酸盐和氧化铝等，通过与水反应可以形成一种胶状物质。
混凝土由水泥、砂、石子和水等材料混合而成，是最常用的建筑材料之一、混凝土在道路、桥梁、建筑物和其他土木工程中广泛应用，因其具有良好的抗压、耐久和可塑性等特性。
2.钢铁钢铁是一种具有很高强度和韧性的材料，广泛应用于土木工程中。
它可以用来制造桥梁、大型建筑物、高层建筑和其他结构。
钢材的主要成分是铁和碳，通过控制碳含量和添加其他合金元素，可以获得不同的特性。
钢材的优点包括高强度、易加工、可持续和可回收利用等。
3.木材在土木工程中，木材主要用于建筑和木结构的构造。
具有轻质、易加工和良好的绝缘性质等特点，木材在一些应用中可以替代钢材和混凝土。
木材可以通过改变其结构和处理方式，提高其抗压强度和防腐性能。
4.砖块和石材砖块和石材是常见的建筑材料，广泛应用于墙体、地面和装饰等方面。
砖块由黏土通过烧制而成，其主要特点是耐久、防水和隔热。
石材可以用于装饰和建筑物的结构，其特点是美观、耐磨和抗压。
5.玻璃玻璃是一种无机非金属材料，具有透明、坚硬和易于清洁等特性。
它广泛应用于建筑物的窗户、墙面、楼梯扶手等方面，还可用于太阳能板和绝缘材料的制造。
6.沥青和柏油沥青和柏油是常用的道路材料，在修建道路和路径时广泛使用。
沥青具有良好的粘附性和可塑性，能够抵御水腐蚀和车辆载荷产生的应力。
柏油是一种黏性沥青溶液，可以用于修补和加固道路表面。
以上是土木工程中常用的材料及其应用，了解这些基础知识有助于工程师正确选择和使用材料，确保工程的质量和安全。
同时，掌握这些知识还有助于学生学习和理解土木工程原理，并在未来的工作中运用到实际中。
土木工程材料(1)
第一章材料的基本性质1. 名词解释1. 密度2. 表观密度3. 堆积密度4. 密实度5. 孔隙率6. 填充率7. 空隙率8. 润湿角9. 亲水性材料10. 憎水性材料11. 含水率12. 吸水性13. 吸水率14. 吸湿性15. 耐水性16. 软化系数17. 抗渗性18. 强度19. 弹性材料20. 塑性材料21. 脆性22. 韧性23. 耐久性2. 判断题(对的划√，不对的划×)1. 含水率为4% 的湿砂重100g，其中水的重量为4g。
2. 热容量大的材料导热性大，外界气温影响室内温度变化比较快。
3. 材料的孔隙率相同时，连通粗孔者比封闭微孔者的导热系数大。
4. 同一种材料，其表观密度越大，则其孔隙率越大。
5. 将某种含水的材料，置于不同的环境中，分别测得其密度，其中以干燥条件下的密度为最小。
6. 材料的抗冻性与材料的孔隙率有关，与孔隙中的水饱和程度无关。
7. 在进行材料抗压强度试验时，大试件较小试件的试验结果值偏小。
8. 材料在进行强度试验时，加荷速度快者较加荷速度慢者的试验结果值偏小。
9. 材料的孔隙率越大，表示材料的吸水率越高。
10. 脆性材料的抗压强度与抗拉强度均较小。
11. 材料的密度一定高于其表观密度。
12. 软化系数表示材料的抗渗性。
13. 软化系数大的材料，其耐水性差。
14. 脆性材料的抗压强度远高于其它强度。
15. 孔隙率大的材料，其吸水性率不一定高。
3. 填空题1. 材料的吸水性用____表示，吸湿性用____表示。
2. 材料耐水性的强弱可以用____表示。
材料耐水性愈好，该值愈____。
3. 称取松散密度为1400kg/m3的干砂200g，装入广口瓶中，再把瓶中满水，这时称重为500g 。
已知空瓶加满水时的重量为377g，则该砂的表观密度为____，空隙率为____。
4. 同种材料的孔隙率愈____，材料的强度愈高；当材料的孔隙率一定时，____愈多，材料的绝热性愈好。
土木工程材料(1)
❖体积安定性：水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中， 体积变化的均匀性。
❖强 度 等 级 ： 硅 酸 盐 水 泥 分 为 42.5 、 42.5R 、 52.5 、 52.5R 、 62.5、62.5R六个强度等级；其他五种水泥分为32.5、32.5R、 42.5、42.5R、52.5R六个等级。其中有代号R者为早强型水泥。
▪建筑石膏的应用：可拌制抹面灰浆，用于室 内墙面及顶棚抹灰，也可掺入其他材料制作石 膏板。
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二、水硬性胶凝材料
水泥： 水泥是土木工程建设中最重要的建筑材料之一。它不仅
大量应用于建筑工程中，而且还广泛用于公路、桥梁、铁 路、水利等工程中，它还是配制混凝土的重要材料。
我国常用水泥的主要品种有： ➢硅酸盐水泥
1 烧结多孔砖 烧结多孔砖是以粘土、页岩或煤矸石为主要原料 烧制的主要用于结构承重的多孔砖。烧结多孔砖的孔洞率一般在15 ％以上。在建筑中烧结多孔砖多用于砌筑六层以下的承重墙或高层 框架结构填充墙。多孔砖形状见图。
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烧结多孔砖和烧结空心砖
2 烧结空心砖 烧结空心砖是以粘土、页岩或粉煤灰为主要原料烧 制的空心砖。空心砖顶面有孔，孔大而少，而多孔砖孔小而多。空 心砖的孔洞率一般在30％以上。空心砖形状见图3-2。
➢普通硅酸盐水泥 ➢矿渣硅酸盐水泥 ➢火山灰质硅酸盐水泥 ➢粉煤灰硅酸盐水泥 ➢复合硅编酸辑p盐pt 水泥等
常用水泥的生产
❖硅酸盐水泥的生产：两磨一烧
❖其它品种水泥的生产：常用水泥中的其他几种类型是由 硅酸盐水泥熟料掺入一定量的混合材料经磨细而得到的。 混合材料指的是火山灰质混合材料、粉煤灰、粒化高炉矿 渣等。
（2）料石：经过人工或机械开采出 的较规则的块石。主要用于砌筑墙身、 踏步、拱和纪念碑、柱等。
土木工程材料第1章第1节——材料的基本物理性质
解：
实体体积 V实＝170cm3 V实＋V闭＝190cm3
表观体积 V0＝V实＋＝450/170＝2.65 g/cm3；
V实
表观密度ρ0＝ m＝450/230＝1.956 g/cm3＝1956 kg/m3
V0
开口孔隙率PK
＝
V开 V0
×100%＝（230-190）/230×100%＝17.4%
分为若干个强度等级。如烧结普通砖按抗压强度值分为MU30、MU25 、MU20、MU15、MU10五个强度等级。
2、 比强度 由于不同材料的强度、表观密度均存在较大差异，为了便
于比较不同表观密度材料的强度，常用比强度指标来评价材料 强度与表观密度的综合性状。比强度是按单位体积质量计算的 材料强度，其值等于材料的抗压强度与其表观密度之比，它是 衡量材料轻质高强性能的重要指标。
l 韧性材料特征 韧性材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，破坏前有明显预兆；
抗拉强度与抗压强度接近。
抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的韧性 静荷载——作用时不产生加速度的荷载。如结构自重； 动荷载——作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载；
指标——渗透系数、抗渗等级 材料的抗渗性主要与材料内部的孔隙率（尤其是开口孔隙率） 和材料的憎水性或亲水性等因素有关。材料的抗渗能力直接或间接 影响材料的耐久性、抗冻性和耐腐蚀性。 6、材料的含水状态——干燥、气干、饱和面干及湿润状态
三、与热有关的性质
1、 导热性 导热性是指当材料的两侧存在温度差时，热量由高温侧向低温
常将防止室内热量向室外散失称为保温；把防止外部热量进 入室内称为隔热。工程上把导热系数小于0.23W/(m·K)的材料称为 保温隔热材料。
在热工学中，将导热系数的倒数称为材料的导热阻。导热系数和导 热阻均是评定材料导热能力的重要指标，材料的导热系数越小或导热阻 越大，其保温隔热及其节能效果越好。
第1章 土木工程材料基本性质1
θ
σsl
(b)憎水性材料
σ sg − σ sl cos θ = σ lg
θ--润湿角(接触角)
土木工程材料
1、亲水性与憎水性
根据水与材料表面的润湿角 的大小， 根据水与材料表面的润湿角θ的大小，有：
亲水性 0≤θ≤ 90°时，材料表面可被水所湿润； 90° 材料表面可被水所湿润； 材料表面被水湿润，水可被材料所吸附； 材料表面被水湿润，水可被材料所吸附； 材料的这种性能称为亲水性，这种材料称为亲 材料的这种性能称为亲水性，这种材料称为亲 水性材料。 水性材料。 憎水性 90o＜ θ≤180o时，材料表面不可被水湿润； 材料表面不可被水湿润； 材料称为憎水性材料， 材料称为憎水性材料，这种性能称为材料的憎 水性。 水性。
土木工程材料
m ρ '0 = V '0
(3)堆积密度 (3)堆积密度
• 松堆积方式测得的堆积密度值要明显小于紧堆积时 的测定值。 的测定值。 • 工程中通常采用松散堆积密度，确定颗粒状材料的 工程中通常采用松散堆积密度， 堆放空间。 堆放空间。
土木工程材料
密度、 密度、表观密度和堆积密度测量方法
土木工程材料
(2)表观密度 (2)表观密度
• 表观密度的大小除取决于密度外，还与材料孔隙率 表观密度的大小除取决于密度外， 及孔隙的含水程度有关。 及孔隙的含水程度有关。 • 材料孔隙越多，表观密度越小； 材料孔隙越多，表观密度越小； • 当孔隙中含有水分时，其质量和体积均有所变 当孔隙中含有水分时， 因此在测定表观密度时，须注明含水情况， 化。因此在测定表观密度时，须注明含水情况， 没有特别标明时常指气干状态下的表观密度， 没有特别标明时常指气干状态下的表观密度， 在进行材料对比试验时， 在进行材料对比试验时，则以绝对干燥状态下 测得的表观密度值（干表观密度）为准。 测得的表观密度值（干表观密度）为准。 • 工程上可以利用表观密度推算材料用量，计算构件 工程上可以利用表观密度推算材料用量， 自重，确定材料的堆放空间。 自重，确定材料的堆放空间。
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
土木工程材料1.材料科学与物质结构基础知识1.1材料的组成化学组成：是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。
化学组成是材料性质的基础，它对材料的性质起着决定性作用。
材料的化学组成决定着材料的化学稳定性、大气稳定性、耐火性等性质。
如化学组成决定了石膏、石灰易溶于水而耐水性差，而石灰石较稳定。
矿物组成：是指构成材料的矿物种类和数量。
矿物是指由地质作用形成的具有相对固定的化学组成和确定的内部结构的天然单质或化合物。
矿物必须是具有特定的化学组成和结晶结构的无机物。
复杂的矿物组成是决定建筑材料性质的主要因素。
如硅酸盐水泥中硅酸三钙含量高，硬化速度较快，强度较高。
1.2材料的微观结构及其对材料性质的影响材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导热性、导电性由微观结构所决定。
微观结构上，材料可分为晶体、玻璃体、胶体。
晶体：质点（离子、分子、原子）在空间上按特定的规则呈周期性排列时所形成的结构。
特点：1）特定的几何外形（质点按特定规则排列的外部表现）2）各向异性（结构特征在性能上的反映）3）固定的熔点和化学稳定性（晶体键能和质点处于最低能量状态所决定）4）结晶接触点和晶面是晶体结构破坏和变形的薄弱部位原子晶体：中性原子与共价键结合的晶体。
（石英）离子晶体：正负离子与离子键结合的晶体。
分子晶体：以分子间的范德华力即分子键结合的晶体。
（有机化合物）金属晶体：以金属阳离子为晶格，由自由电子与金属阳离子间的金属键结合的晶体。
（钢）晶体内部质点的相对密集程度和质点间的结合力，对晶体材料的性质有着重要的影响。
晶粒的大小对材料的性质也有重要影响。
晶粒愈细，分布越均匀，材料强度越高（钢材的热处理）玻璃体（无定形体或非晶体）：将熔融物质迅速冷却（急冷），使其内部质点来不及作有规则的排列就凝固所形成的物质结构。
玻璃体的结合键为共价键与离子键。
结构特征为质点在空间上呈非周期性排列。
玻璃体质点间的能量以内能的形式储存，具有化学不稳定性，即存在化学活性潜能。
关于土木工程材料基本性质(1)
1.土木工程材料基本性质：物理性质：密度，孔隙率，含水率，几何尺寸。
力学性质：强度，弹性模量，抗冲击，抗剪性，抗扭曲性。
耐久性能：抗渗性，抗冻性，抗腐蚀性等。
2.胶凝材料：是在物理，化学作用下将其他物理胶结为具有一定力学强度的整体物质。
3.石灰：石灰的主要原料是以碳酸钙为主要成分的矿物，天然岩石，常用的有石灰石，白云石或贝壳等。
4.水泥：水泥是制造各种形式的混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝土建筑物或构筑物的基本材料之一，它广泛应用于建筑，道桥，铁路，水利和国防等工程中。
5.水泥砂浆：水泥砂浆是以砂为主体材料，加入一定量的水泥或其他掺和料和水经拌和均匀而得到的稠状材料。
根据用途可分为：砌筑砂浆，抹灰砂浆，锚固砂浆，补修砂浆，保温砂浆等。
6.水泥混凝土：它是以水泥为胶凝材料，由粗细集料，水混合而成，必要时也可以加入适量的外加剂，掺和料以及其他改性材料改变其性能。
7.防水材料：是指能够防止雨水，地下水，工业污水，湿气等渗透的材料。
应具有防潮，防渗，防漏的功能，以及良好的变形性能与耐老化性能。
分为刚性防水（混凝土，防水砂浆），柔性防水防水卷材，防水涂料，密封材料等）8.绝热材料：是用于减少建筑结构物与环境热交换的一种功能材料。
按化学成分分为有机和无机两类。
按材料构造分为纤维状，松散粒状，多孔组织等。
9.装饰材料：装饰材料不但应具有良好的装饰性能外，还应具有良好的物理学性能，施工与加工性能以及房屋建筑所需的绿色环保特色。
装饰材料包括木，石，砖，石膏，石棉玻璃，陶瓷，金属等。
10.土木工程材料发展趋势：土木工程自身发展与其材料之间存在着相互依赖和相互促进的关系。
随着社会对工程安全，低碳，可持续额发展的需要，土木工程材料需向高强，轻质，耐久以及节能，环保，生态等方向发展。
11.地基：承受建筑物荷载的那一部分土层成为地基，建筑物向地基传递荷载的下部结结构称为基础。
地基与基础是保证建筑物安全和满足使用要求的关键之一。
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。
第1章 土木工程材料的基本性质
D.强度高 ）。
2、为了达到保温隔热的目的，在选择墙体材料时，要求（ A. 导热系数小，热容量小 C. 导热系数大，热容量小 B. 导热系数小，热容量大 D. 导热系数大，热容量大
3、测定材料强度时，若加荷速度过（ 件下测得结果偏（ A.快，低 ）。 B. 快，高
）时，或试件尺寸偏小时，测得值比标准条
3 3 3 3 3 3
3
C. 慢，低 ） 。
D. 慢，高
4、某一材料的下列指标中为固定值的是（ A．密度 B．表观密度
C．堆积密度
D．导热系数
5、现有甲、乙两种材料，密度和表观密度相同，而甲的质量吸水率大于乙，则甲材料 （ ） 。 A．比较密实 B．抗冻性较差 C．耐水性较好 D．导热性较低
6、某材料 100g，含水 5g，放入水中又吸水 8g 后达到饱和状态，则该材料的吸水率可 用（ ）计算。 A．8/100 B．8/95 C．13/100 ）。 C．软化系数 ）时变小。 D．抗冻等级 D．13/95
第 1 章 土木工程材料的基本性质
一、学习指导 1、内容提要 本章介绍土木工程材料的各种基本性质及材料组成、结构、构造对材料性质的影响。主要包括： 1）材料的基本物理性质：包括材料与密度有关的性质（密度、表观密度、体积密度、堆积密度、 孔隙率与孔隙特征、空隙率等）；材料与水有关的性质（亲水性与憎水性、 吸水性与吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性等）；材料的热性质（导热性与热容量）；材料的耐 燃性等。 2）材料的基本力学性质：包括强度与比强度、弹性与塑性、脆性与韧性、硬度与耐磨性等。 3）材料的耐久性：材料耐久性的概念及影响材料耐久性的因素。 4）材料组成、结构与构造及其与材料性质的关系。 2、学习要求 1）了解材料的基本组成、结构和构造，材料的结构和构造与材料的基本性质的关系。 2）掌握材料的基本物理性质的概念、表示方法及与工程的关系。 3）掌握材料的基本力学性质的概念、表示方法及与工程的关系。 4）掌握材料耐久性的概念及影响材料耐久性的基本因素。 通过材料基本性质的学习， 要求了解材料科学的一些基本概念， 掌握材料的各种性质的基本 概念、表示方法、影响因素以及它们之间的相互关系和在工程实践中的意义。 3、重点、难点提示 1）重点提示：理解材料密度、表观密度、体积密度、堆积密度、孔隙率、吸水性及耐水性 的含义与表示方法。理解材料的孔隙率及孔隙特征对其体积密度、强度、吸水性、吸湿性、 抗渗性、抗冻性、导热性及吸音性等性质的影响。 2）难点提示：理解并掌握材料各物理量间的计算过程；理解材料的孔隙率及孔隙特征对其 基本性质的影响。 二、习题 （一）判断题 1、玻璃体材料就是玻璃，并具有良好的化学稳定性。 2、多孔材料吸水后，其保温隔热效果变差。 3、材料的吸水率就是材料内含有的水的质量与材料干燥时质量之比。 4、材料的孔隙率越大，其抗渗性就越差。 5、耐久性好的材料，其强度必定高。 （ ） （ （ （ （ ） ） ） ）
土木工程材料1-4章练习题
第一章土木工程材料的基本性质一、选择题1、孔隙率增大，材料的＿B＿降低。
A 密度B 表观密度C 憎水性D 抗冻性2、材料在水中吸收水分的性质称为＿A。
A 吸水性B 吸湿性C 耐水性D 渗透性3、材料的耐水性一般可用＿C＿来表示。
A 渗透系数B 抗冻性C 软化系数D 含水率4、弹性材料具有＿AD＿的特点。
A 无塑性变形B 不变形C 塑性变形小D 恒定的弹性模量5、材料的比强度是＿B＿。
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二、是非判断题1、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。
F2、某材料含大量开口孔隙，直接用排水法测定其体积，该材料的质量与所测得的体积之比即为该材料的表观密度。
F3、材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。
T4、在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。
F5、材料的抗渗性与材料的开口孔隙率关系不大。
F6、材料的冻融破坏主要是由于材料的水结冰造成的。
T三、填空题1、材料的质量与其自然状态下的体积比称为材料的(表观密度)。
2、材料的吸湿性是指材料在＿空气中吸收水分＿的性质。
3、材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿冻融循环次数＿来表示。
4、水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿亲水性5、孔隙率越大，材料的导热系数越＿小＿，其材料的绝热性能越＿好＿。
四、名词解释1、密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
2、材料的空隙率指散粒状材料堆积体积（V）中，颗粒间空隙体积所占的百分率3、堆积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。
4、表观密度是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。
5、材料的弹性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质。
五、计算题1、质量为3.4kg，容积为10L的容量筒装满绝干石子后的总质量为18.4kg。
土木工程材料作业1-7章
土木工程材料作业---基本性质1一、名词解释1.密度2.体积密度3. 堆积密度4.孔隙率5.软化系数6.比强度二、填空题1 材料的吸湿性是指材料＿＿的性质。
2 材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿＿来表示。
3 水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿＿。
4.孔隙率增大，材料的密度＿＿，体积密度，保温性，强度。
5.材料在水中吸收水分的性质称为＿＿。
三、选择填空题1.抗压强度大于（或大大高于）抗拉强度的材料通常属于（）。
A—塑性材料B—韧性材料C—弹性材料D—脆性材料2.致密结构的材料具有的特性有（）。
A—抗冻性差B—强度高C—抗渗性差D—体积密度小3.多孔结构的材料具有的特性有（）。
A—体积密度小、强度低B—体积密度大、强度高C—抗渗性差D—体积密度小、导热性高4. 比强度是衡量材料（）。
A—抗拉强度与抗压强度比值大小的一项指标B—抗压强度与抗拉强度比值大小的一项指标C—强度与弹性变形比值大小的一项指标D—轻质高强的一项指标5.材料含水率增加时，材料的（）。
A—强度下降B—体积密度下降C—导热系数下降D—吸水率下降6. F15表示材料在吸水饱和状态下，最多能抵抗（）。
A—15次冻融循环B—15个昼夜的冻融循环C—15个月的冻融循环D—15年的冻融循环7.材料吸水后，材料的（）。
A—强度提高B—抗冻性提高C—导热系数增大D—吸水率增大8.对同一材料（干燥状态）而言，其不同状态下的密度关系为（）。
A—密度＞体积密度＞视密度＞堆积密度B—密度＞视密度＞体积密度＞堆积密度C—密度＞视密度＞堆积密度＞体积密度D—视密度＞密度＞体积密度＞堆积密度9.材料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10.某材料的在气干状态、绝干状态和吸水饱和状态下的抗压强度分别为128、132、112MPa，则该材料的软化系数为（）。
A—0.88 B—0.85 C—0.97 D—0.1511.提高材料的密实度，材料的耐久性（）。
第1章土木工程材料基本性质
历史回顾
因地制宜用材的万里长城
万里长城飞越崇山峻岭，是我国古代劳 动人民的杰作，也是建筑史上的丰碑。万里 长城选用材料因地制宜，堪称典范。
居庸关、八达岭一段，采用砖石结构。 墙身用条石砌筑，中间填充碎石黄土，顶部 再用三四层砖铺砌，以石灰作砖缝材料，坚 固耐用。平原黄土地区缺乏石料，则用泥土 磊筑长城，将泥土夯打结实，并以锥刺夯打 土检查是否合格。在西北玉门关一带，既无 石料又无黄土，以当地芦苇或柳条与砂石间 隔铺筑，共铺20层。
5 抗冻性 材料在吸水饱和状态下抵抗多次 冻融循环而重量损失不大，强度也无 显著降低的性质称为材料的抗冻性。 （水变冰体积膨胀约9%）
材料受冻融破坏主要是 因其中的水结冰所致，水结冰 时体积增大约9%，这对材料孔 隙产生很大的冻胀应力而开裂， 冻融循环次数越多，对材料的 破坏作用越大。
1.1.4 热工性质
1．热容量和比热容 材料的热容量是指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。 材料比热容的物理意义是指1kg重的材料，在温度每改变1K时所 吸收或放出的热量。 2．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。 材料的导热性可用导热系数来表示。材料的导热系数愈小，表示 其绝热性能愈好。 3. 燃烧性能 按照建筑材料及制品燃烧性能分级规定，将建筑材料及制品 分为四个等级：A级（不燃材料或制品）、B1级（难燃材料或制 品）、B2级（可燃材料或制品）和B3级（易燃材料或制品）。
第1章 土木工程材料基本性质
本章学习指导 历史回顾 1.1 材料的物理性质 1.2 材料的力学性质 1.3 材料的耐久性与环境协调性 1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响 创新能力培养 常见问题及解答 练习题 参与式试验
第1章土木工程材料基本性质
（二）材料的密度
内容：
• 材料的实际密度（密度）
• 材料的表观密度
• 材料的堆积密度
用途：
• 计算材料的用量，
• 构件的自重，
• 配料计算
• 确定材料的堆积空间等
第1章土木工程材料基本性质
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。
第1章土木工程材料基本性质
实际密度的测量
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 P285-286
第1章土木工程材料基本性质
2、表观密度（容重）－材料在自然状态下单 位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式：
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
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
第1章土木工程材料基本性质
（二）材料的吸水性与吸湿性
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
土木工程材料1 基础 [兼容模式]
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有效体积＝矿料实体体积+不吸水的闭口孔隙+能吸水的开口孔隙（不包括被沥青填充的体积）沥青填充的体积能吸水的开口孔隙（不包括被沥青填充的体积）沥青层集料的体积和质量的关系毛体积密度孔隙率z孔隙率−VVs z孔隙率与空隙率% 100×=VP密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率解：表观密度：密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率解：饱和面干密度：m 屋架结构简图1、弹性：弹性是指材料在应力作用下产生变形，外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。
这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。
明显具有弹性变形特征的材料称为弹性材料。
2、塑性：塑性是指材料在应力作用下产生变形，当外力取消后，任保持变形后的形状尺寸，且不产生裂纹的性质。
这种不随外力撤销而消失的变形，为塑性变形，或永久变形，明显具有塑性变形特征的材料称为塑性材料。
a. 低碳钢在受力不大时，仅产生弹性变形，此时，应力与应变的比值为一常数。
随着外力增大至超过弹性极限后，则出现另一种变形——塑性变形。
典型的弹塑性材料b. 混凝土，在他受力一开始，弹性变形和塑性变形就同时发生，除去外力后，弹性变形可以恢复（消失），而塑性变形不能消失，其应力应变如图所示。
典型的弹塑性材料第一章土木工程材料的基本性质z耐久性（荷载、气候）(3)磨损及磨耗材料受摩擦作用而减少质量和体积的现象称为磨损。
材料同时受摩擦和冲击作用而减少质量和体积的现象称为磨耗。
地面、路面等经常受摩擦的部位要求材料有较好的抗磨性能。
硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材料，抗磨性较好。
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习题：为测定某集料的密度，做如下试验：取一广口瓶， 装满水后，盖上玻璃盖，称得质量为1435克，将已浸水 一昼夜的集料放入广口瓶中，充分排出气泡，并擦干溢出 的水，测得总质量为1615克，取出集料，用拧干的湿毛 巾擦干集料的表面水，称得集料质量为300克，将集料在 105℃下烘干至恒重后，质量为293克，试计算其毛体积 密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率 解：吸水率：
习题：为测定某集料的密度，做如下试验：取一广口瓶， 装满水后，盖上玻璃盖，称得质量为1435克，将已浸水 一昼夜的集料放入广口瓶中，充分排出气泡，并擦干溢出 的水，测得总质量为1615克，取出集料，用拧干的湿毛 巾擦干集料的表面水，称得集料质量为300克，将集料在 105℃下烘干至恒重后，质量为293克，试计算其毛体积 密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率 解：毛体积密度：
材料的基本力学性质
材料的弹性、塑性、粘性
材料在极限应力作用下，会被破坏而失去使用功能， 在非极限应力作用下则会发生某些变形。 材料在外力作用下的变形能力
材料的脆性、耐磨性等
1、弹性：弹性是指材料在应力作用下产生变形，外力取 消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。这种 当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。明显 具有弹性变形特征的材料称为弹性材料。
材料的基本力学性质
材料的强度
材料在外力作用下抵抗破坏的能力
材料的拉伸与压缩
工程中有很多构件，例如屋架中的杆，是等直杆，作 用于杆上的外力的合力的作用线与杆的轴线重合。在这种 受力情况下，杆的主要变形形式是轴向伸长或缩短。
屋架结构简图
m
材料的扭曲
m
试验 预先在圆筒的表面画上 等间距的纵向线和圆周 线，从而形成一系列的 正方格子。 观察到的现象 所有的圆周线都保持不变；所有的纵向线都倾斜了一个相同的角度。
荷载 o 变形
第一章 土木工程材料的基本性质
化学性质
第一章 土木工程材料的基本性质
耐久性
(3)磨损及磨耗 材料受摩擦作用而减少质量和体积的现象 称为磨损。材料同时受摩擦和冲击作用而减少 质量和体积的现象称为磨耗。地面、路面等经 常受摩擦的部位要求材料有较好的抗磨性能。 硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材 料，抗磨性较好。
典型的弹塑性材料
材料的基本力学性质
材料的脆性、耐磨性等
（1） 脆性是指材料在外力作用下直到破坏前无明显塑 性变形而发生突然破坏的性质。具有这种破坏性质的材 料称为脆性材料。
荷载 o 变形
（2）韧性
韧性是指材料在冲击或振动荷载作用下， 能吸收较大能量，产生一定的变形，而不至 破坏的性能，又叫冲击韧度。具有这种性质 的材料叫韧性材料。
习题：为测定某集料的密度，做如下试验：取一广口瓶， 装满水后，盖上玻璃盖，称得质量为1435克，将已浸水 一昼夜的集料放入广口瓶中，充分排出气泡，并擦干溢出 的水，测得总质量为1615克，取出集料，用拧干的湿毛 巾擦干集料的表面水，称得集料质量为300克，将集料在 105℃下烘干至恒重后，质量为293克，试计算其毛体积 密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率 解：饱和面干密度：
真实密度：
表观密度：
ms ρa = V s + Vn
ms ρ= Vs
表干密度：
ρs =
mf Vs + Vn + Vi
毛体积密度：
ms ρb = Vs + Vn + Vi
堆积密度：
ms ρl = Vs + Vn + Vi + Vv
集料的体积和质量的关系
体积的测试
浮力定律 （阿基米德原理）
浸在液体里的物体受 到向上的浮力，浮力 大小等于物体排开液 体所受重力。
a. 低碳钢在受力不大时，仅产生弹性变形，此 时，应力与应变的比值为一常数。随着外力增大 至超过弹性极限后，则出现另一种变形——塑性 变形。
典型的弹塑性材料
b. 混凝土，在他受力一开始，弹性变 形和塑性变形就同时发生，除去外力后，弹 性变形可以恢复（消失），而塑性变形不能 消失，其应力应变如图所示。
2、塑性：塑性是指材料在应力作用下产生变 形，当外力取消后，任保持变形后的形状尺寸， 且不产生裂纹的性质。这种不随外力撤销而消失 的变形，为塑性变形，或永久变形，明显具有塑 性变形特征的材料称为塑性材料。
3、弹塑性材料 实际上，纯弹性与纯塑性的材料都是不存在的。 不同的材料在力的作用下，表现出不同的变形特征。 例如：
本课程的内容
重点介绍
集料 无机结合料 水泥混凝土 沥青 沥青混合料
第一章 土木工程材料的基本性质
物理性质 力学性质 化学性质 耐久性
材料的基本物理性质
密度 孔隙率 水相关性质
材料的密度
真实密度 即在规定条件（105±5℃烘至恒量）下，矿质单位体积（不包括 开口与闭口孔隙体积）的质量 表观密度 在规定的条件下，烘干石料包括闭口孔隙在内的单位体积固体材 料的质量 表干密度 在规定的条件下，包括孔隙在内的单位体积的面干饱水固体材料 的质量 毛体积密度 在规定的条件下，烘干石料包括孔隙在内的单位体积固体材料的 质量 堆积密度 自然堆积状态下单位体积（包括颗粒的孔隙和颗粒之间的空隙） 所具有的质量。
土木工程材料
网络课程
东大主页→人才培养→本科生（教务处） → 课程中心→输入个人信息
绪论
土木工程材料
任何土木工程建筑物都是用各种材料组成的，这些 材料总称为土木工程材料。
土木工程材料
1．砂石材料。 2．无机结合料及其制品。 3．有机结合料及其混合料。 4．钢材和木材。 5．新型材料。
问题？
本章必须掌握的知识点：
各种密度的定义 各种密度的计算方法 孔隙率计算方法 吸水率计算方法
小测验1
为测量某石料的密度，利用静水天平进行如下试验，称量 试件在空气中的质量为1231g，将试件浸入水中，称量试 件在水中的质量为726g，将试件取出后用拧干的湿毛巾轻 轻擦干试件表面的水，再称量试件的质量为1236g，试计 算此试件的表干毛体积密度。
孔隙率
孔隙率
V − Vs P= × 100% V
孔隙率与空隙率
与水相关的性质
吸水性 质量吸水率： W = m湿 − m干 × 100% 质
m干
吸湿性 耐水性
习题：为测定某集料的密度，做如下试验：取一广口瓶， 装满水后，盖上玻璃盖，称得质量为1435克，将已浸水 一昼夜的集料放入广口瓶中，充分排出气泡，并擦干溢出 的水，测得总质量为1615克，取出集料，用拧干的湿毛 巾擦干集料的表面水，称得集料质量为300克，将集料在 105℃下烘干至恒重后，质量为293克，试计算其毛体积 密度、表观密度、饱和面干密度和吸水率 解：表观密度：