土木工程材料基本性质

空隙率
➢ 定义： 散粒材料堆积体积中空隙体积所占的比例。
➢ 公式 ：
P' (1 V0 ) (1 0') 100%
V0 '
0
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亲水性和憎水性
1
亲水性
定义:指材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质, 0°≤θ≤90°。
具有亲水性质的材料称为亲水性材料，绝大多数工程材料均为亲水性材料，如：石材、水泥基材料、 砖、砌块、玻璃及陶瓷等。
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• 材料的理论强度 • 材料的强度 • 弹性与塑性 • 材料的耐久性
材料的基本力学性质
强度
➢ 定义： 强度指材料抵抗外力作用下产生破坏 的能力。
➢ 强度分类及公式:
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弹性和塑性
弹性及弹性材料 ➢ 弹性：外力的作用下产生变形,外力取消后,能够完全恢复原来形状的性质。 ➢ 弹性材料：具有弹性的材料。
耐久性
定义 ➢ 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。
环境因素是多种多样的，有物理 (如温度、湿度、机械力等)、化学(大气、光、酸、碱、盐 等作用)以及生物(细菌、昆虫等)等方面的作用。 耐久性是一个综合性能，包括抵抗上述各类因素的长期作用。 对砼材料，耐久性主要包括抗渗性及抗冻性。
W d 时间 K ②抗渗等级(P)：能抵抗最大水压力 A t H Ø eg:P6、P8、P10…指能抵抗的最大水压力为0.6MPa、
0.8MPa、1.0MPa…
T时间（h）
W A
H
d 图1.3.2 材料的抗渗性示意图
抗冻性 定义 Ø 材料吸收饱和后，能经受多次冻融循环，性能不严重降低的性质。 指标-抗冻等级： Ø 抗压强度下降不超过25%，而且重量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数 F30-F300。
ρo´-堆积密度（松散密度）(Kg/m³)
m -干燥质量(Kg) vo´-材料的堆积体积(m³)
' 0
m
v
' 0
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图1.1.2 材料的体积示意图
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密实度
➢ 定义： 材料体积中固体物质充实的程度。
➢ 公式 ：
D
V
/V0 (%)
0
100%
孔隙率
➢ 定义： 材料体积中孔隙体积所占的比例。
m v-材料在绝对密实状态下的体积(cm³)
v
密度测量仪器
表观密度
➢ 定义: 指材料在自然状态下，单位体积的质量。
➢ 公式:
式中:ρ0- 表观密度 m-干燥材料的质量 v0-材料自然状态下的体积
o m
vo
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堆积密度
Ø定义： 粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。
Ø公式 ：
式中:
荷载 A
变形 图1.2.2 脆性材料的变形曲线
脆性与韧性 韧性：在冲击外力和震动荷载作用下,材料能吸收大量的能量，产生一定变形而不致破坏的 性质。 韧性材料：具有韧性的材料 钢材和木材等材料均属于韧性材料。 特点：有较高的抗拉和抗压等强度。钢材以抗拉强度极限划分等级。利用之可制备复合材料。
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封闭孔
连通孔
②孔隙分类
图1.1.3 材料的孔隙示意图
（1）连通孔和封闭孔
（2）按孔隙尺寸大小可分为粗孔、细孔和微孔。
孔隙对材料性能的影响
空隙率与强度的关系见右图：随 着孔隙率增大，表观密度提高，吸 水率降低，强度和耐久性提高。
表观密度
吸水率
孔隙率
耐久性
强度 图1.1.4 孔隙对材料性能的影响
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➢ 公式 ：
P (1 V ) 100% (1 0 ) 100%
V0
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孔隙率
➢ 定义： 材料体积中孔隙体积所占的比例。
➢ 公式 ：
P (1 V )100% (1 0 ) 100%
V0
孔隙及其对材料性能的影响
①孔隙率与密实度的关系：P+D=1 材料的总体积是由固体物质及材料内 部的空隙组成的。
憎水性 2
定义：指材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质,90°≤θ≤180°具有这种性质的材料称为憎 水性材料。 隔热及吸声等多孔材料应进行憎水处理，避免性能下降。
亲水性和憎水性
θ<90o
90°≤θ≤180° 图1.3.1 材料润湿角（θ）示意图
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吸水性
定义： 指材料在水中吸收水分的性质。 指标：吸水率（W）：材料吸收水分的重量占材料干燥重量或体积的百分数。 公式： 质量吸水率
f1-材料在吸水饱和的状态下的抗压强度 f2-材料在干燥状态下的抗压强度
吸湿性
定义：材料在潮湿的空气中吸收水分的性质。 指标与公式： 吸湿性用含水率来表示，公式与吸水率相同。 平衡含水率指与空气中的湿度达到平衡时的含水率。
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抗渗性
Ø 定义： 抵抗压力水渗透的性质。 Ø 指标：
①渗透等级 式中： W-渗水量；d-试件厚度；A-渗水面积；H-水头差；t-渗水

材料科学的基本理论
• 材料的结构和构造
• 宏观构造 • 细观构造 • 微观构造：晶体、玻璃体、胶体
材料的基本物理性质
• 材料的密度、表观密度和堆积密度 • 材料的密实度与孔隙率 • 材料的填充率与空隙率 • 材料与水有关的性质
密度
Ø定义: 指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。
Ø公式:
式中: ρ-密度(g/cm³) m-材料在干燥状态下的质量(g)
塑性及塑性材料 ➢ 塑性：作用下产生变形,外力取消后,仍保持变形后的形状和尺寸,并且不产生裂纹
的性质。 ➢ 塑性材料：具有塑性的材料。 ➢ 常见塑性材料:砼拌合物,水泥浆,石灰膏,钢材,沥青等。
荷载 A
0 ob—塑性变形
图1.2.1 弹塑性材料的变形曲线
b a 变形 ab—弹性变形
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脆性与韧性 脆性：材料受外力达到一定程度后突然破坏,破坏时无明显的塑性变形的性质。 脆性材料：具有脆性的材料。 石材、水泥混凝土、砂浆、玻璃和陶瓷等属于脆性材料。
体积吸水率
m1－材料在吸水饱和状态下的质量(g)
m m m2－材料在干燥状态下的质量（g） Wm m V －材料在自然状态下的体积（cm3 ）
1
2
2
Wv m1m2 v
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耐水性
定义：材料在长期饱和水作用下，不产生破坏，其强度也不明显降低的性质。 指标：耐水性用软化系数（Kp）表示。
Kp f 1 f2
土木工程材料的基本性质
于成龙 建筑工程学院
2014.3
➢ 材料科学的基本理论 ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
土木工程材料的基本性质
土木工程材料的基本性质 • 材料要受到各种物理、化学、力学因素单独及综合作用。
材料科学的基本理论
• 材料科学与工程
• 材料的组成
• 材料的组成决定于材料的组成、结构和构造 • 化学组成 • 矿物组成 • 相组成