土木工程材料材料基本性质
土木工程材料
土木工程材料的基本性质1.密度：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。
2.表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。
3.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。
4.孔隙率：材料体积内，孔隙体积所占的比例。
5.空隙率：散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。
6.亲水性材料：当湿润边角θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料之间的相互吸引力，此种材料称为亲水性材料。
7.憎水性材料：当湿润边角θ>90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料之间的相互吸引力，此种材料称为憎水性材料。
8.含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下的质量之比。
9.耐水性：材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示。
10.软化系数：材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度之比。
11.抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质，用渗透系数或抗渗等级表示。
12.抗冻性：材料在水饱和状态下，经多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。
13.材料的吸水性大小用吸水率表示，吸湿性用含水率表示。
14.材料的耐水性可以用软化系数表示，其值=材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度之比。
该值越大，表示材料的耐水性越好。
15.同种材料的孔隙率越小。
其强度越高。
当材料的孔隙一定时，封闭孔隙越多，材料的保湿性能越好。
16.亲水性材料的湿润边角θ≤90°17.受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑物所选用的材料，其软化系数应>0.85。
18.对于同一材料，各种密度参数的大小排列为：密度>表观密度>堆积密度。
19.材料在吸水后，将使材料的何种性能增强？表观密度、导热系数20.材料在空气中能吸收空气中水分的能力称为：吸湿性21.选择承受动荷载作用的结构材料时要选择哪一类材料？具有良好韧性的材料22．材料的强度与强度等级的关系如何？影响材料强度测试结果的实验条件有哪些？怎样影响？答：（1）材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度；按其强度值得大小划分为若干个等级，则是材料的强度等级。
(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。
土木工程材料基本性质
式中：
W m1 m 100% m
m1—材料吸湿状态下旳质量（ｇ或kg） m—材料在干燥状态下旳质量（ｇ或kg）。
（3）含水对材料性质旳影响 材料吸水后，强度下降 材料体积密度和导热性增长 几何尺寸略有增长 材料保温性、吸声性下降、并使材料受到旳冻害、
腐蚀加剧
材料旳含水率受所处环境中空气湿度旳影响。当空气 中湿度在较长时间内稳定时，材料旳吸湿和干燥过程处于 平衡状态，此时材料旳含水率保持不变，其含水率叫作材 料旳平衡含水率。
V0'
0
ρ0—材料旳表观密度;ρ0，—材料旳堆积密度
（2）填充率
定义：是指在某堆积体积中，被散粒材料旳颗粒所填 充旳程度。
计算式：
D'
V
100%
' 0
100%
V0'
0
填充率和空隙率旳关系：
P' D' 1
三、材料与水有关旳性质
1.材料旳亲水性与憎水性 材料与水接触时，能被水润湿，为亲水性材料。 材料与水接触时，不能被水润湿，为憎水性材料。 表达措施：润湿角
思索：硬度、耐磨性与强度旳关系。
第四节 材料旳耐久性
一.耐久性
材料旳耐久性是泛指材料在使用条件下，受多种内在 或外来自然原因及有害介质旳作用，能长久地保持其使 用性能旳性质。
二.影响耐久性旳主要原因
1.内部原因：构成、构造
2.外部原因：
材料在建筑物之中，除要受到多种外力旳作用之外， 还经常要受到环境中许多自然原因旳破坏作用。这些破 坏作用涉及物理、化学、机械及生物旳作用。
比强度越大，材料轻质高强性能越好。
几种材料旳比强度： 低碳钢—0.045 一般混凝土—0.017 松木（顺纹抗拉）—0.2 粘土砖—0.006
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
• 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
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_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。
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
土木工程材料
第1章材料的基本性质1. 密度：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。
体积=实体2. 表观密度（视密度）：材料在表观状态下，单位体积的质量。
体积=实体+封闭孔隙3. 毛体积密度（容重）：材料在自然状态下，单位体积的重量。
体积=实体+封闭孔隙+开口孔隙4. 堆积密度：散粒材料在自然堆积状态下，单位体积的质量。
体积=实体+封闭孔隙+开口孔隙+空隙5. 密实度：材料体积内被固体物质所充实的程度。
6. 孔隙率：材料体积内孔隙体积所占的比例。
7. 填充率：散粒材料在堆积状态下，其颗粒的填充程度。
8. 空隙率：散粒材料在堆积状态下，颗粒之间的空隙体积所占的比例。
9. 亲水性材料：石料、砖瓦、水泥混凝土、木材憎水性材料：沥青、建筑塑料、多于有机涂料10. 吸水性：材料在水中吸收水分的性质，吸水能力的大小用吸水率表示11. 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质，用含水率表示。
12. 耐水性：材料长期在饱和水的作用下抵抗破坏，保持原有功能的性质。
用软化系数表示，耐水性材料其软化系数应不低于0.85 13. 抗渗性：材料在压力水作用下，抵抗渗透的性质，用渗透系数表示。
渗透系数越小的材料其抗渗性越好，材料抗渗性的高低与材料的孔隙率和孔隙特征有关。
14. 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，抵抗多次冻融循环的性质，用抗冻等级表示。
15. 导热性：热量在材料中传导的性质。
用导热系数表示。
导热系数的物理意义：在一块面积为一平方米的壁板上，板的两侧表面温度差为1K时，在单位时间内通过板面的热量。
导热系数值越小，材料的绝热性能越好。
习惯上吧导热系数不大于0.175W/（m·k）的材料称绝热材料。
材料受潮或冻结后，其导热系数将有所增加。
16. 比热的物理意义：表示1g材料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。
比热C与材料质量m的乘积成为材料的热容量。
热容量较大，导热系数较小的材料，才是良好的绝热材料。
17. 弹性：材料在外力作用下发生变形，当外力取消后，材料能完全恢复原来形状和尺寸的性质。
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
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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
当空气湿度较大且温度较低时， 材料的含水率较大，反之则小
具有微小开口孔隙的材料，吸湿性特 别强，在潮湿空气中能吸收很多水分
采用排液置换法或水中称重法测量。
11
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度 体积密度
0
m V0
ρ0 —— 材料的体积密度，g/cm3； m —— 材料的质量，g； V0 —— 材料包含开闭口孔隙条件下的体积，cm3
对于规则形状材料的体积，可用量具测得。 对于不规则形状材料的体积，可用封蜡排液法测得
计时应选用导热系数较小而热容量较大的土木工 程筑材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。 同时，导热系数也是工业窑炉热工计算和确定冷 藏绝热层厚度的重要数据。
41
1.1.4 热工性质
• 耐燃性----材料对火焰和高温度抵抗能力
非燃烧材料
高温 不起火、不碳化
火烧
不微燃
钢铁、砖、石 玻璃
难燃材料
高温 难起火、难微燃
•亲水性与憎水性 •吸水性与吸湿性 •耐水性 •抗渗性 •抗冻性
20
1.1.3 与水有关的性质
•亲水性与憎水性
亲水性
材料能被水润湿
憎水性
材料不能被水润湿
21
1.1.3 与水有关的性质
•亲水性与憎水性
亲水性
憎水性
水能通过毛细管作 用而渗入材料内部
材料能阻止水分渗入毛细管 中，从而降低材料的吸水
水泥、混凝土、砂、 石、砖、木材
37
1.1.4 热工性质
• 热容 • 导热性 • 耐燃性
38
1.1.4 热工性质
• 热容
材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质
• 比热
反映材料的吸热或放热能力大小的物理量
材料的比热，对保持建筑物内部温度稳定有很大意义。 比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时， 缓和室内的温度波动。
39
沥青、石蜡 及某些塑料
常用作防水材料，或覆面层， 以提高其防水、防潮性能
22
1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
吸水性
吸湿性
材料能在水 中吸收水分
材料在潮湿空 气中吸收水分
质量吸水率 体积吸水率
开口孔隙率
质量吸水率
23
1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
吸水性
孔隙率
开口孔隙率愈大，则 材料的吸水量愈多
9
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度
常见近似无孔隙材料 常见有孔隙材料
钢、玻璃
10
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度 表观密度
/
m V/
ρ′—— 材料的表观密度，g/cm3； m —— 材料的质量，g； V′ —— 材料包含闭口孔隙条件下的体积，cm3
通常，材料在包含闭口孔隙条件下的体积式
硬度
耐久性
耐久性定义 环境协调性
3
第一章 土木工程材料的基本性质
• 本章新概念及重点
表观密度 孔隙率 空隙率 抗渗性 吸湿性 吸水性 耐燃性 韧性脆性 耐久性
耐水性
抗冻性
4
第一章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的基本物理性质 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
了微粒间的结合力。
• 材料的软化系数在0～1之间 • 工程中将KR＞0.85的材料，通常认为是耐水的材料
29
1.1.3 与水有关的性质
•抗渗性----材料抵抗压力水渗透的性质
渗透系数
在一定厚度的材料， 一定水压力下， 单位时间内 透过单位面积的水量
Ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。 抗渗性是决定材料耐久性的主要指标。
• 影响抗冻性的原因----外部原因
材料受冻融破坏的程度，与冻融温度、结冰速度、 冻融频繁程度等因素有关
环境温度愈低、降温愈快、冻融愈频繁， 则材料受冻破坏愈严重
材料的冻融破坏作用是从外表面开始产生剥落， 逐渐向内部深入发展
35
1.1.3 与水有关的性质
• 抗冻性
抗冻标号用符号“Fn”表示，其中“n”即为最大冻融 循环次数，如 F25、F50等
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度
真实密度
m
V
ρ—— 材料的密度，g/cm3； m—— 材料的质量（干燥至恒重），g； V—— 材料在绝对密实状态下的体积，cm3
测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉， 干燥后，再用李氏瓶测定其绝对密实体积
8
1.1.1 密度 、表观密度、体积密度和堆积密度 • 李氏瓶及测定步骤
1.2.1 强度 1.2.2 弹性与塑性 1.2.3 韧性与脆性 1.2.4 硬度及耐磨性
49 2-23
1.2.1 强度
在外力作用下，材料抵抗破坏的能力
外力 < 内部质点结合力极限
变形
外力 > 内部质点结合力极限
破坏
外力在材料内部产生的极限应力，称为材料的强度
从本质上来说，材料的强度应是其
内部质点间结合力的表现！
50 3-23
1.2.1 强度
根据所受外力的作用形式不同
材料的这些强度是通过静力试验来测定的，
故总称为静力强度
51 4-23
1.2.1 强度
材料的静力强度是通过标准试件的破坏试验而测得
抗压、抗拉和抗剪的计算公式
抗弯极限强度的计算公式
52 5-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素 1. 材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的
4. 材料的强度与其测试所用的试件形状、尺寸有关， 也与试验时加荷速度及试件表面形状有关
相同材料采用小试件测得的强度比大试件的高 加荷速度快者，强度值偏高
试件表面不平或表面涂润滑剂的，强度值偏低
55 8-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素 由此可知，材料的强度是在特定条件下测定的数值
必须严格按照规定的试验方法进行
32
1.1.3 与水有关的性质
•抗冻性
材料在吸水饱和状态下，经受多次冻融循环作用 而重量损失不大，强度也无显著降低的性质
因其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约9％， 若材料孔隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大 应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产 生局部开裂。随着冻融次数的增多，材料破坏加重
1.1.4 热工性质
• 导热性
材料传导热量的能力
材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。
材料的孔隙率较大者其导热系数较小
孔隙粗大或贯通，由于对流作用， 材料的导热系数反而增高
40
1.1.4 热工性质
• 热容与导热性
材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构
（墙体、屋盖）进行热工计算时的重要参数，设
45
本节回顾
密度 孔隙率 亲水性 耐水性
热容
表观密度 体积密度 堆积密度 空隙率 憎水性 吸水性 吸湿性 抗渗性 抗冻性 导热性 耐燃性
46
47
1.2 材料的力学性质
材料的力学性质是指材料在外力作用下的变
形及抵抗破坏的性质。
变形
弹性变形 塑性变形
脆性材料 韧性材料
破坏
Байду номын сангаас
强度
48 1-23
1.2 材料的力学性质
• 材料中所含水分与周围空气的湿度相平衡时的含水率， 称为平衡含水率。
• 当材料吸湿达到饱和状态时的含水率即为吸水率。
25
1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性产生的不利影响
材料吸水后会导致其自重增大、导热性增大、 强度和耐久性将产生不同程度的下降。材料 干湿交替还会引起其形状尺寸的改变而影响使用
33
1.1.3 与水有关的性质
• 影响抗冻性的原因----内部原因
孔隙率及孔隙特征
孔隙不充满水 极细的孔隙 粗大孔隙 闭口孔隙 毛细管孔隙