1.2 常工程材料的基本性质
《土建工程基础》教案
统一编号_____________ (共 1 册)常州大学怀德学院教案簿（第一册）课程名称土建工程基础教学单位建筑与环境工程系主讲教师翁鹏职称助教课程性质考查总学时32 总学分 2授课班级给水17级总人数80课程授课学期2018-2019-2起止时间2019.3 至2019.6本教案用于第 4 学期所用教材及编者《土建工程基础》唐兴荣编主要参考书及编者：《建筑材料》主编：付明琴《房屋建筑学》主编：唐海艳教学事务部（教务）制本册教案目录课次课题（章节）页码1绪论2第一章工程材料1.1 工程材料的定义和分类；1.2 常见工程材料的基本性质3 1.2 耐久性；1.3 水泥4 1.4 混凝土5 1.4 混凝土6 1.5 砂浆；1.6 块体材料；1.7建筑钢材等7第二章建筑物与构筑物的构造2.1 概述；2.2 基础8 2.2 基础；2.3 墙体9 2.3 墙体；2.4 楼地面10 2.4 楼地面11 2.6 楼梯12 2.7 窗与门13第四章地基与基础4.1 土的物理性质和分类14 4.2 土的透水性15复习与答疑16随堂考试常州大学怀德学院教案第 1 次课 2 学时授课时间 2018.3.7 教案完成时间 2018.2.1 课题（章节）绪论教学目的与要求：1.了解土木建筑工程概况；2.了解土木工程的发展和特点；3.掌握土木建筑工程项目的建设与管理；4.认识给水排水工程及其与土木工程的关系；5.介绍本课程内容设置与计划。
教学重点、难点：重点：1、工程项目的建设程序2、工程项目的管理3、建设法规难点：无教学方法及师生互动设计：提问，讲授（详见讲稿）课堂练习、作业：预习下次课（第一章工程材料）内容！课后小结：第页常州大学怀德学院教案教学内容（讲稿）备注（包括：教学手段、时间分配、临时更改等）绪论第一节土木建筑工程概况一、土木建筑工程的定义土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。
它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水和排水以及防护工程等。
建筑材料的基本性质
3）影响材料吸湿性的因素： (1)与吸水性相同。 材料的亲、憎水性 材料的孔隙率
材料的孔隙特征
(2)周围环境条件的影响，空气的湿度大、温度低时，材 料的吸湿性大，反之则小。
4)材料吸水与吸湿后对其性质的影响：会产生不利的影响， 如材料吸水或吸湿后，使其质量增加，体积膨胀，导热性增 大，强度和耐久性下降。
有一块砖重2625g，其含水率为5% ，该湿砖所含水
量为多少？ 解：
（二）材料的吸水性与吸湿性 1、 吸水性：
1）概念：材料在水中能吸收水的性质。 2）指标：吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的 质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。
质量吸水率：材料吸水饱和状态,所吸水分质量占干质量的百分率 体积吸水率：材料吸水饱和状态,所吸收水分体积占干体积百分率 材料吸水饱和
开口细微连通且孔隙率大，吸水性强。
·
2.吸湿性：
1)概念:材料在潮湿空气中吸收水分的性质
2)指标
含水率：自然状态， 材料所含水的质量占材料干
燥质量的百分比。
m含 m干 mw W含 100 % 100 % m干 m干
材料的含水率随温度和空气湿度的变化而变 化。当材料中的湿度与空气湿度达到平衡时的 含水率称为平衡含水率。
与质量有关的性质
工程材料学知识点总结
工程材料学知识点总结一、材料的基本性质1. 密度：材料的密度是指单位体积内的质量。
密度越大，材料的质量就越大，密度越小，材料的质量就越小。
2. 弹性模量：材料的弹性模量是指材料在受力时产生弹性变形的能力。
弹性模量越大，材料的刚度就越大，抗压抗弯能力就越强。
3. 强度：材料的强度是指材料在受力时承受拉伸、压缩、剪切等力的能力。
强度越大，材料的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度就越大。
4. 韧性：材料的韧性是指材料在受外力作用下能够吸收能量的能力。
韧性越大，材料的抗冲击性就越好。
5. 硬度：材料的硬度是指材料的抗划伤、抗刮伤能力。
硬度越大，材料就越难被划伤或刮伤。
6. 热膨胀系数：材料的热膨胀系数是指材料在温度变化时产生体积膨胀或收缩的程度。
热膨胀系数越大，材料在温度变化时的变形就越大。
二、金属材料1. 铁素体和奥氏体：铁素体是铁碳合金中的烤饼组织，具有较低的强度和硬度；奥氏体是铁碳合金中的馒头组织，具有较高的强度和硬度。
2. 钢的分类：钢可以按照成分分为碳钢、合金钢和特种钢；按照用途分为结构钢、工具钢和耐磨钢。
3. 铸铁的分类：铸铁可以按照形态分为白口铸铁和灰口铸铁；按照成分分为白口铸铁、灰口铸铁和球墨铸铁。
4. 不锈钢的特性：不锈钢具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特性，适用于化工、食品加工、医疗器械等领域。
5. 铝合金的应用：铝合金具有轻质、耐腐蚀、导热性好的特性，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
三、非金属材料1. 水泥混凝土：水泥混凝土应用广泛，常见于建筑、桥梁、水利工程等领域。
它具有强度高、耐久性好、施工方便等特点。
2. 砖瓦：砖瓦是建筑材料的重要组成部分，主要用于墙体、地面、屋面的施工。
它们具有隔热、隔音、防潮等特性。
3. 玻璃：玻璃具有透明、坚硬、抗腐蚀等特点，广泛应用于建筑、家具、日用品等领域。
4. 塑料：塑料具有轻质、耐腐蚀、可塑性好的特性，广泛应用于包装、日用品、建筑材料等领域。
5. 纤维素材料：纤维素材料主要包括木材、纸张、纺织品等，具有可再生、易加工、环保等特点。
土建工程基础(课后答案解析)
第一章1.1工程材料的定义及分类1.工程材料按化学成分可分哪几类？试举例说明。
无机材料、有机材料、复合材料2.工程材料按使用功能可分哪几类？试举例说明。
结构材料、墙体材料、功能材料1.2常用工程材料的基本性质1.何谓材料的实际密度、体积密度和堆积密度？如何计算？（1）实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。
计算公式ρ=m/V（2）体积密度是指材料在包含其内部闭口空隙条件下，单位体积所具有的质量。
计算公式ρ'=m/V(b)(3) 堆积密度是指散粒材料（粉状、粒状或纤维状材料）在自然堆积状态下，单位体积（包含了粒子内部的孔隙及颗粒之间的空隙）所具有的质量。
计算公式ρ0'=m/V0'2.何谓材料的密实度和孔隙率？两者有什么关系？密实度是指材料体积内部被固体物质所充实的程度，也就是固体物质所占总体积的比例。
孔隙率是指材料体积内，孔隙体积（Vp）占材料总体积（V0）的百分率。
两者关系：密实度+孔隙率=13.何谓材料的填充率和空隙率？两者有什么关系？填充率是指材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度。
空隙率是指散粒材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率关系：空隙率+填充率=14.建筑材料的亲水性与憎水性在建筑工程中有什么实际意义？材料与水接触后被水吸入内部的性质称亲水性，如石材、砖、混凝土、土材等都属于亲水性材料，表面均未能被水润湿，切能通过毛细管作用将水吸入材料的毛细管内部。
材料与水接触后能将水排斥在外的性质称憎水性，如石蜡、沥青、塑料、油漆等都属于憎水性材料。
憎水性材料不仅可以用作防水、防潮的材料，而且还可以用于亲水性材料的表面处理，以降低其吸水性。
6.何谓材料的吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性和抗冻性？各用什么表示？材料在水中吸收水分的性质称为吸水性，其大小用吸水率表示；材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性，其大小用含水率Wh表示；材料在长期饱和作用下不被破坏，其强度也不显著的降低的性质称为耐水性，用软化系数K表示；材料抵抗有压介质（水、油等液体）渗透的性质称为抗渗性，用一些防水防渗材料（油、水、沥青等）常用渗透系数KP表示抗渗性的好坏；才看在水饱和状态下经多次冻融作用而不破坏，同时强度也不严重降低的性质称抗冻性。
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。
项目一材料的基本性质
自身变化
建筑物不同 部位的材料
环境因素
什么是耐久性？
材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵 蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质
52
1.3 材料的耐久性
为什么要提出耐久性？ 建筑材料除具有良好的使用性能外 还要提高材料使用寿命
53
1.3 材料的耐久性
材料的一项综合性质
抗冻性 抗风化性 抗老化性 耐化学腐蚀性
31
1.1.3 与水有关的性质
• 影响抗渗性的因素
开口孔隙率
开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差
憎水性和亲水性
憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料
地下结构、压力管道、压力容器等结构， 均要求其所用材料具有一定的抗渗性能。 抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。
32
1.1.3 与水有关的性质
5、抗冻性
' 0 V V0 / p 100% 1 100% / V0 0
/ 0
反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的密实程度
工程应用： 在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制混凝 土中骨料级配与计算混凝土含砂率时的重要依据
17
• 案例.已知某天然岩石的密度2.68g/cm3, 孔隙率为2%，讲该岩石破碎成碎石，碎 石的堆积密度为1550 Kg/m3 。试求碎石 的表观密度和空隙率。 • 解答：
>
低碳钢
>
46
几种常用建筑材料的比强度 材料名称 低碳钢 普通混凝土（抗压） 松木（顺纹、抗拉） 玻璃钢 烧结普通砖（抗压） 表观密度（g/cm3） 7850 2400 500
F G T
强度(MPa) 420 40 100 450 10
建筑材料 第一章 建筑材料的基本性质
解： 孔隙率
P V0 V 100% V0
1
0
100%
ρ0=m/V0=2420/(24×11.5×5.3)=1.65g/cm3
ρ=m/V=50/19.2=2.60g/cm3
P
1
1.65 2.6
100%
36.5%
§1.2 材料的力学性质
一、材料的强度
材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为材料 的强度，以材料受外力破坏时单位面积上所承受 的外力表示。材料在建筑物上所承受的外力主要 有拉力、压力、剪力和弯力，材料抵抗这些外力 破坏的能力，分别称为抗拉、抗压、抗剪和抗弯 强度。
§1.3 材料与水有关的性质
建筑物中的材料在使用过程中经常会直接或 间接与水接触，如水坝、桥墩、屋顶等，为防 止建筑物受到水的侵蚀而影响使用性能，有必 要研究材料与水接触后的有关性质。
§1.3 材料与水有关的性质
（一）材料的亲水性与憎水性 材料容易被水润湿的性质称为亲水性。具有
这种性质的材料称为亲水性材料，如砖、石、 木材、混凝土等。
§1.2 材料的力学性质
课堂练习： 3、已知甲材料在绝对密实状态下的体积为40cm3，
在自然状态下体积为160 cm3；乙材料的密实度为 80％，求甲、乙两材料的孔隙率，并判断哪种材料 较宜做保温材料？
解：（1）甲材料的孔隙率
P甲＝（V0-V）/V0×100％＝（160－40）/160×100％ ＝75％
§1.1 材料的基本物理性质
（一）密度 钢材、玻璃等少数密实材料可根据外形尺
寸求得体积。
大多数有孔隙的材料，在测 定材料的密度时，应把材料磨成 细粉，干燥后用李氏瓶测定其体 积（排液法）。材料磨的越细， 测得的密度数值就越精确。砖、 石等材料的密度即用此法测得。
建筑材料的基本性质培训课件(ppt 48张)
1.1.3 近似绝对密实体积
对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细， 直接用排开液体的方法测定的体积。一般以V 表示。
1.1 材料与质量有关的性质
工程中砂石材 料，直接用排 水法测定其表 观体积
近似绝对密实体积是指包 括内部封闭孔隙在内的体 积。其封闭孔隙的多少， 孔隙中是否含有水及含水 的多少，均可能影响其总 质量或体积。
1.3 材料的力学性质
（2)耐磨性
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力(包括磨损和磨耗)。 材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：
m1 m 2 G A
式中： G ——材料的磨耗率， （g/cm2）； m1——材料磨损前的质量，（g）； m2—— 材料磨损后的质量，（g）； A——材料试件的受磨面积 （cm2）。
h b
l
F
F
抗压
抗拉
抗剪
抗弯
1.3 材料的力学性质
抗压强度、抗拉强度、抗 剪强度的计算： 抗弯强度的计算： 中间作用一集中荷载， 对矩形截面试件，则其抗 弯强度用下式计算：
Fmax f A
式中：f——材料强度， MPa； Fmax——材料破坏时的最 大荷载，N； A——试件受力面积， mm2。
第1章 建筑材料的基本性质
the Basic Property of Construction Materials
1.1 材料与质量有关的性质
1.1.1 材料的体积构成
体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的 物理状态，因而表现出不同的体积。
封闭孔隙（体积为Vb） 开口孔隙（体积为Vk） 固体物质（体积为V）
Wm
mb m g mg
100 %
式中： mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）； mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。
建筑材料-第一章 建筑材料的基本性质
第一章建筑材料的基本性质内容提要了解和掌握材料的基本性质，对于合理选用材料至关重要。
本章主要介绍材料的基本物理、力学、化学性质和有关参数及计算公式。
在建筑物中，建筑材料要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料具有相应的不同性质。
如用于建筑结构的材料要受到各种外力的作用，因此，选用的材料应具有所需要的力学性能。
又如，根据建筑物各种不同部位的使用要求，有些材料应具有防水、绝热、吸声等性能；对于某些工业建筑，要求材料具有耐热、耐腐蚀等性能。
此外，对于长期暴露在大气中的材料，要求能经受风吹、日晒、雨淋、冰冻而引起的温度变化、湿度变化及反复冻融等的破坏作用。
为了保证建筑物的耐久性，要求在工程设计与施工中正确的选择和合理的使用材料，因此，必须熟悉和掌握各种材料的基本性质。
1.1 建筑材料的基本物理性质建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。
物理性质包括密度、密实性、空隙率、孔隙率（计算材料用量、构件自重、配料计算、确定堆放空间）一、材料的密度、表观密度与堆积密度密度是指物质单位体积的质量。
单位为g/cm3或kg/m3。
由于材料所处的体积状况不同，故有实际密度（密度）、表观密度和堆积密度之分。
（1）实际密度 (True Density）以前称比重、真实密度)，简称密度(Density)。
实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量，按下式计算：式中: ρ－实际密度（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）。
绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。
除了钢材、玻璃等少数接近于绝对密实的材料外，绝大多数材料都有一些孔隙，如砖、石材等块状材料。
在测定有孔隙的材料密度时，应把材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥至恒重后，用密度瓶（李氏瓶）测定其实际体积，该体积即可视为材料绝对密实状态下的体积。
材料磨得愈细，测定的密度值愈精确。
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2 水泥的技术性质
§1.2 水 泥
工程材料
2 水泥的技术性质
§1.2 水 泥
工程材料
（3）体 积 安 定 性
体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性 裂纹使水泥制品或混凝土开裂、造成结构破 坏。因此体积安定性不良的水泥，应判为废 品，不得在工程中使用。
总体积 V ' V VP V Vk Vb
1 与质量有关性质
§1.1 常用工程材料的基本性质
工程材料
1 与质量有关性质
§1.1 常用工程材料的基本性质
工程材料
表观密度
包含闭口孔隙条件下单位体积质量
0
m V0
V0 V Vb
体积密度 自然条件下单位体积的质量
' m
V' V ' V Vb Vk
大坝水泥：简称中热水泥
水化放热较低，
低热矿渣水泥：加入矿渣
C2S含量高， C3A含量低
适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程
1 水泥的组成与硬化
§1.2 水 泥
工程材料
（2）水泥的凝结硬化
水 化 --熟料与水发生的水解或者水化作用 ① C3S H 2O C S H Ca (OH )2
② C2S 同上 ③ C3 A H 2O C3 AH 6
缓凝机理 C3 AH 6 CaSO4 2H 2O AFt
当石膏耗尽时，转化为Amt ④ C4 AF H2O 水化铝酸钙 水化铁酸钙
（2）水泥的凝结硬化
影响水泥凝结硬化的原因
§1.2 水 泥
建筑材料的基本性质
混凝土强度等级：C30、C35等 硅酸盐水泥强度等级：42.5级、52.5级等
强度值与强度等级不能混淆，强度 值是表示材料力学性质的指标，强度等 级是根据强度值划分的级别。
(3)比强度
思考：不同的材料如何比较强度？
比强度是衡量材料轻质高强的一个 指标，材料的强度与其表观密度之比，即：
比强度 f
0
几种主要材料的比强度值
材料
低碳钢 烧结普通砖
松木 普通混凝土
表观密度
' 0
(kg/m3)
7850
1700
500
2400
强度f (MPa)
420 10 100 40
比强度（f/ρo）
0.054 0.006 0.200 0.017
1.2.2 弹性和塑性
材料在外力作用下产生变形，外力撤 掉后变形能完全恢复的性质，称为弹性。 相应的变形称为弹性变形。
V0
0
2）空隙率
指散粒材料在其堆积体积中，颗粒之 间空隙体积占材料堆积体积的百分率 。
P ' V0 V0 100% (1 0 ) 100% 1 D
V0
0
P’+D’=1
1.1.2 材料与水有关的性质
思考：水滴在粘土砖表面和塑料表面有什 么不同？
材料在与水接触时，不同材料遇水后 和水的互相作用情况是不一样的，根据材 料表面被水润湿的情况，分为亲水性材料 和憎水性材料。
W含
m含 - m干 m干
100%
影响吸湿性的因素：
材料本身的性质，如亲水性或憎水性； 孔隙大小及孔隙特征等； 周围空气的温度和湿度 。 平衡含水率：与空气湿度相平衡时的含水率。
例：有100g湿砂，含水率为10%， 请问干砂有多少？
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。
建筑材料的基本性质
1.1 基本物理性质
含孔材料的体积组成示意图如图1-1所示。从图-1可知，含孔材料 的体积可用以下三种方式表示。
(1)材料绝对密实体积。用V表示，是指材料在绝对密实状态下的体
积。
(2)材料的孔体积。用VP 表示，指材料所含孔隙的体积，分为开口 孔体积(记为VK)和闭口孔体积(记为VB )。
材料的堆积密度定义中亦未注明材料的含水状态。根据散粒材料的 堆积状态，堆积体积分为自然堆积体积和紧密堆积体积(人工捣实后)。 由紧密堆积测得的堆积密度称为紧密堆积密度。
常用建筑材料的密度、表观密度和堆积密度如表1-1所示。
三、密实度与孔隙率、填充率与空隙率
1.密实度
密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料的绝对密 实体积与总体积之比。可按材料的密度与表观密度计算如下：
2.孔隙率
孔隙率是指材料内部孔隙(开口的和封闭的)体积所占总体积的比例 ，按下式计算：
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1.1 基本物理性质
P V0 V 1 V 1 0 1 D
V0
V0
式中 P —— 材料的孔隙率，常以(%)表示。
材料的孔隙率与密实度是从两个不同方面反映材料的同一个性质。 通常采用孔隙率表示，孔隙率可分为开口孔隙率和闭口孔隙率。
V 0 = V0+ Vj = V + VP +Vj；
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1.1 基本物理性质
二、材料的密度、表观密度和堆积密度 1.密度 密度是指多孔固体材料在绝对密实状态下，单位体积的质量(俗称 比重)。用下式计算：
m
V
式中 ρ—— 材料的密度(g/cm3或kg/m3)
m —— 材料的质量(干燥至恒重)(g或kg)
土建工程课后习题
1.1 工程材料的定义和分类1工程材料按化学成分分为哪几类？是举例说明。
答：有机材料（植物材料、沥青材料、合成高分子材料）、无机材料（金属材料，非金属材料）、复合材料(有机与无机非金属材料符合、金属与无机非金属材料复合)2工程材料按使用功能分为哪几类？是举例说明。
答：墙体材料（砌墙砖、混凝土、加气砌砖）、结构材料（砖、石水泥、混凝土、钢材）功能材料（防水材料、绝热材料、吸声材料）1.2常用工程材料的基本性质1何谓材料的实际密度、体积密度、堆积密度？如何计算？答：实际密度绝对密实状态下，单位体积的质量。
表观密度包含其内部空隙体积，单位体积的质量。
体积密度包含开口和闭口孔隙体积，单位体积的质量。
堆积密度颗粒内部空隙与颗粒与颗粒间空隙体积，单位体积的质量。
2何谓材料的密实度和孔隙率？两者有什么关系？答：绝对密实体积与表观体积的比值，就是密实度。
材料的强度。
吸水性。
耐久性。
导热性等与此有关。
1-密实度=孔隙率。
3何谓材料的填充率和空隙率？两者有什么关系？答：自然体积与堆积体积的比值，就是填充率。
可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。
1-填充率=空隙率。
4建筑材料的亲水性与憎水性在建筑工程中有什么实际意义？答:材料与水接触后被水湿润并吸入内部的性质称亲水性。
而将水排斥在外的性质称憎水性。
憎水性材料可以作防水材料、防潮材料、而且可以亲水性材料的表面处理降低其吸水性。
5材料的质量吸水率和体积吸水率有何不同？什么情况下采用体积吸水率或质量吸水率来反映材料的吸水性？答：材料吸水饱和后的水质量占干燥材料质量的百分比，质量吸水率。
材料吸水饱和后的水体积占干燥材料自然体积的百分比，体积吸水率。
通常用质量吸水率表示吸水量，只有对某些轻质材料采用体积吸水率。
6何谓材料的吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、和抗冻性？各用什么指标表示。
答：吸水性材料在水中吸收水分的性质（体积吸水率和质量吸水率表示）吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质（具有微小开口孔隙的亲水材料吸湿性大，材料含水率表示）耐水性材料在长期饱和水作用下不破坏，其强度也不明显降低的性质（软化系数K=f1/f，K＞0.85为耐水性材料。
第1章 土木工程材料的基本性质
间的区别与联系，材料性质与其组成、结构、构造以及环境因
素的关系，材料强度的计算与测定。 【难点】材料基本性质的影响因素及其作用机理。
Civil Engineering Materials
1.1 材料的物理性质
1.1.1 与质量有关的性质
mb mg Vw 1 WV 100% 100% Vg Vg w
（1-9）
式中 WV ——材料的体积吸水率（%）；
VW ——材料吸水饱和时吸入水的体积（cm3 ） ；
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1.1.2 与水有关的性质
Vg ——材料在干燥状态下的自然体积（cm3）；
1.1.1 与质量有关的性质
2．密实度与孔隙率 （l）密实度（D） 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料中固 体物质的体积占材料总体积的百分率。按下式计算：
D
V 100% 0 100% V0
（1-4）
（2）孔隙率（P）
孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。可用
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常用土木工程材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率
材料 石灰石 花岗岩 碎石（石灰石） 砂 黏土 普通黏土砖 黏土空心砖 水泥 普通混凝土 轻骨料混凝土 木材 钢材 泡沫塑料 玻璃 密度 （g/cm3） 2.60 2.60～2.90 2.60 2.60 2.60 2.50～2.80 2.5 3.1 — — 1.55 7.85 — 2.55 表观密度 （kg/m3） 1800～2600 2500～2800 — — — 1600～1800 1000～1400 — 2000～2800 800～1900 400～800 7850 20～50 2550 堆积密度 （kg/m3） — — 1400～1700 1450～1650 1600～1800 — — 1200～1300 — — — — — — 孔隙率（%） — 0.5～3.0 — — — 20～40 — — 5～20 — 55～75 0 — 0
建筑材料的基本性质10
图1.1 材料润湿边角
❖
润湿角90°＜θ＜180°［图
1.1(b)］，这种材料称为憎水性材料
孔隙率(%)
2.60~2.80 1800~2600
__
__
2.60~2.90 2500~2800
__
0.5~3.0
2.60~2.80
__
1400~1700
__
2.60
__
1450~1650
__
2.60
__
1600~1800
__
2.50 1600~1800
__
20~40
材料
粘土空心 砖 水泥
普通混凝 土 木材
脆性材料:在常温、静荷载下具有脆性的 材料。
❖ 韧性:在冲击、振动荷载作用下，材料能 够吸收较大的能量，同时也能产生一定 的变形而不致破坏的性质.
1.2.4 硬度和耐磨性
❖ 硬度:材料表面抵抗其他物质压入或刻划的能 力.
耐磨性:材料表面抵抗磨损的能力.材料的耐磨 性用磨损率表示:
N m1 m2 A
1.1.2.4 耐水性
❖ 材料在长期饱和水作用下不被破坏，其 强度也不显著降低的性质称为耐水性。 材料的耐水性用软化系数表示。
❖ 计算式为：
K软
f饱 f干
❖ 某石材在气干、绝干、水 饱和情况下测得的抗压强度 分 别 为 174MPa 、 178MPa 、 165MPa ， 求 该 石 材 的 软 化 系 数，并判断该石材可否用于 水下工程。
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1.2 常用工程材料的基本性质1.何谓材料的实际密度，体积密度和堆积密度？如何计算？答:实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量，按下式计算：ρ=m/V体积密度是指材料在自然状态下（含开口和闭口孔隙），单位体积所具有的质量，按下式计算：ρo=m/Vo堆积密度是指散粒材料（粉末，粒状或纤维状材料）在自然堆积状态下，单位体积（包含颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙）所具有的质算，按下式计算：ρo’=m/Vo’2.何谓材料的密实度和孔隙率？两者有什么关系？答：密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。
用D表示。
孔隙率是指材料题体积内，孔隙体积（Vp）占材料总体积（Vo）的百分率，用P表示。
孔隙率与密实度的关系：P+D=14.建筑材料的亲水性与憎水性在建筑工程中有什么实际意义？答:亲水性材料（如石材，砖，混凝土，木材等）表面均能被水润湿，且能通过毛细管作用将水吸入材料的毛细管内部。
憎水性材料（如石蜡，沥青，塑料，油漆等）不仅可用作防水防潮的材料，而且还可以用于亲水性材料的表面处理，以降低其吸水性。
6.何谓材料的吸水性，吸湿性，耐水性，抗渗性和抗冻性？各用什么指标表示？答：材料在水中吸收水分的性质称为吸水性，其大小用吸水率表示：材料吸水饱和后的水质量占材料干燥质量的百分率称为质量吸水率Wm，材料吸收饱和后的水体积占材料干燥时自然体积的百分率称为体积吸水率Wv。
材料在潮湿空气中吸收水分的性质叫做吸湿性，其大小用含水率Wh表示。
材料在长期饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性，用软化系数K 表示。
材料抵抗有压介质（水，油等液体）渗透的性质称为抗渗性，常用渗透系数Kp表示抗渗性好坏。
材料在水饱和状态下经多次冻融作用而不破坏，同时强度也不严重降低的性质称为抗冻性，用抗冻等级F表示。
8.材料的孔隙率与孔隙特征对材料的体积密度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、强度及保温隔热等性能有何影响？答：孔隙率与密实度有关，而材料的强度，吸水性，耐久性，导热性等均与其密实度有关，所以孔隙率会影响材料的体积密度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、强度。
材料内部的孔隙有开口孔隙和闭合孔隙两种，开口孔隙之间可相互贯通且与外界相通，在一般浸水条件下能水饱和。
闭合孔隙彼此不相通且与界隔绝，其能提高材料的隔热保温性能。
10.何谓材料强度，比强度？两者有什么关系？材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。
材料在建筑物上所受的外力主要有拉力，压力，剪力，弯曲。
相应的抵抗能力为抗拉强度抗压强度，抗剪强度，抗弯强度。
为了比较不同材料的强度，采用比强度，比强度是单位质量上的材料强度，其值等于材料强度与其体积密度的比值。
1.3水泥3水泥有哪些主要技术性质?如何测试与判别?答: 水泥的主要技术性质：（1）细度（2）凝结时间（3）体积安定性（4）强度与强度等级如何测试和判别：（1）细度上要求：水泥细度应适量，用透气式比表面仪器测定，要求水泥比表面积应大于300㎡/kg (2)凝结时间要求：国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min 水泥凝结时间的测定有专门凝结时间测定仪进行（3）体积安定性：国家标准规定，水泥熟料中游离氧化镁（MgO）含量不得超过5.0% 三氧化硫（SO3）含量不得超过3.5% 用沸煮法检测必须合格。
（4）强度与强度等级：用胶砂强度检测法按水泥与沙1比3 水灰比0.5 按规定方法制成40mm×40mm×160mm试件，在标准温度（20±1℃）的水中养护测定3天、28天的抗压强度和抗折强度等级，同时按照3天强度分为普通型和早强型（R）两种，且各龄期强度不得低于国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）中规定值。
4 初凝与终凝时间有什么意义？答:初凝时间是水泥加水拌合至水泥浆开始失去可塑性所需的时间，终凝时间是水泥加水拌合至水泥浆固结产生强度所需的时间。
水泥的初凝不宜过早,以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作；水泥终凝不宜过迟，以免拖延施工工期。
6水泥中的Ca(OH)2是如何产生的?他对水泥石的抗软水及海水的侵蚀性有利还是不利?为什么？答:当水泥石长期与工业冷凝水、蒸馏水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸盐很少的河水及湖水等软水接触时，水泥石中的氢氧化钙［Ca(OH)2］会被溶出。
不利，当水环境的硬度大时就会含有较多的钙、镁等重碳酸盐，它们与Ca(OH)2Ca（OH）2反应生成不溶于水的碳酸钙、碳酸镁，沉积在水泥石表面的微孔内，形成密实的保护层，可防止溶出性腐蚀继续发生，否则，Ca(OH)2就会继续溶出。
当在流动水和有压力水的水中，溶出的［Ca(OH)2］就会不断地从水泥石中流失，伴随着碱度的下降，水泥石中的水化物也要分解溶出，使水泥石孔隙增大，强度下降，以至全部溃裂。
7水泥石会受到哪几种介质的腐蚀,应如何防止？答:腐蚀: （1）软水腐蚀（2）盐类腐蚀（3）酸类腐蚀（4）强碱腐蚀防腐措施: 1)根据侵蚀环境的特点,合理选择水泥品种2)提高水泥石的密实度3)加作保护层10硅酸盐水泥在使用中有那些优缺点,贮存中应注意什么?水泥过期、受潮后如何处理？答:优点:（1）凝结硬化快,早期强度和后期强度高,主要用于地上地下和水下重要结构以及早强要求较高的工程。
（2）抗冻性好适用于冬期施工和严寒地区遭受反复冻融工程。
（3）抗炭化性好,其水化后Ca(OH)2含量较多,水泥石碱度不易降低,对钢筋的保护作用好,故适用于CO2浓度高的工程。
缺点：（1）硅酸盐水泥水化时放出的热量大,不宜用于大体积混凝土工程。
（2）硅酸盐水泥水化后含有较多的氢氧化钙,其水泥石抵抗软水侵蚀和抗化学侵蚀的能力差,不宜用于受流动的软水和有水压作用的工程,也不宜用于受海水和矿物水作用的工程。
（3）不能用硅酸盐水泥配置耐热混凝土,也不宜用于耐热要求高的工程中。
贮藏时不得受潮和混入杂物,不同品种和强度等级的水泥在贮运中避免混杂。
1.4混凝土2.普通混凝土的组成材料有哪几种?在混凝土凝固硬化前后各起什么作用?答: 普通混凝土的组成材料有：水泥水砂和石子，另外还常掺合物和外加剂。
混凝土通常由凝胶材料（胶结料）、粗、细骨料（或称集料）、水及其他材料，按适当比例拌合配制并经一定时间硬化而成的具有所需的形体凝胶材料、强度和耐久性的人造石材。
凝胶材料+粒状材料+水+其他外加材料（外加剂、混合材料）——硬化的人工石材作用：水泥浆能充填砂的空隙，起润滑作用，赋予混凝土拌合物一定的流动性水泥砂浆能充填石子的空隙，起润滑作用，也能流动。
水泥浆在混凝土硬化后起胶结作用，将砂石胶结成整体，产生强度，成为坚硬的水泥石。
3.普通混凝土的外加剂有几种,各起什么作用?答: 普通混凝土的外加剂有减水剂，旱强剂，缓凝剂，引气剂，防冻剂，速凝剂，膨胀剂。
各起的作用：（1）减水剂：指混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少混凝土拌合水量的外加剂（2）早强剂：指加速混凝土早期强度发展，并对后期强度无显著影响的外加剂（3）缓凝剂：指能延缓混凝土凝结时间，并对后期强度无显著影响的外加剂（4）引气剂：指在混凝土搅拌过程中，能引入大量均匀分布的微小气泡，以减少混凝土拌合物的泌水、离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土的抗冻性、耐久性的外加剂（5）防冻剂：能使混凝土在负温下硬化，并在规定养护条件下达到预期性能的外加剂（6）速凝剂：指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂（7）膨胀剂6.砂率、合理砂率的意义是什么?答:砂率指混凝土拌合物中砂的用量占砂石总用量的百分率，用以表示砂石两者的相对使用用量。
砂率偏大或偏小都降低混凝土减半的流动性。
合理砂率：应根据混凝土拌合物的和易性，通过实验求出合理砂率。
混凝土拌合物在水灰比一定时，都能获得所要求的流动性，且保持良好的黏聚性和保水性相应的水泥用量也最少。
7.怎样确定混凝土强度等级?采取哪些措施可提高混凝土强度?答:混凝土强度等级，系指按标准方法制作养护边长为150mm的立方体试件在28天龄期，用规定的试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度（MPa）。
结构用混凝土强度等级C15，C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80等十四个级别，分别表示混凝土立方体抗压强度标准值为15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75和80 MPa。
提高混凝土强度的措施：（1）采用高强度等级水泥和早强型水泥（2）采用低水灰比的干硬性混凝土（3）采用湿热处理-----蒸汽养护和蒸压养护混凝土（4）掺加混凝土外加剂（早强剂、减水剂）、掺合料（如硅粉、优质粉煤灰、超细磨矿渣等）（5）采用机械搅拌和振捣8.怎样改善混凝土的抗渗性和抗冻性?答:在混凝土中掺入适宜品种和数量的外加剂，改善混凝土内部结构，隔断或堵塞混凝土中的各种孔隙，裂缝及渗水通道，已达到改善抗渗能力。
通过降低灰水比，选用良好的骨料级配，成型时进行充分振捣和养护以及掺加引入剂等可提高混凝土的密实度，改善混凝土中孔隙结构，减少连通孔隙形成封闭孔隙，从而改善混凝土的抗冻、抗渗的性能，此外抗侵蚀性能尚与所用的水泥品种有关。
10.某混凝土试拌调整后,各材料用量分别为水泥3.1kg、水1.86kg、砂6.24kg、碎石12.84kg,并测得拌和物表现密度为2450kg／m3.试求1m3混凝土的各材料实际用量。
答:水泥:2450*1*[3.1/(3.1+1.86+6.24+12.84)]=315.93 kg水: 2450*1*[1.86/(3.1+1.86+6.24+12.84)]=189.56 kg砂: 2450*1*[6.24/(3.1+1.86+6.24+12.84)]=635.94kg碎石: 2450*1*[12.84/(3.1+1.86+6.24+12.84)]=1308.57kg1.5建筑砂浆1建筑砂浆按用途可分为哪几种?各有什么作用？答: 建筑砂浆按用途分为砌筑砂浆、抹面砂浆(如装饰砂浆、普通抹面砂浆、防水砂浆等)及特种砂浆(如绝热砂浆、耐酸砂浆等)。
作用：砌筑砂浆用于砌筑砖石砌体,它起着绞结砌块、传递载荷的作用。
抹面砂浆用于涂抹建筑物表面,它起着保护基层、平整表面、装饰美观的作用。
2水泥砂浆中水泥强度等级的选用原则是什么？答:水泥砂浆采用的水泥强度等级不宜大于32.5级,水泥用量不应小于200kg／m3;水泥混合砂浆采用的水泥强度等级不宜大于42.5级,砂浆中水泥和掺和料总量宜为300~350kg／m3为了合理利用资源节约材料,在配置砂浆时要尽量选用低强度等级水泥和砌筑水泥。