材料的基本性质
材料的基本性质
第一章 土木工程材料的基本性质第一节 土木工程材料的分类一、按材料的化学成分分类按材料的化学成分分类，可分为有机材料、无机材料和复合材料三大类。
二、按功能分类按功能分类，可分为结构材料和功能材料两大类。
结构材料——主要用作承重的材料，如梁、板、柱所用材料。
功能材料——主要利用材料的某些特殊功能，如用于防水、装饰、保温等的材料。
第二节 材料的物理性质一、密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度，公式表示如下：Vm =ρ 式中：ρ——材料的密度，g/cm 3；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，cm 3。
所谓绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的体积。
二、表现密度材料在自然状态下单位体积的质量，称为表观密度，公式表示如下：0V m =ρ 式中：ρ0——材料的表观密度，kg/cm 3；m ——材料的质量，kg ；V 0——材料在自然状态下的体积，m 3。
所谓自然状态下的体积，是指包括材料实体积和内部孔隙的外观几何形状的体积。
三、堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量，称为堆积密度，公式表示如下：土木工程材料 有机材料——木材、石油沥青、塑料等 无机材料 金属材料——钢、铁、铝等非金属材料——石材、砖、玻璃、水泥、混凝土等复合材料——聚合物混凝土（1.1.1）（1.1.2）V m'='ρ 式中：ρ0’——散粒材料的堆积密度，kg/cm 3；m ——散粒材料的质量，kg ；V 0’——散粒材料的自然堆积体积，m 3。
散粒材料的自然堆积体积，既包含了颗粒自然状态下的体积，又包含了颗粒之间的空隙体积。
四、孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。
%1000⨯=V V n V式中：n ——材料的孔隙率；V V ——材料的内部孔隙体积，cm 3； V 0——材料的总体积，cm 3。
五、吸水性*吸水性是指材料在水中吸水的性质。
材料的基本性质
4、自然状态体积的测量：外观规则，尺量；不规则，表面 涂蜡，排液法。
5、注意：表观密度与含水量有关。
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4
第三章
建筑材料
表观密度1.6～1.8（g／cm3）
表观密度1.00～1.40（g／cm3）
11
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（1）定义：材料在绝对密实状态下单位体积的密度。
（2）公式：
m V
式中：ρ— 实际密度（g/cm3或 kg/m3 ）
m— 材料在干燥状态下的质量（g或 kg）
V— 材料在绝对密实状态下的体积（cm3或 m3 ）
（3）解释：绝对密实体积：不包括材料内部孔隙的固体物 的实体积。
（4）绝对密实体积的测量：磨细粉，干燥后排液测量。
第一章 材料的基本性质
1、材料的基本பைடு நூலகம்质：物理性质，力学性质，耐久性。
2、材料的物理性质：
（1）密度、表观密度、堆积密度
（2）孔隙（孔隙率、密实度）、空隙（空隙率、填充率）
（3）材料与水有关的性质（亲水性、吸湿性、吸水性、耐水性、抗渗性、 抗冻性）
（4）材料的热性质（热容性、导热性、热变形性）
3、材料的力学性质
4、自然堆积体积的测量：用所填充满容器的标定容积来表 示。
5、注意：堆积密度有松散的自然堆积和密实的密实堆积。
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6
第三章
建筑材料
碎石堆积密度：1.40～1.70（g／cm3）
9
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7
第三章
建筑材料
砂堆积密度：1.450～1.650（g／cm3）
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第一章材料的基本性质
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体积 之比。直接反映材料的致密程度。
公式
孔隙率与密实度的关系 P+D=1 孔结构－孔隙率、孔径尺寸、开口形状 影响材料的：强度、 吸水性、耐久性、 导热
性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6、空隙率－散粒材料在某容器的堆积体积中， 颗粒之间的空隙体积占总体积的比率。 公式
式中 λ－热导率（W/m﹒K） 热阻 R=1/ λ Q－传导的热量（J） F－热传导面积（m2） a－材料的厚度（m） Z－热传导时间（s） (t2-t1)－材料两侧温差（K）
热工性质
材料的热导率越小，绝热性能越好。
影响热导率的因素：
•
材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降
•
材料的含水情况－含水、结冰使λ增
与水有关的性质
3、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
式中 Wh－材料的质量含水率（％） ms－材料含水时的质量（g） mg－材料烘干到恒重的质量（g）
影响含水率大小的因素：
• 材料的本性－亲水性或憎水性材料
• 环境温度、湿度－气温越低、相对湿度 越大，材料的含水率越高
• 材料的构造---是指材料空隙、岩石层理、 木材纹理、疵病等宏观状态特征。
作业及复习题
吸湿性对材料的影响：
• 导热性增大、热阻降低－对围护结构材 料不利
• 体积膨胀－对木结构和木制品不利 • 湿胀干缩 -- 与周围环境平衡的平衡含
水率
与水有关的性质
4、耐水性－材料长期在饱水作用下不破坏， 其强度也不显著降低的性质。用软化系数表 示。 公式
式中
KR－材料的软化系数（K软＝0～1） fb－材料在饱水状态下的抗压强度（MPa） fg－材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）
1.材料的基本性质
材料润湿边角
如果材料分子与水分子间的吸引力小于水分 子之间的内聚力，则表示材料不能被水润湿。 此时，润湿角90°＜θ＜180°，这种材料称为 憎水性材料。 憎水材料具有较好的防水性、防潮性、抗渗 性，常用作防潮防水材料, 也可用于亲水性材 料的表面处理，以减少吸水率，提高抗渗性。 大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混 凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石 蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。
孔隙率与密实度的关系：P+D=1 材料的密实度和孔隙率是从不同方面反映材料 的密实程度，通常采用孔隙率表示。
注意两点：
1.密度 和表观密度 单位统一 2. 1g / cm 10 kg / m
0
3 3 3
孔隙特征
孔隙构造
连通的孔：
彼此连通且与外界相通
封闭孔
封闭的孔：
相互独立且与外界隔绝
解1: 石子的孔隙率P为： 石子的空隙率P’为：
[评注] 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积 占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在 其堆集体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例 。计算式中ρ—密度；ρ0—材料的表观密度； ρ，—材料的堆积密度。
例2： 有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下重 2900g ， 其 绝 干 质 量 为 2550g 。 砖 的 尺 寸 为 240×115×53mm，经干燥并磨成细粉后取50g， 用排水法测得绝对密实体积为18.62 cm3 。试计
第一章 建筑材料的ຫໍສະໝຸດ 本性质本章内容 第一节 第二节 第二节
材料的物理性质 材料与水有关的性质 材料的力学性质
第四节
第五节
材料的热工性质
材料的耐久性
材料基本性质
材料基本性质1吸水性与吸湿性：材料在水中通过毛细孔隙吸收水分的性质是吸水性，材料在潮湿空气中吸收水分的性质是吸潮性。
2强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力3亲水性与憎水性：材料与水接触，能被水润湿的性质是亲水性，不能被水润湿是憎水性4脆性材料与韧性材料：材料受外力作用，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，但破坏坏时没有明显塑性变形的性质，是脆性材料。
材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，产生较大变形而不至破坏的性质，称材料的韧性。
5耐水性及软化系数：材料长期在饱和水作用下不破坏，同时强度也不显著降低的性质为耐水性6胶体结构：物质以及其微小的颗粒分散在连续相介质中形成的结构7空隙特征：按空隙大小可分：微小空隙，细小空隙，粗大空隙，按常压下水能否进入孔隙中，可分：开口孔隙，闭口孔隙。
开口孔隙中彼此贯通的孔隙是连同孔。
8气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或发展其强度。
如石膏，石灰。
9石灰的熟化：指将生石灰加水，反应生成消石灰的过程。
10石灰的陈伏：为了消除熟石灰中过火石灰颗粒的危害，石灰浆应在储灰坑中静置2周以上再使用，此过程称为陈伏11建筑石膏：将天然二水石膏置于炉窑煅烧，得到& 型结晶的半水石膏，再经磨细，得到白色粉状物称建筑石膏。
12活性混合材料：为改善水泥性能，调节水泥等级的材料。
加入后不仅能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化，并生成水硬性胶凝材料的水化材料。
13水泥的初凝及终凝：自加水时起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间称初凝时间。
自加水起至水泥浆完全失去可塑性为终凝时间。
14水泥的体积安定性：水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。
15硅盐酸水泥：适当成分的生料，（石灰质原料）（黏土质原料）校正原料）烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，并掺入约0~5%的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料。
16级配：指沙子大小不同的颗粒搭配的比例情况。
材料的基本性质
材料的基本性质材料的基本性质是指材料具有的一些普遍的特性，这些特性影响着材料的使用和性能。
以下是材料的一些基本性质。
1. 密度：密度是材料单位体积的质量，通常以克/立方厘米计算。
不同材料的密度差异很大，如金属材料通常较重，而塑料和泡沫材料通常较轻。
密度会影响材料的重量以及材料所占空间的大小。
2. 强度：强度是材料抵抗外部力量的能力。
不同材料的强度差异很大，大多数金属材料具有高强度，而塑料和木材等材料的强度较低。
强度对材料的耐用性和承载能力非常重要。
3. 刚度：刚度是材料抵抗形变的能力，即材料受力时的弹性恢复能力。
刚度与材料的弹性模量密切相关，刚度越高，材料越不容易发生形变。
金属材料通常具有较高的刚度，而橡胶等弹性材料具有较低的刚度。
4. 耐磨性：材料的耐磨性指的是材料抵抗磨损的能力。
耐磨性是材料在与其他表面摩擦时不容易磨损的特性，对于需要长时间使用的材料，耐磨性非常重要。
5. 导热性：导热性是材料传导热量的能力。
金属材料通常是很好的导热材料，可以快速传导热量，而绝缘材料如塑料则具有较低的导热性。
6. 导电性：导电性是指材料导电的能力。
金属是优秀的导电材料，而塑料等绝缘材料则是不导电的。
导电性对于电子器件等应用非常重要。
7.化学惰性：化学惰性是指材料对化学物质不容易发生化学反应的特性。
化学惰性材料对化学腐蚀和化学反应具有较强的耐受能力。
8. 可加工性：可加工性是指材料经过适当的工艺流程能够制成所需形状和尺寸的能力。
不同材料的可加工性差异很大，金属材料通常是易于加工的，而陶瓷等脆性材料则较难加工。
9. 可塑性：可塑性是指材料具有在外力作用下发生塑性变形的能力，即材料能够被拉伸和压缩而不破裂。
金属材料通常具有较好的可塑性，而脆性材料如玻璃则具有较差的可塑性。
以上是材料的一些基本性质，不同材料在这些性质上的差异也是材料选择和应用的重要依据。
建筑材料第一章材料的基本性质
m干
V
ρ-Density m-Mass in the dryness V -Volume in the absolute dense
表观密度 ——Apparent Density
Definition
It refers to mass per unit volume
0
m V0
when
m
materials
0'
m V0'
V
m V孔 V空
ρ0´- Bulk density m- Mass v0´-Bulk volume
2 材料的物理性质——物理状态参数
块状材料 散粒材料
m干
V
密度
Density
' m
V VB
表观密度
0
m V0
V
m VB VK
表观密度
Apparent Density
0'
材料的孔隙
来源
分类 对材料性能的影响——孔隙率
孔的特征
微孔 细孔 大孔
孤立孔 连通孔
开口孔 闭口孔
2 材料的物理性质——物理状态参数
表观密度
随着孔隙率降低，表观密度增大，吸水率降低，
强度提高。
吸水率
孔隙率
耐久性
Water absorption
ρ0 Porosity
强度
Durability
Strength 图 孔隙对材料性能的影响
2 材料的物理性质——物理状态参数
块状材料体积组成示意
VK
VB
V
VP
V’
2 材料的物理性质——物理状态参数
散粒材料体积组成示意
VK
材料的基本性质
（四）空隙率
空隙率是指散粒材料在其堆积体积中, 颗粒之间 的空隙体积所占的比例。空隙率 P按下式计算：
P V0 V0 100％ （1 V0 ）100％ （1 0 ）100％
V0
V
0
式中：ρ0——材料的体积密度；
0 ——材料的堆积密度。
空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致 密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算 砂率的依据。
（一）材料的密度
1. 密度（工程上称比重） 指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，
按下式计算：
m
V
式中：ρ——密度，g/cm3 或 kg/m3； m——材料的质量，g 或 kg； V——材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。
（一）材料的密度
2.表观密度（视密度） 材料单位表观体积的质量。按下式计算：
' m
V 式中： ——体积密度， g/cm3 或 kg/m3；
m ——材料的质量，g 或 kg；
V ——材料的表观体积，cm3 或 m3。
（一）材料的密度Βιβλιοθήκη 工程中砂石材料， 直接用排水法测 定其表观体积
表观体积是指包括 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。
一、材料与质量有关的性质
材料的自然体积 材料在自然状态下的体积，即整体材料的外
观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0 表示。 形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；
形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用 排开液体的方法得到其体积。 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。松散堆积状态下的体V0 积较大，密实堆积状 态下的体积较小。一般以 表示。
材料的基本性质包括 物理性质
期末复习提纲1、材料的基本性质包括物理性质、力学性质与耐久性。
2、材料的四种含水状态包括完全干燥（烘干）状态、风干（气干）状态、饱和面干（表干）状态、潮湿（湿润）状态。
3、材料的亲水性和憎水性以润湿角θ 来判定，当θ≤90° 时为亲水性，90°<θ <180° 时为憎水性。
4、材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性质称为材料的吸湿性。
5、材料的软化系数在0 ~ 1之间波动，轻微受潮或受水浸泡的次要建筑物需选用K软>0.75的材料，用于长期受水浸泡或处于潮湿环境中的材料，若其处于重要结构，则需选用K软>0.85的材料。
6、材料的冻融循环通常指采用-15°C 温度冻结后，再在20°C 的水中融化的过程。
7、对经常受压力水作用的工程所用材料及防水材料应进行抗渗性检验。
8、材料的导热系数越大，导热性越好，保温隔热效果越差。
9、热容量是形容材料加热时吸收热，冷却时放出热量的性质。
10、耐热性的研究包含（1）受热变质、（2）受热变形。
材料耐燃性按耐火要求规定分为非燃烧材料、难燃烧材料、燃烧材料三大类。
11、材料的力学性质包括强度、弹性、塑性、冲击韧性、脆性。
12、材料的强度大小可根据强度值大小，划分为若干标号或强度等级，强度的单位是N/mm 2或MPa 。
13、弹性的特点是外力和变形成正比例关系。
14、材料在外力作用下产生变形，当外力撤去后，仍保持变形后的形状和大小并且不产生裂缝的性质称为塑性。
15、脆性材料的特点是塑性变形小，抗压强度远大于抗拉强度。
16、材料抵抗冲击振动作用能够承受较大变形而不发生突发性破坏的性质称为材料的冲击韧性或韧性。
17、过火石灰的特点煅烧温度过高，CaO结构致密。
处理方法是陈伏。
18、欠火石灰的特点煅烧温度过低，CaCO3未完全分解。
处理方法是废渣排除。
19、石灰陈伏目的是为了保证过火石灰完全熟化。
陈伏时间要求两周以上。
材料的基本性质
三、提高材料耐久性的重要意义
节约材料； 保证建筑物长期正常使用； 减少维修费用； 延长建筑物使用寿命等。
二、材料耐久性的测定
对材料耐久性最可靠的判断，是对其在使用条件 下进行长期的观察和测定，但这需要很长时间。 近年来采用快速检验法，这种方法是模拟实际使 用条件，将材料在实验室进行有关的快速试验， 根据试验结果对材料的耐久性作出判定。 快速试验的项目主要有：干湿循环、冻融循环、 碳化、加湿与紫外线干燥循环、盐溶液浸渍与干 燥循环、化学介质浸渍等。
三、材料的堆积密度
散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为 堆积密度。用公式表示为：
式中： ρ’0——散粒材料的堆积密度（ kg/m3 ）； m——散粒材料的重量（kg）； v’0——散粒材料在自然堆积状态下的体积 （m3 ）
材料的孔隙结构与孔隙特征
按孔隙与外界是否连通 分为：开口孔、封闭孔 按孔隙尺寸大小分为： 微孔、细孔、大孔 按孔隙是否连通分为： 孤立孔、连通孔
材料的抗冻性
材料在含水状态下，能经受多次冻融循环作用而 不破坏，强度也不显著降低的性质。
材料的抗冻性用抗冻等级来表示
抗冻等级是以规定的吸水饱和试件，在标准试验 条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不 超过规定数值，也无明显损坏和剥落的次数。
材料的热工性质
热容量，材料在温度变化时吸收或放出热量的性质。
Q C t1 t 2
比热：单位质量的材料升高单位温度时所需热量。
Q c mt1 t 2
导热性，用导热系数表示。
Qd t1 t 2 AZ
材料的耐久性
材料的耐久性是指在环境的多种因素作用下，能 经久不变质、不破坏，长久地保持其性能的性质。 耐久性是材料的一项综合性质，诸如抗冻性、抗 风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性 的范围。 材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久 性有着密切关系。
材料的基本性质
密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量
表观密度：材料在自然状态下单位体积的质量
堆积密度：散粒状或粉状材料在自然堆积下单位体积的质量
孔隙率：材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率，用P表示
强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸声性等与孔隙率有关
开口孔隙增多会使材料的吸水性、吸湿性、透水性、吸声性提高，抗冻性和抗渗性变差，闭口孔隙增多会提高保温隔热性能和耐久性
空隙率：散粒状或粉状材料颗粒之间的空隙体积占其自然堆积体积的百分率
以上称之为材料的基本物理性质
水分的吸入会使材料体积膨胀、保温性能下降、强度降低、抗冻性变差
耐水性：材料长期在饱和水作用下而不破坏，强度也不显著降低的性质
软化系数大于0.8的材料称为耐水材料。
对于经常位于水中或处于潮湿环境中的重要建筑物所选用的材料要求其软化系数不低于0.85，对于受潮较轻或次要结构所用的材料不小于0.75 通常将λ≤0.23的材料称为绝热材料，导热系数越小，材料的隔热性能越好
强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力
材料的静力强度分为抗压、抗拉、抗弯、抗剪
影响材料强度的因素：试件端部约束情况、试件的尺寸和形状、加荷速度、承压面的平整度、试验环境的温湿度
比强度：按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料的强度与其表观密度之比
弹性：材料在外力作用下产生变形。
外力取笑后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质
塑形：材料在外力作用下产生变形。
外力取笑后，仍保持变形后的形状尺寸，且不产生裂纹的性质
耐久性：材料在使用过程中抵抗各种自然因素及其他有害物质长期作用，能长久保持其原有性质的能力。
是衡量材料在长期使用条件下的安全性能的一项综合指标。
材料的基本性质
2、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗
粒间的空隙体积所占的比例 P` =（ v。′- v。）/v。′100% = (1- 。′/ 。） 100%
D′ +P′ = 1
四、与水有关的性质
1、亲水性和憎水性 2、吸水性和吸湿性 3、材料的耐水性 4、材料的抗渗性 5、材料的抗冻性 6、材料的导热性
材料的密度 散粒材料在堆积状态下单位体积 的质量。 。` = m/v。` （kg/m3） 式中 。`—— 堆积密度 m—— 材料的质量，kg。 v。`—— 材料在堆积状态 下的体积，m3。
表观密度
堆积密度
二、密实度、孔隙率
1、密实度：是指材料体积内被固体物质充
实的程度。 D = v/v。100% = 。/ 100%
1、亲水性和憎水性
a、亲水性材料
b、憎水性材料
90 º亲水性 = 0 º 完全润湿
> 90 º 憎水性 =18 0 º 完全不润湿
1、 θ ≤９０度时，水的内聚力小于材料 与水的作 用力，水被材料所吸收，称为亲水性材料。 不宜用于防水部位。如砂浆、砼、粘土砖 等。 2、θ ＞９０度时，水的内聚力大于材料与 水的作用力，水不被材料所吸收，称为憎 水性水性材料。宜用于防水材料。如沥青、 橡胶等。
3、材料的耐水性
耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强 度也不显著降低的性质。用软化系数Ｋｓ表示。 软 化系数越大，耐水性越好。表观密度越大、密实度越大、 孔隙率越小、材料的耐水性越好。 Ｋｓ＝ｆｗ／ｆ 软化系数的范围波动在0--1之间，当软化系数大于0.85时， 认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑 物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造
材料的基本性质
材料的基本性质材料是构成物质世界的基本元素，它的性质直接影响着物体的特性和用途。
材料的基本性质包括物理性质、化学性质和力学性质等多个方面。
下面我们将对材料的基本性质进行详细介绍。
首先，我们来谈谈材料的物理性质。
物理性质是指材料在不改变其化学组成的情况下所表现出来的性质，包括颜色、形状、密度、热导率、电导率等。
这些性质直接影响着材料的外观和热电性能，对于材料的选择和应用具有重要意义。
例如，金属材料通常具有良好的导电性和导热性，适用于制作电子元器件和散热器材料；而塑料材料具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制作轻量化产品和化工容器等。
其次，化学性质是材料的另一个重要方面。
材料的化学性质包括其与其他物质发生化学反应的能力和倾向，以及其在不同环境下的稳定性和耐久性。
不同材料具有不同的化学性质，这直接决定了材料在特定环境和条件下的使用寿命和安全性。
例如，金属材料在潮湿的环境中容易发生腐蚀，而聚合物材料在高温环境中容易发生老化和变形。
最后，力学性质是材料的又一重要方面。
力学性质包括材料的强度、硬度、韧性、延展性等，这些性质直接影响着材料的机械性能和耐久性。
不同材料具有不同的力学性质，这决定了材料在受力状态下的表现和应用范围。
例如，钢材具有较高的强度和硬度，适用于制作机械零件和建筑结构；而橡胶材料具有良好的韧性和延展性，适用于制作密封件和减震材料。
综上所述，材料的基本性质包括物理性质、化学性质和力学性质等多个方面，这些性质直接影响着材料的特性和用途。
了解和掌握材料的基本性质，有助于我们选择合适的材料并合理应用，从而提高产品质量和降低成本，促进科技进步和社会发展。
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材料的基本性质
D/
V0 V0 /
100%
0/ 0
100%
1
P/
（3）空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密
程度，在配置混凝土、砂浆和沥青混凝土时，为了节约水
泥和沥青，基本思路是粗集料孔隙被细集料填充，以达到
胶凝材料的效果。
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15
/10/29
（1）定义：材料在绝对密实状态下单位体积的密度。
（2）公式：
m
V
式中：ρ— 实际密度（g/cm3或 kg/m3 ）
m— 材料在干燥状态下的质量（g或 kg）
V— 材料在绝对密实状态下的体积（cm3或 m3 ）
（3）解释：绝对密实体积：不包括材料内部孔隙的固体物 的实体积。
（4）绝对密实体积的测量：磨细粉，干燥后排液测量。
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3
2、表观密度（容重）（Apparent density或Relative density）
1、定义：在自然状态下单位体积的质量
2、公式：
0
m V0
式中 ：ρ0—材料的表观密度（g/cm3或 kg/m3 ） m —材料的质量（g或 kg ） V0—材料在自然状态下的体积，或称表观体积（cm3或 m3 ）
D V 100 % 0 100 % 1 P
V0
（4）开口孔隙率与闭口孔隙率
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孔隙特征
➢ 孔隙构造 连通的孔： 彼此连通且与外界相通 封闭的孔： 相互独立且与外界隔绝
➢ 孔隙大小 微孔、细孔、大孔
连通孔
封闭孔
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(5)有关孔隙的知识： 孔隙特征直接影响材料的多种性质。 一般情况下，闭口孔隙率大的材料宜选择作为保温隔热材 料。 开口孔与大气相连，空气、水能进出，闭口孔在材料内部 ，是封闭的，有的孔在材料内部被分割成独立的，有的孔 在材料内部又是相互连通的。
材料的基本性质
材料的基本性质
材料是构成物质世界的基本组成部分，其基本性质对于材料的应用和研究具有
重要意义。
材料的基本性质包括物理性质、化学性质和力学性质三个方面。
首先，物理性质是材料的固有属性，包括颜色、硬度、密度、导电性、热传导
性等。
这些性质直接影响材料的使用和加工。
例如，金属材料通常具有良好的导电性和热传导性，因此被广泛应用于电子设备和工程结构中。
另外，材料的硬度和密度也决定了其在工程中的使用范围，比如在汽车制造中，需要轻质且具有较高强度的材料来减轻车身重量并提高安全性能。
其次，化学性质是材料在化学反应中所表现出来的特性。
材料的化学性质直接
影响着其在不同环境中的稳定性和耐腐蚀性。
例如，金属材料在潮湿的环境中容易发生氧化反应，导致腐蚀；而聚合物材料则对酸碱等化学物质具有不同的耐受性。
因此，在材料的选择和设计中，必须考虑其化学性质以确保其在特定环境下的稳定性和耐用性。
最后，力学性质是材料在外力作用下所表现出来的性能。
包括弹性模量、屈服
强度、断裂韧性等。
这些性质直接决定了材料在工程结构中的承载能力和变形行为。
例如，在桥梁设计中，需要选择具有较高强度和韧性的材料来承受车辆和风力的作用，以确保结构的安全性和稳定性。
综上所述，材料的基本性质对于其在工程应用和科学研究中具有重要意义。
物
理性质、化学性质和力学性质三个方面相互作用，共同决定了材料的性能和行为。
因此，在材料的选择、设计和应用过程中，必须全面考虑其基本性质，以确保其能够满足特定的工程需求和使用环境。
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排列而形成的固体。质点的这种规则排列构架称为晶格，构成 晶格的最基本单元称为晶胞。 晶体质点间键能的大小以及结合键的特性决定晶体材料的特 性，主要的晶体结构有原子晶体、离子晶体、金属晶 体、分子 晶体。其性能如下表 ：
材料的微观结构 金属晶体(以金属 键结合)
常见材料 铁、钢、铜、 铝及其合金
主要特性 强度，硬度变化大， 密度大
1.2 材料的结构
1.2.3 亚微观结构
1)显微结构 显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺度 范围在10-3～10-7m。土木工程材料的显微结构，应根据具体 材料分类研究。 对于水泥混凝土，通常是研究水泥石的孔隙结构及界面 特性等结构；
对于金属材料，通常是研究其金相组织、晶界及晶粒尺 寸等；对于木材，通常是研究木纤维、管胞、髓线等组织 的结构。
材料是由分子、原子或离子组成的；材料的组成包括 化学组成和矿物组成 1.1.1化学组成 1)定义 构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。它直接 影响材料的化学性质，也是决定材料物理力学性质的 重要因素。土木工程材料的诸多性质，如耐火性、力 学性能、耐腐蚀性、耐老化性能等都与其化学成分有 关。 2)表示方法 金属→元素含量百分数，金属材料则常以化学元素的 含量来表示，如碳素钢以碳元素含量来划分：25Mn （平均含C=0.25%、含Mn0.7%-1.2%的镇静钢）。 非金属→元素氧化物含量，如石灰的CaO含量。 有机高分子材料→低分子化合物，如乙烯。
2.3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4 孔隙形成的原因
(1).水分子的占据作用 建筑材料加水拌和,用水量通常超过理论用水量, 多余的 水分占据的空间即成为孔隙 (2).外加的发泡作用 如生产加气混凝土等的各种发泡剂,可在材料中形成大量 的孔隙 (3).火山作用 火山爆发时,喷到空中的岩浆,冷却后在岩石中形成大量的 孔隙 (4).烧结作用
孔隙多少(孔隙率P)，孔隙大小(孔半径r)，孔隙结构(孔隙分 布)，孔隙形状(开口与闭口孔)。
材料宏观结构和构造的分类及特征表 宏观结构 按 孔 隙 特 征 结构特征 土木工程材料举例
致密结构 无宏观尺度的孔隙 钢铁、玻璃、塑料等 微孔结构 主要具有微细孔隙 石膏制品、烧土制品等 加气混凝土、泡沫玻璃、 多孔结构 具有较多粗大孔隙 泡沫塑料等
2.1 密度
2.1.1 定义
材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
2.1.2 公式
ρ＝m / V （式1-1） 其中，ρ——g/cm3，密度 m——g，绝对密实状态下的质量 V——cm3 ，绝对密实状态下的体积.
2.1.3 注意
※必须强调材料绝对密实状态的概念 ※必须强调密度是材料自身固有的性质，与外界条 件变化无关
2.3.1 孔隙率
材料中孔隙体积与总体积的百分比（孔包括开口和闭口孔） P=（V0-V）/V0=(1－γ/ρ)×100% （式1-3）
2.3.2 密实度
D=V/V0 ×100% P=1-D
2.3.3 注意
※孔隙率与密度及表观密度的关系 ※孔隙率与密实度的关系 ※几种常用材料的密度、表观密度及孔隙率(P9表1-1)
§1 材料的组成、结构与构造
材料的宏观性能是由其组成和其内部微观结构 所决定的
1.1 材料的组成 Composite of materials
1.2 材料的结构 microstructure and submicrostructure 1.3 材料的构造 macrostructure
1.1材料的组成
1.2 材料的结构
1.2.3 亚微观结构 材料的亚微观结构是指用光学显微镜和一般扫描透 射电子显微镜所能观察到的结构，是介于宏观和微观 之间的结构，也称介观结构。尺度范围10-3 ～10-9m。
对于水泥混凝土而言，其亚微观结构主要为水泥基体相、集 料分散相、界面相和孔隙
材料的介观结构根据其尺度范围，还可分为显微 结构和纳米结构。
2.2 表观密度
2.2.1 定义
材料在自然状态下单位体积的质量。
2.2.2 公式
γ ＝m/V0 其中，γ——g/cm3 (kg/m3 ) ，表观密度 m——g (kg)，材料在自然状态下的质量 V0——cm3 (m3 ) ，材料在自然状态下的体积. 每种材料的密度是固定不变的。当在含有水分时，其自 然状态下质量、体积的变化会导致表观密度的改变，故材 料的表观密度应注明其含水状态。 （式1-2）
1.2 材料的结构
1.2.4 微观结构
材料的微观结构是指物相的种类、形态、大小及其分布特征。 它与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性及导热性等重 要性质有着密切的关系。固体材料的微观结构基本可分为晶体、 非晶体、胶体。 1)晶体(definition) 晶体是质点(原子、分子、离子)按一定规律在三维空间重复
土木工程材料常见的按宏观结构的特征，材料 有致密（密实）、多孔、粒状、层状等结构。宏 观结构不同的材料具有不同的特性： 密实结构
多孔结构
粒状结构
层状结构
1.2 材料的结构
密实结构：材料的强度、硬度较高，吸水性小，抗渗、抗冻 及耐磨性较好，如钢材、天然石材、玻璃钢等 多孔结构：内部存在大体上分布均匀的、独立的或部分相通 的孔隙（大孔和微孔），孔隙率较高。具有多孔结构的材料， 其性质决定于孔隙的特征、多少、大小及分布情况，通常这 类材料强度较低，抗渗、抗冻性较差，绝热性较好，如加气 混凝土、烧结粘土砖等。 同一组成的材料，具有不同结构时，其性质可能存在很 大的差别。例如，玻璃与泡沫玻璃的组成相同，但宏观结构 不同，前者为致密结构，后者为多孔结构，其性质截然不同， 玻璃用作采光材料，泡沫玻璃用作绝热材料。再如，金刚石 和石墨。
离子晶体(以离子 氧化钠、石膏、 强度、硬度、熔点较 键结合) 石灰岩 高，但波动大，部分 可溶，密度中等
原子晶体(以共价 金刚石、石英、 强度、硬度、熔点均 键结合) 氢键，是由H原子与O、F、 刚玉 高，密度较小 N等原子相结合时形成的一种 附加键，比范德华键强。如 分子晶体(以分子 蜡及有机化合 强度、硬度、熔点较 硼酸晶体 键结合) 物晶体 低，大部分可溶，密 度小
材料的结构和构造是泛指材料各组成部分之间 的结合方式及其在空间排列分布的规律。 目前，材料不同层次的结构和构造的名称和划 分，在不同学科间尚未统一。通常，按材料的结 构和构造的尺度范围，可分为宏观结构、介观(亚 微观)结构和微观结构。
1.2 材料的结构
1.2.2 宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼能观察到的外部和内 部的结构，其尺度范围在10-3m级（毫米级）以上。
1.1.4 组成与性能的关系 组成决定性能→高铝水泥与硅酸盐水泥。 材料的性质：指在负荷与环境因素联合作用下材料所具 有的属性。
建筑物中承受不同作用的建筑材料应具有相应的性质： 承重构件——一定的强度和刚度 防水材料——不透水性
隔热保温材料——不易传热的性质
在建筑物使役期间，各种环境因素对建筑物的侵害作用： 风、雨和日晒等大气因素
材料的性质与其组成有关： 组成决定性能。如，高铝水泥与硅酸盐水泥，混凝 土和钢材。 组成相同时，结构决定性能→金刚石与石墨的成分均 为C，但由于C原子排列不同，前者为无色极坚硬的晶 体，后者为黑色光滑的无定型粉末。
材料的性能不仅取决于材料组成，而且与材 料的结构密切相关。
1.2 材料的结构
1.2.1 概述
1.3 材料的构造
1.3.1 定义
材料的构造是指材料的宏观组织状况。材料的性质与其 构造有密切联系。
1.3.2 材料的构造 致密材料强度高→如钢材；多孔材料密度和强度低→如无 机非金属材料；层状或纤维状的材料各向异性→木材。 1.3.3 材料的孔 多孔材料的性质与其孔的特征参数有关。孔特征参数包括：
混 凝 土 ： 碳 化
水流、泥沙冲刷
贵州马场水库溢洪道决口(09-06-30)
温湿度变化及冻融作用 水或空气中有害成分的侵蚀作用等 实际工程中，环境介质的影响是多方面的，可能是几种化学 侵蚀的复合，同时有冻融、冲刷、磨蚀磨损等物理性破坏。 低潮线以下的水下部分， 主要受到海水的化学侵蚀 (硫酸盐、镁盐侵蚀、Cl- 、 碳酸 ) 潮汐区混凝土，同时还 受海浪、冰凌及泥砂的冲 击、磨耗作用；水位变动 引起的干湿交替，会产生 盐类积累、结晶以及再结 晶的过程
按 构 造 特 征
纤维结构 层状结构 散粒结构 聚集结构
纤维状材料 多层材料叠合 松散颗粒状材料 骨料和胶结材料
木材，玻璃钢、岩棉、GRC 复合墙板、胶合板、纸面石 膏板等 砂石料、膨胀蛭石、膨胀珍 珠岩等 各种混凝土、砂浆、陶瓷等
§2 材料的密度、表观密度和孔隙率
本章的重点之一 要求掌握基本概念、计算等内容 主要讲解块状材料与散体材料的： 一、密度ρ与视密度ρ’ 二、表观密度γ与堆积密度γ’ 三、密实度D、孔隙率P与空隙率P’ 四、计算举例
1.2 材料的结构
1.2.4 微观结构
2) 非晶体 无定形结构或玻璃体结构，质点排列没有一定的规律性 （或仅在局部存在规律性，也称近程有序、远程无序）。 非晶体没有特定的几何外形，各向同性的。非晶体凝固 时没有结晶放热过程，具有较高的化学活性。硅酸盐水泥熟 料中含有一定玻璃体。 3) 胶体 超微颗粒在介质中形成的分散系。其力学性质取决于介质 还是颗粒，分溶胶和凝胶，具有触变性。
1.2 材料的结构
1.2.3 亚微观结构 材料在显微结构层次上的差异对材料的性能有显
著的影响。例如，钢材的晶粒尺寸越小，钢材的强度
越高。又如混凝土中毛细孔的数量减少、孔径减小， 将使混凝土的强度和抗渗性等提高。 对于土木工程材料而言，从显微结构层次上研究并 改善材料的结构，从而提高材料的性能十分重要。
Chapter 1
建筑材料的基本性质
Properties of Construction Materials
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