土木工程材料基本性质

孔隙的类型： 孤立孔、连通孔、开口孔隙、闭口孔 隙
开口孔隙率为开口孔隙体积占材料总体积
的比率。
闭口孔隙率为闭口孔隙体积占材料总体积
的比率。
。
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孔隙的影响
一般随材料内部孔隙的增加，表现为： 表观密度↓； 强度↓、耐磨性↓； 抗冻性↓、抗渗性↓、耐水性↓、耐腐蚀性↓、其它耐
久性↓； 吸水性↑、吸湿性↑； 保温性↑；
保持 仍
变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。
❖ 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。
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❖ 弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形， 后者为不可逆变形。
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比强度
比强度 ❖ 反映材料轻质高强的力学参数是比强度，
是指按单位体积
强度 表观密度 质量计算的材料强度，即材料的
与其
之比（f
/ρ0）。
几种主要材料的比强度
材料 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/(kg/m3) 7 850 2 400 500 2 000 1 700
▪ 2）自然堆积法：堆积成一定形状－量测几何体积－称 重－代入公式
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2、材料的孔隙率和密实度
孔隙率 ❖ （1）
－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
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❖
(
)
抗数 折显 机陶
瓷 砖 抗 折 仪
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强度等级与比强度
❖建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不
同的强度等级或标号。
• 混凝土按抗压强度划分为 C15～C80 • 水泥按抗压和抗拉强度划分为
32.5~62.5 • 砂浆按抗压强度划分为M2.5～M20
六个等级
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实际密度的测量
不 ❖绝对密实状态下的体积－是指 包括材料任何孔隙在内
的体积。 ❖ 实际密度的测量：
▪ 1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等可以量测几何体积－称 重－代入公式
▪ 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材等可以磨成细粉－ 李氏比 重瓶法测试
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李氏比重瓶
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自然状态 （2）表观密度（容重）－材料在
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）
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表观密度的测量
❖自然状态下的体积－是指包含材料内部孔隙在内
第一章、土木工程材料的基本性质
1、材料的基本物理性质 2、材料的力学性质
3、材料与的性质
4、材料的热性质 5、材料的耐久性
土木工程材料基本性质
一、材料的基本物理性质
❖ 1 、材料的密度 、表观密度和堆积密度
绝对密实 （1）密度:材料在
状态下单位体积的质量。
公式：
m
v
单位：g/cm3。
式中 ρ－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）
二、 材料的力学性质
1 、强度和比强度
强度－材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。 ▪ 依受力形式有：抗压强度、抗拉强度、
抗弯强度; 抗剪强度等
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❖ 材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：
fP A
❖
f ——材料的抗压、抗拉或抗剪强度，
MPa；
P ——材料破坏时的最大荷载，N；
A ——受力截面面积，mm2。
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❖ 对于抗弯强度，有两种计算方式。将抗弯试件放在两支点 上，当外力为作用在试件中心的集中荷载，且试件截面为 矩形时，抗弯强度（也称抗折强度）可用下式计算：
3PL fm 2bh
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❖ 若在此试件跨距的三分点上加两个相等的集中荷载 （P/2），抗弯强度按下式计算：
❖
fm
PL bh2
f m ——材料的抗弯（抗折）强度，MPa；
P ——材料破坏时的最大荷载,N；
b，h —— 试件横截面的宽和高，mm。
影响材料强度的因素：孔隙率、表观密度、含水状态、温度情况
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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 。 ❖ 表观密度的测量：
▪ 1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材 烘干－量测几何体积－称重－代入公式
▪ 2）对形状不规则的材料： （为什么要用蜡密封？） 烘干－蜡封－浮力天平
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（3）堆积密度（松散容重）－散粒状材料在自然堆 积状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3
强度/MPa
比强度
420
0.054
40
0.017
100
0.200
450
0.225
10
0.006
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2、材料的弹性与塑性
❖弹性－材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，
完全 材料变形即可消失并能
恢复原来形状的性质。
▪ 弹性模量 E=σ/ε
❖塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，
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固体 ❖ （2）材料的密实度： 指材料体积内被
物质
致密 所充实的程度。反映材料的
程度。
Βιβλιοθήκη Baidu公式
孔隙率与密实度的关系 P+D=1
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❖ 例题：已知一块状材料在干燥状态下质量为120g，自 然状态下的体积为40cm3，绝对密度体积35cm3求 这材的密度、表观密度、密实度、孔隙率。
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3、材料的填充率和空隙率
填充率 （1）
－指散粒材料在某容器的堆积
体积中，被其颗粒填充的程度。反映散粒材料
堆积的致密程度。
❖ 公式
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空隙率 ❖ （2）
－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
❖ 空隙率与填充率的关系
PD1
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❖ 公式：
o
m vo
❖ 式中
o －堆积密度（
g/cm3
）
m －材料的质量（g）
v o －材料的堆积体积（cm3）
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堆积密度的测量
孔 ❖堆积体积－是指包含颗粒内部 隙和颗粒之 空 间的 隙在内的体积。
❖ 堆积密度的测量：
▪ 1）容器法： 散粒材料装入容器－量测体积－称净重－ 代入公式