第一章材料基本性质优秀课件
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与水有关的若干性质 与热有关的若干性质 与声音有关的性质
⑵力学性质： 材料在应力作用下有关抵抗破坏和变
形的能力，包括强度、比强度、弹性 塑性、韧性及脆性。
⑶化学性质： 材料发生化学变化的能力及抵抗化学
腐蚀的稳定性。 ⑷耐久性： 材料在使用过程中能长久保持其原有
性质的能力
1.1 材料的物理性质
★与质量有关的基本物理参数 ★与水有关的若干性质
第一章材料基本性质
第一章 土木工程材料的基本性质
本章重点及难点
材料的组成结构及物性参数对材料的物理 性质、力学性质、耐久性等的影响
思考题？
1. 为什么要研究材料的基本性质（物理性质、 力学性质、耐久性）？ 2. 建筑物对不同部位的材料性能要求一样吗？
第一章 土木工程材料的基本性质
材料的性质分四个方面： ⑴物理性质： 与质量有关的基本物理参数
1.1 材料的物理性质
2.吸水性与吸湿性
【概念区分】 吸水性：在水中吸水的能力 吸湿性：在潮湿空气中吸水性质，具可逆性。 【评价指标】 吸水性——质量吸水率 Wm
体积吸水率 W v= W m • ρ0 吸湿性——含水率 W h （平衡含水率概念） 【应用分析】 （1）材料吸水性与吸湿性大小对强度、保温隔热 性、吸音等工程应用性能的影响？ （2）分析孔隙对吸水性与吸湿性大小的影响？
1.1 材料的物理性质
5.抗冻性
【概念】材料在吸水饱和状态下经受多次冻融 循环作用不破坏，也不严重降低强度的性质
【评。价指标】 抗冻等级Fn 如F25、 F50、 F100、 F200等
【应用分析】
抗冻等级的选定据结构物种类、使用条件、气候条件 决定。 砖、面砖、轻混凝土等墙体材料： F15 、F25或 F35； 道路、桥梁用混凝土： F50、 F100、 F200； 水工混凝土： F500
影响测试强度的因素： 材料组成、孔隙率、含水率、试件尺寸大 小、加荷速度、表面状况、环境温湿度等。
1.1 材料的物理性质
4.抗渗性
【概念】材料抵抗压力水渗透的性质。 （与耐水性区别）
【评价指标】 工程中常用抗渗等级Pn来评价
(以规定的试件、标准实验方法测定所能承受的 最大水压力，如P4、P6、P8) 【应用分析】
地下建筑、水工建筑及防水材料等要求一定的抗渗性。 （1）分析抗渗性的影响因素？（孔隙的影响，材料憎 水性和亲水性的影响) （2）分析抗渗性对耐久性的影响？提高抗渗性措施？
-
花岗岩 2.6-2.9 2500-2800 -
石灰岩
2.6 1800-2600 -
普通砼
2.7 2000-2600 -
砂
2.6
-
1450-1650
水泥
3.1
-
1200-1300
粘土空心砖 2.5 1000-1400 -
木材
1.55
400-800
-
1.1 材料的物理性质
二、材料与水有关的性质
亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性 耐水性与抗渗性 抗冻性 （概念区分、评价指标及应用分析）
1.1 材料的物理性质
思考题
1.上面几种密度有何区别？如何测定？材料含水 对四者有何影响？
2.测知各种材料的几种密度有何用途？ 3.材料的孔隙、空隙、间隙的区分，孔隙率与空
隙率、间隙率的区别？ 4.材料的密实度和填充率有何区别？密实度和孔
隙率有何关系？填充率和间隙率有何关系？ 5.材料密度、体积密度、孔隙率之间有何关系？ 6.材料的堆积密度和间隙率有何关系？ 7.材料内部孔隙对材性的影响应从哪两方面分析？
砼KS<0.8 冻害才明显减少。
1.1 材料的物理性质
三、材料与热有关的性质
导热性(导热系数）、热容量、比热等
工程应用： 建筑物围护结构（墙体、屋盖）选用 导热系数小、热容量大的材料，导热 系数也是工业窑炉及冷藏库绝热层厚 度的重要数据。
1.2 材料的力学性质
强度、比强度、弹性、塑性、徐变、 韧性及脆性、硬度、耐磨性等 （概念、影响因素及工程应用）
从两方面分析孔隙对材料性质的影响
①孔的多少（孔隙率）
大孔
尺寸大小 细孔
微孔
②
孔隙
孤孔
三大 是否相互贯通
特征
连通孔
开口孔
与外界是否连通
闭口孔
材料的内部孔隙示意
1.1 材料的物理性质
常用材料密度与表观密度值
材料
密度 体积密度 堆积密度
（g/cm3) (kg/m3) (kg/m3)
钢材
7.85 7850
1.1 材料的物理性质
1.亲水性与憎水性
【概念区分】
亲水性：润湿角θ≤90℃ 憎水性：润湿角θ≥90℃
【应用分析】
土木工程材料多为亲水性材料，如混凝土、钢材、 砖石等， 少数材料（多为有机材料）为憎水材料， 如沥青、石蜡、塑料、有机硅等。
憎水性材料常被用作防水材料或亲水性材料的复面 层，以提高其防水、防潮性能。
1.1 材料的物理性质
3.耐水性
【概念】材料长期在水作用下不破坏，强度 也不显著降低的性质。
【评价指标】 软化系数 Kp （结构材料）（ Kp =fw/fd) Kp ：0 ~ 1（粘土KP=0，金属Kp=1） Kp＞0.85 为耐水材料
【应用分析】 长期处于水中或潮湿环境中的重要结构必 用KP＞0.85 的材料，受潮较轻或次要结构 物KP不宜小于0.75。
1.1 材料的物理性质
5.抗冻性
【思考】
（1）分析抗冻性的影响因素？
（内因：孔隙率、孔隙特征、充水程度（水饱度） 及材料本身强度高低； 外因：冻融温度、降温速度、 冻融频繁程度等）
（2）提高抗冻性措施有哪些？
注：充水程度（水饱度）：
Ks
=Vsw Vp
=WV P
=Pk =Vk P Vp
KS>0.91 抗冻性差， KS<0.91 抗冻性较好，
1.2 材料的力学性质
(ａ)抗压 (ｂ)抗拉 (ｃ)抗折 (ｄ)抗剪 图1-4 材料的受力形式
1.2 材料的力学性质
一、强度： 包括：拉、压、剪、弯、扭等静力强度， 以及抗疲劳、抗冲击等动力强度。
比强度：材料单位体积重量的强度（强度/ 体积密度），评价材料是否轻质高强的 指标。玻璃钢：0.225；低碳钢：0.054； 铝合金：0.160；砼：0.056
与热有关的若干性质 与声音有关的性质
1.1 材料的物理性质
一、与质量有关的基本物理参数
（重点掌握：概念、参数测定方法及计算以及参数变化对材性的影响 ）
密度 ρ 表观密度ρ’(又称视密度 ） 体积密度ρ0 （俗称容重) 堆积密度ρ0’ 孔隙率 P 密实度 D 空隙率 P’ 间隙率 P0’
’
材料组成结构示意图
⑵力学性质： 材料在应力作用下有关抵抗破坏和变
形的能力，包括强度、比强度、弹性 塑性、韧性及脆性。
⑶化学性质： 材料发生化学变化的能力及抵抗化学
腐蚀的稳定性。 ⑷耐久性： 材料在使用过程中能长久保持其原有
性质的能力
1.1 材料的物理性质
★与质量有关的基本物理参数 ★与水有关的若干性质
第一章材料基本性质
第一章 土木工程材料的基本性质
本章重点及难点
材料的组成结构及物性参数对材料的物理 性质、力学性质、耐久性等的影响
思考题？
1. 为什么要研究材料的基本性质（物理性质、 力学性质、耐久性）？ 2. 建筑物对不同部位的材料性能要求一样吗？
第一章 土木工程材料的基本性质
材料的性质分四个方面： ⑴物理性质： 与质量有关的基本物理参数
1.1 材料的物理性质
2.吸水性与吸湿性
【概念区分】 吸水性：在水中吸水的能力 吸湿性：在潮湿空气中吸水性质，具可逆性。 【评价指标】 吸水性——质量吸水率 Wm
体积吸水率 W v= W m • ρ0 吸湿性——含水率 W h （平衡含水率概念） 【应用分析】 （1）材料吸水性与吸湿性大小对强度、保温隔热 性、吸音等工程应用性能的影响？ （2）分析孔隙对吸水性与吸湿性大小的影响？
1.1 材料的物理性质
5.抗冻性
【概念】材料在吸水饱和状态下经受多次冻融 循环作用不破坏，也不严重降低强度的性质
【评。价指标】 抗冻等级Fn 如F25、 F50、 F100、 F200等
【应用分析】
抗冻等级的选定据结构物种类、使用条件、气候条件 决定。 砖、面砖、轻混凝土等墙体材料： F15 、F25或 F35； 道路、桥梁用混凝土： F50、 F100、 F200； 水工混凝土： F500
影响测试强度的因素： 材料组成、孔隙率、含水率、试件尺寸大 小、加荷速度、表面状况、环境温湿度等。
1.1 材料的物理性质
4.抗渗性
【概念】材料抵抗压力水渗透的性质。 （与耐水性区别）
【评价指标】 工程中常用抗渗等级Pn来评价
(以规定的试件、标准实验方法测定所能承受的 最大水压力，如P4、P6、P8) 【应用分析】
地下建筑、水工建筑及防水材料等要求一定的抗渗性。 （1）分析抗渗性的影响因素？（孔隙的影响，材料憎 水性和亲水性的影响) （2）分析抗渗性对耐久性的影响？提高抗渗性措施？
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花岗岩 2.6-2.9 2500-2800 -
石灰岩
2.6 1800-2600 -
普通砼
2.7 2000-2600 -
砂
2.6
-
1450-1650
水泥
3.1
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1200-1300
粘土空心砖 2.5 1000-1400 -
木材
1.55
400-800
-
1.1 材料的物理性质
二、材料与水有关的性质
亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性 耐水性与抗渗性 抗冻性 （概念区分、评价指标及应用分析）
1.1 材料的物理性质
思考题
1.上面几种密度有何区别？如何测定？材料含水 对四者有何影响？
2.测知各种材料的几种密度有何用途？ 3.材料的孔隙、空隙、间隙的区分，孔隙率与空
隙率、间隙率的区别？ 4.材料的密实度和填充率有何区别？密实度和孔
隙率有何关系？填充率和间隙率有何关系？ 5.材料密度、体积密度、孔隙率之间有何关系？ 6.材料的堆积密度和间隙率有何关系？ 7.材料内部孔隙对材性的影响应从哪两方面分析？
砼KS<0.8 冻害才明显减少。
1.1 材料的物理性质
三、材料与热有关的性质
导热性(导热系数）、热容量、比热等
工程应用： 建筑物围护结构（墙体、屋盖）选用 导热系数小、热容量大的材料，导热 系数也是工业窑炉及冷藏库绝热层厚 度的重要数据。
1.2 材料的力学性质
强度、比强度、弹性、塑性、徐变、 韧性及脆性、硬度、耐磨性等 （概念、影响因素及工程应用）
从两方面分析孔隙对材料性质的影响
①孔的多少（孔隙率）
大孔
尺寸大小 细孔
微孔
②
孔隙
孤孔
三大 是否相互贯通
特征
连通孔
开口孔
与外界是否连通
闭口孔
材料的内部孔隙示意
1.1 材料的物理性质
常用材料密度与表观密度值
材料
密度 体积密度 堆积密度
（g/cm3) (kg/m3) (kg/m3)
钢材
7.85 7850
1.1 材料的物理性质
1.亲水性与憎水性
【概念区分】
亲水性：润湿角θ≤90℃ 憎水性：润湿角θ≥90℃
【应用分析】
土木工程材料多为亲水性材料，如混凝土、钢材、 砖石等， 少数材料（多为有机材料）为憎水材料， 如沥青、石蜡、塑料、有机硅等。
憎水性材料常被用作防水材料或亲水性材料的复面 层，以提高其防水、防潮性能。
1.1 材料的物理性质
3.耐水性
【概念】材料长期在水作用下不破坏，强度 也不显著降低的性质。
【评价指标】 软化系数 Kp （结构材料）（ Kp =fw/fd) Kp ：0 ~ 1（粘土KP=0，金属Kp=1） Kp＞0.85 为耐水材料
【应用分析】 长期处于水中或潮湿环境中的重要结构必 用KP＞0.85 的材料，受潮较轻或次要结构 物KP不宜小于0.75。
1.1 材料的物理性质
5.抗冻性
【思考】
（1）分析抗冻性的影响因素？
（内因：孔隙率、孔隙特征、充水程度（水饱度） 及材料本身强度高低； 外因：冻融温度、降温速度、 冻融频繁程度等）
（2）提高抗冻性措施有哪些？
注：充水程度（水饱度）：
Ks
=Vsw Vp
=WV P
=Pk =Vk P Vp
KS>0.91 抗冻性差， KS<0.91 抗冻性较好，
1.2 材料的力学性质
(ａ)抗压 (ｂ)抗拉 (ｃ)抗折 (ｄ)抗剪 图1-4 材料的受力形式
1.2 材料的力学性质
一、强度： 包括：拉、压、剪、弯、扭等静力强度， 以及抗疲劳、抗冲击等动力强度。
比强度：材料单位体积重量的强度（强度/ 体积密度），评价材料是否轻质高强的 指标。玻璃钢：0.225；低碳钢：0.054； 铝合金：0.160；砼：0.056
与热有关的若干性质 与声音有关的性质
1.1 材料的物理性质
一、与质量有关的基本物理参数
（重点掌握：概念、参数测定方法及计算以及参数变化对材性的影响 ）
密度 ρ 表观密度ρ’(又称视密度 ） 体积密度ρ0 （俗称容重) 堆积密度ρ0’ 孔隙率 P 密实度 D 空隙率 P’ 间隙率 P0’
’
材料组成结构示意图