土木工程材料的基本性质
材料的基本性质—材料的力学性质及耐久性(土木工程材料)
学习情境：材料的基本性质
材料力学性质-强度
强度：材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的 能力称为强度。通俗来说，就是材料承载能力的体现。
所以，对于承重材料来说，强度是最重要的力学指标。
材料力学性质-强度
材料常见的受力形式
（a）抗压
（b）抗拉
（c）抗剪
P=Fmax/S
P=3FmaxL/2bh2
（d）抗弯折
强度P：
材料力学性质-强度
抗压强度P=Fmax/S
1
其中：P------材料强度， MPa（N/mm2）；
Fmax--材料破坏时的最大荷载，N；
S------材料受力面积，mm2。
使用耐久性材料可以使整体工程的综合费用降低，利用率提高，收益增大，因此，研究如何提高材料的耐久性将是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。
混凝土试块
材料力学性质-强度
解析：
（1）求混凝土块的抗压强度：选用公式P=Fmax/S（2）其中Fmax=680kN=680×103N（3）受力面积A=试件截面积（4）试件尺寸a=b=h=150mm，则受力面积S=150mm×150mm
P=Fmax/A =
解答：
=
30.2MPa
ห้องสมุดไป่ตู้
材料力学性质-强度
材料的力学性质
学习情境：材料的基本性质
力学性质
强度：是指材料在应力作用下抵抗破坏的能力。
力学性质
抗压强度（compressive strength）
外力作用方式
抗剪强度(shear strength)
抗拉强度(tensile strength)
抗弯拉（抗折）强度(bending strength)
土木工程材料基础知识
材料的基本性质:1.密度:是指材料在干燥绝对密实状态下单位体积的质量.(不随环境而变）公式：，测量方法：磨碎用李氏密度瓶测量;2.表观密度:是指材料在自然状态下单位体积的质量。
公式:，测量方法：直接测几何尺寸或是在表面涂蜡用排水置换法测量体积；（注：表观密度通常是指在气干状态下，在烘干状态下是干表观密度)3.堆积密度：是指粉状或粒状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。
公式:4.密实度:材料内部材料的体积所占总体积的百分比。
公式：5.孔隙率：指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率.公式：6.填充率：颗粒或粉状材料中材料表观密度占堆积密度的比值。
公式：7.空隙率:颗粒或粉状材料在堆积体积内空隙占总体积的比率.公式：8.孔隙率的影响:（1）表观密度的影响:材料孔隙率大,在相同体积下，它的表观密度就小。
而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。
（2）对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。
(3)对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。
当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多.（4)对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。
(5)对抗冻性的影响：连通的孔隙多,孔隙容易被水充满时,抗冻性差.(6)对导热性的影响:如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。
如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。
（7）闭空孔含量愈大，则材料的保温性能愈好、耐久性愈好。
9.亲水性和憎水性的判断:润湿角θ,θ是亲水材料，θ是憎水材料；10.吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。
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
土木工程材料材料基本性质
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
土木工程材料基本性质
1.1.3 与水有关的性质
3.耐水性(Water resistance)
材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质
指标：软化系数
fb KR fg
fb——材料饱水状态抗压强度，MPa fg——材料干燥状态抗压强度，MPa KR>0.85，称为耐水材料
砖浸水后强度下降
现象
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，见右 图。请分析原因。
土木工程要求材料具备哪些性能？
土木工程的功能
承受荷载 长期可靠性 防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘
要求的材料性能
强度、刚度 耐久性 物理性能 安全性
不污染环境
第1章 土木工程材料基本性质
1.1 材料的物理性质 1.2 材料的力学性质 1.3 材料的耐久性与环境协调性
1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响
值越大，材料越轻质高强
1.2.2 弹性与塑性
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
E
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
1.2.3 韧性与脆性
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
1.3 材料的耐久性与环境协调性
基础知识
1.3.1 材料的耐久性
1.3.2 材料的环境协调性
1.3.1 材料的耐久性
材料在长期使用过程中，能保 持其原有性能而不变质、不破坏的 性质，统称之为耐久性，它是一种 复杂的、综合的性质,包括材料的 抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐 腐蚀性等。材料在使用过程中，除 受到各种外力作用外，还要受到环 境中各种自然因素的破坏作用，这 些破坏作用可分为物理作用、化学 作用和生物作用。要根据材料所处 的结构部位和使用环境等因素，综 合考虑其耐久性，并根据各种材料 的耐久性特点，合理地选用。
土木工程材料材料基本性质
Vｐ= Vk+ VB
定义开口孔孔隙率为
pK
VK V0
定义闭口孔孔隙率为 则孔隙率为
pB
VB V0
p pK pB
第11页，共50页。
2.2 材料的空隙
散粒材料颗粒间的空隙多少用空隙率表示。 (1) 空隙率: 散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分
率
p'
V
' 0
V0
V
' 0
100%
(1
0 0
用吸水率表示，有质量吸水率和体积吸水率 两个定义：
质量吸水率——材料吸水饱和时，吸收的水分质
m m
量占材料干燥时质量的百分率；
W b g 100%
m
m
g
体积吸水率——材料吸水饱和时，吸收的水分体
W
m m b g
1
积占材料干燥时体积的百分率；
100%
v
V
材料0 的体积吸w 水率等于其重量吸水率乘上材料干燥状态时
松弛。
徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。 材料的其它性质见教材，不作为重点。
第20页，共50页。
3.5 抗渗性
定义
材料抵抗 压力水渗透的性质
常用渗透系数或抗渗标号表示：
渗透系数：
ks Qd AtH
k s–––– 渗透系数，cm/h； A –––– 透水面积，cm² ；
Q –––– 透水量，cm³ ；
t –––– 时间，h；
d –––– 试件厚度，cm； H –––– 静水压力水头，cm。
) 100%
(2)填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率
D'
V0
V
' 0
土木工程材料的基本性质
金属材料
有 机 材 料 复 合 材 料
植物质材料 沥青材料 高分子材料 无机非金属材 料和有机材料 的复合
建筑结构材 料
砖混结构 ：石材，砖，水泥混凝土， 钢筋 钢木结构：建筑钢材，木材
砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐 及砌块 墙板：混凝土墙板、石膏板、 复合墙板 防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨 胀珍珠岩石 吸声材料；木丝板、毛毡，泡沫塑料 采光材料：窗用玻璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝 材
建 筑 材 料
墙体材料
建筑功能材 料
第一篇
绪论
二、土木工程材料分类
2、按功能及用途分类 建筑结构材料：承重、传力 建筑功能材料：非承重、非传力 防水材料、装饰材料、保温材料、遮 挡及分隔等墙体材料
第一篇
绪论
三、建筑结构材料的主要种类
1、水泥混凝土及其组成材料 水泥、砂、石、掺合料、外加剂、水。 2、承重墙体材料及其组成材料、地基用材料 水硬性及气硬性胶凝材料、建筑砂浆、砖 （主要为烧结砖及部分蒸养砖和免烧砖）。 3、钢材 板材、管材、型钢、钢筋及钢绞线、高 强螺拴及锚具。
五、土木工程材料的基本性质
（二）、力学性质
3、脆性和韧性 脆性：材料受力达到一定程度后，无明显塑性变形， 便突然破坏的性质。 如：混凝土、玻璃、陶瓷等。 特点：抗压强度高，抗冲击、抗拉、抗振、抗折（弯） 强度低。 韧性：材料在振动或冲击作用下，能吸收较大能量， 并产生较大变形而不突然破坏的性质。 如：低碳钢、合金钢、木材、某些高分子材料等。 特点：抗拉、抗折（弯）强度高。 Wk 冲击韧性指标： k A
1、强度 强度与应力的关系 强度是材料在应力作用下抵抗外力破 坏的能力，它表征材料的力学本性， 是材料本身的性质（抗拉、抗压、抗 剪、抗弯）。 应力是施加于材料上的单位面积的作 用力，是表征外力对材料的作用，与 材料本性无关（压应力、拉应力、剪 应力、弯应力）。
土木工程材料建筑材料的基本性质
8
土木工程材料
二、密度、表观密度和堆积密度
密度 表观密度 堆积密度
9
土木工程材料
1.密 度 (specific density)
定义：
材料在绝对密实状态下单位体积旳质量。
绝密体积：材料在绝对密实状态下旳体积。
不涉及内部孔隙旳体积。如图：
计算式： m
V
绝对密实材料
测定措施：李氏瓶法、排水法。 注意：测试时，材料必须是绝对干燥状态。
10
土木工程材料
试 验 演 示
1.密 度(specific density)
李氏瓶法
11
土木工程材料
2.表观密度(relative density)
定义：材料在自然状态下单位体积旳质量。
表观体积：整体材料旳外观体积V0 （如图） （V0=闭口孔+开口孔+实体）
计算公式：
0
测定措施
m V0
➢ 规则材料：几何法
亲水性材料旳吸水（湿）性比憎水性材料强 ➢亲水性孔壁使水自动吸入； ➢憎水性孔壁难以使水吸入。
32
土木工程材料
思索题
1.为何房屋一楼潮湿？怎样处理？
原因：地下水沿材料毛细管上升，然后 在空气中挥发。 处理问题旳原理与方法
➢ 阻塞毛细通道，掺加引气剂 ➢ 对材料中旳毛细管壁进行憎水处理。
33
土木工程材料
37
土木工程材料
4. 抗渗性
➢定义：材料抵抗压力水渗透旳性质。 ➢指标：
渗透系数 or 抗渗等级
在一定时间t内，透过材料试件 在原则试验措施下进行透
旳水量Q，与试件旳渗水面积 A及水头差H成正比，与渗透 距离(试件旳厚度)d成反比。
土木工程材料的基本性质
1 土木工程材料的基本性质教学内容土木工程材料的基本性质：物理性质，力学性质，与水有关性质，热工性质，耐久性以及材料组成、结构及其对材料性质的影响。
土木工程材料的技术标准。
教学目的：1.了解材料的组成、结构和构造对性质的影响；2.掌握土木工程材料各种性质的基本概念、各种性能指标的数量关系。
3.理解各种因素对材料性质变化的影响及作用。
教学重点：1.材料各种性质的概念2.材料状态参数的计算分析3. 种因素对材料性质变化的影响及作用。
教学难点：1.材料三种密度的概念极其区别；2.材料的微观结构及其对性质的影响。
教学方法：该章内容涉及到中学物理学过的比重、弹性、吸湿等内容，需要结合材料在工程中的实际应用，重新认识和理解比重、弹性、吸湿等相关知识。
其它各种性质，应有针对性的学习和掌握，举例说明各种性质不同，材料选择的原则与方法不同。
对材料组成、结构是影响性质的本质只需掌握一种分析、研究的思维方法。
参考资料：1.《土木工程材料》湖南天津等大学联合编写中国建筑工业出版社出版2.《建筑材料》湖南同济等大学联合编写中国建筑工业出版社出版作业布置：1.P10 1、2、3、4、52.补充：1、2、3、4教学过程设计：1.1材料的组成、结构1.组成材料的组成：包括化学组成和矿物组成。
它是决定材料各种性质的重要因素。
2.结构材料的结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构。
它是决定材料各种性质的最重要因素。
1）宏观结构（构造）：用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织称为宏观结构，可分为：（1）致密结构—如钢材、有色金属、玻璃、塑料、致密的天然石材等，其特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好。
（2）多孔结构—如加气混凝土、泡沫塑料等，其特点是强度较低，吸水性大，抗渗和抗冻性较差，绝缘性较好。
（3）微孔结构—如普通烧结砖、建筑石膏制品等，其特点与多孔结构材料特点相同。
（4）纤维结构—如木材、竹材、玻璃纤维增强塑料、石棉制品等，其特点是平行纤维方向与垂直纤维方向的各种性质具有明显差异。
关于土木工程材料基本性质(1)
1.土木工程材料基本性质：物理性质：密度，孔隙率，含水率，几何尺寸。
力学性质：强度，弹性模量，抗冲击，抗剪性，抗扭曲性。
耐久性能：抗渗性，抗冻性，抗腐蚀性等。
2.胶凝材料：是在物理，化学作用下将其他物理胶结为具有一定力学强度的整体物质。
3.石灰：石灰的主要原料是以碳酸钙为主要成分的矿物，天然岩石，常用的有石灰石，白云石或贝壳等。
4.水泥：水泥是制造各种形式的混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝土建筑物或构筑物的基本材料之一，它广泛应用于建筑，道桥，铁路，水利和国防等工程中。
5.水泥砂浆：水泥砂浆是以砂为主体材料，加入一定量的水泥或其他掺和料和水经拌和均匀而得到的稠状材料。
根据用途可分为：砌筑砂浆，抹灰砂浆，锚固砂浆，补修砂浆，保温砂浆等。
6.水泥混凝土：它是以水泥为胶凝材料，由粗细集料，水混合而成，必要时也可以加入适量的外加剂，掺和料以及其他改性材料改变其性能。
7.防水材料：是指能够防止雨水，地下水，工业污水，湿气等渗透的材料。
应具有防潮，防渗，防漏的功能，以及良好的变形性能与耐老化性能。
分为刚性防水（混凝土，防水砂浆），柔性防水防水卷材，防水涂料，密封材料等）8.绝热材料：是用于减少建筑结构物与环境热交换的一种功能材料。
按化学成分分为有机和无机两类。
按材料构造分为纤维状，松散粒状，多孔组织等。
9.装饰材料：装饰材料不但应具有良好的装饰性能外，还应具有良好的物理学性能，施工与加工性能以及房屋建筑所需的绿色环保特色。
装饰材料包括木，石，砖，石膏，石棉玻璃，陶瓷，金属等。
10.土木工程材料发展趋势：土木工程自身发展与其材料之间存在着相互依赖和相互促进的关系。
随着社会对工程安全，低碳，可持续额发展的需要，土木工程材料需向高强，轻质，耐久以及节能，环保，生态等方向发展。
11.地基：承受建筑物荷载的那一部分土层成为地基，建筑物向地基传递荷载的下部结结构称为基础。
地基与基础是保证建筑物安全和满足使用要求的关键之一。
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
土木工程材料的基本性质
第1章土木工程材料的基本性质第1章土木工程材料的基本性质•1.1 材料的物理性质(physical properties) –1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度•(1)密度(density)–近似密度（视密度）(apparent density)•(2)表观密度(apparent density)•(3)堆积密度（散粒体）(bulk density)(for particles) –压实密度（compacted density）1 密实材料，如金属材料、花岗岩等材料的内部密实而没有孔隙VM ρ 密度：材料的密度－（1）密度2材料的内部有许多孔隙孔隙材料，如砖头、混凝土、木材等孔表观密度：VVMVM+==ρ%VV100⨯=孔孔隙率%VV100⨯=密实度3 内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等堆积材料颗粒的内部有许多孔隙堆积材料颗粒之间存在许多空隙空孔堆积密度：V V V M V M ++='='00ρ%V V 1000⨯'=空空隙率%V V 10000⨯'=填充率end第1章土木工程材料的基本性质–1.1.2 材料的密实度与孔隙率»(1)密实度(density)»(2)孔隙率(porosity)第1章土木工程材料的基本性质–1.1.3 材料的填充率与空隙率（散粒体）•(1)填充率(filling ratio)•(2)空隙率(voids ratio, void content, void volume) »表1.1 常用材料的密度、表观密度、堆积密度第1章土木工程材料的基本性质• 1.1.4 材料与水有关的性质– (1) 材料的亲水性与憎水性•亲水性（被水润湿θ 90°）(hydrophilic nature)•憎水性（润湿角θ>90°）(hydrophobic nature) –(2) 材料的吸水性与吸湿性•吸水性(water absorptivity)»吸水率(water absorption)•吸湿性(hydroscopic nature)»含水率(moisture content)–(3) 材料的耐水性(抗水性)(water resistance)»软化系数(softening coefficient)第1章土木工程材料的基本性质–1.1.5 材料的抗冻性与抗渗性•(1)抗冻性(frost resistance)»水结冰时体积约增大9％，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。
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。
土木工程材料的基本性质常用资料
第二节 材料的基本力学性质
例：混凝土材料，通包过调括整原承材受料品荷种及载配的合比能，可力以（获得强具有度不）同强、度、变表形观密（度等弹性性质的、混凝塑土性； 、弹性 （4）影响因素模：量孔隙）率、、含断水率裂。（脆性、韧性）等。
8、材料的结构是如何影响其性能的？ 10、材料的性能与使用性能有何关系？ 2%，将该石灰石破碎成石子，石子的堆积密度为1580kg/m3，求此石子的表观密度和空隙率。
土木工程材料的基 本性质
第一节 材料的物理性质
包括与重量、构造状态有关的性质（密度、孔隙率）；与 水有关的性质（亲水性、吸水性、耐水性）；与热有关的性质 （导热性）；与声有关的性质（吸声性）。
基本概念
密度，表观密度，容积密度，堆积密度；孔隙率，孔隙特 征；空隙率；润湿角，亲水性；吸水率，含水率；导热系数， 热阻，热容量。亲水性材料，绝热材料，吸声材料。
3、一块砖，外形尺寸240*115*53mm，从室外取来时重量为2700g， 浸水饱和后重量为2850g，绝干时重量为2600g，求此砖的含水率、 吸水率、干表观密度。
4、某石灰石的密度为2.70g/cm3，孔隙率为1.2%，将该石灰石 破碎成石子，石子的堆积密度为1580kg/m3，求此石子的表观密 度和空隙率。
材料科学的一6个、基本建原筑理是物：材的料屋的性面能取、决外于材墙料的、组基成与础结构所。使用的材料各应具备哪些性质？
8、材料的结构是如何影响其性能的？
屋面：抗弯、抗冲、轻质、抗渗、抗冻、保温隔热、耐候性。 外墙：抗压、抗冲、轻质、抗渗、抗冻、保温隔热、耐候性、隔声。 基础：抗压、耐水、耐腐蚀、抗渗。
7强、度材，料比的强组度成；是基如本何影概响念其性能的？
2%，将该石灰石破碎成石子，石子的堆积密度为1580kg/m3，求此石子的表观密度和空隙率。
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憎水性材料：润湿角θ＞90° 水分子间内聚力＞水分子与材料分子间吸引力
10
2. 吸水性(Absorption)与吸湿性(Hygroscopicity) （1）吸水性——饱水状态（吸水饱和）恒值
质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率 体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率
(测试方法不同，获得体积大小不同）
h
m v'
若m为自然气干质量，则称为体积密度。
三种密度区别：m为材料的烘干质量；
v不同，可为实体体积，表观体积，毛体积。
密度
表观密度 毛体积密度 5
（4）堆积密度 (Loose density)：
散粒状材料单位堆积体积（开口+闭口+实体+间隙）
的质量。
1
m v1
——反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。
2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复
18
1.2.3 韧性(Fragility)和脆性(Tenacity) 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 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. 几种密度
（1）密度 (Density)： 材料在绝对密实状态下，单位
实体体积的干质量。 m
v
V V0 V´
（2）表观密度 (Apprent density)：
材料单位表观体积（闭口+实体）的干质量。
0
m v0
4
（3）毛体积密度 (容积密度、容重）(Bulk density)：
材料单位毛体积（闭口+开口+实体）的干质量。
Ks的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。
（2）抗渗等级
指石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。
如：最大承水压力为0.2MPa，表示为P2，另有P4、P6 、P8、P10…
13
5. 抗冻性(Freeze-thaw durability)
——材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏 强度又不显著下降的性质。
原因：熔融物质急冷，来不及成晶而成。 如玻璃体(粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰)， 化学潜能大，一定条件下发生化学反应。
23
1.4.3 材料的构造对性能的影响
——具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。
与结构的区别： 构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。 如材料的(孔隙、层理、纹理、疵病等)
——指材料强度与其表观密度之比。 意义：反映材料轻质高强的指标。
值越大，材料越轻质高强
17
1.2.2 弹性(Elasticity)和塑性(Mould) 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 E
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。
1.3.1 耐久性(Durability)——材料抵抗外力破坏的能力。 耐久性为综合性质：
(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。
1.3.2 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”
21
1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响 1.4.1 材料的组成对性质的影响
F A
（MPa）
F——破坏时的最大荷载，N A——受力截面面积，mm2
15
（2）抗弯强度（抗折强度 Bending strength）
L/2 L/2
3FL 单点加荷： f 2bh2
三分点加荷：
f
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FL bh2
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
16
2.比强度(Strength-weight ratio)
因素：水、负温度 抗冻等级：能经受冻融循环的最大次数，
记为F50、F100、F200、F300 …
14
1.2 材料的力学性质
1.2.1 强度 (Strength) ——材料抵抗外力破坏的能力。
1.几种强度 （1）抗压(Compressive)、抗拉(Tensile)、抗剪(Shearing)强度
f
第1章 土木工程材料的基本性质
1
第1章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的物理性质 ▲ 1.2 材料的力学性质 ▲ 1.3 耐久性与环境协调性 ▲ 1.4 材料的组成、结构、构造及其
对性能的影响
2
1.1 材料的物理性质
1.1.1 物理常数 物理常数：是材料内部组成结构状态的反映参数。
1.固体（实体） 2.闭口孔隙 3.开口孔隙 3
8
（2）空隙率与填充率 ——散粒状材料
空隙率
P'
空隙体积 堆积体积
100 % V1 V0 V1
100 % (1
1 ) 100 % 0
填充度
D'
颗粒体积 堆积体积100%
V' V1
100%
1 '
100%
9
1.1.2 材料与水有关的性质
1.亲水性与憎水性 (Water affinity、Water repellency)
（2）吸湿性——自然状态 变值
★ 含水率：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率
W m1 m0 100 % m0
m1——材料湿质量，g mo——材料干质量，g
11
3.耐水性(Water resistance)
——材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质 指标：软化系数
KR
fb fg
24
作 业：
P18 1、2、3、4
注意：定义的给定条件和含义
25
The end of this Part.
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26
1.化学组成——构成材料的化学元素及化合物的种类与数量。 2.矿物组成——矿物种类和数量。天然的，人工烧制的。 3.相——组织均匀的物质。
22
1.4.2 材料的结构对性质的影响
1.宏观结构 2.亚微观结构 （细观） 包括纳米微观结构 3.微观结构 ❖ 晶体 ——按一定的规则在空间呈有规律的排列。 ❖ 非晶体 ——不定形。
2. 孔隙率(Porosity)和空隙率 (Peecenbagee of void) （1）孔隙率与密实度(对应概念) ——单块材料
孔隙率
孔隙体积 P 总体积
100
%
V
' V'
V
100 % (1
' ) 100 %
密实度
D
实体体积 总体积
100 %
V V'
100 %
'
100 %
同理，可计算出开口闭口孔隙率，实用意义不大。
fb——材料饱水状态抗压强度，MPa fg——材料干燥状态抗压强度，MPa
注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。
KR>0.85，称为耐水材料
12
4.抗渗性(Water tightness)
——抵抗压力水渗透的性质
（1）渗透系数
透水量：
Q KS
AtH d
Qd 渗透系数： KS AtH
19
1.2.4 硬度(Hardness)和耐磨性(Abradability) 1.硬度——抵抗外物压入或刻划的能力。
可采用：摩氏硬度（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）
20
1.3 耐久性与环境协调性
6
几种密度的特点： ★
相同点：指单位体积质量。（质量/体积） 区别：测试方法不同，获得体积大小不同
体积的测试方法：
实体体积 ——李氏比重瓶法(粉末) 表观体积(实体＋闭口) —— 排水法(水中重法) 毛体积（实体＋闭口＋开口）
——规则试件：计算法； 不规则试件：饱和排水法
堆积体积(实体＋闭口＋开口＋间隙)——密度筒法 7