材料的基本物理性质 1

项目一建筑材料基本性质

（1）真实密度（密度）

岩石在规定条件(105土5)℃烘干至恒重，温度20℃)下，单位矿质实体体积(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。真实密度用ρt表示，按下式计算：

式中：ρt——真实密度，g/cm3 或 kg/m3；

m s——材料的质量，g 或 kg；

Vs——材料的绝对密实体积，cm3或 m3。

因固

测定方法：李氏比重瓶法

将石料磨细至全部过0.25mm的筛孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。（2）毛体积密度

岩石在规定条件下，单位毛体积(包括矿质实体和孔隙体积)质量。

表示，按下式计算：

毛体积密度用ρ

d

式中：ρd——岩石的毛体积密度, g/cm3或 kg/m3；

m s——材料的质量，g 或 kg；

Vi、Vn——岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积，cm3或m3。（3）孔隙率

岩石的孔隙率是指岩石内部孔隙的体积占其总体积的百分率。孔隙率n按下式计算：

式中：V——岩石的总体积，cm3或 m3；

V0——岩石的孔隙体积，cm3或 m3；

ρd——岩石的毛体积密度, g/cm3或 kg/m3

ρt——真实密度, g/cm3或 kg/m3。

2、吸水性

岩石的吸水性是岩石在规定的条件下吸水的能力。

岩石与水作用后，水很快湿润岩石的表面并填充了岩石的孔隙，因此水对岩石的破坏作用的大小，主要取决于岩石造岩矿物性质及其组织结构状态(即孔隙分布情况和孔隙率大小)。为此，我国现行《公路工程岩石试验规程》规定，采用吸水率和饱水率两项指标来表征岩石的吸水性。（1）吸水率

岩石吸水率是指在室内常温(202℃)和大气压条件下，岩石试件最大的吸水质量占烘干(1055℃干燥至恒重)岩石试件质量的百分率。

吸水率ｗa的计算公式为：

式中：m h——材料吸水至恒重时的质量（g）；

m g——材料在干燥状态下的质量（g）。

（2）饱和吸水率

在强制条件下（沸煮法或真空抽气法），岩石在水中吸收水分的能力。

吸水率ｗ

的计算公式为：

sa

式中：m b——材料经强制吸水至饱和时的质量（g）；

m g——材料在干燥状态下的质量（g）。

饱水率的测定方法(JTG E41—2005)：

采用真空抽气法。因为当真空抽气后占据岩石孔隙内部的空气被排出，当恢复常压时，则水即进入具有稀薄残压的岩石孔隙中，此时水分几乎充满开口孔隙的全部体积；而通常认为在常压下测定的吸水率，此时水分只充填部分孔隙，所以，饱水率大于吸水率。

饱水率的计算方法与吸水率相同。吸水率与饱和吸水率之比称为饱水系数（Kw)当 Kw>90%时，抗冻性较差。

岩石的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过岩石的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。岩石内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。

3、耐久性：

岩石抵抗大自然因素作用的性能。

目前已列入我国《公路工程岩石试验规程》（JTG E41—2005）的方法有：(1)抗冻性。(2)坚固性。

(1)抗冻性：

岩石抗冻性是指岩石在吸水饱和状态下，抵抗多次冻结和融化作用而不发生显著破坏，同时也不严重降低强度的性质。

Ø岩石吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。

我国现行抗冻性的试验方法是采用直接冻融法。该方法是将岩石加工为规则的块状试样，在常温条件下(205℃)，采用逐渐浸水的方法，使开口孔隙吸饱水分，然后置于负温（通常采用-15℃)的冰箱中冻结4h，最后在常温条件下融解，如此为一冻融循环。经过10、15、25或50次循环后，观察其外观破坏情况并加以记录。岩石抗冻质量损失率

式中：m s——试验前烘干试件的质量（g）

m f——试验后烘干试件的质量（g）

此外，抗冻性亦可采用未经冻融的岩石试件抗压强度与冻融循环后的岩石试件抗压强度比值（称为冻融系数）表示。

冻融破坏的原因：

材料有孔且孔隙含水；

水→冰体积膨胀9％，结冰压力高达100MPa ；

结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；

裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度；

影响抗冻性的因素：

1.材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。

2.材料的孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差。

3.材料的强度强度越高则其抗冻性越好。

4.材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。

5.材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越。

(2)坚固性：评定岩石试样经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干循环后，不发生显著破坏或强度降低的性质。

将烘干岩石试件置入饱和硫酸钠溶液中浸泡20h后，将试件取出置于105土5℃的烘箱中烘烤4h，至此完成第1个循环。待试样冷却至20~25℃后，即开始第2个循环。从第2个循环起，浸泡和烘烤时间均为4h。完成5次循环后，仔细观察试件有无破坏现象，将试件洗净烘至恒重，准确称出其质量，计算坚固性试验质量损失率。

质量损失率:

式中：Q冻——冻融后的质量损失率(％)

m

——试验前烘干试件的质量(g)

1

——试验后烘干试件的质量(g)

m

2

（二）力学性质

1、单轴抗压强度

式中：R——岩石单轴抗压强度， MPa；

P——材料破坏时的最大荷载，N；

A——试件受力面积，mm2。

2、磨耗性

指石料抵抗撞击、剪切和磨擦等综合作用的性质。材料的磨耗性用磨耗率表示，计算公式如下：

式中： G——材料的磨耗率，（g/cm2）；

m

——材料磨损前的质量，（g）；

1

m

——材料磨损后的质量，（g）；

2