土木工程材料重点知识概括

土木工程材料

第一章

1.土木工程材料：指土木工程中使用的各种材料及制品

2.土木工程材料的分类：

按来源：天然材料及人造材料；

按部位：屋面、墙体和地面材料等；

按功能：结构材料和功能材料；

按组成物质：无机材料、有机材料和复合材料

无机材料：

金属材料 黑色金属、有色金属

非金属材料 天然石材、烧土制品、胶凝材料、混凝土及砂浆 有机材料：

植物材料、沥青材料、合成高分子材料

复合材料：

无机非金属材料与有机材料复合、

金属材料与无机非金属材料复合

金属材料与有机材料复合

3.材料的组成

化学组成：化学组成是指构成材料的化学成分(元素或化合物)。

物相组成：物相是具有相同物理、化学性质，一定化学成分和结构特征的物质。

4.材料的结构和构造：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。 材料的结构按尺度范围可分为:

宏观结构：是指用肉眼或放大镜可分辨出的结构状况，其尺度范围在10-3m 级以上。 介观结构(显微结构、纳米结构）：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。尺度范围在10-3m~10-9m 。按尺度范围，还可分为显微结构和纳米结构。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10-3m~10-7m 。纳米结构是指一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构。其尺度范围在10-7m~10-9m 。

微观结构指原子或分子层次的结构。分为晶体和玻璃体。

晶体是质点（原子、分子、离子）按一定规律在空间重复排列的固体，具有一定的几何形状和物理性质。晶体质点间结合键的特性决定晶体材料的特性。

玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的内部质点无序排列的固体或固态液体。

材料的构造：是指具有特定性质的材料结构单元的相互搭配情况。

5.密度：指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。m p v

= 近似密度：指材料在包含闭口孔隙条件下，单位体积的质量。'm p v = 表观密度（容重）：指材料在自然状态下，单位体积的质量。00

m p v =

堆积密度：指散粒状或纤维状材料在堆积状态下，单位体积的质量。'0'0

m p v = 6.密实度：材料体积（自然状态）内固体物质的充实程度，称为材料的密实度(D)。0

V D=100%V ⨯ 孔隙率：材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率

V ρP=(1-)100%(1)100%V ρ⨯=-⨯，分为总孔隙率（简称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率。 开口孔隙率：材料内部开口孔隙的体积占材料在自然状态下体积的百分率，称为材料的开口孔隙率(Pk)。 0k k 0a

ρV P 100%(1)100%V ρ=⨯=-⨯ 闭口孔隙率：材料内部闭口孔隙的体积占材料在自然状态下体积的百分率，称为材料的闭口孔隙率(Pb)。b

b k

0V P =100%P-P V ⨯= 7.填充率：散粒材料在堆积状态下，颗粒填充的体积占堆积体积的百分率，称为填充率。0000

V ρD 100%V ρ''==⨯' 空隙率：散粒材料在堆积状态下，颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率，称为空隙率。00a

ρV P 1(1)100%V ρ'''=-=-⨯' 间隙率：散粒材料在堆积状态下颗粒间空隙体积占堆积体积的百分率，称为间隙率。00000

V ρP =1=(1)100%V ρ''--⨯' 8.亲水性与憎水性：当材料与水接触时，如果材料表面可以被水所润湿，则称材料具有亲水性；这种材料称为亲水性材料。若材料表面不能被水所润湿，则称材料具有憎水性。此种材料称为憎水性材料。

9.含水率（质量）：材料中所含的水分与材料干燥状态下的质量之比。1

m -m W=100m

⨯ 含水率（体积）：材料中所含的水分的与材料自然状态下的体积之比。1

00

m -m W =100V ⨯ 吸水性：材料在水中吸收水分的能力称为材料的吸水性，常用吸水率表示。材料吸水饱和时的含水率称为吸水率。

吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性，常用含水率表示。材料吸收的水分与释放的水分达到平衡时的含水率称为平衡含水率。

耐水性：材料抵抗水的破坏作用的能力称为材料的耐水性。结构材料的耐水性用软化系数来表示：=材料在吸水饱和状态下的抗压强度软化系数材料在干燥状态下的抗压强度

抗渗性：抗渗性是指材料抵抗压力水或其它液体渗透的性质。抗渗性可用渗透系数和抗渗等级表示。根据达西定律，渗透系数K 为：Qd K AtH

= 渗透系数越小，材料的抗渗性越好。 10.材料的理论强度：指材料在理想状态（无缺陷）下应具有的强度。

材料在理想状态下受力破坏的原因：

拉力造成结合健断裂

剪力造成质点间滑移

材料的理论抗拉强度：

f

t

材料的强度：材料抵抗外力破坏的能力称为强度。

按外力施加的方式分为：

静力强度

动力强度

按外力作用的方式分为：

抗压强度

抗拉强度及抗弯强度

抗剪强度

影响材料强度的因素:

组成和结构

外力作用方式

测试条件

11.弹性与塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，能够完全恢复原来形状的性能称为弹性。这种能完全恢复的变形称为弹性变形。

材料在外力作用下产生显著变形，但不断裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性质称为塑性。这种不可恢复的残余变形称为塑性变形。

12.脆性与韧性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突然破坏的性质称为脆性。

材料在外力的作用下，能够吸收较大的能量，同时产生一定的变形而不致破坏的性能称为韧性。

材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大能量，产生一定的变形而不致破坏的性质称为冲击韧性。

13.脆性材料：指塑性变形很小，且抗压强度与抗拉强度的比值较大（5~50倍）的材料，无机非金属材料多属于脆性材料。

韧性材料：指变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度与抗压强度接近的材料，木材、建筑钢材、橡胶等属于韧性材料。

14.材料的耐久性：材料在使用过程中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能，不破坏、不变质的性质称为耐久性。

土木工程材料在使用过程中，材料自身和环境的各种因素破坏作用可归纳为: 物理作用:光、热、电、温度变化、干湿变化、冻融循环等

化学作用:各种酸、碱、盐及其水溶液、各种腐蚀性气体的作用

生物作用: 菌类、昆虫等的侵害作用等

15.材料的安全性：是指材料在生产和使用过程中是否对人类或环境造成危害的性能。

土木工程材料的安全性可划分为：

灾害安全性：指在发生灾害时，材料是否对人或结构造成危害的性能

卫生安全性：指材料在生产和使用的过程中，是否对人的健康造成危害的性能。

环境安全性：指材料在生产和使用过程中，是否对环境造成危害的性能。