土木工程材料第一章

防水防潮材料
• 亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态
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干燥状态：材料的孔隙中不含水或含水极微； 气干状态：材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡； 饱和面干状态：材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和； 湿润状态：材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿 附有一层水膜。 • 除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态 之间的过渡状态中。
D P 1 或
填充率+空隙率=1
/ / V V V P / S/ 0 / 0 100% (1 0 ) 100% 0 V0 V0
例 题
某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干 燥，用一个10升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是 13.50Kg；再从桶中取出1000g的碎石，让其吸水饱和后用 布擦干，称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水 注满这广口瓶，连盖称重为1411g，水温为25C，将碎石倒 出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g；另外从洗 净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉， 称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。请问？
如何测？
堆积体积:散粒材料填充容器的体积。 固体体积＋孔隙体积＋颗粒间空隙。 一般针对粉状或粒状材料。
二、材料的密实度和孔隙率
1.材料的密实度
密实度（D） ：表观体积中固体物质充实的程度。
V D 100 % V0
或
0 D 100 %
密实度（D） 反应材料的密实程度，D越大，材料越密 实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。
三、填充率与空隙率 1. 填充率 填充率（D‘） 。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
D V0 100% V 0
或
0 D 100%
2. 空隙率包含颗粒体积和颗粒之间的空隙体积以及与容器壁之 间的空隙 空隙率（P/ ）：堆积体积（V0/）中空隙体积（VS）占的比例。
材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水 开口孔隙越多，材料吸水率越大； 开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。 亲水性材料的吸水（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。
1.吸水性：材料与水接触时吸收水分的性质。
吸水率：材料吸水达到饱和面干时的含水率。 土木工程材料吸水性的大小一般用质量吸水率表示。质量 吸水率是指材料吸水饱和时，其内部吸收水分的质量占干 材料质量的百分率。
2.材料的孔隙率
孔隙率指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百 分率，分为总孔隙率（简称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率。 1）. 孔隙率（P）
0 VP V0 V P 100% (1 ) 100% V0 V0
D P 1
即
密实度+孔隙率=1
2）. 开口孔隙率（Pk） 3）. 闭口孔隙率（Pb）
1.2 材料与水有关的性质
材料的亲水性与憎水性 材料的吸湿性和吸水性 耐水性 抗渗性 抗冻性
一、材料的亲水性和憎水性 亲水性：材料在空气中与水接触时，表面能被水浸润的性质 亲水性材料：润湿角θ ≤90° 憎水性材料：润湿角θ ＞90°
亲水性材料：砖、木、混凝土 憎水性材料：沥青、石蜡 建筑材料大多为亲水材料，如水泥、混凝土、砂、砖等，只有少数 不是：沥青、石蜡、有机涂料、塑料等
李氏密度瓶
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。
2. 表观密度（ρ0） 材料在自然状态下，单位体积的质量。
m 0 V0
ρ0——表观密度，g/cm3或kg/m3； m——材料的质量，g或kg；
平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。 练习：含水率为10％的100g湿砂，其中干砂多少？
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。
四、耐水性 材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。 水分 分散于材料内微粒的表面 耐水性用软化系数KR表示：
亲水性与憎水性材料的特征：
水在憎水性材料的表面有自动收 缩成珠的趋势，不能润湿材料的表 面。对工程防水有利。
水在亲水性材料的表面是自动散 开和铺展，并自发地润湿表面。
材料的亲水性与憎水性主要取决 于材料的组成与结构：
有机材料一般是憎水性， 无机材料都是亲水性。
二、材料的吸湿性和吸水性 材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构和材料的亲水性或 憎水性密切相关：
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材料的抗渗性与其孔隙多少和孔隙特征关系密切： 开口并连通的孔隙是材料渗水的主要渠道。 材料越密实、闭口孔越多、孔径越小，水越难渗透； 孔隙率越大、孔径越大、开口并连通的孔隙越多的材料， 其抗渗性越差。此外，材料的亲水性、裂缝缺陷等也是影 响抗渗性的重要因素。
六、抗冻性
1. 定义：材料在吸水饱和状态下能经受反复冻融的作用而 不破坏，强度无显著降低的性能 。
软化系数的要求（0＜KR＜1） 软化系数的大小表明材料浸水后强度降低的程度，是选 择材料的重要依据： （1）软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越 多，其耐水性越差。 （2）对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下 构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软≥0.85； （3）受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软≥0.75； （4）K软≥0.80的材料，一般称为耐水的材料。
一、材料的密度、表观密度和堆积密度
1.密度（ ρ） 材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。
m V
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。
绝对密实:不包括孔隙。 如何测？
磨成细粉，用李氏瓶； 排液置换法。 实际上，自然界完全密实的材料不存在（近似 密度）。
1）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？ 2）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？ 3）该碎石的密实度、空隙率和填充率？
解答：
1）∵ V’o=10L, m’2=13.5kg; ρ0’ =（m’/V0’）= 13.5/10 = 1.35 ∵ m’=1000g, 吸水后质量=1036g. 设水的密度＝1。 则， Vo = 791－(1411－1036) = 416mL 碎石在水中吸水的质量 ∴ ρ0 =（m’/V0）= 1000/416 = 2.404 ＝开口孔隙体积 ∵ V=18.8mL, m=50g; ∴ ρ=(m/V)= 50/18.8=2.66 2) P = [1－ρ0/ρ] ×100% =(1－2.404/2.66)=9.624% 其中： P开= 36/416=8.653% P闭= 9.624－8.65=0.974% 3) D=1－P=90.376% P’=[1－ρ0’/ρ0] ×100% =(1－1.35/2.404)=43.8% D’=1－P’=1－43.8%=56.2%
Wm mb m g mg 100%
Wm——材料的（质量）吸水率，%； mb——材料吸水饱和面干状态下的质量，g。 mg——材料在干燥状态下的质量，g；
• 体积吸水率：材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状 态时体积的百分率。WVຫໍສະໝຸດ mb mg V0
1
W
100%
• 一般来说，孔隙率越大，吸水率越大。但在材料的孔隙中， 并不是所有的孔隙都能被水充满，因为封闭的孔隙，水分不 易渗入；而粗大的孔隙，水分又不易保留，故材料的体积吸 水率，常小于孔隙率。这类材料常用质量吸水率来表示它的 吸水性。 • 对于某些轻质材料，如加气混凝土、软木等，由于具有很多 开口而微小的孔隙。所以它的质量吸水率往往超过100%。即 湿质量为干质量的几倍，在这种情况之下，最好用体积吸水 率表示其吸水性。
开口孔隙指与外界相连通的细小孔隙，闭口 孔隙指与外界不连通的细小孔隙。两者都会 影响骨料的表观密度，开口孔隙影响骨料的 吸水性。自然状态下的体积包括开口和闭口 孔隙，而浸水饱和后排水试验测得的体积就 只有闭口孔隙，而没有开口孔隙。所以可以 用吸水饱和状态下的质量减去完全烘干状态 下的质量然后除以水的密度，得到开口孔隙 的体积。
2. 表示方法: 抗冻等级（F） • (1)冻融循环破坏的原因：材料有孔隙，孔隙中的水在结冰时体 积膨胀9%。 • (2)冻融循环试验破坏的判定：以质量损失超过5%，或强度下降 超过25%。 • (3)抗冻等级：破坏前所能经受的最大冻融循环次数来确定。用 符号“ F”和最大冻融循环次数表示。如 F15、F15、F50、F100 等。 冰冻的破坏作用是由于材料中含有水，水在结冰时体积膨 胀约9% ，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环次数 越多，对材料的破坏作用越严重。因此，抗冻等级越大，材料 的抗冻性越好。
体积膨胀 材料吸水 导热性能增加
强度降低（少数除外，如混凝土）
吸水性的影响因素：材料成分（亲水、憎水）、孔隙率大小、 孔隙特征（细微连通、粗大或封闭）。
2.吸湿性：材料在空气中吸收水分的性质。 含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。
Wh ms m g mg
Wh——材料的含水率，%； 100% ms——材料在吸湿状态下的质量，g； mg——材料在干燥状态下的质量，g；
第1章.土木工程材料的基本性质
1.1 材料的基本物理性质（重点）
1.2 材料与水有关的性质（重点）
1.3 材料的基本力学性质（重点） 1.4 材料的热性质
1.5 材料的耐久性（重点）
1.6材料的组成、结构、构造及其对性能的影响
1.1 材料的基本物理性质
材料的密度、表观密度和堆积密度 材料的密实度与孔隙率 填充率和空隙率
削弱结合力
降低强度
f b fb——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。 KR f g fg——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa 。