土木工程材料第一章材料的基本性质

宏观结构（构造）
按孔隙特征分 按孔径分
按构成形态分
•粗大孔隙结构 •细小孔隙结构 •极微细孔隙结构
宏观结构（构造）
按孔隙特征分 按孔径分 按构成形态分
•聚集结构 •纤维结构 •层状结构 •散粒结构
2、亚微观结构（显微或细观结构）
指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸 范围在10-3~10-6m。
该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒 等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂 纹的大小和分布。
⑵吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。
平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。
3、材料的耐水性
是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其 强度也不显著降低的性质。用软化系数KR表示。
材料吸水饱和状态下的抗压强度f(MPa) KR=—材—料—干—燥—状—态—下—的—抗—压—强—度—f0(—MP—a)—
三、弹性和塑性
1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外
力取消后，能够完全恢复原来形状的性质。这 种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形 ）。如低应力下的钢材等
2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果
外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸， 并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形 称为塑性变形（或永久变形）。
素含量表示
矿物组成是指构成材料的矿物
----材-无料机的非如化金混学属材凝组料土成常是不以多同各相，材则的料材种料类的和矿数量物。组成就不同 ；
氧--化--材物-有料含机量的材表化料示学常以组各成化相合同物，可以它有是不决同定无的机矿非物金组属成材。料化学、
的含量表示
物理、力学等性质的重要因素。
第一节 材料的组成、结构和构造
V。—材料在自然状态下的体
积，m3。测定：封闭开口孔隙后
，用排液法或几何法测体积。
一、材料的密度、表观密度、堆积密度
材料的密度 视密度
表观密度 堆积密度
散粒材料在堆积状态0 下单位体
积的质量。 式中：
0
m
V0 （kg/m3）
0 —堆积密度
m —材料的质量，kg。
V0 —材料在堆积状态下的 体积，m3。用容器法测定体积。
空隙率大小反映散粒材料颗粒相互填充的密实程度
四、与水有关的性质
1、亲水性和憎水性 2、吸水性和吸湿性 3、材料的耐水性 4、材料的抗渗性 5、材料的抗冻性 6、材料的导热性
1、亲水性和憎水性
a、亲水性
b、憎水性材料
材料
> 90 º憎水性
产润点互生湿沿作的a用原、角液 不因当水 全面(接同：水润性切触引是分湿=线起由子角90与0的º水的º液)。分内完：亲相子聚是和力和气固固湿<、体相水固材=相分1料、8子接表0液与º触面完三固的之全相体不间方分的润的向子交相所间 成的的吸引角力。时,材料表现为亲水性。
而材料的实际强度往往远小于其理论强度，主要是由
于材料内部构造的不均匀及缺陷造成的。
二、材料的强度
强度：指材料受外力作用下，抵抗破坏的能
力。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗 剪强度等。
比强度：单位体积质量材料所具有的强度 影响因素：
1、内因：指组成、结构的影响。 2、外因：包括试件尺寸和形状、加荷速度 、环境温湿度等因素。
单元的搭配与组合
第二节 材料的基本物理性质
一、材料的密度、表观密度、堆积密度 二、密实度、孔隙率 三、填充率、空隙率 四、与水有关的性质
一、材料的密度、表观密度、堆积密度
密度 视密度 表观密度 堆积密度
一、材料的密度、表观密度、堆积密度
密度 视密度 表观密度 堆积密度
材料在绝对密实状态下单位体积的质
对混凝土和砂浆，常用抗渗等级来表示：
S = 10H-1 式中：S — 抗渗等级；
H — 试件开始渗水时的水压力。
抗渗性能与材料内部孔隙率大小及孔隙特征有关， 抗渗等级愈高，抗渗性能愈好。
5、材料的抗冻性
指材料在水饱和状态下，能经受反复冻 融循环而不破坏的性能。用冻融循环次数表
示6、材料的导热性
当材料两面存在温差时，热量从材料的 一面通过材料传导到材料的另一面的性质。 用热导率（导热系数）表示。
四、脆性和韧性
1、脆性：当外力达到一定限度后，材料突
然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性 质。如玻璃、石材等
2、韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载
作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也 能产生一定的变形而不致破坏的性质。如钢 材、木材等
图示
A
A
荷载 荷载
变形
弹塑性材料的变形曲线
变形
脆性材料的变形曲线
量。
m
V （kg/m3）
式中：—— 密度(g/cm3、kg/m3)
m—— 材料的干质量，kg。
v—— 材料在绝对密实状态下的
体积，m3。
测定方法：用李氏瓶法、排水
法、几何法测体积，天平称干重。
一、材料的密度、表观密度、堆积密度
密度 视密度 表观密度 堆积密度
块体材料包括封闭孔/ 隙Vm/ 在内的 单位体积的质量。
加 强 交 通 建 设管理 ，确保 工程建 设质量 。21:11:4021:11:4021:11Monday, October 26, 2020
安 全 在 于 心 细，事 故出在 麻痹。 20.10.2620.10.2621:11:4021:11:40October 26, 2020
踏 实 肯 干 ， 努力奋 斗。2020年 10月 26日 下午9时 11分20.10.2620.10.26
二、密实度、孔隙率
1、密实度：是指材料体积内被固体物质充实的程
度。
D V 100% 0 100%
V0
2、孔隙率：是指材料体积内孔隙体积所占的比例。
P V0 V 100% （1 0 ）100%
V0
关系： D + P = 1
材料孔隙率示意图
孔隙特征：有开口孔与封闭孔、粗孔与细孔之分
，孔隙率大小、孔隙特征与材料的强度、抗渗性、抗
本章完 谢谢使用！
树 立 质 量 法 制观念 、提高 全员质 量意识 。20.10.2620.10.26Monday, October 26, 2020
人 生 得 意 须 尽欢， 莫使金 樽空对 月。21:11:4021:11:4021:1110/26/2020 9:11:40 PM
安 全 象 只 弓 ，不拉 它就松 ，要想 保安全 ，常把 弓弦绷 。20.10.2621:11:4021:11Oct-2026-Oct-20
孔隙率 密度 表观密度 强度 吸水率 抗冻性 导热性
↑
2.烧结普通砖进行抗压试验，测得浸水饱和后的破坏荷载 为185kN,干燥状态的破坏荷载为207kN（受压面积为 115×120mm），问此砖的饱水抗压强度和干燥抗压强度各 为多少？是否适宜用于常与水接触的工程结构物？ 3.某岩石的密度为2.75g/cm3，孔隙率为1.5%；今将该岩 石破碎为碎石，测得碎石的堆积密度为1560kg/m3.试求 此岩石的表观密度和碎石的空隙率。 4.何谓材料的耐久性？工程结构设计中如何考虑？
作 业 标 准 记 得牢， 驾轻就 熟除烦 恼。2020年 10月 26日 星期一 9时11分 40秒21:11:4026 October 2020
好 的 事 情 马 上就会 到来， 一切都 是最好 的安排 。下午 9时11分 40秒下 午9时 11分21:11:4020.10.26
专 注 今 天 ， 好好努 力，剩 下的交 给时间 。20.10.2620.10.2621:1121:11:4021:11:40Oct-20
二、材料的结构与构造
宏观结构 亚微观结构（显微或细观结构） 微观结构
1、宏观结构（构造）
指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。 其尺寸在10-3m级以上。
肉眼
精细结构
宏观结构（构造）的分类
按孔隙特征分 按孔径分
按构成形态分
宏观结构（构造）的分类
按孔隙特征分 按孔径分
按构成形态分
•致密结构 •多孔结构 •微孔结构
追 求 至 善 凭 技术开 拓市场 ，凭管 理增创 效益， 凭服务 树立形 象。2020年 10月 26日 星期一 下午9时 11分40秒 21:11:4020.10.26
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、铁及部分有机化 分晶体的硬度、
合物。
强度较高
非 晶
原子、离子或分子以共 价键、离子键或分子键结合 ，但为无序排列（短程有序
无固定的几何 玻璃、粒化高 外形和熔点，强
炉矿渣、火山灰、 度、化学稳定性
粉煤灰
、导热性较差
，长程无序）
体
晶体 溶胶结构
胶体
凝胶结构：干凝胶
非晶体（玻璃体）Baidu Nhomakorabea
材料的构造：材料结构
b、当水分子的内聚力 > 水分子与固体分子间
的吸引力时,材料表现为憎水性。
2、吸水性和吸湿性
⑴吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。
含水率：材料中含水的质量与干燥状态下质量之比。 质量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时的含水率。 体积吸水率：材料吸水达到饱和时，吸入水的体积占 材料自然状态下体积的百分率。 吸水性大小与其内部孔隙率大小及孔隙特征有关。
材料的抗冻性、导热性均与材料内部结 构的孔隙率大小及孔隙特征有关。
第三节 材料的基本力学性质
一、材料的理论强度 二、材料的强度 三、弹性和塑性 四、脆性和韧性
一、材料的理论强度
材料的理论抗压强度可表示为：
ft
E
d
式中：
ft--理论抗压强度；E--纵向弹性模量；
--单位表面能； d--原子间的距离。
第1章 土木工程材料的基本性质
第一节 第二节 第三节 第四节
材料的组成、结构和构造 材料的基本物理性质 材料的基本力学性质 材料的耐久性
第一节 材料的组成、结构和构造
一、材料的组成
化学组成：
矿物组成：
-----是指构成材料的化学元
矿物是指具有一定化学成分和
素及化合物的种类及数量。
----相-金组属成材：料指常材以各料化中学结元构相结近构、特性征质的相单质同或的化均合匀物部。分。
第四节 材料的耐久性
指材料在长期使用过程中，抵抗其自身环 境因素长期破坏作用，保持其原有的性能而不 变质、不破坏的能力。
材料的耐久性可有多项指标表示。它是一 个极其复杂的问题，受物理、化学、生物等多 种因素影响，同时它也是一项综合性质。
思考题与作业
1.当某一建筑材料的孔隙率增大时，下表内的其它性质 将如何变化？（↑增大，↓下降，—不变，？不定）
光学显微镜下的影像
光学显微镜
3、微 观 结 构
指通过电子显微镜、X-射线衍射仪等手 段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范 围在10-7-10-10m。
扫描电子显微镜下 的影像
扫描电子显微镜
微观结构
微观结构
常见材料 主要特征
晶 原子、离子或分子按一 体 定规律排列
金刚石、石英、 有固定的几何
石膏、石灰岩、钢 外形和熔点，部
通常，KR=0～1，当KR>0.85时，为耐水性材料； 受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用 KR>0.85的材料建造。
4、材料的抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数表示：
Qd K = ——
AtH
式中 K —渗透系数，cm/h； Q —透水量，cm3； d —试件厚度，cm；
A —透水面积，cm2； t—时间，h； H —静水压力水头，cm。
冻性和导热性等直接相关。
三、填充率、空隙率
1、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被
其颗粒填充的程度。
′
D V0 100% 0 100%
V0
0
2、空隙率：是指散粒′材料在某堆积体积中，颗
粒间的空隙体积所占的比例
P V0 V0 100% （1 0 ）100%
V0
0
关系： D P 1
材料空隙率示意图
式中：
m
V
′—— 表观密度，kg/m3。
m—— 材料的质量，kg。
v′——包括封闭孔在内的体积
，m3。测定：用排液法、排水法
或几何法。
一、材料的密度、表观密度、堆积密度
密度 视密度 表观密度 堆积密度
材料在自然状态下单位体积的
质量。 式中：
0
m V0
。— 表观密度，kg/m3。
m—材料的质量，kg。
牢 记 安 全 之 责，善 谋安全 之策， 力务安 全之实 。2020年 10月 26日星 期一9时 11分40秒 Monday, October 26, 2020
相 信 相 信 得 力量。 20.10.262020年 10月 26日 星期 一9时 11分40秒 20.10.26
谢谢大家！