土木工程材料的基本性质

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：ρ=MV，测量方法：磨碎用氏密度瓶测量；2.表观密度:是指材料在自然状态下单位体积的质量。

公式:ρ0=MV0,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：ρ′0=MV′04.密实度：材料部材料的体积所占总体积的百分比。

公式：D=VV0×100%=ρ0ρ×100%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：P=V0−VV0=(1−VV0)×100%=(1−ρ0ρ)×100%=1−D6.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：D′=V0V′0×100%=ρ′0ρ0×100%7.空隙率: 颗粒或粉状材料在堆积体积空隙占总体积的比率。

公式：P′=V′0−V0V′0×100%=(1−V0V′0)×100%=(1−ρ′0ρ0)×100%=1−D′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。

第一部分土木工程材料的基本性质一.名词解释:1.密度、表观密度、堆积密度2.强度等级、比强度3.弹性、塑性4.脆性、韧性5.耐水性、软化系数6.抗渗性7.抗冻性8.热容量、导热性9.耐久性10.亲水性、憎水性二.填空题:1、材料的吸水性、耐水性、抗渗性、抗冻性、导热性分别用(吸水率),(软化系数),(抗渗等级或渗透系数),(抗冻等级),(导热系数)表示。

2、当材料的孔隙率一定时,孔隙尺寸越小,材料的强度越 (高),保温性能越(好),耐久性(愈好) 。

3、选用墙体材料时,应选择导热系数较(小)、容量较(大)的材料,才能使室内尽可能冬暖夏凉。

4、材料受水作用,将会对其(质量)、(强度)、(保温性能)、(抗冻性能)、及(体积)等性能产生不良影响。

5、材料的孔隙率较大时(假定均为开口孔),则材料的表观密度(较小)、强度(较低)、吸水率(较大)、抗渗性(较差)、抗冻性(较差)、导热性(较大)、吸声性(较好)。

6、材料的耐水性用(软化系数)表示,其值愈大则材料的耐水性愈(好)。

软化系数k 大于(0.85)的材料认为是耐水的。

7、评价材料是否轻质高强的指标为(比强度),它等于(材料的强度与表观密度之比),其值越大,表明材料(越轻质高强)。

8、无机非金属材料一般均属于脆性材料,最宜承受(静压力)。

9、材料的弹性模量反映了材料(抵抗变形)的能力。

10、材料的吸水率主要取决于(孔隙率)及(孔隙特征),(孔隙率)较大,且具有(细小开口)而又(连通)孔隙的材料其吸水率往往较大。

11、材料的耐燃性按耐火要求规定分为(非燃烧材料),(难燃烧材料)和(燃烧材料)三大类。

材料在高温作用下会发生(热变形)和(热变质)两种性质的变化而影响其正常使用。

(不要求)12、材料在使用环境中,除受荷载作用外,还会受到(物理作用)、(化学作用)和(生物作用)等周围自然因素的作用而影响其耐久性。

13、材料强度试验值要受试验时试件的(形状),(尺寸),(表面状态),(含水率),(加荷速度)及(温度)等的影响。

第一章土木工程材料的基本性质1、什么是材料的密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度？答：密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量(p=m/v)；表观密度是材料在包含闭口空隙条件下单位体积的质量(p’=m/v’)；毛体积密度是材料在自然状态下单位体积的质量(p=m/v);堆积密度是指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量(p0=m/v0)2、某石灰岩的密度为2.68g/cm3,孔隙率为1.5%，将该石灰岩破碎成碎石，岁时的堆积密度为1520Kg/m3。

求碎石的毛体积密度和间隙率答:毛体积密：P=(1-p0/p);p0=(1-P)·p间隙率：P0=(1-p0’/p0)【p0’为堆积密度；p0为毛体积密度；p为密度】4、、什么是亲水性材料和憎水性材料？答：当材料与水接触时，如果水可以在材料表面铺展开，即材料表面可以被水所湿润，则称材料具有亲水性，这种材料被成为亲水材料；若水不能在材料表面铺展开，即材料表面不能被水所湿润，则称材料具有憎水性，此种材料成为憎水材料。

5、隔热保温材料为什么要防止受潮？答：材料中含有水或冰时，因为水和冰的导热系数是空气的25倍和100倍，导热系数会急剧增加。

6、什么叫材料的耐久性和安全性？答：材料在使用过程中，抵抗各种内在或外部破坏因素的作用，保持其原有性能，不变质、不破坏的性质称为耐久性；材料的安全性是指材料在生产和使用的过程中是否对人类或环境造成危害的性能。

通常，人们是根据使用条件与要求在实验室进行快速实验，对材料的耐久性进行判断。

7、当建筑材料的孔隙率增大时，下表中的性质将如何变化？第二章无机胶凝材料1、胶凝材料按硬化条件如何分类？答：水硬化；非水硬化2、什么叫生石灰的熟化？生石灰熟化后为什么要“陈伏”？答：生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙的过程，称为生石灰的熟化或消化；为了消除过火石灰的再次熟化产生膨胀而引起隆起和开裂（陈伏2周）3、试述建筑石膏（半水石膏）的特性、差别和用途答：特性：凝结硬化快；尺寸稳定，装饰性好；孔隙率高；防火性好；耐久性和抗冻性差；用途:室内粉刷；建筑石膏制品4、从硬化过程和硬化产物分析石灰和石膏性能的差别答：硬化过程：石灰的硬化包括干燥结和喝碳化：石膏：浆体变稠，二水石膏凝聚成晶体，逐渐长大、共生和交错生长；硬化产物：石灰：氢氧化钙晶体、碳酸钙；石膏：结晶结构网5、试述水玻璃的特性和用途答：特性：较高的粘结力、强度高、耐酸性好、耐碱性、抗渗性、耐水性差；用途：涂料、注浆材料、配置速凝防水剂、制备碱－矿渣水泥6、碳酸盐水泥的主要矿物成分有哪些？它们的水化特征如何？它们对水泥的性质有何影响？主要矿物成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙；水化特征及对水泥性质的影响：7、常用的硅酸盐系列水泥有哪些主要技术要求？这些要求有何工程意义？答：细度、凝结时间、体积安定性、强度及强度等级、水化热、碱含量；其性能直接影响工程质量8、试说明水泥体积安定性不良的原因。

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。

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。