《土木工程材料》PPT课件

钢材 松木 水泥
砂
7.85 1.55 2.80~3.20 2.66
—— 0.40 ~ 0.80
—— 2.65
—— —— 900 ~ 1300 1450 ~ 1650
碎石（石灰石） 2.60 ~ 2.80
2.60
1400 ~ 1700
普通混凝土 普通黏土砖
2.60 2.60
1.95 ~ 2.50 16.0 ~ 1.90
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
19
公式： V0V 0V10 % 0(10)10 % 0
密实度与孔隙率关系：
D1
10
土木工程材料基本性质
间隙率（P0/）
定义：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百 分率。
公式：0' V0'V 0'V010% 0(1 0 0 ' )10% 0
11
土木工程材料基本性质
算例： 某石灰岩的密度为2.68 g/cm3，孔隙率为1.5%。 今将该石灰岩破碎成碎石，碎石的堆积密度为1520㎏／
土木工程材料的基本性质
1
材料的基本物理性质
土木工程材料基本性质
四个状态参数：密度、表观密度、毛体积密度、
堆积密度 三个计算参数：密实度、孔隙率、间隙率
2
土木工程材料基本性质
V V´ V0
1.固体 2.闭口孔隙 3.开口孔隙
3
密度（ρ）

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1.4.2 材料的微观结构及其对材料性质的影响
➢ 材料的微观结构（ ＜10-9m ）是指物相的种类、形态、大小及其分布特征。 它与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性、导热性等重要性质有着密 切的关系。土木工程材料的使用状态均为固体，固体材料的相结构基本上可 分为晶体、玻璃体、胶体三类，不同结构的材料，各具不同特性。
•
解：
ρ
/ o
=3500/2=1750kg/m3
• P/=（1- ρo//ρ0）×100%
•
=（1-1.75/2.6)×100%=32.7%
• S=2×32.7%×1500=980.8 kg
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• 例2 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密
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1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响
1.4.1 材料的组成及其对材料性质的影响 1.4.2 材料的微观结构及其对材料性质的影响 1.4.3 材料的宏观构造及其对性能的影响
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1.4.1 材料的组成及其对材料性质的影 响
➢ 材料的组成是指材料的化学 成分和矿物组成。材料组成是 材料性质的基础，它对材料的 性质起着决定性的作用。材料 化学组成相同但矿物组成不同 也会导致性质的巨大差异。
问题与思考
• 1 测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积 之比不是该材料的表观密度？
• 2 相同组成材料的性能为何不一定是相同的？ • 3 孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？
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补充习题
I.
某岩石试样经烘干后其质量为482克，将其投入盛水的量筒中，此时

硬度与耐磨性
材料抵抗硬物压入其表面的能力称 为硬度；材料抵抗磨损的能力称为 耐磨性。
材料的耐久性
01 02
耐久性
材料在使用过程中，能够经受住各种自然因素（如阳光、氧气、湿度、 温度等）和环境因素（如化学物质、生物侵蚀等）的作用，保持其原有 性能的能力。
耐火性
材料在火灾情况下保持其完整性和隔热性的能力。
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《土木工程材料》ppt课件
• 引言 • 土木工程材料的性质 • 土木工程材料分类 • 土木工程材料的应用 • 土木工程材料的发展趋势 • 结语
01 引言
课程简介
01
课程名称：《土木工程材料》
02
适用专业：土木工程、建筑工程等
03
课程性质：专业必修课
04
学分：3学分
课程目标
了解各种土木工程材料的生产工艺、应用范围 和发展趋势。
详细描述
包括钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料等，这些材料具有优异的性能和用途，如钢 筋混凝土具有较高的抗压和抗拉强度，适用于建造高层建筑和大型基础设施。
04 土木工程材料的应用
建筑材料的选用
水泥
用于混凝土、砂浆等建筑材料 ，要求强度等级高、耐久性好
。
钢材
用于梁、柱、板等结构件，要 求具有高强度和良好的塑性、 韧性。
本课程总结
了解土木工程材料的种类 和特性
增强对环保和可持续发展 的认识和实践能力
掌握材料的选择和试验方 法
需要进一步深入研究和学 习的方向
下一步学习建议
01
深入学习与实践
02
参与实际工程项目，应用所学知识进行材料选择和 质量控制
03
参加学术研讨会和交流活动，了解最新研究进展和 技术动态

高弹态是橡胶的使用状态，常温处于高弹态的聚 合物均可用作橡胶。
粘流态是聚合物成型时的状态。 完全结晶的聚合物的温度-变形曲线有所不同， 在熔点Tm以前不出现高弹态，而是保持结晶态；当温 度升高到熔点以上时，若分子量足够大，则出现高弹 态，若分子量很小，则直接进入粘流态。
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21
图7-7 结晶聚合物温度-形变曲线
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27
㈡塑料管 塑料管是指采用塑料为原料，经挤出、注塑、焊 接等工艺成型的管材和管件。与传统的镀锌钢管和铸 铁管相比，塑料管具有耐腐蚀、不生锈、不结垢、重 量轻、施工方便和供水效率高等优点。常用的塑料管 包括硬质聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、ABS（丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管、聚丁烯管、玻璃钢 管以及铝塑等复合塑料管。
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二、建筑中常用的塑料制品 塑料既可用做防水、隔热保温、隔声和装饰等功 能材料；也可制成玻璃纤维或碳纤维增强塑料，用做 结构材料。 ㈠塑料门窗 塑料门窗是由硬质聚氯乙烯型材经切割、焊接、 拼装、修整而成的门窗制品，与传统的钢、木门窗相 比，塑料门窗具有美观耐用、安全、节能等一系列优 点。
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19
㈡聚合物的物理状态及性能特点 聚合物的各种物理状态可以根据形变能力与温度 关系曲线—温度-变形曲线进行划分。按温度区域可划 分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理形态。
图7-6 非晶聚合物温度-形变曲线
（Ma、Mb—分子量可编，辑pptMa ＜ Mb ）
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玻璃态是塑料的使用状态，常温处于玻璃态的聚 合物都可用作塑料。
1-分子量低；2-分子量较搞
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22
在室温下，聚合物总是处于玻璃态、高弹态和粘 流态三种状态之一，不同聚合物可能处于不同的物理 状态，表现出不同的力学性能。

砌体材料砌体材料一石材一石材二砖与砌块砖与砌块五石膏和石灰石膏和石灰六砌体砌体混凝土混凝土一水泥水泥二混凝土混凝土三混凝土外加剂混凝土外加剂四混凝土掺合料混凝土掺合料钢材钢材一常用建筑钢材品种常用建筑钢材品种二钢筋钢筋三钢筋连接钢筋连接四型钢型钢其他材料其他材料一木材木材二沥青和防水材料沥青和防水材料三玻璃和陶瓷制品玻璃和陶瓷制品四塑料和塑料制品塑料和塑料制品五吸声材料吸声材料六防腐涂料和材料防腐涂料和材料七防火材料防火材料八绝热材料绝热材料九装饰材料装饰材料如果想多了解天然石材与人工石材的区别请点击右边图标毛石毛石形状不规则一般高度不小于150mm一个方向长度达300mm400mm体积不小于001m3
6
4．色石渣
❖ 色石渣也称色石子，是由天然大理石、白云石、 方解石或花岗岩等石材经破碎、筛选加工而成, 作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、 干粘石等建筑物面层的装饰工程。
白云石
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方解石
7
1．砖
二、 砖与砌块
优点
缺点
原料容易取得，生 产工艺比较简单， 价格低、体积小、 便于组合。
缓凝剂
按外加剂化学成分可分为三类：无机物类、有机物类、速凝剂 复合型类。
目前建筑工程中应用较多和较成熟的外加剂如图所示.
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四、 混凝土掺合料
❖ 粉煤灰：煤粉炉排出的烟气中收集到的细粉末。粉煤灰 中的氧化物与氢氧化钙反应，生成水化物，是一种胶凝 材料。粉煤灰可以增强混凝土拌合物的和易性，降低水 化热，抑制碱骨料反应。
❖ 除建筑行业外，玻璃还应用于轻工、交通、医药、化工、 电子、航天等领域。
❖ 常用玻璃品种可分为:平板玻璃；装饰玻璃；安全玻璃； 防辐射玻璃；玻璃砖。
❖ 陶瓷是由适当成分的粘土经成型、烧结而成的较密实材 料。

计算：
0
m V0
0––– 表现密度，g/cm3或 kg/m3； m ––– 材料的质量，g，或 kg； V0––– 材料在自然状态下的体积，
或称表观体积，cm3 或 m3
2、 表观密度（ρ0）
表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。
如何测？
规则：量尺寸计算 不规则：排液、蜡封
一般测定表观密度时，以干燥状态为准，而对含水状 态下测得的表观密度，须注明含水情况。
➢ 土木工程材料：应用于土木工程中使用的各种材料和制品。 ➢ 材料科学与工程是属于工学门类的一级学科。
以数学、力学以及物理、化学等自然科学学科为基础，以工 程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合，多学科交叉的 新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学以及工程学。
三、土木工程材料的分类 按材料的化学成分分类：
2.50
空心粘土砖
2.50
水泥
3.20
普通混凝土
—
轻集料混凝土
—
木材
1.55
钢材
7.85
泡沫塑料
—
表观密度ρ0/kg·m-3
1800~2600 2500~2900
— — 1600~1800 1000~1400 — 2100~2600 800~1900 400~800 7850 20~50
五、土木工程材料的标准化
技术标准的代号 国家标准（GB） 国际标准（ISO）
美国材料试验学会标准（ASTM）
日本工业标准（JIS） 德国工业标准（DIN） 英国标准（BS） 法国标准（NF） 建筑工程国家标准（GBJ） 国家级专业标准（ZB）
建设部行业标准（JGJ） 建筑工程行业标准（JG） 建材标准（JC） 冶金部标准（YB）

V
Vp
V0
Vj
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二、材料与质量有关的基本物理性质 （一）材料的密度、表观密度与堆积密度
名称
定义
表达式 单位 备注
密度
材料在绝对密实状态下, 单位体积的质量。
表观密度
材料在自然状态下，单 位体积的质量。
堆积密度
材料在堆积状态下，单 位体积的质量。
m g/cm3
v
v 0 m o
㎏/m3或 g/cm
f饱 f干
❖ 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。
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材工料 程软 对化材系料数软的化要系求数的要求
• 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；
• 受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软≥0.75； • K软≥0.80的材料，一般称为耐水的材料。
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影响吸湿性的因素
❖ 材料的本身的性质，如亲水性或憎水性； ❖ 材料的孔隙率； ❖ 孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等； ❖ 周围空气的温度和湿度 。
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四、材料的耐水性
• 定义：材料在长期饱和水作用下，其强度也不 显著降低的性质，称为耐水性。其衡量指标为：
K软
第二节 材料与水有关的性质
第18页/共82页
一、材料的亲水性与憎水性
当水与材料表面相接触时，不同的材料被水所润湿的情况各不相同， 这种现象是由于材料与水和空气三相接触时的表面能不同而产生的(如 图1.3所示)。
(a) 亲水性材料 (b) 憎水性材料 图1.3 材料的润湿角
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材料、水和空气三相接触的交点处，沿水表面 的切线与水和固体接触面所成的夹角 称为润湿角。当 水分子间的内聚力小于材料与水分子间的分子亲合力 时， ≤90°，这种材料能被水润湿，表现为亲水性。当 水分子间的内聚力大于材料与水分子间的分子亲合力 时， ≥90°，这种材料不能被水润湿，表现为憎水性。 土木工程材料中石材、金属、水泥制品、陶瓷等无机 材料和部分木材为亲水性材料；沥青、塑料、橡胶和 油漆等为憎水性材料，工程上多利用材料的憎水性来 制造防水材料。

建筑石膏制品
防火性好，耐水性差
特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热
21
CaCO3 900~1100℃
CaOCO 2
块状生石灰
生石灰粉
磨细 加适量水消化、然后干燥
加过量水消化 石灰膏
加水拌合
消石灰粉，主要成分为Ca(OH)2，又称“熟石灰”。
用于拌制石灰砌筑 砂浆或抹灰砂浆
陈伏
用于拌制石灰土、 三合土
22
2. 石灰的硬化
石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由以下两个同时进行的过程 来完成的：
易受潮
27
5. 易受潮不宜贮存
块状石灰放置太久，会吸收空气中水分而自动熟化成消石灰 粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。 所以石灰不能用于潮湿环境。
生石灰具有很强的吸湿性，受潮会自动熟化成消石灰粉而失 去胶凝能力，所以储存和运输生石灰时，既要防水防潮，而且不 易久存。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。
强度、细度、凝结时间（初凝、终凝）。 按强度和细度又分为优等品、一等品和合格品。
（具体技术要求见GB9776—1988《建筑石膏》此处略）教材中表3-1
建筑石膏是在高温条件下煅烧而成的一种白色粉末状材料， 本身易吸湿受潮，而且其凝结硬化速度很快，因此在储存和运 输过程中，一定要注意防潮防水。同时，石膏若长期存放,强度 也会降低，一般储存三个月后强度会下降30%左右，因此建筑 石膏储存时间不宜过长，一般不超过三个月。若超过三个月， 应重新检验并确定其质量等级。
2. 有机材料：木材、沥青、树脂和塑料等。
复合材料：是由两种或两种以上不同性 质的材料，通过物理或化学的方法，在 宏观（微观）上组成具有新性能的材料。
3

（2）石灰 石灰石的主要成分是碳酸钙，将石灰石
煅烧，碳酸钙分解成为生石灰。 碳酸钙在土木工程中的用途有：
1）制作石灰乳涂料 2）配制砂浆 3）拌制石灰土和三合土 4）生产硅酸盐制品
石膏板 石灰
第二章 土木工程材料
2.2.2 钢材
土木工程中应用量最大的金属材料是钢材，广泛应用各种结构工程中。 钢材均匀致密、抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度都很高，有一定的塑性 和很好的韧性。 建筑钢材的产品种类一般分为型材、板材、管材和金属制品四类。
木材的性质包括物理性质和力学性质，如含水量、 热胀冷缩、密度、强度。其中，抗拉、抗压、抗剪强 度又有顺纹和横纹之分。顺纹和横纹强度有很大的差 别。
影响木材强度的主要因素为含水量（一般含水量 高，强度降低），温度（温度高，强度降低），荷载 作用时间（持续荷载时间长，强度下降）及木材的缺 陷（木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等）。
如 GRC(Glass Reinforced Concrete) 网 架 屋 面 板 、 FRC(Fiber Reinforced Concrete)壁板、泡沫塑料壁板、玻璃幕墙等。 （2）功能材料
如钢化玻璃、中空玻璃、变色玻璃及泡沫聚氯酯保温板、泰柏板 等。 （3）装饰材料
第二章 土木工程材料
2.新型路桥材料
（1）水泥混凝土材料 显著发展有：1）碾压混凝土；2）混凝土嵌挤块；3）轻 混凝土；4）高强度混凝土；5）纤维增强混凝土；6）聚合物 浸渍混凝土
（2）沥青混凝土材料 改性沥青的研究方向主要有以下几方面： １）寻找更适合炼制道路沥青的油源 ２）制定更适用的道路沥青标准 ３）改性沥青的研制，主要是开发多种改性剂 ４）其他沥青外掺剂的研究，包括再生剂、抗剥离剂、抗 冻剂及沥青混合料增强纤维 ５）研制泡沫沥青

本节将探讨土木工程中的常见问题，以及相应的选材与质量检测解决方案。
1
建筑材料的选用与应用
介绍如何根据工程要求选择适合的材料，并讨论材料在具体应用中的表现。
2
建材质量检测与评定
详细介绍常见的建材质量检测方法和评定标准，以确保工程质量。
3
遇到的常见问题及解决方案
分享工程中常见的问题案例，以及解决这些问题的最佳实践。
介绍主要材料种类、性能参数和应用领域。
重要概念
本节将介绍土木工程材料的基本分类和材料性能与特点。
基本材料分类
• 金属材料 • 高分子材料 • 玻璃与陶瓷材料
材料性能与特点
• 强度与韧性 • 耐腐蚀性 • 导热性与绝缘性
主要材料
本节将对土木工程中常用的主要材料进行介绍，包括水泥与混凝土、金属材料、高分子材料以及玻璃与 陶瓷材料。
总结和答疑
在本节中，我们将对所学内容进行简要总结，并回答学生的疑问。
《土木工程材料材料》 PPT课件
这个PPT课件旨在介绍土木工程材料的基本知识和应用。我们将涵盖课程目 标、材料分类、重要概念以及主要材料的性能与特点等内容。
课程介绍
本节将介绍《土木工程材料材料》课程的目标和大纲，为学生提供对本课程内容的整体了解。
课程目标
深入理解土木工程材料的基本概念和性能特点。
课程大纲
实例分析
本节通过三个实际的工程案例，展示材料在土木工程中的应用。
工程案例一
探索混凝土在大型建筑工程中 的应用，以及其在提升结构强 度和耐久性方面的效果。
工程案例二
工程案例三
介绍钢材在桥梁建设中的作用， 包括承重能力、抗震性能和快 速施工等方面的优势。
探索高分子涂料在建筑保温、 防水和装饰中的应用，以及其 环保与节能特性。

强度小 质软 熔点高
导电性小
晶体结构（构造）
晶体的结构形式采用X射线衍射或 电子射线扫描等方法来确定。
在晶体内部，可细分为完全相等 单位的构造在三维空间重复着，如 右图所示。
立方晶体沿三个垂直方向有相同 的排列：a1=a2=a3,大部分金属和相 当数量的陶瓷材料是立方晶系的。 非立方晶体的重复排列沿三个坐标 轴方向不一样或者其三个晶轴间的 夹角不全等于900。自然界中共有7 种可能的晶系。这七种晶系的名称 和它们的几何特征列于下表。
(3)相组成
材料中具有相同的物理、力学性质的均匀部分称为 相.自然界中的物质有气相、液相、固相之分。材料 的相组成是指组成材料的相种类、数量及分布状况。 土木工程材料大多数是多相固体，可看成复合材料。
复合材料不同相之间存在界面，材料的性质与材料 的相组成和界面特性有密切关系。实际材料中，相 与相之间的这一过渡面是一个薄弱区，它的成分与 结构与其两侧的相都不相同，是不均匀的 ，可将其 作为“界面相”来处理。因此，通过改变和控制材 料的相组成，可改善和提高材料的技术性能。
物质内能与体积随 温度的变化而变化
玻璃体的特性
当玻璃组成一定时，Tg应该是一个随冷却速度 而变化的温度范围。低于Tg时的固体称为玻璃，而 高于此温度范围它就是熔体。因而玻璃体无固定的 熔点，而只有熔体←→玻璃体可逆转的温度范围。
常见的玻璃体有硅酸盐玻璃，如石英玻璃是将 熔化的二氧化硅（SiO2）经过急速冷却所得的产物。 这种熔融体冷却时形成较大的网状构造而使粘性增 大，在不产生规则整齐排列的SiO4晶体的情况下， 直接转变为非晶质固体，也可称为无定形晶体。玻 璃就属于这类非晶质固体，此外，还有合成树脂和 橡胶等。
4）固溶体
在离子相中也会产生置换 固溶体。在离子固溶体中，原 子和离子的大小是很重要的。 右图表示了一个简单的离子固 溶 体 的 例 子 。 在 此 MgO 结 构 （见右图）中，Mg2+离子被Fe2+ 所取代。由于两个离子的半径 分 别 为 0.066nm 和 0.074nm, 故 可以完全地取代。另一方面， Ca2+离子则不能用来取代Mg2+， 因 其 半 径 为 0.099nm ， 相 对 较

体表观积体（积含。内部孔隙和水P分PT课件）。一般以V0
表示材料的
5
1----固体部分 2----闭口孔隙
V0=V+V孔
3----开口孔隙
PPT课件
6
（3）材料的堆积体积：
粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。
根据其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可
能不同，松散堆积下的体积较大，密实堆积状态下的体
Vρ0—w—材水料的在密自度然状,（态g下/c的m3 体或积k，g/（m3c）m3，或常m3温）下取ρ w =1.0 g/cm3
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34
Wv=Wm·ρ0
材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其
孔隙特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并
经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔
隙愈多，其吸水率就愈大。
能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为 憎水性。
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26
材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子
结构。
材料分子与水分子之间的分子亲合力 水分子本身之间的内聚力
亲合力＞内聚力 亲合力＜内聚力
亲水性材料 憎水性材料
PPT课件
27
工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角
水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能
渗入材料的毛细管中。
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材料的润湿角θ
PPT课件
30
PPT课件
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亲水性材料有：
砖、瓦、砂、石、气硬性胶凝材料、钢材、混凝
土、玻璃等。
憎水性材料有：
沥青、塑料、橡胶、石蜡、油漆等。
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32
2.材料的吸水性

度是在规定温度(25℃)条件下，以规定重量(100g)的 标准针，在规定时间(5s)内贯入试样中的深度表示， 单位以1/10mm计。 标准粘度是将一定量的液体沥青，在某温度下经
一定直径的小孔流出50cm3所需的时间，以秒表示。 常用符号“CtdT ”表示粘滞度，其中d为小孔直径 (mm)，t为试样温度，T为流出50cm3沥青的时间。d 有10、5、3(mm)三种，t通常为20、25、30或60℃ 。
，应注意防止过分软化。
土木工程材料
第6章 沥青及沥青混合料
据高温季节测试，沥青屋面达到的表面温度比
当地最高气温高25—30℃，为避免夏季流淌，屋面 用沥青材料的软化点还应比当地气温下屋面可能达
到的最高温度高20℃以上。但软化点也不宜选择过 高，否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂。在地下防
水工程中，沥青所经历的温度变化不大，为了使沥
度较低时又易变硬开裂。
温度敏感性以软化点指标表示。软化点是人为规
定的沥青从固态转变到粘流态时的温度。沥青软化点
一般采用环球法测定。它是把沥青试样装入规定尺寸
的铜环内，试样上放置一标准钢球，浸入水或甘油中，
以规定的速度升温(5℃／min)，当沥青软化下垂至规
定距离(25．4mm)时的温度即为其软化点，以(℃)计。
一般不作沥青的化学分析。通常从使用角度出发，
将沥青中按化学成分和物理力学性质相近的成分划
分为若干个组，这些组就称为“组丛”或“组分”。
在沥青中各组丛含量的多寡与沥青的技术性质有着
直接的关系。
土木工程材料
第6章 沥青及沥青混合料
1) 油分：油分为淡黄色至红褐色的油状液体，
是沥青中分子量最小和密度最小的组分，在石油沥
主干路沥青面层。必须使用时，应采用抗剥离措施。