第二章材料的基本物理性质

项目一建筑材料基本性质（1）真实密度（密度）岩石在规定条件(105土5)℃烘干至恒重，温度20℃)下，单位矿质实体体积(不含孔隙的矿质实体的体积)的质量。

真实密度用ρt表示，按下式计算：式中：ρt——真实密度，g/cm3 或kg/m3；m s——材料的质量，g 或kg；Vs——材料的绝对密实体积，cm3或m3。

因固测定方法：李氏比重瓶法将石料磨细至全部过的筛孔，然后将其装入比重瓶中，利用已知比重的液体置换石料的体积。

（2）毛体积密度岩石在规定条件下，单位毛体积(包括矿质实体和孔隙体积)质量。

毛体积密度用ρd表示，按下式计算：式中：ρd——岩石的毛体积密度, g/cm3或kg/m3；m s——材料的质量，g 或kg；Vi、Vn——岩石开口孔隙和闭口孔隙的体积，cm3或m3。

（3）孔隙率岩石的孔隙率是指岩石内部孔隙的体积占其总体积的百分率。

孔隙率n按下式计算：式中：V——岩石的总体积，cm3或m3；V0——岩石的孔隙体积，cm3或m3；ρd——岩石的毛体积密度,g/cm3或kg/m3ρt——真实密度, g/cm3或kg/m3。

2、吸水性岩石的吸水性是岩石在规定的条件下吸水的能力。

岩石与水作用后，水很快湿润岩石的表面并填充了岩石的孔隙，因此水对岩石的破坏作用的大小，主要取决于岩石造岩矿物性质及其组织结构状态(即孔隙分布情况和孔隙率大小)。

为此，我国现行《公路工程岩石试验规程》规定，采用吸水率和饱水率两项指标来表征岩石的吸水性。

（1）吸水率岩石吸水率是指在室内常温(202℃)和大气压条件下，岩石试件最大的吸水质量占烘干(1055℃干燥至恒重)岩石试件质量的百分率。

吸水率ｗa的计算公式为：式中：m h——材料吸水至恒重时的质量（g）；m g——材料在干燥状态下的质量（g）。

（2）饱和吸水率在强制条件下（沸煮法或真空抽气法），岩石在水中吸收水分的能力。

吸水率ｗsa 的计算公式为：式中：m b——材料经强制吸水至饱和时的质量（g）；m g——材料在干燥状态下的质量（g）。

第一章 土木工程材料的基本性质第一节 土木工程材料的分类一、按材料的化学成分分类按材料的化学成分分类，可分为有机材料、无机材料和复合材料三大类。

二、按功能分类按功能分类，可分为结构材料和功能材料两大类。

结构材料——主要用作承重的材料，如梁、板、柱所用材料。

功能材料——主要利用材料的某些特殊功能，如用于防水、装饰、保温等的材料。

第二节 材料的物理性质一、密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度，公式表示如下：Vm =ρ式中：ρ——材料的密度，g/cm 3；m ——材料在干燥状态下的质量，g ；V ——材料在绝对密实状态下的体积，cm 3。

所谓绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的体积。

二、表现密度材料在自然状态下单位体积的质量，称为表观密度，公式表示如下：0V m =ρ式中：ρ0——材料的表观密度，kg/cm 3；m ——材料的质量，kg ；V 0——材料在自然状态下的体积，m 3。

所谓自然状态下的体积，是指包括材料实体积和内部孔隙的外观几何形状的体积。

三、堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量，称为堆积密度，公式表示如下：土木工程材料 有机材料——木材、石油沥青、塑料等 无机材料金属材料——钢、铁、铝等非金属材料——石材、砖、玻璃、水泥、混凝土等复合材料——聚合物混凝土（1.1.1）（1.1.2）00V m '='ρ式中：ρ0’——散粒材料的堆积密度，kg/cm 3；m ——散粒材料的质量，kg ；V 0’——散粒材料的自然堆积体积，m 3。

散粒材料的自然堆积体积，既包含了颗粒自然状态下的体积，又包含了颗粒之间的空隙体积。

四、孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。

%1000⨯=V V n V式中：n ——材料的孔隙率；V V ——材料的内部孔隙体积，cm 3； V 0——材料的总体积，cm 3。

五、吸水性*吸水性是指材料在水中吸水的性质。

The basic physical property of material（1）主讲人：安亚强物理性质物质不经过化学变化或未发生化学反应二体现的性质，如密度、硬度、熔点、冰点、导热性、导电性等。

CO N T E N T S与质量有关的性质与水有关的性质与声音有关的质量231The property about mass The property about waterThe property about sound密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

ρ—密度（g/cm 3）;m —材料在干燥状态下的质量（g ）；V —材料在绝对密实下的体积（cm 3）。

1.1密度Vm =ρ固体材料的体积构成测定密实体积：李氏瓶法。

1—固体物质体积V ;2—闭口孔隙体积V B ；3—开口孔隙体积V K 。

表观密度是指多孔固体材料在自然状态下单位体积的质量。

ρ0—表观密度或体积密度（kg/m 3或g/cm 3）;m —材料在干燥状态下的质量（kg 或g ）；V 0—材料在自然状态下的体积（m 3或cm 3）。

1.2表观密度0V m =ρ固体材料的体积构成体积密度1—固体物质体积V ;2—闭口孔隙体积V B ；3—开口孔隙体积V K 。

V 0=V+V B +V K测定表观体积：直接量测或排水法。

注：表观密度有干表观密度、气干表观密度、湿表观密度、饱和表观密度。

通常所说的表观密度指的是干表观密度。

堆积密度是指粉状、颗粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。

ρ′0—堆积密度（kg/m 3）;m —材料在干燥状态下的质量（kg ）；V′0—材料在堆积状态下的体积（m 3）。

1.3堆积密度00V m '='ρ散粒材料的体积构成体积密度1—固体物质体积V ;2—闭口孔隙体积V B ；3—开口孔隙体积V K ；4—颗粒间空隙体积V 空。

V′0=V+V B +V K +V 空测定堆积体积：容量桶量测。

松散堆积密度紧密堆积密度（1）密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。

2.1 建筑材料的基本物理性质建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。

物理性质包括密度、密实性、空隙率、孔隙率（计算材料用量、构件自重、配料计算、确定堆放空间）一、材料的密度、表观密度与堆积密度密度是指物质单位体积的质量。

单位为g/cm3或kg/m3。

由于材料所处的体积状况不同，故有实际密度（密度）、表观密度和堆积密度之分。

（1）实际密度 (True Density）以前称比重、真实密度)，简称密度(Density)。

实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量，按下式计算：式中: ρ－实际密度（g/cm3）；m－材料在干燥状态下的质量（g）；V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）。

绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。

除了钢材、玻璃等少数接近于绝对密实的材料外，绝大多数材料都有一些孔隙，如砖、石材等块状材料。

在测定有孔隙的材料密度时，应把材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥至恒重后，用密度瓶（李氏瓶）测定其实际体积，该体积即可视为材料绝对密实状态下的体积。

材料磨得愈细，测定的密度值愈精确。

（2）表观密度 (Apparent Density)以前称容重、有的也称毛体积密度。

表观密度是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量，按下式计算：式中: ρ0－表观密度（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）。

材料在自然状态下的体积是指材料的实体积与材料内所含全部孔隙体积之和。

对于外形规则的材料，其测定很简便，只要测得材料的重量和体积，即可算得表观密度。

不规则材料的体积要采用排水法求得，但材料表面应预先涂上蜡，以防水分渗人材料内部而影响测定值。

（3）堆积密度 (Bulk Density)散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。

可用下式表示：式中: ρ0'－堆积密度（kg/m3）；m－材料的质量（kg）；V0'－材料的堆积体积（m3）。

第二章材料的基本性质一切土木工程都是由土木工程材料组成的。

不同的土木工程材料在工程结构物中起着不同的作用。

例如，用于梁、板、柱的材料主要受到各种外力的作用；结构材料除了承受结构物上部荷载的作用外，还可能受到地下水及冰冻的作用；屋面及道路工程材料经常受到风吹、日晒、雨淋、紫外线照射等大气因素的作用；地面、机场跑道和路面遭受磨损作用；有些工程结构物还受到声、光、电、热的影响；某些工业建筑还可能受到酸、碱、盐等介质的侵蚀作用等。

为了保证工程结构物的使用功能、安全性和耐久性，土木工程材料应具有抵御上述各种作用的性质。

这些性质是多种多样的，又是互相影响的，归纳起来包括材料的物理性质、力学性质、热工性质、声学性质、光学性质、工艺性质和耐久性质等。

土木工程材料的各种性质与其化学组成成分、组织结构和构造等内部因素有密切的关系。

为了保证结构物的质量，必须正确选择和使用土木工程材料，为此就要了解和掌握土木工程材料的基本性质及其与材料组成、结构和构造的关系。

2.1 材料的组成、结构和构造材料的组成成分、结构和构造是影响材料性质的内因，材料的使用条件及其所处的环境条件则是影响材料性质的外因。

为了深入了解材料的各种性质及其变化规律，就必须了解其组成成分、结构和构造对材料性质的影响。

2.1.1 材料的组成材料的组成分为化学组成与矿物组成。

前者是通过化学分析获得的，表明组成材料的化学成分及其含量；后者是通过测试手段获得的，表明材料所含矿物的种类和含量。

1．材料的化学组成材料的化学组成是决定化学性质（耐蚀、燃烧等）、物理性质（耐水、耐热等）和力学性质的重要因素。

不同的化学成分构成了不同的材料，因而也表现出不同的性质。

例如，木材轻质高强，但易于燃烧和腐朽；钢材密度较大，强度较高，但易于锈蚀；砖、石材料，抗压强度较高，但抗拉和抗弯强度较低，且容易遭受侵蚀等。

所有这些特点无不与其化学组成密切相关。

2．材料的矿物组成化学组成不同，其材料性质不同；化学组成相同的材料，也可以表现出不同的性质，这是由于其矿物组成不同的缘故。

建筑材料常见问题解答第2章建筑材料的基本性质1．一般的讲，建筑材料的基本性质可归纳为哪几类？答：一般的讲，建筑材料的基本性质可归纳为以下几类：物理性质：包括材料的密度、孔隙状态、与水有关的性质、热工性能等。

化学性质：包括材料的的抗腐蚀性、化学稳定性等，因材料的化学性质相异较大，故该部分内容在以后各章中分别叙述。

力学性质：材料的力学性质应包括在物理性质中，但因其对建筑物的安全使用有重要意义，故对其单独研究，包括材料的强度、变形、脆性和韧性、硬度和耐磨性等。

耐久性：材料的耐久性是一项综合性质，虽很难对其量化描述，但对建筑物的使用至关重要。

2．什么是材料的化学组成？答：材料化学组成的不同是造成其性能各异的主要原因。

化学组成通常从材料的元素组成和矿物组成两方面分析研究。

材料的元素组成，主要是指其化学元素的组成特点，材料的矿物组成主要是指元素组成相同，但分子团组成形式各异的现象。

3．建筑材料的微观结构主要有哪几种形式？各有何特点？建筑材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和胶体等形式。

晶体的微观结构特点是组成物质的微观粒子在空间的排列有确定的几何位置关系。

一般来说，晶体结构的物质具有强度高、硬度较大、有确定的熔点、力学性质各向异性的共性。

建筑材料中的金属材料（钢和铝合金）和非金属材料中的石膏及水泥石中的某些矿物等都是典型的晶体结构。

玻璃体微观结构的特点是组成物质的微观粒子在空间的排列呈无序浑沌状态。

玻璃体结构的材料具有化学活性高、无确定的熔点、力学性质各向同性的特点。

粉煤灰、建筑用普通玻璃都是典型的玻璃体结构。

胶体是建筑材料中常见的一种微观结构形式，通常是由极细微的固体颗粒均匀分布在液体中所形成。

胶体与晶体和玻璃体最大的不同点是可呈分散相和网状结构两种结构形式，分别称为溶胶和凝胶。

溶胶失水后成为具有一定强度的凝胶结构，可以把材料中的晶体或其他固体颗粒粘结为整体。

如气硬性胶凝材料水玻璃和硅酸盐水泥石中的水化硅酸钙和水化铁酸钙都呈胶体结构。