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土木工程材料(材料基本性质)

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土木工程材料

土木工程材料

土木工程材料的基本性质1.密度：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。

2.表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。

3.堆积密度：材料为散粒或粉状，在堆积状态下，单位体积的质量。

4.孔隙率：材料体积内，孔隙体积所占的比例。

5.空隙率：散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。

6.亲水性材料：当湿润边角θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料之间的相互吸引力，此种材料称为亲水性材料。

7.憎水性材料：当湿润边角θ>90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料之间的相互吸引力，此种材料称为憎水性材料。

8.含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下的质量之比。

9.耐水性：材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示。

10.软化系数：材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度之比。

11.抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质，用渗透系数或抗渗等级表示。

12.抗冻性：材料在水饱和状态下，经多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。

13.材料的吸水性大小用吸水率表示，吸湿性用含水率表示。

14.材料的耐水性可以用软化系数表示，其值=材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度之比。

该值越大，表示材料的耐水性越好。

15.同种材料的孔隙率越小。

其强度越高。

当材料的孔隙一定时，封闭孔隙越多，材料的保湿性能越好。

16.亲水性材料的湿润边角θ≤90°17.受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑物所选用的材料，其软化系数应>0.85。

18.对于同一材料，各种密度参数的大小排列为：密度>表观密度>堆积密度。

19.材料在吸水后，将使材料的何种性能增强？表观密度、导热系数20.材料在空气中能吸收空气中水分的能力称为：吸湿性21.选择承受动荷载作用的结构材料时要选择哪一类材料？具有良好韧性的材料22．材料的强度与强度等级的关系如何？影响材料强度测试结果的实验条件有哪些？怎样影响？答：（1）材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度；按其强度值得大小划分为若干个等级，则是材料的强度等级。

土木工程材料基本性质

土木工程材料基本性质

式中：
W m1 m 100% m
m1—材料吸湿状态下旳质量（ｇ或kg） m—材料在干燥状态下旳质量（ｇ或kg）。
（3）含水对材料性质旳影响 材料吸水后，强度下降 材料体积密度和导热性增长 几何尺寸略有增长 材料保温性、吸声性下降、并使材料受到旳冻害、
腐蚀加剧
材料旳含水率受所处环境中空气湿度旳影响。当空气 中湿度在较长时间内稳定时，材料旳吸湿和干燥过程处于 平衡状态，此时材料旳含水率保持不变，其含水率叫作材 料旳平衡含水率。
V0'
0
ρ0—材料旳表观密度;ρ0，—材料旳堆积密度
（2）填充率
定义：是指在某堆积体积中，被散粒材料旳颗粒所填 充旳程度。
计算式：
D'
V
100%
' 0
100%
V0'
0
填充率和空隙率旳关系：
P' D' 1
三、材料与水有关旳性质
1.材料旳亲水性与憎水性 材料与水接触时，能被水润湿，为亲水性材料。 材料与水接触时，不能被水润湿，为憎水性材料。 表达措施：润湿角
思索：硬度、耐磨性与强度旳关系。
第四节 材料旳耐久性
一.耐久性
材料旳耐久性是泛指材料在使用条件下，受多种内在 或外来自然原因及有害介质旳作用，能长久地保持其使 用性能旳性质。
二.影响耐久性旳主要原因
1.内部原因：构成、构造
2.外部原因：
材料在建筑物之中，除要受到多种外力旳作用之外， 还经常要受到环境中许多自然原因旳破坏作用。这些破 坏作用涉及物理、化学、机械及生物旳作用。
比强度越大，材料轻质高强性能越好。
几种材料旳比强度： 低碳钢—0.045 一般混凝土—0.017 松木（顺纹抗拉）—0.2 粘土砖—0.006

土木工程材料材料基本性质

土木工程材料材料基本性质

火烧
难碳化
防火处理的 木材和刨花板
可燃材料
高温 火烧
立即起火 或微燃
木材
42
1.1.4 热工性质
• 耐燃性
钢铁、铝、玻璃等材料受到火烧或高温作 用会发生变形、熔融，所以虽然是非燃烧
材料，但不是耐燃的材料
43
1.1.4 热工性质
• 耐燃性
44
1.1.4 热工性质
• 耐燃性案例
某在建住宅楼不慎发生火灾，混凝土被破坏
组成相同，其构造不同，强度也不同。
孔隙率愈大
强度愈低
53 6-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
2. 材料的强度也与其含水状态有关， 含有水分的材料，其强度较干燥时的低
3. 材料的强度也与其温度有关 一般温度高时，材料的强度将降低
例如：沥青混凝土，钢铁
54 7-23
1.2.1 强度
• 影响材料强度的几个因素
• 耐水性
材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质
耐水性用 软化系数
KR的大小表明材料在浸 水饱和强度降低的程度。
KR值愈小，表示材料吸水饱和后 强度下降愈多，即耐水性愈差。
28
1.1.3 与水有关的性质
• 耐水性
一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。这是 因为水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱
对于细微连通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。 封闭的孔隙内水分不易进去，而开口大孔虽然水分易进入，
但不易存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。
24
1.1.3 与水有关的性质
•吸水性与吸湿性
空气湿度 环境温度
吸湿性
微小开口孔隙

土木工程材料基本性质

土木工程材料基本性质

1.1.3 与水有关的性质
3.耐水性(Water resistance)
材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质
指标：软化系数
fb KR fg
fb——材料饱水状态抗压强度，MPa fg——材料干燥状态抗压强度，MPa KR>0.85，称为耐水材料
砖浸水后强度下降
现象
某地发生历史罕 见的洪水。洪水退后， 许多砖房倒塌，其砌 筑用的砖多为未烧透 的多孔的红砖，见右 图。请分析原因。
土木工程要求材料具备哪些性能？
土木工程的功能
承受荷载 长期可靠性 防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘
要求的材料性能
强度、刚度 耐久性 物理性能 安全性
不污染环境
第1章 土木工程材料基本性质
1.1 材料的物理性质 1.2 材料的力学性质 1.3 材料的耐久性与环境协调性
1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响
值越大，材料越轻质高强
1.2.2 弹性与塑性
1.弹性——外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。
指标：弹性模量
E
意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料
越不易变形，即抵抗变形的能力越强。
2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复
1.2.3 韧性与脆性
1.脆性——无明显塑性变形，突然破坏。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等
1.3 材料的耐久性与环境协调性
基础知识
1.3.1 材料的耐久性
1.3.2 材料的环境协调性
1.3.1 材料的耐久性
材料在长期使用过程中，能保 持其原有性能而不变质、不破坏的 性质，统称之为耐久性，它是一种 复杂的、综合的性质,包括材料的 抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐 腐蚀性等。材料在使用过程中，除 受到各种外力作用外，还要受到环 境中各种自然因素的破坏作用，这 些破坏作用可分为物理作用、化学 作用和生物作用。要根据材料所处 的结构部位和使用环境等因素，综 合考虑其耐久性，并根据各种材料 的耐久性特点，合理地选用。

土木工程材料的基本性质

土木工程材料的基本性质

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。

土木工程材料的基本性质

土木工程材料的基本性质

金属材料
有 机 材 料 复 合 材 料
植物质材料 沥青材料 高分子材料 无机非金属材 料和有机材料 的复合
建筑结构材 料
砖混结构 ：石材，砖，水泥混凝土， 钢筋 钢木结构：建筑钢材，木材
砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐 及砌块 墙板：混凝土墙板、石膏板、 复合墙板 防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨 胀珍珠岩石 吸声材料；木丝板、毛毡，泡沫塑料 采光材料：窗用玻璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝 材
建 筑 材 料
墙体材料
建筑功能材 料
第一篇
绪论
二、土木工程材料分类
2、按功能及用途分类 建筑结构材料：承重、传力 建筑功能材料：非承重、非传力 防水材料、装饰材料、保温材料、遮 挡及分隔等墙体材料

第一篇
绪论
三、建筑结构材料的主要种类
1、水泥混凝土及其组成材料 水泥、砂、石、掺合料、外加剂、水。 2、承重墙体材料及其组成材料、地基用材料 水硬性及气硬性胶凝材料、建筑砂浆、砖 （主要为烧结砖及部分蒸养砖和免烧砖）。 3、钢材 板材、管材、型钢、钢筋及钢绞线、高 强螺拴及锚具。

五、土木工程材料的基本性质
（二）、力学性质



3、脆性和韧性 脆性：材料受力达到一定程度后，无明显塑性变形， 便突然破坏的性质。 如：混凝土、玻璃、陶瓷等。 特点：抗压强度高，抗冲击、抗拉、抗振、抗折（弯） 强度低。 韧性：材料在振动或冲击作用下，能吸收较大能量， 并产生较大变形而不突然破坏的性质。 如：低碳钢、合金钢、木材、某些高分子材料等。 特点：抗拉、抗折（弯）强度高。 Wk 冲击韧性指标： k A


1、强度 强度与应力的关系 强度是材料在应力作用下抵抗外力破 坏的能力，它表征材料的力学本性， 是材料本身的性质（抗拉、抗压、抗 剪、抗弯）。 应力是施加于材料上的单位面积的作 用力，是表征外力对材料的作用，与 材料本性无关（压应力、拉应力、剪 应力、弯应力）。

土木工程材料的基本性质

土木工程材料的基本性质
与其自然状态下的体积之比,可按下式计算:
• ５. 孔隙率 • 孔隙率是指固体材料的体积内孔隙体积所占的比例,可按下式计算:
• 材料的密实度与孔隙率之和等于１,即D＋P＝１.材料的密实度和孔隙 率是从两个不同侧面反映材料密实程度的指标.
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2.1 材料的物理性质
• 闭口孔隙率是指材料中闭口孔隙的体积与材料在自然状态下的体积之 比的百分率.即闭口孔隙率＝孔隙率－开口孔隙率.
• １. 亲水性与憎水性 • 材料与水接触时,根据其是否能被水润湿,可将材料分为亲水性材料与
憎水性材料.在材料、空气和水的交点处,沿水滴表面的切线与水和材 料接触面所成的夹角称为润湿边角.润湿边角越小,材料越易被水润湿. • 材料能被水润湿的性质称为亲水性(润湿边角θ≤９０°),具有这种性质 的材料为亲水性材料[图２-３(a)].大多数材料都属于亲水材料,如无机 胶凝材料、烧结普通砖、混凝土、木材、砂、石等,不但表面能够吸 附水分,而且还能将水分吸入内部的毛细孔中.
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.1 材料的物理性质
• 两种密度的计算均可采用表观密度计算公式,但需区分开两者体积的 含义.视密度在计算砂、石在混凝土中的实际体积时有实用意义.
• 当材料含有水分时,其质量和体积都会发生变化.一般测定表观密度时, 以干燥状态为准,如果在含水状态下测定表观密度,须注明其含水情况.
• 土木工程材料中绝大部分材料都是存在一定孔隙的,如石材、砖、混 凝土等,为测定有孔隙材料的绝对密实体积,常将其磨细干燥后用李氏 瓶(图２-１)测定其体积,材料磨得越细,测得的数值越接近材料的真实 体积.一般将要求磨细的细粉粒径至少小于０.２０mm.
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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

(2) 砖浸水后强度下降
某地发生历史罕见的洪水。洪水退后，许 多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未烧透的 多孔的红砖，见下图。请分析原因。

原因分析：这些红砖没有烧透，砖
内开口孔隙率大，吸水率高。吸水
后，红砖强度下降，特别是当有水
进入砖内时，未烧透的粘土遇水分

散，强度下降更大，不能承受房屋

未烧透的的重红量，砖从而导致房屋倒塌。
保温层的目的是较少外界温度变化对住户的 影响，材料保温性能的主要描述指标为导热 系数和热容量，其中导热系数越小越好。观
A B 察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构， B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较 小，适于作保温层材料。
7.其它性质
1 耐火性
耐火材料、难熔材料、易熔材料
2 耐燃性
韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。
1.2.4 材料的硬度和耐磨性（了解性内容）
1.硬度——抵抗外物压入或刻划的能力。 可采用：莫氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏、洛氏硬度（金属材料）。 特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。
2.耐磨性——材料表面抵抗磨损的能力。
（路面材料要求）
1.3 材料的耐久性
材料在各种环境因素作用下，在长期使用过程中 保持其性能稳定的性质。
5. 材料的抗冻性
——材料饱水状态下<，思能考经>：受孔多隙次率冻越融交替作用， 既不破坏，强度又不大显，著材降料低的的抗性冻质性。
抗冻等级：能经受冻融是否循越环差的？最大次数，

记为F50、F100、F200、F300 …
材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔 隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。材料受冻融 破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。进入孔隙的水 越多，材料的抗冻性越差。水较难进入材料的闭口孔 隙中。若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔 隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。在这样的

土木工程材料的基本性质

土木工程材料的基本性质
土木工程材料的基本性质
土木工程材料基本性质
内容提要
基本物理性质 力学性质 与水有关性质 热工性质 耐久性
土木工程材料基本性质
1 材料的基本物理性质
材料的物理性质主要掌握材料的六个基本参数, 即: 三个状态参数:密度,表观密度,堆积密度 三个计算参数:密实度,孔隙率,空隙率
1.1 三个状态参数
一,密度(ρ) 密度(
二,比热及热容量
土木工程材料基本性质
1.
比热:单位质量材料温度升高或降低1K所吸收或放出的热量 称为热容量系数或比热.计算式如下: Q c= m(t1 t2 ) Q —材料吸收或放出的热量,J; M —材料质量,g; (t1-t2)—材料受热或冷却前后的温差,K.
式中:C —材料的比热,J/gK;
土木工程材料基本性质
二,孔隙率(P)
1定义:孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体 积的百分率. 2.公式: p = V0 V ×100% = (1 ρ0 ) ×100% V0 ρ 3.密实度与孔隙率关系:
p + D =1
4.孔隙对材料的影响:(1)孔隙的多少(孔隙率) (2)孔隙的特征
Q d (t1 t2 )FZ
土木工程材料基本性质
3. 导热系数影响因素
(1)材料的组成与结构 (2)材料的孔隙率 通常金属材料,无机材料,晶体材料 的导热系数分别大于非金属材料,有机材料,非晶体材料; 由于材料孔隙内的密闭空气的导热系数很 小,所以导热系数随孔隙率增大而减小,孔隙的大小和连通程 度对导热系数也有影响.细小孔隙,闭口孔隙比粗大孔隙,开 口孔隙对降低导热系数更为有利,因为减少或降低了对流传热; (3)含水率 (4)温度 材料含水或含冰时会使导热系数急剧增加,因为 温度越高材料的导热系数越大(金属材料除外) 水和冰的导热系数分别是空气的20倍和80倍;

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

不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲 不同材料，强度等级有不同的划分方法，
常用材料强度
比强度——指材料强度与其表观密度 2. 比强度 指材料强度与其表观密度 之比。 之比。 意义：反映材料轻质高强的指标。值越大 材料越轻质高强 影响材料强度的因素 ①材料的组成、结构和构造 ②试验条件：试验方面的因素有：试件 大小、试件形状、加荷速度以及试件的 平整度等。 ③材料的含水情况 ④温度
1.4
耐久性与环境协调性
耐久性——材料抵抗外力破坏的能力。 材料抵抗外力破坏的能力。 1.4.1 耐久性 材料抵抗外力破坏的能力 综合性质： 抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨 性等不同环境中，应考虑相应的性质。 1.4.2 环境协调性 ——对资源和能源消耗少,对环境污染小,循环再生利用 率高。 目前，提倡“绿色建材”
注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。 注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。 KR：0~1之间，通常>0.80则认为是耐水材料 0~1之间，通常>0.80则认为是耐水材料 之间 >0.80则认为是 若在潮湿环境下的重要建筑物，必须选用>0.85的材料建造 若在潮湿环境下的重要建筑物，必须选用>0.85的材料建造 潮湿环境下的重要建筑物 >0.85
1.5.2 弹性和塑性 1.弹性——外力作用产生变形,外力取消能完全恢复。 指标：弹性模量
σ E= ε
意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料 越不易变形，即抵抗变形的能力越强。 2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复
混凝土的应力应变曲线
钢的应力应变曲线
1.5.3 韧性和脆性 1.脆性——无明显塑性变形，突然破坏。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 特点：抗压强度远高于抗拉强度 2.韧性——产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量。 韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用冲击试验测定。

1-土木工程材料的基本性质

1-土木工程材料的基本性质
当材料两侧存在不同压力时，一切破坏因素 (如腐蚀性介质)都可通过水或气体进入材料内 部，然后把所分解的产物代出材料，使材料逐 渐破坏，如地下建筑、基础、压力管道、水工 建筑等经常受到压力水或水头差的作用，故要 求所用材料具有一定的抗渗性，对于各种防水 材料，则要求具有更高的抗渗性。
材料的抗渗性通常用两种指标表示：渗透系 数和抗渗等级。
材料的抗冻性:材料在水饱和状态下，能经受多次冻 融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。
材料的抗冻性用抗冻等级表示。
抗冻等级是以规定的试件，在规定试验条件下， 测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥 落时所能经受的冻融循环次数，以此作为抗冻等级， 用符号“Fn”表示，其中n即为最大冻融循环次数。 如F25、F50等。
冻融破坏的大坝坝面
五、材料的热工性质
1、材料的导热性
材料传递热量的性质称为导热性，以导热系数表
示，即
Qa
At(T2 T1 )
式中：λ——材料的导热系数，w/（m·K）； Q ——总传热量，J； a ——材料厚度，m；
材料具有亲水性的原因是材料与水接触 时，材料与水之间的分子亲合力大于水本身 分子间的内聚力。当材料与水பைடு நூலகம்间的分子亲 合力小于水本身分子间的内聚力时，材料表 现为憎水性。
材料被水湿润的情况可用润湿边角表示。当材料 与水接触时，在材料、水、空气这三相体的交点 处，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接 触面的夹角，称为润湿边角（润湿角）。
材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种。
孔隙按尺寸分为微孔（≤2nm，无害孔）
毛细孔（2~50nm，少害孔）
大孔（≥50nm，有害孔）。
孔隙的大小及其分布、特征对材料的性能影响很大。

土木工程材料的基本性质

土木工程材料的基本性质

第一节 材料的物理性质
二、与水有关的性质
1.1材料的物理性质 1.2材料的力学性质 1.3材料的耐久性
3.吸湿性 材料在潮湿的空气中吸收水分的性质,称为吸湿性。 用含水率 含水率表示： 含水率
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。 (3)材料最终达到与环境湿度保持相对平衡时的含水率，称为平衡含 水率。
第一节 材料的物理性质
二、与水有关的性质
1.1材料的物理性质 1.2材料的力学性质 1.3材料的耐久性
5.抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性(不透水性)。 材料的抗渗性可用以下两种方法表示: (1)渗透参数K 渗透参数K 渗透系数越大,表明材料的透水性越好而抗渗性越差。 (2)抗渗等级 是指材料在标准试验方法下进行透水试验,以规定的试件在透水 前所能承受的最大水压力p(MPa)来确定。P 越大,材料的抗渗性 越好。 影响材料抗渗性的因素： 与材料的亲水性有关，更取决于材料的孔隙率及孔隙特征。 孔隙率很小而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性。
(3)测定方法：磨细、烘干、称量、排水法测体积。
第一节 材料的物理性质
一、与质量和体积有关的性质
1.1材料的物理性质 1.2材料的力学性质 1.3材料的耐久性
2.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。
反映块状材料密实程度的二个指标： 反映块状材料密实程度的二个指标： 块状材料密实程度的二个指标 5.密实度D 6.孔隙率P 显然，D+P=1。 显然，D+P=1

土木工程材料

土木工程材料

第1章材料的基本性质1. 密度：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。

体积=实体2. 表观密度（视密度）：材料在表观状态下，单位体积的质量。

体积=实体+封闭孔隙3. 毛体积密度（容重）：材料在自然状态下，单位体积的重量。

体积=实体+封闭孔隙+开口孔隙4. 堆积密度：散粒材料在自然堆积状态下，单位体积的质量。

体积=实体+封闭孔隙+开口孔隙+空隙5. 密实度：材料体积内被固体物质所充实的程度。

6. 孔隙率：材料体积内孔隙体积所占的比例。

7. 填充率：散粒材料在堆积状态下，其颗粒的填充程度。

8. 空隙率：散粒材料在堆积状态下，颗粒之间的空隙体积所占的比例。

9. 亲水性材料：石料、砖瓦、水泥混凝土、木材憎水性材料：沥青、建筑塑料、多于有机涂料10. 吸水性：材料在水中吸收水分的性质，吸水能力的大小用吸水率表示11. 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质，用含水率表示。

12. 耐水性：材料长期在饱和水的作用下抵抗破坏，保持原有功能的性质。

用软化系数表示，耐水性材料其软化系数应不低于0.85 13. 抗渗性：材料在压力水作用下，抵抗渗透的性质，用渗透系数表示。

渗透系数越小的材料其抗渗性越好，材料抗渗性的高低与材料的孔隙率和孔隙特征有关。

14. 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，抵抗多次冻融循环的性质，用抗冻等级表示。

15. 导热性：热量在材料中传导的性质。

用导热系数表示。

导热系数的物理意义：在一块面积为一平方米的壁板上，板的两侧表面温度差为1K时，在单位时间内通过板面的热量。

导热系数值越小，材料的绝热性能越好。

习惯上吧导热系数不大于0.175W/（m·k）的材料称绝热材料。

材料受潮或冻结后，其导热系数将有所增加。

16. 比热的物理意义：表示1g材料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。

比热C与材料质量m的乘积成为材料的热容量。

热容量较大，导热系数较小的材料，才是良好的绝热材料。

17. 弹性：材料在外力作用下发生变形，当外力取消后，材料能完全恢复原来形状和尺寸的性质。

第1章土木工程材料基本性质

第1章土木工程材料基本性质
第1章土木工程材料基本性质
（二）材料的密度
内容：
• 材料的实际密度（密度）
• 材料的表观密度
• 材料的堆积密度
用途：
• 计算材料的用量，
• 构件的自重，
• 配料计算
• 确定材料的堆积空间等
第1章土木工程材料基本性质
1、实际密度（密度）－材料在绝对密实状态 下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式：
m
V
式中 ρ－实际密度（ g/cm3 ）
m－材料的质量（g） V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）
绝对密实状态下的体积－是指不包括材料内部 孔隙在内的体积。
第1章土木工程材料基本性质
实际密度的测量
1）对近于绝对密实的材料： 金属、玻璃等量测
几何体积－称重－代入公式 2）对有孔隙的材料：
砖、混凝土、石材等 磨成细粉－ 李氏比重瓶法测试 P285-286
第1章土木工程材料基本性质
2、表观密度（容重）－材料在自然状态下单 位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式：
o
m Vo
式中 ρo－表观密度（ g/cm3 ）
m－材料的质量（g）
Vo－材料在自然状态下的体积（cm3） 自然状态下的体积－是指包含材料内部孔隙在内的体
积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发 生变化。注明含水情况
细微且连通的孔隙---------吸水率较大 吸水性对材料的影响：
体积膨胀、强度降低 对围护结构材料不利
第1章土木工程材料基本性质
（二）材料的吸水性与吸湿性
2、吸湿性－材料在空气中吸收空气中水分
的性质。用含水率表示。
公式
W含＝m含m － 干m干10％ 0
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总体积的百分率
（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连 通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口 孔）。
把开口孔体积记为Vk，闭口孔体积记为VB， 则孔隙体积
V ｐ = V k + VB 定义开口孔孔隙率为
pK VK V0
定义闭口孔孔隙率为
则孔隙率为
p
B
p p p K B
VB V0
1.2.2.2 材料的空隙
m 0 VV V K B
装在容 器里的 粒状、 粉状或 块状材 料
空 隙 开口孔隙 封闭孔隙 实 体
VK VB V0 V0
´
V

’ 0
m ‘ V 0
1.1.2
材料的孔隙和空隙
1.1.2.1 材料的孔隙 材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响： 一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。 孔隙数量用孔隙率表征。 (1)孔隙率: 材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率
材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公 式： σ ＝Ε ε σ —— 应力； ε ——应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；
Ε ——弹性模量；
弹性模量是材料刚度的度量，物理意义为单位应变所需 要的应力，反映了材料抵抗变形的能力。是结构设计中 的主要参数之一。 弹塑性材料：材料受力时，弹性变形和塑性变形同时发 生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留。
m ––– 材料的质量，g； V––– 材料在绝对密实状态下的体积，cm3。
测量方法 有较多孔隙的 材料，采用磨细 后用李氏瓶测定
其体积的方法。
某些致密材料，如卵石等，可用直接 排液法，用这种方法测量的体积，由 于无法排除内部封闭的孔隙，所以称 这样测得的密度为近似密度(a)。
1.1.1.2
1.2.3
（1）脆性
脆性和韧性
材料在外力作用下，无明显塑性变形
而突然破坏的性质。
具有这种破坏特征的材料，称为脆性材料。


从应力应变图中看材料的脆性
（2）韧性
材料在冲击或震动荷载作用下，
能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破 坏的性质称为韧性或冲击韧性。
一般以测定其冲击破坏时单位断面上吸收的
能量作为指标。
定义：粉状或粒状材料，在堆积状态下， 单位体积的质量。 计算：
0 m V‘ 0
0––– 堆积密度，kg/m3；
m ––– 材料的质量， kg； V0 ––– 松散材料的堆积体积， m3。
自然状态下的块状材料 开口孔隙
开口孔 封闭孔 实体
VK VB
闭口孔隙
V0
V
m V
m 0 V VP
表观密度 （unit weight）
定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。 计算：
m 0 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，cm3 或 m3。
1.1.1.3 堆积密度 （heaped density ）
ff –––– 抗弯强度，Mpa； P–––– 弯曲破坏时最大荷载，N；
L –––– 两支点的间距，mm；
b –––– 试件横截面积宽度，mm； h –––– 试件横截面积高度，mm。
许多土木工程材料常以其强度 大小划分为若干等级，俗称
“
标号 ”。
材料强度受以下三个因素的影响： 材料内部结构和构造 强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度等) 材料所处的环境条件(温度、湿度、含水量等)
二、材料的比强度 定义 单位体积重量的材料强度,等于
材料的强度与其表观密度之比 衡量材料是否轻质、高强的指标
1.2.2
材料的弹性与塑性
弹性与塑性 材料在承受外力时，如撤除外力的作 用后，材料的几何形状能恢复原状，材料 的这种性能称为弹性。如果只能部分恢复
变形，而残留一部分不能消失的变形，该
残留部份称为塑性变形。
散粒材料颗粒间的空隙多少用空隙率表示。 (1) 空隙率: 散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的 百分率
V V 0 0 p ' 100 % ( 1 ) 100 % V 0 0
' ' 0
(2)填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率
V ' 0 0 D ' 100 % 100 % 1 p V 0 0
1.2.4
硬度和耐磨性
硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力 常用刻划法和压入法测定。
刻划法称莫氏硬度；压入法称布氏硬度、洛氏硬度 和维氏硬度。
耐磨性：材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示
1.2.5
材料的徐变和应力松弛
当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而
缓慢增加的过程，称为徐变。 当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变， 由于徐变而使材料内应力随时间而逐渐降低的过程， 称为应力松弛。 徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。
(b) 拉力
(c) 弯曲
(d) 剪切
各种强度的计算公式如下： 抗压、抗拉、抗剪的强度
P f A
f –––– 强度， Mpa； P–––– 破坏时最大荷载，N； A –––– 受力截面面积，mm2。
抗弯强度 1）
2）
3PL ff 2bh2 PL ff bh 2
(中点集中荷载) (三分点两相等集中荷载)
'
1.2 材料的力学性质
1.2.1 强度与比强度
一、材料的强度
定义 材料在外力作用下不破坏时能承受
的最大应力
根据外力作用方式的不同，材料有抗压强 度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。
材料所受外力：
F F F F/2 F
L F/2
L/3 L/3 L/3 L
(a) 压力
V V 0 0 p 100 % ( 1 ) 100 % V 0
(2)密实度: 材料内部固体物质的实际体积占材料
V D 100 % 0 100 % 1 p V 0
孔隙特征主要有三方面： （1）按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔； （2）按空隙间是否贯通分互相隔开的孤立孔 和互相贯通的连通孔；
土木工程材料
第 一 章
土 木 工 程 材 料 的 基 本 性 质
1.1 材料的基本物、表观密度和堆积密度
1.1.1.1 密度 （density） 定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的
质量。
可按下式计算：
m V
––– 密度，g/cm3；