第一章 土木工程材料的基本性质
本章导学
学习目的：土木工程材料有无机材料、有机材料及复合材料，它具有结构或功能的作用。而土木工程包括建筑工程、道路工程、桥梁工程、地下工程、岩土工程等，土木工程材料为这些工程服务，通过学习其基本性质，了解土木工程基本性质与工程特性的关系。
教学要求：通过工程实例说明土木工程材料的分类；通过各种土木工程特点的分析，说明土木工程材料的物理、力学性质及耐久性；重点讲解土木工程材料的密度、与水有关的性质、强度、弹性、粘性与塑性。
1.1土木工程材料的分类
土木工程材料是指在土木工程中所使用的各种材料及其制品的总称。它是一切土木工程的物质基础。由于组成、结构和构造不同，土木工程材料品种繁多、性能各不相同、在土木工程中的功能各异，而且价格相差悬殊，在土木工程中的用量很大，因此，正确选择和合理使用土木工程材料，对土木工程结构物安全、实用、美观、耐久及造价有着重大的意义。 由于土木工程材料种类繁多，为了研究、使用和论述方便，常从不同角度对它进行分类。最通常的是按材料的化学成分及其使用功能分类。
1.1.1按化学成分分类
根据材料的化学成分，可分为有机材料、无机材料以及复合材料三大类，如表1－1所示。
分类 实例
无机材料 金属材料 黑色金属 钢、板及其合金、合金钢、不锈钢等
有色金属 铝、铜、铝合金等
非金属材料 天然石材 砂、石及石材制品
烧土制品 粘土砖、瓦、陶瓷制品等
胶凝材料及制品 石灰、石膏及制品、水泥及混凝土制品等
玻璃 普遍平板玻璃、特种玻璃等
无机纤维材料 玻璃纤维、矿物棉等
有机材料 植物材料 木材、竹材、植物纤维及制品等
沥青材料 煤沥青、石油沥青及其制品等
合成高分子材料 塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶等
复合材料 有机与无机非金属材料复合 聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等
金属与无机非金属材料复合 钢筋混凝土、玻璃纤维混凝土等 金属与有机材料复合 PVC钢板、有机涂层铝合金板等
第2讲建筑材料的基本性质及石材
5. 孔隙率指材料中孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分数。
%10000VVVP1PD
材料内部的孔隙可分为连通的和封闭的两种，连通孔隙不但彼此贯通且与外界相通，而封闭孔隙不仅彼此不连通，而且与外界隔绝；孔隙按本身尺寸大小又有粗孔、细孔之分。
孔隙是否封闭及孔隙的粗细称为材料的孔隙构造（或称孔隙特征）。
孔隙率的大小及孔隙特征与材料的许多性质，如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性和吸声性等都有密切关系。第一章建筑材料的基本性质第2讲建筑材料的基本性质及石材
6. 空隙率指散粒材料在堆积状态下，其颗粒之间的空隙体积与堆积体积之比的百分数。
%100/00/00VVVP
空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充
的密实程度。第2讲建筑材料的基本性质及石材
二、材料与水有关的性质
1.亲水性和憎水性
当材料与水接触时，在材料、水和空气三相的交点处，沿水滴表面所引的切线与材料表面所成的夹角（称润湿角）θ≤90°，这种材料就称为亲水材料。θ越小则润湿性越好。如果θ>90°，这种材料称为憎水材料。
大多数建筑材料，如天然石材、砖、混凝土、钢材、木材等都属于亲水材料。
憎水材料有沥青、某些油漆、石蜡等。
憎水材料可作防水材料用，还可用于处理亲水材料的表面。第2讲建筑材料的基本性质及石材
2.吸水性和吸湿性
（1）吸水性
材料能在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。
%1001mmmW
式中：W——材料的重量吸水率（%）；
m——材料在干燥状态下的质量；
m1——材料在吸水饱和状态下的质量。
水在材料中对材料的性质往往有不良的影响，比如使材料的导热性增大，强度降低，体积膨胀等。第2讲建筑材料的基本性质及石材
材料的吸水性不仅取决于材料本身是亲水的还是憎水的，也有其孔隙率的大小及孔隙特征有关。
（2）吸湿性
材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。
含水率：材料孔隙中含有水分时，这部分水的质量与材料质量之比的百分数叫做材料的含水率。材料处在潮湿空气中，与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。第2讲建筑材料的基本性质及石材
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一、名词解释
1 憎水材料—— 2 软化系数——
二、填空题
1 建筑材料的体积吸水率和质量吸水率之间的关系是 。
2 材料的体积密度是指材料在 单位体积的质量。
3 当材料的体积密度与密度相同时，说明该材料 。
三、选择题
1材料在绝对密实状态下的体积为V，开口孔隙体积为VK， 闭口孔隙体积为VB，材料在干燥状态下的质量为m,则材料的表现密度为ρ‘( )。
A．m/V B．m/(V+Vk) C．m/(V+Vk+VB) D．m/(V+VB)
2 材料吸水后将材料的（ ）提高。
A．耐久性 B．强度的导热系数
C．密度 D．体积密度和导热系数
四、是非判断题
1 某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。
2 材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。
3 在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。
五、计算题
1 有一个1.5升的容器，平装满碎石后，碎石重2.55Kg。为测其碎石的表观密度，将所有碎石倒入一个7.78升的量器中，向量器中加满水后称重为9.36Kg，试求碎石的表观密度。若在碎石的空隙中又填以砂子，问可填多少升的砂子？
建筑材料习题2
一、填空
1 石灰的特性有：可塑性＿＿、硬化＿＿、硬化时体积＿＿和耐水性＿＿等。
2 石灰膏这在使用前，一般要陈伏两周以上，主要目的是 。
3 国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于＿＿，终凝时间不得迟于＿＿。
第一章 建筑材料的基本性质
内 容 提 要
了解和掌握材料的基本性质，对于合理选用材料至关重要。本章主要介绍材料的基本物理、力学、化学性质和有关参数及计算公式。
在建筑物中，建筑材料要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料具有相应的不同性质。如用于建筑结构的材料要受到各种外力的作用，因此，选用的材料应具有所需要的力学性能。又如，根据建筑物各种不同部位的使用要求，有些材料应具有防水、绝热、吸声等性能；对于某些工业建筑，要求材料具有耐热、耐腐蚀等性能。此外，对于长期暴露在大气中的材料，要求能经受风吹、日晒、雨淋、冰冻而引起的温度变化、湿度变化及反复冻融等的破坏作用。为了保证建筑物的耐久性，要求在工程设计与施工中正确的选择和合理的使用材料，因此，必须熟悉和掌握各种材料的基本性质。
1.1 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。
