1、土木工程材料-教材资料

V0 D ' 100% V0 0
' ' 0
（二）空隙率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒固体物质间空隙体积 （开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率，称为 材料的空隙率。 公式：
V P 1 ' (1 ) 100% V0
' ' ' 0 '
（三）间隙率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒间间隙体积占堆积体 积的百分率，称为材料的间隙率。 公式：
（三）表观密度 1.定义：材料在包含闭口孔隙条件下单位体积的质量。 2.公式：
m ' V'
式中： ρ’——表观密度，g/cm3 m——材料的质量，g V/——材料在包含闭口孔隙条件下的体积，cm3 3.测试方法 将采用排液置换法测量体积；
（四）毛体积密度 1.定义：毛体积密度是材料在自然状态下单位体积的质量。 m 2.公式： 0
（二）孔隙率 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。分为总孔隙率（简 称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率。 2. 孔隙率公式： 0 V P (1 ) 100% (1 ) 100% V0
3. 开口孔隙率 材料内部开口孔隙的体积占材料在自然状态下体 积的百分率，称为材料的开口孔隙率。 由于水可进入开口孔隙，工程中常将材料在吸水 饱和状态下所吸水的体积，视为开口孔隙的体 积（Vk），开口孔隙率（Pk）按下式计算：
金属材料则常以化学元素的含量来表示
合成高分子材料常以其链节表示
材料组成


无机非金属材料，通常用矿物成分表示
物相组成

金属材料，通常用金相组织来表示
§1.1.2 材料的结构和构造
一、宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜可分辨出的结构和构造状况， 其尺度范围在10-3 m级以上
表1-1 材料的宏观结构和构造及特征
2.公式：
' 0
m V0'
式中： 0' ——堆积密度，g/cm3 m ——材料的质量，g V0' ——材料堆积体积，cm3
二、密实度与孔隙率 （一）密实度 1.定义：材料体积（自然状态）内固体物质的充 实程度，称为材料的密实度D。 2.公式： V
D V0 100%
3.密实度D反映材料的密实程度，D越大，材料 越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。
按材料来源： 天然材料 人造材料
按使用功能： 结构材料 功能材料
组成材料的物质 和化学成分
无机材料
有机材料
复合材料
非金属材料
金属材料
合成高分子材料
天然高分子材料
无机材料基复合材料
有机材料基复合材料
胶凝材料及其制品
烧土制品
天然石材
有色金属
黑色金属
三、土木工程材料的发展


发展趋向： 1. 构件的尺寸将日益增大，各种大型板材将广泛采用； 2. 构件材料的重量将大为减少，轻骨料混凝土、加气混凝土、轻 质填充隔墙以及铝合金型材等将从现有水平提高到更加完善的新 阶段而被广泛地应用； 3. 建筑材料的强度将进一步提高； 4. 单一材料的制品将逐渐由两种或两种以上的材料复合材料所取 代； 5. 特殊功能的材料的质量将大为提高，并将陆续出现具有多种功 能的材料。
二、介观结构(亚微观结构 )

需掌握以下几点： 1.显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺度范围 在10-3～10-7m 2.纳米结构是指一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构。 其尺度范围在10-7～10-9m。
三、微观结构
（一）晶体结构 定义：晶体是内部质点（原子、分子、离子）按一定规律在空间重 复排列的固体，具有一定的几何形状和物理性质。 特点： 晶体的性质还与各质点之间相互作用的情况有关。质点间的距离越 近，其键价越高，其强度也越大，如要拆开这种结构，所需的能量也越 大。 无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在共 价键又存在离子键。 （二）玻璃体 定义：玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的 内部质点无序排列的固体或固态液体 。 特点：玻璃体结构的材料没有固定的熔点和几何形状，且各向同性 ，其 化学稳定性差，易与其他物质发生化学反应。
V0 P 1 ' (1 ) 100% V0 0
' 0 ' 0
间隙率大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密 程度。
§1.3材料的力学性质 §1.3.1强度 强度 ：材料抵抗外力破坏的能力 根据外力施加方式 可以分为：静力强度 和动力强度 根据外力引起内应力可以分为：抗压强 度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度 计算公式：
高效、轻质、高强、环保
四、土木工程材料的选择和使用
技术标准
外国技术标准
中国技术标准
国际标准（ISO） 日本工业标准（ JIS） 英国标准（BS）
美国材料试验学会标准（ASTM） 德国工业标准（DIN）
国家标准(GB)
行业标准
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
建设部行业标准(JGJ)
中国工程建设标准化 协会标准(CECS)
建材行业标准(JC)
（在建筑工程中，我们尽量不选择脆性的材料，因 为材料在破坏前无明显的塑性变形而破坏，即没 有明显的征兆。破坏比较突然。）
§1.3.4 硬度与耐磨性 一、硬度 定义:硬度是材料抵抗其他物体刻划或压人 其表面的能力。 测量方法：刻划法、回弹法和压入法 二、耐磨性 定义:耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。 测量方法：材料的耐磨性用磨损率或磨耗 率
0 PK 100% (1 ' ) 100% V0
VK
4. 闭口孔隙率 材料内部闭口孔隙的体积（Vb）占材料在自然状 态下体积的百分率，称为材料的闭口孔隙率。闭 口孔隙率（Pb）按下式计算：
P b
Vb V0
100% P PK
三、填充率、空隙率和间隙率
（一）填充率 定义：散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占堆积 体积的百分率，称为材料的填充率。 公式：
§1.2材料的物理性质

一、密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度 （一） 基本概念 1.闭口孔隙、开口孔隙
（二）密度
1.定义：密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 m 2.公式： V 式中： ρ——密度，g/cm3 m——干燥材料的质量，g V——材料在绝对密实状态下的体积，cm3 3.测试方法 将材料磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得 的体积越接近真实体积。 4.相对密度：材料的密度与4℃纯水密度之比称为相对密度，也称为 比重。
地方标准(DB)
企业标准(QB)
第一章 土木材料的基本性质
一、材料的组成、结构及构造 §1.1.1材料的组成 材料的组成决定材料物理力学性质的主要因素之一，而且，当材料与外 界自然环境以及各种物质相接触时，它们之间必然要按照化学变换规 律发生作用。 无机非金属材料的化学成分常用各氧化物的含量来反映。 化学组成
二、徐变
1.定义 徐变：材料在恒定外力作用下，随时间缓慢增 长的不可恢复的变形称为徐变变形。 混凝土的徐变：在荷载长期作用下，混凝土的 变形将随着时间的增加而增加。
§1.3.3脆性及韧性
1.定义及特点 脆性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突 然破坏的性质。 脆性的特点：塑性变形很小，且抗压强度与抗拉强度的比值 较大（5～50倍） 韧性：指材料在外力的作用下，能够吸收较大的能量，韧性 特点：韧性同时产生一定的变形而不致破坏的性能。 材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度与抗压 强度接近。
《建筑地基基础设计规范》（GB500072002）第8.4.3条对抗渗等级的定义：防 水砼抗渗等级应根据地下水的最大水头 与防渗砼厚度的比值，按现行《地下工 程防水技术规范》选用，但不得小于 0.6MPa。 在《地下工程防水技术规范》（GB501082001）中对抗渗等级的规定见下表：
工程埋置深度
用于长期处于水中或潮湿环境中的重要结 构的材料，软化系数应大于0.85；用于受 潮较轻或次要结构物的材料，软化系数 应大于0.75。
四、抗渗性 定义：抗渗性是指材料抵抗压力水或其他 液体渗透的性质。抗渗性可用渗透系数 表示。 渗透系数K越小,材料的抗渗性越好。 材料的抗渗性也可用抗渗等级来表示 。抗 渗等级是在规定试验方法下材料所能抵 抗的最大水压力，用“Pn”表示，如P2， P4，P6，P8等，分别表示可抵抗0.2MPa， 0.4MPa，0.6 MPa，0.8 MPa的水压力 而不渗透。
V0
式中： ρ0——毛体积密度，g/cm3 m——材料的质量，g V0——材料在自然状态下的体积，cm3
3.测试方法
对于规则形状材料的体积，可用量具测得；对于不规则形状材料 的体积，可采用排液法或封蜡排液法或用体积仪测得。

（五）堆积密度 1.定义：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。
<10 10~20 20~30 30~40
设计抗渗等级
S6 S8 S10 S12
五、抗冻性 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经 受反复冻融的作用而不破坏，强度也不 显著降低的性能。 材料的抗冻性用抗冻等级表示
土木工程材料（建筑材料）
绪论


一、土木工程材料的作用
工程实例一：实例一.dwg
从上述的实例中，我们可以看出建筑材料在基本建设
中的重要性 。 在实际情况中对建筑材料的重视应当加强，而不只是 考虑如何用的问题。在实际工程中往往出现问题的首先 是建筑材料的因素。
二、土木工程材料的分类
建筑材料的分类
宏观结构
按孔 隙特 征 按构 造特 征 致密结构 微孔结构 多孔结构 纤维结构 层状结构 散粒结构 聚集结构