材料的基本性质课件.

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1、石家庄市城乡建设学校 市政教研室 第二章 材料的基本性质 一、材料与质量有关的性质 材料的体积构成 体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有 不同的物理状态，因而表现出不同的体积。 材料体积的种类 绝对密实体积 干燥材料在绝对密实状态下的 体积。即材料内部固体物质的体积 ，或不包括内部孔隙的材料体积。 。 一般将材料磨成规定细度的粉末，用 排开液体的方法得到其体积。 自然体积V0 材料在自然状态下的体积，即整体材料的外 观体积（含内部孔隙和水分）。 形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积； 形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用 排开液体的方法得到其体积。 堆积体积V0 粉状或粒状材料，在堆积

2、状态下的总体外观 体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状 态下的体积较小。 （一）材料的密度 1.实际密度 指材料在绝对密实状态下单位体积的质 量，按下式计算： 式中：实际密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料的质量，g 或 kg； V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。 例一 请求100g的H2O的体积。 2.表观密度 表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量 。按下式计算： 式中：0材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； V0材料的自然体积，cm3 或 m3。 （一）材料的密度 例二 某材料，干燥状态下质量为115g，自 然状态下的体积为

3、44cm3，绝对密实状 态下的体积为37 cm3。请计算此材料 的密度及表观密度o 。 3. 堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下 单位体积的质量。按下式计算： 式中：0材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； 材料的堆积体积，cm3 或 m3。 （一）材料的密度 砂堆积密度的测定 将容量筒内材 料刮平，容量 筒的容积即为 材料堆积体积 （二） 材料的密实度 密实度：材料体积内固体物质填充的程度 。 对于绝对密实材料， 因 0 = ，故密实度D =1 或100%。对于大多数土木工程材料， 因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。 孔隙率：

4、材料内部孔隙的体积占材料总体积的 百分率。 式中：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3； V0材料的表观体积，cm3 或 m3； 0材料的表观密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。 （三）孔隙率 例三 某石灰岩密度为268g/cm3，孔隙率为 1.5%，今将该石灰岩破碎,求此碎石的 表观密度。 例四 已知孔隙率为22.1%，求此材料的密 实度D。 二、材料与水有关的性质 1.亲水性与憎水性 与水接触时，材料表面能被水润湿的性 质称为亲水性,900；材料表面不能被 水润湿的性质称为憎水性, 900 。 二、材料与水有关的性质 2.材料的吸水性 材料在水中吸收

5、水分的能力，称为材 料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率来表 示。 （1） 质量吸水率 质量吸水率是指 材料在吸水饱和时，所吸水量占 材料在干燥状态下的质量百分比 ， （2） 体积吸水率 体积吸水率是指材料 在吸水饱和时，所吸水的体积 占材料自然体积的百分率， 二、材料与水有关的性质 二、材料与水有关的性质 （3）影响材料吸水性的因素 材料是亲水的还是憎水的; 孔隙率大小; 孔隙特征. （4)不良影响： 吸水会改变材料的许多性能： 强度下降，体积膨胀，保暖性能降低， 抗冻性质变坏等。 二、材料与水有关的性质 3. 材料的吸湿性 （1）概念： 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分 的性质。 （

6、2）表示方法： 含水率 当空气中湿度在较长时间内稳定 时，材料的吸湿和干燥过程处于平 衡状态，此时材料的含水率保持不 变，其含水率称为平衡含水率。 例1： 500g砂烘干至恒重时的质量为 486g，求此河砂的含水率。 二、材料与水有关的性质 吸水率与含水率的区别 比较项较项 目吸水率含水率 适用场场合在水中吸收水分在空气中吸收水分 表示方法 吸收水分的质质量比 或体积积比 吸收水分的质质量比 吸收水量达到饱饱和 与空气中水分平衡 通常小于吸水率 4. 材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱 和水的作用下不破坏，强度也不显 著降低的性质。 材料耐水性的指标用软化系数。 二、材料与水有关的性质

7、 二、材料与水有关的性质 软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度， 是材料吸水后性质变化的重要特征之一。 软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常 将KR0.85的材料称为耐水性材料，可以用于 水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮 较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不 得小于0.75 。 例二 普通黏土砖进行抗压试验： 浸水饱和后其抗压强度为183KN/m2， 干燥状态下的抗压强度为207KN/m2。 请求（1）此材料的软化系数； （2）此砖是否宜于建筑物中与水接 触的部位使用？ 二、材料与水有关的性质 5.材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能 。用渗透系数或抗渗

8、等级表示。 （1）渗透系数K 材料的渗透系数越小，说明材料的 抗渗性越强。 1 2 、 （1）抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。 混凝土的抗渗性用抗渗等级表示。是以28d龄期的标准试件， 按规定方法进行试验时所能承受的最大静水压力来确定。可分 为P4、P6、P8、P10和P12等五个等级，分别表示混凝土能抵 抗0.4、0.6、0.8、1.0和1.2MPa的静水压力而不发生渗透。 （2）抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能抵抗冻融循环 作用而不发生破坏，强度也不显著降低的性质。 用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的混凝土标准试件， 在饱和水状态下，强度损失不

9、超过25，且质量损失不超过5 时，所能承受的最大冻融循环次数来表示，有F10、F15、 F25、F50、F100、F200、F250和F300等九个等级。 二、材料与水有关的性质 （2） 抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透 水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压 力，并以字母S及可承受的水压力（以0.1MPa为单位） 来表示抗渗等级。如S4、S6、S8、S10等，表示试件能 承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa 的水压而不渗透。 （3）影响材料抗渗性的因素 o材料亲水性和憎水性 通常憎水性材料其抗渗性 优于亲水性材料； o材料的密实度 密实度

10、高的材料其抗渗性也较 高； o材料的孔隙特征 具有开口孔隙的材料其抗渗性 较差。 6、抗冻性 混凝土的抗冻性是指混凝土在饱和水状 态下，能抵抗冻融循环作用而不发生破坏， 强度也不显著降低的性质。 用抗冻等级表示。抗冻等级是以28d龄期的 混凝土标准试件，在饱和水状态下，强度损 失不超过25，且质量损失不超过5时， 所能承受的最大冻融循环次数来表示，有 F10、F15、F25、F50、F100、F200、 F250和F300等九个等级。 二、材料与水有关的性质 影响抗冻性的因素 1.材料的密实度（孔隙率） 密实度越高则其抗冻 性越好。 2.材料的孔隙特征 开口孔隙越多则其抗冻性越差 。 3.材料

11、的强度 强度越高则其抗冻性越好。 4.材料的耐水性 耐水性越好则其抗冻性也越好。 5.材料的吸水量大小 吸水量越大则其抗冻性越差 。 三、与热有关的性质 1、导热性 2、比热容和热容量 3、材料的保温隔热性能 四、材料的力学性质 1.材料的强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。 n根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗 压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。 抗压抗拉抗剪抗弯 四、材料的力学性质 n抗压强度、抗拉强度、 抗剪强度的计算： 式中：f材料强度， MPa； Fmax材料破坏时 的最大荷载，N； A试件受力面积 ，mm2。 n抗弯强度的计算： 中间作用一集中荷载，对矩 形截面试

12、件，则其抗弯强度用 下式计算： 式中：fw材料的抗弯强度， MPa；Fmax材料受弯破坏 时的最大荷载，N；A试件 受力面积，mm2；L 、b 、 h 两支点的间距，试件横截面 的宽及高， mm。 - - 比强度 是按单位质量计算的材料强度，其值等于 材料的强度与其表观密度之比。 它是衡量材料轻质高强的一个主要指标。 四、材料的力学性质 2.弹性和塑性 （1）弹性 材料在外力作用 下产生变形，当外力取 消后能够完全恢复原来 形状的性质称为弹性。 这种完全恢复的变形称 为弹性变形（或瞬时变 形）。 （2）塑性 材料在外力作用 下产生变形，如果外力 取消后，仍能保持变形 后的形状和尺寸，并且 不产

13、生裂缝的性质称为 塑性。这种不能恢复的 变形称为塑性变形（或 永久变形）。 E= 例如：混凝土、钢筋 四、材料的力学性质 3.脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏 ，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性 。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天 然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝 土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度 高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应 注意发挥这类材料的特性。 四、材料的力学性质 4.硬度和耐磨性 （1）硬度 n材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵 抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通 常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的 硬度。 n刻划法用于天

14、然矿物硬度的划分，按滑石 、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、 石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为 10个硬度等级。 钢球压入法： 木材、混凝土、钢材常用此法 硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。 （2)耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的 耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下： 式中： G 材料的磨耗率， （g/cm2 ）； m1材料磨损前的质量，（g）； m2 材料磨损后的质量，（g）； A材料试件的受磨面积 （cm2）。 四、材料的力学性质 五、材料的耐久性 材料的耐久性是泛指材料在使用条件下， 受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用 ，能长久地保持其使用性能的性质。 材料的耐

15、久性：是一种综合性质，如抗冻 性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀均属于 耐久性的范围。此外，材料的强度、抗渗性、 耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。 材料在建筑物之中，除要受到各种外力的 作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素 的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、 机械及生物的作用。 五、材料的耐久性 n物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。如 ：混凝土的碳化、水泥石的溶蚀。 n化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、 盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。如：沥青 n机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材 料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。 n生物作用包括菌类、昆虫等的作

16、用而使材料腐朽、蛀 蚀而破坏。如：木材、竹材、植物纤维 本章总结： 材料的基本物理性质； 材料的力学性质； 材料的耐久性。 补充练习： 一、填空题 1、材料的 （） 及（ ） 是决定材料性质的 基本因素，要掌握材料的性质必须了解材料的 （ ） 、（ ） 与材料性质之间的关系。 2、土木工程材料按化学性质分三大类：（ ） 、（ ） 、 （ ） 。 3、 土木工程材料的技术性质主要有： （ ） 、 （ ）、（ ） 。 4、当水与材料接触时，沿水滴表面作切线， 此切线和水与材料接触面的夹角，称 （ ） 。 5、材料吸收水分的能力，可用吸水率表示， 一般有两种表示方法： （ ） 和 （ ） 。 6、材料在水作用下，保持原有性质的能力， 称 （ ） 用 （ ）表示。 7、材料抵抗压力水渗透的性质称 （） ，用 （ ）或 （ ）表示。 8、 材料抗渗性大小与 （ ） 和 （） 有关。 9、材