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1、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,1.1 材料的物理性质(physical properties)1.1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度(1)密度(density)(2)表观密度(apparent density)(3)堆积密度（散粒体）(bulk density)(for particles),1,密实材料，如金属材料、花岗岩等,材料的内部密实而没有孔隙,材料的密度（1）密度,材料的密度（2）表观密度,2,材料的内部有许多孔隙,孔隙材料，如砖头、混凝土、木材等,3,内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等,堆积材料颗粒的内部有许多孔隙,堆积材
2、料颗粒之间存在许多空隙,材料的密度（3）堆积密度,end,第1章 土木工程材料的基本性质,1.1.2 材料的密实度与孔隙率(1)密实度(density)(2)孔隙率(porosity)1、孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，它对材料的物理、力学性质都有影响。2、空隙按尺寸又分为极细空隙、细小空隙、较粗大空隙，孔隙的大小及其分布特征对材料的性能影响较大。,第1章 土木工程材料的基本性质,1.1.3 材料的填充率与空隙率（散粒体）(1)填充率(filling ratio)(2)空隙率(voids ratio, void content, void volume)1、区分开密实度和填充率，孔隙率和
3、空隙率 关键在材料，分内外2、课本表1.1中常用材料的密度、表观密度、堆积密度 密度体积密度堆积密度,第1章 土木工程材料的基本性质,1.2.1 材料与水有关的性质(1) 材料的亲水性与憎水性亲水性（润湿角90）(hydrophilic nature)憎水性（润湿角90）(hydrophobic nature)(2) 材料的吸水性与吸湿性吸水性(water absorptivity)吸水率(water absorption)吸湿性(hydroscopic nature)含水率(moisture content)(3) 材料的耐水性(抗水性)软化系数(softening coefficient)
4、,第1章 土木工程材料的基本性质,1.2.4 材料的抗冻性与抗渗性(1)抗冻性(frost resistance) 材料在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，且不严重降低强度的性质。水结冰时体积约增大9，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环(freezing and thawing circle)抗冻等级(grade) F15(Freeze)(2)抗渗性(impermeability)渗透系数(coefficient of permeability)抗渗等级 P(Permeate),材料的抗冻性,1. 材料的内部一般都充满着孔隙，,2. 如果浸入水中，孔隙中便会吸水,3. 气温下降，孔
5、隙中的水会结冰并膨胀,4. 气温上升，孔隙中的冰会逐渐融化,5. 经过反复的浸水、冰冻、融化、干燥，材料的内部逐渐出现裂缝，表面会逐渐脱落，使材料的强度逐渐损失，质量变小。,6. 材料的质量损失5，强度损失25时，冻融的循环次数为材料的抗冻等级,end,由于结冰产生的膨胀会导致材料的表面部分破裂，内部产生裂纹。,第1章 土木工程材料的基本性质,1.3 材料的基本力学性质1.3.1 材料的强度(strength)(1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(2)材料的抗弯强度1、不同组成的材料具有不同的抵抗外力的特点。2、相同组成的材料，结构及构造不同，强度也大不同。,第1章 土木工程材料的基本性质,1.3
6、 材料的基本力学性质1.3.2 材料的弹性与塑性1.3.3 材料的脆性与韧性,第1章 土木工程材料的基本性质,1.4 材料的热工、声学性质及材料的耐久性1.4.1 材料的热工性质(1)材料的导热性（thermal conductivity)导热系数影响材料导热系数的主要因素材料的表观密度孔隙大小与构造湿度温度热流方向(2)材料的热容量(heat capacity)比热容,材料的比热容,比热容是指质量为1g的材料，当温度变化1K时所吸收或释放的热量。 比热容与材料质量的乘积称为材料的热容量值，它表示材料温度升高或降低1K所吸收或放出的热量。 热容量值大的材料，本身能吸入或储存较多的热量，对于保持
7、室内温度有良好的作用，并减少能耗。 如屋面材料采用热容量值大的材料，陕西窑洞冬暖夏凉。,第1章 土木工程材料的基本性质,(3)耐燃性（防失火）(flame resistance) 建筑物失火时，材料能经受高温与火的作用不破坏，强度不严重下降的性能。材料根据耐燃性可分为三大类：（是否含可燃物）1)不燃烧类，如石材、混凝土、砖、石棉等；2)难燃烧类，如沥青混凝土、经防火处理的木材等；3)燃烧类，如木材、沥青等。,第1章 土木工程材料的基本性质,(4)耐火性（耐高温）(fire resistance) 材料在长期高温作用下，保持不熔性并能工作的性能。按耐火性高低可将材料分为以下3类：1)耐火材料，耐
8、火度1580，如耐火砖中的硅砖、镁砖、铝转、铬砖等；2)难熔材料，耐火度1350至1580，如难熔粘土砖、耐火混凝土等；3)易熔材料，耐火度1350，如普通粘土砖。,第1章 土木工程材料的基本性质,1.4.2 材料的声学性质(1)吸声性(sound absorption)吸声系数(sound-absorption coefficient)(2)隔声性(sound insulation) 隔声量R是表示材料隔绝空气声的能力，是在标准隔声室内测出的，其单位为分贝（db）。R越大，隔声效果越好。 （3）隔声与吸声不同,第1章 土木工程材料的基本性质,1.4.4 材料的耐久性(durability)
9、材料在长期使用过程中，抵抗各种自然因素及有害介质的作用，保持其原有性能而不变质和不被破坏的能力。作用于材料的自然因素和有害介质为以下几个方面：(1)物理作用,如干湿、冷热、冻融变化等。(2)化学作用，如酸、盐、碱等溶液的侵蚀。（海水等）(3)生物作用，如虫蛀、腐朽。,第1章 土木工程材料的基本性质,1.5 材料的组成、结构与构造及其对材料性质的影响1.5.1 材料的组成(1)化学组成(chemical composition)(2)矿物组成(mineral composition)(3)相组成(phases),第1章 土木工程材料的基本性质,1.5.2 材料的结构和构造(1)宏观结构(10-3
10、mm的尺度) 按孔隙特征可分为：1)致密结构 2)多孔结构 3)微孔结构 按存在状态或构造特征分为：1)堆聚结构 2)纤维结构 3)层状结构 4)散粒结构(2)细观结构(亚微观结构)(10-3至10-6mm 尺度) 如分析金属材料的金相组织，观察木材的木纤维、导管、髓线、树脂道等组织，以及观察混凝土内的微裂缝等,第1章 土木工程材料的基本性质,(3)微观结构(原子、分子尺度) 微观结构是在电子显微镜下研究的原子、分子级的结构。材料的许多物理性质（如强度、硬度、熔点、导热、导电性）都是由微观结构所决定的。分为晶体、玻璃体、胶体。1)晶体(crystal) 晶体是质点（离子、原子、分子）在空间上按
11、特定的规则呈周期性排列时形成的。原子晶体(atomic crystal) 如石英离子晶体(ionic crystal) 如石膏分子晶体(molecular crystal) 如有机化合物金属晶体(metal crystal) 如钢材 晶体材料在外力作用下具有弹性变形的特点，但因质点的密集程度不同而具有许多滑移面，当外力达到一定限度时，则易沿着滑移面产生塑性变形。,第1章 土木工程材料的基本性质,2)玻璃体(glass) 具有一定的化学成分的熔融物质，经急冷，使质点来不及按一定的规则排列，便凝固成固体，即为玻璃体。 无一定的几何形状，无熔点只能软化，各向同性等，常用作硅酸盐水泥的掺合料，以改善其
12、性能。3)胶体(gel) 以极小的质点分散在连续向介质中形成的分散体系。 胶体的总表面积很大，有很强的吸附力，所以具有较强的黏结力。 胶体由于脱水作用或质点的凝聚而形成凝胶，具有固体的性质，同时又具有黏性液体流动的性质，如水泥中的凝胶体。 区分水玻璃和玻璃,附 录,密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量。按下式计算：式中： 密度，gcm3； m 材料在干燥状态的质量，g； V 材料的绝对密实体积，cm3。 材料在密实状态下的体积，指不包括材料孔隙在内的体积。钢材、玻璃可根据外形尺寸求得体积；砖石有孔隙的材料应磨成细粉，干燥后用李氏瓶测定其体积。材料磨的越细，测得的数值越精确。（课本281页实验
13、1）,表观密度材料单位体积（包含材料实体及闭口孔隙体积，即不包括与外界连通的开口孔隙体积）的质量。按下式计算： 式中：0表观密度，gcm3；(1gcm3 =1000kgm3) m 材料的质量，g； V0材料在自然状态下的外形体积，cm3。,对于形状规则的材料，直接测量体积；对于形状非规则的材料，可用蜡封法封闭孔隙，然后再用排液法测量体积。,堆积密度是指散粒或粉状（如砂、石子、水泥等）在堆积状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中： 材料的堆积密度，kgm3； m 材料的质量，kg； 材料的自然(松散)堆积体积(包括材料颗粒体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。,材料的密实度,材料体积内被固体物质充
14、实的程度。按下式计算：,材料的孔隙率,材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：即：DP=1或密实度孔隙率=1。,材料的填充率,散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。按下式计算：,材料的空隙率,散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算：即：DP=1或填充率空隙率=1。 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度，可作为控制混凝土骨料级配和计算含砂率的依据。,材料的吸水率,材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质，用吸水率表示，即式中：Wm材料质量吸水率，%；（体积吸水率） m材料干燥状态下质量，g； m1材料吸水饱和状态下质量，g。 材料吸水率的大小主要决定于材料
15、孔隙的大小和特征。空隙率越大，吸水性越强。 但是要考虑孔隙的连通程度和孔隙的大小。,材料的含水率,材料在一定温度和湿度下吸附水分（且可逆）的能力，用含水率表示，即式中：W含材料质量吸水率，%；（体积含水率） m含材料含水时的质量，g； m材料干燥状态下的质量，g。1、可逆性。材料的吸湿性是可逆的，在一定的温度和湿度条件下，材料与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。2、保温材料如果吸收水分后将降低或丧失其性能。,材料的软化系数(附动画),材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即式中：KP材料的软化系数； fw材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa； f 材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。 通常将软化系数大于0.85的材料称为耐水性材料。用于水中、潮湿环境中的重要结构材料，软化系数不低于0.85；用于受潮较轻及次要结构的材料，则不宜小于0.7至0.85。,
