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1、Civil Engineering Materials西南交通大学西南交通大学 希望学院希望学院20112011年年1Civil Engineering Materials问题：土木工程要求材料具备哪些性能？问题：土木工程要求材料具备哪些性能？土木工程的功能土木工程的功能要求的材料性能要求的材料性能承受荷载承受荷载长期可靠性长期可靠性强度、刚度强度、刚度耐久性耐久性物理性能物理性能防水、隔热、隔声、防水、隔热、隔声、防火、采光、绝缘防火、采光、绝缘不污染环境不污染环境安全性安全性2Civil Engineering Materials本章要点本章要点 土木工程材料的基本物理性质、力学性土木工程
2、材料的基本物理性质、力学性质及耐久性等。质及耐久性等。学习目标学习目标 熟悉和掌握各种材料的基本性质，在熟悉和掌握各种材料的基本性质，在工程设计与施工中正确选择和合理使用各工程设计与施工中正确选择和合理使用各种材料。种材料。第第1章章 土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质3Civil Engineering Materials1.11.1 材料的组成与结构材料的组成与结构1.2 1.2 材料的物理性质材料的物理性质1.3 1.3 材料的基本力学性质材料的基本力学性质1.4 1.4 材料的耐久性材料的耐久性1.5 1.5 材料的环境负荷性及其使用的健康安全性材料的环境负荷性及其使用的健康
3、安全性内容提要：内容提要：4Civil Engineering Materials研究土木工程材料的一般规律研究土木工程材料的一般规律如下图所示：如下图所示：原料原料生产工艺生产工艺组成组成结构结构构造构造技术技术要求要求性质性质应用应用外界环境条件外界环境条件检验检验与与验收验收运输运输储存储存形成了 决定了 (内因) 决定了 提出了要求 依据提出了影响 外因5Civil Engineering Materials1.1 材料的组成与结构材料的组成与结构1.1.1 1.1.1 材料的组成材料的组成1.1.2 1.1.2 材料的结构材料的结构1.1.3 1.1.3 结构中的孔隙与材料性质的关系
4、结构中的孔隙与材料性质的关系6Civil Engineering Materials1. 化学组成化学组成化学组成化学组成指构成材料的基本元素与化合物。指构成材料的基本元素与化合物。材料在使用过程按化学变化规律发生作用，材料在使用过程按化学变化规律发生作用，材料在使用过程按化学变化规律发生作用，材料在使用过程按化学变化规律发生作用，例如：例如：例如：例如：F混凝土碳化混凝土碳化混凝土碳化混凝土碳化F钢材锈蚀钢材锈蚀钢材锈蚀钢材锈蚀7Civil Engineering Materials2. 矿物组成矿物组成 矿物矿物是具有一定化学成分和结构特征的单是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。质
5、或化合物。矿物组成矿物组成 = 矿物种类矿物种类 + 矿物含量矿物含量例如：例如：普通硅酸盐水泥与快硬硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥与快硬硅酸盐水泥 无机非金属材料无机非金属材料8Civil Engineering Materials9Civil Engineering Materials宏观结构宏观结构常用材料常用材料主要特性主要特性单单一一材材料料致密结构致密结构钢材、玻璃、沥青、部分钢材、玻璃、沥青、部分塑料塑料高强，或不透水、耐高强，或不透水、耐腐蚀腐蚀多孔结构多孔结构泡沫塑料、泡沫玻璃泡沫塑料、泡沫玻璃轻质、保温、低强度轻质、保温、低强度纤维结构纤维结构木材、竹材、岩棉、玻璃木材、竹材、岩
6、棉、玻璃纤维、钢纤维纤维、钢纤维高高抗拉、且大多数轻抗拉、且大多数轻质、保温、吸声质、保温、吸声聚集结构聚集结构陶瓷、砖、某些天然石材陶瓷、砖、某些天然石材强度较高强度较高复复合合材材料料粒状聚集结粒状聚集结构构各种混凝土、钢筋混凝土各种混凝土、钢筋混凝土综合性能好、价格较综合性能好、价格较低低纤维聚集结纤维聚集结构构岩棉板、纤维板、纤维增岩棉板、纤维板、纤维增强塑料强塑料轻质、保温，或高抗轻质、保温，或高抗拉拉多孔结构多孔结构加气混凝土、泡沫混凝土加气混凝土、泡沫混凝土轻质保温轻质保温叠合结构叠合结构纸面石膏板、胶合板、各纸面石膏板、胶合板、各种加芯板种加芯板综合性能好综合性能好10Civi
7、l Engineering Materials木材的细观结构木材的细观结构金属的金相组织金属的金相组织11Civil Engineering Materials钙钛锆石在不同放大倍数下的钙钛锆石在不同放大倍数下的SEM照片照片12Civil Engineering Materials粉煤灰在粉煤灰在3.0K下的下的SEM照片照片矿渣在矿渣在3.0K下的下的SEM照片照片13Civil Engineering Materials几种工业废渣的几种工业废渣的XRD衍射图谱衍射图谱14Civil Engineering Materials土木工土木工程材料程材料固态固态有规则，各向异性有规则，各向异
8、性无定形态无定形态（短程有序，（短程有序，长程无序）长程无序）微小质点分散于介微小质点分散于介质中形成的结构质中形成的结构（1100m）（石墨、金刚石、（石墨、金刚石、“足球烯足球烯”C60）15Civil Engineering Materials金刚石晶胞金刚石三维结构石墨三维结构C60比例模型C60球棍模型16Civil Engineering Materials泡沫玻璃泡沫玻璃玻璃玻璃泡沫塑料泡沫塑料泡沫混凝土泡沫混凝土17Civil Engineering Materials小结小结：材料的组成、微观结构、宏观结：材料的组成、微观结构、宏观结构与材料性质、用途的关系构与材料性质、用途
9、的关系F宏观结构不同，即使组成与微观结构等相宏观结构不同，即使组成与微观结构等相宏观结构不同，即使组成与微观结构等相宏观结构不同，即使组成与微观结构等相同，材料的性质与用途也不同同，材料的性质与用途也不同同，材料的性质与用途也不同同，材料的性质与用途也不同F宏观结构相同或相似，则即使材料的组成宏观结构相同或相似，则即使材料的组成宏观结构相同或相似，则即使材料的组成宏观结构相同或相似，则即使材料的组成或微观结构等不同，材料也具有某些相同或或微观结构等不同，材料也具有某些相同或或微观结构等不同，材料也具有某些相同或或微观结构等不同，材料也具有某些相同或相似的性质与用途相似的性质与用途相似的性质与用
10、途相似的性质与用途18Civil Engineering Materials1. 材料内部孔隙的来源与产生材料内部孔隙的来源与产生天然材料天然材料人造材料人造材料木材的细观结构木材的细观结构锆石的微观结构锆石的微观结构19Civil Engineering Materials孔隙大小孔隙大小孔隙形状孔隙形状常压下水常压下水常压下水常压下水能否进入能否进入能否进入能否进入微细孔隙微细孔隙毛细孔毛细孔较粗大孔隙较粗大孔隙粗大孔隙粗大孔隙球形孔隙球形孔隙片状孔隙片状孔隙管状孔隙管状孔隙墨水瓶状孔隙墨水瓶状孔隙带尖角的孔隙带尖角的孔隙开口开口/连孔隙连孔隙闭口闭口/封闭孔隙封闭孔隙2. 孔隙的分类孔隙
11、的分类20Civil Engineering Materials3. 孔隙特征及其对材料性质的影响孔隙特征及其对材料性质的影响孔隙特征孔隙特征是指材料内部孔隙的是指材料内部孔隙的大小大小、形状形状、分布分布、连通与否连通与否等构造上的特征，对材料等构造上的特征，对材料的物理、力学性质均有显著影响。的物理、力学性质均有显著影响。一般工程应用上，孔隙特征主要指孔隙的一般工程应用上，孔隙特征主要指孔隙的连通性连通性，按此分为，按此分为开口孔隙开口孔隙和和闭口孔隙闭口孔隙。21Civil Engineering Materials1固体物质；固体物质；2开口孔隙；开口孔隙；3闭口孔隙闭口孔隙 材料内孔
12、隙示意图材料内孔隙示意图 开口孔隙对材料性质的影响较闭口孔隙大，开口孔隙对材料性质的影响较闭口孔隙大，往往使材料的大多数性质降低（往往使材料的大多数性质降低（吸声性除外吸声性除外）。）。22Civil Engineering Materials1.2 材料的物理性质材料的物理性质1.2.1 与质量状态有关的物理性质与质量状态有关的物理性质1.2.2 与构造状态有关的物理性质与构造状态有关的物理性质1.2.3 与水有关的性质与水有关的性质1.2.4 与热有关的性质与热有关的性质1.2.5 与声有关的性质与声有关的性质23Civil Engineering Materials1.密度密度材料在材料
13、在绝对密实状态绝对密实状态下，单位体积的质量。下，单位体积的质量。密度，密度，g/cm3；m材料的质量，材料的质量，g；V材料在绝对密实状态下的体积，材料在绝对密实状态下的体积，cm3。绝对密实绝对密实:不包括孔隙。不包括孔隙。如何测？如何测？磨成细粉，用磨成细粉，用李氏瓶李氏瓶；排液置换法。排液置换法。李氏密度瓶李氏密度瓶实际上，自然界完全密实的材料不存在（实际上，自然界完全密实的材料不存在（近似近似密度密度）。）。 24Civil Engineering Materials是指材料在自然状态下，不含开口是指材料在自然状态下，不含开口孔时单位体积的质量。孔时单位体积的质量。2. 表观密度表观
14、密度 （视密度、近似密度）（视密度、近似密度）如何测？如何测？225Civil Engineering Materials3. 容积密度容积密度0（体积密度、容重）（体积密度、容重）是指材料在是指材料在自然状态自然状态下，单位宏观外形体积的质量。下，单位宏观外形体积的质量。宏观外形体积宏观外形体积:包括开口孔隙和闭口孔隙在内的体积。即包括开口孔隙和闭口孔隙在内的体积。即固固体体积体体积开口开口孔隙体积孔隙体积闭口闭口孔隙体积孔隙体积。 如何测？如何测？形状规则：直接测量并计算形状规则：直接测量并计算形状不规则：蜡封并排液测定形状不规则：蜡封并排液测定26Civil Engineering Ma
15、terials4. 堆积密度堆积密度0/ 粉状或粒状粉状或粒状材料，在材料，在自然自然堆积状态堆积状态下，单位体积的质量。下，单位体积的质量。如何测？如何测？ 堆积体积堆积体积: 散粒材料填充容器的体积。散粒材料填充容器的体积。 固体体积孔隙体积颗粒间空隙。固体体积孔隙体积颗粒间空隙。427Civil Engineering Materials问题？问题？对于某一种材料来说，其密度、表观密度、对于某一种材料来说，其密度、表观密度、容积密度和堆积密度之间的相互关系怎样容积密度和堆积密度之间的相互关系怎样？密度表观密度容积密度堆积密度密度表观密度容积密度堆积密度28Civil Engineerin
16、g Materials1. 孔隙率与密实度孔隙率与密实度孔隙率孔隙率是指材料内部是指材料内部孔隙体积占材料总体孔隙体积占材料总体积（在自然状态下体积）的百分率积（在自然状态下体积）的百分率 。密实度密实度，即材料体积内被固体物质充实的程度。，即材料体积内被固体物质充实的程度。29Civil Engineering Materials2 2）闭口孔隙率）闭口孔隙率 闭孔体积与材料在自然状态下体积的百分率。闭孔体积与材料在自然状态下体积的百分率。 1 1）开口孔隙率）开口孔隙率 开孔体积与材料在自然状态下体积的百分率。开孔体积与材料在自然状态下体积的百分率。30Civil Engineering
17、Materials2. 空隙率与填充率空隙率与填充率空隙率空隙率是指散粒或粉状材料颗粒之间的空是指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占其自然堆积体积的百分率。隙体积占其自然堆积体积的百分率。填充率填充率，即散粒材料堆积体积中，颗粒填，即散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。充的程度。31Civil Engineering Materials练习题：练习题： 一块普通粘土砖尺寸为一块普通粘土砖尺寸为240mm115mm53mm，烘干后质量为，烘干后质量为2425g，吸水饱和后为，吸水饱和后为2640g，将其烘干磨，将其烘干磨细后取细后取50g用李氏瓶测其体积为用李氏瓶测其体积为19.2cm3，求该砖
18、的密度、表观密度、容积密度、开求该砖的密度、表观密度、容积密度、开口孔隙率、闭口孔隙率及密实度。口孔隙率、闭口孔隙率及密实度。32Civil Engineering Materials解：该砖的宏观外形体积为：解：该砖的宏观外形体积为：开口孔的体积为：开口孔的体积为：则该砖的密度为：则该砖的密度为：表观密度为：表观密度为：容积密度为：容积密度为：33Civil Engineering Materials开口孔隙率为：开口孔隙率为：总孔隙率为：总孔隙率为：闭口孔隙率为：闭口孔隙率为：密实度为：密实度为：34Civil Engineering Materials1. 亲水性与憎水性亲水性与憎水性
19、90 90 = 0全润湿全润湿 润湿润湿 不润湿不润湿亲水性材料亲水性材料憎水性：憎水性：材料与水接触时不能被水润湿的性质。材料与水接触时不能被水润湿的性质。憎水性材料憎水性材料亲水性：亲水性：材料与水接触时能被水润湿的性质。材料与水接触时能被水润湿的性质。35Civil Engineering Materials2. 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性1）吸水性：）吸水性：是指材料在是指材料在水中水中吸收水分的吸收水分的性质。性质。质量吸水率质量吸水率Wm体积吸水率体积吸水率WV36Civil Engineering Materials材料的吸水率与孔隙特征有何关系？材料的吸水率与孔隙特征有何关系
20、？孔隙特征孔隙特征 吸水率吸水率微细而连通微细而连通封闭封闭 较大较大较小较小较小较小 粗大开口粗大开口37Civil Engineering Materials2）吸湿性：吸湿性：是指材料在是指材料在潮湿空气中潮湿空气中吸收吸收水分的性质。水分的性质。含水率表示材料在含水率表示材料在某一状态某一状态的含水能力，随环境温的含水能力，随环境温度和空气湿度的变化而变化。与空气温湿度相平衡度和空气湿度的变化而变化。与空气温湿度相平衡时的含水率称为时的含水率称为平衡含水率平衡含水率（或称气干含水率）。（或称气干含水率）。含水率含水率38Civil Engineering Materials 3）含水对
21、材料性质的影响含水对材料性质的影响体积体积容积密度容积密度强度强度导热性导热性 ， 保温隔热性保温隔热性吸声性吸声性耐久性耐久性39Civil Engineering Materials1. 导热性导热性材料传导热量的性质称为材料传导热量的性质称为导热性导热性，以导热系，以导热系数数表示：表示：通常将通常将0.23 W /（mK）的材料称为绝热）的材料称为绝热材料。如：矿棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等。材料。如：矿棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等。40Civil Engineering Materials影响材料导热系数的主要因素有：影响材料导热系数的主要因素有： （1）材料的组成与结构：）材料的组成与
22、结构：通常金属材料的导热系数通常金属材料的导热系数大于非金属材料；固体的大于非金属材料；固体的大于液体；气体的最大于液体；气体的最小。小。 （2）材料的孔隙率）材料的孔隙率P：孔隙率孔隙率P越大，即材料越轻越大，即材料越轻（越小），导热系数越小。（越小），导热系数越小。 （3）含水率：）含水率：材料含水或含冰时，会使导热系数急材料含水或含冰时，会使导热系数急剧增加。剧增加。 （4）温度：）温度：温度越高，材料的导热系数越大（金属温度越高，材料的导热系数越大（金属除外）。除外）。 41Civil Engineering Materials2. 热阻热阻材料层厚度材料层厚度与导热系数与导热系数的比
23、值称为热阻的比值称为热阻R=/（m2K/W），它表明热量通过材料层时所），它表明热量通过材料层时所受到的受到的阻力阻力。多层平壁导热条件下，平壁的总热阻等于各多层平壁导热条件下，平壁的总热阻等于各单层材料的热阻之和。单层材料的热阻之和。（电阻的串联）（电阻的串联）42Civil Engineering Materials3. 热容量热容量是指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的是指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，用性质，用比热比热表示：表示：比热比热c与材料质量与材料质量m的乘积，称为的乘积，称为热容量热容量。材料。材料的热容量大，则材料在吸收或放出较多的热量的热容量大，则材料在吸收
24、或放出较多的热量时，其自身的温度变化不大，即有利于保证室时，其自身的温度变化不大，即有利于保证室内温度相对稳定。内温度相对稳定。43Civil Engineering Materials1. 吸声性吸声性材料能吸收声音的性质称为材料能吸收声音的性质称为吸声性吸声性。被吸收掉的被吸收掉的声能声能E1穿透的声能穿透的声能E2入射声入射声能能E0反射声反射声能能吸声系数吸声系数 影响因素：影响因素：频率频率、入射方向入射方向 常用频率：常用频率：125、250、500、1000、2000、4000Hz。 0.20吸声材料吸声材料44Civil Engineering Materials影响多孔吸声材
25、料吸声效果的主要因素：影响多孔吸声材料吸声效果的主要因素：（1）材料的孔隙率或体积密度材料的孔隙率或体积密度 对同一吸声材料，对同一吸声材料，孔隙率孔隙率P越低或体积密度越大，则对低频声音的越低或体积密度越大，则对低频声音的吸收效果越好，而对高频声音的吸收有所降低。吸收效果越好，而对高频声音的吸收有所降低。（2）材料的孔隙特征材料的孔隙特征 开口孔隙越多、越细小，开口孔隙越多、越细小，则吸声效果越好。则吸声效果越好。（3）材料的厚度材料的厚度 增加多孔材料的厚度，可提高增加多孔材料的厚度，可提高对低频声音的吸收效果，而对高频声音没有多大对低频声音的吸收效果，而对高频声音没有多大的效果。的效果。
26、 45Civil Engineering Materials2. 隔声性隔声性是指材料隔绝声音的性质。是指材料隔绝声音的性质。声音声音传播传播途径途径 空气声空气声 固体声固体声 隔空气声隔空气声 隔固体声隔固体声 密实、沉重密实、沉重的材料的材料 不连续的结构处理不连续的结构处理46Civil Engineering Materials1.3 材料的基本力学性质材料的基本力学性质1.3.1 强度与比强度强度与比强度1.3.2 弹性与塑性弹性与塑性1.3.3 脆性与韧性脆性与韧性1.3.4 硬度与耐磨性硬度与耐磨性47Civil Engineering Materials1. 强度：强度：是是
27、指材料在外力作用下不破坏时能承受的指材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力最大应力。 按按外力作用方式外力作用方式：抗压强度抗压强度、抗拉强度抗拉强度、抗弯强度抗弯强度及及抗剪强度。抗剪强度。压压 拉拉 弯曲弯曲 剪切剪切1.3.1 强度与比强度强度与比强度 （极限强度）（极限强度）48Civil Engineering Materials材料强度的材料强度的计算公式计算公式（1）抗拉、抗压、抗剪强度：）抗拉、抗压、抗剪强度：f材料的材料的强度强度 ，N/mm2或或MPa；Fmax材料破坏时的最大荷载，材料破坏时的最大荷载，N；A受力截面面积受力截面面积；（2）抗弯强度：）抗弯强度：单点单点
28、集中加荷：集中加荷：三三分分点点加加荷荷：f材料的抗弯材料的抗弯强度强度 N/mm2或或MPa；Fmax破坏时的最大荷载破坏时的最大荷载N；L两支点的间距两支点的间距mm ；b、h试件横截面的宽与高试件横截面的宽与高mm。 49Civil Engineering Materials常用土木工程材料的强度常用土木工程材料的强度（ N/mm2或或MPa ）材料材料抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度抗弯强度抗弯强度花岗岩花岗岩100250581014普通粘土砖普通粘土砖10302.65.0混凝土混凝土10100183.010.0松木（顺纹）松木（顺纹）30508012060100建筑钢材建筑钢材240
29、15002401500材料强度的材料强度的影响因素影响因素： 材料组成与结构、孔隙率、含水率、尺寸、加材料组成与结构、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、表面状况。载速度、表面状况。 50Civil Engineering Materials材料材料强度强度与与体积密度体积密度之比。之比。衡量材料衡量材料轻质高强轻质高强性能的主要指标。性能的主要指标。钢材、木材和混凝土的强度比较钢材、木材和混凝土的强度比较材料材料体积密度体积密度/kgm-3抗拉强度抗拉强度/MPa比强度比强度低碳钢低碳钢78004200.053松木松木50035（顺纹）（顺纹）0.070普通混凝土普通混凝土2400300.012
30、 2. 比强度比强度51Civil Engineering Materials1. 弹性：弹性：弹性变形：弹性变形：可完全恢复的变形可完全恢复的变形材料的弹性变形曲线材料的弹性变形曲线外力作用外力作用变形变形外力除去外力除去 变形保持变形保持塑性变形：塑性变形：不能恢复的变形不能恢复的变形材料的塑性变形曲线材料的塑性变形曲线外力作用外力作用变形变形外力除去外力除去变形变形完全恢复完全恢复2. 塑性：塑性： 1.3.2 弹性与塑性弹性与塑性52Civil Engineering Materials 真实材料中，真实材料中，完全的弹性材料完全的弹性材料或或完全的塑性材料完全的塑性材料不存在不存在。
31、3. 弹塑性变形：弹塑性变形：外力作用外力作用变形；卸载后变形；卸载后弹性变形恢复，塑性变弹性变形恢复，塑性变形保留。形保留。 53Civil Engineering Materials b a 变形变形荷载荷载 0Aab弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形ob塑性变形塑性变形材料的弹塑性变形曲线材料的弹塑性变形曲线54Civil Engineering Materials1. 脆性：脆性：外力达到一定限度外力达到一定限度材料突然破坏（无明显材料突然破坏（无明显塑性变形）塑性变形）脆性材料的变形曲线脆性材料的变形曲线 常见脆性材料：常见脆性材料：砖、砖、玻璃、铸铁、普通混凝玻璃、铸铁、普通混凝土、
32、陶瓷、石材、砂浆土、陶瓷、石材、砂浆2. 韧性：韧性：冲击、振动荷载作用冲击、振动荷载作用材料吸收较大的能量材料吸收较大的能量而不发生破坏而不发生破坏1.3.3 脆性和韧性脆性和韧性 55Civil Engineering Materials1. 硬度：硬度：材料表面抵抗其它较硬物体材料表面抵抗其它较硬物体压入压入或或刻划刻划的的能力。能力。1.3.4 硬度与耐磨性硬度与耐磨性天然矿物天然矿物：刻划（刻划（莫氏硬度莫氏硬度）金属、木材等金属、木材等：压入法（压入法（布氏、洛氏、维氏硬度布氏、洛氏、维氏硬度）混凝土、砂浆等混凝土、砂浆等：重锤下落回弹高度：重锤下落回弹高度 按试验方法可分为按试验
33、方法可分为压痕硬度压痕硬度、冲击硬度冲击硬度、回弹硬回弹硬度度、刻痕硬度刻痕硬度等。等。56Civil Engineering Materials块体材料块体材料散粒材料散粒材料QQ材料的耐磨硬度（材料的耐磨硬度（g/cmg/cm2 2）或磨损率（）或磨损率（% %）M1M1、M2M2材料耐磨性试验前后的质量（材料耐磨性试验前后的质量（g g）AA试件受磨面积（试件受磨面积（cmcm2 2）2. 耐磨性：耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。材料表面抵抗磨损的能力。 通常用通常用耐磨硬度耐磨硬度或或磨损率磨损率表示：表示：57Civil Engineering Materials1.4 材料的耐久性
34、材料的耐久性耐久性：是指材料在长期使用过程中，抵耐久性：是指材料在长期使用过程中，抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏的性质。抗周围各种介质的侵蚀而不破坏的性质。材料的耐久性是材料的一项材料的耐久性是材料的一项综合性质综合性质，一般包括，一般包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、抗碳化抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、抗碳化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性、耐光性等许多性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性、耐光性等许多项。项。58Civil Engineering Materials1. 耐水性耐水性是指材料长期在饱和水作用下不破坏，而是指材料长期在饱和水作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。且强度也不
35、显著降低的性质。 软化系数：软化系数：K软软=f饱饱/f干干软化系数值一般在软化系数值一般在01之间。之间。K软软越小，表越小，表示材料的耐水性越差。示材料的耐水性越差。工程上，通常将工程上，通常将K软软0.85的材料称为耐水的材料称为耐水材料。材料。59Civil Engineering Materials2. 抗渗性（不透水性）抗渗性（不透水性）是指材料抵抗压力水渗透的性质。可用渗透系是指材料抵抗压力水渗透的性质。可用渗透系数数K或抗渗等级或抗渗等级F表示。表示。（1）防渗、防水材料）防渗、防水材料A试件试件d静静水水压压力力水水头头渗透系数渗透系数60Civil Engineering
36、Materials（2）砂浆、混凝土等材料）砂浆、混凝土等材料 抗渗等级：抗渗等级：P = 10H-1材料透水前所能承受的最大水压力（材料透水前所能承受的最大水压力（MPa）材料抗渗性的材料抗渗性的影响因素影响因素： 材料的材料的孔隙率孔隙率和和孔隙特征孔隙特征 亲水性亲水性与与憎水性憎水性61Civil Engineering Materials3. 抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。环作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。多以多以抗冻等级抗冻等级F表示。表示。抗冻等级用材料在吸水饱
37、和状态下（最不利状态）抗冻等级用材料在吸水饱和状态下（最不利状态），经冻融循环作用，经冻融循环作用，强度损失强度损失和和质量损失质量损失均不超均不超过规定值时，或动弹性模量满足要求时所能抵抗过规定值时，或动弹性模量满足要求时所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。的最多冻融循环次数来表示。 F25：表示材料在经受：表示材料在经受25次的冻融循环后仍可次的冻融循环后仍可满足使用要求。满足使用要求。62Civil Engineering Materials影响材料抗冻性的主要因素有：影响材料抗冻性的主要因素有：（1）孔隙率）孔隙率 一般情况下，材料的一般情况下，材料的P、Pk 越大，特越大，特别是别是P
38、k越大，则材料的抗冻性越差。越大，则材料的抗冻性越差。（2）孔隙的充水程度）孔隙的充水程度充水程度以水饱和度充水程度以水饱和度Ks来表来表示：对于受冻材料，吸水饱和状态是最不利的状示：对于受冻材料，吸水饱和状态是最不利的状态。态。（3）材材料料本本身身的的强强度度 材材料料强强度度越越高高，抵抵抗抗冻冻害害的的能力越强，即抗冻性越高。能力越强，即抗冻性越高。 63Civil Engineering Materials提高材料抗冻性的方法：提高材料抗冻性的方法：引入部分封闭的孔隙引入部分封闭的孔隙，如在混凝土中掺入引气剂。如在混凝土中掺入引气剂。 原因：原因：这些引入的闭口孔隙可切断材料内部的毛
39、细这些引入的闭口孔隙可切断材料内部的毛细孔隙，当开口的毛细孔隙中的水结冰时。所产生的压孔隙，当开口的毛细孔隙中的水结冰时。所产生的压力可将开口孔隙中尚未结冰的水挤入到无水的封闭孔力可将开口孔隙中尚未结冰的水挤入到无水的封闭孔隙中（由于毛细作用，微细孔隙中水的冰点低于隙中（由于毛细作用，微细孔隙中水的冰点低于0。如半径为如半径为15的微细孔隙中，水的冰点约为的微细孔隙中，水的冰点约为-75），），即这些封闭的孔隙可起到卸压的作用。即这些封闭的孔隙可起到卸压的作用。64Civil Engineering Materials4. 耐候性耐候性暴露于大气中的材料，常经受阳光、风、雨、露、暴露于大气中的
40、材料，常经受阳光、风、雨、露、温度变化和腐蚀气体等因素的侵蚀。材料对这些温度变化和腐蚀气体等因素的侵蚀。材料对这些自然侵蚀的耐受能力称为耐候性。自然侵蚀的耐受能力称为耐候性。65Civil Engineering Materials5. 影响材料耐久性的主要因素影响材料耐久性的主要因素外因外因化学作用化学作用化学作用化学作用机械作用机械作用机械作用机械作用物理作用物理作用物理作用物理作用生物作用生物作用生物作用生物作用内因内因材料的组成与结构材料的组成与结构（孔隙率孔隙率及及孔隙特征孔隙特征）66Civil Engineering Materials1.5 材料的环境负荷性及其使用的健康安全性
41、材料的环境负荷性及其使用的健康安全性1. 概述概述50%、40%、40% 统筹考虑土木工程材料在全寿命周期内，不仅具有统筹考虑土木工程材料在全寿命周期内，不仅具有满意的使用性能，所用的资源和能源的消耗量最少，而满意的使用性能，所用的资源和能源的消耗量最少，而且在生产与使用过程中对生态环境的影响最小，再生循且在生产与使用过程中对生态环境的影响最小，再生循环率最高。环率最高。 绿色材料是绿色材料是环境负荷最小环境负荷最小的一类土木工程材料。的一类土木工程材料。 绿色材料绿色材料67Civil Engineering Materials绿色土木工程材料要满足四个目标绿色土木工程材料要满足四个目标：1
42、）基本目标：功能、质量、寿命、经济性）基本目标：功能、质量、寿命、经济性2）环保目标：从环境角度考核）环保目标：从环境角度考核3）健康目标：对使用者健康无毒无害）健康目标：对使用者健康无毒无害4）安全目标：燃烧性能及燃烧时释放气体的安全性）安全目标：燃烧性能及燃烧时释放气体的安全性68Civil Engineering Materials2. 材料的环境负荷性及其使用的健康安全性材料的环境负荷性及其使用的健康安全性 满足国家产业满足国家产业政策政策的要求的要求 就地取材就地取材 （例如：水泥厂建水泥粉磨站，将熟（例如：水泥厂建水泥粉磨站，将熟料生产与水泥生产分开）料生产与水泥生产分开） 选材时考虑选材时考虑循环利用循环利用性能性能 3R 原理（原理（Reduce、Reuse、Recycle） 采用废弃物采用废弃物生产的土木工程材料生产的土木工程材料69Civil Engineering Materials课后思考：课后思考： 试分析孔隙率及孔隙特征对材料的强度、吸水性、试分析孔隙率及孔隙特征对材料的强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性及吸声性的影响。抗渗性、抗冻性、导热性及吸声性的影响。 材料的耐久性应包括哪些内容？各性能的影响因材料的耐久性应包括哪些内容？各性能的影响因素有哪些？如何改善？素有哪些？如何改善？70
