土木工程材料土木工程材料的基本性质课件

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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20152015年年1土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials本章要点本章要点 土木工程材料的基本物理性土木工程材料的基本物理性质、力学性、力学性质及耐久性等。及耐久性等。学学习目目标 熟悉和掌握各种材料的基本性熟悉和掌握各种材料的基本性质，在，在工程工程设计与施工中正确与施工中正确选择和合理使用各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土木工程材料的基本性质2土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering M

2、aterials研究土木工程材料的一般研究土木工程材料的一般规律律如下如下图所示：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3土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1.1 1.1 材料的组成与结构材料的组成与结构1.2 1.2 材料的材料的物理性质物理性质1.3 1.3 材料的材料的基本力学性质基本力学性质1.4 1.4 材料的材料的耐久性耐久性1.5 1.5 材料的材料的热工

3、、声、光热工、声、光性性内容提要：内容提要：4土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1.1 材料的材料的组成与成与结构构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结构中的孔隙与材料性质的关系5土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1. 化学化学组成成化学化学组成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

4、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6土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials7土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials2. 矿物物组成成 矿物物是具有一定化学成分和是具有一定化学成分和结构特征的构特征的单质或化合物。或化合物。矿物物组成成 = 矿物种物种类 + 矿物含量物含量例如：例如：普通硅酸普通硅酸盐水泥与快硬硅酸水泥与快硬硅酸盐水泥水泥 无机非金属材料无机

5、非金属材料8土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials9土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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、岩棉、玻璃纤维、钢纤维纤维、钢纤维高抗拉、且大多数轻高抗拉、且大多数轻质、保温、吸声质、保温、吸

6、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10土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials木材的细观结构

7、木材的细观结构金属的金相组织金属的金相组织11土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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12土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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13土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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

8、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）14土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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15土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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16土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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

9、料性质、用途的关系构与材料性质、用途的关系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

10、与用途相似的性质与用途相似的性质与用途相似的性质与用途17土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1. 材料内部孔隙的来源与材料内部孔隙的来源与产生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18土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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

11、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. 孔隙的分类孔隙的分类19土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials3. 孔隙特征及其孔隙特征及其对材料性材料性质的影响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、连通与否通与否等构造上的特征，等构造上的特征，对材料材料的物理、力学性的物理、力学性质均有均有显著影响。著影响。一般工程一般工程应用上，孔隙特征主要指孔隙的用上，孔隙特征主要指孔隙的连通性通性，按此分，按此分为开口孔隙开口孔隙和和闭口孔隙口孔隙。20土木工程材

12、料土木工程材料的基本性质Civil 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）。）。21土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1.2 材料的物理性材料的物理性质1.2.1 与与质量状量状态有关的物理性有关的物理性质1.2.2 与构造状与构造状态有关的物理性有关的物理性质1.2.3 与水有关的性与水

13、有关的性质22土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1.密度密度材料在材料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）。）。 23土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil E

14、ngineering Materials是指材料在自然状是指材料在自然状态下，不含开口下，不含开口孔孔时单位体位体积的的质量。量。2. 表观密度表观密度 （视密度、近似密度）（视密度、近似密度）如何测？如何测？224土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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

15、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25土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials4. 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。426土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials 已

16、知某卵石的质量为已知某卵石的质量为10.6g，体积为，体积为4.06cm3，用李氏瓶法，用李氏瓶法，排除的水的体积为排除的水的体积为4ml，现总共有这样的卵石，现总共有这样的卵石3360kg，堆成体，堆成体积为积为2m3，求石子的，求石子的表观密度、密度、堆积密度。表观密度、密度、堆积密度。密密 度度堆积密度堆积密度表观密度表观密度例例1-11-1土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials问题？对于某一种材料来于某一种材料来说，其密度、表，其密度、表观密度、密度、容容积密度和堆密度和堆积密度之密度之间的相互关系怎的相互关系怎样？密度表密度表观密度容

17、密度容积密度堆密度堆积密度密度28土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1. 孔隙率与密孔隙率与密实度度孔隙率孔隙率是指材料内部是指材料内部孔隙体孔隙体积占材料占材料总体体积（在自然状（在自然状态下体下体积）的百分率）的百分率 。密密实度度，即材料体，即材料体积内被固体物内被固体物质充充实的程度。的程度。29土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil 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

18、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。30土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering 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是指散粒或粉状材料颗粒之粒之间的空的空隙体隙体积占其自然堆占其自然堆积体体积的百分率。的百分率。填充率填充率，即散粒材料堆，即散粒材料堆积体体积中，中，颗粒填粒填充的程度。充的程度。31土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials练习题： 一一块普通粘土普通粘土砖尺寸尺寸为240mm115mm53mm，烘干后，烘干后质量量为

19、2425g，吸水，吸水饱和后和后为2640g，将其烘干磨，将其烘干磨细后取后取50g用李氏瓶用李氏瓶测其体其体积为19.2cm3，求求该砖的密度、表的密度、表观密度、容密度、容积密度、开密度、开口孔隙率、口孔隙率、闭口孔隙率及密口孔隙率及密实度。度。32土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials解：解：该砖的宏的宏观外形体外形体积为：开口孔的体开口孔的体积为：则该砖的密度的密度为：表表观密度密度为：容容积密度密度为：33土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials开口孔隙率开口孔隙率为：总孔隙率孔隙率为：

20、 闭口孔隙率口孔隙率为：密密实度度为：34土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials1. 亲水性与憎水性水性与憎水性 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：材料与水接触材料与水接触时不能被水不能被水润湿的性湿的性质。憎水性材料憎水性材料亲水性：水性：材料与水接触材料与水接触时能被水能被水润湿的性湿的性质。35土木工程材料土木工程材料的基本性质 1 1 吸吸水性水性水性水性：材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水：材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水：材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水：材料在水中通过毛细

21、孔隙吸收并保持水分的性质。用分的性质。用分的性质。用分的性质。用吸水率吸水率吸水率吸水率表示。表示。表示。表示。材料的吸水性与吸湿性材料的吸水性与吸湿性其中其中其中其中 WW 材料的吸水率，材料的吸水率，材料的吸水率，材料的吸水率，100%100%； mm材料吸水饱和状态下的质量，材料吸水饱和状态下的质量，材料吸水饱和状态下的质量，材料吸水饱和状态下的质量，g g； mm0 0 材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，g g。土木工程材料土木工程材料的基本土木工程材料土木工程材料的基本性质性质Civil Engineering Mater

22、ials材料的吸水率与孔隙构造有何关系？材料的吸水率与孔隙构造有何关系？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37土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials2 吸湿性吸湿性：是指材料在潮湿空气中吸收水：是指材料在潮湿空气中吸收水分的性分的性质。 含水率表示材料在含水率表示材料在一定温度和湿度下一定温度和湿度下吸附水分的吸附水分的能力随环境温度和空气湿度的变化而变化。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时的含水率称为与空气温湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。平衡含

23、水率。含水率含水率38土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials电导式木材含水率式木材含水率测定定仪39土木工程材料土木工程材料的基本性质3 材料的耐水性材料的耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力称为材料抵抗水的破坏作用的能力称为材料抵抗水的破坏作用的能力称为材料抵抗水的破坏作用的能力称为耐水性耐水性耐水性耐水性。指标：指标：指标：指标：软化系数软化系数软化系数软化系数fwfw-材料饱水状态抗压强度，材料饱水状态抗压强度，材料饱水状态抗压强度，材料饱水状态抗压强度，MPaMPaf f -材料干燥状态抗压强度，材料干燥状态抗压强度，材料干燥状态抗压强度，

24、材料干燥状态抗压强度，MPa MPa 注意：注意：注意：注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。K KR R0.850.85，称为耐水材料，称为耐水材料，称为耐水材料，称为耐水材料 土木工程材料土木工程材料的基本土木工程材料土木工程材料的基本性质性质Civil Engineering MaterialsA试件d静水压力水头4 4 材料的抗渗性与抗冻性材料的抗渗性与抗冻性材料的抗渗性与抗冻性材料的抗渗性与抗冻性（1 1 1 1）渗透系数）渗透系数）

25、渗透系数）渗透系数渗透系数：渗透系数：渗透系数：渗透系数： 透水量：透水量：透水量：透水量：K Ks s的的的的意意意意义义义义：抗抗抗抗渗渗渗渗系系系系数数数数越越越越小小小小，表表表表明明明明抗渗性能越好。抗渗性能越好。抗渗性能越好。抗渗性能越好。抗渗性：抵抗压力水渗透的性质抗渗性：抵抗压力水渗透的性质41土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials42土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials砂砂浆、混凝土等材料：、混凝土等材料：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

26、压力（2）抗渗等级：）抗渗等级：P P的意义：的意义：的意义：的意义：抗渗等级越高，表明抗渗性能越好。抗渗等级越高，表明抗渗性能越好。抗渗等级越高，表明抗渗性能越好。抗渗等级越高，表明抗渗性能越好。材材材材料料料料抗抗抗抗渗渗渗渗性性性性的的的的好好好好坏坏坏坏，与与与与其其其其孔孔孔孔隙隙隙隙率率率率和和和和孔孔孔孔隙隙隙隙特特特特征征征征有有有有关关关关。孔隙率低孔隙率低孔隙率低孔隙率低且且且且为封闭孔为封闭孔为封闭孔为封闭孔的材料具有较高的抗渗性能。的材料具有较高的抗渗性能。的材料具有较高的抗渗性能。的材料具有较高的抗渗性能。43土木工程材料土木工程材料的基本性质评价指价指标 抗抗冻等等

27、级Fn 如F25、 F50、 F100、 F200等 以规定的吸水吸水饱和和试件件在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循融循环次数次数即为抗冻等级。应用分析用分析砖、面砖、轻混凝土等墙体材料：F15 、F25或F35； 道路、桥梁用混凝土：F50、 F100、 F200； 水工混凝土：F500材料的抗冻性材料的抗冻性Civil Engineering Materials提高材料抗提高材料抗冻性的方法：性的方法：引入部分封引入部分封闭的孔隙的孔隙，如在混凝土中掺入引气剂。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

28、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0。如半径为15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。45土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials影响材料抗影响材料抗冻性的主要因素有：性的主要因素有：（1）孔隙率）孔隙率 一般情况下，材料的P、Pk 越大，特别是Pk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Ks来表示：对于受冻材料，吸水饱和状态是最不利的状态。（3）材材料料本本身身的的强度度 材料强度越高，抵抗冻害的能力越强，即抗冻性越高。 46土木工程材料土木工程

29、材料的基本性质Civil Engineering Materials1.3 材料的基本力学性材料的基本力学性质1.强度度 强度度 材料在外力或材料在外力或应力作用下，抵抗破坏的力作用下，抵抗破坏的能力称能力称为材料的材料的强度，并以材料在破坏度，并以材料在破坏时的最大的最大应力力值来表示，亦称来表示，亦称极限极限强度度。47土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials工程上，材料常受到工程上，材料常受到四种外力四种外力作用：作用：FFFF（a）拉 （b）压 （c）剪 （d）弯 材料的受力状态材料的受力状态 FFll/3 l/3 l/3hbFF48土木

30、工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials材料的材料的抗拉抗拉、抗抗压、抗剪抗剪强度度可按下式可按下式计算：算：材料的抗拉、抗压或抗剪强度（材料的抗拉、抗压或抗剪强度（MPa）材料破坏时的最大荷载（材料破坏时的最大荷载（N）材料的受力面积（材料的受力面积（mm2）49土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials矩形截面条形矩形截面条形试件的抗弯件的抗弯强度度计算：算：（1）两支点）两支点间的中的中间作用一集中荷作用一集中荷载时，抗弯，抗弯强度的度的计算公式算公式为：PLhb50土木工程材料土木工程材料的基本性

31、质Civil Engineering Materials（2）在）在试件两支点件两支点间的三分点的三分点处作用两个相等作用两个相等的集中荷的集中荷载（P/2）时，抗弯，抗弯强度的度的计算公式算公式为： P/2 P/2ll/3 l/3 l/3hb51土木工程材料土木工程材料的基本性质混凝土路面砖抗折强度试验混凝土路面砖抗折强度试验混凝土路面砖抗折强度试验混凝土路面砖抗折强度试验土木工程材料土木工程材料的基本土木工程材料土木工程材料的基本性质性质混凝土路面砖抗压强度试验混凝土路面砖抗压强度试验混凝土路面砖抗压强度试验混凝土路面砖抗压强度试验土木工程材料土木工程材料的基本土木工程材料土木工程材料的基

32、本性质性质Civil Engineering Materials2. 弹性与塑性性与塑性 材料在外力作用下材料在外力作用下产生生变形，当外力除去后，形，当外力除去后，变性能完全消失的性性能完全消失的性质称称为弹性性。材料的。材料的这种可种可恢复的恢复的变形称形称为弹性性变形（形（暂时变形），属可逆形），属可逆变性，其数性，其数值大小与外力成正比。大小与外力成正比。 若当外力除去后，材料仍保留一部分残余若当外力除去后，材料仍保留一部分残余变形，且不形，且不产生裂生裂缝的性的性质称称为塑性塑性。这部分残余部分残余变形称形称为塑性塑性变形（永久形（永久变形），属不可逆形），属不可逆变形。形。54土木

33、工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials 应力应力 弹性变形 塑性变形 弹塑性变形 变形abba55土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials3. 材料的脆性与材料的脆性与韧性性1）脆性）脆性 材料抵抗材料抵抗冲冲击振振动荷荷载，破坏前无明，破坏前无明显的塑性的塑性变形，表形，表现为突突发性破坏的性性破坏的性质。脆性材料的特点：塑性脆性材料的特点：塑性变形很小，且抗形很小，且抗压强度与抗拉度与抗拉强度的比度的比值较大大(550倍倍)。混凝土、混凝土、砖、石材、陶瓷、玻、石材、陶瓷、玻璃、璃、铸铁。2）韧性

34、性 指材料抵抗指材料抵抗冲冲击振振动荷荷载的作用，而的作用，而不不发生突生突发性破坏的性性破坏的性质。韧性材料的特点：性材料的特点：变形大，特形大，特别是塑性是塑性变形大，抗拉形大，抗拉强度接近或高于抗度接近或高于抗压强度。度。低碳低碳钢、低合金、低合金钢。 56土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials案例分析案例分析 最大的海最大的海难泰坦尼克号的沉没泰坦尼克号的沉没概况概况 1912年，当年，当时世界上最大的客船泰坦尼克号初航，世界上最大的客船泰坦尼克号初航，不幸撞上冰山，不幸撞上冰山，35cm厚船厚船钢板在水位板在水位线处像拉像拉链拉开一拉

35、开一样被撕裂，海水排山倒海般涌向船内，被撕裂，海水排山倒海般涌向船内，约三小三小时后沉没。后沉没。分析：泰坦尼克号所使用的分析：泰坦尼克号所使用的钢板，其抗板，其抗压强度比度比现代代钢材材还要高，但是做要高，但是做钢材冲材冲击韧性性试验时发现，钢材断裂材断裂时吸吸收的冲收的冲击功很低，是功很低，是韧性差的性差的脆性材料脆性材料。化学分析表明，。化学分析表明，该钢材的含硫量高，硫致使材的含硫量高，硫致使钢材的脆性增加。材的脆性增加。57土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials案例分析案例分析 铸铁造造桥酿成灾成灾难58土木工程材料土木工程材料的基本

36、性质Civil Engineering Materials1. 导热性性材料材料传导热量的性量的性质称称为导热性性，以，以导热系系数数表示：表示：通常将通常将0.23 W /（mK）的材料称）的材料称为绝热材料。如：材料。如：矿棉、膨棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料等。珍珠岩、泡沫塑料等。1.4 1.4 材料的热工、声、光和耐久性材料的热工、声、光和耐久性59土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials60土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials影响材料影响材料导热系数的主要因素有：系数的主要因素有： （1）材

37、料的）材料的组成与成与结构：构：通常金属材料的通常金属材料的导热系系数数分分别大于非金属材料。大于非金属材料。 （2）材料的孔隙率）材料的孔隙率P：孔隙率孔隙率P越大，即材料越越大，即材料越轻（越小），（越小），导热系数越小。系数越小。 （3）含水率：）含水率：材料含水或含冰材料含水或含冰时，会使，会使导热系数系数急急剧增加。增加。 （4）温度：）温度：温度越高，材料的温度越高，材料的导热系数越大（金系数越大（金属除外）。属除外）。 61土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials2. 热容量容量是指材料受是指材料受热时吸收吸收热量，冷却量，冷却时放

38、出放出热量的量的性性质，用，用比比热表示：表示：比比热c与材料与材料质量量m的乘的乘积，称，称为热容量容量。材料。材料的的热容量大，容量大，则材料在吸收或放出材料在吸收或放出较多的多的热量量时，其自身的温度，其自身的温度变化不大，即有利于保化不大，即有利于保证室室内温度相内温度相对稳定。定。62土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials2. 耐燃性和耐火性耐燃性和耐火性 不燃不燃烧：石材、混凝土、：石材、混凝土、砖、石棉等。、石棉等。难燃燃烧：沥青混凝土、青混凝土、经防火防火处理的木材。理的木材。易燃易燃烧：木材、：木材、沥青。青。 耐燃性分耐燃性

39、分为： 耐火性分耐火性分为：耐火材料：耐火耐火材料：耐火砖（硅（硅砖、镁砖、铝砖等）。等）。难熔材料：耐火混凝土、黏土熔材料：耐火混凝土、黏土砖等。等。易熔材料：普通黏土易熔材料：普通黏土砖等。等。63土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials3. 吸声性吸声性材料能吸收声音的性材料能吸收声音的性质称称为吸声性，用吸声系数吸声性，用吸声系数来表示：来表示：被吸收掉的声能E1穿透的声能E2入射声能E0反射声能64土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials吸声系数吸声系数与声音的与声音的频率率和和入射方向入

40、射方向有关。有关。因此吸声系数用声音从各个方向入射的吸因此吸声系数用声音从各个方向入射的吸收平均收平均值，并指出是哪一，并指出是哪一频率下的吸收率下的吸收值。通常使用的六个通常使用的六个频率率为125、250、500、1000、2000、4000Hz。一般将上述六个一般将上述六个频率的平均吸声系数率的平均吸声系数 0.20的材料称的材料称为吸声材料吸声材料。 65土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials最常用的吸声材料最常用的吸声材料为多孔吸声材料多孔吸声材料，影响其吸声，影响其吸声效果的主要因素效果的主要因素为：（1）材料的孔隙率或体材料的孔隙

41、率或体积密度密度 对同一吸声材料，同一吸声材料，孔隙率孔隙率P越低或体越低或体积密度越大，密度越大，则对低低频声音的吸声音的吸收效果越好，而收效果越好，而对高高频声音的吸收有所降低。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、越开口孔隙越多、越细小，小，则吸声效果越好。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，可提高对低低频声音的吸收效果，而声音的吸收效果，而对高高频声音没有多大的声音没有多大的效果。效果。 66土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials4. 隔声性隔声性是指材

42、料隔是指材料隔绝声音的性声音的性质。声波在建筑声波在建筑结构中的构中的传播主要通播主要通过空气和空气和固体来固体来实现。因而隔声分有。因而隔声分有隔空气声隔空气声和和隔隔固体声固体声。67土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials（1）隔空气声隔空气声透射声能透射声能E2与入射声能与入射声能E0的比的比值称称为声透射系数声透射系数，该值越大越大则材料的隔声性越差。材料或构件材料的隔声性越差。材料或构件的隔声能力用隔声量的隔声能力用隔声量R来表示，定来表示，定义如下：如下：由此可由此可见，与声透射系数，与声透射系数相反，隔声量相反，隔声量R越大，越大

43、，材料或构件的隔声性能越好。材料或构件的隔声性能越好。 应选择密密实、沉重、沉重的材料来隔空气声的材料来隔空气声。 68土木工程材料土木工程材料的基本性质Civil Engineering Materials（2）隔固体声）隔固体声固体声是由于振源撞固体声是由于振源撞击固体材料，引起固固体材料，引起固体材料受迫振体材料受迫振动而而发声。声能的衰减极少。声。声能的衰减极少。对固体声，隔声最有效的措施是采用不固体声，隔声最有效的措施是采用不连续的的结构构处理理。（。（结构之构之间加加弹性性衬垫或或软性材料）性材料）69土木工程材料土木工程材料的基本性质一、定义一、定义一、定义一、定义 材料在长期使

44、用过程中，能保持原有性能的性质材料在长期使用过程中，能保持原有性能的性质材料在长期使用过程中，能保持原有性能的性质材料在长期使用过程中，能保持原有性能的性质二、破坏作用二、破坏作用二、破坏作用二、破坏作用 物理作用物理作用物理作用物理作用-温、湿度、冻融温、湿度、冻融温、湿度、冻融温、湿度、冻融. . . . 化学作用化学作用化学作用化学作用酸碱盐水溶液、有害气体、水、日光酸碱盐水溶液、有害气体、水、日光酸碱盐水溶液、有害气体、水、日光酸碱盐水溶液、有害气体、水、日光 生物作用生物作用生物作用生物作用虫、菌虫、菌虫、菌虫、菌三、措施三、措施三、措施三、措施 减轻环境的破坏作用减轻环境的破坏作用减轻环境的破坏作用减轻环境的破坏作用 提高材料的密实性提高材料的密实性提高材料的密实性提高材料的密实性 材料表面采取保护措施等材料表面采取保护措施等材料表面采取保护措施等材料表面采取保护措施等5 5 材料的耐久性材料的耐久性材料的耐久性材料的耐久性土木工程材料土木工程材料的基本土木工程材料土木工程材料的基本性质性质