材料基本性质10

1、Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质第第1 1章章土木工程材料的基本性质Basic Properties of Civil Engineering Materials湖北工业大学土木工程与建筑学院Civil Engineering & Architecture-HBUTCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质内容要点 土木工程材料的组成与结构 材料的基本状态参数 材料的力学性质 材料与水有关的性质 材料的热学性质 材料的耐久性 土木工程材料的安全性 Civil

2、 Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质 土木工程的功能 要求的材料性能 承受荷载 长期可靠性 防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘 不污染环境强度、刚度耐久性物理性能安全性土木工程要求材料具备哪些性能？Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质土木工程材料如何满足工程要求？ 现代材料科学的研究路线组成结构性能用途制备工艺外因外因HH土木工程专业侧重Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质 物相组成 化学组成 矿

3、物组成矿物组成材料的物相组成：u 固相u 气相u 液相材料的化学组成：u 元素u 化合物 1.1土木工程材料的组成与结构一、材料的组成材料的矿物组成：u矿物相特定化合物、特定结构和特定性质Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质1.物相组成 固相连续相分散相：纤维与颗粒 气相 液相矿 物化合物分布的孔隙及其含量包含的液体种类与含量Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质矿物：矿物： 具有一定具有一定化学组成化学组成和和结构特征结构特征的天然化合物或单质；的天然化合

4、物或单质；也指材料中具有也指材料中具有特定晶体结构、特定物理力学性能，特定晶体结构、特定物理力学性能，类类似于天然矿物的物相或化合物。似于天然矿物的物相或化合物。矿物组成矿物组成： 土木工程材料中的土木工程材料中的矿物种类矿物种类及其及其含量含量。例如：例如：2.矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物相有： 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙钢材中的矿物相有：u 奥氏体u 铁素体u 渗碳体u 珠光体Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质3.化学组成（1）金属材料：）金属材料：以化学元素含量表示。 钢材由 Fe、C及其它微量元

5、素（Cr、Mn、Ni等）组成；（2）非金属材料：）非金属材料：用各种氧化物的百分含量表示。用各种氧化物的百分含量表示。 生石灰的化学组成是CaO，熟石灰是Ca(OH)2。 硅酸盐水泥化学组成是：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。（3）聚合物：）聚合物：以重复形成的有机链节表示。 聚氯乙烯塑料化学组成： PVC树脂（-CHCHCl-n）、二丁酯、CaCO3等。化学组成指材料中各物相所含化学组成指材料中各物相所含元素或单质与化合物的种元素或单质与化合物的种 类和总含量类和总含量。化学组成是决定材料物化性质和力学性质的主要因素。化学组成是决定材料物化性质和力学性质的主要因素。Civil E

6、ngineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质化学组成与矿物组成的关系 化学组成相同，其矿物组成不一定相同；化学组成相同，其矿物组成不一定相同；例1：半水石膏的3种矿物相-型、-型、-型的化学成分均为CaSO40.5H2O。例2：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种不同矿物相的化学成分均是CaO和SiO2。 矿物组成相同，其化学组成一定相同。矿物组成相同，其化学组成一定相同。 矿物组成相同表明化学组成、结构和性质的“三同”。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质土木工程材料的组成是决

7、定其性能的内在原因。土木工程材料的组成是决定其性能的内在原因。例如：例如：生石膏生石膏CaSOCaSO4 42H2H2 2OO与熟石膏与熟石膏CaSOCaSO4 40.5H0.5H2 2OO的差别在所的差别在所含含H H2 2OO的数量不同，因而，后者有水化活性，而前者没有；的数量不同，因而，后者有水化活性，而前者没有；早强水泥与普通硅酸盐水泥的差别在于早强水泥与普通硅酸盐水泥的差别在于C C3 3S S、C C3 3A A等凝结硬等凝结硬化快的矿物成分的含量更高；化快的矿物成分的含量更高；纯铁强度不高且较柔软，而钢较强韧，生铁较硬脆，纯铁强度不高且较柔软，而钢较强韧，生铁较硬脆， 其主其主要

8、原因是它们的含要原因是它们的含C C量百分之几的微小差别。量百分之几的微小差别。 两条基本原则：l 在选用材料时，必须了解材料的组成（化学组成、物相组成和矿物组成）；l 可以通过改变材料的组成来改善材料的性能。材料组成与性能的关系Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质二、材料的结构1.材料的结构材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积方式和分布情况。构成各物相的质点的堆积方式和分布情况。2.材料结构层次（根据分辨率的大小分）宏观结构细观结构微观结构尺寸为 10-3m(肉眼或放大镜可辩)尺寸为10-6 10-3m(光学显微

9、镜可辩)尺寸为10-6m(X射线电子显微镜)尺寸为10-1010-8m(高倍电镜)Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质（1 1）宏观构造）宏观构造 定义：定义：是指用肉眼或放大镜能观察到的毫米级构造状况。 包括：包括：组成的基本单元形状、结合形态、孔隙大小及数量。 例如混凝土中砂、石和水泥石的堆积和分布情况。 宏观结构有：宏观结构有：散粒结构（砂、石）、聚集结构（混凝土）、多孔结构（石膏制品）、致密结构（金属）、纤维结构（木材）、层状结构（木胶合板）等。Civil Engineering & Architecture-HBU

10、T 第1章 土木工程材料的基本性质（2 2）显微结构）显微结构( (细观结构细观结构) )定义：是指用光学显微镜或电子显微镜观察到的构造状况，尺寸范围为10-610-3m。金属材料：金相分析无机非金属材料：岩相分析显微结构包括： 晶相种类、形状、颗粒大小及分布； 玻璃相含量和分布；气孔数量和分布等。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质（3 3）微观结构）微观结构 指材料分子、原子与离子排列、连接的结构状态，尺寸范围在10-1010-6m内。 微观结构分：晶态（有序、重复排列）非晶态（无序排列） 玻璃态（均质，无序，如玻璃）

11、 无定形态（夹杂气泡等非均质、无序，如胶体）如平板玻璃或日用玻璃，均属钠钙硅系统， Na+、Ca2+和Si4+离子无序堆积排列，宏观均质透明。如胶体是由微细的固体粒子和分散介质（液体）组成的结构，包括溶胶和凝胶。无序排列，并夹杂气泡、缺陷 等 非 均 质 成 份 。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质1.2 材料的基本状态参数一、材料的密度、表观密度与堆积密度 相同质量的材料的与物相和质点的堆积状态有关。三种体积：V绝对密实状态下的体积。V0自然状态下的体积。包括孔隙体积。V0散粒物料在堆积状态下的体积。= V0空隙体积。当

12、干燥干燥质量m相同时， VV0 V0 。体积体积Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质三种密度密度m/V材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。表观密度0 m/ V0材料在自然状态下，单位体积的质量。堆积密度0 m/ V0散粒材料在堆积状态下，单位体积的质量。式中： m材料的干燥质量 V绝对密实状态下的体积。 V0自然状态下的体积。包括开口与闭口孔隙。 V0散粒物料在堆积状态下的体积。除材料孔 隙外，还包括散粒料之间的堆积空隙。注意： 是特指真密度，但教材习惯上只称作“密度”。思考：质量m的某种物料，试比较三种密度的大小？答：因

13、VV0 V0 ，由三种密度定义得：00 。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质二、密度、表观密度和堆积密度测量方法 密度（与材料干湿无关） 试样 粉末（粒径0.20mm ）；体积测量李氏瓶排液法 表观密度0（与材料干湿有关）体积测量：表观密度（或视密度）：只含闭口孔的体积。 如散料砂石类：直接排水法。体积密度（或容重） ：(闭口孔+开口孔)的体积。 形状规则材料可直接测量其外形尺寸，计算。 不规则形状材料蜡封排液法。注意注意：要注明材料含水状态。未注明则默认为：要注明材料含水状态。未注明则默认为干表观密度干表观密度。 堆积密

14、度0 试样颗粒；体积测量固定容器体积法Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质材料名称材料名称密度密度（g/cmg/cm3 3）表观密度表观密度0 0（kg/mkg/m3 3）堆积密度堆积密度0 0（kg/mkg/m3 3）钢7.857850花岗岩2.8025002900碎石2650275014001700砂2630270014501700粘土2.6016001800水泥3.1011001300烧结普通砖2.7016001900烧结空心砖（多孔砖）2.708001480红松木1.55400800泡沫塑料2050玻璃2.55普通混

15、凝土21002600表：常用土木工程材料的密度Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质 材料密度排序：金属材料非金属材料 高分子材 料纤维复合材料木材泡沫材料； 在建筑施工、计算材料用量、构件自重、配料、料堆体积及运输量时使用各种密度； 对密实材料，0 0，因表观密度易测，在精确度不高时，可代替密度或体积密度； 堆积密度大小与材料堆积状态有关，有松堆密度（自然堆积状态）和紧堆密度（振实）。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质三、材料的孔隙与空隙、材料中的孔隙孔

16、隙有哪些特征孔隙有哪些特征孔隙种类？ (开口与闭口、连通与独立)孔大小？ （大孔、毛细孔及小孔）孔的多少？ （孔隙率）Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质材料内部的孔结构 根据孔径尺寸，分为：微孔纳米级孔细孔微米级孔大孔毫米级及以上的孔 根据孔隙特征，分为：连通孔 相互连通，构成孔隙网络独立孔不连通，独立分散 根据孔是否与外界相通，分为：开口孔闭口孔Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质 在建筑材料中，常以常温、常压下水能否进入孔中来区分开口与闭口。 开口孔

17、对吸声有利,但会使强度、抗渗、抗冻及耐久性下降。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质1.孔隙率孔隙率P P 定义：材料中的孔隙体积与材料在自然状态下体积的百分比称为孔隙率P。 如果材料处于干燥状态： %100)1 (10000VVVVVP%10000VVVPCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质2.密实度密实度D D 定义：材料体积中被固体物质充实的程度定义：材料体积中被固体物质充实的程度D。 即即D+P=1 材料的密实度越大，则强度越高、吸水率越小、材料

18、的密实度越大，则强度越高、吸水率越小、导热性越大。导热性越大。 ，PVVD1%1000Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质3.3.开口孔隙率开口孔隙率P PK K 式中: VK 指材料开口孔体积，cm3或m3； V0 材料总体积，cm3或m3。4.4.闭口孔隙率闭口孔隙率P PB B PB=P-PK 工程上常采用改变材料的孔隙率及孔隙特征的方法来改善材料的性能。例如对水泥混凝土加强养护提高密实度，或加入引气剂引入一定数量的闭口孔，可提高混凝土的抗渗及抗冻性。 %1000VVPkkCivil Engineering & Arc

19、hitecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质、材料的空隙1.空隙率P 空隙率指粉状或颗粒状材料的堆积体积中，颗粒间空隙体积所占的比例。式中V0 材料所有颗粒自然状态体积之总和。cm3或m3； V0 颗粒料的堆积体积。cm3或m3 ； 0 表观密度。 g/cm3或kg/m3 ; 0堆积密度。g/cm3或kg/m3 。 散粒状材料颗粒间的间隙，其多少用空隙率表示。%100 )1 (10000000VVVVVPCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质2.填充率D 填充率指粉状或颗粒状物料的堆积体积V0中，被固体颗粒填充

20、的程度。式中V0 材料所有颗粒自然状态体积之总和。cm3或m3； V0 颗粒料的堆积体积。cm3或m3。 P+D=1%10000VVD Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质例例 题题 某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥，用一个某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥，用一个1010升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是m m1 1=13.50kg=13.50kg；再从桶中取出；再从桶中取出m m2 2=1000g=1000g的碎石，让其吸水饱和后用布擦干，称其质量为的碎石，

21、让其吸水饱和后用布擦干，称其质量为m m3 3=1036g=1036g；然后放入一广口瓶中，并用水注满这广口瓶，连盖称重为然后放入一广口瓶中，并用水注满这广口瓶，连盖称重为m m4 4=1411g=1411g，水温为水温为2525 C C，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为m m5 5=791g=791g；另外从洗净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛；另外从洗净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，称取成细粉，称取m m6 6=50g=50g，用李氏瓶测得其体积为，用李氏瓶测得其体积为18.818.8毫升。请问：毫升。

22、请问： 1 1、该碎石的密度、表观密度和堆积密度？、该碎石的密度、表观密度和堆积密度？ 2 2、该碎石的孔隙率和密实度、开口孔隙率和闭口孔隙率？、该碎石的孔隙率和密实度、开口孔隙率和闭口孔隙率？ 3 3、该碎石的空隙率和填充率？、该碎石的空隙率和填充率？ 解解1、 V0=10L， m1=13.5kg； 0 = m1/V0= 13.5/10 = 1.35kg/L (g/cm3) 吸水后碎石吸水后碎石m3=1036g，连瓶带水重，连瓶带水重m4=1411g；倒出碎石后的倒出碎石后的“半瓶水半瓶水”重重 = m4m3；而用水补足碎石；而用水补足碎石V0后的后的“满瓶水满瓶水” 重为重为m5； V0=

23、m5 (m4m3) /水水= 791(14111036) = 416cm3 0 = m2/V0 = 1000/416 = 2.404g/cm3 V=18.8mL，m6=50g; = m6/V = 50/18.8=2.66g/cm3解解2 2P =10/100% =(12.404/2.66)100% =9.624%D=1P=19.624%=90.376%PK=VK/V0=(m3m2)/V0=(10361000)/416=8.653% PB=PPK=9.624%8.65%=0.974%解解3 3P=1V0/V0=(10/0)100%=(11.35/2.404)100%=43.8%D=1P=143.

24、8%=56.2%Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质小 结%100 )1 (10000VVVVVPPVVD1%1000BkkPPVVP%1000V；0 V0P(=Pk+PB) D;0 V0 P D。主要公式主要公式：密度m/V；表观密度0 m/ V0；堆积密度0 m/ V0%100 )1 (10000000VVVVVP1%10000PVVD孔隙空隙Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质 1.3 材料的力学性质力学概念 荷载轴向荷载 剪切荷载 应力 应变AF轴

25、向荷载 荷载作用力方向与支撑材料承载面垂直： - 拉伸荷载 : 使材料从末端开始拉长的荷载 - 压缩荷载 :使材料从末端开始压短的荷载剪切荷载: 荷载作用力方向与承载面相切 应力 单位面积上的荷载应变荷载作用下材料伸长或压缩与其原始长度之比(单位变形) 00LLLCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质一、强度1.强度定义： 指材料在外力（或荷载）作用下抵抗破坏的能力。以材料破坏时的强度极限表示。 根据荷载种类与作用方向，强度分为：抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度抗压强度测试劈裂拉伸测试四点弯曲试验直接拉伸测试Civil Eng

26、ineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质（1）材料组成、结构（2）试验条件 试件：形状（棱柱体比立方体 ）、尺寸（大 ）； 表面状态（润滑 ）； 加荷速度（慢 ）； 温度（升高 如沥青混凝土）； 含水率（含水）影响材料强度的因素Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质2.强度等级 根据其极限强度值的大小，人为划分的若干“强度等级”划分材料的质量等级。如水泥用28天抗压强度值（MPa ）。3.比强度 材料强度与材料的表观密度之比，是材料单位质量的强度。可判断材料是否轻质高强。Civi

27、l Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质二、弹性与塑性1.弹性 当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料能够完全恢复原来变形的性质称为弹性。具有这种性质的材料称为弹性材料；根据其应力应变曲线，有:线弹性和非线弹性。2.塑性 当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料仍保持变形后形状和尺寸、并不发生裂缝的性质称为塑性。具有这种性质的材料称为塑性材料；其应力应变曲线是非线性的，且不连续，每一点的应力与应变之比都不相同。线弹性特征： 应力与应变成正比； 应力应变曲线是一条直线 应力与应变之比(直线斜率)是弹性模量，为常数。 弹性模量E非线性特征：

28、应力应变曲线不是直线而是曲线 应力与应变之比弹性模量不是常数StrainstressCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质三、脆性和韧性脆性脆性材料在外力作用下，不发生明显的变形而突然破坏的一种性能，称为脆性。特点：其应力应变曲线下的面积很小。具有这种性质的材料称为脆性材料韧性韧性材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受较大的变形而不至于破坏的性能，称为韧性。特点：其应力应变曲线下的面积较大，这个面积就是其破坏前吸收的总能量。具有这种性质的材料称为韧性材料。. 对于脆性材料，极限强度与破坏强度是一致的。 对于韧性材料，极限

29、强度高于破坏（断裂）强度。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质材料韧性的测量 材料韧性用韧度来量度 韧度材料吸收能量的能力。 韧度测试计算：带缺口试件的冲击试验 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质 土木工程材料一般都是脆性材料： 如砖、石、混凝土、铸铁等抗压比抗拉要高很多倍，不能承受振动和冲击。 路面、桥梁、吊车梁等不能采用脆性材料建造。 泰坦尼克号沉没最大的脆性材料灾难 1912年初航遇冰山撞击，35cm厚船钢板撕裂，3小时后沉没。1991年打捞出钢板

30、，经检测比现代钢材抗压还好，但冲击韧性差（S含量高）属脆性材料。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质四、硬度和耐磨性1. 1.硬度硬度 硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。按测定方法分为：压痕硬度、冲击硬度、回弹硬度、刻痕硬度等。 硬度的测定方法：（1）刻划法（莫氏硬度） 以两种矿物相互对刻的方法确定，为相对硬度。（2）压入法（布氏法、洛氏法、维氏法） 以一定的压力将一定规格的钢球或金刚石制成的尖端压入试样表面，根据压痕深度或面积测定硬度。 木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定(布氏硬度HB)，天然矿物

31、常用莫氏硬度 。 一般，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。 布氏硬度测定Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质2.耐磨性 材料表面抵抗磨损的能力叫耐磨性。以磨损率或磨耗来表示。 磨损率磨损率B B：式中：m1、m2 试件被磨损前、后前、后的质量(g)； A 试件受磨损的面积(cm2)。 用于道路、地面、踏步等部位的材料均应考虑其硬度和耐磨性。一般强度较高、密实的的材料其硬度较大，耐磨性较好。 AmmB21Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质1.4 材料与水

32、有关的性质一、 亲水性与憎水性 材料与水接触时，根据材料是否能被水润湿，分为亲水性和憎水性。材料被水润湿的程度用润湿角（接触角） 表示。 润湿角是在材料、水和空气三相的交点处，沿水滴表面切线与水与固体接触面之间的夹角。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质1、亲水性 0 900 90时，材料表面可被水所湿润，水可被材料所吸附，材料的这种性能称为亲水性，这种材料称为亲水性材料。 2、憎水性 9090 180 180时，材料表面不可被水湿润，这种性能称为材料的憎水性，材料称为憎水性材料。Civil Engineering & A

33、rchitecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质亲水性与憎水性材料的特征： 水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。 水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。憎水界面 亲水界面Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质材料毛细管的吸水性 亲水性材料：能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部自动将水吸入材料内部； 憎水性材料：水分不能渗入材料的毛细管不能渗入材料的毛细管内。亲水性毛细管； (b) 憎水性毛细管 材料毛细管吸水性示意图Civil Engineering

34、& Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质材料的亲水性主要取决于材料的组成与结构：有机材料一般是憎水性。沥青、石蜡、油漆、塑料等。大多数土木工程材料都是亲水性。如石料、集料、砖、混凝土、木材等 。憎水性材料常用作防潮、防水及防腐材料，且可用于亲水性材料的表面处理，以降低其吸水性。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质二、 吸水性与吸湿性1 1、吸水性 材料与水接触时，其内部孔隙会吸收水分，这种性质称为吸水性。材料吸水性用吸水率表示，有质量吸水率和体积吸水率两种形式。Civil Engineerin

35、g & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质.质量吸水率：材料吸入水的质量与材料干燥质量之比。式中：W质 材料的质量吸水宰()； m湿 材料吸水饱和后的质量(g)； m干 材料烘干到恒重的质量(g)。 体积吸水率：材料吸收饱和时，所吸水分的体积占材料 干燥自然状态下体积的百分数。 式中：W体 材料的体积吸水率()； V水 材料在吸水饱和时，所吸水的体积(cm3)； V0 干燥材料在自然状态下的体积(cm3)； W 水的密度（g/cm3)； 0 材料干表观密度（g/cm3)。%100干干湿质mmmW0质体WW%10010干湿0水体WVmmVVW)/1(30干0cmg

36、mVW，因Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质2、吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 材料的吸湿性用平衡含水率表示，即吸入水与干燥材料的质量之比。 含水率 式中：W含 材料的含水率()； m含 材料含水时的质量(g)； m干 材料干燥至恒重时的质量(g)。 材料的含水率随环境的温度和湿度的变化而改变，当材料的含水率与大气湿度达到平衡时的含水率，称为平衡含水率平衡含水率，此时的含水状态称为气干状态气干状态。木材的吸湿性特别明显，当它吸收空气中的水分后，将增加容重，降低强度，产生变形；保温材料吸收水分后，将会降低

37、其隔热性能；石膏吸湿性强可调室温。 %100干干含含mmmWCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质影响吸湿性和吸水性因素 材料的吸水性，不仅与材料的亲水性或憎水性有关，而且与孔隙率的大小及孔隙特征有关。 亲水性材料的吸水（湿）性憎水性材料强。 亲水性孔壁使水自动吸入； 憎水性孔壁难以使水吸入。 材料通过开口、连通的孔隙吸收外部环境的水。 开口微孔越多，材料吸水率越大； 开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。 但开口大孔多，因水进去又容易出来，不一定吸水率大。 吸水后，材料体积密度；体积；导热性；强度；抗冻性Civil En

38、gineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质吸水率与含水率的区别 吸水率：含饱和水状态，为最大含水率，为定值；有质量吸水率、体积吸水率两种定义形式。 含水率：自然含水状态，数值随环境温、湿度变化；只有一种定义形式即“含水率”。 含水率W含质量吸水率W质Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质材料的吸水饱和系数（或水饱和度） KB KB ：材料吸入水的体积与孔隙体积之比。 可说明材料的吸水程度和孔隙特征。 KB W体体PPK KB 01 KB 0所有空隙均未充水，全为闭口孔； KB 1

39、所有空隙全被水充满，全为开口孔。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质问题？1、为什么房屋一楼潮湿？2、如何解决？1、地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，技术措施？对材料中的毛细管壁进行憎水处理Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质三、材料的耐水性 耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力。以软化系数(KR)表征 。 KR = f 饱 / f干 式中： f 饱材料在吸水饱和状态下的抗压强度； f 干材料在干燥状态下的抗压强度

40、。 软化系数波动在0 1 （粘土 金属）之间, KR值越小，材料的耐水性越差。 处于水中或潮湿环境中的重要结构物所选用的材料其软化系数不得小于0.850.90。软化系数大于0.85的材料可认为是耐水的。 水对材料的破坏作用溶解溶蚀作用溶胀作用削弱质点相互作用力 如花岗岩长期浸泡在水中强度降低3。引起金属的锈蚀作用Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质四、材料的抗渗性抗渗性：材料抵抗压力水或溶液渗透的能力。 渗透系数K： K=(Q/Ft) (d/H) 式中：Q透水量(cm3)；H静水压头(cm)； t时间(h) d试件厚度； F

41、 透水面积 K越大，抗渗性越好。 抗渗等级P：按规定试件在标准试验条件下所能承受的最 大水压力。如：P6，表示能承受0.6MPa压力而不渗。 地下、水中构筑物及防水材料要考虑其抗渗性。抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关。 孔隙很小的、或含闭口孔隙的材料抗渗性较高，大孔且连通孔将使材料的抗渗系数降低。材料抗渗性影响材料的其它耐久性性能 耐水性、耐化学腐蚀性、抗冻性Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质五、材料的抗冻性 抗冻性：材料吸水饱和状态下，抵抗冻融循环破坏作用的能力 抗冻等级F：材料丧失性能前（强度降低不超过规定值，明显损坏和剥

42、落）能承受的最多冻融循环次数。 次数愈多，等级越高。如F25，能承受25次不破坏。 冻融破坏的原因 抗冻性的影响因素 严寒地区应考虑材料抗冻性。如烧结普通砖、陶瓷面砖等轻质墙体材料要求达F15、F25；桥梁、道路混凝土要求达F50、F100、F200；水工混凝土达F500。 水结冰体积膨胀9；当材料内部孔隙饱水情况下，发生多次冻融循环，在水结冰时产生的拉力作用下，产生裂缝、扩展、延伸和连通，导致材料破坏。材料内部的孔隙率与孔隙特征（毛细孔）孔隙内的饱水程度（K0.80）材料变形能力（强度与韧性）环境温度变化（温度低、结冰快、频繁）Civil Engineering & Architecture

43、-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质1.5 材料的热学性质一、导热性 材料传导热量的能力称为导热性，用导热系数表示。 式中 ： 材料的导热系数，w(mK) Q 传导的热量，J； d 材料的厚度，m； T2T1 材料两侧温差，K； A 材料的传热面积，m2； t 热传导时间，h。 导热系数愈小，材料的导热性能愈差，材料绝热性愈好。)(12TTAtQdCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质导热系数是采暖房墙体和屋面热工计算和确定绝热层厚度的重要参数。大多数土木工程材料的导热系数在0.0293.49W/mK之间。人们常把0.2

44、3w(mK)的材料称为绝热材料。热阻R：Rd/，热阻越小，通过热量越多，绝热效果越差。增加绝热层厚度、降低，可提高绝热效果。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质影响材料导热系数的因素组成：无机材料有机材料结构：晶体玻璃体，木材顺纹横纹孔特征：微细闭口孔多， ；孔多， ；粗大连 通孔多，（对流）；材料含水率：含水率大， ；受潮受冻后 ，绝热效果差。 例如：例如： 水水0.58W0.58W(mK)(mK)， 冰冰2.33W2.33W(mK)(mK)，比，比 空气空气约大约大2525倍和倍和100100倍，所以材料受潮后其导热系数

45、将明显增加，若受冻，则导倍，所以材料受潮后其导热系数将明显增加，若受冻，则导热系数更大，应注意材料防潮防冻。热系数更大，应注意材料防潮防冻。温度：温度升高， （热力管道绝热）Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质二、比热与热容量1、热容性 材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容性。2、比热(容)C 比热C表示单位质量(kg)材料,温度上升(或降低)1K时所需的热量。 材料吸收或放出的热量Q： Q=Cm(T2T1) 式中：Q 材料吸收(或放出)的热量，J； C 材料的比热，J(kgK)； m 材料的质量，kg T

46、2-T1 材料受热(或冷却)前后的温度差，K比热C与材料质量m之积为材料的热容量值，材料具有较大的热容量值对室内温度的稳定有良好的作用。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质三、热变形性热变形性：指材料在温度变化时的尺寸变化，用线膨胀系数线膨胀系数表示。 式中 线膨胀系数，1/K； L 材料的线变形量，mm； L 材料原来的长度，mm； T2T1 材料在升降温前后的温差，K。 土木工程材料要求热变形量不要太大，热容量大、导热系数小的材料，隔热保温效果好。 )(12TTLLCivil Engineering & Archite

47、cture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质表：几种典型材料的热性质指标材料材料导热系数导热系数(W/mK)(W/mK)比热比热(J/kgK)(J/kgK)钢材花岗石普通混凝土普通粘土砖松木泡沫塑料水冰密闭空气583.491.510.80横纹0.17顺纹0.350.0350.582.330.0230.480.920.840.882.51.304.192.051.00Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质1.6 材料的耐久性 耐久性 材料在长期使用过程中，抵抗其自身及外界环境因素的破坏，保持其原有性能且不变质、不破坏的能力，称为耐久性。 工程服役寿命 因材料性能的劣化，使得工程在使用环境下服役到功能的最低要求时所经历的时间服役寿命。 材料耐久性与工程服役寿命息息相关。一、材料的耐久性与工程服役寿命Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性质二、影响材料耐久性的因素材