重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质课件

1、重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质1建建 筑筑 材材 料料重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质2课课 程程 说说 明明 一、课程特点一、课程特点 1、内容多，需要记忆的内容内容多，需要记忆的内容（概念、性质、应用等）（概念、性质、应用等）多；多； 2、各章之间联系不大；各章之间联系不大； 3、实践性很强，理论计算少。实践性很强，理论计算少。二、学习方法二、学习方法 1、抓住中心内容：材料的性质和合理使用；抓住中心内容：材料的性质和合理使用； 2、在书上作笔记，在理解的基础上记忆，适当采用记忆方法；在书上作笔记，在理解的基础上记忆，适当采用记忆方法； 3、课后多做习题，巩固所学

2、内容；课后多做习题，巩固所学内容； 4、试验自己动手，认真观察，正确分析试验结果。试验自己动手，认真观察，正确分析试验结果。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质3 三、教学内容三、教学内容 第第14章；第章；第79章。章。 四、参考文献四、参考文献 严家伋编著严家伋编著道路建筑材料道路建筑材料人民交通出版社人民交通出版社 王福川主编王福川主编土木工程材料土木工程材料中国建材工业出版社中国建材工业出版社 JTG E30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 JTG E42-2005公路工程集料试验规程公路工程集料试验规程 JTJ 052-2000公路

3、工程沥青及沥青混合料试验规程公路工程沥青及沥青混合料试验规程 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质4 五、课程成绩计算五、课程成绩计算 平时成绩平时成绩20（考勤、作业成绩各占（考勤、作业成绩各占10）总成绩总成绩 考试成绩考试成绩80 注：如果整个授课过程中有四次点名都没到的注：如果整个授课过程中有四次点名都没到的话，课程成绩以零分计！话，课程成绩以零分计！ 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质5绪绪 论论一、定义一、定义 用于土木工程结构物的所有材料的总称。用于土木工程结构物的所有材料的总称。二、分类二、分类 1、按材料来源分：天然材料；人造材料。按材料来源分：天然材料；人

4、造材料。 2、按使用功能分：结构材料按使用功能分：结构材料（主要承受荷载）；（主要承受荷载）； 功能材料功能材料（强调某一种功能）。（强调某一种功能）。 3、按按组成材料的物质和化学成分组成材料的物质和化学成分： 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质6重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质7三、土木工程材料的作用和发展三、土木工程材料的作用和发展 1作用：作用： （1）是土木工程的物质基础；是土木工程的物质基础； （2）材料的品种往往决定结构物的性能；材料的品种往往决定结构物的性能； （3）与土木工程技术相互制约，相互促进。与土木工程技术相互制约，相互促进。 2发展概况：发展概况

5、： 第一次：砖、瓦等人造材料相继出现；第一次：砖、瓦等人造材料相继出现；土木工程三次飞跃土木工程三次飞跃 第二次：建筑钢材的出现；第二次：建筑钢材的出现； 第三次：混凝土材料的出现。第三次：混凝土材料的出现。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质8 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质9重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质10重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质11 3发展趋势：发展趋势：（1）结构材料轻质高强化；结构材料轻质高强化；（2）材料的功能性越来越受重视；材料的功能性越来越受重视；（3）加强材料的加强材料的耐久性研究和设计；耐久性研究和设计； （4）绿

6、色化绿色化。四、土木工程材料的选择和使用四、土木工程材料的选择和使用 选择：选择：应根据工程的特点和使用环境，遵照有关的应根据工程的特点和使用环境，遵照有关的技术标准进行。技术标准进行。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质12重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质13国家标准国家标准 行业标准行业标准 GB ( 强制标准强制标准 ) GB/T ( (试行标准，推荐性试行标准，推荐性) )如如: :GB 1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐硅酸盐水泥、普通硅酸盐 水泥水泥 建工行业：建工行业：JG 如：如：JGJ552000 水泥混凝土配合比设计规程水泥混凝土配合比设计规程 交通

7、行业：交通行业：JT 如：如：JTG E422005 公路工程集料试验规程公路工程集料试验规程 建材行业：建材行业：JC 如：如：JC/T47992 建筑生石灰建筑生石灰 地方标准地方标准（DB）和）和企业标准企业标准（QB） 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质14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 1.1 材料的组成、结构及构造材料的组成、结构及构造 1.3 材料材料与水有关的性质与水有关的性质1.2 材料的物理性质材料的物理性质 1.4 材料的热工性质材料的热工性质1.5 材料的声学和光学性质材料的声学和光学性质1.6 材料的力学性质材料的力学性质1.7 材

8、材料的耐久性料的耐久性重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质151.1.1 材料的组成材料的组成 一、化学组成一、化学组成 二、矿物组成二、矿物组成 材料的组成、结构材料的组成、结构和构造是影响材料和构造是影响材料性质的内因，使用性质的内因，使用条件和环境条件是条件和环境条件是外因。外因。1.1 材料的组成、结构及构造材料的组成、结构及构造重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质16一、化学组成一、化学组成 化学组成：化学组成：构成材料的化学元素及化合物的种构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。类和数量。 材料的化学组成是决定其化学性质材料的化学组成是决定其化学性质（耐蚀性、（耐蚀

9、性、可燃性）、可燃性）、物理性质物理性质（耐水性、耐热性）（耐水性、耐热性）和力学性质的和力学性质的重要因素。不同的化学成分构成了不同的材料，因而也重要因素。不同的化学成分构成了不同的材料，因而也表现出不同的性质。表现出不同的性质。如木材易于燃烧和腐朽，钢材强度如木材易于燃烧和腐朽，钢材强度高但易于锈蚀，石灰耐水性差等。高但易于锈蚀，石灰耐水性差等。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质17二、矿物组成二、矿物组成 矿物组成：矿物组成：构成材料的矿物种类和数量构成材料的矿物种类和数量 。 化学组成相同的材料，矿物组成不同，也可以表现化学组成相同的材料，矿物组成不同，也可以表现出不同的性

10、质。出不同的性质。如天然石料，由于其矿物组成不同，所如天然石料，由于其矿物组成不同，所以构成了不同的岩石品种。各种水泥也因具有不同的熟以构成了不同的岩石品种。各种水泥也因具有不同的熟料矿物组成而表现出不同的性能。料矿物组成而表现出不同的性能。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质181.1.2 材料的结构和构造材料的结构和构造 一、宏观结构一、宏观结构二、亚微观结构二、亚微观结构三、微观结构三、微观结构四、构造四、构造重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质19一、宏观结构一、宏观结构 指用肉眼或放大镜可分辨出的结构状况，其尺寸范围指用肉眼或放大镜可分辨出的结构状况，其尺寸范围在在

11、10-3m级以上。级以上。 宏观结构宏观结构 结构特征结构特征 常用的土木工程材料常用的土木工程材料按按孔孔隙隙尺尺度度 致密结构致密结构微孔结构微孔结构多孔结构多孔结构 无宏观尺度的孔隙无宏观尺度的孔隙主要具有微细孔隙主要具有微细孔隙具有较多粗大孔隙具有较多粗大孔隙 钢铁、玻璃、塑料等钢铁、玻璃、塑料等石膏制品、烧土制品等石膏制品、烧土制品等加气混凝土、泡沫玻璃、泡沫塑料等加气混凝土、泡沫玻璃、泡沫塑料等 按按构构成成形形态态 纤维结构纤维结构层状结构层状结构散粒结构散粒结构聚集结构聚集结构 主要由纤维状材料构成主要由纤维状材料构成由多层材料迭合构成由多层材料迭合构成由松散颗粒状材料构成由松

12、散颗粒状材料构成由集料和胶结材料构成由集料和胶结材料构成 木材、玻璃钢、岩棉等木材、玻璃钢、岩棉等复合墙板、胶合板、纸面石膏板等复合墙板、胶合板、纸面石膏板等砂子、卵石、碎石、珍珠岩等砂子、卵石、碎石、珍珠岩等水泥混凝土、砂浆、沥青混凝土等水泥混凝土、砂浆、沥青混凝土等 材料的宏观结构和特征材料的宏观结构和特征重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质20二、亚微观结构二、亚微观结构 又称介观结构，又称介观结构，是指用光学显微镜所能观察到的是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺寸范围在结构，其尺寸范围在10-6m10-3m。 充分显示出天然岩石的矿物组成、金属材料的晶充分显示出天然岩石的矿物

13、组成、金属材料的晶粒大小与粒大小与金相组织、水泥混凝土的孔隙与裂缝等。金相组织、水泥混凝土的孔隙与裂缝等。 亚微观结构层次上的差异显著影响材料的性能。亚微观结构层次上的差异显著影响材料的性能。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质21三、微观结构三、微观结构 是指原子或分子层次的结构，其是指原子或分子层次的结构，其尺寸范围在尺寸范围在10-10m10-6m。材料按微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体。材料按微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体。（一）晶体结构（一）晶体结构 定义：定义：质点在空间按特定的规则呈周期性排列所形质点在空间按特定的规则呈周期性排列所形成的结构。成的结构。特点特点：（：

14、（1）特定的几何外形。（）特定的几何外形。（2）各向异性。）各向异性。（3）固定的熔点和化学稳定性。（）固定的熔点和化学稳定性。（4）结晶接触点和晶面是）结晶接触点和晶面是晶体破坏或变形的薄弱部分。晶体破坏或变形的薄弱部分。 晶体质点间键能的大小以及结合键的特性决定晶体材晶体质点间键能的大小以及结合键的特性决定晶体材料的特性。料的特性。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质22晶体结构结合键及其特性晶体结构结合键及其特性 材材 料料 的的 微微 观观 结结 构构常常 见见 材材 料料主主 要要 特特 性性原子晶体原子晶体（以共价键结合）（以共价键结合）金刚石、石英、金刚石、石英、刚玉刚

15、玉强度、硬度、熔点均强度、硬度、熔点均高，难溶，密度较小高，难溶，密度较小离子晶体离子晶体（以离子键结合）（以离子键结合）氧化钠、石膏、氧化钠、石膏、石灰岩石灰岩强度、硬度、熔点较强度、硬度、熔点较高，部分可溶，密度高，部分可溶，密度中等中等分子晶体分子晶体（以分子键结合）（以分子键结合） 蜡及有机化合物蜡及有机化合物晶体晶体强度、硬度、熔点较强度、硬度、熔点较低，大部分可溶、密低，大部分可溶、密度小度小金属晶体金属晶体（以金属键结合）（以金属键结合）铁、钢、铜、铝铁、钢、铜、铝及其合金及其合金强度、硬度、熔点变强度、硬度、熔点变化大，难溶，密度大化大，难溶，密度大重大土木工程建筑才料1土木工

16、程材料的基本性质23 无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，无机非金属材料中的晶体，通常不是单一的结合键，而是既存在共价键又存在离子键。而是既存在共价键又存在离子键。 硅酸盐材料在土木工程材料中占有重要地位，它广硅酸盐材料在土木工程材料中占有重要地位，它广泛应用在水泥、陶瓷、砖瓦、玻璃等材料中，泛应用在水泥、陶瓷、砖瓦、玻璃等材料中，硅酸盐晶体硅酸盐晶体的基本结构单元是的基本结构单元是SiO4四面体，硅在四个氧形成的四面体四面体，硅在四个氧形成的四面体的正中。的正中。硅酸盐的结构比较复杂，是由基本单元硅酸盐的结构比较复杂，是由基本单元SiO4与其与其它金属离子结合而成。它金属离子结合而

17、成。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质24硅氧四面体示意图硅氧四面体示意图 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质25（二）玻璃体（二）玻璃体 定义：定义：熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的内部质点无序排列的固体或固态液体。排列而形成的内部质点无序排列的固体或固态液体。 特点特点：（：（1）没有固定的熔点和几何外形。（没有固定的熔点和几何外形。（2）各向同性。（各向同性。（3）化学稳定性差，化学稳定性差，如粒化高炉矿渣、粉煤如粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰等。灰、火山灰等。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质26（三）胶体

18、（三）胶体 定义：定义：以结构粒径为以结构粒径为10-9m10-7m的固体颗粒的固体颗粒（胶（胶粒）粒）作为分散相，分散在连续介质中形成分散体系的物作为分散相，分散在连续介质中形成分散体系的物质。质。 胶体类型：胶体类型：溶胶结构；凝胶结构；溶凝胶结构。溶胶结构；凝胶结构；溶凝胶结构。 胶体特点：胶体特点：（1）强度较低。（）强度较低。（2）变形较大。）变形较大。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质27四、构四、构 造造 定义：定义：具有特定性质的材料结构单元间的相互组具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。合搭配情况。 与结构的区别：与结构的区别：构造更强调相同材料或不同材料

19、构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。间的搭配组合关系。如材料的孔隙，岩石的层理，木材如材料的孔隙，岩石的层理，木材的纹理，疵病等。的纹理，疵病等。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质28 一、预约时间及地点：一、预约时间及地点： 1、时间：第、时间：第13周，周一至周五上班时间周，周一至周五上班时间 2、地点：交通运输工程学院实验检测中心（土木楼、地点：交通运输工程学院实验检测中心（土木楼317） 联系人：蔡老师联系人：蔡老师 联系电话：联系电话： 二、预约方法二、预约方法 1、以班长为联系人到实验中心一次性把必选实验项目预约完；、以班长为联系人到实验中心一次性把必选实验项目

20、预约完； 2、每班人数应为、每班人数应为2080人；人； 3、班长记录上课时间后通知全班同学，并按上课时间准时上课；、班长记录上课时间后通知全班同学，并按上课时间准时上课； 4、上实验课的学生以签名为准，预约后不来上课者，不再另行安排，、上实验课的学生以签名为准，预约后不来上课者，不再另行安排，后果自负，而该项目实验成绩以零分计算。后果自负，而该项目实验成绩以零分计算。 建材实验课预约通知建材实验课预约通知重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质29 1.2 材料的物理性质材料的物理性质 一一二二三三密度密度表观密度表观密度堆积密度堆积密度毛体积密度毛体积密度密实度密实度孔隙率孔隙率填充率

21、填充率空隙率空隙率重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质30（一）密度（一）密度 1、定义：、定义：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。材料在绝对密实状态下单位体积的质量。按下式计算式：按下式计算式： 式中式中 密度，密度，g/cm3。 m 干燥材料的质量干燥材料的质量, 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。 材料的密度与材料的密度与4纯水密度之比称为相对密度。纯水密度之比称为相对密度。 vm重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质31自然状态下体积示意图自然状态下体积示意图重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质32 2、测定：、测定：为

22、测定有为测定有孔材料的绝对密实体积，常孔材料的绝对密实体积，常把材料磨细，干燥后用李氏把材料磨细，干燥后用李氏瓶测定其体积，材料磨得越瓶测定其体积，材料磨得越细，测得的数值越接近材料细，测得的数值越接近材料的真实体积。的真实体积。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质33（二）表观密度（二）表观密度 1、定义：、定义：材料在包含闭口孔隙条件下单位体积的质材料在包含闭口孔隙条件下单位体积的质量。量。按下式计算：按下式计算： 式中：式中： 表观密度，表观密度，/m3。 m材料的质量，。材料的质量，。 材料在包含闭口孔隙条件下的体积，材料在包含闭口孔隙条件下的体积，m3。 2、测定：、测定：

23、采用排液法或水中称重法。采用排液法或水中称重法。对于某些密实对于某些密实材料（如天然砂、石等），表观密度与密度十分接近，因此，材料（如天然砂、石等），表观密度与密度十分接近，因此，也称为视密度，又称近似密度。也称为视密度，又称近似密度。vmv重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质34 材料的表观密度一般指材料在干燥状态下单位表材料的表观密度一般指材料在干燥状态下单位表观体积的质量，称为干表观密度。观体积的质量，称为干表观密度。按材料含水状态的不按材料含水状态的不同，如绝干、气干、饱和面干、含水等，分别称为同，如绝干、气干、饱和面干、含水等，分别称为干表干表观密度、气干表观密度、饱和面干表

24、观密度、湿表观密观密度、气干表观密度、饱和面干表观密度、湿表观密度度等。等。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质35（三）毛体积密度（三）毛体积密度（容重）（容重） 1、定义：、定义：材料在自然状态下单位体积的质量。材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：按下式计算： 式中：式中： 毛体积密度，毛体积密度，/m3。 m 材料的质量，。材料的质量，。 材料在自然状态下体积，材料在自然状态下体积，m3。 材料在自然状态下的体积是指包括内部孔隙材料在自然状态下的体积是指包括内部孔隙（开口孔隙和闭口孔隙）（开口孔隙和闭口孔隙）在内的体积。在内的体积。 00vm00v重大土木工程建筑才料1

25、土木工程材料的基本性质36 2、测定：、测定：规则形状材料：游标卡尺法规则形状材料：游标卡尺法 不规则形状材料：排液法或不规则形状材料：排液法或水中称重法水中称重法 按含水状态的不同，分别称为按含水状态的不同，分别称为干毛体积密度、气干干毛体积密度、气干毛体积密度、饱和面干毛体积密度、湿毛体积密度毛体积密度、饱和面干毛体积密度、湿毛体积密度等。等。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质37 表观密度：表观密度： 毛体积密度：毛体积密度： ma石料的烘干质量；石料的烘干质量； mf石料的饱和面干质量；石料的饱和面干质量； mw石料的水中质量；石料的水中质量； 试验温度试验温度T时水的密度。

26、时水的密度。TwaammmTwfammm0T水中称重法水中称重法（网篮法）（网篮法）重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质38 表观密度：表观密度： 毛体积密度：毛体积密度： m0石料的烘干质量；石料的烘干质量； m1水、瓶及玻璃片的总质量；水、瓶及玻璃片的总质量； m2 石料、水、瓶及玻璃片的总质量；石料、水、瓶及玻璃片的总质量； m3石料的饱和面干质量；石料的饱和面干质量； 试验温度试验温度T时水的密度。时水的密度。Tmmmm2100Tmmmm21300T容量瓶法容量瓶法（排液法）（排液法）重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质39（四）堆积密度（四）堆积密度 1、定义：、定义

27、：指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位指散粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。体积的质量。按下式计算：按下式计算： 式中式中 堆积密度，堆积密度，/m3。 m 材料的质量，。材料的质量，。 材料堆积体积，材料堆积体积，m3。 材料的堆积体积包括固体体积、孔隙体积和空隙体积。材料的堆积体积包括固体体积、孔隙体积和空隙体积。因此，因此，堆积密度与材料堆积的紧密程度有关。堆积密度与材料堆积的紧密程度有关。根据材料堆积根据材料堆积的紧密程度，堆积密度有的紧密程度，堆积密度有松堆密度松堆密度（自然堆积状态）和（自然堆积状态）和紧堆紧堆密度密度（振实或捣实的紧密堆积状态）。（振实或捣实的紧密堆积状

28、态）。00vm00v重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质40 2、测定：、测定：容量筒法容量筒法 3、注意：、注意：散粒材料的颗粒内部或多或少存在孔散粒材料的颗粒内部或多或少存在孔隙，颗粒与颗粒间又存在空隙，所以隙，颗粒与颗粒间又存在空隙，所以对散粒材料而言，对散粒材料而言，有密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度四个物理量。有密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度四个物理量。 四种密度的区别：四种密度的区别：m为材料的烘干质量，而体积为材料的烘干质量，而体积各不相同，分别为实体体积、表观体积、毛体积、堆积各不相同，分别为实体体积、表观体积、毛体积、堆积体积。体积。 重大土木工程建筑才料1

29、土木工程材料的基本性质41 二、密实度和孔隙率二、密实度和孔隙率 （针对单块材料）（针对单块材料） （一）密实度（一）密实度 定义：定义：材料体积材料体积（自然状态）（自然状态）内固体物质的充内固体物质的充实程度。实程度。密实度密实度D按下式计算：按下式计算： 密实度密实度D反映材料的密实程度，反映材料的密实程度，D越大，材料越大，材料越密实，越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于含有孔隙的材料，密实度均小于1。 %100%10000VVD重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质42（二）孔隙率（二）孔隙率 孔隙率的大小反应了材料的致密程度。材料的许多性孔隙率的大小反应了材料的致密程度。材料

30、的许多性能，能，如强度、吸水性、耐久性、导热性等如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与孔隙率有关。均与孔隙率有关。此外，还与材料内部孔隙的结构有关。此外，还与材料内部孔隙的结构有关。 定义：定义：材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率。百分率。孔隙率孔隙率P按下式计算：按下式计算：%100)1 (%100)1 (00VVP1 PD重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质43三、填充率和空隙率三、填充率和空隙率（针对散粒材料）（针对散粒材料） 定义：定义：散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占堆积体积的百分率。堆

31、积体积的百分率。材料的填充率材料的填充率 按下式计算：按下式计算： %100VVD0000（一）填充率（一）填充率D 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质44（二）（二） 空隙率空隙率 定义：定义：散粒材料在堆积状态下颗粒间空隙体积占堆散粒材料在堆积状态下颗粒间空隙体积占堆积体积的百分率。积体积的百分率。材料的空隙率材料的空隙率 按下式计算：按下式计算： 空空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间互相填隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间互相填充的致密程度。充的致密程度。 P1%100)1 (10000PDVVP重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质45问问 题题1、什么是材料的填

32、充率？填充率和哪个概念是相对的？什么是材料的填充率？填充率和哪个概念是相对的？为什么？为什么？2、某石料烘干试样某石料烘干试样500克，水中称重克，水中称重300克，饱和面干重克，饱和面干重550克，若水的密度为克，若水的密度为1g/cm，求该石料的表观密度和求该石料的表观密度和毛体积密度。毛体积密度。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质46 1.3 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 一、亲水性与憎水性一、亲水性与憎水性二、吸水性与吸湿性二、吸水性与吸湿性三、耐水性三、耐水性四、抗渗性四、抗渗性五、抗冻性五、抗冻性重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质47一、亲水性与憎水性一

33、、亲水性与憎水性 1、定义：、定义： 当材料与水接触时，如果水可以在材料表面铺展开，当材料与水接触时，如果水可以在材料表面铺展开，即材料表面可以被水所润湿，则称材料具有亲水性；即材料表面可以被水所润湿，则称材料具有亲水性；这种这种材料称为材料称为亲水性材料亲水性材料。大多数建筑材料属于亲水性材料，。大多数建筑材料属于亲水性材料，如混凝土、钢材、砖石等。如混凝土、钢材、砖石等。 若水不能在材料的表面铺展开，即材料表面不能被若水不能在材料的表面铺展开，即材料表面不能被水所润湿，则称材料具有憎水性。水所润湿，则称材料具有憎水性。此种材料称为此种材料称为憎水性材憎水性材料料。大部分有机材料属于憎水性材

34、料，如沥青、石蜡、塑。大部分有机材料属于憎水性材料，如沥青、石蜡、塑料等。料等。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质48 2、表示方法、表示方法 材料的亲水（或憎水）程度可用材料的亲水（或憎水）程度可用润湿角润湿角表示。表示。在材在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角称为湿润角。材料和水接触面的夹角称为湿润角。 润湿角润湿角900时，材料表现为亲水性；润湿角时，材料表现为亲水性；润湿角900时，时，材料表现为憎水性。润湿角越小，亲水性越强，憎水性越弱。材料表现为憎水性。润湿角越小，亲水性越强，憎

35、水性越弱。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质49 在材料、水与空气的三相交点上作用有三个表面张力，在材料、水与空气的三相交点上作用有三个表面张力，这三个力达到平衡时，这三个力达到平衡时，可得下式：可得下式： 式中：式中：sv材料与空气的表面张力材料与空气的表面张力 ，N/m； lv水与空气的表面张力，水与空气的表面张力，N/m； sl材料与水的表面张力，材料与水的表面张力，N/m。 sllvsvcoslvslsvcos重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质50 3、工程应用、工程应用 亲水性材料能通过毛细管作用，将水吸入材料内亲水性材料能通过毛细管作用，将水吸入材料内部。憎水性

36、材料一般能阻止水分渗入毛细管中，从而降部。憎水性材料一般能阻止水分渗入毛细管中，从而降低材料的吸水作用。低材料的吸水作用。 憎水性材料具有较好的防水性、防潮性，常用作憎水性材料具有较好的防水性、防潮性，常用作防水材料，防水材料，也可用于对亲水性材料进行表面处理，以降也可用于对亲水性材料进行表面处理，以降低吸水率，提高抗渗性。低吸水率，提高抗渗性。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质51 1、吸水性：、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。材料在水中吸收水分的性质。常用常用吸吸水率水率表示，有表示，有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。 二、材料的吸水性

37、与吸湿性二、材料的吸水性与吸湿性1001mmmW 质量吸水率：质量吸水率：材料吸入收水分的质量与材料在干燥材料吸入收水分的质量与材料在干燥状态下的质量之比，状态下的质量之比，按下式计算：按下式计算： 式中：式中： W材料的质量吸水率，材料的质量吸水率，%。 m 材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，g。 m1材料在浸水饱和状态下的质量，材料在浸水饱和状态下的质量，g。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质52 体积吸水率：体积吸水率：材料吸收水分的体积与材料在自然材料吸收水分的体积与材料在自然状态下的体积之比。状态下的体积之比。 影响因素：影响因素：材料的亲水性和憎水性、孔隙

38、率的大小材料的亲水性和憎水性、孔隙率的大小及孔隙特征。及孔隙特征。一般孔隙率越大，其吸水性越强。封闭孔隙一般孔隙率越大，其吸水性越强。封闭孔隙水分不易进入；粗大开口孔隙，不易吸满水分；具有微细水分不易进入；粗大开口孔隙，不易吸满水分；具有微细开口孔隙的材料，其吸水能力特别强。开口孔隙的材料，其吸水能力特别强。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质53 2、吸湿性：、吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。材料在潮湿空气中吸收水分的性质。常用常用含水率含水率表示。表示。 100mmmWsh 式中：式中： Wh材料的含水率，材料的含水率，%。 m 材料干燥状态下的质材料干燥状态下的质量量 ，

39、g。 ms 材料吸湿状态下的质材料吸湿状态下的质量，量，g。 含水率：含水率：材料所含水分的质量与材料在干燥状态材料所含水分的质量与材料在干燥状态的质量之比，的质量之比，按下式计算：按下式计算： 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质54 材料吸水或吸湿后，可削弱材料内部质点间的结合材料吸水或吸湿后，可削弱材料内部质点间的结合力或吸引力，引起强度下降，同时使材料的容重和导热力或吸引力，引起强度下降，同时使材料的容重和导热性增加，并使材料的保温性、吸声性下降，受到的冻害、性增加，并使材料的保温性、吸声性下降，受到的冻害、腐蚀加剧。由此可见，腐蚀加剧。由此可见，含水使材料的绝大多数性质下降含

40、水使材料的绝大多数性质下降或变差。或变差。 注意区分：注意区分： 吸水率：饱水状态（吸水饱和）恒值吸水率：饱水状态（吸水饱和）恒值 含水率：自然状态含水率：自然状态 变值变值重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质55三、耐水性三、耐水性 定义定义 ：材料长期在饱和水的作用下既材料长期在饱和水的作用下既不发生破坏，不发生破坏，强度也不显著降低的性质。材料的耐水性强度也不显著降低的性质。材料的耐水性用用软化系数软化系数KR来表来表示，示，定义式如下：定义式如下： 式中式中 KR材料的软化系数。材料的软化系数。 fb材料在吸水饱和状态下的抗压强度，材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。 fg

41、材料在绝干状态下的抗压强度，材料在绝干状态下的抗压强度，MPa。 gbRffK重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质56 土木工程材料的软化系数在土木工程材料的软化系数在01之间波动，钢的之间波动，钢的软化系数为软化系数为1，粘土为，粘土为0。 用于长期处于水中或潮湿环境的重要结构的材料，用于长期处于水中或潮湿环境的重要结构的材料，软化系数软化系数KR应大于应大于0.85（耐水材料）（耐水材料）；用于受潮较轻或；用于受潮较轻或次要结构物的材料，软化系数次要结构物的材料，软化系数KR应大于应大于0.75。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质57四、抗渗性四、抗渗性 定义：定义：材

42、料抵抗压力水渗透的性质。材料抵抗压力水渗透的性质。抗渗性可用抗渗性可用渗透系数渗透系数表示，计算式如下：表示，计算式如下： 式中：式中：K渗透系数，渗透系数，cm/h d试件厚度，试件厚度，cm； Q渗水量，渗水量，cm3 ； A渗水面积，渗水面积，cm2 t渗水时间，渗水时间，h； H水头（水压力），水头（水压力），cm。 渗透系数渗透系数K越小，材料的抗渗性越好。越小，材料的抗渗性越好。 AtHQdK 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质58 材料的抗渗性还可用材料的抗渗性还可用抗渗等级抗渗等级来表示，来表示，以规定的以规定的试件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（试件在标准试验

43、条件下所能承受的最大水压力（MPa）来确定，用来确定，用“Pn”表示，表示，如如P2、P4、P6、P8等，分别表示等，分别表示可抵抗可抵抗0.2、0.4、0.6、0.8MPa的水压力而不渗透。的水压力而不渗透。 影响因素：影响因素：材料内部的孔隙率、孔隙特征以及材材料内部的孔隙率、孔隙特征以及材料的亲水性和憎水性。料的亲水性和憎水性。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质59五、抗冻性五、抗冻性 定义定义 ：材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。的作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。 抗冻等级：抗冻等级：材料在

44、吸水饱和状态下，经冻融循环作材料在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，所能经受的用，强度损失和质量损失均不超过规定值时，所能经受的最大冻融循环次数，最大冻融循环次数，用用“Fn”表示，如表示，如F25、F50、F100、F150等分别表示在经受等分别表示在经受25、50、100、150次的冻融循环后，次的冻融循环后，材料仍可满足使用要求。材料仍可满足使用要求。 影响因素：影响因素：材料内部的孔隙率、孔隙特征和材料的材料内部的孔隙率、孔隙特征和材料的吸水率及降温速度等。吸水率及降温速度等。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质60 1.6 材料的力学性质材

45、料的力学性质 一、强度一、强度二、弹性与塑性二、弹性与塑性三、脆性与韧性三、脆性与韧性四四 、疲劳极限、疲劳极限五、硬度、磨损及磨耗五、硬度、磨损及磨耗重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质61一、强一、强 度度 1、定义：定义：材料抵抗外力破坏的能力。材料抵抗外力破坏的能力。 式中：式中：f材料的极限强度，材料的极限强度，MPa。 Fmax材料破坏时的最大荷载，材料破坏时的最大荷载，N。 A材料受力截面面积，材料受力截面面积，mm2。AFfmax 2、分类：分类：根据根据外力引起内应力外力引起内应力的不同，可分为：的不同，可分为：抗抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度压强度、抗拉强度

46、、抗剪强度及抗弯强度等等。材料的抗压。材料的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度按下式计算：强度、抗拉强度和抗剪强度按下式计算： 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质62 材料的材料的抗弯强度抗弯强度一般采用一般采用简支梁试件简支梁试件进行试验，当采用进行试验，当采用集中荷载集中荷载时，时，按下式计算：按下式计算： 当采用在当采用在两支点间的三分点作用对称荷载两支点间的三分点作用对称荷载时，时，按下式计算：按下式计算：式中：式中： fm 材料的抗弯极限强度，材料的抗弯极限强度，MPa。 Fmax弯曲破坏时的最大荷载，弯曲破坏时的最大荷载，N。 L两支点的间距，两支点的间距，mm。 b、h分别为

47、受弯试件截面的宽和高，分别为受弯试件截面的宽和高，mm。 2maxbhLFfm2max23bhLFfmL L/2/2L L/2/2重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质63 3、影响因素：、影响因素： 材料的组成和结构；材料的组成和结构； 试件的尺寸和形状；试件的尺寸和形状； 试验装置情况；试验装置情况； 试件的表面平整度；试件的表面平整度； 加荷速度；加荷速度； 温度和湿度。温度和湿度。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质64 4、强度等级：、强度等级：为便于生产和使用，为便于生产和使用，土木工程土木工程材材料常按其强度的大小划分等级。料常按其强度的大小划分等级。普通水泥按抗压

48、强度和抗普通水泥按抗压强度和抗折强度分为折强度分为32.5、42.5、52.5、62.5共共4个强度等级；普通个强度等级；普通混凝土按抗压强度分为混凝土按抗压强度分为C15、C20、C25 、C30C80共共14个强度等级。个强度等级。 5、比强度：、比强度：单位体积质量的材料强度，即材料单位体积质量的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比。它是反映材料轻质高强的指标，的强度与其表观密度之比。它是反映材料轻质高强的指标，其其 值越大，材料越轻质高强。值越大，材料越轻质高强。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质65二、弹性与塑性二、弹性与塑性 1、弹性：、弹性：材料在外力作用下产生变形

49、，当外力除去材料在外力作用下产生变形，当外力除去后，能够完全恢复原来形状的性能。这种能完全恢复的变后，能够完全恢复原来形状的性能。这种能完全恢复的变形称为弹性变形。形称为弹性变形。 2、塑性：、塑性：材料在外力作用下产生显著变形，但不断材料在外力作用下产生显著变形，但不断裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性质。这种裂破坏，外力取消后，仍保持变形后的形状的性质。这种不可恢复的残余变形称为塑性变形。不可恢复的残余变形称为塑性变形。在土木工程材料中，在土木工程材料中，几乎没有完全的弹性材料或塑性材料。几乎没有完全的弹性材料或塑性材料。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质66材料的弹性变

50、形和塑性变形曲线材料的弹性变形和塑性变形曲线材料的弹塑性变形材料的弹塑性变形重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质67三、三、脆性与韧性脆性与韧性 1、脆性：、脆性：材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑材料在外力作用下，在破坏前无明显的塑性变形而突然破坏的性质。性变形而突然破坏的性质。脆性材料的脆性材料的特点是特点是塑性变形很塑性变形很小，且抗压强度与抗拉强度的比值较大小，且抗压强度与抗拉强度的比值较大（550倍），无机倍），无机非金属材料多属于脆性材料。非金属材料多属于脆性材料。 2、韧性：、韧性：材料在外力的作用下，能够吸收较大的能材料在外力的作用下，能够吸收较大的能量，同时产生一定

51、的变形而不致破坏的性能。量，同时产生一定的变形而不致破坏的性能。而材料在冲而材料在冲击、震动荷载作用下，能够吸收较大能量，产生一定的变击、震动荷载作用下，能够吸收较大能量，产生一定的变形而不致破坏的性质称为形而不致破坏的性质称为冲击韧性。冲击韧性。在土木工程中，在土木工程中，材料材料的韧性一般以冲击韧性评价。的韧性一般以冲击韧性评价。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质68AAkk 式中式中 k 材料的冲击韧性材料的冲击韧性 ，J/mm2 Ak 试件破坏所消耗的功，试件破坏所消耗的功，J A 试件冲击破坏面的净截面积，试件冲击破坏面的净截面积， mm2 韧性材料的特点是韧性材料的特点是

52、变形大，特别是塑性变形大，抗拉强变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度与抗压强度接近。度与抗压强度接近。木材、建筑钢材、橡胶等属于韧性材木材、建筑钢材、橡胶等属于韧性材料。料。 材料的冲击韧性一般用带缺口的试件，在一次冲击材料的冲击韧性一般用带缺口的试件，在一次冲击作用下冲断破坏后，断口处单位面积所吸收的功来表示。作用下冲断破坏后，断口处单位面积所吸收的功来表示。重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质69四、疲劳极限四、疲劳极限 1、定义：、定义：材料在受到拉伸、压缩、弯曲、扭转以及材料在受到拉伸、压缩、弯曲、扭转以及这些外力的反复作用，当应力超过某一限度时会导致材料这些外力的反复作用，当应

53、力超过某一限度时会导致材料的破坏，这个限度叫疲劳极限，的破坏，这个限度叫疲劳极限，又称疲劳强度。又称疲劳强度。 当应力小当应力小于疲劳极限时，材料在荷载无穷多次重复作用下也不会发于疲劳极限时，材料在荷载无穷多次重复作用下也不会发生破坏。生破坏。 2、影响因素：、影响因素：材料的性质、应力种类、疲劳应力比材料的性质、应力种类、疲劳应力比值、应力集中情况以及温度等。值、应力集中情况以及温度等。 对于混凝土，通常规定应力循环次数为对于混凝土，通常规定应力循环次数为106108次，次，此时混凝土的压缩疲劳极限为抗压强度的此时混凝土的压缩疲劳极限为抗压强度的5060。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料

54、的基本性质70五、五、硬度、磨损及磨耗硬度、磨损及磨耗 1、硬度：、硬度：材料抵抗其它物体刻划或压入其表面的材料抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力。能力。 刻划法：刻划法：用于用于矿物材料矿物材料的测定，以滑石、石膏、方的测定，以滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉和金刚石解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉和金刚石10种矿物作为标准划分硬度等级，这种硬度称为种矿物作为标准划分硬度等级，这种硬度称为莫氏硬度莫氏硬度。 回弹法：回弹法：用于测定用于测定混凝土混凝土表面硬度，并可间接推算表面硬度，并可间接推算混凝土的强度，也用于测定陶瓷、砖、砂浆、塑料、橡胶混凝土的强度，

55、也用于测定陶瓷、砖、砂浆、塑料、橡胶等的表面硬度和间接推算其强度。等的表面硬度和间接推算其强度。 重大土木工程建筑才料1土木工程材料的基本性质71 压入法：压入法：用于测定用于测定金属材料、塑料、橡胶等金属材料、塑料、橡胶等的硬度。的硬度。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，根据压痕的面积或深度来测定其硬度值。试样表面，根据压痕的面积或深度来测定其硬度值。常用常用的方法有的方法有布氏法、布氏法、洛氏法和维氏法，相应的硬度值称为洛氏法和维氏法，相应的硬度值称为布布氏硬度氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。、洛氏硬度和维氏硬度。 硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。重大土