项目一材料的基本性质

1、1 材料的基本性质材料的基本性质物理性质物理性质力学性质力学性质耐久性耐久性密度密度孔隙率孔隙率与水的关系与水的关系热工性质热工性质强度强度弹性塑性弹性塑性韧性脆性韧性脆性硬度硬度耐久性定义耐久性定义环境协调性环境协调性遮风挡雨遮风挡雨耐热隔声耐热隔声耐腐防冻耐腐防冻承重抗震承重抗震各种外力各种外力长期使用长期使用性能退化性能退化21.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质 1.2 材料的力学性质材料的力学性质 1.3 材料的耐久性与环境协调性材料的耐久性与环境协调性31.1.1 密度相关1.1.2 材料的孔隙率和空隙率 1.1.3 与水有关的性质 4真实真实密度密度单位体积单位体积的质量的

2、质量材料的绝对密实状态材料的绝对密实状态密度密度5真实真实密度密度Vm 材料的密度，材料的密度，g/cm3； m 材料的质量（干燥至恒重），材料的质量（干燥至恒重），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，cm36常见近似无孔隙材料钢、玻璃钢、玻璃常见有孔隙材料测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，再用干燥后，再用李氏瓶李氏瓶测定其绝对密实体积测定其绝对密实体积8表观密度表观密度00Vm0 材料的体积密度，材料的体积密度，g/cm3； m 材料的质量，材料的质量，g；V0 材料在自然状态下的体积，材料在自然状态下的体

3、积，cm39堆积密度堆积密度材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的材料的堆积密度反映散粒构造材料堆积的 紧密程度及材料可能的堆放空间紧密程度及材料可能的堆放空间！散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量堆积体积堆积体积绝对体积绝对体积内部开闭孔体积内部开闭孔体积颗粒间空隙体积颗粒间空隙体积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料颗粒之间存在许多空隙空孔堆积密度：VVVMVM00堆积密度堆积密度%VV1000空空隙率%VV10000填充率真实真实密度密度表观密度表观密度Vm00Vm空孔堆积密度：VVVMVM00

4、12测量材料密度、表观密度和堆积密度的测量材料密度、表观密度和堆积密度的目的目的计算材料用量、构件自重、配料、材料堆放的体积或面积计算材料用量、构件自重、配料、材料堆放的体积或面积13孔隙率材料材料内部孔隙内部孔隙的体积占的体积占材料总体积的百分率材料总体积的百分率 内部孔隙内部孔隙闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开口孔隙14 材料的孔隙率材料的孔隙率 孔隙率的大小直接反映了材料的密实程度孔隙率的大小直接反映了材料的密实程度材料的密实度材料的密实度D材料内被固体所填充的程度材料内被固体所填充的程度PP+D=115 材料的孔隙率材料的孔隙率 一般而言，孔隙率较小，且与外部连通孔较少的材料，一般而言，孔隙

5、率较小，且与外部连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗渗性和抗冻性较好。其吸水性较小，强度较高，抗渗性和抗冻性较好。16空隙率堆积体积状态下颗粒固体物质间堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积空隙体积占堆积体积的百分率占堆积体积的百分率17 材料的材料的空隙率空隙率 反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的密实程度反映了散粒材料的颗粒之间相互填充的密实程度工程应用工程应用：在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制混凝在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制混凝土中骨料级配与计算混凝土含砂率时的重要依据土中骨料级配与计算混凝土含砂率时的重要依据/00/0100%VVpV%100100 案例.已知某

6、天然岩石的密度2.68g/cm3, 孔隙率为2%，讲该岩石破碎成碎石，碎石的堆积密度为1550 Kg/m3 。试求碎石的表观密度和空隙率。 解答：/00/0100%VVpV%100100 191、亲水性与憎水性、亲水性与憎水性2、吸水性与吸湿性、吸水性与吸湿性3、耐水性、耐水性4、抗渗性、抗渗性5、抗冻性、抗冻性201、亲水性与憎水性、亲水性与憎水性亲水性亲水性憎水性憎水性材料能被水润湿材料能被水润湿材料不能被水润湿材料不能被水润湿图11 材料润湿示意图（）亲水性材料；（）憎水性材料（1）如果润湿边角为零，则表示该材料完全被水所浸润; （2）当润湿边角900时，水分子之间的教聚力小于水分子与材

7、料 分子间的相互吸引力，此种材料称为亲水性材料; （3）当900时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的 吸引力，则材料表面不会被浸润，此种材料称为憎水性材料。 222、吸水性与吸湿性、吸水性与吸湿性吸水性吸水性吸湿性吸湿性材料能在材料能在水水中中吸收水分吸收水分材料在材料在潮湿空潮湿空气气中吸收水分中吸收水分质量吸水率质量吸水率体积吸水率体积吸水率含水率含水率 （1）、材料的材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。 吸水性的大小以来表示。 1）质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以m 表示。质量吸水率m 的计算公式为：式中： m1材料吸水饱和状

8、态下的质量（g或kg）； m材料在干燥状态下的质量（g或kg）。%1001mmmWm1.2 材料与水有关的性质2）体积吸水率：）体积吸水率： 材料在吸水饱和状态下，所吸收水的材料在吸水饱和状态下，所吸收水的体积占材料自然体积的百分率。体积占材料自然体积的百分率。 水%100Vm-mw0sV=0mV= （2）、材料的吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用h表示，其计算公式为：式中：m含材料吸湿状态下的质量（g或kg） m材料在干燥状态下的质量（g或kg） 当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，材料中所含水分与空气湿度达到平衡，此时的含水率称为平衡含

9、水率。%100mmmW含含（3）27（4）、吸水性与吸湿性的影响因素、吸水性与吸湿性的影响因素吸水性吸水性开口孔隙率愈大，则开口孔隙率愈大，则材料的吸水量愈多材料的吸水量愈多对于细微连通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。对于细微连通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。封闭的孔隙内水分不易进去，而封闭的孔隙内水分不易进去，而开口大孔虽然水分易开口大孔虽然水分易进入，但不易存留，只能润湿孔壁，进入，但不易存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小所以吸水率仍然较小。孔隙率孔隙率28（5）吸水性与吸湿性产生的不利影响吸水性与吸湿性产生的不利影响材料吸水后会导致其材料吸水后会导致其自重增大自重增大、导热性增

10、大导热性增大、强度强度和和耐久性耐久性将产生不同程度的下降。材料将产生不同程度的下降。材料干湿交替还会引起其干湿交替还会引起其形状尺寸的改变形状尺寸的改变而影响使用而影响使用293、耐水性、耐水性材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质耐水性用耐水性用软化系数软化系数KR的大小表明材料在浸的大小表明材料在浸水饱和强度降低的程度。水饱和强度降低的程度。K KR R值愈小，表示材料吸水饱和后值愈小，表示材料吸水饱和后强度下降愈多，即耐水性愈差。强度下降愈多，即耐水性愈差。303、耐水性、耐水性一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。一般来

11、说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。这是因为水分被组成材料的微粒表面吸附，这是因为水分被组成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒间的结合力形成水膜，削弱了微粒间的结合力。 材料的软化系数在材料的软化系数在01之间之间 工程中将工程中将KR0.85的材料，通常认为是耐水的材料的材料，通常认为是耐水的材料314、抗渗性、抗渗性-材料抵抗材料抵抗压力水渗透压力水渗透的性质的性质渗透系数渗透系数在一定厚度的材料，在一定厚度的材料， 一定水压力下，一定水压力下， 单位时间内单位时间内 透过单位面积的水量透过单位面积的水量Ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。值愈大，表示材料渗透的水量愈

12、多，即抗渗性愈差。抗渗性是决定抗渗性是决定材料耐久性材料耐久性的主要指标。的主要指标。32 影响抗渗性的因素影响抗渗性的因素开口孔隙率开口孔隙率憎水性和亲水性憎水性和亲水性开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料憎水性材料的抗渗性优于亲水性材料地下结构、压力管道、压力容器等结构，地下结构、压力管道、压力容器等结构，均要求其所用材料具有一定的抗渗性能。均要求其所用材料具有一定的抗渗性能。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。抗渗性也是检验防水材料质量的重要指标。335、抗冻性、抗冻性材料在材料在吸水饱和状态吸水饱和状态下

13、，经受下，经受多次冻融循环多次冻融循环作用作用而重量损失不大，强度也无显著降低的性质而重量损失不大，强度也无显著降低的性质因其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增因其孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积增大约大约9，若材料孔隙中充满水，则结冰膨胀，若材料孔隙中充满水，则结冰膨胀对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的对孔壁产生很大应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂。随着冻抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂。随着冻融次数的增多，材料破坏加重融次数的增多，材料破坏加重345、抗冻性、抗冻性抗冻标号用符号抗冻标号用符号“Fn”表示，其中表示，其中“n”即为最大冻融即为最大冻融循环次数，如循环

14、次数，如 F25、F50等等一般要求其抗冻标号为一般要求其抗冻标号为F15或或F25用于桥梁和道路的混凝土应为用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或或F200而水工混凝土要求高达而水工混凝土要求高达F500。材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高材料的变形能力大、强度高、软化系数大时，其抗冻性较高一般认为软化系数小于一般认为软化系数小于0.85的材料，其抗冻性较差的材料，其抗冻性较差冻融破坏的大坝坝面371.2.1 强度强度1.2.2 弹性与塑性弹性与塑性1.2.3 韧性与脆性韧性与脆性381.2.1 强度强度q 根据所受外力的作用形式不同根据所受外力的作用形式不同材料的这

15、些强度是通过静力试验来测定的，材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总称为故总称为静力强度静力强度391.2.1 强度强度材料的静力强度是通过材料的静力强度是通过标准试件标准试件的破坏试验而测得的破坏试验而测得401.2.1 强度强度孔隙率愈大孔隙率愈大强度愈低强度愈低 影响材料强度的几个因素影响材料强度的几个因素1. 材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不同。组成相同，其构造不同，强度也不同。411.2.1 强度强度 影响材料强度的几个因素影响材料强度的几个因素2. 材料的强度也与其含水状态有关，材料的强度也与其含水状

16、态有关，含有水分的材料，其强度较干燥时的低含有水分的材料，其强度较干燥时的低3. 材料的强度也与其温度有关材料的强度也与其温度有关一般温度高时，材料的强度将降低一般温度高时，材料的强度将降低例如例如：沥青混凝土，钢铁：沥青混凝土，钢铁421.2.1 强度强度 影响材料强度的几个因素影响材料强度的几个因素4. 材料的强度与其测试所用的试件材料的强度与其测试所用的试件形状、尺寸形状、尺寸有关，有关，也与试验时也与试验时加荷速度加荷速度及试件及试件表面形状表面形状有关有关相同材料采用小试件测得的强度比大试件的高相同材料采用小试件测得的强度比大试件的高加荷速度快者，强度值偏高加荷速度快者，强度值偏高试

17、件表面不平或表面涂润滑剂的，强度值偏低试件表面不平或表面涂润滑剂的，强度值偏低431.2.1 强度强度由此可知，材料的强度是在特定条件下测定的数值由此可知，材料的强度是在特定条件下测定的数值必须严格按照规定的试验方法进行必须严格按照规定的试验方法进行 影响材料强度的几个因素影响材料强度的几个因素441.2.1 强度强度 材料强度的划分等级材料强度的划分等级各种材料的强度差别甚大，建筑材料各种材料的强度差别甚大，建筑材料按其强度值的大小划分为若干个强度等级按其强度值的大小划分为若干个强度等级硅酸盐水泥分为硅酸盐水泥分为6个强度等级个强度等级42.5(R), 52.5 (R), 62.5 (R)

18、普通混凝土分为普通混凝土分为12个强度等级个强度等级C7.5C60451.2.1 强度强度 比强度比强度对不同强度的材料进行比较对不同强度的材料进行比较目的目的反映材料反映材料单位体积单位体积质量的强度质量的强度材料强度材料强度与其表观密度与其表观密度比强度比强度= f（MPa）(kg/m3)461.2.1 强度强度 引入比强度的意义引入比强度的意义比强度是衡量材料比强度是衡量材料轻质高强轻质高强性能的重要指标性能的重要指标优质的结构材料，必须具有较高的比强度优质的结构材料，必须具有较高的比强度玻璃钢玻璃钢木材木材低碳钢低碳钢普通普通混凝土混凝土TGF 几种常用建筑材料的比强度几种常用建筑材料

19、的比强度普通混凝土是表观密度大而比强度相对较低的普通混凝土是表观密度大而比强度相对较低的材料，所以努力促进普通混凝土向轻质、高强材料，所以努力促进普通混凝土向轻质、高强发展是一项十分重要的工作发展是一项十分重要的工作！弹性：外力变形卸外力变形完全恢复 材料的弹性用弹性模量（E=/）表示塑性：外力变形卸外力变形不完全恢复材料的弹性变形曲线材料的弹性变形曲线弹性变形：弹性变形：可完全恢复的变形可完全恢复的变形塑性变形：塑性变形：不能恢复的变形不能恢复的变形材料的弹塑性变形曲线材料的弹塑性变形曲线1.2.2 弹性与塑性弹性与塑性491.2.2 弹性与塑性弹性与塑性实际上，纯弹性变形的材料是没有的实际

20、上，纯弹性变形的材料是没有的，大多数材料称之为弹塑性材料大多数材料称之为弹塑性材料例如：例如：低碳钢低碳钢受拉时受拉时应力应力应变图应变图501.2.2 弹性与塑性弹性与塑性许多材料在受力时，弹性变形和塑性变形许多材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时产生同时产生，这种材料当外力取消后，弹性变形这种材料当外力取消后，弹性变形即可恢复即可恢复，而塑性变形而塑性变形不能消失不能消失例如：例如：混凝土混凝土511.2.3 韧性与脆性韧性与脆性当外力达到一定值时，材料突然破坏，当外力达到一定值时，材料突然破坏，而无明显的塑性变形的性质称为而无明显的塑性变形的性质称为脆性脆性在冲击或振动荷载作用下，能吸收

21、较大能量，在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，同时产生较大变形而不破坏的性质称为同时产生较大变形而不破坏的性质称为韧性韧性脆性脆性材料材料韧性韧性材料材料路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。都要考虑材料的韧性。521.3 材料的耐久性材料的耐久性建筑物不同建筑物不同部位的材料部位的材料外力作用外力作用自身变化自身变化环境因素环境因素材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质什么是耐久性？什么是耐久性？53建筑材料除具有良好的建筑材

22、料除具有良好的使用性能使用性能外外还要提高材料还要提高材料使用寿命使用寿命为什么要提出耐久性？为什么要提出耐久性？1.3 材料的耐久性材料的耐久性541.3 材料的耐久性材料的耐久性材料的一项综合性质材料的一项综合性质抗冻性抗冻性抗风化性抗风化性抗老化性抗老化性耐化学腐蚀性耐化学腐蚀性自然因素的破坏自然因素的破坏物理作用物理作用化学作用化学作用生物作用生物作用551.3 材料的耐久性材料的耐久性物理作用物理作用化学作用化学作用生物作用生物作用干湿交替干湿交替温度变化温度变化冻融循环冻融循环体积产生膨胀或收缩体积产生膨胀或收缩导致内部裂缝的扩展导致内部裂缝的扩展材料受到酸、材料受到酸、碱、盐等物

23、质碱、盐等物质的水溶液或有的水溶液或有害气体的侵蚀害气体的侵蚀使材料的组成成使材料的组成成分发生质的变化分发生质的变化菌类、昆虫菌类、昆虫等的侵害等的侵害导致材料发生腐导致材料发生腐朽、蛀蚀等破坏朽、蛀蚀等破坏立交桥承台的破坏立交桥承台的破坏离岸式码头钢筋混凝土柱的腐蚀离岸式码头钢筋混凝土柱的腐蚀外墙面砖的腐蚀外墙面砖的腐蚀混凝土中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀习题 例题：取某岩石加工成10cm10cm10cm试件,测得其自然状态、饱水面干和绝干状态下的质量分别为2658kg、2660kg和2650kg,已知其密度为2.70 g/cm3 ，求该岩石的干燥表观密度、孔隙率、质量吸水率、体积吸水率和

24、自然状态下的含水率.材料的含水状态材料的含水状态 干燥状态干燥状态 气干状态气干状态 饱和面干状态饱和面干状态 湿润状态湿润状态习题 例题：取某岩石加工成10cm10cm10cm试件,测得其自然状态、饱水面干和绝干状态下的质量分别为2658kg、2660kg和2650kg,已知其密度为2.70 g/cm3 ，求该岩石的干燥表观密度、孔隙率、质量吸水率、体积吸水率和自然状态下的含水率. 解:表观密度=2650/(101010)=2.65 g/cm3 孔隙率=(1-2.65/2.70)100% 质量吸水率=(2660-2650)/2650 体积吸水率=(2660-2650)/ (101010) 含水率=(2658-2650)/2650 例：例： 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165 MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。 例：例： 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165 MPa，求该