第1章土木工程材料的基本性质课件

第1章土木工程材料的基本性质第1章土木工程材料的基本性质1123材料的基本物理性质材料的基本力学性质

材料的耐久性

目录（contents）123材料的基本物理性质材料的基本力学性质材料的耐久性22.1材料的基本物理性质内容：

☆

材料的状态参数

☆

材料的结构参数

☆

材料与水有关的性质

☆

材料的热工性质2.1材料的基本物理性质内容：3一、材料的状态参数内容：材料的实际密度（密度）材料的表观密度材料的堆积密度

用途：计算材料的用量，构件的自重，配料计算确定材料的堆积空间等一、材料的状态参数内容：用途：4（一）材料的密度1、实际密度（密度）－材料在绝对密实状态下单位体

积的质量。单位g/cm3或kg/m3。

公式：

式中：

ρ－实际密度（g/cm3

）m－材料的质量（g）V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）

绝对密实状态下的体积－是指不包括材料内部孔隙在内

的体积。

（一）材料的密度1、实际密度（密度）－材料在绝对密实状态下单5实际密度的测量1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等量测

几何体积→称重→代入公式2）对有孔隙的材料：

砖、混凝土、石材等

磨成细粉→

李氏比重瓶法测试

实际密度的测量1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等量测6（二）材料的表观密度1、表观密度（容重）－材料在自然状态下单位体积

的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：

式中

：

ρo－表观密度（g/cm3

）m－材料的质量（g）

Vo－材料在自然状态下的体积（cm3）自然状态下的体积－是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况。（二）材料的表观密度1、表观密度（容重）－材料在自然状态下单7表观密度的测量1）对形状规则的材料：砖、混凝土等

烘干→量测几何体积→称重→代入公式2）对形状不规则的材料：

砂、石等

烘干→蜡封→浮力天平

表观密度的测量1）对形状规则的材料：砖、混凝土等8（三）材料的堆积密度1、堆积密度（松散容重）－散粒状材料在自然堆积状态

下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：

式中：

ρ/o－堆积密度（g/cm3

）m－材料的质量（g）V/o－材料的堆积体积（cm3）堆积体积－指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的

体积。

（三）材料的堆积密度1、堆积密度（松散容重）－散粒状材料在自9堆积密度的测量1）容器法：散粒材料装入容器→量测体积→称净重

→代入公式

2）自然堆积法：堆积成→定形状→量测几何体积→称重→代入公式

堆积密度的测量1）容器法：10常用材料的状态参数思考：※

颗粒材料的密度为ρ，表观密度ρ′，堆积容重为ρ

0′，则存在下列关系(

)。

a、ρ>ρ

0′>ρ′b、ρ′>ρ>ρ

0′c、ρ>ρ′>ρ

0′

常用材料的状态参数思考：11二、材料的结构参数内容：

◎密实度

◎

孔隙率

◎填充率

◎空隙率

二、材料的结构参数内容：12（一）密实度密实度－指材料体积内被固体物质所充实

的程度。反映材料的致密程度。

公式:

影响材料的：

强度

吸水性

耐久性（一）密实度密实度－指材料体积内被固体物质所充实13（二）孔隙率孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体积

之比。

直接反映材料的致密程度。

公式:

孔隙率与密实度的关系:P+D=1

（二）孔隙率孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体积14内部孔隙:连通和封闭1、连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通；2、封闭孔隙不仅彼此封闭而且与外界隔绝。材料内部孔隙示意图自然状态下体积示意图1-固体；2-闭口空隙；3-开口空隙内部孔隙:连通和封闭1、连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通；15（三）填充率填充率－指散粒材料在某容器的堆积体积

中，被其颗粒填充的程度。

反映散粒材料堆积的致密程度。

公式：

（三）填充率填充率－指散粒材料在某容器的堆积体积16（四）空隙率空隙率－散粒材料在某容器的堆积体积中，

颗

粒之间的空隙体积占总体积的比率。

公式：

空隙率与填充率的关系：

P/+D/=1

（四）空隙率空隙率－散粒材料在某容器的堆积体积中，颗17例1-1某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？解:石子的孔隙率P为：

石子的空隙率P/为：

例1-1某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观18三、材料与水有关的性质

内

容：1、材料的亲水性与憎水性2、材料的吸水性与吸湿性3、材料的耐水性4、材料的抗渗性5、材料的抗冻性

三、材料与水有关的性质19（一）亲水性与憎水性1、亲水性材料：

当θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料表面分子之间的相互吸引力，材料表面可以被水浸湿。

如：木材等。

2、憎水性材料：

当θ>90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料表面分子之间的相互吸引力，材料表面可以被水浸湿。

如：防水材料等。

（一）亲水性与憎水性1、亲水性材料：20润湿角θ

润湿角示意图θ润湿角θ润湿角示意图θ21（二）材料的吸水性与吸湿性1、吸水性－材料在浸水情况下吸入水分的能力，用

吸水率表示。公式：

式中

：W质－材料的质量吸水率（％）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）

（二）材料的吸水性与吸湿性1、吸水性－材料在浸水情况下吸入水22◎

影响吸水率大小的因素：1、材料的本性－亲水性或憎水性材料2、材料的孔结构－孔径大小、开口与否

细微且连通的孔隙---吸水率较大

◎

吸水性对材料的影响：

体积膨胀、强度降低，对围护结构材料不利

◎影响吸水率大小的因素：23（二）材料的吸水性与吸湿性2、吸湿性－材料在空气中吸收空气中水分的性质，

用含水率表示。公式：

式中：W含－材料的质量含水率（％）m湿－材料含水时的质量（g）m干－材料烘干到恒重的质量（g）

（二）材料的吸水性与吸湿性2、吸湿性－材料在空气中吸收空气中24◎

影响含水率大小的因素：1、材料的本性－亲水性或憎水性材料2、环境温度、湿度

◎

吸水性对材料的影响：体积膨胀－对木结构和木制品不利

湿胀干缩

木制门窗在潮湿环境下往往不易开关◎影响含水率大小的因素：木制门窗在潮湿环境下往往不易开关25（三）材料的耐水性耐水性－材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不

显著降低的性质，用软化系数表示。

公式：

式中：K软－材料的软化系数（K软＝0～1）f饱－材料在饱水状态下的抗压强度（MPa）f干－材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）（三）材料的耐水性耐水性－材料长期在饱水作用下不破坏，其强度26材料软化系数的要求软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低

越多，其耐水性越差；对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地

下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软≥0.85；受潮较轻的或次要结构物的材料，其K≥0.80；K软≥0.80的材料，一般称为耐水的材料。1234材料软化系数的要求软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低27例1-2

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、165MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程?解:该石材的软化系数为:

由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。例1-2某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗28（四）材料的抗渗性抗渗性－材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性

质称抗渗性。用渗透系数K表示。依达西定律：

式中：

K－材料的渗透系数（ml/cm2.s）W－透过材料试件的水量（ml）t－透水时间（s）A－透水面积（cm2

）H－净水压力（cm）d－试件的厚度（cm）（四）材料的抗渗性抗渗性－材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透29抗

渗

等

级◎

渗透系数越大，材料的抗渗性越差；◎

对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示：

S=10H－1；H－试件开始渗水时的水压力（MPa）◎

影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征；◎

地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结

构、防水材料等均要求较高的抗渗性。

抗渗等级◎渗透系数越大，材料的抗渗性越差；30（五）材料的抗冻性抗冻性：

材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。

用抗冻标号D表示。

（五）材料的抗冻性抗冻性：31冻融破坏的原因

材料有孔且孔隙含水，水→冰体积膨胀9％，结冰压力高达100MPa，结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂，裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度，饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏，反复多次→进一步加剧→最终材料崩溃。

严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。冻融破坏的原因材料有孔且孔隙含水，水→冰体积膨胀9％32冻融破坏的桥梁冻融破坏的桥梁33冻融破坏的道面冻融破坏的混凝土芯样冻融破坏的道面冻融破坏的混凝土芯样34冻融破坏的水库坝面冻融破坏的西直门桥冻融破坏的水库坝面冻融破坏的西直门桥35四、材料的热工性质*1、导热性－材料传导热量的能力称为导热性。其大

小用热导率（λ）表示。公式：

式中：

λ－热导率（W/m.K）

热阻R=1/λQ－传导的热量（J）A－热传导面积（m2）

δ－材料的厚度（m）t－热传导时间（s）(T2-T1)－材料两侧温差（K）

四、材料的热工性质*1、导热性－材料传导热量的能力称为导热性36热工性质*◎

材料的热导率越小，绝性能越好。◎

影响热导率的因素：

材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降

材料的含水情况－含水、结冰使λ增◎

常见热导率参数：热工性质*◎材料的热导率越小，绝性能越好。372.2材料的基本力学性质

内

容：

◎

材料的强度、比强度

◎

材料的弹性与塑性

◎

材料的脆性与韧性

2.2材料的基本力学性质38一、材料的强度、比强度1、定义：强度－材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。

2、分类:

(ａ)抗压(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪材料的受力形式

一、材料的强度、比强度1、定义：(ａ)抗压(ｂ)抗拉(39◎

不同材料的承载特点是不同的：

例：木材与钢材◎

相同种类的材料，随着其孔隙率及构造

特征的不同，各种强度也有明显差异。

◎不同材料的承载特点是不同的：40强

度

等

级◎建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。◎

混凝土按抗压强度划分为

C15～C80（混凝土结构设计规范2002）◎

水泥按抗压和抗折强度划分为（P.0/P.Ⅰ/P.Ⅱ）分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R八个强度等级◎

砂浆按抗压强度划分为M2.5、M5、M7.5、M10、

M15、M20六个等级强度等级◎建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强41比

强

度比强度－材料的强度与其表观密度的比值（fc/ρo）。

用于评价材料轻质高强

几种材料的强度比较：比强度比强度－材料的强度与其表观密度的比值（fc/ρo）42二、材料的弹性与塑性◎

弹性－材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。

弹性模量：

E=σ/ε◎

塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。

实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。二、材料的弹性与塑性◎弹性－材料在外力的作用下产生变形，当43低碳钢的σ～ε曲线分段的弹性变形和塑性变形低碳钢的σ～ε曲线分段的弹性变形和塑性变形44三、材料的脆性与韧性1、脆性－在外力作用下，当外力达到一定限度后，材

料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。☆脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击

或震动荷载的能力很差。2、韧性－在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大

的变形也不致破坏的性能称为韧性。如钢材、

木材、纤维等。

桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等

三、材料的脆性与韧性1、脆性－在外力作用下，当外力达到一定限452.3材料的耐久性定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介

质的侵

蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质。包括：

抗冻性－混凝土、砖、石材

抗风化性－陶瓷、砖

抗老化性－有机建材

耐化学腐蚀－金属材料2.3材料的耐久性定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介46侵

蚀

介

质◎

物理介质－温度、湿度、冻融、阳光、辐射◎

化学介质－酸、碱、盐的溶液或气体、水、大气◎

生物介质－昆虫、菌类、白蚁◎

机械介质－荷载、冲击、震动、磨损、磨耗

如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等等侵蚀介质◎物理介质－温度、湿度、冻融、阳光、辐射如47耐久性的特点◎长期性、后期加剧作用；◎多种介质同时作用；◎材料劣化－结构失效－服务寿命降低。耐久性的特点◎长期性、后期加剧作用；48海洋环境下腐蚀严重海洋环境下49第1章土木工程材料的基本性质课件50金岭铁矿料仓除锈阻锈防腐并喷射混凝土加固金岭铁矿料仓除锈阻锈防腐并喷射混凝土加固51小结小结52一、名词解释：密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实度、空隙率、亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、含水率、耐水性、抗冻性、抗渗性、导热性、强度、比强度、塑性、弹性、脆性、韧性、耐久性一、名词解释：密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实度、空隙53二、判断题：1、同一种材料，其体积密度愈大，则其密度也就愈大。（?）2、同一种材料，其体积密度愈大，则其孔隙率愈小。（?）3、将某种含孔的材料，置于不同湿度的环境中，分别测得其密度，其中以干燥条件下的密度为最小。（?）4、具有粗大孔隙的材料，吸水率较大；具有细微而连通孔隙的材料，吸水率较小。（?）二、判断题：1、同一种材料，其体积密度愈大，则其密度也就愈大545、软化系数愈大的材料，愈容易被水软化。（?）6、吸水率小的材料，其孔隙率一定小。（?）7、润湿角愈小，表明建筑材料愈不易被水润湿。（?）8、材料的孔隙率愈大，材料的抗冻性愈差。（?）9、建筑材料的抗渗等级愈高，表明其抗渗性愈强。（?）5、软化系数愈大的材料，愈容易被水软化。（?）5510、相同种类的材料，其孔隙率愈大，则其强度愈低。（?）11、一般来说，硬度大的建筑材料，其耐磨性较强。（?）12、对于需要长时间保持室内温度稳定的建筑，其墙体、屋顶等部位可以采用比热容高的材料。（?）13、材料受潮或受冻后，其导热性降低，导热系数增大。（?）14、在进行材料抗压强度试验时，大试件较小试件的试验结果值偏小；加荷速度快者较加荷速度慢者的试验结果值偏小。（?）10、相同种类的材料，其孔隙率愈大，则其强度愈低。（?）56三、填空题：1、材料的吸水性大小用（

)表示，吸湿性大小用(

)表示。2、材料的耐水性的强弱可以用(

)表示，其值=(

)，材料的耐水性愈差，该值愈(

)。3、同种材料，孔隙率愈(

)，材料的强度愈高；当材料的孔隙率一定时，(

)孔隙愈多，材料的绝热性能愈好。4、通常，当材料的孔隙率增大时，其密度(

)，体积密度(

)，吸水率(

)，强度(

)，抗冻性(

），耐水性（

），导热性（

），耐久性（

）。5、根据外力作用的形式不同，建筑材料的强度有（

）、（

）、（

）及（

）等。三、填空题：1、材料的吸水性大小用（

)表示，吸湿性大57四、选择题：1、当材料的润湿角θ为（?）时，称为憎水性材料。A、>90°

B、≤90°

C、0°

2、通常，材料的软化系数为（?）时，可以认为是耐水材料。A、≥0.85

B、<0.85

C、=0.75四、选择题：1、当材料的润湿角θ为（?）时，称为憎水性材料583、某种岩石的密度为ρ，破碎成石子后表观密度为ρˊ，堆积密度为ρ0ˊ，则存在下列关系（

）。A、ρ>ρˊ>ρ0ˊ

B、ρˊ>ρ>ρ0ˊ

C、ρ>ρ0ˊ>ρˊ

4、材质相同的A、B两种材料，已知ρ0A>ρ0B，则A材料的保温效果比B材料（

）。A、好

B、差

C、相同5、含水率为5%的湿砂220kg，将其干燥后的质量是（?）kg。A、209

B、209.52

C、210

（注：不考虑修约）3、某种岩石的密度为ρ，破碎成石子后表观密度为ρˊ，堆积密度59五、问答题：1、材料的吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性、导热性的含义各是什么？各用什么指标表示？2、简述材料的孔隙率和孔隙特征与材料的体积密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性及导热性等性质的关系。3、材料的耐久性包括哪些内容？五、问答题：1、材料的吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性604、什么是材料的强度？影响材料强度试验结果的因素有哪些？5、为什么新建房屋的墙体保暖性能较差，尤其是在冬季？6、密实度和孔隙率有什么关系？孔隙率和空隙率有何区别？五、问答题：4、什么是材料的强度？影响材料强度试验结果的因素有哪些？五611.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10升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是13.50Kg；再从桶中取出1000g的碎石，让其吸水饱和后用布擦干，称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水注满这广口瓶，连盖称重为1411g，水温为25C，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g；另外从洗净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。请问？1）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？2）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？3）该碎石的密实度、空隙率和填充率？

六、计算题1.某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥62解答：1）∵V’o=10L,m’2=13.5kg;ρ0’

=（m’/V0’）=13.5/10=1.35∵m’=1000g,吸水后质量=1036g.设水的密度＝1。则，Vo=791－(1411－1036)=416mL∴ρ0=（m’/V0）=1000/416=2.404

∵V=18.8mL,m=50g;∴ρ=(m/V)=50/18.8=2.662)P=[1－ρ0/ρ]×100%=(1－2.404/2.66)=9.624%其中：P开=36/416=8.653%P闭=9.624－8.65=0.974%3)D=1－P=90.376%P’=[1－ρ0’/ρ0]×100%=(1－1.35/2.404)=43.8%D’=1－P’=1－43.8%=56.2%碎石在水中吸水的质量＝开口孔隙体积解答：1）∵V’o=10L,m’2=13.5kg;ρ632、一块普通粘土砖，外型尺寸为240×115×53mm，吸水饱和后质量为2900g，烘干后质量为2500g，现将该砖磨细过筛再烘干后取50g，用李氏瓶测得其体积为18.5cm3。试求该砖的吸水率、密度、表观密度及孔隙率。2、一块普通粘土砖，外型尺寸为240×115×53mm，吸水642、某材料的密度为2.60g/cm3，干燥表观密度为1600kg/m3，现将一质量954g的该材料浸入水中，吸水饱和后取出称得质量为1086g。试求该材料的孔隙率、质量吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。2、某材料的密度为2.60g/cm3，干燥表观密度为160653、某材料的密度为2.60g/cm3，干燥表观密度为1600kg/m3，现将一质量954g的该材料浸入水中，吸水饱和后取出称得质量为1086g。试求该材料的孔隙率、质量吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。3、某材料的密度为2.60g/cm3，干燥表观密度为16066第1章土木工程材料的基本性质第1章土木工程材料的基本性质67123材料的基本物理性质材料的基本力学性质

材料的耐久性

目录（contents）123材料的基本物理性质材料的基本力学性质材料的耐久性682.1材料的基本物理性质内容：

☆

材料的状态参数

☆

材料的结构参数

☆

材料与水有关的性质

☆

材料的热工性质2.1材料的基本物理性质内容：69一、材料的状态参数内容：材料的实际密度（密度）材料的表观密度材料的堆积密度

用途：计算材料的用量，构件的自重，配料计算确定材料的堆积空间等一、材料的状态参数内容：用途：70（一）材料的密度1、实际密度（密度）－材料在绝对密实状态下单位体

积的质量。单位g/cm3或kg/m3。

公式：

式中：

ρ－实际密度（g/cm3

）m－材料的质量（g）V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）

绝对密实状态下的体积－是指不包括材料内部孔隙在内

的体积。

（一）材料的密度1、实际密度（密度）－材料在绝对密实状态下单71实际密度的测量1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等量测

几何体积→称重→代入公式2）对有孔隙的材料：

砖、混凝土、石材等

磨成细粉→

李氏比重瓶法测试

实际密度的测量1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等量测72（二）材料的表观密度1、表观密度（容重）－材料在自然状态下单位体积

的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：

式中

：

ρo－表观密度（g/cm3

）m－材料的质量（g）

Vo－材料在自然状态下的体积（cm3）自然状态下的体积－是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况。（二）材料的表观密度1、表观密度（容重）－材料在自然状态下单73表观密度的测量1）对形状规则的材料：砖、混凝土等

烘干→量测几何体积→称重→代入公式2）对形状不规则的材料：

砂、石等

烘干→蜡封→浮力天平

表观密度的测量1）对形状规则的材料：砖、混凝土等74（三）材料的堆积密度1、堆积密度（松散容重）－散粒状材料在自然堆积状态

下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：

式中：

ρ/o－堆积密度（g/cm3

）m－材料的质量（g）V/o－材料的堆积体积（cm3）堆积体积－指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的

体积。

（三）材料的堆积密度1、堆积密度（松散容重）－散粒状材料在自75堆积密度的测量1）容器法：散粒材料装入容器→量测体积→称净重

→代入公式

2）自然堆积法：堆积成→定形状→量测几何体积→称重→代入公式

堆积密度的测量1）容器法：76常用材料的状态参数思考：※

颗粒材料的密度为ρ，表观密度ρ′，堆积容重为ρ

0′，则存在下列关系(

)。

a、ρ>ρ

0′>ρ′b、ρ′>ρ>ρ

0′c、ρ>ρ′>ρ

0′

常用材料的状态参数思考：77二、材料的结构参数内容：

◎密实度

◎

孔隙率

◎填充率

◎空隙率

二、材料的结构参数内容：78（一）密实度密实度－指材料体积内被固体物质所充实

的程度。反映材料的致密程度。

公式:

影响材料的：

强度

吸水性

耐久性（一）密实度密实度－指材料体积内被固体物质所充实79（二）孔隙率孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体积

之比。

直接反映材料的致密程度。

公式:

孔隙率与密实度的关系:P+D=1

（二）孔隙率孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与总体积80内部孔隙:连通和封闭1、连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通；2、封闭孔隙不仅彼此封闭而且与外界隔绝。材料内部孔隙示意图自然状态下体积示意图1-固体；2-闭口空隙；3-开口空隙内部孔隙:连通和封闭1、连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通；81（三）填充率填充率－指散粒材料在某容器的堆积体积

中，被其颗粒填充的程度。

反映散粒材料堆积的致密程度。

公式：

（三）填充率填充率－指散粒材料在某容器的堆积体积82（四）空隙率空隙率－散粒材料在某容器的堆积体积中，

颗

粒之间的空隙体积占总体积的比率。

公式：

空隙率与填充率的关系：

P/+D/=1

（四）空隙率空隙率－散粒材料在某容器的堆积体积中，颗83例1-1某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？解:石子的孔隙率P为：

石子的空隙率P/为：

例1-1某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观84三、材料与水有关的性质

内

容：1、材料的亲水性与憎水性2、材料的吸水性与吸湿性3、材料的耐水性4、材料的抗渗性5、材料的抗冻性

三、材料与水有关的性质85（一）亲水性与憎水性1、亲水性材料：

当θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料表面分子之间的相互吸引力，材料表面可以被水浸湿。

如：木材等。

2、憎水性材料：

当θ>90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料表面分子之间的相互吸引力，材料表面可以被水浸湿。

如：防水材料等。

（一）亲水性与憎水性1、亲水性材料：86润湿角θ

润湿角示意图θ润湿角θ润湿角示意图θ87（二）材料的吸水性与吸湿性1、吸水性－材料在浸水情况下吸入水分的能力，用

吸水率表示。公式：

式中

：W质－材料的质量吸水率（％）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）

（二）材料的吸水性与吸湿性1、吸水性－材料在浸水情况下吸入水88◎

影响吸水率大小的因素：1、材料的本性－亲水性或憎水性材料2、材料的孔结构－孔径大小、开口与否

细微且连通的孔隙---吸水率较大

◎

吸水性对材料的影响：

体积膨胀、强度降低，对围护结构材料不利

◎影响吸水率大小的因素：89（二）材料的吸水性与吸湿性2、吸湿性－材料在空气中吸收空气中水分的性质，

用含水率表示。公式：

式中：W含－材料的质量含水率（％）m湿－材料含水时的质量（g）m干－材料烘干到恒重的质量（g）

（二）材料的吸水性与吸湿性2、吸湿性－材料在空气中吸收空气中90◎

影响含水率大小的因素：1、材料的本性－亲水性或憎水性材料2、环境温度、湿度

◎

吸水性对材料的影响：体积膨胀－对木结构和木制品不利

湿胀干缩

木制门窗在潮湿环境下往往不易开关◎影响含水率大小的因素：木制门窗在潮湿环境下往往不易开关91（三）材料的耐水性耐水性－材料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不

显著降低的性质，用软化系数表示。

公式：

式中：K软－材料的软化系数（K软＝0～1）f饱－材料在饱水状态下的抗压强度（MPa）f干－材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）（三）材料的耐水性耐水性－材料长期在饱水作用下不破坏，其强度92材料软化系数的要求软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低

越多，其耐水性越差；对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地

下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软≥0.85；受潮较轻的或次要结构物的材料，其K≥0.80；K软≥0.80的材料，一般称为耐水的材料。1234材料软化系数的要求软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低93例1-2

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、165MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程?解:该石材的软化系数为:

由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。例1-2某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗94（四）材料的抗渗性抗渗性－材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性

质称抗渗性。用渗透系数K表示。依达西定律：

式中：

K－材料的渗透系数（ml/cm2.s）W－透过材料试件的水量（ml）t－透水时间（s）A－透水面积（cm2

）H－净水压力（cm）d－试件的厚度（cm）（四）材料的抗渗性抗渗性－材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透95抗

渗

等

级◎

渗透系数越大，材料的抗渗性越差；◎

对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示：

S=10H－1；H－试件开始渗水时的水压力（MPa）◎

影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征；◎

地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、水工结

构、防水材料等均要求较高的抗渗性。

抗渗等级◎渗透系数越大，材料的抗渗性越差；96（五）材料的抗冻性抗冻性：

材料在吸水饱和的状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。

用抗冻标号D表示。

（五）材料的抗冻性抗冻性：97冻融破坏的原因

材料有孔且孔隙含水，水→冰体积膨胀9％，结冰压力高达100MPa，结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂，裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度，饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏，反复多次→进一步加剧→最终材料崩溃。

严寒地区道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。冻融破坏的原因材料有孔且孔隙含水，水→冰体积膨胀9％98冻融破坏的桥梁冻融破坏的桥梁99冻融破坏的道面冻融破坏的混凝土芯样冻融破坏的道面冻融破坏的混凝土芯样100冻融破坏的水库坝面冻融破坏的西直门桥冻融破坏的水库坝面冻融破坏的西直门桥101四、材料的热工性质*1、导热性－材料传导热量的能力称为导热性。其大

小用热导率（λ）表示。公式：

式中：

λ－热导率（W/m.K）

热阻R=1/λQ－传导的热量（J）A－热传导面积（m2）

δ－材料的厚度（m）t－热传导时间（s）(T2-T1)－材料两侧温差（K）

四、材料的热工性质*1、导热性－材料传导热量的能力称为导热性102热工性质*◎

材料的热导率越小，绝性能越好。◎

影响热导率的因素：

材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降

材料的含水情况－含水、结冰使λ增◎

常见热导率参数：热工性质*◎材料的热导率越小，绝性能越好。1032.2材料的基本力学性质

内

容：

◎

材料的强度、比强度

◎

材料的弹性与塑性

◎

材料的脆性与韧性

2.2材料的基本力学性质104一、材料的强度、比强度1、定义：强度－材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。

2、分类:

(ａ)抗压(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪材料的受力形式

一、材料的强度、比强度1、定义：(ａ)抗压(ｂ)抗拉(105◎

不同材料的承载特点是不同的：

例：木材与钢材◎

相同种类的材料，随着其孔隙率及构造

特征的不同，各种强度也有明显差异。

◎不同材料的承载特点是不同的：106强

度

等

级◎建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。◎

混凝土按抗压强度划分为

C15～C80（混凝土结构设计规范2002）◎

水泥按抗压和抗折强度划分为（P.0/P.Ⅰ/P.Ⅱ）分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R八个强度等级◎

砂浆按抗压强度划分为M2.5、M5、M7.5、M10、

M15、M20六个等级强度等级◎建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强107比

强

度比强度－材料的强度与其表观密度的比值（fc/ρo）。

用于评价材料轻质高强

几种材料的强度比较：比强度比强度－材料的强度与其表观密度的比值（fc/ρo）108二、材料的弹性与塑性◎

弹性－材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。

弹性模量：

E=σ/ε◎

塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。

实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。二、材料的弹性与塑性◎弹性－材料在外力的作用下产生变形，当109低碳钢的σ～ε曲线分段的弹性变形和塑性变形低碳钢的σ～ε曲线分段的弹性变形和塑性变形110三、材料的脆性与韧性1、脆性－在外力作用下，当外力达到一定限度后，材

料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。☆脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗冲击

或震动荷载的能力很差。2、韧性－在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大

的变形也不致破坏的性能称为韧性。如钢材、

木材、纤维等。

桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等

三、材料的脆性与韧性1、脆性－在外力作用下，当外力达到一定限1112.3材料的耐久性定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介

质的侵

蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质。包括：

抗冻性－混凝土、砖、石材

抗风化性－陶瓷、砖

抗老化性－有机建材

耐化学腐蚀－金属材料2.3材料的耐久性定义：材料在使用过程中能抵抗周围各种介112侵

蚀

介

质◎

物理介质－温度、湿度、冻融、阳光、辐射◎

化学介质－酸、碱、盐的溶液或气体、水、大气◎

生物介质－昆虫、菌类、白蚁◎

机械介质－荷载、冲击、震动、磨损、磨耗

如沥青的老化、木材的腐蚀、钢材的腐蚀等等侵蚀介质◎物理介质－温度、湿度、冻融、阳光、辐射如113耐久性的特点◎长期性、后期加剧作用；◎多种介质同时作用；◎材料劣化－结构失效－服务寿命降低。耐久性的特点◎长期性、后期加剧作用；114海洋环境下腐蚀严重海洋环境下115第1章土木工程材料的基本性质课件116金岭铁矿料仓除锈阻锈防腐并喷射混凝土加固金岭铁矿料仓除锈阻锈防腐并喷射混凝土加固117小结小结118一、名词解释：密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实度、空隙率、亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、含水率、耐水性、抗冻性、抗渗性、导热性、强度、比强度、塑性、弹性、脆性、韧性、耐久性一、名词解释：密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实度、空隙119二、判断题：1、同一种材料，其体积密度愈大，则其密度也就愈大。（?）2、同一种材料，其体积密度愈大，则其孔隙率愈小。（?）3、将某种含孔的材料，置于不同湿度的环境中，分别测得其密度，其中以干燥条件下的密度为最小。（?）4、具有粗大孔隙的材料，吸水率较大；具有细微而连通孔隙的材料，吸水率较小。（?）二、判断题：1、同一种材料，其体积密度愈大，则其密度也就愈大1205、软化系数愈大的材料，愈容易被水软化。（?）6、吸水率小的材料，其孔隙率一定小。（?）7、润湿角愈小，表明建筑材料愈不易被水润湿。（?）8、材料的孔隙率愈大，材料的抗冻性愈差。（?）9、建筑材料的抗渗等级愈高，表明其抗渗性愈强。（?）5、软化系数愈大的材料，愈容易被水软化。（?）12110、相同种类的材料，其孔隙率愈大，则其强度愈低。（?）11、一般来说，硬度大的建筑材料，其耐磨性较强。（?）12、对于需要长时间保持室内温度稳定的建筑，其墙体、屋顶等部位可以采用比热容高的材料。（?）13、材料受潮或受冻后，其导热性降低，导热系数增大。（?）14、在进行材料抗压强度试验时，大试件较小试件的试验结果值偏小；加荷速度快者较加荷速度慢者的试验结果值偏小。（?）10、相同种类的材料，其孔隙率愈大，则其强度愈低。（?）122三、填空题：1、材料的吸水性大小用（

)表示，吸湿性大小用(

)表示。2、材料的耐水性的强弱可以用(

)表示，其值=(

)，材料的