土木工程材料第一章课件

目录1绪论3气硬性胶凝材料4水硬性胶凝材料-水泥5混凝土6建筑砂浆6烧结砖2建筑钢材8合成树脂9沥青材料10木材11其它工程材料

12土木工程材料试验目录1绪论3气硬性胶凝材料4水硬性胶凝材料-水泥511.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言1.2材料的基本状态参2

1.1概述土木工程材料是土木工程的物质基础材料科学与工程简介土木工程材料的发展历程及前沿土木工程材料的分类土木工程材料的标准化学习目的与意义学习内容1.1概述土木工程材料是土木工程的物3一、土木工程材料是土木工程的物质基础茅草房土坯房

一、土木工程材料是土木工程的物质基础茅草房土坯房4秦砖汉瓦

秦砖汉瓦5画像砖、瓦当

画像砖、瓦当6土木工程材料第一章课件7金字塔及狮身人面像

金字塔及狮身人面像8古罗马斗兽场

古罗马斗兽场9故宫(“玉砌朱栏”)汉白玉:纯白色的大理石

故宫(“玉砌朱栏”)汉白玉:纯白色的大理石10三峡工程预计混凝土浇筑约2800万m3

三峡工程预计混凝土浇筑约2800万m311“鸟巢”总用钢量11万吨

“鸟巢”总用钢量11万吨12“水立方”世界最大的膜结构工程四氟乙烯聚合物ETFE

“水立方”世界最大的膜结构工程四氟乙烯聚合物ETFE13玻璃幕墙玻璃改变世界

玻璃幕墙玻璃改变世界14新型干粉砂浆自流平砂浆瓷砖粘结砂浆无收缩灌浆

新型干粉砂浆自流平砂浆瓷砖粘结砂浆无收缩灌浆15你想拥有吗？

你想拥有吗？16再装修一下呢陶瓷的魅力

再装修一下呢陶瓷的魅力17石拱桥赵州桥“天下第一桥”

小桥•流水•人家石拱桥赵州桥“天下第一桥”小桥•流水•人家18西湖断桥枫桥

洛阳桥我国第一座跨海大石桥，被誉为“海内第一桥”西湖断桥枫桥洛阳桥我国第一座跨海大石桥，被19高速公路水泥混凝土和沥青混合料

高速公路水泥混凝土和沥青混合料20悬索式双塔结构沙特阿拉伯跨海大桥北京四元桥中国目前最大城市立交桥

悬索式双塔结构沙特阿拉伯跨海大桥北京四元桥中国目前最大城市21材料：用于结构、机器、器件等产品的具有某些性能的物质。是冶金、机械、化工、建筑、信息、能源、航天航空等工业的支撑，是社会发展与技术进步的物质基础和技术先导。土木工程材料：应用于土木工程中使用的各种材料和制品。材料科学与工程是属于工学门类的一级学科。以数学、力学以及物理、化学等自然科学学科为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合，多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学以及工程学。二、材料科学与工程简介

材料：用于结构、机器、器件等产品的具有某些性能的物质。二、材22按材料的化学成分分类：按功能分类：结构材料功能材料土木工程材料三、土木工程材料的分类

主要作为承重的材料，如梁、板、柱所用材料。主要利用材料的某些特殊功能，如用于防水、装饰、保温等的材料。按材料的化学成分分类：按功能分类：结构材料功能材料土木工程材23石、土、木；秦砖汉瓦；波特兰水泥的发明（1824年）及随后混凝土的问世；炼钢技术（19世纪中叶）及钢材的应用；人工合成高分子材料（20世纪初）及化学建材；预应力混凝土；特殊功能材料；机敏材料、智能材料。自感知、自调节、自修复材料；材料取旧利废。环境友好型材料、绿色建材；轻质、高强、耐久、复合。计算材料学。四、土木工程材料发展历程及前沿

石、土、木；四、土木工程材料发展历程及前沿24五、土木工程材料的标准化技术标准的代号推荐性标准（T）。如GB/T、JC/T、JG/T。国家标准（GB）国际标准（ISO）美国材料试验学会标准（ASTM）日本工业标准（JIS）德国工业标准（DIN）英国标准（BS）法国标准（NF）建筑工程国家标准（GBJ）国家级专业标准（ZB）建设部行业标准（JGJ）建筑工程行业标准（JG）建材标准（JC）冶金部标准（YB）中国工程建设标准化协会标准（CECS）化工部标准（HG）地方标准（DB）企业标准（QB）

五、土木工程材料的标准化技术标准的代号推荐性标准（T）。如G25《土木工程材料》：专业技术基础课理解土木工程；设计；施工、监理、检测；新材料、新产品研制开发。材料费用一般占建筑工程总造价的50-70。六、学习目的与意义

《土木工程材料》：专业技术基础课理解土木工程；六、学习目的与26

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言271.2材料的基本状态参数材料的密度、表观密度和堆积密度材料的孔隙和空隙

1.2材料的基本状态参数材料的密度、表观密度和堆积密度材28一、材料的密度、表观密度和堆积密度1、密度（ρ）定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。可按下式计算：–––密度，g/cm3；m–––材料在干燥状态下的质量，g；V–––材料在绝对密实状态下的体积，cm3（density）一、材料的密度、表观密度和堆积密度1、密度（ρ）定义：材料291、密度（ρ）所谓绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的实体体积。如何测？1、密度（ρ）所谓绝对密实状态下的体积，是指不包括30测量方法有较多孔隙的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。李氏密度瓶1、密度（ρ）一般要求细粉的粒径至少小于0.20mm测量方法有较多孔隙的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的31某些致密材料，如卵石等，可用直接

排液法，用这种方法测量的体积，由

于无法排除内部封闭的孔隙，所以称

这样测得的密度为近似密度(a)。测量方法1、密度（ρ）某些致密材料，如卵石等，可用直接

排液法，用这种322、表观密度（ρ0）定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。计算：0–––表现密度，g/cm3或kg/m3；m–––材料的质量，g，或kg；V0–––材料在自然状态下的体积，或称表观体积，cm3或m3（unitweight）一、材料的密度、表观密度和堆积密度2、表观密度（ρ0）定义：材料在自然状态下，单位体积的质量33表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。如何测？不规则：排液、蜡封一般测定表观密度时，以干燥状态为准，而对含水状态下测得的表观密度，须注明含水情况。2、表观密度（ρ0）规则：量尺寸计算表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。如何测？343、堆积密度（ρ0/）定义：粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。计算：0–––堆积密度，kg/m3；m–––材料的质量，kg；V0–––材料的自然堆积体积，m3。（heapeddensity）一、材料的密度、表观密度和堆积密度3、堆积密度（ρ0/）定义：粉状或粒状材料，在堆积状态353、堆积密度（ρ0/）堆积体积:固体体积＋孔隙体积＋颗粒间空隙。一般针对粉状或粒状材料。如何测？自然堆积：堆积方式是松散的；紧密堆积：堆积方式是捣实的。散粒材料填充容器的体积。3、堆积密度（ρ0/）堆积体积:固体体积＋孔隙体积＋36常用土木工程材料的密度、表观密度及堆积密度材料密度ρ/g·cm-3表观密度ρ0/kg·m-3堆积密度ρ/0/kg·m-3石灰岩2.601800~2600—花岗岩2.802500~2900—碎石（石灰岩）2.60—1400~1700砂2.60—1450~1650普通粘土砖2.501600~1800—空心粘土砖2.501000~1400—水泥3.20—1200~1300普通混凝土—2100~2600—轻集料混凝土—800~1900—木材1.55400~800—钢材7.857850—泡沫塑料—20~50—

常用土木工程材料的密度、表观密度及堆积密度材料密度ρ/g·c37密度的应用干粉砂浆生产线

密度的应用干粉砂浆生产线38二、材料的孔隙和空隙1、材料的孔隙(1)孔隙率:

材料内部孔隙体积（VP)占材料总体积(V0）的百分率材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。孔隙数量用孔隙率表征。二、材料的孔隙和空隙1、材料的孔隙(1)孔隙率:材料39(2)密实度:

材料内部固体物质的实际体积占材料总体积的百分率或即密实度+孔隙率=1(2)密实度:材料内部固体物质的实际体积占材料总体积的百40例：某种普通粘土砖ρ0=1500kg/m3，ρ=2.5g/cm3。那么其密实度？孔隙率？D=ρ0÷ρ×100%=1500÷2500×100%=60%p=1-D=40%例：某种普通粘土砖ρ0=1500kg/m3，ρ=2.5g/41孔隙率反映孔隙多少或致密程度孔隙增多强度降低导热性能降低透气性，透水性，吸水性变大抗冻性一般提高。体积密度减小

1、材料的孔隙孔隙率反映孔隙多少或致密程度孔隙增多强度降低导热性能降低42材料的孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔；（2）按空隙间是否贯通分互相隔开的孤立孔和互相贯通的连通孔；（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。1、材料的孔隙材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。材料的孔隙特征主要有三方面：1、材料的孔隙43（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。把开口孔体积记为VK，闭口孔体积记为VB，则孔隙体积:

Vｐ=Vk+VB定义开口孔孔隙率为：定义闭口孔孔隙率为：则孔隙率为：（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连44(1)空隙率:散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率2.（散粒）材料的空隙散粒材料颗粒间的空隙多少用空隙率表示。(1)空隙率:散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分45(2)填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率2.（散粒）材料的空隙与空隙率相对应的是填充率或填充率+空隙率=1(2)填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率2.（散粒46例1：烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该砖的表观密度、密度、开口孔隙率及闭口孔隙率。例1：烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已47V=Vo-V孔=921.6cm3

解：Vo=24×11.5×5.3=1462.8cm3ρo=m/Vo=2487/1462.8=1.7g/cm3P=V孔/Vo×100%=37%故V孔=P×Vo=541.236cm3ρ=m/V=2487/921.6=2.7g/cm3V=Vo-V孔=921.6cm3解：Vo48PB=P-PK=37%-34%=3%

VK=（m含水-m)/ρ水

=（2984-2487）/1=497cm3

PK

=VK/Vo×100%=497/1462.8×100%=34%PB=P-PK=37%-34%=3%

VK=（m49例2：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2：某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度50例3：有一个1.0升的容器，平装满碎石后，碎石重1.5Kg。为测其碎石的表观密度，将所有碎石倒入一个8.55升的量器中，向量器中加满水后称重为9.3Kg，试求碎石的堆积密度、表观密度及堆积的空隙率。例3：有一个1.0升的容器，平装满碎石后，碎石重1.5Kg。51

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言521.3材料的力学性质强度与比强度弹性与塑性硬度与耐磨性脆性与韧性

1.3材料的力学性质强度与比强度弹性与塑性硬度与耐磨性脆53材料的强度：外力作用下不破坏时能承受的最大应力。按外力作用方式：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度。压力拉力弯曲剪力一、强度与比强度材料的强度：外力作用下不破坏时能承受的最大应力。按外力作用方54各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度f––––强度，Mpa；P––––破坏时最大荷载，N；A

––––受力截面面积，mm2。一、强度与比强度各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度f–––55抗弯强度1）(中点集中荷载)2）(三分点两相等集中荷载)ff––––抗弯强度，Mpa；P––––弯曲破坏时最大荷载，N；L––––两支点的间距，mm；b––––试件横截面积宽度，mm；h––––试件横截面积高度，mm。抗弯强度1）(中点集中荷载)2）(三分点两相等集中荷载)56常用土木工程材料的强度（N/mm2或MPa

）材料抗压强度抗拉强度抗弯强度花岗岩100～2505～810～14普通粘土砖10～30—2.6～5.0混凝土10～1001～83.0～10.0松木（顺纹）30～5080～12060～100建筑钢材240～1500240～1500—材料强度的影响因素：材料组成、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、表面状况。

常用土木工程材料的强度（N/mm2或MPa）材料抗压强度57材料的比强度定义：单位体积重量的材料强度，等于材料的强度与其表观密度之比。一、强度与比强度衡量材料轻质高强性能的主要指标。材料的比强度定义：单位体积重量的材料强度，等于材料的强度与其58钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度/kg·m-3抗拉强度/MPa比强度低碳钢78004200.053松木50035（顺纹）0.070普通混凝土2400300.012

材料的比强度一、强度与比强度钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度/kg·m-3抗拉强59二、材料的弹性与塑性材料在承受外力时，如撤除外力的作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形；若撤除外力，材料仍保持变形后的形态和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性，这种不可恢复的变形称为塑性变形。二、材料的弹性与塑性材料在承受外力时，如撤除外力的作601.弹性：弹性变形：可完全恢复的变形材料的弹性变形曲线外力作用→变形外力除去→

变形保持塑性变形：不能恢复的变形材料的塑性变形曲线二、弹性与塑性外力作用→变形外力除去→变形完全恢复2.塑性：

1.弹性：弹性变形：可完全恢复的变形材料的弹性变形曲线外力作61σ—应力；ε—应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；Ε—弹性模量；材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公式：σ＝Εε弹性模量是材料刚度的度量，物理意义为单位应变所需要的应力，反映了材料抵抗变形的能力。是结构设计中的主要参数之一。σ—应力；材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如62真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料不存在。3.弹塑性变形：材料的弹塑性变形曲线外力作用→变形；卸载后→弹性变形恢复，塑性变形保留。

材料受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留。真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料不存在。3.弹塑性631.脆性：外力达到一定限度→材料突然破坏（无明显塑性变形）脆性材料的变形曲线常见脆性材料：砖、玻璃、生铁、混凝土、陶瓷、石材、砂浆2.韧性：冲击、振动荷载作用→材料吸收较大的能量而不发生破坏三、脆性和韧性

1.脆性：外力达到一定限度→材料突然破坏（无明显塑性变形）脆641.硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。回弹法测混凝土的抗压强度。2.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力，耐磨率表示。四、硬度和耐磨性莫氏硬度（刻划法，测定天然矿物）布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度（压入法）

1.硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。回弹法测65

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言661.4材料与水有关的性质

材料的亲水性与憎水性材料的含水状态耐水性材料的吸湿性和吸水性抗冻性抗渗性1.4材料与水有关的性质材料的亲水性与67(a)亲水性材料(b)憎水性材料90亲水材料

90憎水材料润湿边角:

在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，切线与材料和水接触面的夹角。一、材料的亲水性和憎水性θ：湿润边角(a)亲水性材料(b)憎水性材料9068大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。一、材料的亲水性和憎水性大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、69二、材料的含水状态

四种基本含水状态：干燥状态——材料孔隙中不含或含水极微；气干状态——材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；饱和面干状态——材料表面干燥，孔隙含水饱和；湿润状态——材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附有一层水膜。材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态二、材料的含水状态四种基本含水状态：70二、材料的含水状态干燥状态气干状态饱和面干状态湿润状态

二、材料的含水状态干燥状态气干状态71吸湿性––––亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质，用含水率表示。Wh––––含水率；％ms––––材料含水状态下的质量，g；mg––––材料干燥状态下的质量，g。三、材料的吸湿性和吸水性含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。吸湿性––––亲水材料在潮湿空气中吸收水分Wh––––72材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率。材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。三、材料的吸湿性和吸水性材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。三、材料的吸湿性和吸73练习：含水率为10％的100g湿砂，其中干砂多少？三、材料的吸湿性和吸水性练习：含水率为10％的100g湿砂，其中干砂多少？三、材料的74

吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。

吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。三、材料的吸湿性和吸水性吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小75体积吸水率质量吸水率三、材料的吸湿性和吸水性体积吸水率质量吸水率三、材料的吸湿性和吸水性76材料吸水体积膨胀导热性能增加表观密度变大强度降低（少数除外，如混凝土）吸水性的影响因素：材料成分（亲水、憎水）、孔隙率大小、孔隙特征（细微连通、粗大或封闭）。

三、材料的吸湿性和吸水性材料吸水体积膨胀导热性能增加表观密度变大强度降低（少数除外，77材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。水分分散于材料内微粒的表面削弱结合力降低强度四、耐水性耐水性用软化系数KR表示：fb——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。fg——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。0＜KR＜1;常位于水中或潮湿环境的重要结构：

KR≥0.85（耐水材料）；受潮较轻或次要结构：

KR≥0.75。

材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。水分分散于78

抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。常用渗透系数或抗渗标号表示。五、抗渗性渗透系数：k––––渗透系数，cm/h；Q––––透水量，cm³；d––––试件厚度，cm；A––––透水面积，cm²；t––––时间，h；H––––静水压力水头，cm。抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。常用渗79材料的抗渗性也可以用抗渗等级P来表示。例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定的试验方法在0.6MPa压力水的作用下无渗透现象。五、抗渗性材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材料的抗渗性越好。材料的抗渗性也可以用抗渗等级P来表示。五、抗渗性80压力水的渗透影响工程的使用带入腐蚀性介质带出某些成分五、抗渗性

压力水的渗透影响工程的使用带入腐蚀性介质带出某些成分五、抗渗81材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。材料吸水负温作用水冻结成冰，体积膨胀材料局部破坏冻融循环破坏逐步加剧（冻融破坏）常用抗冻等级（F）来评价：六、抗冻性

在规定的吸水饱和试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，则此冻融循环次数即为抗冻标号。材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著82

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言831.5材料的热性质

热容性导热性热变形性1.5材料的热性质热容性导热性热变形性84一、热容性热容量（C）：材料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。比热容（c）：单位质量材料温度升高1K时所需热量。热容性：材料在温度变化时吸收或放出热量的能力。一般同种材料的热容性，用热容量比较；不同材料的热容性，用比热作比较。一、热容性热容量（C）：材料温度升高或降低1K时所吸收或放出85导热系数（λ）：在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对两侧表面温度差为1K时，经单位面积（1m2）单位时间（1s）所通过的热量。二、导热性λ

——导热系数，；Q

——传导热量，J；d

——材料厚度，m；A

——材料传热面积，m2；Z

——热传导时间，s；t1-t2——材料两侧温差，K。导热性：材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。常用导热系数表示。材料的导热性能与孔隙特征有关，增加孤立的、不连通孔隙可降低材料导热能力。导热系数（λ）：在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对两侧表86定义：材料在温度变化时的尺寸变化。有保温隔热要求的工程尽量选用热容量大、导热系数小的材料。三、热变形性常用线膨胀系数表示。线膨胀系数：定义：材料在温度变化时的尺寸变化。有保温隔热要求的工87

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言88材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏的性质。土木工程材料耐久性与破坏因素有关。破坏因素包括物理作用、化学作用和生物作用。如抗渗性、抗冻性、冲磨气蚀、碳化、化学侵蚀、老化、钢筋锈蚀、碱集料反应、腐朽、虫柱、耐热、耐火等。1.6材料的耐久性

材料的耐久性：材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能89

西直门立交桥承台的破坏离岸式码头钢筋混凝土柱的腐蚀西直门立交桥承台的破坏离岸式码头钢筋混凝土90外墙面砖的腐蚀混凝土中钢筋的锈蚀

外墙面砖的腐蚀混凝土中钢筋的锈蚀91

现代工程中，对耐久性的要求愈来愈高，提出耐久性指标的工程设计也愈来愈多。对材料的质量评定也应逐渐由强度指标发展为耐久性指标。未来工程设计中将用耐久性设计取代目前按强度进行的设计。

现代工程中，对耐久性的要求愈来愈高，提出耐92

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.7材料的绿色化1.绪言93绿色化：建筑工程中所用材料向着绿色建材方向发展。绿色建材：建筑材料不仅具有令人满意的使用性能，而且在其生命周期的各阶段（全过程）还应满足环保、健康和安全等要求。绿色建材研究开发重点除了考虑材料的使用性能外，还必须同时考虑材料对环境及人体的影响。绿色建材包括五个方面的特征。1.7材料的绿色化绿色化：建筑工程中所用材料向着绿色建材方向发展。1.7材949、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2022/12/142022/12/14Wednesday,December14,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2022/12/142022/12/142022/12/1412/14/202212:51:11AM11、一个好的教师，是一个懂得心理学和教育学的人。2022/12/142022/12/142022/12/14Dec-2214-Dec-2212、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2022/12/142022/12/142022/12/14Wednesday,December14,202213、Hewhoseizetherightmoment,istherightman.谁把握机遇，谁就心想事成。2022/12/142022/12/142022/12/142022/12/1412/14/202214、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。14十二月20222022/12/142022/12/142022/12/1415、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。十二月222022/12/142022/12/142022/12/1412/14/202216、提出一个问题往往比解决一个更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。2022/12/142022/12/1414December202217、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2022/12/142022/12/142022/12/142022/12/14谢谢观赏

Youmademyday!我们，还在路上……9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲95目录1绪论3气硬性胶凝材料4水硬性胶凝材料-水泥5混凝土6建筑砂浆6烧结砖2建筑钢材8合成树脂9沥青材料10木材11其它工程材料

12土木工程材料试验目录1绪论3气硬性胶凝材料4水硬性胶凝材料-水泥5961.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言1.2材料的基本状态参97

1.1概述土木工程材料是土木工程的物质基础材料科学与工程简介土木工程材料的发展历程及前沿土木工程材料的分类土木工程材料的标准化学习目的与意义学习内容1.1概述土木工程材料是土木工程的物98一、土木工程材料是土木工程的物质基础茅草房土坯房

一、土木工程材料是土木工程的物质基础茅草房土坯房99秦砖汉瓦

秦砖汉瓦100画像砖、瓦当

画像砖、瓦当101土木工程材料第一章课件102金字塔及狮身人面像

金字塔及狮身人面像103古罗马斗兽场

古罗马斗兽场104故宫(“玉砌朱栏”)汉白玉:纯白色的大理石

故宫(“玉砌朱栏”)汉白玉:纯白色的大理石105三峡工程预计混凝土浇筑约2800万m3

三峡工程预计混凝土浇筑约2800万m3106“鸟巢”总用钢量11万吨

“鸟巢”总用钢量11万吨107“水立方”世界最大的膜结构工程四氟乙烯聚合物ETFE

“水立方”世界最大的膜结构工程四氟乙烯聚合物ETFE108玻璃幕墙玻璃改变世界

玻璃幕墙玻璃改变世界109新型干粉砂浆自流平砂浆瓷砖粘结砂浆无收缩灌浆

新型干粉砂浆自流平砂浆瓷砖粘结砂浆无收缩灌浆110你想拥有吗？

你想拥有吗？111再装修一下呢陶瓷的魅力

再装修一下呢陶瓷的魅力112石拱桥赵州桥“天下第一桥”

小桥•流水•人家石拱桥赵州桥“天下第一桥”小桥•流水•人家113西湖断桥枫桥

洛阳桥我国第一座跨海大石桥，被誉为“海内第一桥”西湖断桥枫桥洛阳桥我国第一座跨海大石桥，被114高速公路水泥混凝土和沥青混合料

高速公路水泥混凝土和沥青混合料115悬索式双塔结构沙特阿拉伯跨海大桥北京四元桥中国目前最大城市立交桥

悬索式双塔结构沙特阿拉伯跨海大桥北京四元桥中国目前最大城市116材料：用于结构、机器、器件等产品的具有某些性能的物质。是冶金、机械、化工、建筑、信息、能源、航天航空等工业的支撑，是社会发展与技术进步的物质基础和技术先导。土木工程材料：应用于土木工程中使用的各种材料和制品。材料科学与工程是属于工学门类的一级学科。以数学、力学以及物理、化学等自然科学学科为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合，多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学以及工程学。二、材料科学与工程简介

材料：用于结构、机器、器件等产品的具有某些性能的物质。二、材117按材料的化学成分分类：按功能分类：结构材料功能材料土木工程材料三、土木工程材料的分类

主要作为承重的材料，如梁、板、柱所用材料。主要利用材料的某些特殊功能，如用于防水、装饰、保温等的材料。按材料的化学成分分类：按功能分类：结构材料功能材料土木工程材118石、土、木；秦砖汉瓦；波特兰水泥的发明（1824年）及随后混凝土的问世；炼钢技术（19世纪中叶）及钢材的应用；人工合成高分子材料（20世纪初）及化学建材；预应力混凝土；特殊功能材料；机敏材料、智能材料。自感知、自调节、自修复材料；材料取旧利废。环境友好型材料、绿色建材；轻质、高强、耐久、复合。计算材料学。四、土木工程材料发展历程及前沿

石、土、木；四、土木工程材料发展历程及前沿119五、土木工程材料的标准化技术标准的代号推荐性标准（T）。如GB/T、JC/T、JG/T。国家标准（GB）国际标准（ISO）美国材料试验学会标准（ASTM）日本工业标准（JIS）德国工业标准（DIN）英国标准（BS）法国标准（NF）建筑工程国家标准（GBJ）国家级专业标准（ZB）建设部行业标准（JGJ）建筑工程行业标准（JG）建材标准（JC）冶金部标准（YB）中国工程建设标准化协会标准（CECS）化工部标准（HG）地方标准（DB）企业标准（QB）

五、土木工程材料的标准化技术标准的代号推荐性标准（T）。如G120《土木工程材料》：专业技术基础课理解土木工程；设计；施工、监理、检测；新材料、新产品研制开发。材料费用一般占建筑工程总造价的50-70。六、学习目的与意义

《土木工程材料》：专业技术基础课理解土木工程；六、学习目的与121

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言1221.2材料的基本状态参数材料的密度、表观密度和堆积密度材料的孔隙和空隙

1.2材料的基本状态参数材料的密度、表观密度和堆积密度材123一、材料的密度、表观密度和堆积密度1、密度（ρ）定义：材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。可按下式计算：–––密度，g/cm3；m–––材料在干燥状态下的质量，g；V–––材料在绝对密实状态下的体积，cm3（density）一、材料的密度、表观密度和堆积密度1、密度（ρ）定义：材料1241、密度（ρ）所谓绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的实体体积。如何测？1、密度（ρ）所谓绝对密实状态下的体积，是指不包括125测量方法有较多孔隙的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的方法。李氏密度瓶1、密度（ρ）一般要求细粉的粒径至少小于0.20mm测量方法有较多孔隙的材料，采用磨细后用李氏瓶测定其体积的126某些致密材料，如卵石等，可用直接

排液法，用这种方法测量的体积，由

于无法排除内部封闭的孔隙，所以称

这样测得的密度为近似密度(a)。测量方法1、密度（ρ）某些致密材料，如卵石等，可用直接

排液法，用这种1272、表观密度（ρ0）定义：材料在自然状态下，单位体积的质量。计算：0–––表现密度，g/cm3或kg/m3；m–––材料的质量，g，或kg；V0–––材料在自然状态下的体积，或称表观体积，cm3或m3（unitweight）一、材料的密度、表观密度和堆积密度2、表观密度（ρ0）定义：材料在自然状态下，单位体积的质量128表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。如何测？不规则：排液、蜡封一般测定表观密度时，以干燥状态为准，而对含水状态下测得的表观密度，须注明含水情况。2、表观密度（ρ0）规则：量尺寸计算表观体积:包括孔隙在内的体积。即固体体积＋孔隙体积。如何测？1293、堆积密度（ρ0/）定义：粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。计算：0–––堆积密度，kg/m3；m–––材料的质量，kg；V0–––材料的自然堆积体积，m3。（heapeddensity）一、材料的密度、表观密度和堆积密度3、堆积密度（ρ0/）定义：粉状或粒状材料，在堆积状态1303、堆积密度（ρ0/）堆积体积:固体体积＋孔隙体积＋颗粒间空隙。一般针对粉状或粒状材料。如何测？自然堆积：堆积方式是松散的；紧密堆积：堆积方式是捣实的。散粒材料填充容器的体积。3、堆积密度（ρ0/）堆积体积:固体体积＋孔隙体积＋131常用土木工程材料的密度、表观密度及堆积密度材料密度ρ/g·cm-3表观密度ρ0/kg·m-3堆积密度ρ/0/kg·m-3石灰岩2.601800~2600—花岗岩2.802500~2900—碎石（石灰岩）2.60—1400~1700砂2.60—1450~1650普通粘土砖2.501600~1800—空心粘土砖2.501000~1400—水泥3.20—1200~1300普通混凝土—2100~2600—轻集料混凝土—800~1900—木材1.55400~800—钢材7.857850—泡沫塑料—20~50—

常用土木工程材料的密度、表观密度及堆积密度材料密度ρ/g·c132密度的应用干粉砂浆生产线

密度的应用干粉砂浆生产线133二、材料的孔隙和空隙1、材料的孔隙(1)孔隙率:

材料内部孔隙体积（VP)占材料总体积(V0）的百分率材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。孔隙数量用孔隙率表征。二、材料的孔隙和空隙1、材料的孔隙(1)孔隙率:材料134(2)密实度:

材料内部固体物质的实际体积占材料总体积的百分率或即密实度+孔隙率=1(2)密实度:材料内部固体物质的实际体积占材料总体积的百135例：某种普通粘土砖ρ0=1500kg/m3，ρ=2.5g/cm3。那么其密实度？孔隙率？D=ρ0÷ρ×100%=1500÷2500×100%=60%p=1-D=40%例：某种普通粘土砖ρ0=1500kg/m3，ρ=2.5g/136孔隙率反映孔隙多少或致密程度孔隙增多强度降低导热性能降低透气性，透水性，吸水性变大抗冻性一般提高。体积密度减小

1、材料的孔隙孔隙率反映孔隙多少或致密程度孔隙增多强度降低导热性能降低137材料的孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、细孔和大孔；（2）按空隙间是否贯通分互相隔开的孤立孔和互相贯通的连通孔；（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。1、材料的孔隙材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。材料的孔隙特征主要有三方面：1、材料的孔隙138（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连通的封闭孔（闭口孔）。把开口孔体积记为VK，闭口孔体积记为VB，则孔隙体积:

Vｐ=Vk+VB定义开口孔孔隙率为：定义闭口孔孔隙率为：则孔隙率为：（3）按孔隙是否与外界连通分为与外界连通的开口孔和不与外界连139(1)空隙率:散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率2.（散粒）材料的空隙散粒材料颗粒间的空隙多少用空隙率表示。(1)空隙率:散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分140(2)填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率2.（散粒）材料的空隙与空隙率相对应的是填充率或填充率+空隙率=1(2)填充率:颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率2.（散粒141例1：烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该砖的表观密度、密度、开口孔隙率及闭口孔隙率。例1：烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已142V=Vo-V孔=921.6cm3

解：Vo=24×11.5×5.3=1462.8cm3ρo=m/Vo=2487/1462.8=1.7g/cm3P=V孔/Vo×100%=37%故V孔=P×Vo=541.236cm3ρ=m/V=2487/921.6=2.7g/cm3V=Vo-V孔=921.6cm3解：Vo143PB=P-PK=37%-34%=3%

VK=（m含水-m)/ρ水

=（2984-2487）/1=497cm3

PK

=VK/Vo×100%=497/1462.8×100%=34%PB=P-PK=37%-34%=3%

VK=（m144例2：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2：某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度145例3：有一个1.0升的容器，平装满碎石后，碎石重1.5Kg。为测其碎石的表观密度，将所有碎石倒入一个8.55升的量器中，向量器中加满水后称重为9.3Kg，试求碎石的堆积密度、表观密度及堆积的空隙率。例3：有一个1.0升的容器，平装满碎石后，碎石重1.5Kg。146

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言1471.3材料的力学性质强度与比强度弹性与塑性硬度与耐磨性脆性与韧性

1.3材料的力学性质强度与比强度弹性与塑性硬度与耐磨性脆148材料的强度：外力作用下不破坏时能承受的最大应力。按外力作用方式：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度。压力拉力弯曲剪力一、强度与比强度材料的强度：外力作用下不破坏时能承受的最大应力。按外力作用方149各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度f––––强度，Mpa；P––––破坏时最大荷载，N；A

––––受力截面面积，mm2。一、强度与比强度各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度f–––150抗弯强度1）(中点集中荷载)2）(三分点两相等集中荷载)ff––––抗弯强度，Mpa；P––––弯曲破坏时最大荷载，N；L––––两支点的间距，mm；b––––试件横截面积宽度，mm；h––––试件横截面积高度，mm。抗弯强度1）(中点集中荷载)2）(三分点两相等集中荷载)151常用土木工程材料的强度（N/mm2或MPa

）材料抗压强度抗拉强度抗弯强度花岗岩100～2505～810～14普通粘土砖10～30—2.6～5.0混凝土10～1001～83.0～10.0松木（顺纹）30～5080～12060～100建筑钢材240～1500240～1500—材料强度的影响因素：材料组成、孔隙率、含水率、尺寸、加载速度、表面状况。

常用土木工程材料的强度（N/mm2或MPa）材料抗压强度152材料的比强度定义：单位体积重量的材料强度，等于材料的强度与其表观密度之比。一、强度与比强度衡量材料轻质高强性能的主要指标。材料的比强度定义：单位体积重量的材料强度，等于材料的强度与其153钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度/kg·m-3抗拉强度/MPa比强度低碳钢78004200.053松木50035（顺纹）0.070普通混凝土2400300.012

材料的比强度一、强度与比强度钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度/kg·m-3抗拉强154二、材料的弹性与塑性材料在承受外力时，如撤除外力的作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形；若撤除外力，材料仍保持变形后的形态和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性，这种不可恢复的变形称为塑性变形。二、材料的弹性与塑性材料在承受外力时，如撤除外力的作1551.弹性：弹性变形：可完全恢复的变形材料的弹性变形曲线外力作用→变形外力除去→

变形保持塑性变形：不能恢复的变形材料的塑性变形曲线二、弹性与塑性外力作用→变形外力除去→变形完全恢复2.塑性：

1.弹性：弹性变形：可完全恢复的变形材料的弹性变形曲线外力作156σ—应力；ε—应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；Ε—弹性模量；材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公式：σ＝Εε弹性模量是材料刚度的度量，物理意义为单位应变所需要的应力，反映了材料抵抗变形的能力。是结构设计中的主要参数之一。σ—应力；材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如157真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料不存在。3.弹塑性变形：材料的弹塑性变形曲线外力作用→变形；卸载后→弹性变形恢复，塑性变形保留。

材料受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留。真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料不存在。3.弹塑性1581.脆性：外力达到一定限度→材料突然破坏（无明显塑性变形）脆性材料的变形曲线常见脆性材料：砖、玻璃、生铁、混凝土、陶瓷、石材、砂浆2.韧性：冲击、振动荷载作用→材料吸收较大的能量而不发生破坏三、脆性和韧性

1.脆性：外力达到一定限度→材料突然破坏（无明显塑性变形）脆1591.硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。回弹法测混凝土的抗压强度。2.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力，耐磨率表示。四、硬度和耐磨性莫氏硬度（刻划法，测定天然矿物）布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度（压入法）

1.硬度：材料表面抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。回弹法测160

1.绪言

1.2材料的基本状态参数1.5材料的热性质1.3材料的力学性质1.6材料的耐久性1.4材料与水有关的性质1.1概述1.绪言1611.4材料与水有关的性质

材料的亲水性与憎水性材料的含水状态耐水性材料的吸湿性和吸水性抗冻性抗渗性1.4材料与水有关的性质材料的亲水性与162(a)亲水性材料(b)憎水性材料90亲水材料

90憎水材料润湿边角:

在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，切线与材料和水接触面的夹角。一、材料的亲水性和憎水性θ：湿润边角(a)亲水性材料(b)憎水性材料90163大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。一、材料的亲水性和憎水性大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、164二、材料的含水状态

四种基本含水状态：干燥状态——材料孔隙中不含或含水极微；气干状态——材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；饱和面干状态——材料表面干燥，孔隙含水饱和；湿润状态——材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附有一层水膜。材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态二、材料的含水状态四种基本含水状态：165二、材料的含水状态干燥状态气干状态饱和面干状态湿润状态

二、材料的含水状态干燥状态气干状态166吸湿性––––亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质，用含水率表示。Wh––––含水率；％ms––––材料含水状态下的质量，g；mg––––材料干燥状态下的质量，g。三、材料的吸湿性和吸水性含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。吸湿性––––亲水材料在潮湿空气中吸收水分Wh––––167材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率。材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。三、材料的吸湿性和吸水性材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。三、材料的吸湿性和吸168练习：含水率为10％的100g湿砂，其中干砂多少？三、材料的吸湿性和吸水性练习：含水率为10％的100g湿砂，其中干砂多少？三、材料的169

吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小用吸水率表示。

吸水率为材料浸水后在规定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质量（或干燥时体积）的百分比。三、材料的吸湿性和吸水性吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性的大小170体积吸水率质量吸水率三、材料的吸湿性和吸水性体积吸水率质量吸水率三、材料的吸湿性和吸水性171材料吸水体积膨胀导热性能增加表观密度变大强度降低（少数除外，如混凝土）吸水性的影响因素：材料成分（亲水、憎水）、孔隙率大小、孔隙特征（细微连通、粗大或封闭）。

三、材料的吸湿性和吸水性材料吸水体积膨胀导热性能增加表观密度变大强度降低（少数除外，172材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。水分分散于材料内微粒的表面削弱结合力降低强度四、耐水性耐水性用软化系数KR表示：fb——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa。fg——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。0＜KR＜1;常位于水中或潮湿环境的重要结构：

KR≥0.85（耐水材料）；受潮较轻或次要结构：

KR≥0.75。

材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。水分分散于173

抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。常用渗透系数或抗渗标号表示。五、抗渗性渗透系数：k––––渗透系数，cm/h；Q––––透水量，cm³；d––––试件厚度，cm；A––––透水面积，cm²；t––––时间，h；H––––静水压力水头，cm。抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透的性质。常用渗174材料的抗渗性也可以用抗渗等级P来表示。例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表示该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定的试验方法在0.6MPa压力水的作用下无渗透现象。五、抗渗性材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材料的抗渗性越好。材料的抗渗性也可以用抗渗等级P来表示。五、抗渗性175压力水的渗透影响工程的使用带入腐蚀性介质带出某些成分五、抗渗性

压力水的渗透影响工程的使用带入腐蚀性介质带出某些成分五、抗渗176材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。材料吸水负温作用水冻结成冰，体积膨胀材料局部破坏冻融循环破坏逐步加剧（冻融破坏）常用抗冻等级（F）来评价：六、抗冻性

在规定的吸水饱和试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，则此冻融循环次数即为抗冻标号。材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强