土木工程材料教材：绪论及第一章土木工程材料的基本性质

绪论一、土木工程材料的定义1.广义：指建造建筑物和构筑物的所有材料，包括使用的各种原材料、半成品、成品等的总称。如粘土，生石灰，混凝土等。

2.狭义：指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。如混凝土、水泥、钢筋、粘土砖、玻璃等。两个基本要求：

2、在其使用过程中，能抵御周围环境的影响与有害介质的侵蚀，保证建筑物和构筑物的合理使用寿命。同时也不能对周围环境产生危害。

1、满足建筑物和构筑物本身的技术性能要求，保证能正常使用。

二、土木工程材料的分类（一）按组成物质和化学成份分类无机材料有机材料复合材料金属材料非金属材料金属与非金属复合无机与有机复合材料复合绪论（二）按材料来源天然材料人造材料（三）按实用功能分结构材料功能材料绪论绪论三、土木工程材料的技术标准1、标准：对某项技术实行统一的执行要求。2、标准的分类（一）我国的土木工程材料技术标准：（1）国家标准

强制性标准代号GB,推荐性标准代号GB/T，它表示也可以执行其他标准，是非强制性的。（2）行业标准建筑工程行业标准代号JG,土木工程材料行业标准代号JC（3）地方标准（DB）和企业标准（QB）（二）国际标准及其他国家标准：①团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的标准。如美国材料与实验协会标准（ASTM）等。②区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。③国际标准化组织标准，代号ISO。绪论例：国家标准（强制性）《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499—1998

建筑行业标准（推荐性）《建筑石灰》JC/T479—92GB—强制性国家标准代号1499—标准发布顺序号1988—标准发布年代其他标准只是前面的代号变，表示方式均与例子中表示一样。绪论硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB175—92)四、土木工程材料的发展及发展趋势

1、土木工程材料的发展：随生产力发展而发展原始时代——天然材料：木材、岩石、竹、粘土石器、铁器时代—— 金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏 万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆 布达拉宫：石材、石灰砂浆 18世纪中叶——钢材、水泥19世纪——钢筋混凝土（1890-1892）；中国，1898绪论20世纪——预应力混凝土、高分子材料21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材2、土木工程材料的发展趋势：（1）轻质、高强；（2）发展多功能材料；（3）廉价、低耗能（4）由单一材料向复合材料及制品发展（5）扩大装配式预制构件的工厂化生产；（6）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环保方向发展；（7）发展更多花色品种的装饰材料。绪论

第一章土木工程材料的基本性质

材料的基本性质：是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木工程材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。第一章土木工程材料的基本性质

§1-1材料的物理状态参数一、材料的密度、表观密度及体积密度：1.密度：m---材料在干燥状态下的质量V----材料在绝对密实状态下的体积测定办法：1）测质量：烘干（烘箱）——称量（天平）；2）测体积：（a）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻璃等;（b）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，将其磨成细粉后，可由排水法测得。第一章土木工程材料的基本性质

表观密度的测定：

质量测定用天平体积测定可采用排水法2.表观密度：----材料的质量----材料在自然状态下的表观体积注意：1.Vb=V+V闭孔2.表观密度须注明含水状态，常是一个范围内的值。

第一章土木工程材料的基本性质

3.体积密度：----材料的质量----材料在自然状态下的体积注意：1.V0=V+V闭孔+V开孔

体积密度的测定：1）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到；2）外形不规则的砂石等，可采用封腊排水法测定体积；第一章土木工程材料的基本性质

二、材料的密实度与孔隙率1.密实度：2.孔隙率：第一章土木工程材料的基本性质

孔隙大小孔隙状态：孔径＜0.01㎜极细孔隙孔径≤1.0㎜细小孔隙孔径＞1.0㎜粗大孔隙封闭孔隙指常压下吸不到水，当水压太大时可以通过材料内部的毛细通道进入其中第一章土木工程材料的基本性质

三、散粒材料：m---材料的质量----材料的堆积体积1.堆积密度：2.填充率：3.空隙率：空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。

第一章土木工程材料的基本性质

材料名称密度g/cm3

表观密度（kg/m3）堆积密度（kg/m3）孔隙率（％）钢材7.8～7.97850—0花岗岩2.7～3.02500～2900—0.5～3.0石灰岩2.4～2.61800～26001400～1700（碎石）—砂2.5～2.6—1500～1700—粘土2.5～2.7—1600～1800—水泥2.8～3.1—1200～1300—烧结普通砖2.6～2.71600～1900—20～40表1.2常用土木工程材料的密度、表观密度、堆积密度和孔隙率

第一章土木工程材料的基本性质

例题：已知某种建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40cm3，质量为85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，烘干后的质量为82.30g。试求该材料的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率。解：密度=干质量/密实状态下的体积=82.30/40×（1-0.24）=2.7g/cm3开口孔隙率=开口孔隙的体积/自然状态下的体积=（89.77-82.3）÷1/40=0.187闭口孔隙率=孔隙率-开口孔隙率=0.24-0.187=0.053表观密度=干质量/表观体积=82.3/40×（1-0.187）=2.53第一章土木工程材料的基本性质

§1-2材料的力学性质一、材料的变形性质：1、材料的弹性变形和塑性变形1)弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形(或瞬时变形)。

材料的力学性质：指材料在外力作用下所引起的变化的性质。例：钢筋受力变形2)塑性变形：在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形(或永久变形)。第一章土木工程材料的基本性质

2、脆性和韧性1）脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。2）韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。脆性材料的抗压强度比其抗拉强度往往要高很多倍。它对承受震动作用和抵抗冲击荷载是不利的。在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。第一章土木工程材料的基本性质

第一章土木工程材料的基本性质

二、强度、强度等级和比强度

1、强度：在外力作用下不破坏时能承受的最大应力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。(ａ)抗压(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪1）抗压强度、抗拉强度、抗剪强度计算公式：2）抗弯强度：第一章土木工程材料的基本性质

2、强度等级:大多数土木工程材料根据其极限强度的大小，划分成若干不同等级，即强度等级。将土木工程材料划分若干标号，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。塑性和韧性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行分级，如钢材分为Q195，215，235，255，275等；脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的，混凝土强度等级：C10、C20、C25、C30、C35、C40。第一章土木工程材料的基本性质

3、比强度：材料强度与其表观密度之比。是衡量材料是否轻质、高强的指标。钢材、木材和混凝土的强度比较材料表观密度

(kg/m3)抗压强度(MPa)比强度低碳钢78604150.053松木50034.3(顺纹)0.069普通混凝土240029.40.012

可知，木材是轻质高强的高效能材料，而普通混凝土为质量大而强度较低的材料，所以努力促进普通混凝土这一当代最重要的结构材料向轻质、高强方向发展，是一项十分重要的工作。第一章土木工程材料的基本性质

三、材料的硬度和耐磨性：1、硬度：材料抵抗其他物体压入或刻划的能力称为硬度。即受压时抵抗局部塑性变形的能力。测定法：金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。

第一章土木工程材料的基本性质

2、耐磨性：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用耐磨率表示（道路路面、工业地面、踏步、台阶等受磨损的部位，选择材料需考虑其耐磨性）。——耐磨率，——磨前质量，——磨后质量，——试件受磨面积，一般硬度越大耐磨性越好，工程上也常用硬度来换算出材料的耐磨性第一章土木工程材料的基本性质

§1-3材料与水有关的性质一、材料的亲水性与憎水性：材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现为亲水与憎水两种不同的性质。用润湿角判断。

θ润湿角：亲水性材料有：砖、混凝土砌块等。憎水性材料有：沥青、石蜡和塑料等，常用做防水、防潮材料。90o＜θ≤180o憎水材料θ≤90o亲水材料第一章土木工程材料的基本性质

二、材料的吸水性与吸湿性：

1、吸水性：材料在水中吸收水分的性质。质量吸水率:体积吸水率:

各种材料的吸水率相差很大，如花岗等致密岩石的吸水率（质量吸水率）仅为0.5%~0.7％，普通混凝土为2％~3％，粘土砖为8％~20％。而木材或其他轻质材料的吸水率则常大于100％。mb——吸水饱和后质量mg——干燥状态下质量V0——干燥时自然体积——干燥时体积密度第一章土木工程材料的基本性质

2、吸湿性：材料在空气中吸收水的性质。含水率

吸湿作用一般是可逆的，也就是说材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。潮湿材料在干燥的空气中会放出水分，此称还湿性。

——含水率，%ms——吸湿状态下的质量mg——干燥状态下质量第一章土木工程材料的基本性质

平衡含水率：材料中所含水分与空气湿度达到平衡时的含水率。干燥的材料吸收空气中的水分潮湿的材料平衡含水率释放水分第一章土木工程材料的基本性质

第一章土木工程材料的基本性质

三、耐水性：材料长期处于水的作用下不破坏，其强度也不严重降低的性质。用软化系数表示。四、抗渗性：材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。软化系数:——材料在吸水饱和状态下的抗压强度fg——材料在干燥状态下的抗压强度（软化系数≥0.85的材料，认为是耐水的材料。）混凝土、砂浆等的抗渗性用抗渗等级表示。例如：P4、P6、P8分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水压而不透水。

抗渗系数越小、抗渗等级越高抗渗性越好。对地下建筑、水工建筑物、压力管等，要求材料具有一定的抗渗性。抗渗系数:第一章土木工程材料的基本性质

§1-4材料的耐久性一、耐久性的概念：材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素作用而不破坏，且能保持原有性质的性能。材料在使用过程中会受到各种外力的作用，还受到环境中各种自然因素的破坏作用如物理作用、化学作用、生物作用。不同材料所处的工作环境不同，耐久性包含的内容不同。所以，要提高材料的耐久性，应根据材料种类特点即建筑物所处的环境条件进行具体分析，选择正确的材料。抗冻性耐久性是一个综合性质：抗渗性抗化学侵蚀性抗碳化性能等等第一章土木工程材料的基本性质

第一章土木工程材料的基本性质

例：图为莫大楼的外表面，从中可以看见墙壁发黑，在有些地方可见白色流迹线，还有凸凹不平的现象是分析其原因

第一章土木工程材料的基本性质

§1-5材料的热工性质（了解）一、导热性：三、热容量：指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。二、比热：热容量高的材料，能对室内温度起调节作用。导热系数越小，材料的保温隔热性能越好。

导热系数

：

1kg材料温度升高（或降低）1K时所吸收或放出的热量。用C表示。材料两侧有温差时热量由高温侧向低温侧传递的能力。第一章土木工程材料的基本性质

四、材料的温度变形性式中:

α—材料在常温下的平均线膨胀系数(１／Ｋ)—线膨胀或线收缩量（mm或cm）

—材料升（降）温前后的温度差（Ｋ）

L—材料原来的长度（ｍｍ或ｍ）

线膨胀系数:材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。第一章土木工程材料的基本性质

§1-6材料的装饰性能（了解）一、装饰材料的基本要求1、颜色2、光泽3、质感4、表面组织及形状尺寸二、装饰材料的选用原则1、满足使用功能2、满足装饰效果3、材料的安全性4、有利于人的身心健康5、合理的耐久性6、经济性原则7、便于施工第一章土木工程材料的基本性质

§1-7材料的组成、结构和构造（了解）一、材料的组成化学组成：是指构成材料的化学成分。不同化学成分组成的材料其性质不同。矿物组成：是指元素组成相同，单分子团形成形式各异的现象。材料的化学组成不同，则材料的矿物组成就不同。材料的化学组成相同，可以有不同的矿物组成。第一章土木工程材料的基本性质

第一章土木工程材料的基本性质

二、材料的结构1、宏观结构：指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。2、亚微观结构（显微或细观结构）：指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-3~10-6m。3、微观结构：指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在10-6-10-10m。第一章土木工程材料的基本性质

宏观结构1.散粒结构由单独的颗粒组成。2.聚集结构材料中的颗粒通过胶结材料彼此牢固地结合在一起。3.多孔结构材料中含有大量的,大的,或微小的均匀分布的孔隙。4.致密结构材料在外观上和结构上都是致密的。5.纤维结构是木材,玻璃纤维制品所特有的结构。6.层状结构是板材常见的结构。大理石材料的宏观结构及其相应的主要特征第一章土木工程材料的基本性质

习题：1、同种材料，如孔隙率越大，则材料的强度越

，保温性越

，吸水率越