材料基本性质

土木工程材料铜陵学院土木工程专业理论学时28土木工程材料基本性质3学时气硬性胶凝材料3学时水泥3学时水泥砼9学时建筑砂浆3学时墙体材料3学时建筑钢材3学时木材1学时第2章材料的基本性质（1）了解材料的基本状态参数,并了解材料的基本状态与材料性质的关系。（2）理解各种性质的基本概念。（3）掌握各种性质的表示方法，影响因素及其实用意义。学习要求：材料物理性质材料的应用材料的基本状态参数材料力学性质2.1材料的物理性质

一材料的密度、表观密度与堆积密度1、真实密度：材料在绝对密实状态下（不包含孔隙或空隙）单位体积的质量，简称密度。材料的真实密度ρ为：

ρ=m/V(g/cm3)…………..(a)式中：m

—材料在干燥状态下的质量(g)；

V—材料绝对密实体积(cm3)。李氏瓶测定体积

材料的密度大小取决于组成及微观结构。闭口孔隙开口孔隙实体开口孔隙闭口孔隙实体VV闭V开Vo空隙V空堆积体积

Vo'=Vo+V空表观体积

Vo=V+V孔Vo'V孔空隙绝对密实体积

V孔隙2、表观密度：指材料在自然状态下单位体积（包含开口和闭口孔隙）的质量。材料的表观密度ρ0为：

ρ0=m/V0(g/cm3或kg/m3)………………..(b)式中：m—材料的质量（g或kg）；

V0—表观体积（cm3或m3）。表面封蜡测V03、堆积密度：指散粒材料，在堆积状态下单位体积（包含孔隙和空隙）的质量。材料的堆积密度ρ0＇为：

ρ0＇

=m/V0＇（㎏/m3）………..(c)式中：m—材料的质量（kg）；V0’—材料的堆积体积，包括颗粒体积和颗粒之间空隙的体积（m3）。

取决于材料堆积的疏密程度。V0＇用容量筒测量。二密实度与孔隙率

密实度和孔隙率两者之和为１，两者均反映了材料的密实程度。土木工程材料的许多性质都与材料的致密程度有关，这些性质除取决于孔隙率的大小外，还与孔隙特征有关。1、密实度：指材料体积内被固体物质所充实的程度。材料的密实度D（Density）为：2、孔隙率：指材料中孔隙体积占总体积的百分率。材料的孔隙率P(

Porosity

)为：……….(e)或……….(d)开口孔隙率闭口孔隙率开口孔隙封闭孔隙片状孔隙尖角孔隙球状孔隙固体物质三材料的填充率与空隙率1、填充率：散粒材料在堆积体积下，被其颗粒填充的程度。2、空隙率：指散粒材料颗粒之间的间隙占其堆积体积的百分率。填充率和空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。可用来控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。……….(f)材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，分为：能被水润湿—亲水性，润湿边角θ≤900

不能被水润湿—憎水性，润湿边角θ>900

一材料的亲水性与憎水性2.1.3材料与水有关的性质

θ固液气憎水性θ固液气亲水性亲水性与憎水性材料的特征：材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：有机材料一般是憎水性，无机材料一般是亲水性。

水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。二材料的吸水性与吸湿性1、吸水性材料与水充分接触吸收水分的性质，称为材料的吸水性。吸水率：

质量吸水率体积吸水率吸(含)水率增大，对材料的许多性质有不良影响：

——如容重增加、体积膨胀、导热（系数）性增大，强度及抗冻性下降等。2、吸湿性

指材料在潮湿空气中吸收空气中水分的性质。平衡含水率：材料中的水分与空气湿度达到平衡时的含水率叫做平衡含水率。三材料的耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力称为耐水性。指标：软化系数fb---材料饱水状态抗压强度，MPafg---材料干燥状态抗压强度，MPa注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。KR≥0.85时为耐水材料。一般结构，材料的软化系数KR≥0.75；重要结构，材料的软化系数KR≥0.85。四材料的抗渗性（1）渗透系数渗透系数：透水量：Ks的意义：渗透系数越小，表明抗渗性能越好。抗渗性：抵抗压力水渗透的性质（2）抗渗等级Pn：表示能抵抗渗透的最大水压力。

AdH例:P6—表示试件能抵抗的最大水压力为0.6MPa.

混凝土及砂浆的抗渗性常用抗渗等级表示，共P4、P6、P8、P10、P12五个等级。

五抗冻性材料在冻融循环作用下，保持其原有性质的能力。冻融循环：在－15℃冻结，20℃的水中融化，这样的过程为一次冻融循环。结构材料的抗冻性用抗冻等级表示。如F25、F50、F100、……表示材料经25、50、100次冻融循环后仍能满足质量损失≯5％，强度下降≯25％的要求。影响材料抗冻性的因素：1、材料的孔隙构造和孔隙率2、孔隙的充水程度3、材料自身的强度式中

λ-导热系数，Ｗ／（m·Ｋ）；

Ｑ－传导的热量，Ｊ

ｄ-材料厚度，m；

A-热传导面积，m2

t-热传导时间，s；

（T1-T2）-材料两面温度差，KAT2T1Q2.1.4材料与热有关的性质材料两侧存在温差时,热量由一侧传至另一侧的性质1.导热性愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝热性能愈好。工程界将0.23W/(m•k)的材料，称为绝热材料，或节能材料式中

C－材料的比热，J/（kg·K）

Q－材料吸收或放出的热量(热容量),J

m－材料质量，kg

t2-t1－材料受热或冷却前后的温差，K2.热容量和比热

材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的热量称为比热容。建筑物的围护结构宜选用—比热容大、导热系数小的材料。常用土木工程材料的热工性质指标材料名称导热系数W/(m·K)

比热J/(g·K)钢550.46铜3700.38花岗岩2.90.8普通混凝土1.8

0.88普通粘土砖0.550.84粘土空心砖0.64

0.92松木0.151.63泡沫塑料0.031.30冰2.302.05水0.584.19静止空气0.0251.00孔隙对材料性质的影响

某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，见图1-2。请问选择何种材料？孔隙率对材料导热性质的影响

某工程顶层屋面欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，见图1。请问选择何种材料？图材料剖面

AB2.2.1材料的强度材料强度----材料抵抗外力破坏的极限能力(1)抗拉、抗压、抗剪强度f=Fmax/A

(2)抗弯强度（抗折强度）

单点加荷

三分点加荷

2.2材料的力学性质

f=F

max/A混凝土路面砖抗压强度试验混凝土路面砖抗弯强度试验比强度

材料的抗拉强度与材料表观密度

之比叫做比强度。

常用建筑材料的比强度（N·m/kg）：低碳钢—0.045普通混凝土—0.017松木（顺纹抗拉）—0.2粘土砖—0.006玻璃钢—0.2252.2.2弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复到原来形状的性质称为弹性，而这种完全恢复的变形称为弹性变形；外力取消后仍保持变形后的形状尺寸，并且本身无裂缝产生的性质称为塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。

指标：弹性模量

意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料越不易变形，即抵抗变形的能力越强。弹塑性材料的变形曲线1、脆性当外力达到一定程度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形。

玻璃、混凝土、石材2.2.3脆性与韧性抗压强度比抗拉强度高八倍以上；脆性材料特征适合作受压构件,不适合作受拉构件；不适合承受冲击、振动荷载；

2、韧性定义——材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。韧性材料特征（1）变形大，特别是塑性变形大，破坏前有明显预兆；

（2）抗拉强度与抗压强度接近。抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的韧性

静荷载——作用时不产生加速度的荷载。如结构自重；

动荷载——作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载；2.2.4硬度和耐磨性1.硬度－指材料表面的坚硬程度，是抵抗其他物体刻划、压入其表面的能力。测定方法：刻划法、压入法。

刻划法按照他们的软硬程度分为十级