土木工程材料第一章材料的基本性质

第1章土木工程材料的基本性质第一节材料的组成、结构和构造第二节材料的基本物理性质第三节材料的基本力学性质第四节材料的耐久性第一节材料的组成、结构和构造一、材料的组成化学组成：-----是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。-----金属材料常以各化学元素含量表示-----无机非金属材料常以各氧化物含量表示-----有机材料常以各化合物的含量表示矿物组成：

矿物是指具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。

矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。它是决定无机非金属材料化学、物理、力学等性质的重要因素。

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。

相组成：指材料中结构相近、性质相同的均匀部分。

如混凝土是多相材料二、材料的结构与构造宏观结构亚微观结构（显微或细观结构）微观结构第一节材料的组成、结构和构造1、宏观结构（构造）

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。精细结构肉眼1、宏观结构（构造）材料的宏观结构及其相应的主要特征宏观结构（构造）的分类按孔隙特征分按孔径分按构成形态分宏观结构（构造）的分类按孔隙特征分按孔径分按构成形态分致密结构多孔结构微孔结构宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分粗大孔隙结构细小孔隙结构极微细孔隙结构宏观结构（构造）按孔隙特征分按孔径分按构成形态分聚集结构纤维结构层状结构散粒结构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。

该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。光学显微镜下的影像光学显微镜3、微观结构

指通过电子显微镜、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10-7-10-10m。扫描电子显微镜下的影像扫描电子显微镜微观结构常见材料主要特征

有固定的几何外形和熔点，部分晶体的硬度、强度较高微观结构晶体

原子、离子或分子按一定规律排列

金刚石、石英、石膏、石灰岩、钢、铁及部分有机化合物。无固定的几何外形和熔点，强度、化学稳定性、导热性较差非晶体

原子、离子或分子以共价键、离子键或分子键结合，但为无序排列（短程有序，长程无序）

玻璃、粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰晶体非晶体（玻璃体）胶体溶胶结构凝胶结构：干凝胶

材料的构造：材料结构单元的搭配与组合第二节材料的基本物理性质一、材料的密度、表观密度、堆积密度二、密实度、孔隙率三、填充率、空隙率四、与水有关的性质一、材料的密度、表观密度、堆积密度

密度表观密度堆积密度视密度一、材料的密度、表观密度、堆积密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

（kg/m3）

式中：——密度(g/cm3、kg/m3)

m——材料的干质量，kg。

v——材料在绝对密实状态下的体积，m3。

测定方法：用李氏瓶法、排水法、几何法测体积，天平称干重。

密度表观密度堆积密度视密度一、材料的密度、表观密度、堆积密度

块体材料包括封闭孔隙在内的单位体积的质量。

式中：

′——表观密度，kg/m3。

m——材料的质量，kg。v′——包括封闭孔在内的体积，m3。测定：用排液法、排水法或几何法。密度表观密度堆积密度视密度一、材料的密度、表观密度、堆积密度

材料在自然状态下单位体积的质量。

式中：

。—表观密度，kg/m3。

m—材料的质量，kg。

V。—材料在自然状态下的体积，m3。测定：封闭开口孔隙后，用排液法或几何法测体积。

密度表观密度堆积密度视密度一、材料拘的密度、倘表观密度姑、堆积密靠度散粒材料殿在堆积状培态下单位疑体积的质痛量。（kg/m3）式中：—堆积密柱度m—材料的质痰量，kg。—材料在堆早积状态下沃的体积肢，m3。用容器挠法测定缓体积。材料的检密度表观密度堆积密禾度视密度二、密实紧度、孔隙供率1、密状实度：是指材料索体积内被贞固体物质横充实的程朋度。关系：D+稀P逮=12、孔隙富率：是指材料另体积内孔呈隙体积所躺占的比例推。孔隙特征努：有开口孔锡与封闭孔艰、粗孔与隐细孔之分魔，孔隙率防大小、孔涝隙特征与锤材料的强贱度、抗渗劝性、抗冻兄性和导热霜性等直接滤相关。材料孔隙电率示意图三、填况充率、株空隙率1、填充达率：是指散嘱粒材料以在某堆剃积体积郊中，被前其颗粒葱填充的宁程度。2、空孔隙率：是指散粒册材料在某学堆积体积音中，颗粒志间的空隙汪体积所占冷的比例′′关系：空隙率成大小反锯映散粒评材料颗扮粒相互赛填充的龙密实程描度材料空隙团率示意图四、与水猴有关的性详质1、亲雹水性和肤憎水性2、吸水注性和吸湿忙性3、材影料的耐肉水性4、材钓料的抗没渗性5、材柜料的抗听冻性6、材姑料的导江热性1、亲水汉性和憎水障性a、亲水性材诱料争90朽º惕亲水填性=挺0桨º萝完全览润湿b、憎水性材明料>冷90切º再憎水芝性=劣18屠0º快完全腐不润湿润湿角(揭接触角)：是气、迷固、液养三相的宇交点沿券液面切室线与液府相和固快相相接块触的方尼向所成泻的角。产生的原形因：是由水分菠子和固体纲材料表面纱之间的相撞互作用不尺同引起的棒。a、当水分子浮的内聚力霸<水松分子与固赖体分子间检的吸引力吴时,材料很表现为亲扇水性。b、当水分子挑的内聚力租>水悬分子与固院体分子间矛的吸引力虽时,材料坡表现为憎过水性。2、吸掘水性和站吸湿性⑴吸水性悔：材料与恶水接触欢吸收水制分的性鱼质。含水率：材料中绵含水的兴质量与宰干燥状件态下质狗量之比棒。质量吸水篮率：材料在水旺中吸水达止到饱和时赴的含水率岗。体积吸水座率：材料吸水坐达到饱和乏时，吸入羽水的体积毛占材料自渗然状态下训体积的百狭分率。吸水性大糊小与其内甚部孔隙率硬大小及孔烂隙特征有磨关。⑵吸湿性删：材料在潮恰湿空气中变吸收水分逢的性质。平衡含水晃率：材料与空甩气湿度达贞到平衡时热的含水率略。3、材料锯的耐水性是指材呼料长期半在饱和辉水作用影下，而非不破坏菌，其强捷度也不直显著降狐低的性醋质。用软化系数KR表示。材料吸够水饱和佩状态下勤的抗压雅强度f(MP稼a)KR=————恐————佩————像————材料干燥墨状态下的图抗压强度f0(MPa听)通常，KR=0～1，当KR>0.8框5时，为耐乓水性材料窑；受水浸泡关或处于潮廉湿环境的弯建筑物，状则必须选宿用KR>0.落85的材料建阿造。4、材绿料的抗触渗性材料抵柴抗压力亩水渗透雅的性质箱。用渗灶透系数浪表示：式中QdK—渗透系数穴，cm/顷h；锁A—透水面桌积，cm2；K=铃——Q—透水量钢，cm3；固t—时间，h；AtHd—试件厚培度，cm；荡H桑—静水压力存水头，cm。对混凝土缓和砂浆，适常用抗渗嘉等级来表诊示：S=湾10潜H-1式中：S—抗渗等挽级；H—试件开始镰渗水时的览水压力。抗渗性能强与材料内惠部孔隙率抬大小及孔促隙特征有争关，抗渗科等级愈高茄，抗渗性酷能愈好。5、材搂料的抗舅冻性指材料在咐水饱和状击态下，能筑经受反复非冻融循环句而不破坏充的性能。辞用冻融循蔑环次数表痕示6、材喇料的导吃热性当材料矮两面存哑在温差遭时，热狐量从材存料的一疮面通过殊材料传警导到材例料的另内一面的都性质。服用热导蛋率（导届热系数故）表示居。材料的照抗冻性内、导热扒性均与防材料内卫部结构合的孔隙漂率大小志及孔隙掏特征有拣关。第三节三材料的杀基本力神学性质一、材梅料的理海论强度二、材欧料的强科度三、弹性坟和塑性四、脆性雨和韧性一、材料每的理论强毙度材料的理茫论抗压强顿度可表示殿为：式中：ft-疑-理论抗压止强度；E--纵向弹蛮性模量扛；--单位表党面能；d--原子间的创距离。而材料的版实际强度唐往往远小辩于其理论扰强度，主彩要是由于姜材料内部较构造的不赞均匀及缺庆陷造成的淘。二、材纹料的强富度强度：指材料翼受外力坏作用下，抵苦抗破坏划的能力。有抗压站强度、抗迎拉强度、疮抗弯强度奴、抗剪强票度等。比强度：单位体积独质量材料号所具有的共强度影响因素枯：1、内因：指组成哈、结构件的影响郊。2、外因：包括试件污尺寸和形废状、加荷边速度、环丈境温湿度疑等因素。三、弹偏性和塑株性1、弹性：材料在外抢力作用下瞧产生变形邻，当外力掏取消后，酬能够完全订恢复原来旬形状的性敌质。这种半完全恢复划的变形称洒为弹性变维形（或瞬肉时变形）条。如低应活力下的钢箩材等2、塑性：材料在浪外力作铜用下产码生变形魂，如果充外力取僚消后，半仍能保宴持变形兔后的形土状和尺献寸，并缩慧且不产如生裂缝旅的性质孕。这种楼不能恢五复的变鼠形称为供塑性变幼形（或址永久变痰形）。四、脆落性和韧波性1、脆性肿：当外力弊达到一早定限度渡后，材川料突然若破坏，培而破坏创时并无边明显的池塑性变倘形的性干质。如共玻璃、趟石材等2、韧性既（冲击韧国性）：在冲击窜、震动哄荷载作鞠用下，躺材料能陕够吸收盲较大的赵能量，炊同时也能能产生倦一定的任变形而奋不致破长坏的性皇质。如颠钢材、睛木材等荷载变形弹塑性材料的变形曲线脆性材料的变形曲线变形荷载AA图堂示第四节乡丰材料的泻耐久性指材料胶在长期届使用过速程中，溉抵抗其椅自身环拨境因素色长期破喇坏作用省，保持由其原有屯的性能端而不变辞质、不爪破坏的沫能力。材料的耐极久性可有该多项指标蛋表示。它牢是一个极滑其复杂的洪问题，受送物理、化守学、生物付等多种因锤素影响，脊同时它也罢是一项综全合性质。思考题主与作业1.当某一仆建筑材滤料的孔络隙率增卵大时，员下表内固的其它斗性质将怖如何变彻化？（↑增大兰，↓下律降，—不变，？惕不定）孔隙率密度表观密度强度吸水率抗冻性导热性↑2.烧结普通鸟砖进行抗沫