土木工程材料 第二章 材料的基本性质

土木工程材料第2章材料的基本性质2材料的基本性质物理性质*光学性质*电学性质*声学性质力学性质耐久性：抗冻、抗化学侵蚀性……与水有关的性质与材料构造有关的性质热工性质强度变形性抗冲击性表面性质质感光泽透明度形态（线型）*装饰性2.1

材料的组分、结构与构造化学成分1.组分矿物成分氧化物

碱和酸性氧化物化合而成

影响材料的各种性能3微观组织同种材料的不同状态晶体结构非晶体结构胶体结构2.结构4

质点原子原子晶体共价键离子离子晶体离子（金属）键分子分子晶体分子键（范得华力）(1)

晶体结构5(2)

非晶体结构:具有潜在活性(3)胶体结构

液体（分散介质）胶粒

溶胶（流体）

凝胶（半固体）胶粒吸附触变性：流动性半固体不影响后期性质结合力为范得华力6宏观组织同种材料的

不同状态层状、片状纤维状致密状多孔状3.构造7致密构造大理岩的致密表面8加气混凝土砌块多孔构造纤维构造竹的纤维构造9层状构造胶合板的层状构造散粒构造陶粒的粒状构造102.2材料的基本物理性质11一、与材料构造有关的性质（一）不同体积状态下密度12密度类别符号表达式体积状态(真实)密度ρρ=m/V①绝干状态②绝对密实视密度ρˊρˊ=m/Vˊ①绝干状态②含闭口孔隙、不含开口孔隙表观密度ρ0

ρ0=m/V0①自然状态②含闭口、开口孔隙堆积密度ρ0ˊρ0ˊ=m/V0ˊ①自然堆积状态②含闭口、开口孔隙③含颗粒间的空隙各种密度之间的大小关系？13（二）材料的孔隙率与空隙率1、材料的孔隙率、密实度、孔隙特征

1）孔隙率2）密实度其中，143）孔隙特征

a.孔尺寸：细孔、微孔、大孔

b.连通性：连通孔、孤立孔

c.孔种类：开口孔、闭口孔4）孔隙率（或密实度）、孔隙特征在工程中的作用

a.影响材料的性质

b.通过改变孔隙率和孔物征改善材料性能152.

材料的空隙率

1）空隙率2）填充率163.影响材料孔隙特征的因素

内因：组成和结构

外因： 1）加工工艺

2）性能17二、材料与水有关的性质（一）亲水性（材料）与憎水性（材料）润湿角（接触角）：θ亲水性：材料与水之间的分子亲合力大于水本身分子间的内聚力θ≤900憎水性：材料与水之间的分子亲合力小于水本身分子间的内聚力θ＞90018（二）材料的含水状态（a）干燥状态；（b）气干状态；（c）饱和面干状态；（d）湿润状态19（三）材料的吸水性与吸湿性

1、吸水性：

1）概念：材料在水中吸收水的性质。

2）表示方法：吸水率，材料吸水达到饱和状态时的含水率。203）影响材料吸水性的因素材料的亲、憎水性材料的孔隙率材料的孔隙特征4）吸水性大小对材料性能的影响表观密度导热性强度及耐久性212、吸湿性：

1）概念：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。

2）表示方法：含水率3）影响材料吸湿性的因素4）吸湿性大小对材料性能的影响平衡含水率？

22（四）耐水性1．耐水性：材料长期在水作用下不破坏、强度不显著降低的性质。即材料抵抗水破坏的能力。2．

软化系数：

3．影响材料耐水性的因素KR——软化系数fb——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一般规定KR>0.85为耐水材料钢材粘土石膏混凝土木材23（五）抗渗性1．抗渗性：材料抵抗压力水、油等液体渗透的能力。2．渗透系数水工建筑物、地下建筑物、防水工程243．抗渗等级-Sn，或Pn

4．影响材料抗渗性的因素

1）材料本身的亲水或憎水性能

2）材料的孔隙率

3）材料的孔隙特征水工建筑物、地下建筑物、防水工程25（六）抗冻性

1．抗冻性：材料在使用环境中能经受多次冻融循环作用而不破坏、强度也不明显降低的性质，即材料抵抗冻害的能力。2．抗冻等级-Fn

n--循环次数3．影响材料抗冻性的因素

1）材料本身的强度大小

2）材料的充水程度（水饱和度）

3）材料的孔隙率、孔隙特征

4）外界环境条件三、材料与热相关的性质26（一）材料的导热性

1.导热性：材料传递热量的能力。

2.导热系数：

λ将λ≤0.15W/(m•k)的材料称为绝热材料。273．影响材料导热性的因素

1）材料本身的组成

2）材料的构造孔隙率孔隙特征3）外界的温度

4）外界的湿度材料导热性——建筑物隔热、保温目前技术水平下常用的保温材料？28（二）热容量1.热容量（性）：材料受热时吸收热量和冷却时放出热量的性质。2.比热（热容量系数），C：3.影响因素 1）化学组成 2）所处状态材料的热容量对保持室内的温度有很大意义。热容量高的材料，能对室内温度起调节作用。29（三）热变形性

1．热变形性：材料的尺寸随温度变化的性质

2．线膨胀系数，α线膨胀系数对于复合材料而言，是一个非常重要的参数。如钢筋混凝土30四．声学性质

（一）吸声性能

1.吸声性：材料吸收声波的能力。

2.吸声系数，α

平均吸声系数>0.2为吸声材料。（二）隔声性能材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比。2.3材料的基本力学性质31材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。

材料的力学性质

强度抗压强度抗拉强度抗剪强度抗弯（折）强度弹性变形塑性变形弹、塑性变形

变形性抗冲击性——韧性、脆性表面性能——耐磨性、硬度32一.强度强度的定义：材料在外力（荷载）的作用下抵抗破坏的能力。（一）理论强度（二）实际强度

L——理论抗拉强度（Pa）E——弹性模量（N/m2）r——固体表面能（J/m2

）d——原子间距离（m，平均为2×10-10m）331．抗压、抗拉、抗剪强度342.抗折强度352．影响材料强度的因素内因：化学组成、微观结构、宏观结构外因：温、湿度，试件尺寸，加荷速度，试件表面状况3．强度等级划分强度等级的意义：对生产者——生产中控制质量的依据。对使用者——便于合理选材、正确用材、保证工程质量。4．

比强度比强度=36环箍效应37二、材料的变形性

（一）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，这种能够完全恢复的变形称为弹性变形。38（二）塑性变形材料在外力作用下产生变形，当外力取消后仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质称塑性，这种不可恢复的变形称为塑性变形。39（三）弹塑性变形40(a)Elastic-plastic(general)(b)Elastic-perfectlyplastic(c)Elastic-plasticwithstrainhardening弹塑性理想弹塑性弹塑性(应变硬化)41三、材料的脆性与韧性（一）

脆性脆性：材料受外力作用，当外力达到一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形称为脆性变形。混凝土、岩石、玻璃……42（二）韧性1.冲击韧性：材料在受冲击或振动荷载作用下，吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。用冲击韧性指标，αk，来评价。43concreteSFRCECC442.弯曲韧性：材料在受弯曲荷载作用下，吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。钢纤维混凝土、钢材……45（一）硬度：材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。

1、刻划法

2、压入法（二）

耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力2.4材料的耐久性46一．耐久性材料在各种环境因素作用下，能经久不变质、不破坏、长久地保持其使用性能的性质。二．影响材料耐久性的因素内因：材料组成、结构……外因：环境因素-物理作用、化学作用、生物作用……三．耐久性的考察47四．提高材料耐久性的意义

1．节约材料

2．保证建筑物长期正常使用

3．减少维修费用

4．延长建筑物寿命48

冻融破坏的原因

（1）冰冻对材料的破坏作用（2）水压力作用（3）显微析冰作用材料的抗冻性严寒地区道路、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49抗冻性吸水饱和程度抵抗结冰破坏能力冻结速度冻结温度冻融频繁程度抗冻性：材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。变形能力强度软化系数孔隙特征封闭孔连通孔粗大孔