《土木工程材料》 课件 第二章 土木工程材料的基本性质

土木工程材料的基本性质第二章目录01材料的组成与结构02材料的基本性质03材料的力学性质04材料的耐久性学习目标的速度入文字1.了解材料的物理性质，力学性质的相关概念，表示方法及影响因素。2.了解土木工程材料的密度，与水有关的性质，强度，弹性，黏性与塑性。3.了解对砂石的表观密度，堆积密度，吸水率和含水率进行检测。案例引入的速度入文字土木工程涉及范围极为广泛，在土木工程建造过程中，如何选择适宜的土木工程材料，不仅需要考虑工程性质，使用环境和结构部位，还要考虑耐久性和成本等诸多因素。因此，认识和熟悉土木工程材料，首先应了解土木工程材料的基本性质，如结构材料的力学性质和耐久性，以及围护材料的防水防潮.隔声吸声和保温隔热等功能。案例引入的速度入文字熟悉土木工程材料的基本性质，不仅有利于更好地理解胶凝材料，混凝土，墙体材料，金属和高分子材料等诸多材料的性能特点，也有利于更好地将土木工程材料教材中的诸多知识点融会贯通，如结构材料必须具备良好的力学性质；墙体材料应具备良好的保温隔热性能，隔声吸声性能；屋面材料应具备良好的抗渗防水性能；地面材料应具备良好的耐磨损性能等等，从而更容易掌握土木工程材料繁杂的知识点。01材料的组成与结构的速度入文字材料的组成包括材料的化学组成、矿物组成和相组成。它不仅影响材料的化学稳定性，而且也是决定材料物理及力学性质的重要因素。2.1.1材料的组成化学组成矿物组成相组成的速度入文字化学组成指构成材料的基本化合物或化学元素的种类和数量。当材料与外界自然环境及各类物质相接触时，它们之间必然要按照化学变化规律发生作用，如木材的腐蚀.钢材的锈蚀等材料有关这方面的性质都是由材料的化学组成决定的。2.1.1材料的组成1.化学组成2.1.1材料的组成的速度入文字无机非金属材料中具有特定的晶体结构和特定的物理力学性能的组织结构称为矿物。矿物组成指构成材料的矿物种类和数量。材料中的天然石材.无机胶凝材料等，其矿物组成是决定材料性质的主要因素。例如，硅酸盐类的水泥主要由硅酸钙.铝酸钙等熟料矿物组成，决定了水泥易水化成碱性凝胶体具有凝结硬化的性能，同时当水泥所含的熟料矿物不同或含量不同时又可形成各种不同性质的水泥。2.矿物组成的速度入文字材料中具有相同物理.化学性质的均匀部分称为相。凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。土木工程材料大多数是多相固体，可看作复合材料。例如，混凝土可认为是骨料颗粒（骨料相）分散在水泥浆基体（基相）中所组成的两相复合材料。两相之间称为界面，即“界面相”，影响这类材料的主要因素是原材料的品质及配合比例。由胶凝材料.粗骨料.细骨料.水及其他外加剂或掺合料组成的。2.1.1材料的组成3.相组成2.1.1材料的组成的速度入文字复合材料的性质与其构成材料的相组成和界面特性有密切关系。所谓界面是指多相材料中相与相之间的分界面。在实际材料中，界面是一个各种性能尤其是强度性能较薄弱的区域，它的成分和结构与相内的部分是不一样的，可作为“相界面”来处理。因此，对于土木工程材料，可通过改变和控制其相组成和界面特性来改善和提高材料的。3.相组成的速度入文字材料的结构和构造是决定材料性质的重要因素。材料的结构可分为:2.1.2材料的结构细观结构微观结构宏观结构的速度入文字宏观结构是指用肉眼或放大镜就可分辨的毫米级组织。有以下四个分类：2.1.2材料的结构1.宏观结构致密结构多孔材料纤维结构层状结构的速度入文字具有致密结构的材料可以看作为无孔隙的材料，如钢材.玻璃.塑料.致密天然石材等，这类材料强度和硬度高.吸水性小.抗冻性和抗渗性好。2.1.2材料的结构1.宏观结构(1）致密结构多孔材料是指材料内部有分布较均匀的孔隙，孔隙率高。例如，加气混凝土.泡沫塑料.烧土制品.石膏制品等。这类材料质量轻.保温隔热.吸声隔声性能好。(2）多孔材料2.1.2材料的结构1.宏观结构的速度入文字材料内部质点排列具有方向性，其平行纤维方向.垂直纤维方向的强度和导热性等性质具有明显的方向性，即各向异性，如木材.石棉.玻璃纤维.钢纤维混凝土等。（3）纤维结构天然形成或用人工黏结等方法将材料叠合而成层状的材料结构，如胶合板.纸面石膏板.蜂窝夹心板.各种节能复合墙板等。这类结构能提高材料的强度.硬度.保温及装饰等性能，扩大材料使用范围。（4）层状结构的速度入文字细观结构是指用光学显微镜能观察到的微米组织，如分析金属材料的金相组织，观察木材的木纤维、导管、髓线、树脂道等组织，以及观察混凝土内的微裂缝等。材料内部各种组织的性质各不相同，这些组织的特征.数量.分布及界面之间的结合情况等，都对材料性质有重要的影响。2.1.2材料的结构2.细观结构（亚微观结构）的速度入文字微观结构是材料的极小尺度结构，定义为材料制备表面的结构，如放大25倍以上的光学显微镜所显示的。材料（如金属、聚合物、陶瓷或复合材料）的微观结构可以强烈影响物理性能，如强度.韧性.延展性.硬度.耐腐蚀性.高/低温行为或耐磨性。这些特性反过来决定了这些材料在工业实践中的应用。2.1.2材料的结构3.微观结构的速度入文字材料在微观结构层次上可分为晶体、玻璃体、胶体。2.1.2材料的结构3.微观结构晶体胶体玻璃体2.1.2材料的结构3.微观结构的速度入文字晶体是质点（离子、原子、分子）在空间上按特定的规则呈周期性排列时所形成的。晶体具有特定的几何外形，各向异性，固定的熔点和化学稳定性等特点。根据组成晶体的质点及化学键的不同可分为：(1）原子晶体:中性原子以共价键结合而成的晶体。其强度.硬度.熔点均较高，而密度小，如石英等。(2）离子晶体:正负离子以离子键结合而成的晶体。其强度.硬度.熔点也较高，密度中等，不耐水，如石膏等。1）晶体的速度入文字(3）分子晶体:以分子间的范德华力即分子键结合而成的晶体。其强度.硬度.熔点较低.密度小，如有机化合物等。(4）金属晶体:以金属阳离子为晶格，由自由电子与金属阳离子间金属键结合而成的晶体。其强度.硬度变化大，密度大，如钢材等。2.1.2材料的结构3.微观结构1）晶体2.1.2材料的结构3.微观结构的速度入文字晶体材料在外力作用下具有弹性变形的特点，但因质点的密集程度不同而具有许多滑移面，当外力达到一定限度时，则易沿着滑移面产生塑性变形。1）晶体的速度入文字晶体内质点的相对密集程度，质点间的结合力和晶粒的大小，对晶体材料的性质有着重要的影响。以碳素钢材为例，因为晶体内的质点相对密集程度高，质点间又以金属键联结，其结合力强，所以钢材具有较高的强度，较大的塑性变形能力。若再经热处理使晶粒更细小、均匀，则钢材的强度还可以提高。又因为其晶格间隙中存在有自由运动的电子，所以使钢材具有良好的导电性和导热性。2.1.2材料的结构3.微观结构2.1.2材料的结构3.微观结构的速度入文字具有一定的化学成分的熔融物质，经急冷，使质点来不及按一定的规则排列，便凝固成固体，即得玻璃体。玻璃体的特点：无一定的几何外形，无熔点而只有软化现象，各向同性，化学性质不稳定等，如水淬粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等均属玻璃体。在一定的条件下，具有较大的化学潜能，因此，大量用做硅酸盐水泥的掺合料，改善其性能。2）玻璃体的速度入文字物质以极微小的质点（粒径为1～100μm）分散在连续相介质中形成的分散体系称为胶体。胶体的总表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，所以具有较强的黏结力。胶体由于脱水作用或质点的凝聚而形成凝胶，凝胶具有固体的性质，在长期应力下，又具有黏性液体流动的性质，如水泥水化物中的凝胶体。2.1.2材料的结构3.微观结构3）胶体2.1.3材料的构造的速度入文字材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。构造概念与结构概念相比，更强调了相同材料或不同材料的搭配组合关系。例如，节能墙板就是具有不同性质的材料经特定组合搭配而成的一种复合材料，使其具有良好的保温隔热、吸声隔声、防火抗震等性能。的速度入文字按孔隙的大小,可将材料的孔隙分为微小孔隙、细小孔隙（毛细孔）、粗大孔隙等。对于无机非金属材料,孔径小于20nm的微小孔隙,水或有害气体难以侵入,可视为无害孔。按孔隙形状可将材料的孔隙分为球形孔隙、片状孔隙（即裂纹）、管状孔隙、墨水瓶状孔隙、带尖角的孔隙等。片状孔隙、管状孔隙、带尖角的孔隙对材料性质的影响较大。按常压下水能否进入到孔隙中,将常压水可以进入的孔隙称为开口孔隙,而将常压水不能进入的孔隙称为闭口孔隙。另外,开口孔中有些孔不仅与外界相通,而且彼此贯通,称为连通孔。开口孔隙对材料性质的影响较闭口孔隙大,往往使材料的大多数性质降低（吸声性除外）。2.1.4材料的孔隙1.孔隙的分类的速度入文字孔隙特征是指材料内部孔隙的大小、形状、分布、连通与否等构造上的特征,对材料的物理、力学性质均有显著影响。一般情况下,材料的孔隙率越大,则材料的表观密度、堆积密度、强度均越小,耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐水性及其他耐久性越差,而保温性、吸声性、吸水性与吸湿性等越强。2.1.4材料的孔隙2.孔隙特征对材料性质的影响02材料的基本性质的速度入文字体积是物体所占有的空间尺寸大小，其度量单位通常以cm3或m3表示。依据不同的结构状态，材料的体积可以采用不同的参数来表示。材料在绝对致密状态下的体积，或材料内不包括孔隙时的体积，并以Ｖ表示。自然状态下，除严格控制条件下生产的钢材、玻璃等少数材料可视为绝对密实状态，绝大多数材料并非绝对密实，其密实体积也难以直接测定。测定有孔隙材料的密度时，通常将材料磨成一定细度的粉末，干燥至恒重后用李氏瓶测定其体积。2.2.1材料的体积1）材料的密实体积的速度入文字整体材料（包括内部孔隙）的外观体积，并以V0表示。外形规则且表面平整材料的表观体积，可直接以尺度量后用体积公式计算求得；外形不规则材料（图2-1（a））的表观体积，常用排水法（或排油法）来测定。2.2.1材料的体积2）材料的表观体积的速度入文字颗粒材料堆积状态下的总体外观体积，并以V´0表示。颗粒材料的堆积体积中既包含颗粒内部的孔隙，也包含颗粒间的间隙体积（图2-1（b））。堆积体积可以通过测量其所占有容器的容积，或通过测量其规则堆积形状的几何尺寸计算求得。2.2.1材料的体积3）材料的堆积体积的速度入文字根据上述定义可知，材料的密实体积仅取决于其微观或细观结构，而与宏观结构无关；材料的表观体积则与其宏观组成结构有关；堆积体积不仅与材料内部的微观结构、细观结构、宏观结构有关，而且还与其颗粒间相互填充与接触的程度有关。2.2.1材料的体积的速度入文字密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。按下式计算:2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度1.密度（2-1）

的速度入文字材料在绝对密实状态下的体积，指不包括材料孔隙在内的体积。钢材、玻璃等少数密实材料可根据外形尺寸求得体积，按上式求得密度。大多数有孔隙的材料，在测定材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后用李氏瓶测定其体积。材料磨得越细，测得的密度数值就越精确。砖、石等块状材料的密度即用此法测得。2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度1.密度的速度入文字表观密度是指材料单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）的质量，也称视密度。按下式计算：2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度2.表观密度（2-2）

的速度入文字多孔材料内部的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙。在测量表观密度时，可以直接采用排水法或水中称重法测出材料不含开口孔隙的体积，再按上式计算表观密度。2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度2.表观密度2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度的速度入文字体积密度是指材料在自然状态下单位体积（含材料实体及开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重。按下式计算：3.体积密度

（2-3）

的速度入文字外形规则的材料，可直接按外形尺寸计算出体积，按上式求得表观密度。外形不规则的材料可加工成规则外形后求得体积。当材料孔隙内含有水分时，其质量和体积均有所变化，故测定体积密度时，须注明其含水情况。干体积密度指材料在烘干状态下的测定值。2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度3.体积密度的速度入文字堆积密度是指散粒或粉状材料（如砂、石子、水泥等）在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度4.堆积密度

（2-4）

2.2.2材料的密度、表观密度与堆积密度的速度入文字测定散粒材料的堆积密度时，按一定的方法将散粒材料装入一定的容器中，则堆积体积为容器的容积。在土木工程中，材料的密度、表观密度与堆积密度，经常用来计算材料的用量，构件的自重、配料、运输、堆放等。4.堆积密度的速度入文字材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：2.2.3材料的密实度与孔隙率1.密实度（2-5）或（2-6）的速度入文字材料体积内，孔隙体积所占的比例按下式计算：2.2.3材料的密实度与孔隙率2.孔隙率（2-7）即D+P=1（或密实度+孔隙率=1）。2.2.3材料的密实度与孔隙率的速度入文字孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，它对材料的物理、力学性质均有影响。材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种。连通孔隙不仅彼此贯通且与外界相通，而封闭孔隙则不仅彼此不连通且与外界相隔绝。孔隙按尺寸又分为极微细孔隙、细小孔隙、较粗大孔隙。孔隙的大小及其分布特征对材料的性能影响较大。2.孔隙率

散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。按下式计算：2.2.4材料的填充率与空隙率1.填充率（2-8）

或的速度入文字散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。用下式计算:2.2.4材料的填充率与空隙率2.空隙率

（2-10）

2.2.4材料的填充率与空隙率的速度入文字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。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。常用材料的密度、表观密度、堆积密度及孔隙率见表2-1。(表2-1请见本书第13页)2.空隙率的速度入文字【例1】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：2.2.4材料的填充率与空隙率2.空隙率

的速度入文字

2.2.4材料的填充率与空隙率2.空隙率

2.2.5材料与水有关的性质的速度入文字材料在使用过程中，经常与水接触，如雨水、雪水、地下水、生活用水、大气中的水汽等。不同的固体材料表面与水之间作用的情况不同，对材料性质的影响也不同，因此要研究材料与水接触后的有关性质。的速度入文字下面将用以下四种有关的性质来讲解：2.2.5材料与水有关的性质材料的吸水性与吸湿性材料的亲水性与憎水性材料的抗冻性与抗渗性材料的耐水性的速度入文字材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性。具备这种性质的材料称为亲水性材料，例如砖、混凝土、木材等。2.2.5材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性1）亲水性材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性。具备这种性质的材料称为憎水性材料，例如石蜡、沥青等。2）憎水性的速度入文字材料的亲水性与憎水性可用润湿角θ来说明。当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交点处，作沿水滴表面的切线，该切线与固体、液体接触面的夹角称为润湿角θ。θ越小，表明材料越易被水润湿。实验证明，当润湿角θ≦90°时，这种材料称为亲水性材料，如图2-2（a）所示；当润湿角θ>90°时，这种材料称为憎水性材料，如图2-2（b）所示。(图2-2见本书第14页)2.2.5材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性2）憎水性的速度入文字这一概念也可应用到其他液体对固体材料的浸润情况，相应地称为亲液性材料或憎液性材料。大多数土木工程材料（如砖、瓦、砂、石、木材、钢材、玻璃等）都属于亲水性材料，沥青、石蜡、某些油漆、塑料等属于憎水性材料。2.2.5材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性2）憎水性的速度入文字材料在水中通过毛细孔隙吸收并保持水分的性质用吸水率表示，即2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性1）吸水性

（2-7）式中：W——材料质量吸水率（%）；

m——材料干燥状态下的质量（g）；

m1-——材料吸水饱和状态下的质量（g）。的速度入文字吸水性也可以用体积吸水率表示，即材料吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率。材料吸水率的大小主要取决于材料孔隙的大小和特征。孔隙率越大，吸水性越强。但因封闭孔隙水分不易渗入，粗大孔隙水分不易保留，故有些材料尽管孔隙率大，但吸水率却较小。只有孔隙连通而微小的材料，其吸水率才较大。2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性1）吸水性的速度入文字材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力用含水率表示，即2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性2）吸湿性

(2-12）式中：W含——材料含水率（%）；

m含——材料含水时的质量（g）；

m——材料干燥状态下的质量（g）。的速度入文字材料的吸湿性作用一般是可逆的，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。在一定的温度和湿度条件下，材料与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。木材的吸湿性特别明显，它能大量吸收水汽而增加质量、降低强度和改变尺寸。木门窗在潮湿环境往往不易开关，就是由于吸湿而引起的。保温材料吸收水分后将降低或丧失其性能，所以应特别注意采取有效的防护措施。2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性2）吸湿性

2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性

2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性

2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性

2.2.5材料与水有关的性质2.材料的吸水性与吸湿性

材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性,用软化系数表示,即2.2.5材料与水有关的性质3.材料的耐水性

（2-13）式中:KP——材料的软化系数；

fw

——材料在吸水饱和状态下的强度（MPa）；

f——材料在干燥状态下的强度（MPa）。

材料的软化系数在0~1的范围内。用于水中、潮湿环境中的重要结构材料,必须选用软化系数不低于0.85的材料；用于受潮湿较轻或次要结构的材料,则软化系数不宜小于0.70~0.85。通常软化系数大于0.85的材料称为耐水性材料。处于干燥环境的材料可以不考虑软化系数。花岗石长期浸泡在水中,强度下降3%,普通貓土砖和木材所受影响更为显著。根据建筑物所处的环境,软化系数成为选择材料的重要依据。2.2.5材料与水有关的性质3.材料的耐水性

【例2-3】某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174MPa、178MPa、165MPa,求该石材的软化系数,并判断该石材可否用于水下工程。【解】该石材的软化系数为2.2.5材料与水有关的性质3.材料的耐水性

该石材的由于软化系数为0.93,大于0.85,故该石材可用于水下工程

材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环作用而不被破坏,同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性,用抗冻等级表示。冰冻的破坏作用是由材料孔隙内的水分结冰而引起的。水分结冰时体积约增大9%,从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。抗冻等级表示材料经过的冻融循环次数,其质量损失、强度下降均不超过规定值。2.2.5材料与水有关的性质4.材料的抗冻性与抗渗性1）抗冻性的速度入文字材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性,用渗透系数表示,即2.2.5材料与水有关的性质（2-14）4.材料的抗冻性与抗渗性2）抗渗性

式中: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——渗水时间（h）；

H-——静水压力水头（cm）。

渗透系数越小，则表示材料的抗渗性越好。对于防潮、防水材料（如沥青、油毡、沥青混凝土、瓦等），常用渗透系数表示其抗渗性。对于砂浆、混凝土等材料，常用抗渗等级表示其抗渗性，即2.2.5材料与水有关的性质4.材料的抗冻性与抗渗性

（2-15）式中：P——抗渗等级；

H——试件开始渗水时的水压力（MPa）。2）抗渗性

抗渗等级越高，则表示材料的抗渗性能越好。材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有密切关系。孔隙率很低而且是封闭孔隙的材料具有较高的抗渗性能。对于地下建筑及水下构筑物，因为常受到压力水的作用，所以对材料的抗渗性有较高的要求。对于防水材料，则要求具有更高的抗渗性。材料抵抗其他液体渗透的性质也属于抗渗性。例如，对于储油罐，则要求材料具有良好的不渗油性。2.2.5材料与水有关的性质4.材料的抗冻性与抗渗性2）抗渗性

土木工程材料在满足强度和其他性能的基础上，还要考虑材料的热工性能，以保证室内温度在一定的温度范围内，为学习、生产和生活创造适宜的条件。材料与热有关的性质有以下四种：2.2.6材料与热有关的性质材料的导热性材料的热容量材料的耐燃性材料的耐火性的速度入文字材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即2.2.6材料与热有关的性质（2-16）1.材料的导热性

式中：λ——导热系数（W/（m.K））；

Q——总传热量（J）；

a-——材料厚度（m）；

A——热传导面积（m2）；

t——热传导时间（h）；

T2

—T1——材料两面温度差（K）。

材料的导热系数越大，其传导的热量就越多。影响材料导热系数的主要因素有材料的物质构成、微观结构、孔隙构造、温度、湿度和热流方向等。（1）物质构成。金属材料的导热系数最大，无机非金属材料次之，有机材料的导热系数最小。（2）微观结。相同化学组成的材料，结晶结构的导热系数最大，微晶结构次之，玻璃体结构的导热系数最小。2.2.6材料与热有关的性质1.材料的导热性

(3）孔隙构造。由于固体物质的导热系数比空气的导热系数大得多，一般来说，材料的孔隙率越大，导热系数越小。在孔隙率相近的情况下，孔径越大，孔隙相通将使材料导热系数有所提高，这是由于孔内空气流通与对流的结果。对于纤维状材料，导热系数还与压实程度有关。当压实到某一表观密度时，其导热系数最小，该表观密度称为最佳表观密度；当小于最佳表观密度时，材料内空隙过大，由于空气对流作用，导热系数将有所提高。2.2.6材料与热有关的性质1.材料的导热性

（4）温度。温度材料的导热系数随温度升高而增大。因此，绝热材料在低温下的使用效果更佳。（5）湿度。由于固体导热最好，液体次之，气体最差，因此，材料受潮会使导热系数增大，若水分结冰，材料导热系数会进一步增大，因为冰的导热系数比水的导热系数更大。为了保证保温效果，绝热材料要特别注意防潮。（6）热流。对于木材等纤维状材料，热流方向与纤维排列方向垂直时材料的导热系数要小于平行时的导热系数。2.2.6材料与热有关的性质1.材料的导热性

材料受热（或冷却）时吸收（或放出）热量的性质称为材料的热容量，用比热容表示，即2.2.6材料与热有关的性质2.材料的热容量

式中：C——材料比热容（J/（g.K））；

Q——材料吸收或放出的热量（J）

m——材料的质量（g）；

T2-T1——材料受热或冷却前后温差（K）。（2-17）

比热容指质量为1g的材料，当温度升高（或降低）1K时所吸收（或释放）的热量。比热容与材料质量之积称为材料的热容量值，它表示材料温度升高或降低1K所吸收或放出的热量。热容量值大的材料，其本身能吸入或储存较多的热量，对于保持室内温度有良好的作用，并减少能耗。材料中热容量最大的是水，其比热容C=4.19J/（g•K），因此蓄水的平屋顶能使室内冬暖夏凉。2.2.6材料与热有关的性质2.材料的热容量

建筑物失火时，材料能经受高温与火的作用不被破坏，强度不严重下降的性能，称为材料的耐燃性。根据耐燃性可将材料分为三大类：2.2.6材料与热有关的性质3.耐燃性

难燃烧类不燃烧类燃烧类

（1）不燃烧类：材料遇火遇高温不易起火，不阴燃，不碳化，如普通石材、混凝土、砖、石棉等。（2）难燃烧类：材料遇火遇高温不易起火、不阴燃或不碳化，只有在火源存在时能继续燃烧或阴燃，火焰熄灭后，即停止燃烧或阴燃，如沥青混凝土、经防火处理的木材等。（3）燃烧类：材料遇火遇高温即起火或阴燃，在火源移去后，能继续燃烧或阴燃，如木材、沥青等。2.2.6材料与热有关的性质3.耐燃性

材料在长期的高温作用下，保持不熔性并能工作的性能称为材料的耐火性，如砌筑窑炉、锅炉、烟道等的材料。按耐火性高低可将材料分为以下三类：2.2.6材料与热有关的性质4.耐火性耐火材料难熔材料易熔材料

（1）耐火材料：耐火度不低于1580节的材料，如耐火砖中的硅砖、钱砖、铝砖、铭砖等。（2）难熔材料：耐火度为1350~580节的材料，如难熔貓土砖、耐火混凝土等。（3）易熔材料：耐火度低于1350节的材料，如普通貓土砖等。2.2.6材料与热有关的性质4.耐火性

当声波传播到材料的表面时，一部分声波被反射，另一部分穿透材料，其余部分则传递给材料。对于含有大量连通孔隙的材料，传递给材料的声能在材料的孔隙中将引起空气分子与孔壁的摩擦和貓滞阻力，使相当一部分声能转化为热能而被材料吸收或消耗。2.2.7材料的吸声性能1.吸声性

隔声与吸声不同，不能简单地把吸声材料作为隔声材料使用。声波在建筑结构中的传播主要通过空气和固体来实现，因而隔声可分为隔空气声和隔固体声两种，两者隔声方法是不同的。隔声量R（又称传声损失）表示材料隔绝空气声的能力，是在标准隔声试验室内测出的，其单位为分贝（dB）。R越大，隔声效果越好。2.2.7材料的吸声性能2.隔声性

声能穿透材料和被材料消耗的性质称为材料的吸声性，评定材料的吸声性能好坏的主要指标称为吸声系数α，即2.2.7材料的吸声性能1.吸声性

（2-18）式中：Ea——穿透材料的声能；

Eτ——材料消耗的声能；

E0——入射到材料表面的全部声能；

E——被吸收的声能。吸声系数α值越大，表示材料吸声效果越好。03材料的力学性质

材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力，外力逐渐增加，应力相应地加大，直到质点间作用力不能够再承受时，材料即被破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等，如图2-3所示。（图2-3请见本书第20页）2.3.1材料的强度

材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算：2.3.1材料的强度1.材料的抗压、抗拉及抗剪强度

（2-19）式中：f——材料的强度（MPa）；

Fmax——破坏时最大荷载（N）；

A——受力截面面积（mm2）。

一般试验方法是将条形试件放在两支点上,中间作用一集中荷载,对于矩形截面试件,其抗弯强度按下式计算：2.3.1材料的强度2.材料抗弯强度（2-20）

式中：fm

——抗弯强度（MPa）；

Fmax——弯曲破坏时最大荷载（N）；

b,h——试件横截面的宽及高（mm）；

L——两支点间的距离（mm）。

另外的试验方法是在等跨度的试件三分点上作用两个相等的集中荷载,则抗弯强度按下式计算：2.3.1材料的强度（2-21）2.材料抗弯强度

式中：fm

——抗弯强度（MPa）；

Fmax——弯曲破坏时最大荷载（N）；

b,h——试件横截面的宽及高（mm）；

L——两支点间的距离（mm）。

材料的强度与组成、结构和构造有关。不同组成的材料具有不同的抵抗外力的特点。相同组成的材料的强度也会因结构及构造的不同而有较大的差异。例如,石材、砖、混凝土等非匀质材料的抗压强度较高,而抗拉及抗折强度却很低,因此多用于房屋的墙体和基础等承压部位。例如,木材内部为纤维结构,顺纹方向的抗拉强度高于横纹方向的抗拉强度,可按顺纹方向用作梁、屋架等构件。例如,钢材为匀质的晶体材料,其抗拉、抗压强度都很高,适合用作承受各种外力的结构和构件。常用材料的强度值见表2-2。(表2-2请见本书第20页)2.3.1材料的强度2.材料抗弯强度

材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,变形能完全消失的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形或瞬时变形。材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,仍保持变形后的形状,并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或永久变形。2.3.2材料的弹性与塑性

实际上,纯的弹性材料是没有的。有的材料在受力不大的情况下,表现为弹性变形,但受力超过一定限度后,则表现为塑性变形。钢材就属于这种类型的材料。有的材料在受力后,弹性变形及塑性变形同时产生,如图2-4所示。如果取消外力,则弹性变可以恢复,而其塑性变形则不能恢复。混凝土就属于这种类型的材料。2.3.2材料的弹性与塑性

外力作用于材料,当外力达到一定限度后,材料突然被破坏,而被破坏时无明显的塑性变形,这种性质称为材料的脆性。脆性材料的变形曲线如图2-5所示。因为脆性材料的抗压强度比抗拉强度往往要高很多倍,而达到破坏荷载时的变形值很小,所以承受冲击和震动荷载的能力很差。例如,混凝土、砖、石材、陶瓷、玻璃、铸铁等都属于脆性材料。2.3.3材料的脆性与韧性2.材料抗弯强度

材料在冲击、震动荷载作用下,能够吸收较大的能量,同时也能产生一定的变形而不被破坏的性质称为冲击韧性或韧性。因为韧性材料的变形值较大,而抗拉强度接近或高于抗压强度,所以它承受冲击和震动荷载的能力强。例如,材料中的低碳钢、低合金钢等属于韧性材料,可用于有冲击、震动荷载的厂房、铁路、桥梁等。2.3.3材料的脆性与韧性2.材料抗弯强度

硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。土木工程中为保持建筑物的使用性能和外观，常要求材料具有一定的硬度，如部分装饰材料、预应力钢筋混凝土锚具等。工程中用于表示材料硬度的指标有很多，对金属、木材等材料常以压入法检测其硬度，其方法分别有洛氏硬度（HR，它是以金刚石圆锥或圆球的压痕深度计算求得的硬度值）、布氏硬度（HB，它是以压痕直径计算求得的硬度值）等。2.3.4材料的硬度与耐磨性1.硬度

天然矿物材料的硬度常用摩氏硬度表示，它以两种矿物相互对刻的方法确定矿物的相对硬度，并非材料绝对硬度的等级。其硬度的对比标准分为十级，由软到硬依次分别为滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。磨光天然石材的硬度常用肖氏硬度计检测（用测得的撞销回跳的高度来表示）。2.3.4材料的硬度与耐磨性1.硬度

材料的耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性常以磨损率G表示，其计算公式为2.3.4材料的硬度与耐磨性2.耐磨性

（2-22）式中：G——材料的磨损率（g/cm2）；

m1—m2材料磨损前后的质量损失（g）；

A——材料试件受磨面积（cm2）。

材料的磨损率G值越低，表明该材料的耐磨性越好。一般硬度较高的材料，耐磨性也较好。土木工程中有些部位经常受到磨损的作用，如路面、地面等。选择这些部位的材料时，其耐磨性应满足工程的使用寿命要求。材料的硬度和耐磨性均与其内部结构、组成、孔隙率、孔特征、表面缺陷等有关。2.3.4材料的硬度与耐磨性2.耐磨性04材料的耐久性

材料在长期使用过程中，抵抗各种自然因素及有害介质的作用，保持其原有性能不变质和不被破坏的能力称为材料的耐久性。作用于材料的自然因素和有害介质可概括为以下几个方面：2.4材料的耐久性化学作用生物作用物理作用

（1）物理作用:物理作用指材料经干湿、冷热、冻融变化等，使材料体积发生收缩与膨胀，或产生内应力而开裂损坏。（2）化学作用

:化学作用指材料在大气和环境水中的酸碱盐等溶液的侵蚀下，逐渐发生质变而损坏。（3）生物作用

:生物作用指材料在昆虫或菌类等的侵害下，发生虫蛀、腐朽而损坏。2.4材料的耐久性

建筑材料中的砖、石、混凝土等矿物材料，大多数是由于物理作用而被破坏的。金属材料主要是因化学作用而被腐蚀的。木材、植物等天然材料，主要是因生物作用而被腐蚀的。2.4材料的耐久性

为了提高材料的