《土木工程材料》绪论及基本性质

1、必读书必读书 ：土木工程材料土木工程材料合肥工业大学出版社合肥工业大学出版社参考书参考书 ： 土木工程材料土木工程材料东南大学出版社东南大学出版社土木工程材料重点知识与题库土木工程材料重点知识与题库同济大学出版社同济大学出版社 主要内容主要内容一一.土木工程材料的分类土木工程材料的分类二二.土木工程材料的重要作用土木工程材料的重要作用四四. .的标准化的标准化五五. .学习本课程的目的、要求和方法学习本课程的目的、要求和方法一一.土木工程材料的分类土木工程材料的分类根据化学成分，土木工程材料可分为无机材料，根据化学成分，土木工程材料可分为无机材料，有机材料和复合材料。见下表。有机材料和复合材料

2、。见下表。土土木木工工程程材材料料无无机机材材料料非金属材料非金属材料天然石材：石子，砂，毛石天然石材：石子，砂，毛石烧土制品：黏土砖，建筑陶瓷烧土制品：黏土砖，建筑陶瓷玻璃：玻璃：胶凝材料：水泥，石灰，石膏胶凝材料：水泥，石灰，石膏混凝土及砂浆：混凝土及砂浆：硅酸盐制品：粉煤灰砖、灰砂砖硅酸盐制品：粉煤灰砖、灰砂砖绝热材料：石棉，矿棉，玻璃棉，膨胀珍珠岩绝热材料：石棉，矿棉，玻璃棉，膨胀珍珠岩金属材料金属材料黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢有色金属：铝，锌，铜及其合金有色金属：铝，锌，铜及其合金有有机机材材料料植物质材料植物质材料木材，竹材木材，竹材沥青材料沥青材

3、料石油沥青，煤沥青，沥青防水制品石油沥青，煤沥青，沥青防水制品高分子材料高分子材料塑料，橡胶，部分涂料塑料，橡胶，部分涂料复复合合材材料料无机非金属无机非金属材料与金属材料与金属材料、有机材料、有机材料的复合材料的复合聚合物混凝土、沥青混凝土、钢筋混凝土聚合物混凝土、沥青混凝土、钢筋混凝土按功能可以分为建筑结构材料，墙体材料和建筑功能材料。见下表。土土木木工工程程材材料料建筑结构材料建筑结构材料砖混结构砖混结构 ：砖、水泥混凝土、钢筋：砖、水泥混凝土、钢筋钢或木结构：建筑钢材、木材钢或木结构：建筑钢材、木材墙体材料墙体材料砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐砌砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐砌块块

4、墙板：混凝土墙板、石膏板、复合墙板墙板：混凝土墙板、石膏板、复合墙板建筑功能材料建筑功能材料防水材料：沥青及其制品防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨胀绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨胀珍珠岩石珍珠岩石吸声材料吸声材料: 木丝板、毛毡，泡沫塑料木丝板、毛毡，泡沫塑料采光材料：玻璃采光材料：玻璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝材装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝材二二.土木工程材料的重要作用土木工程材料的重要作用（1）是各种土木工程的物质基础，在建筑工程中材料所占的投）是各种土木工程的物质基础，在建筑工程中材料所占的投资比例为资比例为40-70%左右。见图图。左右。见图图。（

5、2）材料决定了建筑结构的设计方法。如提高钢筋混凝土强度）材料决定了建筑结构的设计方法。如提高钢筋混凝土强度可缩小结构的截面尺寸。可缩小结构的截面尺寸。（3）材料决定施工方法。如木结构施工，要用到锯子、钉子、）材料决定施工方法。如木结构施工，要用到锯子、钉子、刨子等；钢结构施工则要用到焊接工具、切割工具、吊车等；刨子等；钢结构施工则要用到焊接工具、切割工具、吊车等；钢筋混凝土结构施工则要立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑等工钢筋混凝土结构施工则要立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑等工序。序。（4）是工程质量优劣的决定性因素之一。）是工程质量优劣的决定性因素之一。（）材料与建筑结构相互影响、相互发展。一种新材（）

6、材料与建筑结构相互影响、相互发展。一种新材料的出现，必将促进建筑结构的改变。如钢筋混凝土、料的出现，必将促进建筑结构的改变。如钢筋混凝土、预应力混凝土的出现使建造大跨度桥梁称为可能；高强预应力混凝土的出现使建造大跨度桥梁称为可能；高强度混凝土出现使建造高层建筑物成为可能。同样，新的度混凝土出现使建造高层建筑物成为可能。同样，新的建筑结构的出现又会促进材料科学的发展。建筑结构的出现又会促进材料科学的发展。土坯建造的住房天安门图l所用建筑材料：所用建筑材料： 土、石、木料、砖、石灰。土、石、木料、砖、石灰。图图埃菲尔铁塔图（1）轻质、高强材料。材料越轻质高强，则建筑物可越高、）轻质、高强材料。材料

7、越轻质高强，则建筑物可越高、跨度可越大、施工越容易。跨度可越大、施工越容易。（2）高性能材料。材料的性能提高，相应地使用寿命提高。）高性能材料。材料的性能提高，相应地使用寿命提高。（3）绿色环保型材料。又称环境友好型材料或生态材料。）绿色环保型材料。又称环境友好型材料或生态材料。四四. .土木工程材料的标准化土木工程材料的标准化 材料的技术标准材料的技术标准: :国家标准、行业标准、企业标准和地方标准。国家标准、行业标准、企业标准和地方标准。GB-GB-国家标准国家标准 GB/T GB/T国家推荐性标准国家推荐性标准GBJ-GBJ-建筑工程国家标准建筑工程国家标准 JGJ-JGJ-建设部行业标

8、准建设部行业标准 JGJG建筑工业行业标准建筑工业行业标准 JC-JC-国家建材局行业标准国家建材局行业标准JTJ-JTJ-交通部行业标准交通部行业标准DB-DB-地方标准地方标准 Q Q企业标准企业标准标准的表示方法：标准名称标准的表示方法：标准名称+ +部门代号部门代号+ +编号编号+ +批准年份批准年份例：例：通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥GB175-2007 GB175-2007 ASTM ASTM 美国国家标准美国国家标准 BS BS 英国国家标准英国国家标准JIS JIS 日本国家标准日本国家标准 ISO ISO 国际标准国际标准 国家标准和行业标准都是全国通用标准，属国家指令性技术

9、国家标准和行业标准都是全国通用标准，属国家指令性技术文件，均必须严格遵照执行，尤其是强制性标准。文件，均必须严格遵照执行，尤其是强制性标准。 标准是根据一定时期的技术水平制定的，它随技术水平的发展标准是根据一定时期的技术水平制定的，它随技术水平的发展需要进行修订，新标准实施后，旧标准自动废除。需要进行修订，新标准实施后，旧标准自动废除。 标准的本质属性是标准的本质属性是“对同类事物的属性进行统一规定对同类事物的属性进行统一规定”。这种统一规定是有关各方共同遵守的准则和依据。这种统一规定是有关各方共同遵守的准则和依据。 标准制定的对象是重复性事物和概念。这里讲的标准制定的对象是重复性事物和概念。

10、这里讲的“重复性重复性”指的是同一事物或概念反复多次出现的性质。例如批量生产指的是同一事物或概念反复多次出现的性质。例如批量生产的产品。的产品。 制定标准过程要经有关方面协商一致。如制定产品标准不制定标准过程要经有关方面协商一致。如制定产品标准不仅要有生产部门参加，还应当有用户、科研、检验等部门参仅要有生产部门参加，还应当有用户、科研、检验等部门参加共同讨论研究，这样制定出来的标准才具有权威性、科学加共同讨论研究，这样制定出来的标准才具有权威性、科学性和适用性。性和适用性。标准化：包括制定，发布及实施标准的过程标准化：包括制定，发布及实施标准的过程 。通过制定、发布。通过制定、发布和实施标准，

11、达到统一是标准化的实质。和实施标准，达到统一是标准化的实质。 五五. .学习本课程的目的、要求和方法学习本课程的目的、要求和方法目的目的使学生具有土木工程材料的基本知识使学生具有土木工程材料的基本知识, ,在进行建筑工程设计、施在进行建筑工程设计、施工和工程监理时能正确选用材料，同时也为后继课程的学习打下工和工程监理时能正确选用材料，同时也为后继课程的学习打下基础。基础。要求要求（1 1）熟练掌握常用材料的物理、化学和力学性能及其合理利用。）熟练掌握常用材料的物理、化学和力学性能及其合理利用。（2 2）熟悉常用材料的实验原理、实验方法，并初步具有工程材熟悉常用材料的实验原理、实验方法，并初步具

12、有工程材料实验的基本技能，有处理分析实验数据的能力，为以后工作、料实验的基本技能，有处理分析实验数据的能力，为以后工作、研究打下基础。研究打下基础。学习方法：多记、多思考、多做试验。学习方法：多记、多思考、多做试验。土木工程材料的基本性质归纳起来可分为：土木工程材料的基本性质归纳起来可分为：一一.物理性质：包括密度、与水有关的性质、与热有关的物理性质：包括密度、与水有关的性质、与热有关的性质等。性质等。二二.力学性质：包括强度、塑性与弹性、脆性与韧性等性力学性质：包括强度、塑性与弹性、脆性与韧性等性质。质。三三.耐久性：材料在长期使用中，会受到环境和其内部各耐久性：材料在长期使用中，会受到环境

13、和其内部各种破坏因素的作用（物理、化学及生物因素等）而导种破坏因素的作用（物理、化学及生物因素等）而导致其使用功能下降。材料抵抗这些因素破坏作用的能致其使用功能下降。材料抵抗这些因素破坏作用的能力叫耐久性。包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等。力叫耐久性。包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等。l2.1 材料的物理性质材料的物理性质l2.2 材料的力学性质材料的力学性质l2.3 材料的耐久性材料的耐久性l2.4 材料的组成、结构和构造及其对性能影响材料的组成、结构和构造及其对性能影响2.1.1与密度有关的性质与密度有关的性质一、密度一、密度 干燥材料在绝对密实状态下，单位体积的质量称为密度。干燥材料在绝对密

14、实状态下，单位体积的质量称为密度。 =m/v=m/v（式中：（式中：密度，密度， ；m m材料实体积的质量；材料实体积的质量；vv材料在绝对密实状态下的体积，即材料内固态物材料在绝对密实状态下的体积，即材料内固态物质的实体积，也可叫绝对体积）质的实体积，也可叫绝对体积）注意：（注意：（1 1）干燥状态的材料）干燥状态的材料 （2 2）单位：）单位：，一般不用，一般不用kg/kg/ （3 3）实体积的测定：把材料磨成细粉（粒径至）实体积的测定：把材料磨成细粉（粒径至少小于少小于0.20mm0.20mm），除去孔隙，经干燥后用李氏密度瓶测定实体积。），除去孔隙，经干燥后用李氏密度瓶测定实体积。 二

15、、表观密度：在自然状态下，材料单位表观体积（实体积开二、表观密度：在自然状态下，材料单位表观体积（实体积开口孔隙体积口孔隙体积+闭口孔隙体积）的质量，称为表观密度。闭口孔隙体积）的质量，称为表观密度。 干燥状态干燥状态 式中：式中：o表观密度，表观密度，或或kgkg ； o表观体积；表观体积；vp孔隙的体积；孔隙的体积； mp孔隙的质量；孔隙的质量； 、意义同前。意义同前。ppooovvmmvm1实体实体2闭口孔隙闭口孔隙3开口孔隙开口孔隙ovm 注意：注意： （1）表观体积）表观体积=实体积实体积+全部孔隙体积。全部孔隙体积。 （2）单位：）单位：kgkg和和均可。均可。 （3）表观密度与材

16、料的含水状态有关，一般含水量增加，表观）表观密度与材料的含水状态有关，一般含水量增加，表观密度增加。除有特别说明外，一般指干燥状态时的表观密度。密度增加。除有特别说明外，一般指干燥状态时的表观密度。 （4）表观体积的测定方法：）表观体积的测定方法：形状规则的材料，用尺子测量。形状规则的材料，用尺子测量。形状不规则的材料，加工成规则的形状，用尺子测量。形状不规则的材料，加工成规则的形状，用尺子测量。吸水率很小的材料（如砂、石）吸水率很小的材料（如砂、石） ，直接用排水法测量。吸水率，直接用排水法测量。吸水率较大的材料将材料表面封蜡，再用排水法测量。较大的材料将材料表面封蜡，再用排水法测量。（5）

17、碎石或卵石：）碎石或卵石：2.7 ，砂：，砂：2.6 ，普通混，普通混凝土：凝土：24002450 kgkgV 实体积实体积V0表观体积表观体积v 视密度时用到的体积视密度时用到的体积m实体积对应的质量实体积对应的质量mp孔隙的质量孔隙的质量mo表观体积对应的质量表观体积对应的质量 V V V V V V0 0mmpmo某块材料的质量与体积关系某块材料的质量与体积关系三、视密度：砂、石材料的内部孔隙很少，较致密，直三、视密度：砂、石材料的内部孔隙很少，较致密，直接用排水法测出其体积称接用排水法测出其体积称vv，再用如下公式求密度：，再用如下公式求密度：由于由于V Vb b很小，故视所求密度很小

18、，故视所求密度 为密度，称为为密度，称为视密度，视密度，单位单位g/cmg/cm3 3。（。（V Vb b闭口孔隙的体积）闭口孔隙的体积）一般，砂、石的表观密度就是指其视密度。一般，砂、石的表观密度就是指其视密度。bVVmVm四、堆积密度四、堆积密度定义：散粒材料在堆积状态下单位体积质量定义：散粒材料在堆积状态下单位体积质量。 00VmmmVVVVmmmspSKBsp堆积材料体积构成示意图堆积材料体积构成示意图oVm干燥状态mmpmsms空隙质量空隙质量Vs空隙体积空隙体积VB闭口孔体积闭口孔体积VK开口孔体积开口孔体积注意：注意：（1）堆积体积）堆积体积=所有颗粒实体积所有颗粒实体积+所有颗

19、粒孔隙体积所有颗粒孔隙体积+颗粒之颗粒之间的空隙体积。间的空隙体积。（2）堆积密度包括松装堆积密度和紧装堆积密度。在自然）堆积密度包括松装堆积密度和紧装堆积密度。在自然状态下的堆积密度为松装堆积密度，一般称堆积密度；在状态下的堆积密度为松装堆积密度，一般称堆积密度；在捣实状态下的堆积密度称紧装堆积密度。捣实状态下的堆积密度称紧装堆积密度。（3）单位：）单位： kgkg。（4）堆积体积测定：以散粒材料在容器中所占的容积作为）堆积体积测定：以散粒材料在容器中所占的容积作为堆积体积。堆积体积。（5）堆积密度与含水状态有关，一般指材料干燥时的堆积）堆积密度与含水状态有关，一般指材料干燥时的堆积密度。密

20、度。 干燥状态下：干燥状态下： 密度密度 表观密度堆积密度表观密度堆积密度五、材料的孔隙与密实度五、材料的孔隙与密实度孔隙率大小和孔隙特征与材料的许多性质关系密切。孔隙率大小和孔隙特征与材料的许多性质关系密切。孔隙的特征：包括孔隙的特征：包括孔隙大小，与外界之间是否连通及分布均匀性。孔隙大小，与外界之间是否连通及分布均匀性。 按孔隙大小，可把孔隙分为为微孔（孔径按孔隙大小，可把孔隙分为为微孔（孔径1000nm ）三种。）三种。 按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。 开口毛细孔越多，材料吸水性大；开口孔隙越多，材料抗渗、抗冻开口

21、毛细孔越多，材料吸水性大；开口孔隙越多，材料抗渗、抗冻性越差；闭口孔隙越多，材料抗渗、抗冻性和隔热性反而越好。性越差；闭口孔隙越多，材料抗渗、抗冻性和隔热性反而越好。孔隙率：孔隙率是指材料内部孔隙体积孔隙率：孔隙率是指材料内部孔隙体积( (开口孔隙和闭口孔隙开口孔隙和闭口孔隙) )占占材料总体积的百分率。材料总体积的百分率。 %100)1(%1001%100000）（ommVVVP密实度：材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率。密实度：材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率。公式：公式：开口孔隙率：开口孔隙率：指材料内部开口孔隙体积占材料总体积的百分指材料内部开口孔隙体积占材料总体

22、积的百分率。用率。用P Pk k表示。表示。闭口孔隙率：闭口孔隙率：指材料内部闭口孔隙体积占材料总体积的百分指材料内部闭口孔隙体积占材料总体积的百分率。用率。用P Pb b表示。表示。 Pk+Pb=PpVVD1%100%10000空隙率：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的空隙率：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。百分率。公式：公式：填充率：所有颗粒的表观体积占堆积体积的百分率。填充率：所有颗粒的表观体积占堆积体积的百分率。公式：公式： %100)1 (%100mm1%1000000000）（VVVp1pD2.1.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质一、材料的亲水性与憎水性：一、

23、材料的亲水性与憎水性： 能被水润湿的材料为亲水性能被水润湿的材料为亲水性材料，反之为憎水性材料，材料，反之为憎水性材料，如荷叶。如荷叶。土木工程材料大多为亲水性材料，只有少数材料如沥青、石蜡及土木工程材料大多为亲水性材料，只有少数材料如沥青、石蜡及某些塑料等为憎水性材料。某些塑料等为憎水性材料。 润湿边角润湿边角 ： 90时，材料表现为亲水性；时，材料表现为亲水性； =0时，材料完全被水润时，材料完全被水润湿。湿。 90时，材料表现为憎水性时，材料表现为憎水性 。憎水性材料常用作防水材料。憎水性材料常用作防水材料。二、二、 吸湿性：材料在空气中吸收水分的性质，用含水率表示。吸湿性：材料在空气中

24、吸收水分的性质，用含水率表示。含水率：含水率： （m m1 1材料湿质量；材料湿质量；m mo o材料干质量）材料干质量）对某一材料而言，含水率是一个变值。对某一材料而言，含水率是一个变值。 材料开口毛细孔数量越材料开口毛细孔数量越多则吸湿性越强。多则吸湿性越强。平衡含水率：材料中所含水分与周围空气的湿度相平衡时的平衡含水率：材料中所含水分与周围空气的湿度相平衡时的含水率。含水率。潮湿材料在干燥空气中放出水分的性能称还湿性。潮湿材料在干燥空气中放出水分的性能称还湿性。%100001mmmM三、吸水性：材料在水中吸收水分的性质，用吸水率表示。三、吸水性：材料在水中吸收水分的性质，用吸水率表示。质

25、量吸水率：材料饱水时质量吸水率：材料饱水时, ,吸收的水分质量占材料干质量的百分率吸收的水分质量占材料干质量的百分率 体积吸水率：材料饱水时体积吸水率：材料饱水时, ,吸收的水分体积占材料干表观体积百分率吸收的水分体积占材料干表观体积百分率（式中：（式中：V Vo o材料干表观体积，材料干表观体积，o o材料干表观密度）材料干表观密度）注意：（注意：（1 1）开口毛细孔越多，吸水率越大。开口毛细孔越多，吸水率越大。 （2 2）一般，体积吸水率等于开口空隙率。）一般，体积吸水率等于开口空隙率。 （3）当材料吸湿达到饱和状态时的含水率即为吸水率。）当材料吸湿达到饱和状态时的含水率即为吸水率。 （4

26、 4）对某一固定材料而言吸水率为一恒值。）对某一固定材料而言吸水率为一恒值。%100001mmmW水水水）（ooWmmmVmmW%100/%100001001四、耐水性：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降四、耐水性：材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。的性质。软化系数：软化系数： KR 0.85为耐水材料。为耐水材料。一般一般KR=01。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须选用长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须选用KR0.85的的材料。受潮较轻或次要结构材料，材料。受潮较轻或次要结构材料，KR不宜小于不宜小于0.75.gbRffK（f fb b材料饱水状态时抗压

27、强度；材料饱水状态时抗压强度；f fg g材料干燥状材料干燥状态（绝干状态）时抗压强度）态（绝干状态）时抗压强度） 五、抗渗性五、抗渗性：抵抗压力水渗透的性质：抵抗压力水渗透的性质 。渗透系数（渗透系数（Ks）: Ks的意义：渗透系数越小，表明抗渗性能越好。的意义：渗透系数越小，表明抗渗性能越好。抗渗等级抗渗等级: :指材料不被水渗透时所能承受的最大水压力。指材料不被水渗透时所能承受的最大水压力。用用“P+10P+10倍最大水压力值（倍最大水压力值（MPaMPa）”表示。如表示。如P4P4、 P6 、 P8等等 。 一般，抗渗性决定了材料的耐久性和质量。特别是地下结构、水一般，抗渗性决定了材料

28、的耐久性和质量。特别是地下结构、水池、压力管道和容器等对抗渗性要求高。池、压力管道和容器等对抗渗性要求高。 抗渗性与材料孔隙数量和特征有关。在孔隙数量相等时，开口大抗渗性与材料孔隙数量和特征有关。在孔隙数量相等时，开口大孔数量多，抗渗性最差；开口连通细孔多，抗渗性也差；但封闭孔数量多，抗渗性最差；开口连通细孔多，抗渗性也差；但封闭细孔多的材料的抗渗性反而好，因为渗水路径延长了。细孔多的材料的抗渗性反而好，因为渗水路径延长了。dAtHKQSAtHQdKS六、六、 抗冻性：材料在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破抗冻性：材料在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，强度也不显著降低的性质。坏，强

29、度也不显著降低的性质。抗冻等级：抗冻等级：按相关标准的规定进行冻融循环试验（有快冻法和按相关标准的规定进行冻融循环试验（有快冻法和慢冻法），材料在达到规定的破坏程度时能经受的最大冻融慢冻法），材料在达到规定的破坏程度时能经受的最大冻融循环次数。循环次数。用用“F+F+最大冻融循环次数最大冻融循环次数”表示。有表示。有F15F15、F25F25、F50F50、F100F100、F200F200等。等。材料冻融破坏的原因：材料冻融破坏的原因：材料孔隙中的水结冰产生的膨胀造成的。材料孔隙中的水结冰产生的膨胀造成的。影响材料抗冻性的因素影响材料抗冻性的因素：（1 1）孔隙充水程度。孔隙未充满水，即使受

30、冻也不一定会破坏，）孔隙充水程度。孔隙未充满水，即使受冻也不一定会破坏，因为有孔隙中有多余的空间容纳结冰时产生的膨胀。因为有孔隙中有多余的空间容纳结冰时产生的膨胀。（2）开口孔隙率：越大则抗冻性越差。）开口孔隙率：越大则抗冻性越差。（3）极细孔隙中水的冰点低，不会降低材料抗冻性。）极细孔隙中水的冰点低，不会降低材料抗冻性。根据热力学理论，孔中的水是否结冰，还取决于孔径大小。根据热力学理论，孔中的水是否结冰，还取决于孔径大小。如孔径为如孔径为10 nm 时，水在时，水在- 5 时才结冰；而孔径为时才结冰；而孔径为3.5 nm 时，水在时，水在- 20 以下才结冰。以下才结冰。 （4）闭口孔隙率：

31、越大则抗冻性好。）闭口孔隙率：越大则抗冻性好。 2.1.3 材料与热有关的性质材料与热有关的性质一、导热性：用导热系数一、导热性：用导热系数表示。表示。 材料导热性与孔隙数量和特征有关：材料导热性与孔隙数量和特征有关：密闭细微孔隙越多，材料（如泡沫材料）隔热性能越好。因为延密闭细微孔隙越多，材料（如泡沫材料）隔热性能越好。因为延长了传导路径。长了传导路径。粗大孔隙或贯通孔隙越多，材料导热性能越好。因为这时热的传粗大孔隙或贯通孔隙越多，材料导热性能越好。因为这时热的传递方式由传导为主变为对流为主。递方式由传导为主变为对流为主。材料受潮或受冻后，导热性增加。因为空气、水、冰的导热系数材料受潮或受冻

32、后，导热性增加。因为空气、水、冰的导热系数分别为分别为0.023（最小）、（最小）、0.58、2.20 W/W/（m mk k） 。 普通混凝土普通混凝土=1.6=1.6；钢；钢=56=56；铜；铜=370=370。工程上将工程上将0.23W/ （m mk k） 的材料称为绝热材料。的材料称为绝热材料。TAQt 二、热容量和比热二、热容量和比热 热容量：热容量：指整块材料温度升高或降低指整块材料温度升高或降低1 1度时吸收或放出热度时吸收或放出热量的多少。量的多少。 Q=cmQ=cmT T （式中：（式中：QQ材料吸收或放出的热量；材料吸收或放出的热量； cc比热，比热，J/J/（gKgK）或

33、）或kJ /kJ /（kgKkgK）；）； mm材料质量；材料质量； T T 温差；温差； cmcm热容量）热容量） 比热：比热：c=Q/(m c=Q/(m T ), T ), 表示单位质量的材料温度升高表示单位质量的材料温度升高或下降或下降1K1K时吸收或放出的热量。时吸收或放出的热量。 导热系数和热容量是建筑物维护结构（墙体或屋盖）进导热系数和热容量是建筑物维护结构（墙体或屋盖）进行热工设计时的重要参数，应选用导热系数小而热容量大行热工设计时的重要参数，应选用导热系数小而热容量大的材料，以利于室内温度的稳定。的材料，以利于室内温度的稳定。 2.2.1 强度强度材料抵抗外力破坏的能力。即材料

34、抵抗外力破坏的能力。即材料单位面积上能材料单位面积上能承受的最大应力，单位承受的最大应力，单位MPa。一、形式：一、形式：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度：抗压强度、抗拉强度、抗剪强度： PP破坏时的最大荷载，破坏时的最大荷载，N N A A受力面积，受力面积，mmmm2 2 APf抗弯强度（抗折强度）抗弯强度（抗折强度）223bhFLf 单点加荷：单点加荷：三分点加三分点加荷：荷：2bhFLf L L/2/2L L/2/2 二、强度等级二、强度等级 为了合理选择材料，将材料按强度大小划分成不同的等为了合理选择材料，将材料按强度大小划分成不同的等级，即强度等级。石材、混凝土、砖等脆性材料主要用于级

35、，即强度等级。石材、混凝土、砖等脆性材料主要用于抗压，以抗压强度划分等级，钢材主要用于抗拉，以抗拉抗压，以抗压强度划分等级，钢材主要用于抗拉，以抗拉强度划分等级。强度划分等级。三、比强度三、比强度 它等于材料的强度与表观密度之比。比强度是评价材料它等于材料的强度与表观密度之比。比强度是评价材料轻质高强的指标，数值越大，表明材料越轻质高强。轻质高强的指标，数值越大，表明材料越轻质高强。 比强度：木材低碳钢普通混凝土。普通混凝土不是轻比强度：木材低碳钢普通混凝土。普通混凝土不是轻质高强材料。质高强材料。 四、影响强度的因素：四、影响强度的因素：材料的组成：不同组成的材料，其强度不同。材料的组成：不

36、同组成的材料，其强度不同。孔隙率：增加（表观密度降低），强度呈直线下降。孔隙率：增加（表观密度降低），强度呈直线下降。含水状态：含水分时材料强度低于干燥状态时。含水状态：含水分时材料强度低于干燥状态时。温度：温度：试验条件：试验条件：试件尺寸：增大，强度降低；试件尺寸：增大，强度降低；加荷速度：越快，强度越大；加荷速度：越快，强度越大；试件高度：长方形试件强度小于立方体试件；试件高度：长方形试件强度小于立方体试件；试件表面的平整度与光滑度：越光滑，强度越小。试件表面的平整度与光滑度：越光滑，强度越小。 2.2.2 2.2.2 材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性弹性变形：弹性变形： 材料在外力作用

37、下产生变形，当外力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。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。用弹性这种能够完全恢复的变形称为弹性变形。用弹性模量（模量（E E）来衡量弹性变形能力。）来衡量弹性变形能力。 E=/ E=/塑性变形：塑性变形： 材料在外力作用下产生变形，当外力取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，并且不产生裂缝的性消后仍保持变形后的形状，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。质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形。 实际上，单纯的弹性或塑性材料是不存在

38、的。实际上，单纯的弹性或塑性材料是不存在的。2.2.3 2.2.3 材料的脆性与韧性材料的脆性与韧性 脆性：脆性：材料在外力作用下，只发生很小的变形（包括弹材料在外力作用下，只发生很小的变形（包括弹性变形和塑性变形）就突然破坏的性质称为脆性。性变形和塑性变形）就突然破坏的性质称为脆性。 一般，脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，如混一般，脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，如混凝土。脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差，故常用于凝土。脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差，故常用于承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子等。承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子等。 脆性材料：石、砖、砼、陶瓷

39、、玻璃、铸铁等。脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等。 韧性：韧性：材料在外力作用下，能产生一定的塑性或弹性变材料在外力作用下，能产生一定的塑性或弹性变形而不破坏的性质称为韧性（或冲击韧性）。形而不破坏的性质称为韧性（或冲击韧性）。 建筑钢材、木材、沥青混凝土等属于韧性材料。桥梁、建筑钢材、木材、沥青混凝土等属于韧性材料。桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要用有一定韧性的材料。吊车梁以及有抗震要求的结构都要用有一定韧性的材料。2.2.4 2.2.4 硬度和耐磨性硬度和耐磨性 硬度是其他物体刻划、压入材料表面时，表面抵抗硬度是其他物体刻划、压入材料表面时，表面抵抗塑性变形的能力。塑性变形的能

40、力。 测定硬度的方法有刻划法和压入法。通常，石料、测定硬度的方法有刻划法和压入法。通常，石料、陶瓷、矿物的硬度采用刻划法测定其莫氏硬度（共十级，陶瓷、矿物的硬度采用刻划法测定其莫氏硬度（共十级，级别越高材料越硬，滑石为级别越高材料越硬，滑石为1 1级，金刚石为级，金刚石为1010级）；钢级）；钢材，木材，混凝土采用钢球压入法测定其布氏硬度材，木材，混凝土采用钢球压入法测定其布氏硬度（HBHB），以压痕单位面积上承受的压力表示。硬度越大，），以压痕单位面积上承受的压力表示。硬度越大，材料耐磨性越好。材料耐磨性越好。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，通常用磨损率耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，通常

41、用磨损率表示。路面材料如石子、砂子，经常受水冲刷的部位用表示。路面材料如石子、砂子，经常受水冲刷的部位用材料要具有较高的耐磨性。材料要具有较高的耐磨性。 耐久性：材料在长期使用过程中，受环境和其内部各种破耐久性：材料在长期使用过程中，受环境和其内部各种破坏因素作用而导致其使用功能下降，材料抵抗这些破坏因坏因素作用而导致其使用功能下降，材料抵抗这些破坏因素长期作用的能力叫耐久性。混凝土耐久性是一个综合性素长期作用的能力叫耐久性。混凝土耐久性是一个综合性质，由抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、碱质，由抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、碱- -骨料反应、抗碳化骨料反应、抗碳化等性质共同决定。等性质共同决定。 物理因

42、素：冻融、干湿、冷热循环，风化，风沙、水流物理因素：冻融、干湿、冷热循环，风化，风沙、水流的冲刷等。的冲刷等。 化学因素：大气和环境水中的酸、碱、盐、化学因素：大气和环境水中的酸、碱、盐、COCO2 2、 O O2 2、 日光等。日光等。 机械因素：包括荷载的持续作用，冲击，磨耗等。机械因素：包括荷载的持续作用，冲击，磨耗等。 生物因素：包括菌类、昆虫的破坏作用等。生物因素：包括菌类、昆虫的破坏作用等。 耐久性的判断：最可靠的判断是对材料进行长期观察和测耐久性的判断：最可靠的判断是对材料进行长期观察和测定，但这不便快速判断，常通过测定材料的抗渗性、抗冻定，但这不便快速判断，常通过测定材料的抗渗

43、性、抗冻性、抗碳化性等来判断耐久性。性、抗碳化性等来判断耐久性。 耐久性良好的材料使用寿命长（间接节约了材料），维修耐久性良好的材料使用寿命长（间接节约了材料），维修费用低，有利于环保、节能。费用低，有利于环保、节能。2.4 2.4 材料的组成、结构和构造及其对性能影响材料的组成、结构和构造及其对性能影响化学组成：是指组成材料的化学成分（包括元素及化合物）化学组成：是指组成材料的化学成分（包括元素及化合物）的种类及数量。如粉煤灰化学组成以二氧化硅和三氧化二铝的种类及数量。如粉煤灰化学组成以二氧化硅和三氧化二铝为主，人体中的主要化学组成为为主，人体中的主要化学组成为C C、H H、O O等。等。

44、 矿物组成：矿物指由地质作用形成的天然单质或化合物，矿物组成：矿物指由地质作用形成的天然单质或化合物，具有相对固定的化学组成和晶体结构特征，有相对稳定的物具有相对固定的化学组成和晶体结构特征，有相对稳定的物理化学性质。矿物组成是指构成材料的各种矿物的种类和数理化学性质。矿物组成是指构成材料的各种矿物的种类和数量。如硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸三钙、硅酸二钙等。量。如硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸三钙、硅酸二钙等。相相材料中组成、结构、性质相同的部分。如水泥混凝材料中组成、结构、性质相同的部分。如水泥混凝土中有骨料相和水泥石相。土中有骨料相和水泥石相。2.4.2 2.4.2 材料的结构与构造材

45、料的结构与构造 材料结构是指材料的微观组织状况，而材料的构造是指材材料结构是指材料的微观组织状况，而材料的构造是指材料的宏观组织状况。组织是指材料内部的的形貌，即由不同料的宏观组织状况。组织是指材料内部的的形貌，即由不同的相形成的图案。的相形成的图案。 宏观构造（结构）：尺寸在宏观构造（结构）：尺寸在1010-3-3m m以上组织。以上组织。 亚微观结构（显微或细观结构）：尺寸范围在亚微观结构（显微或细观结构）：尺寸范围在1010-3-31010-6-6m m组织。组织。 微观结构：尺寸范围在微观结构：尺寸范围在1010-6-6-10-10-10-10m m组织。组织。 晶体晶体 分子、原子、

46、离子等质点按一定的规则在空间呈分子、原子、离子等质点按一定的规则在空间呈有规律的排列。有规律的排列。 非晶体非晶体 不定形。不定形。 原因：熔融物质急冷，来不及成晶原因：熔融物质急冷，来不及成晶而成。如玻璃体而成。如玻璃体( (粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰) )，化学活，化学活性较大，性较大， 一定条件下发生化学反应。一定条件下发生化学反应。一、宏观结构（构造）：一、宏观结构（构造）：指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在织。其尺寸在10-3m级以上。级以上。材料的宏观结构材料的宏观结构常用材料常用材料主要特征主要特征单一单一材料材

47、料致密结构致密结构 钢材、玻璃、沥青钢材、玻璃、沥青高强、不透水、耐腐蚀高强、不透水、耐腐蚀多孔结构多孔结构泡沫塑料、泡沫玻璃泡沫塑料、泡沫玻璃轻质、保温轻质、保温纤维结构纤维结构 木竹材、石棉、玻璃纤维木竹材、石棉、玻璃纤维高抗拉、且大多数具有高抗拉、且大多数具有轻轻质、保温、吸声质、保温、吸声聚集结构聚集结构陶瓷、砖陶瓷、砖强度较高强度较高复合复合材料材料颗粒聚集结构颗粒聚集结构混凝土、砂浆、钢筋混凝土混凝土、砂浆、钢筋混凝土 综合性能好、价格较低综合性能好、价格较低纤维聚集结构纤维聚集结构岩棉板、石棉水泥制品、岩棉板、石棉水泥制品、纤维纤维板、纤维增强塑料板、纤维增强塑料轻质、保温、吸声

48、或高轻质、保温、吸声或高抗抗拉拉多孔结构多孔结构加气混凝土、泡沫混凝土加气混凝土、泡沫混凝土轻质、保温轻质、保温层状结构纸面板、胶合板、各种夹芯板综合性能好综合性能好二、微观结构：指通过用电子显微镜、二、微观结构：指通过用电子显微镜、X-X-射线衍射仪等手段射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在1010-6-6-10-10-10-10m m。微观结构微观结构常见材料常见材料主要特征主要特征晶体晶体原子、离子或分子按一原子、离子或分子按一定的规则在空间呈有规定的规则在空间呈有规律的排列律的排列金刚石、石英、石膏、金刚石、石英、石膏、石灰岩、钢

49、、铁及部石灰岩、钢、铁及部分有机化合物分有机化合物有固定的几何外形和有固定的几何外形和熔点，化学性质稳定熔点，化学性质稳定性，晶体呈各向异性性，晶体呈各向异性非晶非晶体体原子、离子或分子在空原子、离子或分子在空间呈无规则的排列，微间呈无规则的排列，微观结构为近程有序，远观结构为近程有序，远程无序。程无序。玻璃、粒化高炉矿渣、玻璃、粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰火山灰、粉煤灰无固定的几何外形和无固定的几何外形和熔点，化学性质不稳熔点，化学性质不稳定，各向同性。定，各向同性。胶体胶体物质以极微小的质点物质以极微小的质点（1010-9-9-10-10-7-7m m）分散在介）分散在介质中质中建筑涂料，

50、水泥浆、建筑涂料，水泥浆、胶粘剂胶粘剂胶体质点微小，总的胶体质点微小，总的表面积很大，因而表表面积很大，因而表面能很大，有很强吸面能很大，有很强吸附力，所以具有较强附力，所以具有较强粘结力。粘结力。三、亚微观结构（显微或细观结构）：指用光三、亚微观结构（显微或细观结构）：指用光学显微镜能看到的结构。其尺寸范围在学显微镜能看到的结构。其尺寸范围在1010-3-31010-6-6m m。该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒。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，孔隙与微裂纹等的大小和形态，晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。的大小和分布。 孔隙（包括孔隙数量和孔隙特征即开闭

51、口、孔径大小和分孔隙（包括孔隙数量和孔隙特征即开闭口、孔径大小和分布均匀性）对材料性能的影响布均匀性）对材料性能的影响1.对材料强度影响：对材料强度影响：同种材料，孔隙率和孔隙特征不同，强度同种材料，孔隙率和孔隙特征不同，强度有明显差异。有明显差异。 一般，孔隙率越大，材料强度越低。一般，孔隙率越大，材料强度越低。 孔隙率相同的同种材料，孔径越小强度越高，孔径分布孔隙率相同的同种材料，孔径越小强度越高，孔径分布均匀和孔隙分布均匀的材料强度高。吴中伟院士根据孔径对均匀和孔隙分布均匀的材料强度高。吴中伟院士根据孔径对强度的不同影响，将强度的不同影响，将d200nm孔归为多害孔。孔归为多害孔。2.对

52、材料抗渗性影响：对材料抗渗性影响：开口连通孔隙越多，抗渗性越差；但闭开口连通孔隙越多，抗渗性越差；但闭口孔隙越多抗渗性反而好，因为渗水路径延长了。口孔隙越多抗渗性反而好，因为渗水路径延长了。 孔隙率相等时，孔径越大抗渗性越差，故含开口大孔的孔隙率相等时，孔径越大抗渗性越差，故含开口大孔的材料，抗渗性最差，含细孔材料抗渗性稍差，含微孔材料抗材料，抗渗性最差，含细孔材料抗渗性稍差，含微孔材料抗渗性好。渗性好。 3.对材料抗冻性影响：对材料抗冻性影响：开口连通孔隙越多，抗冻性越差；但开口连通孔隙越多，抗冻性越差；但闭口孔隙越多抗冻性反而好，因为开口孔中的水结冰体积闭口孔隙越多抗冻性反而好，因为开口孔

53、中的水结冰体积膨胀时附近闭口孔会被压缩，使开口孔有更大空间容纳体膨胀时附近闭口孔会被压缩，使开口孔有更大空间容纳体积膨胀，从而大大降低了冻胀应力。积膨胀，从而大大降低了冻胀应力。 孔隙率相等时，开口连通孔越多抗冻性越差；孔径越细，孔隙率相等时，开口连通孔越多抗冻性越差；孔径越细，抗冻性越好，孔隙充水程度越高，抗冻性越差。抗冻性越好，孔隙充水程度越高，抗冻性越差。4.对导热性的影响：对导热性的影响：如果材料内部微小、封闭、均匀分布的孔如果材料内部微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数小，保温隔热性能好。如果材料内部孔隙多，则导热系数小，保温隔热性能好。如果材料内部孔径较大，则热量以对流和辐射传递为主，导热系数大。相径较大，则热量以对流和辐射传递为主，导热系数大。相互连通孔隙数量多则材料导热性大。互连通孔隙数量多则材料导热性大。5.对吸声性影响：对吸声性影响：对多孔吸声材料而言，内部应含有大量相互对多孔吸声材料而言，内部应含有大量相互连通的开口微小孔隙，如纤维状材料。连通的开口微小孔隙，如纤维状材料。一、是非判断题一、是非判断题1