第一章土木工程材料的基本性质2

1、 土木工程材料土木工程材料 绪 论 第一章 土木工程材料的基本性质 绪 论一、土木工程材料的定义、特点及分类一、土木工程材料的定义、特点及分类n 定义：定义：n 广义角度：广义角度：土木工程材料是指在土木建筑工程中所应用的各种材料的总称，包括： 构成建筑物本身的材料，如钢材、木材、水泥、石灰、砂石玻璃、防水材料、红砖等； 施工过程中所用的材料，如钢、木模板及脚手杆、跳板等； 各种建筑器材，如排水设备、采暖通风设备、空调、电气、电信、消防设备等。 n 狭义角度：狭义角度：土木工程材料是指构成建筑物本身的材料，也称为建建筑材料筑材料。本书中主要介绍此类材料。 土木工程材料应具有四大特点：使用、耐久

2、、量大和价廉。土木工程材料应具有四大特点：使用、耐久、量大和价廉。 理想的土木工程材料的特点：理想的土木工程材料的特点：轻质、高强、防火、无毒、高效能和多功能等。 分类：分类： 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。见表1土木工程材料按化学成分分类 按功能可以分为建筑结构材料，墙体材料和建筑功能材料以及建筑器材等。见表2土木工程材料按功能分类土木工程材料无机材料非金属材料天然石材：石子，砂，毛石，料石烧土制品：黏土砖，瓦，空心砖，建筑陶瓷玻璃：窗用玻璃，安全玻璃，特种玻璃 胶凝材料：石灰，石膏，水玻璃，各种水泥混凝土及砂浆：普通混凝土，轻混凝土，特种混凝土，各种砂浆硅酸盐

3、制品：粉煤灰砖、灰砂砖，硅酸盐砌块绝热材料：石棉，矿棉，玻璃棉，膨胀珍珠岩金属材料黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢有色金属：铝，锌，铜及其合金有机材料生物质材料木材，竹材，软木，毛毡沥青材料石油沥青，煤沥青，沥青防水制品高分子材料塑料，橡胶，涂料，胶粘剂复合材料无机非金属材料和有机材料的复合金属材料与无机非金属材料复合金属材料与有机材料复合玻璃纤维增强塑料、混合物水泥混凝土、沥青混合料等钢纤维增强混凝土等 轻质金属夹芯板 表表1土土木木工工程程材材料料按按化化学学成成分分分分类类返回键防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨胀珍珠岩吸声材料：木丝板、毛毡，泡沫塑料采光材料：窗用玻

4、璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝材电工器材及工具、水暖及空调器材、环保器材、建筑五金等建筑功能材料：建筑功能材料：不作为承受载荷，且具有某种特殊功能的材料。建筑器材：建筑器材：为了满足使用要求，而与建筑物配套的各种设备。砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐及砌块墙板：混凝土墙板、石膏板、复合墙板墙体材料：墙体材料：构成建筑物内、外承重墙体及内分隔墙体的材料。砖混结构 ：石材，砖，水泥混凝土，钢筋钢木结构：建筑钢材，木材建筑结构材料：建筑结构材料：构成基础、柱、梁、框架屋架、板等承重系统的材料。建筑材料表表2土土木木工工程程材材料料按按功功能能分分类类p是一切建筑工程的是一切建筑工程的质量质量基

5、础基础p决定建筑物的决定建筑物的功能和使功能和使用寿命用寿命p决定决定工程造价工程造价p材料对结构设计和施工材料对结构设计和施工技术有决定性的影响技术有决定性的影响 二、 土木工程材料的作用图0.1 应县木塔 1115上海静安区高层住宅大火上海静安区高层住宅大火 2010年年11月月15日日13时，上海胶州路时，上海胶州路728号教师公寓号教师公寓正在进行节能改造工程，在北侧外立面进行电焊作业。正在进行节能改造工程，在北侧外立面进行电焊作业。14时时14分，金属熔融物溅落在大楼电梯前室北窗分，金属熔融物溅落在大楼电梯前室北窗9楼平楼平台，引燃堆积在外墙的聚氨酯保温材料碎屑。火势随台，引燃堆积在

6、外墙的聚氨酯保温材料碎屑。火势随后迅猛蔓延，因烟囱效应引发大面积立体火灾，最终后迅猛蔓延，因烟囱效应引发大面积立体火灾，最终造成造成58人死亡、人死亡、71人受伤的严重后果，建筑物过火面人受伤的严重后果，建筑物过火面积积12000平方米，直接经济损失平方米，直接经济损失1.58亿元。亿元。海砂楼事件海砂楼事件 土木工程材料的发展 图0.3 茅草屋天然材料原始社会：古代社会：古代社会： 在隋唐时期，中国古土木工程材料的发展已经较为成熟，砖的应用逐步增多，砖墓、砖塔的数量增加；琉璃的烧制比南北朝进步，使用范围也更为广泛。金属材料的应用也仅限于一些农具以及装饰品等小范围之内。天然材料+人造材料图0.

7、4 罗马角斗场图0.5 土楼混凝土钢结构 近代与现代：钢筋混凝土预应力混凝土二、土木工程材料在建设工程中的地位和作用二、土木工程材料在建设工程中的地位和作用1、土木工程材料与文明发展的关系、土木工程材料与文明发展的关系 土木工程材料是随着人类的进化而发展的,它和人类文明有着十分密切的关系, 人类历史发展的各个阶段, 土木工程材料都是显示它的文化的主要标志之一。2、土木工程材料在工程中的重要作用、土木工程材料在工程中的重要作用 土木工程材料是建筑工程的物质基础。土木工程材料是建筑工程的物质基础。 不论是高达420.5m的上海金贸大厦，还是普通的一幢临时建筑，都是由各种散体土木工程材料经过缜密的设

8、计和复杂的施工最终构建而成。土木工程材料的物质性还体现在其使用的巨量性，一幢单体建筑一般重达几百至数千t甚至可达数万、几十万t ，这形成了土木工程材料的生产、运输、使用等方面与其他门类材料的不同。 土木工程材料的发展赋予了建筑物以时代的特性和风格。土木工程材料的发展赋予了建筑物以时代的特性和风格。 西方古典建筑的石材廊柱、中国古代以木架构为代表的宫廷建筑、当代以钢筑混凝土和型钢为主体材料的超高层建筑，都呈现了鲜明的时代感。建筑设计理论不断进步和施工技术的革新不但受到土木工建筑设计理论不断进步和施工技术的革新不但受到土木工程材料发展的制约，同时亦受到其发展的推动。程材料发展的制约，同时亦受到其发

9、展的推动。 大跨度预应力结构、薄壳结构、悬索结构、空间网架结构、节能型特色环保建筑的出现无疑都是与新材料的产生而密切相关的。土木工程材料的正确、节约、合理的运用直接影响到建筑土木工程材料的正确、节约、合理的运用直接影响到建筑工程的造价和投资。工程的造价和投资。 在我国，一般建筑工程的材料费用要占到总投资的5060%，特殊工程这一比例还要提高，对于中国这样一个发展中国家，对土木工程材料特性的深入了解和认识，最大限度地发挥其效能，进而达到最大的经济效益，无疑具有非常重要的意义。3、土木工程材料的资源化问题、土木工程材料的资源化问题 目前，随着国家可持续战略的实行，土木工程材料的发展在资源化利用方面

10、面临着诸多需要解决的问题，如何从根本上改变我国建材工业发展中存在的高投入、低产出、高消耗、低效益的粗放式生产方式，选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的发展方式，把建材的发展和资源利用、生态保护、污染治理有机地结合起来，是21世纪我国土木工程材料发展的战略目标。 土木工程材料的资源化问题发展趋势：用废弃物或回收物代替部分或全部天然资源，采用传统工用废弃物或回收物代替部分或全部天然资源，采用传统工艺制作生态建材：用粉煤灰、煤矸石、页岩、矿渣、煤渣等艺制作生态建材：用粉煤灰、煤矸石、页岩、矿渣、煤渣等工业废渣中之一种或两种，代替全部粘土或掺少量粘土仍采工业废渣中之一种或两种，代替全部

11、粘土或掺少量粘土仍采用烧结法制造空心砖或实心砖；用化学石膏用烧结法制造空心砖或实心砖；用化学石膏(磷石膏、氟石膏、磷石膏、氟石膏、排烟脱硫石膏排烟脱硫石膏)代替天然石膏制造石膏制品。代替天然石膏制造石膏制品。用废弃物或回收物代替部分或全部天然资源，采用新工艺制用废弃物或回收物代替部分或全部天然资源，采用新工艺制作生态建材。利用固体废弃物为原料，采用免烧或低温烧成作生态建材。利用固体废弃物为原料，采用免烧或低温烧成技术，生产建筑砌块、多功能墙体材料、绿化铺地材料及水技术，生产建筑砌块、多功能墙体材料、绿化铺地材料及水泥等生态建材是节能、保护土地、变废物为有用资源，综合泥等生态建材是节能、保护土地

12、、变废物为有用资源，综合治理环境污染，从而实现经济、社会、资源和环境协调发展治理环境污染，从而实现经济、社会、资源和环境协调发展的极好途径。的极好途径。采用高新技术制作有益于人体健康、多功能的生态建材：高采用高新技术制作有益于人体健康、多功能的生态建材：高新技术生态建材，包括常温远红外建筑陶瓷、灭菌健康建筑新技术生态建材，包括常温远红外建筑陶瓷、灭菌健康建筑卫生陶瓷、电磁波屏蔽材料，防辐射内墙涂料及电致自然光卫生陶瓷、电磁波屏蔽材料，防辐射内墙涂料及电致自然光发生材料等；工业废渣的综合利用：粉煤灰综合利用、城市发生材料等；工业废渣的综合利用：粉煤灰综合利用、城市固体废弃物的综合利用、磷石膏及脱

13、硫石膏等的应用；建材固体废弃物的综合利用、磷石膏及脱硫石膏等的应用；建材生产的生态化，它包括：建材生产中富氧煅烧技术，废气净生产的生态化，它包括：建材生产中富氧煅烧技术，废气净化与利用，建材环境负担与性能评价系和数据库，化与利用，建材环境负担与性能评价系和数据库，“绿色标绿色标志志”建材论证体系。建材论证体系。三、土木工程材料的技术标准三、土木工程材料的技术标准本课程重要依据的是国内标准。本课程重要依据的是国内标准。行业建材标准行业建材标准 JC，建工标准，建工标准 JG工程建设标准工程建设标准 CECS，石油标准，石油标准 SY中国国标中国国标 GB。四、本课程的学习目的及方法四、本课程的学

14、习目的及方法 本课程的学习目的是掌握土木工程材料基本本课程的学习目的是掌握土木工程材料基本知识和试验的基本性能，为学习有关基础技术课知识和试验的基本性能，为学习有关基础技术课程打下基础，并在工程实践中，具有选择与使用程打下基础，并在工程实践中，具有选择与使用土木工程材料的能力。土木工程材料的能力。 在理论学习方面，要重点掌握材料的组成、在理论学习方面，要重点掌握材料的组成、技术性质和特征、外界因素对材料性质的影响和技术性质和特征、外界因素对材料性质的影响和应用原则，各种材料都应遵循这一主线来学习。应用原则，各种材料都应遵循这一主线来学习。五、土木工程材料的发展趋势五、土木工程材料的发展趋势世界

15、土木工程材料的发展趋势：世界土木工程材料的发展趋势：1、轻质高强、轻质高强材料发展的永恒主题；材料发展的永恒主题；2、绿色环保、绿色环保材料发展的基本理念；材料发展的基本理念；3、节能节水、节能节水社会发展的必然选择；社会发展的必然选择；4、部品化、组装话、部品化、组装话材料施工的基本要求；材料施工的基本要求；5、充分利用地方资源生产低成本土木工程材料、充分利用地方资源生产低成本土木工程材料可持续可持续 发展的基本要求。发展的基本要求。第二章第二章 土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质 2-2 材料的物理性质材料的物理性质2-3 材料的力学性质材料的力学性质2-4 材料的耐久性材料的耐

16、久性2-1 材料的组成与结构材料的组成与结构2-4 材料的装饰性材料的装饰性2-1 材料的组成与结构材料的组成与结构一、材料的组成一、材料的组成 材料的组成包括化学组成、矿物组成和相组成化学组成、矿物组成和相组成。 1）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，材料化学组成的不同是造成其性能各异的主要原因。 2）材料的矿物组成：金属元素和非金属元素按一定化学组成构成具有一定的分子结构和性质的物质称为矿物； 3）相组成：材料中具有相同的物理化学性质的均匀部分称为相。自然界中的物质可分为气相、液相和固相，凡由两相或两相以上的物质组成的材料称为复合材料，土木工程材料大部分均可看作复合材料。

17、土木工程材料主要元素组成矿物组成水泥Si、Al、Fe、Mg、Ca、S、O硅酸二钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙钢材Fe、Ca、还有少量的 Si、Mn、S、P等-陶瓷Si、Al、 O、 Fe、Mg、Ca莫来石晶体、绿泥石、伊利石、高岭石、叶蜡石等玻璃Ca、Si、O、NaNa2SiO3CaSiO33SiO2几种常见土木工程材料的化学组成二、材料的结构二、材料的结构 （一）材料的微观结构 材料的微观结构主要是指材料在原子、离子、分子层次上的组成形式。材料的许多性质与材料的微观结构都有密切的关系。较为常见的例子有C、SiO2、Al2O3等。 金刚石晶体，金刚石晶体，属于立方晶系属于立方晶系抗压强度高

18、，耐磨性能好，而且具有抗腐蚀、抗压强度高，耐磨性能好，而且具有抗腐蚀、抗辐射等优良性能。是天然存在最硬的物质。抗辐射等优良性能。是天然存在最硬的物质。碳原子以平面三角形的成键方碳原子以平面三角形的成键方式组成由六元环拼接的无限平式组成由六元环拼接的无限平面层形分子，这些分子再堆叠面层形分子，这些分子再堆叠成石墨晶体。成石墨晶体。层间易于滑动，层间易于滑动，很软，是良好的固体润滑剂很软，是良好的固体润滑剂 氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：氧化铝有十多种同素异构体，但常见的主要有三种：-Al2O3、-Al2O3 、-Al2O3 。 -Al2O3属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，

19、在属于尖晶石型（立方）结构，高温时不稳定，在1600转变为转变为-Al2O3 。 -Al2O3 属于六方系，稳定性好，在熔点属于六方系，稳定性好，在熔点2050 之前不发生晶型转变。之前不发生晶型转变。-Al2O3的结构(a)晶格结构 (b)密堆积模型 晶体： 组成物质的微观离子在空间 的排列有确定的几何位置关系。 具有强度高、硬度较大、有确 定的熔点、力学性质各向异性。 材料的微观结构材料的微观结构 ： 玻璃体： 组成物质的微观离子在空间 的排列呈无序状态，具有化 学活性高、无确定的熔点、 力学性质各向同性 胶体： 极细微的固体颗粒均匀分 布在液体中所形成，呈分散 相和网状结构两种结构形式

20、称溶胶和凝胶 。 土木工程材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和胶体等形式。（二）亚微观结构（二）亚微观结构 亚微观结构也称细观结果，是指用光学显微镜观测手段研究的结构层次，它包括晶体粒子、玻璃体、胶体及材料内孔隙的形态、大小、分布等结构情况。（三）宏观结构（三）宏观结构 材料在宏观可见层次上的组成形式称为构造。 按照材料的孔隙尺寸可将材料的宏观结构分为以下类型： 1）致密结构：如金属、玻璃、致密的天然石材等； 2）微孔结构：如水泥制品、石膏制品及粘土砖瓦等； 3）多孔结构：如加气混凝土、泡沫塑料等。 按照材料的构成形态可将材料的宏观结构分为以下类型： 1）聚集结构：由骨料与胶凝材料胶结成的结构，

21、如水泥混凝土、砂浆沥青混凝土、烧土制品、塑料等； 2）纤维结构：其内部具有方向性，纵向较密实而横向较疏松，组织中存在相当多的孔隙，如玻璃纤维、矿棉、棉麻等纤维状材料； 3）层状结构：将材料叠合成层状，以粘结或其他方法结合成为整体的结构，如胶合板、纸面石膏等； 4）散粒结构：松散颗粒状结构，如砂、石、珍珠岩等； 5）纹理结构：天然材料在生长或形成过程中自然造就天然纹理，如大理石等。 （1）材料的体积： 体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0V+Vp 孔隙体积：VpVb

22、+VkVp孔隙体积（一）材料的密度（一）材料的密度三、材料的基本物理性质三、材料的基本物理性质V 绝对密实体积 干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，不包括内部孔隙的材料体积。 用表示。 一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。 材料的自然体积 材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0 表示。 形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。 材料的堆积体积 粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以 表

23、示。0V （2）材料的密度 1.实际密度 指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算： 式中：实际密度，g/cm3 或 kg/m3； m材料的质量，g 或 kg； V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3。Vm2.表观密度 体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算： 式中：0材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； V0材料的自然体积，cm3 或 m3。00Vm 表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。 因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。工程上利用

24、表观密度推算材料用量，计算结构自重，确定堆放空间3. 堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算： 式中：0材料的堆积密度, g/cm3 或 kg/m3； m 材料的质量，g 或 kg； 材料的堆积体积，cm3 或 m3。00Vm0V颗粒材料空 隙 砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积 几种密度的比较比较项目实际密度表观密度堆积密度材料状态绝对密实自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式00VmVm00Vm0V（二）（二） 材料的密实度与孔隙率材料的密实度与孔隙率 密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下： 式中：

25、密度； 0材料的表观密度。 对于绝对密实材料， 因 0 = ，故密实度D =1 或100%。对于大多数土木工程材料， 因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。 10010000VVD（1）密实度）密实度 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：式中：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3；V0材料的表观体积，cm3 或 m3； 0材料的体积密度, g/cm3 或 kg/m3； 密度, g/cm3 或 kg/m3。）（1001100000VVVP （2）孔隙率）孔隙率 材料实体内部和实体间常常部分被空气所占据，一般称材料实体内部被空气所占据的空间为孔隙，孔

26、隙，而材料实体之间被空气所占据的空间称为空空隙。隙。 材料的空隙状况由孔隙率、空隙连通性孔隙率、空隙连通性和空隙直径空隙直径三个指标来说明。 孔隙率是指空隙在材料中所占的比例，一般孔隙率越大，材料的密度越低、保温隔热性越好、吸声隔声能力越高。 空隙按其连通性可分为连通孔和封闭孔。前者指孔隙之间、空隙和外界之间都连通的空隙；后者指孔隙之间、空隙和外界之间都不连通的空隙。 孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、极细微孔三类。粗大孔指直径大于毫米级的孔隙，其主要影响材料的密度、强度等性能；毛细孔指直径 在微米到毫米级的孔隙，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能；极细微孔直径在微米级以下的孔隙，其直径

27、微小，对材料的性能影响反而不大。（三）材料的填充率和空隙率（三）材料的填充率和空隙率 填充率是指粉状或颗粒状材料在其堆积体积中,被固体颗粒填充的程度。填充率 按下式计算：式中：V0材料所有颗粒体积之总和，m3； 材料的堆积体积， m3 。10000VVD0VD（1 1）材料的填充率）材料的填充率（2 2）空隙率）空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率 按下式计算：式中：0材料的体积密度； 材料的堆积密度。 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砂率的依据。 填充率和空隙率是从两个不同侧面反映粉状或填充率

28、和空隙率是从两个不同侧面反映粉状或颗粒状材料的颗粒相互填充的疏密程度，二者之和颗粒状材料的颗粒相互填充的疏密程度，二者之和等于等于1。）（）（10011001100000000VVVVVP0P 孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作 用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式）（10010P）（100100P表1.1 各种密度的计算与测量密度名称体积状态体积测量密度计算密度自身体积（不含孔隙）磨成细粉消除内部孔隙，材料的排水体积 V表观密度细观外形体积（含孔隙）干燥材料浸入水中，待吸水饱和后，测量排开水的体积 V堆积密度自然堆积体积(含材料间空隙)颗粒材料正

29、好装满容器，测量该容器的容积V0注：饱和面干状态指材料表面干燥而内部孔隙含水达饱和时的状态。Vm同种材料同种材料: 密度表观密度堆积密度密度表观密度堆积密度100Vm00Vm一、与水有关的性质一、与水有关的性质2-2 材料的材料的物理性质物理性质1. 亲水性和憎水性亲水性和憎水性当固体材料与水接触时，由于水分与材料表面之间的相互作用不同，会产生如图所示两种情况。图中在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角，称为润湿边角。当90时，材料能被水润湿表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料；当90时，材料不能被水润湿表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。由此可见，润湿

30、边角越小，材料亲水性越强，越易被水润湿，当=0时 ，表示该材料完全被水润湿。大多数土木工程材料，如砖、木、混凝土等均属于亲水性材料；沥青、石蜡等则属于憎水性材料。12材料的吸湿性和吸水性材料的吸湿性和吸水性1）吸湿性和含水率）吸湿性和含水率吸湿性定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质称吸湿性定义：亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示，含水率计算公式：含水率计算公式：式中Wh材料含水率（%） ms材料吸湿状态下的质量； mg材料干燥状态下的质量。%100ggshmmmW1吸附吸附 解吸解吸RH、T RH、T1材料的含水率随环境的温度和湿度变化发生相应

31、的变化，在湿度较大，温度较低时，材料含水率变大，反之变小。平衡含水率平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率称：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。材料开口的微孔越多，吸湿性越强。为平衡含水率。材料开口的微孔越多，吸湿性越强。影响因素影响因素：亲水性、孔隙率、孔特征：亲水性、孔隙率、孔特征%100ggbmmmmW2）吸水性和吸水率）吸水性和吸水率吸水性定义：是指材料在水中吸水的性质。吸水性定义：是指材料在水中吸水的性质。材料的吸水性用吸水率表示，它有以下两个定义：材料的吸水性用吸水率表示，它有以下两个定义：质量吸水率质量吸水率材料吸水饱和

32、时，吸收的水分质量占材材料吸水饱和时，吸收的水分质量占材料干燥时重量的百分率。料干燥时重量的百分率。计算式：计算式：式中Wm材料的质量吸水率（%） mb材料吸水饱和时的质量（g） mg材料在干燥状态下的质量（g）1%10010WgbvVmmW式中W=1g/cm3为水在常温下的密度。材料的开口孔越多，吸水量越多。虽然水分很易进入开口的大孔，但无法存留，只能润湿孔壁，所以吸水率不大。而开口细微连通孔越多，吸水量就越大。体积吸水率体积吸水率材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状态时体积的百分率，计算式：燥状态时体积的百分率，计算式：影响因素：亲水性、孔隙率、孔特

33、征。影响因素：亲水性、孔隙率、孔特征。 亲水性亲水性、孔隙率、孔隙率、微细连通孔、微细连通孔吸水性吸水性材料钢铁,玻璃花岗岩混凝土粘土砖木材吸水率00.50.7238201001 吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率吸水性和吸湿性 材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料的亲水性或憎水性密切相关：u 材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。u 亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强

34、。亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。1、为什么房屋一楼潮湿？2、如何解决？1、地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法 阻塞毛细通道，技术措施？ 对材料中的毛细管壁进行憎水处理(三三)耐水性耐水性定义定义：材料的耐水性是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性：材料的耐水性是指材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。质。耐水性用软化系数软化系数表示，如下式：表示，如下式：ffK1式中：K材料的软化系数 f1材料在饱和吸水状态下的抗压强度（MPa） f材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）一般材料吸水后，强度均会有所降低，强度降低越多，软化

35、系数越小，说明该材料耐水性越差。材料的KR在01之间，工程中将KR0.85的材料，称为耐水材料。长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，必须KR0.85，次要结构中不宜小于0.75。1二、材料的热工性质二、材料的热工性质1导热性导热性定义定义：材料的导热性是指材料两侧有温差时，热量由高温侧流向低温侧传：材料的导热性是指材料两侧有温差时，热量由高温侧流向低温侧传递的能力，常用导热系数表示。递的能力，常用导热系数表示。计算公式：计算公式： 式中导热系数（W/m.k）； Q传导热量（J）； d材料厚度（m）； A材料传热面面积（m2）； T1T2材料两侧温差（K）； t传热时间（S）材料的导热性与孔隙特

36、征有关，增加封闭孔隙能降低材料的导热能力。的影响因素：组成、结构，孔隙率、孔隙特征、受潮、受冻绝热材料定义： 0.23 w/mkAtTTQd)(21dR 热阻热阻 热量通过材料时所受到的阻力，定义为材料层厚度与导热系数的比值热量通过材料时所受到的阻力，定义为材料层厚度与导热系数的比值热阻（单位：热阻（单位：m2K/W） ： （二）热容（量）和比热容（二）热容（量）和比热容同种材料的热容性差别，常用热容量比较，热容量热容量定义：热容量是指材料在温度变化时的吸收或放出热量的能力。定义：热容量是指材料在温度变化时的吸收或放出热量的能力。计算公式：计算公式： 式中：Q热量（kJ） m材料的质量（kg）

37、 T1T2材料受热或冷却前后的温差（K）； C材料的比热容（kJ/kgK）是指单位质量的材料升高单位温度是指单位质量的材料升高单位温度时所需热量。时所需热量。不同材料间的热容性，可用比热作比较。)(21TTmcQ三、材料的耐热性和耐燃性三、材料的耐热性和耐燃性1耐热性：材料长期在高温作用下，不失去使用功能的性能称为耐热性。耐热性：材料长期在高温作用下，不失去使用功能的性能称为耐热性。2耐燃性：耐燃性：在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质称为耐燃性，材料的耐燃性按在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质称为耐燃性，材料的耐燃性按耐火要求规定分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。耐火要求规定分

38、为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。 2-3 材料的力学材料的力学性质性质一、材料的受力变形一、材料的受力变形材料受外力作用，其内部会产生一种用来抵抗外力作用的内力，同时伴随材料受外力作用，其内部会产生一种用来抵抗外力作用的内力，同时伴随材料的变形，根据变形特点，可分为：材料的变形，根据变形特点，可分为：弹性变形弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来形：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能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。如图状的性质称为弹性，这种能够完全恢复的变形称为弹性变形。如图（a）塑性变形塑性变形：若去除外力，材料仍

39、保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的：若去除外力，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性，此种不可恢复的变形称为塑性变形。如图性质，称为塑性，此种不可恢复的变形称为塑性变形。如图（b）。变变 形形应应 力力变变 形形应应 力力 （a）弹性变形曲线 （b）塑性变形曲线 （c）弹塑性变形曲线变变形形应应力力弹弹塑塑性性材材料料1材料在弹性范围内应力与应变之间的关系符合如下虎克定律： =E式中应力（MPa）； 应变； E弹性模量（MPa）。弹性模量是材料刚度的度量，反映了材料抵抗变形的能力，是结构设计中的主要参数之一。实际材料实际材料较小外力作用下，表现为弹性变形；较小外力作用

40、下，表现为弹性变形；受力超过限度后，表现为塑性变形。受力超过限度后，表现为塑性变形。受力后，弹性变形与塑性变形同时产生受力后，弹性变形与塑性变形同时产生1二、强度及强度等级二、强度及强度等级（一）、强度（一）、强度定义：定义：分类：分类：影响因素：影响因素： 抵抗外力破坏的最大应力值抵抗外力破坏的最大应力值 抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度材料内因材料内因组分、结构组分、结构试验条件试验条件试件试件(尺寸、形状、含水率尺寸、形状、含水率) 温度、加荷速度等温度、加荷速度等PPP材料的抗拉、抗压、抗剪强度可用下式计算：材料的抗拉、抗压、抗剪强度可用下式计算：APfaxm式中：

41、f抗拉或抗压或抗剪强度（MPa）； Pmax材料破坏时的最大荷载（N）； A受力面面积（mm2）1P抗弯（折）强度计算公式为：抗弯（折）强度计算公式为：式中：ff抗弯（折）强度（MPa）； Pmax试件破坏时的最大荷载（N）； L二支点之间距离（mm）； b、h试件截面的宽度和高度（mm）。2max23bhLPff1（二）、强度等级（二）、强度等级土木工程材料常按其强度的大小划分成若干个等级，称土木工程材料常按其强度的大小划分成若干个等级，称为强度等级。对脆性材料，如砖、石、混凝土等，主要为强度等级。对脆性材料，如砖、石、混凝土等，主要根据其抗压强度划分强度等级，对建筑钢材则按其抗拉根据其抗压

42、强度划分强度等级，对建筑钢材则按其抗拉强度划分强度等级。几种常见的土木工程材料的强度见强度划分强度等级。几种常见的土木工程材料的强度见下表：下表：三、比强度三、比强度比强度是评价材料是否轻质高墙的指标，其值等于材料比强度是评价材料是否轻质高墙的指标，其值等于材料的强度与体积密度之比，数值越大，表明材料越轻质高的强度与体积密度之比，数值越大，表明材料越轻质高强。几种材料的比强度见下表：强。几种材料的比强度见下表：四、脆性和韧性四、脆性和韧性脆性：材料在外力作用下，无明显塑性变形而突：材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，称为脆性。然破坏的性质，称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料

43、，它的变形曲脆性材料，它的变形曲线如右图线如右图。韧性韧性（冲击韧性）：材料在冲击或震动荷载作用（冲击韧性）：材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。的性质。它可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示。由下式计算：aK=AK/A式中aK材料的冲击韧性（J/mm2）； AK试件破坏时所消耗的功（J）； A试件受力净截面积（mm2）变形变形应力应力脆性材料脆性材料1五、硬度和耐磨性五、硬度和耐磨性1硬度硬度定义：硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力。定义：硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力。测定方法：测定硬度的

44、方法很多，常用刻划法和压入法。测定方法：测定硬度的方法很多，常用刻划法和压入法。莫氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 布氏法是在布氏硬度机上用一规定直径的硬质钢球，加以一定的压力，将其压入钢材表面，使形成压痕，将压力除以压痕面积，所得应力值为该钢材的布氏硬度值（HB）。数值越大表示钢材越硬。 洛氏法是在洛氏硬度机上根据测量的压痕深度来计算硬度值。2耐磨性耐磨性定义：耐磨性是材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示，定义：耐磨性是材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示，计算公式：计算公式： AmmM10式中M耐磨率，g/cm2; m0磨前质量，g; m1磨后质量，g； A试样受磨面积，cm2。12-4 材

45、料的耐久性材料的耐久性一抗渗性一抗渗性定义定义：材料的的抗渗性，是指其抵抗压力水渗透的性质。：材料的的抗渗性，是指其抵抗压力水渗透的性质。 材料的抗渗性常用渗透系数或抗渗标号表示： 渗透系数按照达西定律以公式表示为： AtHQdK式中：K渗透系数（cm/h）；Q渗水总量（cm3）； A渗水面积（cm2）； d试件厚度（cm）；t渗水时间（h）； H静水压力水头（cm）。 对混凝土材料我国目前采用抗渗等级（记为S）来衡量。 材料的抗渗性与孔隙率及孔隙特征（孔径、孔的连通性）有关。开口的连通大孔越多，抗渗性越差；闭口孔隙率大的材料，抗渗性仍可良好。材料的渗透系数越小，或抗渗标号越高，表明材料的抗渗

46、性越好。地下建筑、压力管道等设计时都必须考虑材料的抗渗性。1破坏作用：物理作用温湿度、冻融、流水、紫外线破坏作用：物理作用温湿度、冻融、流水、紫外线 化学作用酸碱盐水溶液、有害气体、水化学作用酸碱盐水溶液、有害气体、水 生物作用虫、菌生物作用虫、菌定义定义材料在各种使用环境中，能长久地保持其性能的性质。材料在各种使用环境中，能长久地保持其性能的性质。二抗冻性二抗冻性定义：抗冻性是指材料在饱水状态下，能经受多次冻融循定义：抗冻性是指材料在饱水状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。材料的抗冻性常用抗冻标号（记为D）表示。抗冻标号越高

47、，抗冻性越好。材料受冻融破坏原因，是材料孔隙内所含水结冰时体积膨胀（约增大9%），对孔壁造成的压力使孔壁破裂所致。影响因素：孔隙率、孔特征、孔隙充水程度、材料强度、冻结温度、冻融循环次数。因此，在寒冷地区和环境中结构设计和材料选用时，必须考虑到材料的抗冻性能。1三抗侵蚀性三抗侵蚀性定义：材料抵抗使用环境中化学物质（水溶液、气体）的腐定义：材料抵抗使用环境中化学物质（水溶液、气体）的腐蚀能力。蚀能力。 酸碱及其盐类对矿物质和金属材料均会产生化学腐蚀，其原因有：1）材料中某些成分被溶蚀；2）材料中某些成分与化学物质起化学反应，生成有害物质。金属类材料在使用过程中主要遭受氧化腐蚀，尤其是在一定的湿度

48、下，这种情况更明显，防止金属材料侵蚀的主要措施是在金属表面进行处理，加设镀层或涂敷涂料。 无机非金属材料在环境中主要受到的是侵蚀作用是溶解、溶出、碳化及酸碱盐类的化学作用。1四耐老化性四耐老化性u定义：高分子材料在光、热及大气（氧气）的作用下，其定义：高分子材料在光、热及大气（氧气）的作用下，其组成及结构发生变化，致使其性质变化，失去弹性、变硬变组成及结构发生变化，致使其性质变化，失去弹性、变硬变脆或降低机械性能变软变黏，失去原有功能的现象叫老化。脆或降低机械性能变软变黏，失去原有功能的现象叫老化。u目前高分子材料防止老化的措施主要有改变聚合物的结构目前高分子材料防止老化的措施主要有改变聚合物的结构、加入防老化剂的化学方法以及表面涂防护层的物理方法。、加入防老化剂的化学方法以及表面涂防