土木工程材料的基本性质课件

第1章

土木工程材料的基本性质第1章土木工程材料的基本性质1.1材料的物理性质(physicalproperties)1.1.1材料的密度、表观密度与堆积密度(1)密度(density)近似密度（视密度）(apparentdensity)(2)表观密度(apparentdensity)(3)堆积密度（散粒体）(bulkdensity)(forparticles)压实密度（compacteddensity）1密实材料，如金属材料、花岗岩等材料的内部密实而没有孔隙材料的密度－（1）密度3内部有孔隙材料的材料破碎成颗粒堆积在一起，如石子、砂砾等堆积材料颗粒的内部有许多孔隙堆积材料颗粒之间存在许多空隙材料的密度－（3）堆积密度end第1章土木工程材料的基本性质1.1.2材料的密实度与孔隙率(1)密实度(density)(2)孔隙率(porosity)第1章土木工程材料的基本性质1.1.3材料的填充率与空隙率（散粒体）(1)填充率(fillingratio)(2)空隙率(voidsratio,voidcontent,voidvolume)表1.1常用材料的密度、表观密度、堆积密度第1章土木工程材料的基本性质1.1.5材料的抗冻性与抗渗性(1)抗冻性(frostresistance)水结冰时体积约增大9％，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环(freezingandthawingcircle)抗冻等级(grade)D15(Dong)→F15(Freeze)(2)抗渗性(impermeability)渗透系数(coefficientofpermeability)抗渗等级

S(Shen)→P(Permeate)材料的抗冻性oC-20-1001020304050601.材料的内部一般都充满着孔隙，2.如果浸入水中，孔隙中便会吸水3.气温下降，孔隙中的水会结冰并膨胀4.气温上升，孔隙中的冰会逐渐融化5.经过反复的浸水、冰冻、融化、干燥，材料的内部逐渐出现裂缝，表面会逐渐脱落，使材料的强度逐渐损失，质量变小。6.材料的质量损失>5％，强度损失>25％时，冻融的循环次数为材料的抗冻等级end由于结冰产生的膨胀会导致材料的表面部分破裂，内部产生裂纹。

第1章土木工程材料的基本性质1.2材料的基本力学性质1.2.1材料的强度(strength)(1)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(2)材料的抗弯强度表1.3常用材料的强度/MPa1.2.2材料的弹性与塑性1.2.3材料的脆性与韧性第1章土木工程材料的基本性质(3)耐燃性（防失火）(flameresistance)

建筑物失火时，材料能经受高温与火的作用不破坏，强度不严重下降的性能。材料根据耐燃性可分为三大类：1)不燃烧类，如石材、混凝土、砖、石棉等；2)难燃烧类，如沥青混凝土、经防火处理的木材等；3)燃烧类，如木材、沥青等。第1章土木工程材料的基本性质(4)耐火性（耐高温）（耐热性）(fireresistance)

材料在长期高温作用下，保持不熔性并能工作的性能。按耐火性高低可将材料分为以下3类：1)耐火材料，耐火度>15800C，如耐火砖中的硅砖、镁砖、铝转、铬砖等；2)难熔材料，耐火度13500C~15800C，如难熔粘土砖、耐火混凝土等；3)易熔材料，耐火度<13500C，如普通粘土砖。第1章土木工程材料的基本性质1.3.2材料的声学性质(1)吸声性(soundabsorption)吸声系数(sound-absorptioncoefficient)(2)隔声性(soundinsulation)

隔声与吸声不同隔声量（R）第1章土木工程材料的基本性质1.4材料的组成、结构与构造及其对材料性质的影响1.4.1材料的组成(1)化学组成(chemicalcomposition)(2)矿物组成(mineralcomposition)(3)相组成(phases)第1章土木工程材料的基本性质1.4.2材料的结构和构造(structure&constitution)(1)宏观结构(＞10-3mm的尺度,macro-structure)

按孔隙特征可分为：1)致密结构2)多孔结构3)微孔结构按存在状态或构造特征分为：1)堆聚结构2)纤维结构-3)层状结构4)散粒结构(2)细观结构(亚微观结构)(10-3~10-6mm尺度,submicro-)金属材料的金相组织木材的木纤维混凝土内的微裂缝等第1章土木工程材料的基本性质(3)微观结构(10-6~10-10mm原子、分子尺度,micro-structure)1)晶体(crystal)①原子晶体(atomiccrystal)②离子晶体(ioniccrystal)③分子晶体(molecularcrystal)④金属晶体(metalcrystal)2)玻璃体(glass)3)胶体(gel)第1章土木工程材料的基本性质思考题(1)当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密度、强度、吸水率、抗冻性及导热性是下降、上升还是不变?(2)材料的密度、近似密度、表观密度、堆积密度有何差别?(3)材料的孔隙率和空隙率的含义如何?如何测定?了解它们有何意义?(4)亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的?举例说明怎样改变材料的亲水性与憎水性?(5)普通粘土砖进行抗压实验，浸水饱和后的破坏荷载为183kN，干燥状态的破坏荷载为207kN(受压面积为115mm×l20mm)，问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触的部位?第1章土木工程材料的基本性质(6)塑性材料和脆性材料在外力作用下，其变形性能有何区别?(7)材料的耐久性应包括哪些内容?(8)建筑物的屋面、外墙、基础所使用的材料各应具备哪些性质?ENDOFTHISCHAPTER附录材料的表观密度材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中：ρ0——表观密度，kg／m3；

m——材料的质量，kg；

V0——材料在自然状态下的外形体积，m3。材料为散粒或粉状，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：式中：——材料的堆积密度，kg／m3；

m——材料的质量，kg；

——材料的自然(松散)堆积体积(包括材料颗粒体积和颗粒之间空隙的体积)，m3。材料的堆积密度材料的填充率散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。按下式计算：材料的空隙率

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：即：D’＋P’=1或填充率＋空隙率=1。材料的吸水率

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，即式中：Wm——材料质量吸水率，%；

m——材料干燥状态下质量，g；

m1——材料吸水饱和状态下质量，g。材料的含水率

材料在一定温度和湿度下吸附水分的能力，用含水率表示，即式中：W含——材料质量吸水率，%；

m含——材料含水时的质量，g；

m——材料干燥状态下的质量，g。材料的软化系数(附动画)

材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示，即式中：KP——材料的软化系数；

fw——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；

f——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。材料的渗透系数

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。材料的抗渗等级P=10H－1式中：P——抗渗等级；

H——试件开始渗水时的水压力，MPa。

S(Shen)→P(Permeate)材料的抗压、抗拉及抗剪强度(compressive,tensileandshearstrength)材料的抗压、抗拉及抗剪强度按下式计算：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。材料的抗弯强度(bendingstrength)1)二分法。将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则抗弯强度按下式计算：2)三分法。在跨度的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：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。材料的弹性与塑性、脆性与韧性弹性：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。(elasticity)塑性：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。(plasticity)脆性：材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。(brittleness,fragility)韧性：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破坏的性质。(fracturetoughness)材料的导热系数

(coefficientofthermalconduction)材料传导热量的性质称为导热性，以导热系数表示，即式中：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。可将本式与材料的渗透系数定义式比较理解和记忆材料的比热容(specificheatcapacity)

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。材料的吸声系数(acousticalcoefficient)

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)，即式中：E——材料吸收的声能；

E0——入射到材料表面的全部声能。材料的吸声特性与声波的方向、频率，以及材料的表观密度、孔隙构造、厚度等有关。化学组成指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。如水泥化学组成：

SiO220~24%CaO62~67%Fe2O32.5~6.0%AL2O3

4~7%MgO