土木工程材料的基本性质

内容◎资料的根本物理性质◎资料的根本力学性质◎资料的耐久性◎资料的组成、构造及构造与资料性质的关系第2章土木工程资料的根本性质2.1资料的根本物理性质内容：☆资料的形状参数☆资料的构造参数☆资料与水有关的性质☆资料的热工性质一、资料的形状参数内容：资料的实践密度〔密度〕资料的表观密度资料的堆积密度用途：计算资料的用量，构件的自重，配料计算确定资料的堆积空间等〔一〕资料的密度1、实践密度〔密度〕－资料在绝对密实形状下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：式中：ρ－实践密度〔g/cm3〕m－资料的质量〔g〕V－资料在绝对密实形状下的体积〔cm3〕绝对密实形状下的体积－是指不包括资料内部孔隙在内的体积。实践密度的丈量1〕对近于绝对密实的资料：金属、玻璃等量测几何体积→称重→代入公式2〕对有孔隙的资料：砖、混凝土、石材等磨成细粉→李氏比重瓶法测试P285-286〔二〕资料的表观密度1、表观密度〔容重〕－资料在自然形状下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：

式中：ρo－表观密度〔g/cm3〕m－资料的质量〔g〕Vo－资料在自然形状下的体积〔cm3〕自然形状下的体积－是指包含资料内部孔隙在内的体积。资料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况。表观密度的丈量1〕对外形规那么的资料：砖、混凝土等烘干→量测几何体积→称重→代入公式2〕对外形不规那么的资料：砂、石等烘干→蜡封→浮力天平〔三〕资料的堆积密度1、堆积密度〔松散容重〕－散粒状资料在自然堆积形状下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：

式中：ρ/o－堆积密度〔g/cm3〕m－资料的质量〔g〕V/o－资料的堆积体积〔cm3〕堆积体积－指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的体积。堆积密度的丈量1〕容器法：散粒资料装入容器→量测体积→称净重→代入公式2〕自然堆积法：堆积成→定外形→量测几何体积→称重→代入公式常用资料的形状参数见教材P9－表1-1思索：※颗粒资料的密度为ρ，表观密度ρ′，堆积容重为ρ0′，那么存在以下关系()。

a、ρ>ρ0′>ρ′b、ρ′>ρ>ρ0′c、ρ>ρ′>ρ0′

二、资料的构造参数内容：◎密实度◎孔隙率◎填充率◎空隙率〔一〕密实度密实度－指资料体积内被固体物质所充实的程度。反映资料的致密程度。

公式:影响资料的：强度吸水性耐久性〔二〕孔隙率孔隙率－指资料体积内，孔隙体积与总体积之比。直接反映资料的致密程度。公式:

孔隙率与密实度的关系:P+D=1

内部孔隙:连通和封锁1、连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通；2、封锁孔隙不仅彼此封锁而且与外界隔绝。资料内部孔隙表示图自然形状下体积表示图1-固体；2-闭口空隙；3-开口空隙〔三〕填充率填充率－指散粒资料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度。反映散粒资料堆积的致密程度。公式：

〔四〕空隙率空隙率－散粒资料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比率。公式：

空隙率与填充率的关系：P/+D/=1

例1-1某工地所用卵石资料的密度为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：

石子的空隙率P/为：三、资料与水有关的性质内容：1、资料的亲水性与憎水性2、资料的吸水性与吸湿性3、资料的耐水性4、资料的抗渗性5、资料的抗冻性〔一〕亲水性与憎水性1、亲水性资料：当θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与资料外表分子之间的相互吸引力，资料外表可以被水浸湿。如：木材等。2、憎水性资料：当θ>90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与资料外表分子之间的相互吸引力，资料外表可以被水浸湿。如：防水资料等。

润湿角θ润湿角表示图θ〔二〕资料的吸水性与吸湿性1、吸水性－资料在浸水情况下吸入水分的才干，用吸水率表示。公式：式中：W质－资料的质量吸水率〔％〕m湿－资料吸水饱和后的质量〔g〕m干－资料烘干到恒重的质量〔g〕

◎影响吸水率大小的要素：1、资料的本性－亲水性或憎水性资料2、资料的孔构造－孔径大小、开口与否细微且连通的孔隙---吸水率较大◎吸水性对资料的影响：体积膨胀、强度降低，对围护构造资料不利

〔二〕资料的吸水性与吸湿性2、吸湿性－资料在空气中吸收空气中水分的性质，用含水率表示。公式：式中：W含－资料的质量含水率〔％〕m湿－资料含水时的质量〔g〕m干－资料烘干到恒重的质量〔g〕

◎影响含水率大小的要素：1、资料的本性－亲水性或憎水性资料2、环境温度、湿度◎吸水性对资料的影响：体积膨胀－对木构造和木制品不利湿胀干缩木制门窗在潮湿环境下往往不易开关〔三〕资料的耐水性耐水性－资料长期在饱水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质，用软化系数表示。

公式：式中：K软－资料的软化系数〔K软＝0～1〕f饱－资料在饱水形状下的抗压强度〔MPa〕f干－资料在枯燥形状下的抗压强度〔MPa〕资料软化系数的要求软化系数越小，阐明资料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差；对经常处于水中或受潮严重的重要构造物〔如地下构筑物、根底、水工构造〕的资料，其K软≥0.85；受潮较轻的或次要构造物的资料，其K≥0.80；K软≥0.80的资料，普通称为耐水的资料。1234例1-2某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165MPa，求该石材的软化系数，并判别该石材可否用于水下工程?解:该石材的软化系数为:由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。〔四〕资料的抗渗性抗渗性－资料抵抗有压介质〔水、油、气〕浸透的性质称抗渗性。用浸透系数K表示。依达西定律：

式中：K－资料的浸透系数〔ml/cm2.s〕W－透过资料试件的水量〔ml〕t－透水时间〔s〕A－透水面积〔cm2〕H－净水压力〔cm〕d－试件的厚度〔cm〕抗渗等级◎浸透系数越大，资料的抗渗性越差；◎对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(S)表示：S=10H－1；H－试件开场渗水时的水压力〔MPa〕◎影响资料抗渗性的要素：孔隙率、孔隙特征；◎地下建筑〔地铁、人防建筑、地下室〕、水工结构、防水资料等均要求较高的抗渗性。〔五〕资料的抗冻性抗冻性：资料在吸水饱和的形状下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。用抗冻标号D表示。

冻融破坏的缘由资料有孔且孔隙含水，水→冰体积膨胀9％，结冰压力高达100MPa，结冰压力超越资料的抗拉强度时，资料开裂，裂痕的添加也进一步添加了资料的饱水程度，饱水程度的添加进一步加剧了冻融破坏，反复多次→进一步加剧→最终资料解体。严寒地域道路、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需思索冻融破坏。冻融破坏的桥梁冻融破坏的道面冻融破坏的混凝土芯样冻融破坏的水库坝面冻融破坏的西直门桥四、资料的热工性质1、导热性－资料传导热量的才干称为导热性。其大小用热导率〔λ〕表示。公式：

式中：λ－热导率〔W/m.K〕热阻R=1/λQ－传导的热量〔J〕A－热传导面积〔m2〕δ－资料的厚度〔m〕t－热传导时间〔s〕(T2-T1)－资料两侧温差〔K〕

热工性质◎资料的热导率越小，绝性能越好。◎影响热导率的要素：资料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降资料的含水情况－含水、结冰使λ增◎常见热导率参数：材料λ材料λ泡沫塑料0.035水0.58大理石3.5冰2.2钢材58空气0.023混凝土1.51松木1.17～0.352.2资料的根本力学性质内容：◎资料的强度、比强度◎资料的弹性与塑性◎资料的脆性与韧性

一、资料的强度、比强度1、定义：强度－资料在外力〔荷载〕作用下抵抗破坏的才干称为强度。2、分类:(ａ)抗压(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪资料的受力方式◎不同资料的承载特点是不同的：例：木材与钢材◎一样种类的资料，随着其孔隙率及构造特征的不同，各种强度也有明显差别。强度等级◎建筑资料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。◎混凝土按抗压强度划分为C7.5～C60〔12个〕◎水泥按抗压和抗折强度划分为32.5、32.5R42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级◎砂浆按抗压强度划分为M2.5、M5、M7.5、M10、M15、M20六个等级比强度比强度－资料的强度与其表观密度的比值〔fc/ρo〕。用于评价资料轻质高强几种资料的强度比较：材料表观密度(kg/m3)强度fc(MPa)比强度（fc/ρo）低碳钢78604150.053松木50034.30.059混凝土2400600.025二、资料的弹性与塑性◎弹性－资料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，资料变形即可消逝并能完全恢复原来外形的性质。弹性模量：E=σ/ε◎塑性－资料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍坚持变形后的外形和尺寸，并且不产生裂痕的性质。实践的资料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。低碳钢的σ～ε曲线分段的弹性变形和塑性变形混凝土的σ～ε曲线

同时进展的弹性变形和塑性变形三、资料的脆性与韧性1、脆性－在外力作用下，当外力到达一定限制后，材料忽然破坏而又无明显的塑性变形的性质。☆脆性资料〔如混凝土、玻璃、石材〕抵抗冲击或震动荷载的才干很差。2、韧性－在冲击、震动荷载的作用下，资料接受很大的变形也不致破坏的性能称为韧性。如钢材、木材、纤维等。桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等

2.3资料的耐久性定义：资料在运用过程中能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不易失去其原有性能的性质。包括：