土木工程材料：基本性质

1.3.6材料的硬度与耐磨性（1）刻化法（莫氏硬度）：1812年Frederich

Mohs首先提出。量化方法：用棱锥型金刚石钻针刻画所示矿物的表面而产生划痕，用测得的划痕的深度来表示硬度硬度：材料抵抗较硬物体压入或刻划的能力。滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石（2）压入法（布氏硬度）BrinellHardness试验方法：以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2(N/mm2)。耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力指标：磨耗率测试方法1：洛杉矶法（搁板式试验法）实验方法：设备要求：圆筒内径710mm±5mm,内侧长510mm±5mm，转速30~33r/min;钢球直径约46.8mm,质量为390g~445g；将一定质量m0且有一定级配的石料试样和钢球置于磨耗试验机中，开动磨耗机，转动500r（混凝土骨料）或标准规定的周数停止。取出试样过筛称重m1。指标：磨损率实验方法：将试件刮平面朝下，放至耐磨机水平转盘上将压头负荷设定为20ON（不加砝码），开机预磨30转取下试件，扫净粉粒，用天平秤称量m0。将预磨过的试件再次放回水平转盘上放平，固紧，再开机磨40转，取下试件，扫除粉尘，称重m1。测试方法2：耐磨试验机§1.4材料与水有关和物理化学性能

水与材料接触时会表现出不同的性质1、亲水性与憎水性

水与材料表面接触时，润湿角（接触角）θ的大小有所不同：亲水性:0≤θ≤90°，材料表面可被水所湿润；憎水性:90°＜θ≤180°，材料表面不可被水湿润。亲水性与憎水性材料的特征：注：材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。2.吸水性与吸湿性1)吸水性：材料在水中吸收水分的性质吸水性用吸水率表示，分为质量吸水率和体积吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以ｗm

表示体积吸水率：材料在吸水饱和时，所吸水体积占材料自然状态下体积的百分比，并以ｗv

表示2)吸湿性：材料在空气中吸收水蒸气的性质吸湿性用含水率表示平衡含水率：材料长期处于某环境下，含水率与环境湿度达到平衡状态注1：材料的吸水性与吸湿性与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。注2：材料吸水或吸湿后，几乎所有性能指标都下降。3.耐水性软化系数：饱水与干燥状态下的强度之比，以Kw表示Kw介于0～1之间

注：孔隙率较大或组成中有可溶成分时耐水性差，如石灰、石膏等。

Ｋw＞0.85的材料称为耐水性材料;可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。如混凝土

Ｋw

在0.75～0.85时，用于一般受潮较轻或次要的工程部位时材料长期处于水的作用下，保持原有性质的能力。4.干缩与湿涨干缩的原因：材料失水时，孔隙由完全充满状态变为部分充满状态注：大孔失水收缩不明显；Young-Laplace公式：§1.5材料的热物理性质1.导热性

当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数λ表示。λ——导热系数，Ｗ／(ｍ·Ｋ)

Q──传导的热量，Ｊ

ｄ──材料厚度，ｍ；

A——热传导面积，m2

t──热传导时间，s；

T2-T1──材料两面温度差，K(4)温度温度越高，材料的导热系数越大(金属材料除外)。(3)含水率：材料含水或含冰时，会使导热系数急剧增加。(1)材料的组成与结构(2)材料的孔隙率及孔隙特征注：导热系数是材料固定的参数，与形状无关。导热系数的影响因素：常用材料的导热系数：聚苯泡沫：0.035─0.042混凝土：0.9─1.2木材：0.15-0.30烧结砖：0.55钢材：55材料层（墙体等围护结构）的传热能力用传热系数表示。传热系数：是指材料两面温度差为1Ｋ时，在单位时间内通过单位面积的热量。单位：Ｗ／(ｍ2·K)2.传热系数和热阻传热系数的倒数──热阻，单位：(ｍ2·K)／Ｗ

材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。单位质量材料温度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热：3.热容量和比热热容量大或材料比热大时，材料温度随环境温度变化迟缓──材料的热惰性

由于温度升高或降低造成的材料的体积变化。

多数材料表现出热胀冷缩的性质，这种变化表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收缩技术指标：线膨胀系数（α）。材料的单向线膨胀量或线收缩量计算公式为：材料温度变形在工程中常表现为：结构开裂预防措施：设伸缩缝4.材料的温度变形性§1.6材料的声学性质1.吸声性声能穿透材料和被材料消耗的性质，指标：吸声系数α平均值≥0.20的为吸声材料影响吸声系数测量的因素：1.声音频率2.入射方向吸声系数取六个频率的平均值：125,250,500,1000…吸声效果的影响因素：（1）孔隙率：同一材料，P↓，低频声音的吸收效果↑，高频声音吸收↓（2）孔隙特征：开口孔隙越多，孔隙越细，吸声效果越好如：纤维制品、膨胀珍珠岩、石膏（3）材料的厚度：厚度↑，低频声音的吸收效果↑，而对高频声音影响不大。吸声原理：声能与孔壁和空气产生摩擦，转化成热能2.隔声性1.隔空气声提高轻质材料隔声性的措施：夹层结构阻隔声能透射的能力声透射系数隔声量：材料密度越大，隔声性能越好；单位：dB2.隔固体声

a.表面设置弹性面层，如楼板上铺设地毯、木板、橡胶片等。

b.在楼板的结构层与面层间设置弹性垫层以降低结构层的振动。

c.在楼板下做吊顶处理。§1.7材料的耐久性

DurabilityofCivilEngineeringMterials耐水性抗渗性抗冻性耐腐蚀性耐候性抗老化1.抗渗性：注：工程上，混凝土的抗渗标号用能抵抗的最大水压力表示，如：P2、P4、P6、P8、P10表示材料能承受0.2、0.4、0.6、0.8、1.0MPaKp—渗透系数,（m/h）;

Q—渗水量，（m3

）

A—

渗水面积,（m2

）

H

—材料两侧的水压差，（m）

d

—试件厚度（m）

t—渗水时间（h）

材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强

抵抗压力水或其它液体渗透的性质,用渗透系数表示，K

。抗渗性影响因素：孔隙率和孔隙状态抗渗性对材料性能的影响：抗腐蚀性，抗冻性

2.抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用，保持其原有性质的能力。冻融循环破坏的原因:材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰；2.体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏；3.随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧表示方法：对结构材料，以抗冻标号F表示影响因素（1）材料的孔隙率P和Pa，P越大，抗冻性越差。（2）孔隙的充水程度Ks：理论上：＜91％，不引起冻害；＞91％，引起冻害

(3)材料自身强度Fn：材料在吸水饱和状态下(最不利状态)，经冻融循环作后，强度损失和质量损失均不超过规定值时所能抵抗的最多冻融循环次数。如：道路混凝土用快速冻融试验，动弹模降到初始值的60%或质量损失到5%的冻