土木工程材料第一章

1、第一章,材料的基本性质,目录,第一节 材料的基本物理性质 第二节 材料的力学性质 第三节 材料的其他性质,第一节 材料的基本物理性质,密度 表观密度 堆积密度 密实度 孔隙率 空隙率,Back,定义: 指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。 公式: 式中: -密度(g/cm) m-材料在干燥状态下的质量(g) v-材料在绝对密实状态下的体积(cm),图1.1.1密度测量仪器,密度,定义: 指材料在自然状态下，单位体积的质量。 公式: 式中:0- 表观密度 m-干燥材料的质量 v0-材料自然状态下的体积,表观密度,Back,定义： 粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量。 公式 ： 式中

2、: o-堆积密度（松散密度）(Kg/m) m -干燥质量(Kg) vo-材料的堆积体积(m),堆积密度,Back,图1.1.2 材料的体积示意图,Back,密实度,定义： 材料体积中固体物质充实的程度。 公式 ：,Back,孔隙率,定义： 材料体积中孔隙体积所占的比例。 公式 ：,孔隙率,定义： 材料体积中孔隙体积所占的比例。 公式 ：,孔隙分类 （1）连通孔和封闭孔 （2）按孔隙尺寸大小可分为粗孔、细孔和微孔。,孔隙及其对材料性能的影响,孔隙率与密实度的关系：P+D=1 材料的总体积是由固体物质及材料内部的空隙组成的。,图1.1.3 材料的孔隙示意图,孔隙对材料性能的影响,空隙率与强度的关系

3、见右图：随着孔隙率增大，表观密度提高，吸水率降低，强度和耐久性提高。,图1.1.4 孔隙对材料性能的影响,Back,空隙率,定义： 散粒材料堆积体积中空隙体积所占的比例。 公式 ：,Back,第二节 材料的力学性质,强度 弹性和塑性 脆性和韧性,Back,定义： 强度指材料抵抗外力作用下产生破坏的能力。 强度分类及公式:,强度,请点击右键选择“播放”观看Flash动画,弹性及弹性材料 弹性：外力的作用下产生变形,外力取消后,能够完全恢复原来形状的性质。 弹性材料：具有弹性的材料。 塑性及塑性材料 塑性：作用下产生变形,外力取消后,仍保持变形后的形状和尺寸,并且不产生裂纹的性质。 塑性材料：具有

4、塑性的材料。 常见塑性材料:砼拌合物,水泥浆,石灰膏,钢材,沥青等。,弹性和塑性,b a 变形,荷载,0,A,ab弹性变形,Back,图1.2.1 弹塑性材料的变形曲线,ob塑性变形,脆性：材料受外力达到一定程度后突然破坏,破坏时无明显的塑性变形的性质。 脆性材料：具有脆性的材料。 石材、水泥混凝土、砂浆、玻璃和陶瓷等属于脆性材料。,荷载,A,变形,脆性与韧性,图1.2.2脆性材料的变形曲线,韧性：在冲击外力和震动荷载作用下,材料能吸收大量的能量，产生一定变形而不致破坏的性质。 韧性材料：具有韧性的材料 钢材和木材等材料均属于韧性材料。 特点：有较高的抗拉和抗压等强度。钢材以抗拉强度极限划分等

5、级。利用之可制备复合材料。,脆性与韧性,Back,第三节 材料的其他性质,与水有关的性质 亲水性和憎水性 吸水性 耐水性 吸湿性 材料的耐久性,Back,定义:指材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质, 090。 具有亲水性质的材料称为亲水性材料，绝大多数工程材料均为亲水性材料，如：石材、水泥基材料、砖、砌块、玻璃及陶瓷等。,亲水性,1,亲水性和憎水性,2,憎水性,定义：指材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质,90180具有这种性质的材料称为憎水性材料。 隔热及吸声等多孔材料应进行憎水处理，避免性能下降。,图1.3.1材料润湿角（）示意图,90o,90180,亲水性和憎水性,Back,吸水

6、性,定义： 指材料在水中吸收水分的性质。 指标：吸水率（W）：材料吸收水分的重量占材料干燥重量或体积的百分数。 公式： 质量吸水率 体积吸水率 m1材料在吸水饱和状态下的质量(g) m2材料在干燥状态下的质量（g） V 材料在自然状态下的体积（cm3 ）,Back,f1-材料在吸水饱和的状态下的抗压强度 f2-材料在干燥状态下的抗压强度,耐水性,Back,吸湿性,定义：材料在潮湿的空气中吸收水分的性质。 指标与公式： 吸湿性用含水率来表示，公式与吸水率相同。 平衡含水率指与空气中的湿度达到平衡时的含水率。,定义：材料在长期饱和水作用下，不产生破坏，其强度也不明显降低的性质。 指标：耐水性用软化

7、系数（Kp）表示。,定义 材料在各种环境因素作用下，在长期使用过程中保持其性能稳定的性质。 环境因素是多种多样的，有物理 (如温度、湿度、机械力等)、化学(大气、光、酸、碱、盐等作用)以及生物(细菌、昆虫等)等方面的作用。 耐久性是一个综合性能，包括抵抗上述各类因素的长期作用。 对砼材料，耐久性主要包括抗渗性及抗冻性。,耐久性,耐久性主要包括： 渗透性 抗冻性 抗腐蚀性 抗碳化性 抗侵蚀性 抗骨料反应,耐久性,Back,定义： 抵抗压力水渗透的性质。 指标： 渗透等级 式中： W-渗水量；d-试件厚度；A-渗水面积；H-水头差；t-渗水时间 抗渗等级(P)：能抵抗最大水压力 eg:P6、P8、P10指能抵抗的最大水压力为0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa,抗渗性,定义 材料吸收饱和后，能经受多次冻融循环，性能不严重降低的性质。 指标-抗冻等级： 抗压强度下降不超过25%，而且重量损失不超过5%时所能承受的最大冻融循环次数F30-F300。,抗冻性,Back,第一章讲课分析,本章学时：讲课2，实验2 主要内容：材料的基本物理性质、力学性质、与水有关的性质等。 重点： 掌握密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、密实度和空隙率、填充率的概念、计算公式、测试方法及其相互关系；