1、1第一章第一章 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质 The Properties of Construction Materials2 建筑工程要求材料具备什么性能（建筑工程要求材料具备什么性能（WhatWhat）? ? 建筑材料如何满足工程要求（建筑材料如何满足工程要求（HowHow）? ? 本章学习哪些内容（本章学习哪些内容（WhichWhich）? ?3 建筑工程的功能建筑工程的功能 要求的材料性能要求的材料性能 承受荷载承受荷载 长期可靠性长期可靠性 防水、隔热防水、隔热 隔声、防火隔声、防火 采光、绝缘采光、绝缘 不污染环境不污染环境强度、刚度强度、刚度耐久性耐久性物理性能物理性能
2、安全性安全性建筑工程要求材料具备哪些性能？建筑工程要求材料具备哪些性能？4建筑材料如何满足性能要求？建筑材料如何满足性能要求？ 材料的组成材料的组成 材料的结构材料的结构 材料的构造材料的构造 材料的复合材料的复合5性能组成结构材料的组成结构性能关系材料组成、结构与性能之关系材料组成、结构与性能之关系 现代材料科学的核心现代材料科学的核心6 7 材料组成化学组成矿物组成相组成 材料结构宏观结构细观结构微观结构纳观结构晶体结构玻璃体结构胶体结构试验条件试件形状、尺寸试件表面状况、含水状态试验温、湿度；加荷速度8第节材料的组成、结构和构造第节材料的组成、结构和构造1、化学组成化学组成 化学组成：指
3、构成材料的基本元素与化合物。化学组成：指构成材料的基本元素与化合物。 表示：表示：金属材料金属材料的化学组成以主要元素的含量来表示；的化学组成以主要元素的含量来表示； 无机非金属材料无机非金属材料则以各种氧化物含量表示。则以各种氧化物含量表示。 2、矿物组成矿物组成 矿物：指的是在矿物：指的是在无机非金属材料无机非金属材料中，具有特定的晶体结构、具有中，具有特定的晶体结构、具有 特定的物理化学性质的组织结构。特定的物理化学性质的组织结构。 矿物组成：是指构成材料的矿物种类和数量。如天然石材，无机矿物组成：是指构成材料的矿物种类和数量。如天然石材，无机 胶凝材料等。胶凝材料等。1.1 材料的组成
4、材料的组成93、相组成、相组成 相组成：指材料中相组成：指材料中结构相近、性质相同结构相近、性质相同的均匀部分称为相。的均匀部分称为相。 可分为：气相、液相和固相可分为：气相、液相和固相 建筑材料多为多相固体材料。建筑材料多为多相固体材料。 例如：混凝土为集料颗粒（集料相）分散在水泥浆体（基相）例如：混凝土为集料颗粒（集料相）分散在水泥浆体（基相）中所组成的两项复合材料。中所组成的两项复合材料。1.2 材料的结构和构造材料的结构和构造（一）宏观结构（一）宏观结构 是指材料宏观存在的状态，即用肉眼或放大镜就可分辨的粗大组织，是指材料宏观存在的状态，即用肉眼或放大镜就可分辨的粗大组织，其尺寸在其尺
5、寸在 10-3m级以上。级以上。10分类分类(1)按孔隙分类：按孔隙分类： 致密致密 多孔多孔 微孔微孔 实例：实例： 钢铁钢铁 加气混凝土加气混凝土 粘土砖粘土砖(2)按组织构造：按组织构造： 纤维纤维 层状层状 散粒散粒 堆聚堆聚 实例：实例： 玻璃纤维玻璃纤维 胶合板胶合板 混凝土集料混凝土集料 砂浆砂浆（二）细观结构（二）细观结构 是指光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸范围为是指光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸范围为1010-3-3 1010-6-6mm。针对某种具体材料来进行分类研究。针对某种具体材料来进行分类研究。混凝土可分为：混凝土可分为：基相、集料相和界面相基相、集料
6、相和界面相11（三）微观结构（三）微观结构 是指材料原子、分子层次的结构。决定材料的物理性质。是指材料原子、分子层次的结构。决定材料的物理性质。 其尺寸范围为其尺寸范围为10-1010-6m。 结构特征：内部质点在三维空间规则排列。结构特征：内部质点在三维空间规则排列。 原子晶体、离子晶体、分子晶体和金属晶体原子晶体、离子晶体、分子晶体和金属晶体金刚石晶体结构金刚石晶体结构 四面体四面体 共价键共价键石墨晶体结构石墨晶体结构 层与层层与层.分子键分子键 层间共价键层间共价键晶体特征晶体特征:各向异性、最小内能各向异性、最小内能.12(2) 玻璃体（无定形体和非晶体）玻璃体（无定形体和非晶体）结
7、构特征结构特征:质点排列质点排列 近程有序近程有序.远程无序远程无序(非周期性非周期性) 共价键或离子键共价键或离子键材料特性材料特性:各向同性、热力学不稳定各向同性、热力学不稳定.实例实例:高炉矿渣高炉矿渣慢冷慢冷 晶体晶体 化学活性低化学活性低快冷快冷 玻璃体玻璃体 化学活性高化学活性高 熔融物质急冷，来不及成晶而成。熔融物质急冷，来不及成晶而成。 如玻璃体如玻璃体(粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰)， 化学潜能大，一定条件下发生化学反应。化学潜能大，一定条件下发生化学反应。(3) (3) 胶体胶体结构特征：极微小的胶粒分散在介质中结构特征：极微小的胶粒分散在介质中
8、 溶胶结构和凝胶结构溶胶结构和凝胶结构实例实例:石油沥青石油沥青材料特性材料特性:较强的粘结力、强度较低、变形较大较强的粘结力、强度较低、变形较大13定义特征晶体结构玻璃体结构定义特征胶体结构定义特征质点在空间按特定的规则呈周期性排列特定的几何外形；各向异性(金属材料除外)；固定的熔点，化学稳定性高高温熔融物经急冷后，质点来不及按一定的规则排列便凝固成固体各向同性；导热性较低；无固定的熔点；化学稳定性差(即，活性高)分散相分散在连续相介质中形成的分散体系较强的吸附力和粘结力；比晶体和玻璃体结构强度低、变形大14（四）材料构造（四）材料构造 指具有特定性质的指具有特定性质的材料结构单元间材料结构
9、单元间的的相互组合搭配情况相互组合搭配情况，强调，强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系，材料相同材料或不同材料间的搭配组合关系，材料宏观组织状况。宏观组织状况。如材料的如材料的(材料孔隙、岩石层理、木材纹理、疵病等材料孔隙、岩石层理、木材纹理、疵病等) 材料的性质与其构造关系：材料的性质与其构造关系： 构造致密的材料强度高；疏松多孔的材料密度低，强度也构造致密的材料强度高；疏松多孔的材料密度低，强度也较低；层状或纤维状构造的材料，是各向异性的。较低；层状或纤维状构造的材料，是各向异性的。 致密材料致密材料如钢材如钢材多孔材料多孔材料如无机非金属材料如无机非金属材料15孔隙、孔隙率与孔隙孔隙、
10、孔隙率与孔隙( (形态形态) )特征特征 粗孔与细孔粗孔与细孔 毛细孔使材料吸水率增大、耐久性毛细孔使材料吸水率增大、耐久性 降低。一般来说粗孔不易吸满水，降低。一般来说粗孔不易吸满水， 微细孔隙吸水率非常大。微细孔隙吸水率非常大。 开孔与闭孔开孔与闭孔 开孔相对闭孔对材料强度、保温性、耐久性开孔相对闭孔对材料强度、保温性、耐久性 更不利；或增加闭口孔隙，可提高材料保温更不利；或增加闭口孔隙，可提高材料保温 性、耐久性。性、耐久性。1.一般来说，一般来说，(单个单个)孔隙尺寸增大，孔隙尺寸增大， 材料强度降低，导热系数增大；材料强度降低，导热系数增大；（1）材料表观密度减小；）材料表观密度减小
11、；（2）强度降低；导热系数减小；）强度降低；导热系数减小；（3）吸水率增大；）吸水率增大；（4）透气、透水性变大。）透气、透水性变大。（5）抗冻性是否降低，要视孔隙大小和形态特征而定）抗冻性是否降低，要视孔隙大小和形态特征而定3.孔隙孔隙(形态形态)特征特征2.孔隙率增大孔隙率增大16第第2节材料的密度、表观密度和孔隙率节材料的密度、表观密度和孔隙率1、密度：密度：材料在绝对密实状态下（不包含孔隙或空隙）单位材料在绝对密实状态下（不包含孔隙或空隙）单位体积的质量，俗称体积的质量，俗称比重比重。 材料的实际密度材料的实际密度为：为： = m/V (g/cm3).(a) 式中：式中：m 材料在干燥
12、状态下的质量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材料在绝对密实状态下的体积(cm3)。 李氏瓶测定体积李氏瓶测定体积 材料的密度大小取决于组成及微观结构。材料的密度大小取决于组成及微观结构。17182、表观密度：表观密度：指材料在自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量，俗称指材料在自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量，俗称容重容重。 材料的表现密度材料的表现密度0为：为： 0= m / V0 (g/cm3或或kg/m3).(b) 式中：式中： m 材料的质量（材料的质量（g或或kg）；）； V0 材料在自然状态下的体积（材料在自然状态下的体积（cm3或或m3）。）。 当
13、材料所含的水分不同时，其所测定的材料表观密度也有差异，通常指的当材料所含的水分不同时，其所测定的材料表观密度也有差异，通常指的是在干燥状态下的表观密度。是在干燥状态下的表观密度。 材料的表观密度取决于密度、构造及含水程度。材料的表观密度取决于密度、构造及含水程度。000Vm干干00Vm饱饱00Vm湿湿干容重干容重湿容重湿容重饱水容重饱水容重193、堆积密度、堆积密度：指散粒材料或粉状材料，在堆积状态下单位体积指散粒材料或粉状材料，在堆积状态下单位体积的质量，俗称的质量，俗称松散容重松散容重。 材料的堆积密度材料的堆积密度0为：为： 0 = m / V0 （/m3）.(c) 式中：式中： m 材
14、料的质量（材料的质量（kg）；）； V0 材料的堆积体积，包括颗粒体积和颗粒之间材料的堆积体积，包括颗粒体积和颗粒之间 空隙的体积（空隙的体积（m3）。）。 取决于材料颗粒的表观密度、堆积的疏密程度。取决于材料颗粒的表观密度、堆积的疏密程度。200.100%VDV0.100%D00001(1).100%1VVVPVVDP 即或密实度孔隙率1210000.100%.100%VDDV或0000000.1(1).100%11VVVPVVDP 即或填充率空隙率22 已知某卵石的质量为已知某卵石的质量为10.6g，体积为，体积为4.06cm3，用李氏瓶法，用李氏瓶法，排除的水的体积为排除的水的体积为4m
15、l，现总共有这样的卵石，现总共有这样的卵石3360kg，堆成体，堆成体积为积为2m3，求石子的孔隙率和空隙率。，求石子的孔隙率和空隙率。3/65. 246 .10cmgVm密密 度度300/168023360mkgVm堆积密度堆积密度300/61. 206. 46 .10cmgVm表观密度表观密度%5 . 1%100)65. 261. 21 (%100)1 (0P孔隙率孔隙率%6 .35%100)261016801 (%100)1 (00P空隙率空隙率23第第3节材料的力学性质节材料的力学性质一、材料的变形材料的变形弹性变形与塑性变形 弹性弹性 当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料能够完全恢
16、复原来变当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料能够完全恢复原来变形的性质称为弹性形的性质称为弹性； 具有这种性质的材料称为弹性材料； 根据其应力应变曲线，有:线弹性和非线弹性。 塑性塑性 当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料仍保持变形后形状和当撤去外力或外力恢复到原受力状态，材料仍保持变形后形状和尺寸、并不发生裂缝的性质称为塑性尺寸、并不发生裂缝的性质称为塑性； 具有这种性质的材料称为塑性材料； 其应力应变曲线是非线性的，且不连续，每一点的应力与应变之比都不相同。24脆性脆性材料在外力作用下，不发生明显的变形而突然破坏的材料在外力作用下，不发生明显的变形而突然破坏的一种性能，称为脆性；一种性
17、能，称为脆性；具有这种性质的材料称为脆性材料具有这种性质的材料称为脆性材料 抗压强度比抗拉强度高八倍以上抗压强度比抗拉强度高八倍以上 脆性材料特征脆性材料特征 适合作受压构件适合作受压构件, ,不适合作受拉构件不适合作受拉构件 不适合承受冲击、振动荷载不适合承受冲击、振动荷载25韧性韧性材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受较材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受较大的变形而不至于破坏的性能，称为韧性。大的变形而不至于破坏的性能，称为韧性。具有这种性质的材料称为韧性材料，具有这种性质的材料称为韧性材料， 抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的韧性抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑
18、材料的韧性 静静荷载荷载作用时不产生加速度的荷载。如结构自重作用时不产生加速度的荷载。如结构自重 动荷载动荷载作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载 对于脆性材料，极限强度与破坏强度是一致的。 对于韧性材料，极限强度高于破坏（断裂）强度。26 徐变与应力松弛徐变与应力松弛 徐变：徐变：固体材料在外力作用下，变形随时间的延长而逐渐固体材料在外力作用下，变形随时间的延长而逐渐增长的现象。增长的现象。 产生原因：产生原因：对于非晶体材料，是由于在外力作用下发生了对于非晶体材料，是由于在外力作用下发生了粘性流动；对于晶体材料，是由于晶格位错运动及晶体的粘性流动
19、；对于晶体材料，是由于晶格位错运动及晶体的滑移。滑移。 徐变与应力和环境因素有关徐变与应力和环境因素有关 当应力未超过某一极限值时，徐变的发展随时间延长而减当应力未超过某一极限值时，徐变的发展随时间延长而减小，最后材料的变形停止增长；当应力达到或超过某一极小，最后材料的变形停止增长；当应力达到或超过某一极限值后，徐变的发展随时间延长而增加，最后导致材料破限值后，徐变的发展随时间延长而增加，最后导致材料破坏。坏。 混凝土、岩石等材料，当环境温度越高、湿度越大时，其混凝土、岩石等材料，当环境温度越高、湿度越大时，其徐变量越大；徐变量越大； 木材的湿度越大，徐变量越大；木材的湿度越大，徐变量越大；
20、钢铁材料在高温下徐变特别显著。钢铁材料在高温下徐变特别显著。27 应力松弛应力松弛 材料在荷载作用下，若所产生的变形因受约束而不能发展材料在荷载作用下，若所产生的变形因受约束而不能发展时，则其应力将随时间延长而逐渐减小，这一现象称为应时，则其应力将随时间延长而逐渐减小，这一现象称为应力松弛力松弛 应力松弛产生的原因：应力松弛产生的原因： 由于随着荷载作用时间延长，材料内部塑性变形逐渐增大、由于随着荷载作用时间延长，材料内部塑性变形逐渐增大、弹性变形逐渐减小（总变形不变）而造成的。弹性变形逐渐减小（总变形不变）而造成的。 材料所受应力水平越高，应力松弛越大；温度、湿度越大，材料所受应力水平越高，
21、应力松弛越大；温度、湿度越大，应力松弛也越大。应力松弛也越大。 28二、二、材料的强度材料的强度 1.1.定义定义 材料在外力作用下抵抗破坏的能力 2.2.分类分类 抗压、抗拉、抗剪、抗弯(折) .抗压、抗拉、抗剪强度公式 式中： f f 强度（ MPa）； A 受力面积（mm2）； F max 最大破坏荷载（ N） .抗弯（折）强度f f 分一点、两点加荷。分一点、两点加荷。 公式见教材公式见教材 3.3.比强度比强度 材料的强度与其表观密度之比。 是衡量材料轻质、 高强的指标。例:直径为18mm的钢筋,最大破坏荷载460KN,求其抗拉强度f fAFfmax2930混凝土路面砖抗折强度试验3
22、1混凝土路面砖抗压强度试验32332.2.影响材料强度的因素影响材料强度的因素 材料的组成、结构与构造：材料的组成、结构与构造： 材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不一样。金属材料金属材料金属晶体金属晶体多晶体堆积体多晶体堆积体强度高、韧性好、刚度较强度高、韧性好、刚度较大；大；水泥材料水泥材料离子晶体和凝胶体离子晶体和凝胶体矿物颗粒堆积体矿物颗粒堆积体强度不高、刚强度不高、刚度大、韧性差、延伸率小；度大、韧性差、延伸率小；高分子材料高分子材料非晶胶体非晶胶体大分子链相互缠结大分子链相互缠结强度不高、刚度低、强度不高、刚度低、延伸率大、韧性好延伸率大、韧性好
23、孔隙率与孔隙特征：孔隙率与孔隙特征： 材料的孔隙率愈大，则强度愈小。 对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。 一般表观密度大的材料，其强度也大。34 试件的形状和尺寸：试件的形状和尺寸： 受压时，立方体试件的强度值要高于棱柱体试件的强度值， 相同材料采用小试件测得的强度较大试件高。 加荷速度： 当加荷速度快时，由于变形速度落后于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之，因材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。 试验环境的温度、湿度：试验环境的温度、湿度： 温度高、湿度大时，试件会有体积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间的作用力减弱，测得的强度值偏低。 受力面状态：受力
24、面状态： 受力面的平整度，润滑情况等。试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。353.3.强度与强度等级强度与强度等级 .强度等级： 材料常根据极限强度的大小,划分为不同的强度等级或标号。 我国过去的规范中采用标号值；目前我国的规范中采用强度等级值。 .强度和强度等级的区别与联系： 区别： a.强度与强度等级的定义不同。强度是实测值，强度等级是人为规定的强度范围。 b.强度指的是材料的极限值，是唯一的，每一强度等级则包含一系列强度值。 联系： 某一材料强度等级的确定必须以其极限强度值为依据.36 材料的持久及疲劳极限材料的持久及疲劳极限 材料在承受持久荷载下的强度，称为材料在承受持久荷载
25、下的强度，称为持久强度持久强度 结构物中材料所承受的荷载，大多为结构物中材料所承受的荷载，大多为持久荷载持久荷载，如结构自，如结构自重、固定设备的荷载等，故在工程中必须考虑持久强度。重、固定设备的荷载等，故在工程中必须考虑持久强度。由于材料在持久荷载下会发生徐变，使塑性变形增大，所由于材料在持久荷载下会发生徐变，使塑性变形增大，所以，持久强度都低于以，持久强度都低于暂时强度暂时强度。 交变应力超过某一极限、且多次反复作用后，即会导致材交变应力超过某一极限、且多次反复作用后，即会导致材料破坏，该应力极限值称为料破坏，该应力极限值称为疲劳极限疲劳极限 疲劳极限远低于静力强度，甚至低于屈服强度。疲劳
26、极限疲劳极限远低于静力强度，甚至低于屈服强度。疲劳极限是通过试验测定的。在是通过试验测定的。在规定的应力循环次数下规定的应力循环次数下，所对应的，所对应的极限应力即为极限应力即为疲劳极限疲劳极限。 通常规定应力循环次数为通常规定应力循环次数为 10106 6次次10108 8次。混凝土次。混凝土的抗压疲劳极限约为静力抗压强度的的抗压疲劳极限约为静力抗压强度的 50%50%60%60%。374. 4. 硬度硬度(Hardness)(Hardness)和耐磨性和耐磨性(Abradability(Abradability) ) 1.1.硬度硬度抵抗外物压入或刻划的能力。抵抗外物压入或刻划的能力。 可
27、采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；可采用：摩氏硬度（石料、陶瓷等）； 布氏、洛氏硬度（金属材料）。布氏、洛氏硬度（金属材料）。 特点：特点：硬度高，耐磨性强，但不易加工。硬度高，耐磨性强，但不易加工。 2.2.磨损磨损材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体积损材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体积损失失。磨耗磨耗材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成的质材料同时受到摩擦和冲击两种作用而造成的质量和体积损耗。量和体积损耗。道路工程所用路面材料，必须考虑抵抗磨损及磨耗的性能。在水利工程道路工程所用路面材料，必须考虑抵抗磨损及磨耗的性能。在水利工程中，如滚水坝的溢流面、闸墩和闸底板等部位，经常受到挟砂
28、高速水流中，如滚水坝的溢流面、闸墩和闸底板等部位，经常受到挟砂高速水流的冲刷作用或水底挟带石子的冲击作用而遭受破坏。这些部位都需要考的冲刷作用或水底挟带石子的冲击作用而遭受破坏。这些部位都需要考虑材料抵抗磨损及磨耗的性能。虑材料抵抗磨损及磨耗的性能。 材料的硬度较大、韧性较高、构造较密实时，其抗磨损及磨耗的能力较材料的硬度较大、韧性较高、构造较密实时，其抗磨损及磨耗的能力较强。强。381-4.1-4.材料与水有关的性质材料与水有关的性质1.亲水性 憎水性润湿(边)角 9090亲水性材料 9090憎水性材料水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的吸引力 大于水分子与材料分子之间的吸引力2.吸
29、水性材料在水中吸收水分的性质指标重量吸水率、体积吸水率3.吸湿性材料在空气中吸收水分的性质指标含水率 吸(含)水率增大，对材料的许多性质有不良影响： 如容重增加、体积膨胀、导热（系数）性增大，强度及抗冻性下降等。39 6.6.材料的含材料的含 水状态水状态干燥(即，绝干)状态4.耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力指标软化系数：软化系数增大，材料的耐水性愈好， 反之，材料的耐水性愈差。 工程中将软化系数大于0.85的材料称为耐水材料5.抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质指标渗透系数：渗透系数越大，抗渗性越差。 抗渗等级：P4、P6、P8、P10、P12等。 其中：P12表示材料能够承受的最大水压为1.
30、2MPa气干状态饱和面干状态湿润状态401. . 材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。41 工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所交点处，
31、沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角成的夹角。其中润湿角愈小，表明材料愈易被愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿水润湿。当材料的润湿角角 时，为亲水时，为亲水性材料；当材料的润湿性材料；当材料的润湿角角 时，为憎水时，为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗入材料的毛细管中。入材料的毛细管中。42材料润湿示与毛细现象材料润湿示与毛细现象（）亲水性材料（）亲水
32、性材料（）憎水性材料（）憎水性材料43亲水性与憎水性材料的特征亲水性与憎水性材料的特征： 材料的亲水性与憎水性主要取决材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：于材料的组成与结构：有机材料一般是憎水性，有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。无机材料都是亲水性。 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。442.材料的吸水性材料的吸水性材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。2.1 .1 质量吸水率质量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
33、质量百分比，并以m 表示。质量吸水率m 的计算公式为：100%bgmgmmWm式中 mb材料吸水饱和状态下的质量（或kg） mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。452.2 .2 体积吸水率体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以W表示。体积吸水率W的计算公式为：01100%bgvWmmWV式中mb材料吸水饱和状态下的质量（）mg材料在干燥状态下的质量（）。V0 材料在自然状态下的体积，（cm3 ）w 水的密度,（g/cm3 ），常温下取w =1.0 g/cm346 材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料的亲水性或材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结
34、构与材料的亲水性或憎水性密切相关：憎水性密切相关：材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水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。开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。 亲水性孔壁使水自动吸入；亲水性孔壁使水自动吸入； 憎水性孔壁难以使水吸入。憎水性孔壁难以使水吸入。473. . 材料的吸湿性材料的吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气
35、中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。48 材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以h表示，其计算公式为：100%sghgmmWm式中 ms材料吸湿状态下的质量（或kg） mg材料在干燥状态下的质量（或kg）49 显然，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。504. . 材料的耐水性材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作
36、用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR：bRgfKf式中 KR 材料的软化系数fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）51 软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。52 材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将0
37、.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。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75 。535. . 材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。545.1 .1 渗透系数渗透系数材料的渗透系数可通过下式计算:QdKAtH式中K渗透系数, （cm / h）;Q渗水量， （cm3 ）A 渗
38、水面积, （cm2 ）H 材料两侧的水压差，（cm）d 试件厚度 （cm）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。555.2 .2 抗渗等级抗渗等级材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。 如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而不渗透。56五、材料的耐久性能及其测试五、材料的耐久性能及其测试 耐水性 抗渗性 抗冻性 耐腐蚀性 耐候性 抗老化571、耐水性 耐水性材料抵抗水的破坏作用的能
39、力。 软化系数(R) ，并按下式计算： R = f 饱 / f干式中： f 饱材料在吸水饱和状态下的抗压强度； f 干材料在干燥状态下的抗压强度。 软化系数R值越小，材料的耐水性越差。 水对材料的破坏作用溶解溶蚀作用溶胀作用削弱质点相互作用力引起金属的锈蚀作用582、抗渗性 抗渗性材料抵抗水或溶液渗入或渗透的能力 材料的抗渗性用渗透系数K表示： K=(Q/Ft) (d/H) 式中：Q透水量(cm3)；H静水压头(cm)； t时间(h) d试件厚度； F 透水面积 抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关。大孔且连通孔将使材料的抗渗系数降低。 材料抗渗性影响材料的其它耐久性性能耐水性耐化学腐蚀性抗冻性593
40、、抗冻性 抗冻性材料饱水下，抵抗冻融循环破坏作用的能力 抗冻等级材料丧失性能前能承受的最多冻融循环次数，次数愈多，等级越高 冻融循环试验 冻融破坏的原因 抗冻性的影响因素 混凝土 抗冻性试验 水结冰时，体积膨胀9；当材料内部孔隙饱水情况下，发生多次冻融循环，在水结冰时产生的拉力作用下，产生裂缝、扩展、延伸，和连通，导致材料破坏。材料内部的孔隙率与孔隙特征孔隙内的饱水程度材料强度与韧性环境温度变化604、耐化学腐蚀性 耐化学腐蚀性耐化学腐蚀性 材料抵抗这些化学介质侵蚀，保持其性能不变的能力；材料抵抗这些化学介质侵蚀，保持其性能不变的能力； 抗蚀系数抗蚀系数 材料的耐化学腐蚀性用一定时间后性能衰减
41、率，用浸泡试材料的耐化学腐蚀性用一定时间后性能衰减率，用浸泡试验测试；验测试； 化学腐蚀作用化学腐蚀作用 地下水、土壤、海水、工业与民用废水、空气等环境介质地下水、土壤、海水、工业与民用废水、空气等环境介质中所含有害化合物渗入材料内部引起材料组成和结构的破坏中所含有害化合物渗入材料内部引起材料组成和结构的破坏作用作用劣化；劣化； 耐化学腐蚀性有：耐化学腐蚀性有： 耐酸性、耐碱性、耐盐性、抗碳化性等等；耐酸性、耐碱性、耐盐性、抗碳化性等等； 材料的耐腐蚀性与抗渗性密切相关。材料的耐腐蚀性与抗渗性密切相关。615、耐候性或抗老化性 耐候性或抗老化性耐候性或抗老化性 材料抵抗这些因素的作用，而能长期保持其性能的能力。材料抵抗这些因素的作用，而能长期保持其性能的能力。 气候老化作用气候老化作用 空气中的光、热、雨水、臭氧等作用于材料，也会导致材空气中的光、热、雨水、臭氧等作用于材料，也会导致材料组成与结构的变化料组成与结构的变化：如分解、大分子链降解、风化等。如分解、大分子链降解、风化等。 抗老化性有抗老化性有 抗热老化、抗紫外光、抗光老化、耐臭氧性等等。抗热老化、抗紫外光、抗光老化、耐臭氧性等等。 材料抗老化性主要取决于组成。材料抗老化性主要取决于组成。62第一章完第一章完
