1、材料性质材料性质（性能性能）（特性特性）合理应用合理应用技术要求 物理性质掌握目的 化学性质 力学性质 耐久性取决于1. .材料组成2. .材料结构3. .试验条件第一章第一章. .土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质检验检测常用规格 1. .材料组成化学组成矿物组成相组成 2. .材料结构宏观结构细观结构微观结构纳观结构A.晶体结构B.玻璃体结构C.胶体结构3. .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；加荷速度定义特征A.晶体结构B.玻璃体结构定义特征C.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
2、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、变形大第一节第一节.材料的基本物理性质材料的基本物理性质1.密度2.表观密度03.堆积密度04.孔隙率P 5.空隙率P材料在绝对密实状态下单位体积重量材料在自然状态下单位体积重量散粒材料在堆积状态下单位体积重量一一. .材材料料与与质质量量有有关关的的性性质质材料内部孔隙体积占表观体积的百分率材料之间空隙体积占堆积体积的百分率体积密度毛体积密度比重容重松散容重闭口孔隙开口孔隙实 体开口
3、孔隙闭口孔隙实体VV闭闭V开开Vo孔隙体积 V孔孔= V开开+ V闭闭空 隙V空空堆积体积 Vo= Vo + V空空=V+V开开 + V闭闭+ V空空表观体积 Vo= V+ V孔孔= V+V开开 + V闭闭VoV孔孔V空=V空iV0 =V0i)(3cmgVm)(3300mkgcmgVVVmVm或闭开)(3300mkgcmgVVVVmVm或空闭开1 1.密度密度 2.2.表观密度表观密度 3.3.堆积密度堆积密度 式中：VV实体体积,李氏密度瓶测V V 式中：VV0表观体积，表面封蜡测VV0表观密度又称容重，分000Vm干干00Vm饱饱00Vm湿湿式中： VV0堆积体积，容量筒测V V000经比
4、较可得：VVV00或得：干容重湿容重饱水容重4.4.孔隙率孔隙率 %1001100000孔VVVVVVVP5.5.开口孔隙率开口孔隙率 %10010OH02VMMVVPPk干饱开开6.6.闭口孔隙率闭口孔隙率 kBPPVVVVVVVVVPP0000开孔开孔闭闭7.7.空隙率空隙率 %1001100000000VVVVVVVP空孔隙、孔隙率与孔隙孔隙、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，耐久性， 一般来说粗孔不易吸满水，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、 耐久性更不利。或增加闭口孔隙，可 提高材料保温性、耐久性
5、.1.一般来说，孔隙尺寸, 材料强度,导热系数2.孔隙率，材料表观密度 ；强度 ；导热系数； 吸水率；透气、透水性 抗冻性是否降低，视孔隙大小和形态特征而定3.孔隙(形态)特征V =170 cm3V + V闭 =210 cm3V0=V + V开 + V闭 =260 cm3 某材料干燥试样重450g，浸入水中吸水饱和后排出水的 体积210cm3；取出用湿布抹干再浸入水中排出水的体积260cm3；试样磨细后烘干再浸入水中，排出水的体积170cm3 。 求：该材料密度，表观密度0 ，开口孔隙率PK ，闭口孔隙率PB %23.19260500VVPk开%38.15260400VVPB闭则：3/65.
6、2170450cmgVm300/73. 1260450cmgVm例题例题解解：V = 170 cm3V闭 = 40 cm3V开 = 50 cm3密度表观密度开口孔隙率闭口孔隙率二二. .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，对材料的许多性质有不良影响： 如容重、体积、导热性，强度及抗冻性等 6.材料的含 水状态干燥(即，绝干
7、)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，材料的耐水性好， 反之，材料的耐水性差。 工程中将软化系数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 ，抗渗性差。 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1.2MPa气干状态饱和面干状态湿润状态8.重量吸水率 %100MMM干干饱干水MMwm9.体积吸水率 %1001VV0O2H0VMMwv干饱水二者关系 000干干VMwwmv0mvww 10.含水率 %100MMM干干湿干水MMw某材料饱水容重0饱=1900/m3，体积吸水率wv=46%
8、 求:干容重000O2H0饱干饱VMMwv解解:30044.146.09 .1cmgwv饱例题三三. .材料与热有关的性质材料与热有关的性质1.导热性材料两侧存在温差时,热量由一侧传至另一侧的性质 愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝热性能愈好。工程界将 0.23W/(mk)的材料，称为绝热材料，或节能材料指标导热系数 材料组成、结构材料的孔隙率、孔隙特征材料的含水状态受控于最好的绝热材料为静止（态）空气，其=0.023W/(mk) 房建中采用的空心砖(砌块)、加气砼砌块中含有较多的静态空气，是良好的节能材料。2.热容量材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质指标比热容比热容大的材料，热容大，有
9、利于建筑物内部温度稳定3.热胀冷缩材料随温度变化时其尺寸变化的性质指标线膨胀系数用于计算材料在温度变化时引起的变形或产生的温度应力建筑物的围护结构宜选用比热容大、导热系数小的材料4.保温隔热保温防止室内热量的散失隔热防止室外热量的进入 一一. .强度强度 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。 公式见教材 3.3.比强度比强度 材料强度与表观密度之比。 是衡量材料轻质
10、、 高强的指标。第二节第二节. .材料的基本力学性质材料的基本力学性质AFfmax例例:直径为18mm的钢筋,最大破坏荷载120KN,求其抗拉强度f f解：由题知: A = 92 抗拉强度 f f = Fmax/ A = 120103/ 92 = 471.57 MPa4.4.强度与强度等级强度与强度等级 A. A.强度等级：强度等级： 土木材料常根据（极限）强度的大小划分为不同的强度等级或标号 我国的规范以前采用标号值；目前采用强度等级值。 B.B.强度与强度等级强度与强度等级 区别：a.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。 c.每一强度等级则包
11、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.5.5.影响材料强度的因素影响材料强度的因素 A. A.材料的组成、结构与构造材料的组成、结构与构造 即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不一样。 B.B.孔隙率与孔隙特征：孔隙率与孔隙特征： 孔隙率愈大，材料的强度愈小。一般表观密度大的材料，其强度也大。 对于同一材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。 C. C.试件的形状和尺寸：试件的形状和尺寸： 受压时，立方体试件强度棱柱体试件强度，相同材料采用小试件测得的强度较大试件高。 D. D.加荷速度：加荷速度： 当加荷速度快时，由于变形（裂纹扩展）速度慢于荷载增
12、加速度，故测得的强度值偏高。 E.E.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。 F.F.受力面状态：受力面状态： 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。混凝土路面砖抗折强度试验混凝土路面砖抗压强度试验建筑钢筋的拉伸试验二.弹性与塑性 在外力作用下，材料既产生内力(M、V、N、T),又产生变形(弹、塑) A. 弹弹性变形性变形弹属于可逆变形，胡克定律（=）代表弹性材料 B. 塑性变形塑性变形 (又称：残余变形、永久变形) 塑属于不可逆变形 A. 脆性脆性外力作
13、用下直至破坏无明显塑性变形而突然发生破坏的性质 特征f f压压 f f拉拉 ,适合受压构件,不适合受拉、承受冲击、振动荷载构件 B. 韧性韧性冲击外力下既吸收能量又产生变形而不破坏的性质。 抗震结构、承受动荷载的结构需要考虑材料的韧性韧性 静静荷载荷载作用时不产生加速度的荷载。如结构自重 动荷载动荷载作用时产生加速度的荷载。如冲击、振动荷载三.脆性与韧性建筑钢材建筑钢材外力小时产生弹，外力超某限值时产生塑弹性塑性材料弹性塑性材料 混凝土混凝土外力作用时弹和塑同时产生弹塑性材料弹塑性材料混凝土混凝土、玻璃玻璃、石材石材、陶瓷陶瓷、铸铁铸铁等材料均为脆性材料如木材木材、钢材钢材1. 一质量为4.1
14、kg，体积为10L的容量筒，内部装满最大粒径为20mm的碎石，称得总质量为19.81kg。向上述容量筒内注水，待石子吸水饱和后再注满水，称得其时总质量为23.91kg。将此吸水饱和的石子用湿布擦干表面，称得石子的质量为16.02kg。 求该碎石: (1) 堆积密度0 (1571 kg/m3)； (2) 质量吸水率Wm (2%) (3) 表观密度0 (2530 kg/m3)； (4) 空隙率P (37.9%) 提示：已知 m =19.814.1=15.71kg，V空空 = V水水 = (23.914.116.02)/ =3.79L 则 V0 =103.79 = 6.21L = 6.21 10 -3 m3 表观密度0 = m / V0 = 15.71 / 6.21 10 -3 = 2529.79 kg/m3 2.某材料在吸水饱和时的容重 0饱为1600kg/m3，体积吸水率 Wv为15% 。 计算该材料: (1) 干容重0干 (1450kg/m3) (2) 质量吸水率 Wm (10.3%) (3) 开口孔隙率 P k (15%) (4) 若材料的密度为2.6g/cm3 ,求孔隙率P (44.2%)作业OH2
