1、第第1章章.土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质 1.2 材料与水有关的性质（重点）材料与水有关的性质（重点）1.5 材料的耐久性（重点）材料的耐久性（重点）1.3 材料的基本力学性质（重点）材料的基本力学性质（重点）1.4 材料的热性质材料的热性质1.1 材料的基本物理性质（重点）材料的基本物理性质（重点）1.6材料的组成、结构、构造及其对性能的影响材料的组成、结构、构造及其对性能的影响1PPT课件1.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密实度与孔隙率材料的密实度与孔隙率 填充率和空隙率填充率和空隙率2PPT课件1
2、.密度密度（ ）材料在材料在绝对密实状态绝对密实状态下，单位体积的质量。下，单位体积的质量。Vm密度，密度，g/cm3；m材料的质量，材料的质量，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。一、材料的密度、表观密度和堆积密度一、材料的密度、表观密度和堆积密度绝对密实绝对密实:不包括孔隙。不包括孔隙。 如何测？如何测？磨成细粉，用磨成细粉，用李氏瓶李氏瓶；排液置换法。排液置换法。实际上，自然界完全密实的材料不存在（实际上，自然界完全密实的材料不存在（近似近似密度密度）。）。 3PPT课件李氏密度瓶李氏密度瓶4PPT课件视密度视密度(1)定义：包括闭口孔隙在内的单位体积的
3、质量。定义：包括闭口孔隙在内的单位体积的质量。(2)计算公式：计算公式：(3)适用范围及测定方法：已经是粒状的材料，如：砂、石子、水泥等适用范围及测定方法：已经是粒状的材料，如：砂、石子、水泥等,不再不再磨细，直接用排水法测定其体积。磨细，直接用排水法测定其体积。（g/cm3）5PPT课件2. 表观表观密度密度（0）材料在材料在自然状态自然状态下，单位体积的质量。下，单位体积的质量。00Vm0表观密度，表观密度，g/cm3或或kg/m3；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，或称材料在自然状态下的体积，或称 表观体积，表观体积，cm3或或m3。表观体积表观体积:包括
4、孔隙在内的体积。即包括孔隙在内的体积。即固体体积固体体积孔隙体积孔隙体积。 如何测？如何测？排液、蜡封排液、蜡封6PPT课件7PPT课件3. 堆积密度堆积密度（ 0/ ）粉状或粒状粉状或粒状材料，在材料，在堆积状态堆积状态下，单位体积的质量。下，单位体积的质量。/0/0Vm0/堆积密度，堆积密度，kg/m3；m材料的质量，材料的质量，kg；V0/材料的堆积体积，材料的堆积体积，cm3或或m3。堆积体积堆积体积:散粒材料填充容器的体积。散粒材料填充容器的体积。 固体体积孔隙体积颗粒间空隙固体体积孔隙体积颗粒间空隙。一般针对一般针对粉状或粒状材料粉状或粒状材料。如何测？如何测？ 8PPT课件密实度
5、密实度（D） ：表观体积中固体物质充实的程度。表观体积中固体物质充实的程度。%1000VVD或或%1000D二、材料的密实度和孔隙率二、材料的密实度和孔隙率1.材料的材料的密实度密实度 密实度密实度（D） 反应材料的密实程度，反应材料的密实程度，D越大，材料越密越大，材料越密实，含有孔隙的材料，密实度均小于实，含有孔隙的材料，密实度均小于1。9PPT课件孔隙率指孔隙率指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率，分为总孔隙率（简称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率。分率，分为总孔隙率（简称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率。1 PD即即密实度密实度+孔
6、隙率孔隙率=12.材料的材料的孔隙率孔隙率%100)1 (%1000000VVVVVPP 1）. 孔隙率（孔隙率（P）2）. 开口开口孔隙率（孔隙率（Pk）3）. 闭口闭口孔隙率（孔隙率（Pb）10PPT课件开口孔隙开口孔隙指与外界相连通的细小孔隙，指与外界相连通的细小孔隙，闭口闭口孔隙孔隙指与外界不连通的细小孔隙。两者都会指与外界不连通的细小孔隙。两者都会影响骨料的表观密度，开口孔隙影响骨料的影响骨料的表观密度，开口孔隙影响骨料的吸水性。自然状态下的体积包括开口和闭口吸水性。自然状态下的体积包括开口和闭口孔隙，而浸水饱和后排水试验测得的体积就孔隙，而浸水饱和后排水试验测得的体积就只有闭口孔隙
7、，而没有开口孔隙。所以可以只有闭口孔隙，而没有开口孔隙。所以可以用吸水饱和状态下的质量减去完全烘干状态用吸水饱和状态下的质量减去完全烘干状态下的质量然后除以水的密度，得到开口孔隙下的质量然后除以水的密度，得到开口孔隙的体积。的体积。 11PPT课件三、填充率与空隙率三、填充率与空隙率1. 填充率填充率 填充率填充率（D） 。散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积散粒材料在堆积状态下颗粒填充的体积占堆积体积的百分率占堆积体积的百分率%10000VVD或或%1000D2. 空隙率空隙率包含颗粒体积和颗粒之间的空隙体积以及与容器壁之包含颗粒体积和颗粒之间的空隙体积以及与容器壁之间的空隙间的空隙空隙率空隙
8、率（P/ ）：）：堆积体积堆积体积（V0/）中中空隙体积空隙体积（VS）占的比例。占的比例。%100)1 (%1000/0/00/0/0/VVVVVPS1PD或或填充率填充率+空隙率空隙率=112PPT课件例例 题题 某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥，用一个燥，用一个10升升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是的金属桶，称得一桶碎石的净质量是13.50Kg；再从桶中取出；再从桶中取出1000g的碎石，让其吸水饱和后用的碎石，让其吸水饱和后用布擦干，称其质量为布擦干，称其质量为1036g；然后放入一广口瓶中，并用水；然后放入一广口瓶中，并
9、用水注满这广口瓶，连盖称重为注满这广口瓶，连盖称重为1411g，水温为，水温为25 C，将碎石倒，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为791g；另外从洗；另外从洗净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，净完全干燥后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，称取称取50g，用李氏瓶测得其体积为，用李氏瓶测得其体积为18.8毫升。请问？毫升。请问？1 1）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？ 2 2）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？ 3 3）该碎石的密实度、空隙
10、率和填充率？）该碎石的密实度、空隙率和填充率？ 13PPT课件解答：解答：1） Vo=10L, m2=13.5kg; 0 =（m/V0）= 13.5/10 = 1.35 m=1000g, 吸水后质量吸水后质量=1036g. 设水的密度设水的密度1。 则，则， Vo = 791(14111036) = 416mL 0 =（m/V0）= 1000/416 = 2.404 V=18.8mL, m=50g; =(m/V)= 50/18.8=2.662) P = 10/ 100% =(12.404/2.66)=9.624% 其中：其中： P开开= 36/416=8.653% P闭闭= 9.6248.65
11、=0.974%3) D=1P=90.376% P=10/0 100% =(11.35/2.404)=43.8% D=1P=143.8%=56.2%碎石在水中吸水的质量碎石在水中吸水的质量开口孔隙体积开口孔隙体积14PPT课件1.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性耐水性耐水性材料的吸湿性和吸水性材料的吸湿性和吸水性抗冻性抗冻性抗渗性抗渗性15PPT课件亲水性材料：润湿角亲水性材料：润湿角9090憎水性材料：润湿角憎水性材料：润湿角9090亲水性：材料在空气中与水接触时，表面能被水浸润的性质亲水性：材料在空气中与水接触时，表面能被水浸润的性质建筑材料
12、大多为亲水材料，如水泥、混凝土、砂、砖等，只有少数建筑材料大多为亲水材料，如水泥、混凝土、砂、砖等，只有少数不是：沥青、石蜡、有机涂料、塑料等不是：沥青、石蜡、有机涂料、塑料等防水防潮材料一、材料的亲水性和憎水性一、材料的亲水性和憎水性亲水性材料：亲水性材料：砖、木、混凝土砖、木、混凝土憎水性材料：憎水性材料：沥青、石蜡沥青、石蜡16PPT课件 亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态 干燥状态：材料的孔隙中不含水或含水极微；干燥状态：材料的孔隙中不含水或含水极微； 气干状态：材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡；气干状态：材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡；
13、 饱和面干状态：材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和；饱和面干状态：材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和； 湿润状态：材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿湿润状态：材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜。附有一层水膜。 除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态除上述四种基本含水状态外，材料还可以处于两种基本状态之间的过渡状态中。之间的过渡状态中。17PPT课件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
14、性。 水在憎水性材料的表面有自动收水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。面。对工程防水有利。 水在亲水性材料的表面是自动散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。开和铺展，并自发地润湿表面。18PPT课件 二、材料的吸湿性和吸水性二、材料的吸湿性和吸水性材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构和材料的亲水性或材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构和材料的亲水性或憎水性密切相关：憎水性密切相关：u 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
15、；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。u 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。19PPT课件 体积吸水率体积吸水率：材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状：材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥状态时体积的百分率。态时体积的百分率。 01100%bgVWmmWV1.吸水性：吸水性：材料与水接触时材料与水接触时吸收水分吸收水分的性质。的性质。吸水率：吸水率：材料吸水达到材料吸水达
16、到饱和面干饱和面干时的时的含水率含水率。土木工程材料吸水性的大小一般用质量吸水率表示。土木工程材料吸水性的大小一般用质量吸水率表示。质量质量吸水率吸水率是指材料吸水饱和时，其内部吸收水分的质量占干是指材料吸水饱和时，其内部吸收水分的质量占干材料质量的百分率。材料质量的百分率。%100ggbmmmmWWm材料的（质量）吸水率，材料的（质量）吸水率，%；mb材料吸水饱和面干状态下的质量，材料吸水饱和面干状态下的质量，g。mg材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，g；20PPT课件 一般来说，孔隙率越大，吸水率越大。但在材料的孔隙中，并不是所有的孔隙都能被水充满，因为封闭的孔隙，水分不易渗
17、入；而粗大的孔隙粗大的孔隙，水分又不易保留，故材料的体积吸水率，常小于孔隙率。这类材料常用质量吸水率来表示它的这类材料常用质量吸水率来表示它的吸水性。吸水性。 对于某些轻质材料，如加气混凝土、软木等，由于具有很多很多开口而微小的孔隙开口而微小的孔隙。所以它的质量吸水率往往超过100%。即湿质量为干质量的几倍，在这种情况之下，最好用体积吸水最好用体积吸水率表示其吸水性。率表示其吸水性。21PPT课件材料吸水材料吸水体积膨胀体积膨胀导热性能导热性能增加增加强度强度降低（少数除外，如混凝土）降低（少数除外，如混凝土）吸水性的吸水性的影响因素：影响因素：材料成分材料成分（亲水、憎水）（亲水、憎水）、孔
18、隙率大小、孔隙率大小、孔隙特征孔隙特征（细微连通、粗大或封闭）（细微连通、粗大或封闭）。 22PPT课件 平衡含水率：平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。材料与空气湿度达到平衡时的含水率。2.吸湿性：材料吸湿性：材料在在空气空气中吸收水分的性质。中吸收水分的性质。含水率：含水率：材料中所含水的质量与材料中所含水的质量与干燥状态下干燥状态下材料的质量之比。材料的质量之比。Wh材料的含水率，材料的含水率，%；ms材料在吸湿状态下的质量，材料在吸湿状态下的质量，g；mg材料在材料在干燥状态干燥状态下的质量，下的质量，g；%100ggshmmmW练习：练习：含水率为含水率为10的的100g湿
19、砂，其中干砂多少？湿砂，其中干砂多少？23PPT课件影响材料吸湿性的因素有：影响材料吸湿性的因素有：(1)(1)自身的特性自身的特性( (亲水性、孔隙率和孔隙特征亲水性、孔隙率和孔隙特征) )。(2)(2)周围环境条件的影响，气温越低，相对湿度越大，周围环境条件的影响，气温越低，相对湿度越大，材料的含水率就越大。材料的含水率就越大。24PPT课件材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质。水分水分分散于材料内微粒的表面分散于材料内微粒的表面削弱削弱结合力结合力降低强度降低强度四、耐水性四、耐水性耐水性用耐水性用软化系数软化系数KR表示：表
20、示： gbRffK fb材料在材料在吸水饱和状态下吸水饱和状态下的抗压强度，的抗压强度，MPa。fg材料在材料在干燥状态下干燥状态下的抗压强度，的抗压强度，MPa 。 材料的耐水性主要取决于其组成成分在水中的溶解度和材料内材料的耐水性主要取决于其组成成分在水中的溶解度和材料内部开口孔隙率的大小。一般随溶解度增大，开口孔隙增多而变部开口孔隙率的大小。一般随溶解度增大，开口孔隙增多而变小。溶解度很小或不溶的材料以及具有较多封闭孔隙的材料，小。溶解度很小或不溶的材料以及具有较多封闭孔隙的材料， 软化系数一般较大，而材料的耐水性较好。软化系数一般较大，而材料的耐水性较好。25PPT课件软化系数的要求（
21、软化系数的要求（0KR1） 软化系数的大小表明材料浸水后强度降低的程度，是选软化系数的大小表明材料浸水后强度降低的程度，是选择材料的重要依据：择材料的重要依据： （1 1）软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越）软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。多，其耐水性越差。 （2 2）对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下）对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其构筑物、基础、水工结构）的材料，其K K软软0.850.85； （3 3）受潮较轻的或次要结构物的材料，其）受潮较轻的或次要结构物的材料，其K K软软0.750.75
22、； （4 4）K K软软0.800.80的材料，一般称为耐水的材料。的材料，一般称为耐水的材料。26PPT课件1. 1. 定义：指材料抵抗压力水或其它液体渗透的性质定义：指材料抵抗压力水或其它液体渗透的性质 。2. 2. 表示方法：渗透系数（表示方法：渗透系数（K K）或抗渗等级（）或抗渗等级（P P）（1 1）渗透系数：）渗透系数： 式中：式中： KK渗透系数，渗透系数，cmcm3 3/cm/cm2 2hh； dd试件厚度，试件厚度，cmcm； QQ渗水量，渗水量，cmcm3 3 ； AA渗水面积，渗水面积，cmcm2 2； tt渗水时间，渗水时间，h h； HH水头（水压力），水头（水压力
23、），cmcm。 渗透系数渗透系数K K越大，材料的抗渗性越差。越大，材料的抗渗性越差。 AtHQdK五、抗渗性五、抗渗性27PPT课件（2 2）抗渗等级：以规定的试件在标准试验条件下所能承受的）抗渗等级：以规定的试件在标准试验条件下所能承受的最大水压（最大水压（MPaMPa）来确定，即）来确定，即式中：式中： P P 抗渗等级；抗渗等级； H H 试件开始渗水时的水压，试件开始渗水时的水压，MPaMPa。 抗渗等级抗渗等级P P越小，材料的抗渗性越差。越小，材料的抗渗性越差。 地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗
24、渗性。对于防水材料则应具有很好的抗渗性。应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有很好的抗渗性。 材料的抗渗性与材料的耐久性（抗冻性、耐腐蚀性等）有着材料的抗渗性与材料的耐久性（抗冻性、耐腐蚀性等）有着非常密切的关系，一般而言，材料的抗渗性越高，水及各种非常密切的关系，一般而言，材料的抗渗性越高，水及各种腐蚀性液体或气体越不容易进入材料内部，则材料的耐久性腐蚀性液体或气体越不容易进入材料内部，则材料的耐久性越高。越高。 110HP28PPT课件 材料的抗渗性与其孔隙多少和孔隙特征关系密切：材料的抗渗性与其孔隙多少和孔隙特征关系密切： 开口并连通的孔隙是材料渗水的主要渠道。开口并连通的孔隙是材料渗
25、水的主要渠道。 材料越密实、闭口孔越多、孔径越小，水越难渗透；材料越密实、闭口孔越多、孔径越小，水越难渗透； 孔隙率越大、孔径越大、开口并连通的孔隙越多的材料，孔隙率越大、孔径越大、开口并连通的孔隙越多的材料，其抗渗性越差。此外，材料的亲水性、裂缝缺陷等也是影其抗渗性越差。此外，材料的亲水性、裂缝缺陷等也是影响抗渗性的重要因素。响抗渗性的重要因素。29PPT课件1. 1. 定义定义：材料在吸水饱和状态下能经受反复冻融的作用：材料在吸水饱和状态下能经受反复冻融的作用而而不不破坏，强度无显著降低的性能破坏，强度无显著降低的性能 。2. 2. 表示方法表示方法: : 抗冻等级（抗冻等级（F F）(1
26、)冻融循环破坏的原因：材料有孔隙，孔隙中的水在结冰时体冻融循环破坏的原因：材料有孔隙，孔隙中的水在结冰时体积膨胀积膨胀9%。(2)冻融循环试验破坏的判定：以质量损失超过冻融循环试验破坏的判定：以质量损失超过5%，或强度下降，或强度下降超过超过25%。(3)抗冻等级：破坏前所能经受的最大冻融循环次数来确定。用抗冻等级：破坏前所能经受的最大冻融循环次数来确定。用符号符号“F”和最大冻融循环次数表示。如和最大冻融循环次数表示。如F15、F15、F50、F100等。等。 冰冻的破坏作用是由于材料中含有水，水在结冰时体积膨冰冻的破坏作用是由于材料中含有水，水在结冰时体积膨胀约胀约9% 9% ，从而对孔隙
27、产生压力而使孔壁开裂。冻融循环次数，从而对孔隙产生压力而使孔壁开裂。冻融循环次数越多，对材料的破坏作用越严重。因此，抗冻等级越大，材料越多，对材料的破坏作用越严重。因此，抗冻等级越大，材料的抗冻性越好。的抗冻性越好。 六、抗冻性六、抗冻性30PPT课件 影响材料抗冻性的因素：影响材料抗冻性的因素： 材料的孔隙率和孔隙特征材料的孔隙率和孔隙特征，其影响与抗渗性相似。其影响与抗渗性相似。 材料的吸水饱和程度。材料的吸水饱和程度。 材料的强度越高，其抵抗冰冻破坏的能力也越强，抗材料的强度越高，其抵抗冰冻破坏的能力也越强，抗冻性越好。冻性越好。 就外界条件来说，材料受冻破坏的程度与冻融温度、结冰就外界
28、条件来说，材料受冻破坏的程度与冻融温度、结冰速度及冻融频繁程度等因素有关，温度越低、降温越快、速度及冻融频繁程度等因素有关，温度越低、降温越快、冻融越频繁，则受冻破坏越严重。冻融越频繁，则受冻破坏越严重。31PPT课件冻融破坏的铁路桥混凝土（钢筋保护层剥落）冻融破坏的铁路桥混凝土（钢筋保护层剥落）32PPT课件冻融破坏的水库大坝（开裂和表面剥落）冻融破坏的水库大坝（开裂和表面剥落）33PPT课件34PPT课件冻融冻融和去冰盐使得原北京西直门立交桥出现破坏冻融冻融和去冰盐使得原北京西直门立交桥出现破坏35PPT课件孔隙率孔隙率反映反映孔隙多少孔隙多少 或或 致密程度致密程度孔隙增多孔隙增多强度强
29、度降低降低导热性能导热性能降低降低透气透气性，性，透水透水性，性，吸水性吸水性变大变大体积密度体积密度减小减小尺寸：微孔、细孔、大孔尺寸：微孔、细孔、大孔孔隙特征孔隙特征封闭孔（封闭孔（VB）、连通孔（开口）（）、连通孔（开口）（VK）孔隙特征对材料性能影响很大孔隙特征对材料性能影响很大 36PPT课件1.3 材料的基本力学性质材料的基本力学性质强度、比强度强度、比强度弹性与塑性弹性与塑性硬度与耐磨性硬度与耐磨性脆性与韧性脆性与韧性 37PPT课件材料的强度：材料的强度：外力作用下不破坏时能承受的最大应力。外力作用下不破坏时能承受的最大应力。按外力作用方式：按外力作用方式：抗压强度抗压强度、抗
30、拉强度抗拉强度、抗弯强度抗弯强度及及抗剪强度。抗剪强度。 抗压抗压 抗拉抗拉 抗弯抗弯 抗剪抗剪一、强度、比强度一、强度、比强度 38PPT课件材料强度的材料强度的计算公式计算公式（1）抗拉、抗压、抗剪强度：）抗拉、抗压、抗剪强度：AFfmaxf材料的材料的强度强度 ，N/mm2或或MPa；Fmax材料破坏时的最大荷载，材料破坏时的最大荷载，N；A受力截面面积受力截面面积；（2）抗弯强度：）抗弯强度：单点单点集中加荷：集中加荷：2max23bhLFf 三 分 点三 分 点 加 荷 ：加 荷 ：2maxbhLFf f材料的抗弯材料的抗弯强度强度 N/mm2或或MPa；Fmax破坏时的最大荷载破坏
31、时的最大荷载N；L两支点的间距两支点的间距mm ；b、h试件横截面的宽与高试件横截面的宽与高mm。 39PPT课件比强度比强度指材料强度与其表观密度之比。指材料强度与其表观密度之比。 意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强影响材料强度的因素影响材料强度的因素n材料的组成、结构和构造（材料的组成、结构和构造（孔隙率、表面状况等）。孔隙率、表面状况等）。n试验条件：试验方面的因素有：试件大小、试件形状、试验条件：试验方面的因素有：试件大小、试件形状、加荷速度以及试件的平整度等。加荷速度以及试件的平整度等。n材料的含水情况材料的含水情
32、况n温度温度40PPT课件常用土木工程材料的强度常用土木工程材料的强度（ N/mm2或或MPa ）材料材料抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度抗弯强度抗弯强度花岗岩花岗岩100250581014普通粘土砖普通粘土砖10302.65.0混凝土混凝土10100183.010.0松木（顺纹）松木（顺纹）30508012060100建筑钢材建筑钢材24015002401500 41PPT课件1.弹性：弹性：弹性变形：弹性变形：可完全恢复的变形可完全恢复的变形材料的弹性变形曲线材料的弹性变形曲线外力作用外力作用变形变形外力除去外力除去 变形保持变形保持塑性变形：塑性变形：不能恢复的变形不能恢复的变形材料的塑
33、性变形曲线材料的塑性变形曲线二、弹性与塑性二、弹性与塑性外力作用外力作用变形变形外力除去外力除去变形变形完全恢复完全恢复2.塑性：塑性： 42PPT课件真实材料中，真实材料中，完全的弹性材料完全的弹性材料或或完全的塑性材料完全的塑性材料不存在不存在。3.弹塑性变形：弹塑性变形：材料的弹塑性变形曲线材料的弹塑性变形曲线外力作用外力作用变形；卸载后变形；卸载后弹性变形恢复，塑性变形保留。弹性变形恢复，塑性变形保留。 43PPT课件1.脆性：脆性：外力达到一定限度外力达到一定限度材料突然破坏（无明显塑性变形）材料突然破坏（无明显塑性变形）脆性材料的变形曲线脆性材料的变形曲线常见脆性材料：常见脆性材料
34、：砖、玻璃、生铁、混凝土、陶瓷、石材、砂浆砖、玻璃、生铁、混凝土、陶瓷、石材、砂浆2.韧性：韧性：冲击、振动荷载作用冲击、振动荷载作用材料吸收较大的能量而不发生破坏材料吸收较大的能量而不发生破坏三、脆性和韧性三、脆性和韧性 44PPT课件1.硬度：硬度：材料表面抵抗其它较硬物体材料表面抵抗其它较硬物体压入压入或或刻划刻划的能力。的能力。回弹法回弹法测混凝土的测混凝土的抗压强度抗压强度。2.耐磨性：耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力。材料表面抵抗磨损的能力。四、硬度和耐磨性四、硬度和耐磨性莫氏硬度莫氏硬度（刻划法，测定矿物材料）（刻划法，测定矿物材料）布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度布氏硬度、洛氏硬度、
35、维氏硬度（压入法）：（压入法）：测定金属材料、测定金属材料、塑料、橡胶等的硬度。塑料、橡胶等的硬度。 45PPT课件1.4 材料的热性质材料的热性质 热容性热容性导热性导热性热变形性热变形性46PPT课件导热系数导热系数（）：）：在数值上等于厚度为在数值上等于厚度为1m的材料，当其相的材料，当其相对两侧表面温度差为对两侧表面温度差为1K时，经单位面积时，经单位面积（1m2）单位时间单位时间（1s）所通过的热量。所通过的热量。一、导热性一、导热性)/(KmW 导热系数导热系数 ， ；Q 传导传导热量热量，J；d 材料材料厚度厚度，m；A 材料传热材料传热面积面积，m2；Z 热传导热传导时间时间，
36、s；t1-t2材料两侧材料两侧温差温差，K。AZttQd)(21 导热系数导热系数表示材料的导热能力，表示材料的导热能力，值越小，材料绝热性值越小，材料绝热性能越好。能越好。47PPT课件 导热系数影响因素导热系数影响因素（1 1）材料的组成与结构）材料的组成与结构 通常金属材料、无机材料、晶体材料的导热系通常金属材料、无机材料、晶体材料的导热系数分别大于非金属材料、有机材料、非晶体材料；数分别大于非金属材料、有机材料、非晶体材料；（2 2）材料的孔隙率）材料的孔隙率 由于材料孔隙内的密闭空气的导热系数很小，所以由于材料孔隙内的密闭空气的导热系数很小，所以导热系数随孔隙率增大而减小，孔隙的大小
37、和连通程度对导热系数也有影导热系数随孔隙率增大而减小，孔隙的大小和连通程度对导热系数也有影响。细小孔隙、闭口孔隙比粗大孔隙、开口孔隙对降低导热系数更为有利，响。细小孔隙、闭口孔隙比粗大孔隙、开口孔隙对降低导热系数更为有利，因为减少或降低了对流传热；因为减少或降低了对流传热；（3 3）温度）温度 温度越高材料的导热系数越大（金属材料除外）温度越高材料的导热系数越大（金属材料除外）（4 4）材料的导热系数还与湿度有关。因为水的导热系数）材料的导热系数还与湿度有关。因为水的导热系数=0.58W/=0.58W/mKmK, ,比静态空气的导热系数比静态空气的导热系数=0.023 W/=0.023 W/m
38、KmK大大2020倍，所以受潮的材料导热系倍，所以受潮的材料导热系数增大。材料中的水分冻结，导热系数将更大，冰的导热系数数增大。材料中的水分冻结，导热系数将更大，冰的导热系数=2.33 =2.33 W/W/mKmK. .约时水的约时水的4 4倍倍. .因此材料受潮和受冻将严重影响其保温效果。所以因此材料受潮和受冻将严重影响其保温效果。所以工程中对保温材料应特别工程中对保温材料应特别注意防潮。注意防潮。48PPT课件二、热容性二、热容性热容量（热容量（C）：）：材料温度升高或降低材料温度升高或降低1K时所吸收或放出的热量。时所吸收或放出的热量。21ttQC比热容（比热容（c）：）：单位质量单位质
39、量材料温度升高或降低材料温度升高或降低1K时所吸收或放出时所吸收或放出的热量称为热容量系数或比热容。的热量称为热容量系数或比热容。)(21ttmQc 49PPT课件 材料比热容对保持室内温度稳定作用很大，材料比热容对保持室内温度稳定作用很大，比热容大比热容大的的材料能在热流变化、采暖、空调不均衡时，缓和室内温度材料能在热流变化、采暖、空调不均衡时，缓和室内温度的波动；屋面材料也宜选用比热容大的材料。常用材料的的波动；屋面材料也宜选用比热容大的材料。常用材料的热性质见下表。热性质见下表。材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋材料的导热系数和热容量是设计建筑物围护结构（墙体、屋盖）进
40、行热工计算时的重要参数，设计时应选用导热系数较盖）进行热工计算时的重要参数，设计时应选用导热系数较小而热容量较大的材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定小而热容量较大的材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。性。50PPT课件材料名称材料名称导热系数，导热系数，W/(mW/(mK)K)比热容，比热容，kJ/(kgkJ/(kgK K) )铜3700.38钢550.46石灰岩2.663.230.7490.846花岗岩2.913.450.7160.92大理岩2.450.875普通混凝土1.80.88粘土空心砖0.640.92松木0.170.352.51玻璃2.73.260.83泡沫塑料0.031.30
41、水0.604.187密闭空气0.0231常用材料的热性质指标常用材料的热性质指标51PPT课件三、热变形性三、热变形性)(12ttLL线膨胀系数：线膨胀系数： 材料在温度变化时产生的体积变化。一般材料在温度升高材料在温度变化时产生的体积变化。一般材料在温度升高时体积膨胀，温度下降时体积收缩。时体积膨胀，温度下降时体积收缩。 温度变形在单向尺寸上的变化称为线膨胀或线收缩，材温度变形在单向尺寸上的变化称为线膨胀或线收缩，材料的热变形性常用料的热变形性常用线膨胀系数线膨胀系数来衡量，其计算式如下：来衡量，其计算式如下：材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土木工程结构材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土
42、木工程结构的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系其安全与稳定的重要因素。工程上常用预留伸缩缝的其安全与稳定的重要因素。工程上常用预留伸缩缝的办法来解决温度变形问题。办法来解决温度变形问题。52PPT课件1.5 材料的耐久性材料的耐久性耐久性的含义耐久性的含义提高耐久性的措施提高耐久性的措施影响材料耐久性的因素影响材料耐久性的因素53PPT课件 材料的耐久性材料的耐久性是指材料在使用期间，受到各种内在的或是指材料在使用期间，受到各种内在的或外来因素的影响，能经久不变质不破坏，能保持原有性能不外来因素的影响，能经久不变质不破坏，能保持原有性能不
43、影响使用的性质。影响使用的性质。 这是一个这是一个综合性指标综合性指标：抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨性等。化、耐热性、耐磨性等。 不同环境中，应考虑相应的性质。不同环境中，应考虑相应的性质。例如：处于冻融环例如：处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。 一、耐久性的含义：一、耐久性的含义：54PPT课件55二、影响材料耐久性的因素二、影响材料耐久性的因素物理作用物理作用干湿交替干湿交替温
44、度变化温度变化冻融循环冻融循环体积产生膨胀或收缩体积产生膨胀或收缩导致内部裂缝的扩展导致内部裂缝的扩展化学作用化学作用材料受到酸、材料受到酸、碱、盐等物质碱、盐等物质的水溶液或有的水溶液或有害气体的侵蚀害气体的侵蚀使材料的组成成使材料的组成成分发生质的变化分发生质的变化生物作用生物作用菌类、昆虫菌类、昆虫等的侵害等的侵害导致材料发生腐导致材料发生腐朽、蛀蚀等破坏朽、蛀蚀等破坏机械作用机械作用荷载、冲击、荷载、冲击、震动震动导致材料发生磨损导致材料发生磨损、磨耗磨耗等破坏等破坏55PPT课件 离岸式码头钢筋混凝土柱的腐蚀离岸式码头钢筋混凝土柱的腐蚀56PPT课件外墙面砖的腐蚀外墙面砖的腐蚀混凝土
45、中钢筋的锈蚀混凝土中钢筋的锈蚀 57PPT课件南方某海港码头混凝土被锈蚀南方某海港码头混凝土被锈蚀 58PPT课件公路路面磨损公路路面磨损 59PPT课件青藏公路雅玛尔河大桥桥墩表面混凝土冻融剥落情形青藏公路雅玛尔河大桥桥墩表面混凝土冻融剥落情形60PPT课件青藏公路三叉河大桥青藏公路三叉河大桥被有害离子侵蚀的混凝土墩被有害离子侵蚀的混凝土墩61PPT课件混凝土表面的干燥收缩裂缝混凝土表面的干燥收缩裂缝 62PPT课件木材虫蛀腐烂木材虫蛀腐烂63PPT课件三、提高耐久性的措施三、提高耐久性的措施1 1、减轻大气或周围介质对材料的破坏作用；降低湿度，排除、减轻大气或周围介质对材料的破坏作用；降低
46、湿度，排除侵蚀性物质等侵蚀性物质等2 2、提高材料本身对外界作用的抵抗性；采取防腐措施等、提高材料本身对外界作用的抵抗性；采取防腐措施等3 3、用其它材料保护主体材料免、用其它材料保护主体材料免受破坏；在受破坏；在材料表面设置保护材料表面设置保护层层, ,覆面、抹灰、刷涂料等覆面、抹灰、刷涂料等现代工程中，对耐久性的要求愈来愈高，提出耐久性指标的现代工程中，对耐久性的要求愈来愈高，提出耐久性指标的工程设计也愈来愈多。对材料的质量评定也应逐渐由强度指工程设计也愈来愈多。对材料的质量评定也应逐渐由强度指标发展为标发展为耐久性指标耐久性指标。未来工程设计中将用。未来工程设计中将用耐久性设计耐久性设计
47、取代取代目前按强度进行的设计。目前按强度进行的设计。64PPT课件1.6材料的组成、结构、构造及其对性能的影响材料的组成、结构、构造及其对性能的影响 材料的结构对性质的影响材料的结构对性质的影响材料的组成对性质的影响材料的组成对性质的影响材料中的孔隙与材料性质的关系材料中的孔隙与材料性质的关系65PPT课件1.1.化学组成化学组成化学元素及化合物的种类与数量。化学元素及化合物的种类与数量。 石膏、石灰、石灰石：石膏、石灰、石灰石：CaSO4CaSO4、CaOCaO、CaCO3CaCO3决定了石膏、决定了石膏、石灰易溶于水，而石灰石较稳定；石灰易溶于水，而石灰石较稳定； 木材主要由木材主要由C
48、C、H H、O O形成的纤维素和木质素组成，故遇火易形成的纤维素和木质素组成，故遇火易燃；燃； 石油沥青由石油沥青由C-HC-H化合物及其衍生物组成，故在大气中容易老化合物及其衍生物组成，故在大气中容易老化；化； 钢材容易锈蚀。钢材容易锈蚀。 一、材料的组成对性质的影响一、材料的组成对性质的影响66PPT课件2.2.矿物组成矿物组成天然的，人工烧制的。天然的，人工烧制的。无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能的组织结构称为矿物。能的组织结构称为矿物。花岗岩花岗岩多种氧化物组成的天然矿物多种氧化物组成的天然矿物水泥熟料水泥熟料人
49、工矿物人工矿物3.3.相组成相组成 材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。混凝土：骨料颗粒（骨料相）称为相。混凝土：骨料颗粒（骨料相）+ +水泥浆基体（基水泥浆基体（基相）相）67PPT课件 材料的结构对材料的性质有重要影响。材料的结构一般分为材料的结构对材料的性质有重要影响。材料的结构一般分为宏观、细观和微观三个层次。宏观、细观和微观三个层次。 （1 1）宏观结构）宏观结构 土木工程材料的宏观结构是指肉眼可以看到或借助放大镜可土木工程材料的宏观结构是指肉眼可以看到或借助放大镜可观察到的观察到的( (毫米级毫米级) )粗大组织。其尺寸在粗大组织。其
50、尺寸在1010-3-3m m级（毫米级）以级（毫米级）以上。上。 致密结构多孔结构致密结构多孔结构 纤维结构层状结构纤维结构层状结构二、材料的结构对性质的影响二、材料的结构对性质的影响68PPT课件 （2 2）细观结构）细观结构 细观结构（原称亚微观结构）是指用光学显微镜可以观察细观结构（原称亚微观结构）是指用光学显微镜可以观察到的微米级的组织结构。其尺寸范围在到的微米级的组织结构。其尺寸范围在1010-3-31010-6-6m m（微米（微米级）。级）。69PPT课件（3 3）微观结构）微观结构 微观结构是指借助电子显微镜或微观结构是指借助电子显微镜或X X射线，可以观察到的材料的原射线，可
