1、1第第1 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21.1 1.1 材料的物理性质材料的物理性质 1.2 1.2 材料的力学性质材料的力学性质 1.3 1.3 耐久性与环境协调性耐久性与环境协调性 1.4 1.4 材料的组成、结构、构造及其材料的组成、结构、构造及其 对性能的影响对性能的影响第第1 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31.1 材料的物理性质材料的物理性质 1.1.1 1.1.1 物理常数物理常数 物理常数：是材料内部组成结构状态的反映参数。物理常数：是材料内部组成结构状态的反映参数。1.1.固体（实体）固体（实体） 2.2.闭口孔隙闭口孔隙 3.3
2、.开口孔隙开口孔隙 4 1. 1. 几种密度几种密度（1 1）密度）密度 (Density)(Density)： 材料在绝对密实状态下，单位材料在绝对密实状态下，单位 实体体积的干质量。实体体积的干质量。（2 2）表观密度）表观密度 (Apprent(Apprent density) density)： 材料单位表观体积（闭口材料单位表观体积（闭口+ +实体）的干质量。实体）的干质量。vm00vmV VV V0 0 V V 5三种密度区别：三种密度区别：m为为材料的烘干质量；材料的烘干质量； v不同，可为不同，可为实体体积，表观体积，毛体积实体体积，表观体积，毛体积。 密度密度 表观密度表观密
3、度 毛体积密度毛体积密度（3 3）毛体积密度）毛体积密度 ( (容积密度、容重）容积密度、容重）(Bulk density)(Bulk density)： 材料单位毛体积（闭口材料单位毛体积（闭口+ +开口开口+ +实体）的干质量。实体）的干质量。 ( (测试方法不同，获得体积大小不同）测试方法不同，获得体积大小不同） 若若m为自然气干质量，则称为体积密度。为自然气干质量，则称为体积密度。 vmh6 反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间。（4 4）堆积密度）堆积密度 (Loose density)(Loose density)： 散粒状
4、材料单位堆积体积（开口散粒状材料单位堆积体积（开口+闭口闭口+实体实体+间隙）间隙） 的质量。的质量。11vm7几种密度的特点：几种密度的特点： 相同点：相同点：指单位体积质量。（质量指单位体积质量。（质量/ /体积）体积） 区别：区别：测试方法不同，获得体积大小不同测试方法不同，获得体积大小不同体积的测试方法：体积的测试方法： 实体体积实体体积 李氏比重瓶法李氏比重瓶法( (粉末粉末) ) 表观体积表观体积( (实体闭口实体闭口) ) 排水法排水法( (水中重法水中重法) ) 毛体积毛体积（实体闭口开口）（实体闭口开口） 规则试件：计算法；规则试件：计算法； 不规则试件：饱和排水法不规则试件
5、：饱和排水法 堆积体积堆积体积( (实体闭口开口间隙实体闭口开口间隙)密度筒法密度筒法8 2. 2. 孔隙率孔隙率(Porosity)(Porosity)和空隙率和空隙率 (Peecenbagee(Peecenbagee of void) of void)（1 1）孔隙率与密实度）孔隙率与密实度( (对应概念对应概念) ) 单块材料单块材料 孔隙率孔隙率 %100)1 (%100%100VVVP总体积孔隙体积密实度密实度 %100%100%100VVD总体积实体体积同理，可计算出开口闭口孔隙率，实用意义不大。同理，可计算出开口闭口孔隙率，实用意义不大。 9（2 2）空隙率与填充率）空隙率与填充
6、率 散粒状材料散粒状材料 空隙率空隙率 填充度填充度 %100)1 (%100%10001101VVVP堆积体积空隙体积%100%100%10011VVD堆积体积颗粒体积10 1.1.2 1.1.2 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 1 1. .亲水性亲水性与憎水性与憎水性 (Water affinity(Water affinity、Water repellency)Water repellency) 亲水性材料：亲水性材料：润湿角润湿角9090 水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力憎水性材料：憎水性材料：润湿角润湿角9090 水分子间内聚力水分子
7、与材料分子间吸引力水分子间内聚力水分子与材料分子间吸引力11 2 2. 吸水性吸水性(Absorption)(Absorption)与吸湿性与吸湿性(Hygroscopicity(Hygroscopicity) ) （1）吸水性）吸水性饱水状态（吸水饱和）饱水状态（吸水饱和）恒值恒值 质量吸水率：材料饱水状态质量吸水率：材料饱水状态, ,所吸水分质量占干质量的百分率所吸水分质量占干质量的百分率 体积吸水率：材料饱水状态体积吸水率：材料饱水状态, ,所吸收水分体积占干体积百分率所吸收水分体积占干体积百分率 （2）吸湿性）吸湿性自然状态自然状态 变值变值 含水率：自然状态，材料所含水分质量占其干质
8、量的百分率含水率：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率%100001mmmWm m1 1材料湿质量，材料湿质量，g gm mo o材料干质量，材料干质量，g g 123.3.耐水性耐水性(Water resistance)(Water resistance)材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质 指标：指标：软化系数软化系数f fb b材料饱水状态抗压强度，材料饱水状态抗压强度，MPaMPaf fg g材料干燥状态抗压强度，材料干燥状态抗压强度，MPaMPa gbRffK注意：注意：随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下
9、降。随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。K KR R0.850.85，称为耐水材料，称为耐水材料 13 4.4.抗渗性抗渗性(Water tightness)(Water tightness) 抵抗压力水渗透的性质抵抗压力水渗透的性质 （1 1）渗透系数）渗透系数（2 2）抗渗等级）抗渗等级 指石料、砼或砂浆所能指石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。承受的最大水压力。如：最大承水压力为如：最大承水压力为0.2MPa0.2MPa，表示为，表示为P P2 2，另有，另有P P4 4、P P6 6 、P P8 8、P P1010dAtHKQS渗透系数：渗透系数： AtHQdKS透水量：透水
10、量：K Ks s的意义：的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。145. 5. 抗冻性抗冻性(Freeze-thaw durability)(Freeze-thaw durability)材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏 强度又不显著下降的性质。强度又不显著下降的性质。因素：因素：水、负温度水、负温度抗冻等级：抗冻等级：能经受冻融循环的能经受冻融循环的最大次数最大次数， 记为记为F50F50、F100F100、F200F200、F300 F300 151.2 1.2 材料的力学性质材料的力学性质 1
11、.2.1 1.2.1 强度强度 (Strength)(Strength) 材料抵抗外力破坏的能力。材料抵抗外力破坏的能力。 1.1.几种强度几种强度（1 1）抗压）抗压(Compressive)(Compressive)、抗拉、抗拉(Tensile)(Tensile)、抗剪、抗剪(Shearing)(Shearing)强度强度 （MPaMPa） FF破坏时的最大荷载，破坏时的最大荷载，N N A A受力截面面积，受力截面面积，mmmm2 2AFf 16 （2 2）抗弯强度（抗折强度）抗弯强度（抗折强度 Bending strengthBending strength）223bhFLf 单点加荷
12、：单点加荷：三分点加三分点加荷：荷：不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲2bhFLf L L/2/2L L/2/217 2.2.比强度比强度(Strength-weight ratio)(Strength-weight ratio) 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：意义：反映材料轻质高强的指标。反映材料轻质高强的指标。 值越大，材料越轻质高强值越大，材料越轻质高强181.2.2 1.2.2 弹性弹性(Elasticity)(Elasticity)和塑性和塑性(Mould)(Mould)1.1
13、.弹性弹性外力作用产生变形外力作用产生变形, ,外力取消能外力取消能完全恢复完全恢复。指标：指标：弹性模量弹性模量 E意义：意义：E E表示材料抵抗变形的指标，表示材料抵抗变形的指标，E E值值越大，材料越大，材料 越不易变形越不易变形，即抵抗变形的能力越强。，即抵抗变形的能力越强。2.2.塑性塑性外力作用产生变形外力作用产生变形, ,外力取消变形外力取消变形不能恢复不能恢复19 1.2.3 1.2.3 韧性韧性(Fragility)(Fragility)和脆性和脆性(Tenacity)(Tenacity) 1.1.脆性脆性无明显塑性变形，突然破坏。无明显塑性变形，突然破坏。 脆性材料：石、砖
14、、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等脆性材料：石、砖、砼、陶瓷、玻璃、铸铁等 2.2.韧性韧性产生一定变形不破坏产生一定变形不破坏, ,能吸收较大的能量。能吸收较大的能量。 韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。 采用采用冲击试验冲击试验测定。测定。20 1.2.4 1.2.4 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
15、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.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。 （路面材料要求）（路面材料要求）211.3 1.3 耐久性与环境协调性耐久性与环境协调性 1.3.1 1.3.1 耐久性耐久性(Durability)(Durability)材料抵抗外力破坏的能力。材料抵抗外力破坏的能力。 耐久性为综合性质：耐久性为综合性质： ( (抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨性等抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、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。1.
16、3.2 1.3.2 环境协调性环境协调性 对资源和能源消耗少，对环境污染小，循环再生对资源和能源消耗少，对环境污染小，循环再生 利用率高。利用率高。 目前，提倡目前，提倡“绿色建材绿色建材”221.4 1.4 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 1.4.1 1.4.1 材料的组成对性质的影响材料的组成对性质的影响 1.1.化学组成化学组成构成材料的化学元素及化合物的种类与数量。构成材料的化学元素及化合物的种类与数量。 2.2.矿物组成矿物组成矿物种类和数量。天然的，人工烧制的。矿物种类和数量。天然的，人工烧制的。 3.3.相相组织均匀的物质。组织均匀的
17、物质。231.4.2 1.4.2 材料的结构对性质的影响材料的结构对性质的影响 1.1.宏观结构宏观结构 2.2.亚微观结构亚微观结构 （细观）（细观） 包括纳米微观结构包括纳米微观结构 3.3.微观结构微观结构v 晶体晶体 按一定的规则在空间呈有规律的排列。按一定的规则在空间呈有规律的排列。v 非晶体非晶体 不定形。不定形。 原因：原因：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。241.4.3 1.4.3 材料的构造对性能的影响材料的构造对性能的影响具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。 与结构的区别与结构的区别： 构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。 如材料的如材料的( (孔隙、层理、纹理、疵病等孔隙、层理、纹理、疵病等) ) 25作作 业：业：P18 1P18 1、2 2、3 3、4 4注意：注意：定义的给定条件和含义定义的给定条件和含义 26The end of this Part.Thanks !
