1、本章重点及难点本章重点及难点 材料的组成结构及物性参数对材料的物理性质、材料的组成结构及物性参数对材料的物理性质、力学性质、耐久性等的影响力学性质、耐久性等的影响思考题？思考题？1.为什么要研究材料的基本性质（物理性质、力学为什么要研究材料的基本性质（物理性质、力学性质、耐久性）？性质、耐久性）？2.建筑物对不同部位的材料性能要求一样吗？建筑物对不同部位的材料性能要求一样吗？物理性质物理性质：与质量有关的基本物理参数与质量有关的基本物理参数 与水有关的若干性质与水有关的若干性质 与热有关的若干性质与热有关的若干性质 与声音有关的性质与声音有关的性质 力学性质力学性质：材料在应力作用下有关抵抗破
2、坏和变材料在应力作用下有关抵抗破坏和变 形的能力，包括强度、比强度、弹性形的能力，包括强度、比强度、弹性 塑性、韧性及脆性。塑性、韧性及脆性。化学性质化学性质：材料发生化学变化的能力及抵抗化学材料发生化学变化的能力及抵抗化学 腐蚀的稳定性。腐蚀的稳定性。耐久性：耐久性：材料在使用过程中能长久保持其原有材料在使用过程中能长久保持其原有 性质的能力性质的能力 材料的性质分四个方面材料的性质分四个方面材料材料性质性质（性能）（性能）（特性）（特性）合理应用合理应用技术要求技术要求 物理性质物理性质掌握掌握目目的的 化学性质化学性质 力学性质力学性质 耐久性耐久性取 决取 决于于 材料组成材料组成 材
3、料结构材料结构试验条件试验条件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检验检测常用规格常用规格 材料组成材料组成化学组成化学组成矿物组成矿物组成相组成相组成 材料结构材料结构宏观结构宏观结构细观结构细观结构微观结构微观结构纳观结构纳观结构晶体结构晶体结构玻璃体结构玻璃体结构胶体结构胶体结构试验条件试验条件试件形状、尺寸试件形状、尺寸试件表面状况、含水状态试件表面状况、含水状态试验温、湿度；加荷速度试验温、湿度；加荷速度1 1.1.1 材料的组成、结构与构造对材料性质的影响材料的组成、结构与构造对材料性质的影响 1 1.1.1 .1.1 材料的组成材料的组成 材料的组成不仅影响材料的
4、化学性质，也是决定材料物理、力学性质的重要因素。1.1.化学组成化学组成 化学组成是指材料的化学元素及化合物的种类和数量。无机非金属材料的化学成分常用各氧化物的含量来反映。土木工程材料的诸多性质都与其化学成分有关，如耐火性、力学性能、耐腐蚀性、耐老化性能等。2.2.物相组成物相组成 物相是指具有相同物理、化学性质，以及一定化学成分和结构特征的物质。自然界中的物质可分为气相、液相和固相。凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料，土木工程材料大多数是多相固体。3.3.矿物组成矿物组成 矿物是指材料中具有特定的晶体结构和特定物理力学性能的组织结构。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。1 1.
5、1.1 材料的组成、结构与构造对材料性质的影响材料的组成、结构与构造对材料性质的影响 1 1.1.2.1.2 材料的结构与构造材料的结构与构造 通常，按材料的结构和构造的尺度范围，可分为微观结构、细观结构和宏观结构。1.1.微观结构微观结构 指可用电子显微镜或X射线来分析研究的原子或分子层次的结构。土木工程材料的使用状态一般为固体，固体的微观结构可分为晶体和非晶体两大类。（1）晶体结构 晶体是质点(原子、分子、离子)按一定规律在空间呈周期性排列所形成的结构体，晶体具有特定的几何形状、固定的熔点和化学稳定性。1 1.1.1 材料的组成、结构与构造对材料性质的影响材料的组成、结构与构造对材料性质的
6、影响(2)非晶体 非晶体是相对晶体而言的，又称玻璃体、无定形体。非晶体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列，而形成的内部质点无序排列的固体或固态液体。非晶体没有固定的熔点和几何形状，且各向同性，其强度、导电性、导热性等低于晶体。2.2.细观结构细观结构 细观结构（亚微观结构）是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸范围介于宏观和微观之间。材料的细观结构对材料的性质影响很大。通常，材料内部的晶粒越细小、分布越均匀，其受力越均匀、强度越高、脆性越小、耐久性越好；晶粒或不同材料组成之间的界面粘结越好，则其强度和耐久性越好。1 1.1.1 材料的组成、结构与构造对材料性质的影响材料的组成、结
7、构与构造对材料性质的影响 3.3.宏观结构宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜可分辨出的结构和构造状况，其尺度范围在10-3m级以上的材料结构。材料的宏观结构形式主要有以下几种：（1）按其孔隙特征可分为 致密结构 微孔结构 多孔结构 （2）按存在状态或构造特征可分为 纤维结构 层状结构 散粒结构 堆聚结构 宏观结构不同的材料具有不同的性质和用途。工程上常用改变材料的密实度、孔隙结构，应用复合材料等方法，来改善材料的性能，以满足不同的需要。1 1.1.1 材料的组成、结构与构造对材料性质的影响材料的组成、结构与构造对材料性质的影响1.21.2 材料的基本材料的基本状态参数状态参数1 1、密
8、度密度2 2、表观密度表观密度0 03 3、堆积密度堆积密度0 04 4、孔隙率孔隙率P P5 5、空隙率空隙率P P材料在绝对密实状态下单位体积重量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散粒材料在堆积状态下单位体积重量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材料之间空隙体积占堆积体积的百分率体积密度体积密度毛体积密度毛体积密度比重比重容重容重松散容重松散容重材料的材料的体积组成体积组成闭口孔隙闭口孔隙开口孔隙开
9、口孔隙实实 体体开口孔开口孔隙隙闭口孔闭口孔隙隙实实体体V实实V闭闭V开开Vo孔隙体积孔隙体积 V孔孔=V开开 +V闭闭空空 隙隙V空空堆积体积堆积体积 Vo=Vo+V空空=V实实+V开开+V闭闭+V空空表观体积表观体积 Vo=V实实+V孔孔=V实实+V开开+V闭闭VoV孔孔V空空=V空空V0=V0i)(3cmgVm)(3300mkgcmgVVVmVm或闭开实)(3300mkgcmgVVVVmVm或空闭开实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：式中：VV实体体积实体体积,李氏密度瓶测李氏密度瓶测VV 式中：式中：VV0 0表观体积，表面封蜡测表观体积，表面
10、封蜡测VV0 0表观密度又称表观密度又称容重容重，分，分000Vm干干00Vm饱饱00Vm湿湿式中：式中：VV0 0堆积体积，堆积体积，容量筒容量筒测测VV0 000经比较可得：VVV00或得：干容重干容重湿容重湿容重饱水容重饱水容重 某些致密材料，如卵石等，可用直接某些致密材料，如卵石等，可用直接 排液法，用这种方法测量的体积，由排液法，用这种方法测量的体积，由 于无法排除内部封闭的孔隙，所以称于无法排除内部封闭的孔隙，所以称 这样测得的密度为近似密度这样测得的密度为近似密度()。工程中砂石工程中砂石材料，直接材料，直接用排水法测用排水法测定其视体积定其视体积颗粒材料空 隙 砂堆积密度的测定
11、将容量筒内材将容量筒内材料刮平，容量料刮平，容量筒的容积即为筒的容积即为材料堆积体积材料堆积体积 几种密度的比较几种密度的比较00VmVmVm00VmV0V1.21.2 材料的基本材料的基本状态参数状态参数材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：材料的孔隙从两个方面对材料的性能产生影响：一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。一是孔隙的多少（孔隙数量），二是孔隙特征。材料的孔隙对材性的影响材料的孔隙对材性的影响 大孔大孔 尺寸大小尺寸大小 细孔细孔 微孔微孔 孔隙孔隙 孤立孔孤立孔三大三大 是否相互贯通是否相互贯通特征特征 连通孔连通孔 开口孔开口孔 与外界是否连通与外界是否连通 闭口孔闭
12、口孔孔的多少：孔隙率孔的多少：孔隙率 材料的内部孔隙示意材料的内部孔隙示意 1.21.2 材料的基本材料的基本状态参数状态参数孔隙、孔隙率与孔隙孔隙、孔隙率与孔隙(形态形态)特征特征对材性的影响对材性的影响粗孔与细孔粗孔与细孔 毛细孔使材料吸水率增大、耐久性降低。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，微细孔隙吸水率一般来说粗孔不易吸满水，微细孔隙吸水率 非常大非常大.开孔与闭孔开孔与闭孔 开孔相对闭孔对材料强度、保温性、耐久性更开孔相对闭孔对材料强度、保温性、耐久性更不利不利.或增加闭口孔隙，可提高材料保温性、耐久性或增加闭口孔隙，可提高材料保温性、耐久性.1.1.一般来
13、说一般来说,(,(单个单个)孔隙尺寸孔隙尺寸增大增大,材料材料强度降低强度降低,导热系数增大导热系数增大2.2.孔隙率孔隙率增大增大，材料表观密度减小；材料表观密度减小；强度降低强度降低；导热系数导热系数 减小；吸水率减小；吸水率增大；透气、透水性变大。抗冻性是否降增大；透气、透水性变大。抗冻性是否降 低，要视孔隙大小和形态特征而定低，要视孔隙大小和形态特征而定3.3.孔隙孔隙(形态形态)特征特征4.4.孔隙率孔隙率%1001100000孔VVVVVVVP实实5.5.开口孔隙率开口孔隙率%10010O2H0VMMVVPPk干饱开开6.6.闭口孔隙率闭口孔隙率 kBPPVVVVVVVVVPP00
14、00开孔开孔闭闭7.7.空隙率空隙率%1001100000000VVVVVVVP空常用材料密度与体积密度值常用材料密度与体积密度值材料材料 密度密度 毛体积密度毛体积密度 堆积密度堆积密度 （g/cm3)(kg/m3)(kg/m3)钢材钢材 7.85 7850 -花岗岩花岗岩 2.6-2.9 2500-2800 -石灰岩石灰岩 2.6 1800-2600 -普通砼普通砼 2.7 2000-2600 -砂砂 2.6 -1450-1650 水泥水泥 3.1 -1200-1300粘土空心砖粘土空心砖 2.5 1000-1400 -木材木材 1.55 400-800 -思考题思考题1.上面几种密度有何
15、区别？如何测定？材料含水对四者上面几种密度有何区别？如何测定？材料含水对四者有何影响？有何影响？2.测知各种材料的几种密度有何用途？测知各种材料的几种密度有何用途？3.材料的孔隙、空隙、间隙的区分，孔隙率与空隙率、材料的孔隙、空隙、间隙的区分，孔隙率与空隙率、间隙率的区别？间隙率的区别？4.材料的密实度和填充率有何区别？密实度和孔隙率有材料的密实度和填充率有何区别？密实度和孔隙率有何关系？填充率和间隙率有何关系？何关系？填充率和间隙率有何关系？5.材料密度、体积密度、孔隙率之间有何关系？材料密度、体积密度、孔隙率之间有何关系？6.材料的堆积密度和间隙率有何关系？材料的堆积密度和间隙率有何关系？
16、7.材料内部孔隙对材性的影响应从哪两方面分析？材料内部孔隙对材性的影响应从哪两方面分析？某材料干燥试样重某材料干燥试样重450g450g，浸入水中吸水饱和后，排出水的体，浸入水中吸水饱和后，排出水的体积为积为190cm190cm3 3；取出后用湿布抹干再浸入水中，排出水的体积为；取出后用湿布抹干再浸入水中，排出水的体积为230cm230cm3 3；试样磨细后烘干再浸入水中，排出水的体积为；试样磨细后烘干再浸入水中，排出水的体积为170cm170cm3 3。求该材料的密度求该材料的密度,表观密度表观密度0 0,开口孔隙率开口孔隙率P PK K,闭口孔隙闭口孔隙率率P PB B。练习练习题题V V
17、实实 =170 cm =170 cm3 3V V实实+V+V闭闭=190 cm=190 cm3 3V V实实+V+V开开+V+V闭闭=230 cm=230 cm3 3思路：思路：0VVPk开0VVPB闭同理：同理：Vm00Vm1.3.1 强度与比强度强度与比强度（1）材料的强度材料的强度定义定义 材料在外力作用下不破坏时能承受材料在外力作用下不破坏时能承受 的最大应力的最大应力 根据外力作用方式的不同，材料有抗压强根据外力作用方式的不同，材料有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。LL F/2F/2 F F L/3 F FL/3L/3(a)压力压力(b)
18、拉力拉力(c)弯曲弯曲(d)剪切剪切材料所受外力：材料所受外力：混凝土路面砖抗折强度试验混凝土路面砖抗折强度试验混凝土路面砖抗压强度试验混凝土路面砖抗压强度试验各种强度的计算公式如下：各种强度的计算公式如下：抗压、抗拉、抗剪的强度抗压、抗拉、抗剪的强度APf f 强度，强度，Mpa；P 破坏时最大荷载，破坏时最大荷载，N；A 受力截面面积，受力截面面积，mm2。抗弯强度抗弯强度223bhPLff1）(中点集中荷载中点集中荷载)2）2bhPLff(三分点两相等集中荷载三分点两相等集中荷载)ff 抗弯强度，抗弯强度，Mpa；P 弯曲破坏时最大荷载，弯曲破坏时最大荷载，N；L 两支点的间距，两支点的
19、间距，mm；b 试件横截面积宽度，试件横截面积宽度，mm；h 试件横截面积高度，试件横截面积高度，mm。土木工程材料常以其强度大小土木工程材料常以其强度大小划分为若干等级，俗称划分为若干等级，俗称 “标号标号 ”。材料强度受以下三个因素的影响：材料强度受以下三个因素的影响：材料内部结构和构造材料内部结构和构造 材料所处的环境条件材料所处的环境条件(温度、湿度、含水量等温度、湿度、含水量等)强度值的测试条件强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度等试件尺寸、加荷速度等)（2）材料的比强度材料的比强度定义定义 单位体积重量的材料强度单位体积重量的材料强度,等于材料等于材料 的强度与其表观密度之比的强度
20、与其表观密度之比衡量材料是否轻质、高强的指标衡量材料是否轻质、高强的指标玻璃钢：玻璃钢：0.225；低碳钢：；低碳钢：0.054；铝合金：铝合金：0.160；砼：；砼：0.056 1.3.2 材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性 弹性与塑性弹性与塑性 材料在承受外力时，如撤除外力的作材料在承受外力时，如撤除外力的作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为的这种性能称为弹性弹性。如果只能部分恢复。如果只能部分恢复变形，而残留一部分不能消失的变形，该变形，而残留一部分不能消失的变形，该残留部份称为残留部份称为塑性变形塑性变形。【分析与讨论】【分析与讨论】（
21、a）弹性变形曲线（弹性变形曲线（b）塑性变形曲线塑性变形曲线 弹性变形与塑性变形的区别弹性变形与塑性变形的区别 材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下材料在弹性范围内，其应力和应变之间关系符合如下公式：公式：应力；应力；应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；应变，为材料受外力变形尺寸增量与原尺寸之比；弹性模量；弹性模量；弹性模量弹性模量E ：材料刚度的度量，反映材料抵抗材料刚度的度量，反映材料抵抗变形的能力，是结构设计中变形验算的主要参数之一。变形的能力，是结构设计中变形验算的主要参数之一。低碳钢：低碳钢：21 砼：砼：1.453.60 花岗岩花岗岩200600 （104MPa）
22、弹塑性材料：弹塑性材料：材料受力时，弹性变形和塑材料受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，外力去除后，弹性变形性变形同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留。恢复，塑性变形保留。（土木工程用材料多为弹塑性材料）（土木工程用材料多为弹塑性材料）1.2.3 材料的徐变和应力松弛材料的徐变和应力松弛 当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而当材料在恒定外力的作用下，其变形随时间而缓慢增加的过程，称为缓慢增加的过程，称为徐变徐变。（属塑性变形）。（属塑性变形）当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变，当材料在持续外力作用下，总的变形值保持不变，由于徐变而使材料内应力随时间而逐渐降低的过程，由于
23、徐变而使材料内应力随时间而逐渐降低的过程，称为应力称为应力松弛松弛。徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。徐变和应力松弛是相互关联的两种现象。分析徐变对结构的影响？分析徐变对结构的影响？1.3.4 脆性和韧性脆性和韧性（1）脆性脆性 材料在外力作用下，无明显塑性变材料在外力作用下，无明显塑性变形形 而突然破坏的性质。而突然破坏的性质。具有这种破坏特征的材料，称为具有这种破坏特征的材料，称为脆性材料脆性材料。从应力应变图中看材料的脆性从应力应变图中看材料的脆性 （2）韧性韧性 材料在冲击或震动荷载作用下，材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破能吸收较大的能量，产生一定的
24、变形而不破坏的性质称为坏的性质称为韧性或冲击韧性韧性或冲击韧性。一般以测定其冲击破坏时单位断面上吸收的一般以测定其冲击破坏时单位断面上吸收的能量作为指标。能量作为指标。脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，不能脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，不能承受振动和冲击荷载，也不宜用于受拉部位，只适承受振动和冲击荷载，也不宜用于受拉部位，只适用于承压构件。大多无机非金属材料为脆性材料，用于承压构件。大多无机非金属材料为脆性材料，如：天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土、烧结普如：天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土、烧结普通砖等；通砖等；受冲击或振动荷载下的结构，如：吊车梁、桥受冲击或振动荷载下的结构，如：吊
25、车梁、桥梁、路面等，应选用韧性材料，常用的如低碳钢、梁、路面等，应选用韧性材料，常用的如低碳钢、有色金属等，不应用脆性材料。有色金属等，不应用脆性材料。【分析与讨论】对比分析韧性材料与脆性材料分析与讨论】对比分析韧性材料与脆性材料 的差异及工程应用的差异及工程应用。1.3.5 硬度和耐磨性硬度和耐磨性硬度：硬度：材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力常用刻划法和压入法测定。常用刻划法和压入法测定。刻划法称莫氏硬度；压入法称布氏硬度、洛氏硬度刻划法称莫氏硬度；压入法称布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。和维氏硬度。耐磨性：耐磨性：材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示材料抵抗磨损的
26、能力，用耐磨率表示1.1.4 4材料与水有关的性质材料与水有关的性质 亲水性与憎水性亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性吸水性与吸湿性 耐水性与抗渗性耐水性与抗渗性 抗冻性抗冻性（概念区分、评价指标及应用分析）（概念区分、评价指标及应用分析）1.3 1.3 材料与水有关的性质材料与水有关的性质(a)亲水性材料亲水性材料(b)憎水性材料憎水性材料 亲水材料亲水材料 憎水材料憎水材料1.3.1 1.3.1 材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性润湿边角润湿边角:在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面 作切线，切线与材料和水接触面的夹角。作切线，切线与材料和水接
27、触面的夹角。评价指标评价指标 应用分析应用分析 土木工程材料多为亲水性材料，如混凝土、钢材、砖石等，土木工程材料多为亲水性材料，如混凝土、钢材、砖石等，少数材料（多为有机材料）为憎水材料，如沥青、石蜡、塑料、少数材料（多为有机材料）为憎水材料，如沥青、石蜡、塑料、有机硅等。憎水性材料常被用作防水材料或亲水性材料的复面层有机硅等。憎水性材料常被用作防水材料或亲水性材料的复面层，以提高其防水、防潮性能。，以提高其防水、防潮性能。1.3.2 1.3.2 材料的含水状态材料的含水状态四种基本含水状态：四种基本含水状态：干燥状态干燥状态材料孔隙中不含或含水极微；材料孔隙中不含或含水极微；气干状态气干状态
28、材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；材料孔隙中所含水与大气湿度平衡；饱和面干状态饱和面干状态材料表面干燥，孔隙含水饱和；材料表面干燥，孔隙含水饱和；湿润状态湿润状态材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附有一层水膜。材料孔隙含水饱和，表面为水湿润附有一层水膜。材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态材料也可处于两种基本含水状态之间的过渡状态饱和水饱和水表面水表面水材材 料料 的的 含含 水水 状状 态态(a)干燥状态干燥状态(b)气干状态气干状态(c)饱和面干状态饱和面干状态(d)湿润状态湿润状态(a)(b)(c)(d)1.3.3 1.3.3 材料的吸湿性和吸水性材料的吸湿性和吸水性(1)(1)吸湿性吸
29、湿性 亲水材料在潮湿空气中吸收水分亲水材料在潮湿空气中吸收水分 的性质，具有可逆性。的性质，具有可逆性。用含水率表示用含水率表示%100ggshmmmWWh 含水率含水率；ms 材料含水状态下的质量材料含水状态下的质量，g；mg 材料干燥状态下的质量材料干燥状态下的质量，g。材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。材料的含水率随环境温度和湿度变化而变化。平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所 对应的湿度相平衡时的含水率。对应的湿度相平衡时的含水率。材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性材料在干燥空气中放出所含水分的性质称还湿性。（2 2）吸水性）吸水性
30、材料在水中吸水的性质。材料在水中吸水的性质。用吸水率表示，有重量吸水率和体积吸水率两个定义：用吸水率表示，有重量吸水率和体积吸水率两个定义：重量吸水率（重量吸水率（Wm）材料吸水饱和时吸收的水分重量材料吸水饱和时吸收的水分重量 占材料干燥时重量的百分率；占材料干燥时重量的百分率；体积吸水率（体积吸水率（W v）材料吸水饱和时，吸收的水分体积材料吸水饱和时，吸收的水分体积 占材料干燥时体积的百分率；占材料干燥时体积的百分率；材料的体积吸水率等于其重量吸水率乘上材料干燥状态时的材料的体积吸水率等于其重量吸水率乘上材料干燥状态时的 表观密度。表观密度。W v=W m 0 8.8.重量吸水率重量吸水率
31、%100MMM干干饱干水MMwm9.9.体积吸水率体积吸水率%1001VV0O2H0VMMwv干饱水二者关系二者关系 000干干VMwwmv0mvww 10.10.含水率含水率%100MMM干干湿干水MMw00O2H0饱干饱VMMwv解解:30044.146.09.1cmgwv饱例题例题某材料饱水容重某材料饱水容重 0 0饱饱=1900=1900/m/m3 3，体积吸水率体积吸水率w wv v=46%=46%，求其干容重求其干容重 0 0评价指标评价指标 吸水性吸水性质量吸水率质量吸水率 Wm 体积吸水率体积吸水率 W v 吸湿性吸湿性含水率含水率 W h （平衡含水率概念）平衡含水率概念）应
32、用分析应用分析 （1 1）材料吸水性与吸湿性大小对强度、保温隔热性、吸音）材料吸水性与吸湿性大小对强度、保温隔热性、吸音等工程应用性能的影响？等工程应用性能的影响？（2 2）分析孔隙对吸水性与吸湿性大小的影响？）分析孔隙对吸水性与吸湿性大小的影响？1.3.4 1.3.4 耐水性耐水性定义定义 材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降 的性质的性质 评价指标评价指标 软化系数软化系数 Kp（结构材料结构材料）（）（Kp=fw/fd)Kp：0 1（粘土粘土KP=0=0，金属金属Kp=1=1）Kp0.85 0.85 为耐水材料为耐水材料 应用分析应用分析
33、长期处于水中或潮湿环境中的重要结构必用长期处于水中或潮湿环境中的重要结构必用K KP P0.85 0.85 的材料，受潮较轻或次要结构物的材料，受潮较轻或次要结构物K KP P不宜小于不宜小于0.750.75。1.3.5 1.3.5 抗渗性抗渗性定义定义 材料抵抗压力水渗透的性质材料抵抗压力水渗透的性质 （与耐水性区别）（与耐水性区别）评价指标评价指标 渗透系数或抗渗等级渗透系数或抗渗等级 工程中常用抗渗等级工程中常用抗渗等级P Pn n来评价，材料按规定制作的试来评价，材料按规定制作的试件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（MPaMPa），如），如P
34、4P4、P6P6、P8P8。材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材。材料的渗透系数越小或抗渗标号越高表明材料的抗渗性越好。料的抗渗性越好。应用分析应用分析 地下建筑、水工建筑及防水材料等要求一定的抗渗性。地下建筑、水工建筑及防水材料等要求一定的抗渗性。（1 1）分析抗渗性的影响因素？（孔隙的影响，材料憎水）分析抗渗性的影响因素？（孔隙的影响，材料憎水 性和亲水性的影响性和亲水性的影响)（2 2）分析抗渗性对耐久性的影响？提高抗渗性措施？）分析抗渗性对耐久性的影响？提高抗渗性措施？1.3.6 1.3.6 抗冻性抗冻性定义定义 材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，材料在含水状态下能经受
35、多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。强度也不显著降低的性质。评价指标评价指标 抗冻等级抗冻等级Fn 如如F25、F50、F100、F200等等 以规定的吸水饱和试件在标准试验条件下，经一定次以规定的吸水饱和试件在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻等级。坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻等级。应用分析应用分析 抗冻等级的选定据结构物种类、使用条件、气候条件决定。抗冻等级的选定据结构物种类、使用条件、气候条件决定。砖、面砖、轻混凝土等墙体材料：砖、面砖、轻混凝土
36、等墙体材料：F15、F25或或 F35；道路、桥梁用混凝土：道路、桥梁用混凝土：F50、F100、F200；水工混凝土：水工混凝土：F5001.3.6 1.3.6 抗冻性抗冻性定义定义 材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，材料在含水状态下能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性质。强度也不显著降低的性质。评价指标评价指标 抗冻等级抗冻等级Fn 如如F25、F50、F100、F200等等 以规定的吸水饱和试件在标准试验条件下，经一定次以规定的吸水饱和试件在标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无
37、明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻等级。坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻等级。应用分析应用分析 抗冻等级的选定据结构物种类、使用条件、气候条件决定。抗冻等级的选定据结构物种类、使用条件、气候条件决定。砖、面砖、轻混凝土等墙体材料：砖、面砖、轻混凝土等墙体材料：F15、F25或或 F35；道路、桥梁用混凝土：道路、桥梁用混凝土：F50、F100、F200；水工混凝土：水工混凝土：F5001.3.6 1.3.6 抗冻性抗冻性思考思考 （1 1）分析抗冻性的影响因素？）分析抗冻性的影响因素？内因：孔隙率、孔隙特征、充水程度（水饱度）及材料内因：孔隙率、孔隙特征、充水程度（水饱度）及材料 本身
38、强度高低；本身强度高低；外因：冻融温度、降温速度、冻融频繁程度等。外因：冻融温度、降温速度、冻融频繁程度等。（2 2）提高抗冻性措施有哪些？）提高抗冻性措施有哪些？注：充水程度（水饱度）：注：充水程度（水饱度）：KS0.91 抗冻性差，抗冻性差，KS0.91 抗冻性较好，抗冻性较好，混凝土混凝土KS0.8 冻害才明显减少。冻害才明显减少。swVkksppVWPVKVPPV=影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征 开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度 强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性 耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小
39、吸水量越大则其抗冻性越差。例例1-1 1-1 某工地所用卵石材料的密度为某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm2.65g/cm3 3、表观密度为、表观密度为2.61g/cm2.61g/cm3 3、堆积、堆积密度为密度为1680 kg/m1680 kg/m3 3，计算此石子的孔隙率计算此石子的孔隙率与空隙率？与空隙率？解解：石子的孔隙率石子的孔隙率P P为：为：%51.165.261.21110000VVVVVP石子的空隙率石子的空隙率P，为：为：%63.3561.268.11110000000VVVVVP 例例1-2 1-2 某石材在气干、绝干、水饱和情况某石材在气干、绝干、水饱和情况下测
40、得的抗压强度分别为下测得的抗压强度分别为174174、178178、165 165 MPaMPa，求该石材的软化系数，并判断该石材，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。可否用于水下工程。解：解：该石材的软化系数为该石材的软化系数为:93.0178165gbRffK由于该石材的软化系数为由于该石材的软化系数为0.93，大于，大于0.85，故该石材可用，故该石材可用于水下工程。于水下工程。1.4材料的热性质材料的热性质导热性导热性(导热系数）、热容量、比热等导热系数）、热容量、比热等定义定义1.4.1.4.1 1 导热性导热性材料两侧有温差时热量由高温侧向低温材料两侧有温差时热量由高
41、温侧向低温侧传递的能力。侧传递的能力。材料的导热性能与孔隙特征有关，增加孤立的、材料的导热性能与孔隙特征有关，增加孤立的、不连通孔隙可降低材料导热能力。不连通孔隙可降低材料导热能力。评价指标评价指标 导热系数导热系数 工程应用工程应用 建筑物围护结构（墙体、屋盖）等建筑物围护结构（墙体、屋盖）等有保温隔热要求的有保温隔热要求的工程尽量工程尽量选用导热系数小、热容量大的材料，导热系选用导热系数小、热容量大的材料，导热系数也是工业窑炉及冷藏库绝热层厚度的重要数据。数也是工业窑炉及冷藏库绝热层厚度的重要数据。材料与热有关的性质材料与热有关的性质1.1.导热性导热性 愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝
42、热性能愈好。愈小，材料的保温隔热性能愈好，或绝热性能愈好。工程界将工程界将 0.23W/(mk)0.23W/(mk)的材料，称为绝热材料，或节能材料的材料，称为绝热材料，或节能材料指标指标导热系数导热系数 材料组成与结构材料组成与结构材料的孔隙率材料的孔隙率材料的孔隙特征材料的孔隙特征材料的含水状态材料的含水状态受控于受控于最好的绝热材料为静止（态）空气，其最好的绝热材料为静止（态）空气，其=0.023W/(mk)=0.023W/(mk)；房建中采用的空心砖房建中采用的空心砖(砌块砌块)、加气砼砌块中含有较多的静、加气砼砌块中含有较多的静态空气，是良好的节能材料。态空气，是良好的节能材料。材料
43、两侧存在温差时材料两侧存在温差时,热量由一侧传至另一侧的性质热量由一侧传至另一侧的性质1.4.1.4.2 2.热容性热容性定义定义材料在温度变化时吸收或放出热量的能力材料在温度变化时吸收或放出热量的能力不同材料的热容性可用比热进行比较。不同材料的热容性可用比热进行比较。比热：单位质量的材料升高单位温度所需热量。比热：单位质量的材料升高单位温度所需热量。评价指标评价指标 比热比热1.4.3 1.4.3 热变形性热变形性定义定义材料在温度变化时的尺寸变化材料在温度变化时的尺寸变化评价指标评价指标 线膨胀系数线膨胀系数 工程应用工程应用 需控制热变形的工程中须选用需控制热变形的工程中须选用 线膨胀系
44、数小的材料线膨胀系数小的材料 2.2.热容量热容量材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质指标指标比热比热比热大的材料，热容大，有利于建筑物内部温度稳定比热大的材料，热容大，有利于建筑物内部温度稳定3.3.热胀冷缩热胀冷缩材料随温度升高或降低，材料随温度升高或降低，体积发生膨胀或收缩的性质体积发生膨胀或收缩的性质指标指标热膨胀系数热膨胀系数用于计算材料在温度变化时，所引起的变形；用于计算材料在温度变化时，所引起的变形；所产生的温度应力所产生的温度应力。包括包括线膨胀系数线膨胀系数面膨胀系数面膨胀系数体膨胀系数体膨胀系数建筑物的围护结构宜选用建筑物的围护结
45、构宜选用比热大、导热系数小的材料比热大、导热系数小的材料1.51.5材料的耐久性材料的耐久性 土木工程材料在使用过程中经受各种破土木工程材料在使用过程中经受各种破坏因素坏因素(物理的、化学的、环境的、生物物理的、化学的、环境的、生物的的等等等等)的作用，而能保持其使用性能的作用，而能保持其使用性能的性质称为的性质称为土木工程材料的耐久性土木工程材料的耐久性。环境影响因素往往是复杂多变的，它们单独环境影响因素往往是复杂多变的，它们单独或交互作用于材料形成破坏。由于各种破坏或交互作用于材料形成破坏。由于各种破坏因素的复杂性和多样性，使得耐久性是一个因素的复杂性和多样性，使得耐久性是一个综合性概念。
46、综合性概念。材料的耐久性是一项重要技术指标。在构筑物的设计及材料的耐久性是一项重要技术指标。在构筑物的设计及材料选用中，必须慎重考虑材料耐久性问题，以利节约材料选用中，必须慎重考虑材料耐久性问题，以利节约材料、减少维修费用，延长使用寿命。材料、减少维修费用，延长使用寿命。高耐久性材料可抵抗各种破坏作用、延长构筑物使用寿高耐久性材料可抵抗各种破坏作用、延长构筑物使用寿命，使之坚固稳定、经久耐用，并可降低维修费用，最命，使之坚固稳定、经久耐用，并可降低维修费用，最终使整体综合费用降低，利用率增高，收益增大，从而终使整体综合费用降低，利用率增高，收益增大，从而获得显著的综合经济效益。获得显著的综合经
47、济效益。从工程技术发展角度看，由按耐久性进行工程设计取代从工程技术发展角度看，由按耐久性进行工程设计取代按强度进行工程设计更具科学性和实用性。然而，要按按强度进行工程设计更具科学性和实用性。然而，要按耐久性进行工程设计，尚需对各种材料的耐久性进行更耐久性进行工程设计，尚需对各种材料的耐久性进行更为广泛深入的研究。为广泛深入的研究。提高材料耐久性是土木工程材料生产及应用的重要课题提高材料耐久性是土木工程材料生产及应用的重要课题之一。之一。1.6 材料的安全性材料的安全性防火性、放射性、有害气体的挥发性等防火性、放射性、有害气体的挥发性等某住宅楼火灾后的破坏现场（混某住宅楼火灾后的破坏现场（混凝土
48、被破坏）凝土被破坏）【观察与讨论】【观察与讨论】孔隙对材料性质的影响孔隙对材料性质的影响某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，见图。请问选择何种材料？面，见图。请问选择何种材料？【工程实例分析】【工程实例分析】2、砖结构房屋泡水倒塌分析、砖结构房屋泡水倒塌分析【概况】【概况】某地发生历史罕见的洪水。洪水退后某地发生历史罕见的洪水。洪水退后 许多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未许多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未 烧透的多孔的红砖，见图。烧透的多孔的红砖，见图。请分析原因。请分析原因。【创新能力培养【创新能力培养】因地制宜用材的万里长城因地制宜用材的
49、万里长城 居庸关、八达岭一段，采用砖石结构。墙身用条石砌筑，居庸关、八达岭一段，采用砖石结构。墙身用条石砌筑，中间填充碎石黄土，顶部再用三四层砖铺砌，以石灰作砖缝材中间填充碎石黄土，顶部再用三四层砖铺砌，以石灰作砖缝材料，坚固耐用。平原黄土地区缺乏石料，则用泥土磊筑长城，料，坚固耐用。平原黄土地区缺乏石料，则用泥土磊筑长城，将泥土夯打结实，并以锥刺夯打土检查是否合格。在西北玉门将泥土夯打结实，并以锥刺夯打土检查是否合格。在西北玉门关一带，既无石料又无黄土，以当地芦苇或柳条与砂石间隔铺关一带，既无石料又无黄土，以当地芦苇或柳条与砂石间隔铺筑，共铺筑，共铺20层。层。【创新能力培养【创新能力培养】
50、关于绿色建材关于绿色建材 1988年第一届国际材料科学研究会上，首次年第一届国际材料科学研究会上，首次提出了提出了“绿色材料绿色材料”的概念，绿色已成为人类环保愿的概念，绿色已成为人类环保愿望的标志。望的标志。“绿色建材绿色建材”也成为了一个发展趋势。也成为了一个发展趋势。你的家乡的土木工程材料有哪些是属于你的家乡的土木工程材料有哪些是属于“绿色建绿色建材材”的，有哪些不属于的，有哪些不属于“绿色建材绿色建材”的。的。思考、讨论：思考、讨论：(1)关于绿色住宅特征的探讨关于绿色住宅特征的探讨 (2)甲醛对室内环境的影响甲醛对室内环境的影响 1.一质量为4.1kg，体积为10L的容量筒，内部装满
