1、 第二章 土木工程材料的基本性质安徽新华学院 顾广娟 土木工程材料的基本性质，是指材料处于不同的土木工程材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为土木建筑材料所处建（构）筑物的共有的性质。因为土木建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。同。第一节材料的组成与结构第一节材料的组成与结构1 1、材料的组成、材料的组成1.1 1.
2、1 化学组成化学组成 无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物含量无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物含量来表示。来表示。金属材料以元素含量来表示。金属材料以元素含量来表示。化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理性质化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理性质和力学性质。和力学性质。1.2 1.2 矿物矿物组成组成 材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材料的许多重要性质。着材料的许多重要性质。矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。1.3 1.3 相组成相组成 材料材料中结构
3、相近性质相同的均匀部分。中结构相近性质相同的均匀部分。第二节第二节 材料的状态参数和结构特征材料的状态参数和结构特征1 1、材料的三大密度（插入视频）、材料的三大密度（插入视频）2 2、孔隙率、孔隙率 材料材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率百分率。孔隙率P按下式计算：按下式计算：0001 VVVP 3 3、空隙率、空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆集体积中空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率体积所占的比例。空隙率P，按下式计算：按下式计算：0材料的表观密度材料的表观密度;0，材
4、料的堆积密度材料的堆积密度 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。00000011VVVVVP第三节第三节 材料的材料的物理性质物理性质一、材料一、材料与水有关的与水有关的性质性质1 1、材料、材料的亲水性与的亲水性与憎水性憎水性 与与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能水接触时，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，后者为憎水被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性
5、。性。工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以工程实际中，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、水和空气的润湿角的大小划分，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成交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角的夹角。其中润湿角愈小，表明材料愈易被水润湿。愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿角当材料的润湿角 时，为亲水性材料；当材时，为亲水性材料；当材料的润湿角料的润湿角 时，为憎水性材料。时，为憎水性材料。图图1 11 1 材料润湿示意图材料润湿示意图（）亲水性材料；（）亲水性材料；（）憎水性材料）憎水性材料2 2、材
6、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。小以吸水率来表示。2.1 2.1 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质量百分比，并以干燥状态下的质量百分比，并以m m 表示。质量吸水率表示。质量吸水率m m 的计算公式为：的计算公式为：%100ggbmmmmW式中式中 mb材料吸水饱和状态下的质量（材料吸水饱和状态下的质量（或或kg）mg材料在干燥状态下的质量（材料在干燥状态下的质量（或或kg）。）。2.2
7、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，并以自然体积的百分率，并以W表示。体积吸水率表示。体积吸水率W 的计算公式的计算公式为：为：%10010WgbvVmmW 材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。多，其吸水率就愈大。3 3、材料的吸湿性、材料的吸湿性
8、 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的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，便会吸收性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气空气中的水分；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。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。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。的湿度变化的。材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以材料在任一条件下含
9、水的多少称为材料的含水率，并以h表示，其计算公式为：表示，其计算公式为：%100ggshmmmW式中式中 ms材料吸湿状态下的质量（材料吸湿状态下的质量（或或kg）mg材料在干燥状态下的质量（材料在干燥状态下的质量（或或kg）。）。材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当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。含水率叫作材料的平衡含水率。4 4、材料、材料的耐水性的耐水性 材料的耐
10、水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，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的软化系数KRKR：gbRffK式中式中 KR 材料的软化系数材料的软化系数fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（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（材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）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。软化系数的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软
11、化系数的波动范围在波动范围在0 0至至1 1之间。工程中通常将之间。工程中通常将0.850.85的材料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系数也不得小于0.75 0.75。5 5、抗冻性、抗冻性 材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循
12、环的反复，材料的破会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为材料的抗冻等级可分为1515、252
13、5、5050、100100、200200等，分别表示此材料可承受等，分别表示此材料可承受1515次、次、2525次、次、5050次、次、100100次、次、200200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。6 6、材料的抗渗性、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。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，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当材料两侧的
14、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。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。些成分带出，造成材料的破坏。6.1 6.1 渗透系数渗透系数材料的渗透系数可通过下式计算材料的渗透系数可通过下式计算:AtHQdK 材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。6.2 6.2 抗渗等级抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进
15、行透水试验时，材料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及可及可承受的水压力（以承受的水压力（以0.10.1MPa为单位）来表示抗渗等级。为单位）来表示抗渗等级。如如P4 4、P6 6、P8 8、P1010等，表示试件能承受逐步增高等，表示试件能承受逐步增高至至0.40.4MPa、0.60.6MPa、0.80.8MPa、1.01.0MPa的水压而不渗的水压而不渗透。透。二、材料的力学性能（插入视频）二、材料的力学性能（插入视频）三、弹性和塑性三、弹性和塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。弹性变形（或瞬时变形）。材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。
