《土木工程材料》緒論及基本性質

1、必讀書必讀書 ：土木工程材料土木工程材料合肥工業(yè)大學出版社合肥工業(yè)大學出版社參考書參考書 ： 土木工程材料土木工程材料東南大學出版社東南大學出版社土木工程材料重點知識與題庫土木工程材料重點知識與題庫同濟大學出版社同濟大學出版社 主要內(nèi)容主要內(nèi)容一一.土木工程材料的分類土木工程材料的分類二二.土木工程材料的重要作用土木工程材料的重要作用四四. .的標準化的標準化五五. .學習本課程的目的、要求和方法學習本課程的目的、要求和方法一一.土木工程材料的分類土木工程材料的分類根據(jù)化學成分，土木工程材料可分為無機材料，根據(jù)化學成分，土木工程材料可分為無機材料，有機材料和復合材料。見下表。有機材料和復合材料

2、。見下表。土土木木工工程程材材料料無無機機材材料料非金屬材料非金屬材料天然石材：石子，砂，毛石天然石材：石子，砂，毛石燒土制品：黏土磚，建筑陶瓷燒土制品：黏土磚，建筑陶瓷玻璃：玻璃：膠凝材料：水泥，石灰，石膏膠凝材料：水泥，石灰，石膏混凝土及砂漿：混凝土及砂漿：硅酸鹽制品：粉煤灰磚、灰砂磚硅酸鹽制品：粉煤灰磚、灰砂磚絕熱材料：石棉，礦棉，玻璃棉，膨脹珍珠巖絕熱材料：石棉，礦棉，玻璃棉，膨脹珍珠巖金屬材料金屬材料黑色金屬：生鐵、碳素鋼、合金鋼黑色金屬：生鐵、碳素鋼、合金鋼有色金屬：鋁，鋅，銅及其合金有色金屬：鋁，鋅，銅及其合金有有機機材材料料植物質材料植物質材料木材，竹材木材，竹材瀝青材料瀝青材

3、料石油瀝青，煤瀝青，瀝青防水制品石油瀝青，煤瀝青，瀝青防水制品高分子材料高分子材料塑料，橡膠，部分涂料塑料，橡膠，部分涂料復復合合材材料料無機非金屬無機非金屬材料與金屬材料與金屬材料、有機材料、有機材料的復合材料的復合聚合物混凝土、瀝青混凝土、鋼筋混凝土聚合物混凝土、瀝青混凝土、鋼筋混凝土按功能可以分為建筑結構材料，墻體材料和建筑功能材料。見下表。土土木木工工程程材材料料建筑結構材料建筑結構材料磚混結構磚混結構 ：磚、水泥混凝土、鋼筋：磚、水泥混凝土、鋼筋鋼或木結構：建筑鋼材、木材鋼或木結構：建筑鋼材、木材墻體材料墻體材料磚及砌塊：普通磚、空心磚，硅酸鹽砌磚及砌塊：普通磚、空心磚，硅酸鹽砌塊塊

4、墻板：混凝土墻板、石膏板、復合墻板墻板：混凝土墻板、石膏板、復合墻板建筑功能材料建筑功能材料防水材料：瀝青及其制品防水材料：瀝青及其制品 絕熱材料：石棉、礦棉，玻璃棉、膨脹絕熱材料：石棉、礦棉，玻璃棉、膨脹珍珠巖石珍珠巖石吸聲材料吸聲材料: 木絲板、毛氈，泡沫塑料木絲板、毛氈，泡沫塑料采光材料：玻璃采光材料：玻璃 裝飾材料：涂料、塑料裝飾材料、鋁材裝飾材料：涂料、塑料裝飾材料、鋁材二二.土木工程材料的重要作用土木工程材料的重要作用（1）是各種土木工程的物質基礎，在建筑工程中材料所占的投）是各種土木工程的物質基礎，在建筑工程中材料所占的投資比例為資比例為40-70%左右。見圖圖。左右。見圖圖。（

5、2）材料決定了建筑結構的設計方法。如提高鋼筋混凝土強度）材料決定了建筑結構的設計方法。如提高鋼筋混凝土強度可縮小結構的截面尺寸?？煽s小結構的截面尺寸。（3）材料決定施工方法。如木結構施工，要用到鋸子、釘子、）材料決定施工方法。如木結構施工，要用到鋸子、釘子、刨子等；鋼結構施工則要用到焊接工具、切割工具、吊車等；刨子等；鋼結構施工則要用到焊接工具、切割工具、吊車等；鋼筋混凝土結構施工則要立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工鋼筋混凝土結構施工則要立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序。序。（4）是工程質量優(yōu)劣的決定性因素之一。）是工程質量優(yōu)劣的決定性因素之一。（）材料與建筑結構相互影響、相互發(fā)展。一種新材（）

6、材料與建筑結構相互影響、相互發(fā)展。一種新材料的出現(xiàn)，必將促進建筑結構的改變。如鋼筋混凝土、料的出現(xiàn)，必將促進建筑結構的改變。如鋼筋混凝土、預應力混凝土的出現(xiàn)使建造大跨度橋梁稱為可能；高強預應力混凝土的出現(xiàn)使建造大跨度橋梁稱為可能；高強度混凝土出現(xiàn)使建造高層建筑物成為可能。同樣，新的度混凝土出現(xiàn)使建造高層建筑物成為可能。同樣，新的建筑結構的出現(xiàn)又會促進材料科學的發(fā)展。建筑結構的出現(xiàn)又會促進材料科學的發(fā)展。土坯建造的住房天安門圖l所用建筑材料：所用建筑材料： 土、石、木料、磚、石灰。土、石、木料、磚、石灰。圖圖埃菲爾鐵塔圖（1）輕質、高強材料。材料越輕質高強，則建筑物可越高、）輕質、高強材料。材料

7、越輕質高強，則建筑物可越高、跨度可越大、施工越容易?？缍瓤稍酱?、施工越容易。（2）高性能材料。材料的性能提高，相應地使用壽命提高。）高性能材料。材料的性能提高，相應地使用壽命提高。（3）綠色環(huán)保型材料。又稱環(huán)境友好型材料或生態(tài)材料。）綠色環(huán)保型材料。又稱環(huán)境友好型材料或生態(tài)材料。四四. .土木工程材料的標準化土木工程材料的標準化 材料的技術標準材料的技術標準: :國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準和地方標準。國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準和地方標準。GB-GB-國家標準國家標準 GB/T GB/T國家推薦性標準國家推薦性標準GBJ-GBJ-建筑工程國家標準建筑工程國家標準 JGJ-JGJ-建設部行業(yè)標

8、準建設部行業(yè)標準 JGJG建筑工業(yè)行業(yè)標準建筑工業(yè)行業(yè)標準 JC-JC-國家建材局行業(yè)標準國家建材局行業(yè)標準JTJ-JTJ-交通部行業(yè)標準交通部行業(yè)標準DB-DB-地方標準地方標準 Q Q企業(yè)標準企業(yè)標準標準的表示方法：標準名稱標準的表示方法：標準名稱+ +部門代號部門代號+ +編號編號+ +批準年份批準年份例：例：通用硅酸鹽水泥通用硅酸鹽水泥GB175-2007 GB175-2007 ASTM ASTM 美國國家標準美國國家標準 BS BS 英國國家標準英國國家標準JIS JIS 日本國家標準日本國家標準 ISO ISO 國際標準國際標準 國家標準和行業(yè)標準都是全國通用標準，屬國家指令性技術

9、國家標準和行業(yè)標準都是全國通用標準，屬國家指令性技術文件，均必須嚴格遵照執(zhí)行，尤其是強制性標準。文件，均必須嚴格遵照執(zhí)行，尤其是強制性標準。 標準是根據(jù)一定時期的技術水平制定的，它隨技術水平的發(fā)展標準是根據(jù)一定時期的技術水平制定的，它隨技術水平的發(fā)展需要進行修訂，新標準實施后，舊標準自動廢除。需要進行修訂，新標準實施后，舊標準自動廢除。 標準的本質屬性是標準的本質屬性是“對同類事物的屬性進行統(tǒng)一規(guī)定對同類事物的屬性進行統(tǒng)一規(guī)定”。這種統(tǒng)一規(guī)定是有關各方共同遵守的準則和依據(jù)。這種統(tǒng)一規(guī)定是有關各方共同遵守的準則和依據(jù)。 標準制定的對象是重復性事物和概念。這里講的標準制定的對象是重復性事物和概念。

10、這里講的“重復性重復性”指的是同一事物或概念反復多次出現(xiàn)的性質。例如批量生產(chǎn)指的是同一事物或概念反復多次出現(xiàn)的性質。例如批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。 制定標準過程要經(jīng)有關方面協(xié)商一致。如制定產(chǎn)品標準不制定標準過程要經(jīng)有關方面協(xié)商一致。如制定產(chǎn)品標準不僅要有生產(chǎn)部門參加，還應當有用戶、科研、檢驗等部門參僅要有生產(chǎn)部門參加，還應當有用戶、科研、檢驗等部門參加共同討論研究，這樣制定出來的標準才具有權威性、科學加共同討論研究，這樣制定出來的標準才具有權威性、科學性和適用性。性和適用性。標準化：包括制定，發(fā)布及實施標準的過程標準化：包括制定，發(fā)布及實施標準的過程 。通過制定、發(fā)布。通過制定、發(fā)布和實施標準，

11、達到統(tǒng)一是標準化的實質。和實施標準，達到統(tǒng)一是標準化的實質。 五五. .學習本課程的目的、要求和方法學習本課程的目的、要求和方法目的目的使學生具有土木工程材料的基本知識使學生具有土木工程材料的基本知識, ,在進行建筑工程設計、施在進行建筑工程設計、施工和工程監(jiān)理時能正確選用材料，同時也為后繼課程的學習打下工和工程監(jiān)理時能正確選用材料，同時也為后繼課程的學習打下基礎?；A。要求要求（1 1）熟練掌握常用材料的物理、化學和力學性能及其合理利用。）熟練掌握常用材料的物理、化學和力學性能及其合理利用。（2 2）熟悉常用材料的實驗原理、實驗方法，并初步具有工程材熟悉常用材料的實驗原理、實驗方法，并初步具

12、有工程材料實驗的基本技能，有處理分析實驗數(shù)據(jù)的能力，為以后工作、料實驗的基本技能，有處理分析實驗數(shù)據(jù)的能力，為以后工作、研究打下基礎。研究打下基礎。學習方法：多記、多思考、多做試驗。學習方法：多記、多思考、多做試驗。土木工程材料的基本性質歸納起來可分為：土木工程材料的基本性質歸納起來可分為：一一.物理性質：包括密度、與水有關的性質、與熱有關的物理性質：包括密度、與水有關的性質、與熱有關的性質等。性質等。二二.力學性質：包括強度、塑性與彈性、脆性與韌性等性力學性質：包括強度、塑性與彈性、脆性與韌性等性質。質。三三.耐久性：材料在長期使用中，會受到環(huán)境和其內(nèi)部各耐久性：材料在長期使用中，會受到環(huán)境

13、和其內(nèi)部各種破壞因素的作用（物理、化學及生物因素等）而導種破壞因素的作用（物理、化學及生物因素等）而導致其使用功能下降。材料抵抗這些因素破壞作用的能致其使用功能下降。材料抵抗這些因素破壞作用的能力叫耐久性。包括抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性等。力叫耐久性。包括抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性等。l2.1 材料的物理性質材料的物理性質l2.2 材料的力學性質材料的力學性質l2.3 材料的耐久性材料的耐久性l2.4 材料的組成、結構和構造及其對性能影響材料的組成、結構和構造及其對性能影響2.1.1與密度有關的性質與密度有關的性質一、密度一、密度 干燥材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量稱為密度。干燥材料在絕對密

14、實狀態(tài)下，單位體積的質量稱為密度。 =m/v=m/v（式中：（式中：密度，密度， ；m m材料實體積的質量；材料實體積的質量；vv材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，即材料內(nèi)固態(tài)物材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，即材料內(nèi)固態(tài)物質的實體積，也可叫絕對體積）質的實體積，也可叫絕對體積）注意：（注意：（1 1）干燥狀態(tài)的材料）干燥狀態(tài)的材料 （2 2）單位：）單位：，一般不用，一般不用kg/kg/ （3 3）實體積的測定：把材料磨成細粉（粒徑至）實體積的測定：把材料磨成細粉（粒徑至少小于少小于0.20mm0.20mm），除去孔隙，經(jīng)干燥后用李氏密度瓶測定實體積。），除去孔隙，經(jīng)干燥后用李氏密度瓶測定實體積。 二

15、、表觀密度：在自然狀態(tài)下，材料單位表觀體積（實體積開二、表觀密度：在自然狀態(tài)下，材料單位表觀體積（實體積開口孔隙體積口孔隙體積+閉口孔隙體積）的質量，稱為表觀密度。閉口孔隙體積）的質量，稱為表觀密度。 干燥狀態(tài)干燥狀態(tài) 式中：式中：o表觀密度，表觀密度，或或kgkg ； o表觀體積；表觀體積；vp孔隙的體積；孔隙的體積； mp孔隙的質量；孔隙的質量； 、意義同前。意義同前。ppooovvmmvm1實體實體2閉口孔隙閉口孔隙3開口孔隙開口孔隙ovm 注意：注意： （1）表觀體積）表觀體積=實體積實體積+全部孔隙體積。全部孔隙體積。 （2）單位：）單位：kgkg和和均可。均可。 （3）表觀密度與材

16、料的含水狀態(tài)有關，一般含水量增加，表觀）表觀密度與材料的含水狀態(tài)有關，一般含水量增加，表觀密度增加。除有特別說明外，一般指干燥狀態(tài)時的表觀密度。密度增加。除有特別說明外，一般指干燥狀態(tài)時的表觀密度。 （4）表觀體積的測定方法：）表觀體積的測定方法：形狀規(guī)則的材料，用尺子測量。形狀規(guī)則的材料，用尺子測量。形狀不規(guī)則的材料，加工成規(guī)則的形狀，用尺子測量。形狀不規(guī)則的材料，加工成規(guī)則的形狀，用尺子測量。吸水率很小的材料（如砂、石）吸水率很小的材料（如砂、石） ，直接用排水法測量。吸水率，直接用排水法測量。吸水率較大的材料將材料表面封蠟，再用排水法測量。較大的材料將材料表面封蠟，再用排水法測量。（5）

17、碎石或卵石：）碎石或卵石：2.7 ，砂：，砂：2.6 ，普通混，普通混凝土：凝土：24002450 kgkgV 實體積實體積V0表觀體積表觀體積v 視密度時用到的體積視密度時用到的體積m實體積對應的質量實體積對應的質量mp孔隙的質量孔隙的質量mo表觀體積對應的質量表觀體積對應的質量 V V V V V V0 0mmpmo某塊材料的質量與體積關系某塊材料的質量與體積關系三、視密度：砂、石材料的內(nèi)部孔隙很少，較致密，直三、視密度：砂、石材料的內(nèi)部孔隙很少，較致密，直接用排水法測出其體積稱接用排水法測出其體積稱vv，再用如下公式求密度：，再用如下公式求密度：由于由于V Vb b很小，故視所求密度很小

18、，故視所求密度 為密度，稱為為密度，稱為視密度，視密度，單位單位g/cmg/cm3 3。（。（V Vb b閉口孔隙的體積）閉口孔隙的體積）一般，砂、石的表觀密度就是指其視密度。一般，砂、石的表觀密度就是指其視密度。bVVmVm四、堆積密度四、堆積密度定義：散粒材料在堆積狀態(tài)下單位體積質量定義：散粒材料在堆積狀態(tài)下單位體積質量。 00VmmmVVVVmmmspSKBsp堆積材料體積構成示意圖堆積材料體積構成示意圖oVm干燥狀態(tài)mmpmsms空隙質量空隙質量Vs空隙體積空隙體積VB閉口孔體積閉口孔體積VK開口孔體積開口孔體積注意：注意：（1）堆積體積）堆積體積=所有顆粒實體積所有顆粒實體積+所有顆

19、?？紫扼w積所有顆?？紫扼w積+顆粒之顆粒之間的空隙體積。間的空隙體積。（2）堆積密度包括松裝堆積密度和緊裝堆積密度。在自然）堆積密度包括松裝堆積密度和緊裝堆積密度。在自然狀態(tài)下的堆積密度為松裝堆積密度，一般稱堆積密度；在狀態(tài)下的堆積密度為松裝堆積密度，一般稱堆積密度；在搗實狀態(tài)下的堆積密度稱緊裝堆積密度。搗實狀態(tài)下的堆積密度稱緊裝堆積密度。（3）單位：）單位： kgkg。（4）堆積體積測定：以散粒材料在容器中所占的容積作為）堆積體積測定：以散粒材料在容器中所占的容積作為堆積體積。堆積體積。（5）堆積密度與含水狀態(tài)有關，一般指材料干燥時的堆積）堆積密度與含水狀態(tài)有關，一般指材料干燥時的堆積密度。密

20、度。 干燥狀態(tài)下：干燥狀態(tài)下： 密度密度 表觀密度堆積密度表觀密度堆積密度五、材料的孔隙與密實度五、材料的孔隙與密實度孔隙率大小和孔隙特征與材料的許多性質關系密切?？紫堵蚀笮『涂紫短卣髋c材料的許多性質關系密切?？紫兜奶卣鳎喊紫兜奶卣鳎喊紫洞笮?，與外界之間是否連通及分布均勻性?？紫洞笮?，與外界之間是否連通及分布均勻性。 按孔隙大小，可把孔隙分為為微孔（孔徑按孔隙大小，可把孔隙分為為微孔（孔徑1000nm ）三種。）三種。 按孔隙與外界之間是否連通，把孔隙分為開口孔、封閉孔。按孔隙與外界之間是否連通，把孔隙分為開口孔、封閉孔。 開口毛細孔越多，材料吸水性大；開口孔隙越多，材料抗?jié)B、抗凍開口

21、毛細孔越多，材料吸水性大；開口孔隙越多，材料抗?jié)B、抗凍性越差；閉口孔隙越多，材料抗?jié)B、抗凍性和隔熱性反而越好。性越差；閉口孔隙越多，材料抗?jié)B、抗凍性和隔熱性反而越好。孔隙率：孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙體積孔隙率：孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙體積( (開口孔隙和閉口孔隙開口孔隙和閉口孔隙) )占占材料總體積的百分率。材料總體積的百分率。 %100)1(%1001%100000）（ommVVVP密實度：材料內(nèi)部固體物質的實體積占材料總體積的百分率。密實度：材料內(nèi)部固體物質的實體積占材料總體積的百分率。公式：公式：開口孔隙率：開口孔隙率：指材料內(nèi)部開口孔隙體積占材料總體積的百分指材料內(nèi)部開口孔隙體積占材料總體

22、積的百分率。用率。用P Pk k表示。表示。閉口孔隙率：閉口孔隙率：指材料內(nèi)部閉口孔隙體積占材料總體積的百分指材料內(nèi)部閉口孔隙體積占材料總體積的百分率。用率。用P Pb b表示。表示。 Pk+Pb=PpVVD1%100%10000空隙率：散粒材料顆粒間的空隙體積占堆積體積的空隙率：散粒材料顆粒間的空隙體積占堆積體積的百分率。百分率。公式：公式：填充率：所有顆粒的表觀體積占堆積體積的百分率。填充率：所有顆粒的表觀體積占堆積體積的百分率。公式：公式： %100)1 (%100mm1%1000000000）（VVVp1pD2.1.2 材料與水有關的性質材料與水有關的性質一、材料的親水性與憎水性：一、

23、材料的親水性與憎水性： 能被水潤濕的材料為親水性能被水潤濕的材料為親水性材料，反之為憎水性材料，材料，反之為憎水性材料，如荷葉。如荷葉。土木工程材料大多為親水性材料，只有少數(shù)材料如瀝青、石蠟及土木工程材料大多為親水性材料，只有少數(shù)材料如瀝青、石蠟及某些塑料等為憎水性材料。某些塑料等為憎水性材料。 潤濕邊角潤濕邊角 ： 90時，材料表現(xiàn)為親水性；時，材料表現(xiàn)為親水性； =0時，材料完全被水潤時，材料完全被水潤濕。濕。 90時，材料表現(xiàn)為憎水性時，材料表現(xiàn)為憎水性 。憎水性材料常用作防水材料。憎水性材料常用作防水材料。二、二、 吸濕性：材料在空氣中吸收水分的性質，用含水率表示。吸濕性：材料在空氣中

24、吸收水分的性質，用含水率表示。含水率：含水率： （m m1 1材料濕質量；材料濕質量；m mo o材料干質量）材料干質量）對某一材料而言，含水率是一個變值。對某一材料而言，含水率是一個變值。 材料開口毛細孔數(shù)量越材料開口毛細孔數(shù)量越多則吸濕性越強。多則吸濕性越強。平衡含水率：材料中所含水分與周圍空氣的濕度相平衡時的平衡含水率：材料中所含水分與周圍空氣的濕度相平衡時的含水率。含水率。潮濕材料在干燥空氣中放出水分的性能稱還濕性。潮濕材料在干燥空氣中放出水分的性能稱還濕性。%100001mmmM三、吸水性：材料在水中吸收水分的性質，用吸水率表示。三、吸水性：材料在水中吸收水分的性質，用吸水率表示。質

25、量吸水率：材料飽水時質量吸水率：材料飽水時, ,吸收的水分質量占材料干質量的百分率吸收的水分質量占材料干質量的百分率 體積吸水率：材料飽水時體積吸水率：材料飽水時, ,吸收的水分體積占材料干表觀體積百分率吸收的水分體積占材料干表觀體積百分率（式中：（式中：V Vo o材料干表觀體積，材料干表觀體積，o o材料干表觀密度）材料干表觀密度）注意：（注意：（1 1）開口毛細孔越多，吸水率越大。開口毛細孔越多，吸水率越大。 （2 2）一般，體積吸水率等于開口空隙率。）一般，體積吸水率等于開口空隙率。 （3）當材料吸濕達到飽和狀態(tài)時的含水率即為吸水率。）當材料吸濕達到飽和狀態(tài)時的含水率即為吸水率。 （4

26、 4）對某一固定材料而言吸水率為一恒值。）對某一固定材料而言吸水率為一恒值。%100001mmmW水水水）（ooWmmmVmmW%100/%100001001四、耐水性：材料長期在水作用下不破壞、強度也不明顯下降四、耐水性：材料長期在水作用下不破壞、強度也不明顯下降的性質。的性質。軟化系數(shù)：軟化系數(shù)： KR 0.85為耐水材料。為耐水材料。一般一般KR=01。長期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結構，必須選用長期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結構，必須選用KR0.85的的材料。受潮較輕或次要結構材料，材料。受潮較輕或次要結構材料，KR不宜小于不宜小于0.75.gbRffK（f fb b材料飽水狀態(tài)時抗壓

27、強度；材料飽水狀態(tài)時抗壓強度；f fg g材料干燥狀材料干燥狀態(tài)（絕干狀態(tài)）時抗壓強度）態(tài)（絕干狀態(tài)）時抗壓強度） 五、抗?jié)B性五、抗?jié)B性：抵抗壓力水滲透的性質：抵抗壓力水滲透的性質 。滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（Ks）: Ks的意義：滲透系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好。的意義：滲透系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好?？?jié)B等級抗?jié)B等級: :指材料不被水滲透時所能承受的最大水壓力。指材料不被水滲透時所能承受的最大水壓力。用用“P+10P+10倍最大水壓力值（倍最大水壓力值（MPaMPa）”表示。如表示。如P4P4、 P6 、 P8等等 。 一般，抗?jié)B性決定了材料的耐久性和質量。特別是地下結構、水一般，抗?jié)B性決定了材料

28、的耐久性和質量。特別是地下結構、水池、壓力管道和容器等對抗?jié)B性要求高。池、壓力管道和容器等對抗?jié)B性要求高。 抗?jié)B性與材料孔隙數(shù)量和特征有關。在孔隙數(shù)量相等時，開口大抗?jié)B性與材料孔隙數(shù)量和特征有關。在孔隙數(shù)量相等時，開口大孔數(shù)量多，抗?jié)B性最差；開口連通細孔多，抗?jié)B性也差；但封閉孔數(shù)量多，抗?jié)B性最差；開口連通細孔多，抗?jié)B性也差；但封閉細孔多的材料的抗?jié)B性反而好，因為滲水路徑延長了。細孔多的材料的抗?jié)B性反而好，因為滲水路徑延長了。dAtHKQSAtHQdKS六、六、 抗凍性：材料在飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破抗凍性：材料在飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，強度也不顯著降低的性質。壞，強

29、度也不顯著降低的性質?？箖龅燃墸嚎箖龅燃墸喊聪嚓P標準的規(guī)定進行凍融循環(huán)試驗（有快凍法和按相關標準的規(guī)定進行凍融循環(huán)試驗（有快凍法和慢凍法），材料在達到規(guī)定的破壞程度時能經(jīng)受的最大凍融慢凍法），材料在達到規(guī)定的破壞程度時能經(jīng)受的最大凍融循環(huán)次數(shù)。循環(huán)次數(shù)。用用“F+F+最大凍融循環(huán)次數(shù)最大凍融循環(huán)次數(shù)”表示。有表示。有F15F15、F25F25、F50F50、F100F100、F200F200等。等。材料凍融破壞的原因：材料凍融破壞的原因：材料孔隙中的水結冰產(chǎn)生的膨脹造成的。材料孔隙中的水結冰產(chǎn)生的膨脹造成的。影響材料抗凍性的因素影響材料抗凍性的因素：（1 1）孔隙充水程度?？紫段闯錆M水，即使受

30、凍也不一定會破壞，）孔隙充水程度?？紫段闯錆M水，即使受凍也不一定會破壞，因為有孔隙中有多余的空間容納結冰時產(chǎn)生的膨脹。因為有孔隙中有多余的空間容納結冰時產(chǎn)生的膨脹。（2）開口孔隙率：越大則抗凍性越差。）開口孔隙率：越大則抗凍性越差。（3）極細孔隙中水的冰點低，不會降低材料抗凍性。）極細孔隙中水的冰點低，不會降低材料抗凍性。根據(jù)熱力學理論，孔中的水是否結冰，還取決于孔徑大小。根據(jù)熱力學理論，孔中的水是否結冰，還取決于孔徑大小。如孔徑為如孔徑為10 nm 時，水在時，水在- 5 時才結冰；而孔徑為時才結冰；而孔徑為3.5 nm 時，水在時，水在- 20 以下才結冰。以下才結冰。 （4）閉口孔隙率：

31、越大則抗凍性好。）閉口孔隙率：越大則抗凍性好。 2.1.3 材料與熱有關的性質材料與熱有關的性質一、導熱性：用導熱系數(shù)一、導熱性：用導熱系數(shù)表示。表示。 材料導熱性與孔隙數(shù)量和特征有關：材料導熱性與孔隙數(shù)量和特征有關：密閉細微孔隙越多，材料（如泡沫材料）隔熱性能越好。因為延密閉細微孔隙越多，材料（如泡沫材料）隔熱性能越好。因為延長了傳導路徑。長了傳導路徑。粗大孔隙或貫通孔隙越多，材料導熱性能越好。因為這時熱的傳粗大孔隙或貫通孔隙越多，材料導熱性能越好。因為這時熱的傳遞方式由傳導為主變?yōu)閷α鳛橹?。遞方式由傳導為主變?yōu)閷α鳛橹鳌２牧鲜艹被蚴軆龊?，導熱性增加。因為空氣、水、冰的導熱系?shù)材料受潮或受凍

32、后，導熱性增加。因為空氣、水、冰的導熱系數(shù)分別為分別為0.023（最小）、（最小）、0.58、2.20 W/W/（m mk k） 。 普通混凝土普通混凝土=1.6=1.6；鋼；鋼=56=56；銅；銅=370=370。工程上將工程上將0.23W/ （m mk k） 的材料稱為絕熱材料。的材料稱為絕熱材料。TAQt 二、熱容量和比熱二、熱容量和比熱 熱容量：熱容量：指整塊材料溫度升高或降低指整塊材料溫度升高或降低1 1度時吸收或放出熱度時吸收或放出熱量的多少。量的多少。 Q=cmQ=cmT T （式中：（式中：QQ材料吸收或放出的熱量；材料吸收或放出的熱量； cc比熱，比熱，J/J/（gKgK）或

33、）或kJ /kJ /（kgKkgK）；）； mm材料質量；材料質量； T T 溫差；溫差； cmcm熱容量）熱容量） 比熱：比熱：c=Q/(m c=Q/(m T ), T ), 表示單位質量的材料溫度升高表示單位質量的材料溫度升高或下降或下降1K1K時吸收或放出的熱量。時吸收或放出的熱量。 導熱系數(shù)和熱容量是建筑物維護結構（墻體或屋蓋）進導熱系數(shù)和熱容量是建筑物維護結構（墻體或屋蓋）進行熱工設計時的重要參數(shù)，應選用導熱系數(shù)小而熱容量大行熱工設計時的重要參數(shù)，應選用導熱系數(shù)小而熱容量大的材料，以利于室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。的材料，以利于室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。 2.2.1 強度強度材料抵抗外力破壞的能力。即材料

34、抵抗外力破壞的能力。即材料單位面積上能材料單位面積上能承受的最大應力，單位承受的最大應力，單位MPa。一、形式：一、形式：抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度：抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度： PP破壞時的最大荷載，破壞時的最大荷載，N N A A受力面積，受力面積，mmmm2 2 APf抗彎強度（抗折強度）抗彎強度（抗折強度）223bhFLf 單點加荷：單點加荷：三分點加三分點加荷：荷：2bhFLf L L/2/2L L/2/2 二、強度等級二、強度等級 為了合理選擇材料，將材料按強度大小劃分成不同的等為了合理選擇材料，將材料按強度大小劃分成不同的等級，即強度等級。石材、混凝土、磚等脆性材料主要用于級

35、，即強度等級。石材、混凝土、磚等脆性材料主要用于抗壓，以抗壓強度劃分等級，鋼材主要用于抗拉，以抗拉抗壓，以抗壓強度劃分等級，鋼材主要用于抗拉，以抗拉強度劃分等級。強度劃分等級。三、比強度三、比強度 它等于材料的強度與表觀密度之比。比強度是評價材料它等于材料的強度與表觀密度之比。比強度是評價材料輕質高強的指標，數(shù)值越大，表明材料越輕質高強。輕質高強的指標，數(shù)值越大，表明材料越輕質高強。 比強度：木材低碳鋼普通混凝土。普通混凝土不是輕比強度：木材低碳鋼普通混凝土。普通混凝土不是輕質高強材料。質高強材料。 四、影響強度的因素：四、影響強度的因素：材料的組成：不同組成的材料，其強度不同。材料的組成：不

36、同組成的材料，其強度不同。孔隙率：增加（表觀密度降低），強度呈直線下降?？紫堵剩涸黾樱ū碛^密度降低），強度呈直線下降。含水狀態(tài)：含水分時材料強度低于干燥狀態(tài)時。含水狀態(tài)：含水分時材料強度低于干燥狀態(tài)時。溫度：溫度：試驗條件：試驗條件：試件尺寸：增大，強度降低；試件尺寸：增大，強度降低；加荷速度：越快，強度越大；加荷速度：越快，強度越大；試件高度：長方形試件強度小于立方體試件；試件高度：長方形試件強度小于立方體試件；試件表面的平整度與光滑度：越光滑，強度越小。試件表面的平整度與光滑度：越光滑，強度越小。 2.2.2 2.2.2 材料的彈性與塑性材料的彈性與塑性彈性變形：彈性變形： 材料在外力作用

37、下產(chǎn)生變形，當外力材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后，能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。取消后，能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種能夠完全恢復的變形稱為彈性變形。用彈性這種能夠完全恢復的變形稱為彈性變形。用彈性模量（模量（E E）來衡量彈性變形能力。）來衡量彈性變形能力。 E=/ E=/塑性變形：塑性變形： 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后仍保持變形后的形狀，并且不產(chǎn)生裂縫的性消后仍保持變形后的形狀，并且不產(chǎn)生裂縫的性質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形。質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形。 實際上，單純的彈性或塑性材料是不存在

38、的。實際上，單純的彈性或塑性材料是不存在的。2.2.3 2.2.3 材料的脆性與韌性材料的脆性與韌性 脆性：脆性：材料在外力作用下，只發(fā)生很小的變形（包括彈材料在外力作用下，只發(fā)生很小的變形（包括彈性變形和塑性變形）就突然破壞的性質稱為脆性。性變形和塑性變形）就突然破壞的性質稱為脆性。 一般，脆性材料的抗壓強度比抗拉強度大得多，如混一般，脆性材料的抗壓強度比抗拉強度大得多，如混凝土。脆性材料抵抗沖擊或振動荷載的能力差，故常用于凝土。脆性材料抵抗沖擊或振動荷載的能力差，故常用于承受靜壓力作用的工程部位如基礎、墻體、柱子等。承受靜壓力作用的工程部位如基礎、墻體、柱子等。 脆性材料：石、磚、砼、陶瓷

39、、玻璃、鑄鐵等。脆性材料：石、磚、砼、陶瓷、玻璃、鑄鐵等。 韌性：韌性：材料在外力作用下，能產(chǎn)生一定的塑性或彈性變材料在外力作用下，能產(chǎn)生一定的塑性或彈性變形而不破壞的性質稱為韌性（或沖擊韌性）。形而不破壞的性質稱為韌性（或沖擊韌性）。 建筑鋼材、木材、瀝青混凝土等屬于韌性材料。橋梁、建筑鋼材、木材、瀝青混凝土等屬于韌性材料。橋梁、吊車梁以及有抗震要求的結構都要用有一定韌性的材料。吊車梁以及有抗震要求的結構都要用有一定韌性的材料。2.2.4 2.2.4 硬度和耐磨性硬度和耐磨性 硬度是其他物體刻劃、壓入材料表面時，表面抵抗硬度是其他物體刻劃、壓入材料表面時，表面抵抗塑性變形的能力。塑性變形的能

40、力。 測定硬度的方法有刻劃法和壓入法。通常，石料、測定硬度的方法有刻劃法和壓入法。通常，石料、陶瓷、礦物的硬度采用刻劃法測定其莫氏硬度（共十級，陶瓷、礦物的硬度采用刻劃法測定其莫氏硬度（共十級，級別越高材料越硬，滑石為級別越高材料越硬，滑石為1 1級，金剛石為級，金剛石為1010級）；鋼級）；鋼材，木材，混凝土采用鋼球壓入法測定其布氏硬度材，木材，混凝土采用鋼球壓入法測定其布氏硬度（HBHB），以壓痕單位面積上承受的壓力表示。硬度越大，），以壓痕單位面積上承受的壓力表示。硬度越大，材料耐磨性越好。材料耐磨性越好。 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，通常用磨損率耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，通常

41、用磨損率表示。路面材料如石子、砂子，經(jīng)常受水沖刷的部位用表示。路面材料如石子、砂子，經(jīng)常受水沖刷的部位用材料要具有較高的耐磨性。材料要具有較高的耐磨性。 耐久性：材料在長期使用過程中，受環(huán)境和其內(nèi)部各種破耐久性：材料在長期使用過程中，受環(huán)境和其內(nèi)部各種破壞因素作用而導致其使用功能下降，材料抵抗這些破壞因壞因素作用而導致其使用功能下降，材料抵抗這些破壞因素長期作用的能力叫耐久性?；炷聊途眯允且粋€綜合性素長期作用的能力叫耐久性?；炷聊途眯允且粋€綜合性質，由抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、堿質，由抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、堿- -骨料反應、抗碳化骨料反應、抗碳化等性質共同決定。等性質共同決定。 物理因

42、素：凍融、干濕、冷熱循環(huán)，風化，風沙、水流物理因素：凍融、干濕、冷熱循環(huán)，風化，風沙、水流的沖刷等。的沖刷等。 化學因素：大氣和環(huán)境水中的酸、堿、鹽、化學因素：大氣和環(huán)境水中的酸、堿、鹽、COCO2 2、 O O2 2、 日光等。日光等。 機械因素：包括荷載的持續(xù)作用，沖擊，磨耗等。機械因素：包括荷載的持續(xù)作用，沖擊，磨耗等。 生物因素：包括菌類、昆蟲的破壞作用等。生物因素：包括菌類、昆蟲的破壞作用等。 耐久性的判斷：最可靠的判斷是對材料進行長期觀察和測耐久性的判斷：最可靠的判斷是對材料進行長期觀察和測定，但這不便快速判斷，常通過測定材料的抗?jié)B性、抗凍定，但這不便快速判斷，常通過測定材料的抗?jié)B

43、性、抗凍性、抗碳化性等來判斷耐久性。性、抗碳化性等來判斷耐久性。 耐久性良好的材料使用壽命長（間接節(jié)約了材料），維修耐久性良好的材料使用壽命長（間接節(jié)約了材料），維修費用低，有利于環(huán)保、節(jié)能。費用低，有利于環(huán)保、節(jié)能。2.4 2.4 材料的組成、結構和構造及其對性能影響材料的組成、結構和構造及其對性能影響化學組成：是指組成材料的化學成分（包括元素及化合物）化學組成：是指組成材料的化學成分（包括元素及化合物）的種類及數(shù)量。如粉煤灰化學組成以二氧化硅和三氧化二鋁的種類及數(shù)量。如粉煤灰化學組成以二氧化硅和三氧化二鋁為主，人體中的主要化學組成為為主，人體中的主要化學組成為C C、H H、O O等。等。

44、 礦物組成：礦物指由地質作用形成的天然單質或化合物，礦物組成：礦物指由地質作用形成的天然單質或化合物，具有相對固定的化學組成和晶體結構特征，有相對穩(wěn)定的物具有相對固定的化學組成和晶體結構特征，有相對穩(wěn)定的物理化學性質。礦物組成是指構成材料的各種礦物的種類和數(shù)理化學性質。礦物組成是指構成材料的各種礦物的種類和數(shù)量。如硅酸鹽水泥的礦物組成主要是硅酸三鈣、硅酸二鈣等。量。如硅酸鹽水泥的礦物組成主要是硅酸三鈣、硅酸二鈣等。相相材料中組成、結構、性質相同的部分。如水泥混凝材料中組成、結構、性質相同的部分。如水泥混凝土中有骨料相和水泥石相。土中有骨料相和水泥石相。2.4.2 2.4.2 材料的結構與構造材

45、料的結構與構造 材料結構是指材料的微觀組織狀況，而材料的構造是指材材料結構是指材料的微觀組織狀況，而材料的構造是指材料的宏觀組織狀況。組織是指材料內(nèi)部的的形貌，即由不同料的宏觀組織狀況。組織是指材料內(nèi)部的的形貌，即由不同的相形成的圖案。的相形成的圖案。 宏觀構造（結構）：尺寸在宏觀構造（結構）：尺寸在1010-3-3m m以上組織。以上組織。 亞微觀結構（顯微或細觀結構）：尺寸范圍在亞微觀結構（顯微或細觀結構）：尺寸范圍在1010-3-31010-6-6m m組織。組織。 微觀結構：尺寸范圍在微觀結構：尺寸范圍在1010-6-6-10-10-10-10m m組織。組織。 晶體晶體 分子、原子、

46、離子等質點按一定的規(guī)則在空間呈分子、原子、離子等質點按一定的規(guī)則在空間呈有規(guī)律的排列。有規(guī)律的排列。 非晶體非晶體 不定形。不定形。 原因：熔融物質急冷，來不及成晶原因：熔融物質急冷，來不及成晶而成。如玻璃體而成。如玻璃體( (粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰) )，化學活，化學活性較大，性較大， 一定條件下發(fā)生化學反應。一定條件下發(fā)生化學反應。一、宏觀結構（構造）：一、宏觀結構（構造）：指用肉眼或放大鏡能分辨的粗大組指用肉眼或放大鏡能分辨的粗大組織。其尺寸在織。其尺寸在10-3m級以上。級以上。材料的宏觀結構材料的宏觀結構常用材料常用材料主要特征主要特征單一單一材料材

47、料致密結構致密結構 鋼材、玻璃、瀝青鋼材、玻璃、瀝青高強、不透水、耐腐蝕高強、不透水、耐腐蝕多孔結構多孔結構泡沫塑料、泡沫玻璃泡沫塑料、泡沫玻璃輕質、保溫輕質、保溫纖維結構纖維結構 木竹材、石棉、玻璃纖維木竹材、石棉、玻璃纖維高抗拉、且大多數(shù)具有高抗拉、且大多數(shù)具有輕輕質、保溫、吸聲質、保溫、吸聲聚集結構聚集結構陶瓷、磚陶瓷、磚強度較高強度較高復合復合材料材料顆粒聚集結構顆粒聚集結構混凝土、砂漿、鋼筋混凝土混凝土、砂漿、鋼筋混凝土 綜合性能好、價格較低綜合性能好、價格較低纖維聚集結構纖維聚集結構巖棉板、石棉水泥制品、巖棉板、石棉水泥制品、纖維纖維板、纖維增強塑料板、纖維增強塑料輕質、保溫、吸聲

48、或高輕質、保溫、吸聲或高抗抗拉拉多孔結構多孔結構加氣混凝土、泡沫混凝土加氣混凝土、泡沫混凝土輕質、保溫輕質、保溫層狀結構紙面板、膠合板、各種夾芯板綜合性能好綜合性能好二、微觀結構：指通過用電子顯微鏡、二、微觀結構：指通過用電子顯微鏡、X-X-射線衍射儀等手段射線衍射儀等手段來研究的原子級或分子級結構。尺寸范圍在來研究的原子級或分子級結構。尺寸范圍在1010-6-6-10-10-10-10m m。微觀結構微觀結構常見材料常見材料主要特征主要特征晶體晶體原子、離子或分子按一原子、離子或分子按一定的規(guī)則在空間呈有規(guī)定的規(guī)則在空間呈有規(guī)律的排列律的排列金剛石、石英、石膏、金剛石、石英、石膏、石灰?guī)r、鋼

49、、鐵及部石灰?guī)r、鋼、鐵及部分有機化合物分有機化合物有固定的幾何外形和有固定的幾何外形和熔點，化學性質穩(wěn)定熔點，化學性質穩(wěn)定性，晶體呈各向異性性，晶體呈各向異性非晶非晶體體原子、離子或分子在空原子、離子或分子在空間呈無規(guī)則的排列，微間呈無規(guī)則的排列，微觀結構為近程有序，遠觀結構為近程有序，遠程無序。程無序。玻璃、?；郀t礦渣、玻璃、?；郀t礦渣、火山灰、粉煤灰火山灰、粉煤灰無固定的幾何外形和無固定的幾何外形和熔點，化學性質不穩(wěn)熔點，化學性質不穩(wěn)定，各向同性。定，各向同性。膠體膠體物質以極微小的質點物質以極微小的質點（1010-9-9-10-10-7-7m m）分散在介）分散在介質中質中建筑涂料，

50、水泥漿、建筑涂料，水泥漿、膠粘劑膠粘劑膠體質點微小，總的膠體質點微小，總的表面積很大，因而表表面積很大，因而表面能很大，有很強吸面能很大，有很強吸附力，所以具有較強附力，所以具有較強粘結力。粘結力。三、亞微觀結構（顯微或細觀結構）：指用光三、亞微觀結構（顯微或細觀結構）：指用光學顯微鏡能看到的結構。其尺寸范圍在學顯微鏡能看到的結構。其尺寸范圍在1010-3-31010-6-6m m。該結構主要研究材料內(nèi)部的晶粒、顆粒。該結構主要研究材料內(nèi)部的晶粒、顆粒等的大小和形態(tài)，晶界或界面，孔隙與微裂紋等的大小和形態(tài)，晶界或界面，孔隙與微裂紋的大小和分布。的大小和分布。 孔隙（包括孔隙數(shù)量和孔隙特征即開閉

51、口、孔徑大小和分孔隙（包括孔隙數(shù)量和孔隙特征即開閉口、孔徑大小和分布均勻性）對材料性能的影響布均勻性）對材料性能的影響1.對材料強度影響：對材料強度影響：同種材料，孔隙率和孔隙特征不同，強度同種材料，孔隙率和孔隙特征不同，強度有明顯差異。有明顯差異。 一般，孔隙率越大，材料強度越低。一般，孔隙率越大，材料強度越低。 孔隙率相同的同種材料，孔徑越小強度越高，孔徑分布孔隙率相同的同種材料，孔徑越小強度越高，孔徑分布均勻和孔隙分布均勻的材料強度高。吳中偉院士根據(jù)孔徑對均勻和孔隙分布均勻的材料強度高。吳中偉院士根據(jù)孔徑對強度的不同影響，將強度的不同影響，將d200nm孔歸為多害孔?？讱w為多害孔。2.對

52、材料抗?jié)B性影響：對材料抗?jié)B性影響：開口連通孔隙越多，抗?jié)B性越差；但閉開口連通孔隙越多，抗?jié)B性越差；但閉口孔隙越多抗?jié)B性反而好，因為滲水路徑延長了?？诳紫对蕉嗫?jié)B性反而好，因為滲水路徑延長了。 孔隙率相等時，孔徑越大抗?jié)B性越差，故含開口大孔的孔隙率相等時，孔徑越大抗?jié)B性越差，故含開口大孔的材料，抗?jié)B性最差，含細孔材料抗?jié)B性稍差，含微孔材料抗材料，抗?jié)B性最差，含細孔材料抗?jié)B性稍差，含微孔材料抗?jié)B性好。滲性好。 3.對材料抗凍性影響：對材料抗凍性影響：開口連通孔隙越多，抗凍性越差；但開口連通孔隙越多，抗凍性越差；但閉口孔隙越多抗凍性反而好，因為開口孔中的水結冰體積閉口孔隙越多抗凍性反而好，因為開口孔

53、中的水結冰體積膨脹時附近閉口孔會被壓縮，使開口孔有更大空間容納體膨脹時附近閉口孔會被壓縮，使開口孔有更大空間容納體積膨脹，從而大大降低了凍脹應力。積膨脹，從而大大降低了凍脹應力。 孔隙率相等時，開口連通孔越多抗凍性越差；孔徑越細，孔隙率相等時，開口連通孔越多抗凍性越差；孔徑越細，抗凍性越好，孔隙充水程度越高，抗凍性越差?？箖鲂栽胶?，孔隙充水程度越高，抗凍性越差。4.對導熱性的影響：對導熱性的影響：如果材料內(nèi)部微小、封閉、均勻分布的孔如果材料內(nèi)部微小、封閉、均勻分布的孔隙多，則導熱系數(shù)小，保溫隔熱性能好。如果材料內(nèi)部孔隙多，則導熱系數(shù)小，保溫隔熱性能好。如果材料內(nèi)部孔徑較大，則熱量以對流和輻射傳遞為主，導熱系數(shù)大。相徑較大，則熱量以對流和輻射傳遞為主，導熱系數(shù)大。相互連通孔隙數(shù)量多則材料導熱性大?；ミB通孔隙數(shù)量多則材料導熱性大。5.對吸聲性影響：對吸聲性影響：對多孔吸聲材料而言，內(nèi)部應含有大量相互對多孔吸聲材料而言，內(nèi)部應含有大量相互連通的開口微小孔隙，如纖維狀材料。連通的開口微小孔隙，如纖維狀材料。一、是非判斷題一、是非判斷題1