材料基本性質10

1、Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質第第1 1章章土木工程材料的基本性質Basic Properties of Civil Engineering Materials湖北工業(yè)大學土木工程與建筑學院Civil Engineering & Architecture-HBUTCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質內容要點 土木工程材料的組成與結構 材料的基本狀態(tài)參數 材料的力學性質 材料與水有關的性質 材料的熱學性質 材料的耐久性 土木工程

2、材料的安全性 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質 土木工程的功能 要求的材料性能 承受荷載 長期可靠性 防水、隔熱 隔聲、防火 采光、絕緣 不污染環(huán)境強度、剛度耐久性物理性能安全性土木工程要求材料具備哪些性能？Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質土木工程材料如何滿足工程要求？ 現代材料科學的研究路線組成結構性能用途制備工藝外因外因HH土木工程專業(yè)側重Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章

3、 土木工程材料的基本性質 物相組成 化學組成 礦物組成礦物組成材料的物相組成：u 固相u 氣相u 液相材料的化學組成：u 元素u 化合物 1.1土木工程材料的組成與結構一、材料的組成材料的礦物組成：u礦物相特定化合物、特定結構和特定性質Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質1.物相組成 固相連續(xù)相分散相：纖維與顆粒 氣相 液相礦 物化合物分布的孔隙及其含量包含的液體種類與含量Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質礦物：礦物： 具有一定具有一定化

4、學組成化學組成和和結構特征結構特征的天然化合物或單質；的天然化合物或單質；也指材料中具有也指材料中具有特定晶體結構、特定物理力學性能，特定晶體結構、特定物理力學性能，類類似于天然礦物的物相或化合物。似于天然礦物的物相或化合物。礦物組成礦物組成： 土木工程材料中的土木工程材料中的礦物種類礦物種類及其及其含量含量。例如：例如：2.礦物組成硅酸鹽水泥熟料中的主要礦物相有： 硅酸三鈣 硅酸二鈣 鋁酸三鈣 鐵鋁酸四鈣鋼材中的礦物相有：u 奧氏體u 鐵素體u 滲碳體u 珠光體Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質3.化學組成（1）

5、金屬材料：）金屬材料：以化學元素含量表示。 鋼材由 Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn、Ni等）組成；（2）非金屬材料：）非金屬材料：用各種氧化物的百分含量表示。用各種氧化物的百分含量表示。 生石灰的化學組成是CaO，熟石灰是Ca(OH)2。 硅酸鹽水泥化學組成是：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。（3）聚合物：）聚合物：以重復形成的有機鏈節(jié)表示。 聚氯乙烯塑料化學組成： PVC樹脂（-CHCHCl-n）、二丁酯、CaCO3等?；瘜W組成指材料中各物相所含化學組成指材料中各物相所含元素或單質與化合物的種元素或單質與化合物的種 類和總含量類和總含量?；瘜W組成是決定材料物化性質和力學性質的

6、主要因素?；瘜W組成是決定材料物化性質和力學性質的主要因素。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質化學組成與礦物組成的關系 化學組成相同，其礦物組成不一定相同；化學組成相同，其礦物組成不一定相同；例1：半水石膏的3種礦物相-型、-型、-型的化學成分均為CaSO40.5H2O。例2：水泥熟料中的硅酸二鈣和硅酸三鈣兩種不同礦物相的化學成分均是CaO和SiO2。 礦物組成相同，其化學組成一定相同。礦物組成相同，其化學組成一定相同。 礦物組成相同表明化學組成、結構和性質的“三同”。Civil Engineering &

7、Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質土木工程材料的組成是決定其性能的內在原因。土木工程材料的組成是決定其性能的內在原因。例如：例如：生石膏生石膏CaSOCaSO4 42H2H2 2OO與熟石膏與熟石膏CaSOCaSO4 40.5H0.5H2 2OO的差別在所的差別在所含含H H2 2OO的數量不同，因而，后者有水化活性，而前者沒有；的數量不同，因而，后者有水化活性，而前者沒有；早強水泥與普通硅酸鹽水泥的差別在于早強水泥與普通硅酸鹽水泥的差別在于C C3 3S S、C C3 3A A等凝結硬等凝結硬化快的礦物成分的含量更高；化快的礦物成分的含量更高；純鐵強度不高且較

8、柔軟，而鋼較強韌，生鐵較硬脆，純鐵強度不高且較柔軟，而鋼較強韌，生鐵較硬脆， 其主其主要原因是它們的含要原因是它們的含C C量百分之幾的微小差別。量百分之幾的微小差別。 兩條基本原則：l 在選用材料時，必須了解材料的組成（化學組成、物相組成和礦物組成）；l 可以通過改變材料的組成來改善材料的性能。材料組成與性能的關系Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質二、材料的結構1.材料的結構材料所含各物相(固、液、氣)的形態(tài)、尺寸、堆積方式和分布情況。構成各物相的質點的堆積方式和分布情況。2.材料結構層次（根據分辨率的大小分）宏

9、觀結構細觀結構微觀結構尺寸為 10-3m(肉眼或放大鏡可辯)尺寸為10-6 10-3m(光學顯微鏡可辯)尺寸為10-6m(X射線電子顯微鏡)尺寸為10-1010-8m(高倍電鏡)Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質（1 1）宏觀構造）宏觀構造 定義：定義：是指用肉眼或放大鏡能觀察到的毫米級構造狀況。 包括：包括：組成的基本單元形狀、結合形態(tài)、孔隙大小及數量。 例如混凝土中砂、石和水泥石的堆積和分布情況。 宏觀結構有：宏觀結構有：散粒結構（砂、石）、聚集結構（混凝土）、多孔結構（石膏制品）、致密結構（金屬）、纖維結構（

10、木材）、層狀結構（木膠合板）等。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質（2 2）顯微結構）顯微結構( (細觀結構細觀結構) )定義：是指用光學顯微鏡或電子顯微鏡觀察到的構造狀況，尺寸范圍為10-610-3m。金屬材料：金相分析無機非金屬材料：巖相分析顯微結構包括： 晶相種類、形狀、顆粒大小及分布； 玻璃相含量和分布；氣孔數量和分布等。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質（3 3）微觀結構）微觀結構 指材料分子、原子與離子排列、連接的結構狀態(tài)

11、，尺寸范圍在10-1010-6m內。 微觀結構分：晶態(tài)（有序、重復排列）非晶態(tài)（無序排列） 玻璃態(tài)（均質，無序，如玻璃） 無定形態(tài)（夾雜氣泡等非均質、無序，如膠體）如平板玻璃或日用玻璃，均屬鈉鈣硅系統(tǒng)， Na+、Ca2+和Si4+離子無序堆積排列，宏觀均質透明。如膠體是由微細的固體粒子和分散介質（液體）組成的結構，包括溶膠和凝膠。無序排列，并夾雜氣泡、缺陷 等 非 均 質 成 份 。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質1.2 材料的基本狀態(tài)參數一、材料的密度、表觀密度與堆積密度 相同質量的材料的與物相和質點的堆積狀態(tài)

12、有關。三種體積：V絕對密實狀態(tài)下的體積。V0自然狀態(tài)下的體積。包括孔隙體積。V0散粒物料在堆積狀態(tài)下的體積。= V0空隙體積。當干燥干燥質量m相同時， VV0 V0 。體積體積Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質三種密度密度m/V材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質量。表觀密度0 m/ V0材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質量。堆積密度0 m/ V0散粒材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質量。式中： m材料的干燥質量 V絕對密實狀態(tài)下的體積。 V0自然狀態(tài)下的體積。包括開口與閉口孔隙。 V0散粒物料在堆積狀態(tài)下的體積。除材料孔

13、隙外，還包括散粒料之間的堆積空隙。注意： 是特指真密度，但教材習慣上只稱作“密度”。思考：質量m的某種物料，試比較三種密度的大小？答：因VV0 V0 ，由三種密度定義得：00 。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質二、密度、表觀密度和堆積密度測量方法 密度（與材料干濕無關） 試樣 粉末（粒徑0.20mm ）；體積測量李氏瓶排液法 表觀密度0（與材料干濕有關）體積測量：表觀密度（或視密度）：只含閉口孔的體積。 如散料砂石類：直接排水法。體積密度（或容重） ：(閉口孔+開口孔)的體積。 形狀規(guī)則材料可直接測量其外形尺寸，

14、計算。 不規(guī)則形狀材料蠟封排液法。注意注意：要注明材料含水狀態(tài)。未注明則默認為：要注明材料含水狀態(tài)。未注明則默認為干表觀密度干表觀密度。 堆積密度0 試樣顆粒；體積測量固定容器體積法Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質材料名稱材料名稱密度密度（g/cmg/cm3 3）表觀密度表觀密度0 0（kg/mkg/m3 3）堆積密度堆積密度0 0（kg/mkg/m3 3）鋼7.857850花崗巖2.8025002900碎石2650275014001700砂2630270014501700粘土2.6016001800水泥3.10

15、11001300燒結普通磚2.7016001900燒結空心磚（多孔磚）2.708001480紅松木1.55400800泡沫塑料2050玻璃2.55普通混凝土21002600表：常用土木工程材料的密度Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質 材料密度排序：金屬材料非金屬材料 高分子材 料纖維復合材料木材泡沫材料； 在建筑施工、計算材料用量、構件自重、配料、料堆體積及運輸量時使用各種密度； 對密實材料，0 0，因表觀密度易測，在精確度不高時，可代替密度或體積密度； 堆積密度大小與材料堆積狀態(tài)有關，有松堆密度（自然堆積狀態(tài)）和

16、緊堆密度（振實）。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質三、材料的孔隙與空隙、材料中的孔隙孔隙有哪些特征孔隙有哪些特征孔隙種類？ (開口與閉口、連通與獨立)孔大?。?（大孔、毛細孔及小孔）孔的多少？ （孔隙率）Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質材料內部的孔結構 根據孔徑尺寸，分為：微孔納米級孔細孔微米級孔大孔毫米級及以上的孔 根據孔隙特征，分為：連通孔 相互連通，構成孔隙網絡獨立孔不連通，獨立分散 根據孔是否與外界相通，分為：開口孔閉口孔C

17、ivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質 在建筑材料中，常以常溫、常壓下水能否進入孔中來區(qū)分開口與閉口。 開口孔對吸聲有利,但會使強度、抗?jié)B、抗凍及耐久性下降。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質1.孔隙率孔隙率P P 定義：材料中的孔隙體積與材料在自然狀態(tài)下體積的百分比稱為孔隙率P。 如果材料處于干燥狀態(tài)： %100)1 (10000VVVVVP%10000VVVPCivil Engineering & Architecture-HB

18、UT 第1章 土木工程材料的基本性質2.密實度密實度D D 定義：材料體積中被固體物質充實的程度定義：材料體積中被固體物質充實的程度D。 即即D+P=1 材料的密實度越大，則強度越高、吸水率越小、材料的密實度越大，則強度越高、吸水率越小、導熱性越大。導熱性越大。 ，PVVD1%1000Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質3.3.開口孔隙率開口孔隙率P PK K 式中: VK 指材料開口孔體積，cm3或m3； V0 材料總體積，cm3或m3。4.4.閉口孔隙率閉口孔隙率P PB B PB=P-PK 工程上常采用改變材料

19、的孔隙率及孔隙特征的方法來改善材料的性能。例如對水泥混凝土加強養(yǎng)護提高密實度，或加入引氣劑引入一定數量的閉口孔，可提高混凝土的抗?jié)B及抗凍性。 %1000VVPkkCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質、材料的空隙1.空隙率P 空隙率指粉狀或顆粒狀材料的堆積體積中，顆粒間空隙體積所占的比例。式中V0 材料所有顆粒自然狀態(tài)體積之總和。cm3或m3； V0 顆粒料的堆積體積。cm3或m3 ； 0 表觀密度。 g/cm3或kg/m3 ; 0堆積密度。g/cm3或kg/m3 。 散粒狀材料顆粒間的間隙，其多少用空隙率表示。%10

20、0 )1 (10000000VVVVVPCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質2.填充率D 填充率指粉狀或顆粒狀物料的堆積體積V0中，被固體顆粒填充的程度。式中V0 材料所有顆粒自然狀態(tài)體積之總和。cm3或m3； V0 顆粒料的堆積體積。cm3或m3。 P+D=1%10000VVD Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質例例 題題 某工地質檢員從一堆碎石料中取樣，并將其洗凈后干燥，用一個某工地質檢員從一堆碎石料中取樣，并將其洗凈后干燥，用一個1

21、010升的金屬桶，稱得一桶碎石的凈質量是升的金屬桶，稱得一桶碎石的凈質量是m m1 1=13.50kg=13.50kg；再從桶中取出；再從桶中取出m m2 2=1000g=1000g的碎石，讓其吸水飽和后用布擦干，稱其質量為的碎石，讓其吸水飽和后用布擦干，稱其質量為m m3 3=1036g=1036g；然后放入一廣口瓶中，并用水注滿這廣口瓶，連蓋稱重為然后放入一廣口瓶中，并用水注滿這廣口瓶，連蓋稱重為m m4 4=1411g=1411g，水溫為水溫為2525 C C，將碎石倒出后，這個廣口瓶盛滿水連同蓋的質量為，將碎石倒出后，這個廣口瓶盛滿水連同蓋的質量為m m5 5=791g=791g；另外

22、從洗凈完全干燥后的碎石樣中，取一塊碎石磨細、過篩；另外從洗凈完全干燥后的碎石樣中，取一塊碎石磨細、過篩成細粉，稱取成細粉，稱取m m6 6=50g=50g，用李氏瓶測得其體積為，用李氏瓶測得其體積為18.818.8毫升。請問：毫升。請問： 1 1、該碎石的密度、表觀密度和堆積密度？、該碎石的密度、表觀密度和堆積密度？ 2 2、該碎石的孔隙率和密實度、開口孔隙率和閉口孔隙率？、該碎石的孔隙率和密實度、開口孔隙率和閉口孔隙率？ 3 3、該碎石的空隙率和填充率？、該碎石的空隙率和填充率？ 解解1、 V0=10L， m1=13.5kg； 0 = m1/V0= 13.5/10 = 1.35kg/L (g

23、/cm3) 吸水后碎石吸水后碎石m3=1036g，連瓶帶水重，連瓶帶水重m4=1411g；倒出碎石后的倒出碎石后的“半瓶水半瓶水”重重 = m4m3；而用水補足碎石；而用水補足碎石V0后的后的“滿瓶水滿瓶水” 重為重為m5； V0=m5 (m4m3) /水水= 791(14111036) = 416cm3 0 = m2/V0 = 1000/416 = 2.404g/cm3 V=18.8mL，m6=50g; = m6/V = 50/18.8=2.66g/cm3解解2 2P =10/100% =(12.404/2.66)100% =9.624%D=1P=19.624%=90.376%PK=VK/V

24、0=(m3m2)/V0=(10361000)/416=8.653% PB=PPK=9.624%8.65%=0.974%解解3 3P=1V0/V0=(10/0)100%=(11.35/2.404)100%=43.8%D=1P=143.8%=56.2%Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質小 結%100 )1 (10000VVVVVPPVVD1%1000BkkPPVVP%1000V；0 V0P(=Pk+PB) D;0 V0 P D。主要公式主要公式：密度m/V；表觀密度0 m/ V0；堆積密度0 m/ V0%100 )1

25、(10000000VVVVVP1%10000PVVD孔隙空隙Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質 1.3 材料的力學性質力學概念 荷載軸向荷載 剪切荷載 應力 應變AF軸向荷載 荷載作用力方向與支撐材料承載面垂直： - 拉伸荷載 : 使材料從末端開始拉長的荷載 - 壓縮荷載 :使材料從末端開始壓短的荷載剪切荷載: 荷載作用力方向與承載面相切 應力 單位面積上的荷載應變荷載作用下材料伸長或壓縮與其原始長度之比(單位變形) 00LLLCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1

26、章 土木工程材料的基本性質一、強度1.強度定義： 指材料在外力（或荷載）作用下抵抗破壞的能力。以材料破壞時的強度極限表示。 根據荷載種類與作用方向，強度分為：抗壓強度抗拉強度抗彎強度抗剪強度抗壓強度測試劈裂拉伸測試四點彎曲試驗直接拉伸測試Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質（1）材料組成、結構（2）試驗條件 試件：形狀（棱柱體比立方體 ）、尺寸（大 ）； 表面狀態(tài)（潤滑 ）； 加荷速度（慢 ）； 溫度（升高 如瀝青混凝土）； 含水率（含水）影響材料強度的因素Civil Engineering & Archit

27、ecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質2.強度等級 根據其極限強度值的大小，人為劃分的若干“強度等級”劃分材料的質量等級。如水泥用28天抗壓強度值（MPa ）。3.比強度 材料強度與材料的表觀密度之比，是材料單位質量的強度。可判斷材料是否輕質高強。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質二、彈性與塑性1.彈性 當撤去外力或外力恢復到原受力狀態(tài)，材料能夠完全恢復原來變形的性質稱為彈性。具有這種性質的材料稱為彈性材料；根據其應力應變曲線，有:線彈性和非線彈性。2.塑性 當撤去外力或外力恢復到原受力狀態(tài)，材料仍

28、保持變形后形狀和尺寸、并不發(fā)生裂縫的性質稱為塑性。具有這種性質的材料稱為塑性材料；其應力應變曲線是非線性的，且不連續(xù)，每一點的應力與應變之比都不相同。線彈性特征： 應力與應變成正比； 應力應變曲線是一條直線 應力與應變之比(直線斜率)是彈性模量，為常數。 彈性模量E非線性特征： 應力應變曲線不是直線而是曲線 應力與應變之比彈性模量不是常數StrainstressCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質三、脆性和韌性脆性脆性材料在外力作用下，不發(fā)生明顯的變形而突然破壞的一種性能，稱為脆性。特點：其應力應變曲線下的面積很小。

29、具有這種性質的材料稱為脆性材料韌性韌性材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受較大的變形而不至于破壞的性能，稱為韌性。特點：其應力應變曲線下的面積較大，這個面積就是其破壞前吸收的總能量。具有這種性質的材料稱為韌性材料。. 對于脆性材料，極限強度與破壞強度是一致的。 對于韌性材料，極限強度高于破壞（斷裂）強度。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質材料韌性的測量 材料韌性用韌度來量度 韌度材料吸收能量的能力。 韌度測試計算：帶缺口試件的沖擊試驗 Civil Engineering & Architecture

30、-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質 土木工程材料一般都是脆性材料： 如磚、石、混凝土、鑄鐵等抗壓比抗拉要高很多倍，不能承受振動和沖擊。 路面、橋梁、吊車梁等不能采用脆性材料建造。 泰坦尼克號沉沒最大的脆性材料災難 1912年初航遇冰山撞擊，35cm厚船鋼板撕裂，3小時后沉沒。1991年打撈出鋼板，經檢測比現代鋼材抗壓還好，但沖擊韌性差（S含量高）屬脆性材料。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質四、硬度和耐磨性1. 1.硬度硬度 硬度是材料表面能抵抗其他較硬物體壓入或刻劃的能力。按測定方法分為：壓痕硬度、沖擊硬

31、度、回彈硬度、刻痕硬度等。 硬度的測定方法：（1）刻劃法（莫氏硬度） 以兩種礦物相互對刻的方法確定，為相對硬度。（2）壓入法（布氏法、洛氏法、維氏法） 以一定的壓力將一定規(guī)格的鋼球或金剛石制成的尖端壓入試樣表面，根據壓痕深度或面積測定硬度。 木材、混凝土、鋼材等的硬度常用鋼球壓入法測定(布氏硬度HB)，天然礦物常用莫氏硬度 。 一般，硬度大的材料耐磨性較強，但不易加工。 布氏硬度測定Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質2.耐磨性 材料表面抵抗磨損的能力叫耐磨性。以磨損率或磨耗來表示。 磨損率磨損率B B：式中：m1、

32、m2 試件被磨損前、后前、后的質量(g)； A 試件受磨損的面積(cm2)。 用于道路、地面、踏步等部位的材料均應考慮其硬度和耐磨性。一般強度較高、密實的的材料其硬度較大，耐磨性較好。 AmmB21Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質1.4 材料與水有關的性質一、 親水性與憎水性 材料與水接觸時，根據材料是否能被水潤濕，分為親水性和憎水性。材料被水潤濕的程度用潤濕角（接觸角） 表示。 潤濕角是在材料、水和空氣三相的交點處，沿水滴表面切線與水與固體接觸面之間的夾角。 Civil Engineering & Ar

33、chitecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質1、親水性 0 900 90時，材料表面可被水所濕潤，水可被材料所吸附，材料的這種性能稱為親水性，這種材料稱為親水性材料。 2、憎水性 9090 180 180時，材料表面不可被水濕潤，這種性能稱為材料的憎水性，材料稱為憎水性材料。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質親水性與憎水性材料的特征： 水在親水性材料的表面是自動散開和鋪展，并自發(fā)地潤濕表面。 水在憎水性材料的表面有自動收縮成珠的趨勢，不能潤濕材料的表面。對工程防水有利。憎水界面 親水界面Civil

34、 Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質材料毛細管的吸水性 親水性材料：能通過毛細管作用自動將水吸入材料內部自動將水吸入材料內部； 憎水性材料：水分不能滲入材料的毛細管不能滲入材料的毛細管內。親水性毛細管； (b) 憎水性毛細管 材料毛細管吸水性示意圖Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質材料的親水性主要取決于材料的組成與結構：有機材料一般是憎水性。瀝青、石蠟、油漆、塑料等。大多數土木工程材料都是親水性。如石料、集料、磚、混凝土、木材等 。憎水性材料常用作

35、防潮、防水及防腐材料，且可用于親水性材料的表面處理，以降低其吸水性。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質二、 吸水性與吸濕性1 1、吸水性 材料與水接觸時，其內部孔隙會吸收水分，這種性質稱為吸水性。材料吸水性用吸水率表示，有質量吸水率和體積吸水率兩種形式。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質.質量吸水率：材料吸入水的質量與材料干燥質量之比。式中：W質 材料的質量吸水宰()； m濕 材料吸水飽和后的質量(g)； m干 材料烘干到恒重的質量(

36、g)。 體積吸水率：材料吸收飽和時，所吸水分的體積占材料 干燥自然狀態(tài)下體積的百分數。 式中：W體 材料的體積吸水率()； V水 材料在吸水飽和時，所吸水的體積(cm3)； V0 干燥材料在自然狀態(tài)下的體積(cm3)； W 水的密度（g/cm3)； 0 材料干表觀密度（g/cm3)。%100干干濕質mmmW0質體WW%10010干濕0水體WVmmVVW)/1(30干0cmgmVW，因Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質2、吸濕性 材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。 材料的吸濕性用平衡含水率表示，即吸入水與干燥

37、材料的質量之比。 含水率 式中：W含 材料的含水率()； m含 材料含水時的質量(g)； m干 材料干燥至恒重時的質量(g)。 材料的含水率隨環(huán)境的溫度和濕度的變化而改變，當材料的含水率與大氣濕度達到平衡時的含水率，稱為平衡含水率平衡含水率，此時的含水狀態(tài)稱為氣干狀態(tài)氣干狀態(tài)。木材的吸濕性特別明顯，當它吸收空氣中的水分后，將增加容重，降低強度，產生變形；保溫材料吸收水分后，將會降低其隔熱性能；石膏吸濕性強可調室溫。 %100干干含含mmmWCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質影響吸濕性和吸水性因素 材料的吸水性，不僅

38、與材料的親水性或憎水性有關，而且與孔隙率的大小及孔隙特征有關。 親水性材料的吸水（濕）性憎水性材料強。 親水性孔壁使水自動吸入； 憎水性孔壁難以使水吸入。 材料通過開口、連通的孔隙吸收外部環(huán)境的水。 開口微孔越多，材料吸水率越大； 開口連通孔徑較小，因毛細管作用而容易吸水。 但開口大孔多，因水進去又容易出來，不一定吸水率大。 吸水后，材料體積密度；體積；導熱性；強度；抗凍性Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質吸水率與含水率的區(qū)別 吸水率：含飽和水狀態(tài)，為最大含水率，為定值；有質量吸水率、體積吸水率兩種定義形式。 含水

39、率：自然含水狀態(tài)，數值隨環(huán)境溫、濕度變化；只有一種定義形式即“含水率”。 含水率W含質量吸水率W質Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質材料的吸水飽和系數（或水飽和度） KB KB ：材料吸入水的體積與孔隙體積之比。 可說明材料的吸水程度和孔隙特征。 KB W體體PPK KB 01 KB 0所有空隙均未充水，全為閉口孔； KB 1所有空隙全被水充滿，全為開口孔。Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質問題？1、為什么房屋一樓潮濕？2、如何解決？1

40、、地下水沿材料毛細管上升，然后在空氣中揮發(fā)。2、解決問題的原理與辦法阻塞毛細通道，技術措施？對材料中的毛細管壁進行憎水處理Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質三、材料的耐水性 耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力。以軟化系數(KR)表征 。 KR = f 飽 / f干 式中： f 飽材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度； f 干材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度。 軟化系數波動在0 1 （粘土 金屬）之間, KR值越小，材料的耐水性越差。 處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結構物所選用的材料其軟化系數不得小于0.850.90。軟化系數大于0.

41、85的材料可認為是耐水的。 水對材料的破壞作用溶解溶蝕作用溶脹作用削弱質點相互作用力 如花崗巖長期浸泡在水中強度降低3。引起金屬的銹蝕作用Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質四、材料的抗?jié)B性抗?jié)B性：材料抵抗壓力水或溶液滲透的能力。 滲透系數K： K=(Q/Ft) (d/H) 式中：Q透水量(cm3)；H靜水壓頭(cm)； t時間(h) d試件厚度； F 透水面積 K越大，抗?jié)B性越好。 抗?jié)B等級P：按規(guī)定試件在標準試驗條件下所能承受的最 大水壓力。如：P6，表示能承受0.6MPa壓力而不滲。 地下、水中構筑物及防水材料

42、要考慮其抗?jié)B性?？?jié)B性與孔隙率和孔隙特征有關。 孔隙很小的、或含閉口孔隙的材料抗?jié)B性較高，大孔且連通孔將使材料的抗?jié)B系數降低。材料抗?jié)B性影響材料的其它耐久性性能 耐水性、耐化學腐蝕性、抗凍性Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質五、材料的抗凍性 抗凍性：材料吸水飽和狀態(tài)下，抵抗凍融循環(huán)破壞作用的能力 抗凍等級F：材料喪失性能前（強度降低不超過規(guī)定值，明顯損壞和剝落）能承受的最多凍融循環(huán)次數。 次數愈多，等級越高。如F25，能承受25次不破壞。 凍融破壞的原因 抗凍性的影響因素 嚴寒地區(qū)應考慮材料抗凍性。如燒結普通磚、陶

43、瓷面磚等輕質墻體材料要求達F15、F25；橋梁、道路混凝土要求達F50、F100、F200；水工混凝土達F500。 水結冰體積膨脹9；當材料內部孔隙飽水情況下，發(fā)生多次凍融循環(huán)，在水結冰時產生的拉力作用下，產生裂縫、擴展、延伸和連通，導致材料破壞。材料內部的孔隙率與孔隙特征（毛細孔）孔隙內的飽水程度（K0.80）材料變形能力（強度與韌性）環(huán)境溫度變化（溫度低、結冰快、頻繁）Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質1.5 材料的熱學性質一、導熱性 材料傳導熱量的能力稱為導熱性，用導熱系數表示。 式中 ： 材料的導熱系數，w

44、(mK) Q 傳導的熱量，J； d 材料的厚度，m； T2T1 材料兩側溫差，K； A 材料的傳熱面積，m2； t 熱傳導時間，h。 導熱系數愈小，材料的導熱性能愈差，材料絕熱性愈好。)(12TTAtQdCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質導熱系數是采暖房墻體和屋面熱工計算和確定絕熱層厚度的重要參數。大多數土木工程材料的導熱系數在0.0293.49W/mK之間。人們常把0.23w(mK)的材料稱為絕熱材料。熱阻R：Rd/，熱阻越小，通過熱量越多，絕熱效果越差。增加絕熱層厚度、降低，可提高絕熱效果。Civil Engi

45、neering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質影響材料導熱系數的因素組成：無機材料有機材料結構：晶體玻璃體，木材順紋橫紋孔特征：微細閉口孔多， ；孔多， ；粗大連 通孔多，（對流）；材料含水率：含水率大， ；受潮受凍后 ，絕熱效果差。 例如：例如： 水水0.58W0.58W(mK)(mK)， 冰冰2.33W2.33W(mK)(mK)，比，比 空氣空氣約大約大2525倍和倍和100100倍，所以材料受潮后其導熱系數將明顯增加，若受凍，則導倍，所以材料受潮后其導熱系數將明顯增加，若受凍，則導熱系數更大，應注意材料防潮防凍。熱系數更大，應注意材料防潮防

46、凍。溫度：溫度升高， （熱力管道絕熱）Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質二、比熱與熱容量1、熱容性 材料受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質稱為材料的熱容性。2、比熱(容)C 比熱C表示單位質量(kg)材料,溫度上升(或降低)1K時所需的熱量。 材料吸收或放出的熱量Q： Q=Cm(T2T1) 式中：Q 材料吸收(或放出)的熱量，J； C 材料的比熱，J(kgK)； m 材料的質量，kg T2-T1 材料受熱(或冷卻)前后的溫度差，K比熱C與材料質量m之積為材料的熱容量值，材料具有較大的熱容量值對室內溫度的穩(wěn)定有良好

47、的作用。 Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質三、熱變形性熱變形性：指材料在溫度變化時的尺寸變化，用線膨脹系數線膨脹系數表示。 式中 線膨脹系數，1/K； L 材料的線變形量，mm； L 材料原來的長度，mm； T2T1 材料在升降溫前后的溫差，K。 土木工程材料要求熱變形量不要太大，熱容量大、導熱系數小的材料，隔熱保溫效果好。 )(12TTLLCivil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質表：幾種典型材料的熱性質指標材料材料導熱系數導熱系數(W/m

48、K)(W/mK)比熱比熱(J/kgK)(J/kgK)鋼材花崗石普通混凝土普通粘土磚松木泡沫塑料水冰密閉空氣583.491.510.80橫紋0.17順紋0.350.0350.582.330.0230.480.920.840.882.51.304.192.051.00Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質1.6 材料的耐久性 耐久性 材料在長期使用過程中，抵抗其自身及外界環(huán)境因素的破壞，保持其原有性能且不變質、不破壞的能力，稱為耐久性。 工程服役壽命 因材料性能的劣化，使得工程在使用環(huán)境下服役到功能的最低要求時所經歷的時間服役壽命。 材料耐久性與工程服役壽命息息相關。一、材料的耐久性與工程服役壽命Civil Engineering & Architecture-HBUT 第1章 土木工程材料的基本性質二、影響材料耐久性的因素材料在使