第1章 土木工程材料的基本性質(zhì)

1、第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料土木工程材料本本 節(jié)節(jié) 內(nèi)內(nèi) 容容材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 1材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(zhì) 2材料的熱工性質(zhì)材料的熱工性質(zhì) 3材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì) 4材料的化學(xué)性質(zhì)和裝飾性材料的化學(xué)性質(zhì)和裝飾性 5材料的耐久性材料的耐久性 6【本章內(nèi)容導(dǎo)讀本章內(nèi)容導(dǎo)讀】講述內(nèi)容講述內(nèi)容本章主要講述土木工程材料的基本性質(zhì)，包括本章主要講述土木工程材料的基本性質(zhì)，包括基本物理性質(zhì)、熱工性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性基本物理性質(zhì)、熱工性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、裝飾性質(zhì)、耐久性以及材料的組成、結(jié)構(gòu)質(zhì)、裝飾性質(zhì)、耐久性以及材料的組成

2、、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造等方面內(nèi)容與構(gòu)造等方面內(nèi)容 。 學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)和要求和要求 要求學(xué)生重點(diǎn)熟悉和掌握土木工程材料的基本要求學(xué)生重點(diǎn)熟悉和掌握土木工程材料的基本性質(zhì)，了解材料科學(xué)的基本概念，理解材料的性質(zhì)，了解材料科學(xué)的基本概念，理解材料的組成結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，以便在工程設(shè)計(jì)和施組成結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，以便在工程設(shè)計(jì)和施工中能夠正確地選擇和合理地使用各種材料工中能夠正確地選擇和合理地使用各種材料 。 1.1 材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造1.1.1 材料的組成材料的組成 材料的組成包括材料的組成包括化學(xué)組成、礦物組成和相組成化學(xué)組成、礦物組成和相組成。 1.化學(xué)組成化學(xué)組成 鋼材的銹蝕鋼

3、材的銹蝕材料的可燃性和耐火性材料的可燃性和耐火性木材的腐蝕木材的腐蝕混凝土的碳化及受到酸堿鹽類物質(zhì)的侵蝕混凝土的碳化及受到酸堿鹽類物質(zhì)的侵蝕n構(gòu)成材料的化學(xué)元素及構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物化合物的種類及數(shù)量的種類及數(shù)量 2.礦物組成礦物組成 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥：硅酸鈣、鋁酸鈣、鐵鋁酸鈣：硅酸鈣、鋁酸鈣、鐵鋁酸鈣水泥易水水泥易水化成堿性凝膠體，具有凝結(jié)硬化的性能化成堿性凝膠體，具有凝結(jié)硬化的性能大理石大理石：方解石、白云石，含有少量石英：方解石、白云石，含有少量石英不耐酸腐不耐酸腐蝕蝕花崗巖花崗巖：長(zhǎng)石、石英和少量云母：長(zhǎng)石、石英和少量云母酸性巖石多酸性巖石多耐酸耐酸性好，但耐火性差性好，但耐

4、火性差n礦物礦物：具有特定晶體結(jié)構(gòu)、特定物理力學(xué)性能的組織結(jié)構(gòu)：具有特定晶體結(jié)構(gòu)、特定物理力學(xué)性能的組織結(jié)構(gòu)n礦物組成礦物組成：構(gòu)成材料的礦物種類和數(shù)量：構(gòu)成材料的礦物種類和數(shù)量。 3.相組成相組成 混凝土混凝土：由集料顆粒（集料相）分散在水泥漿體（基：由集料顆粒（集料相）分散在水泥漿體（基相）中所組成的兩相復(fù)合材料相）中所組成的兩相復(fù)合材料復(fù)合材料的性質(zhì)與其構(gòu)成材料的復(fù)合材料的性質(zhì)與其構(gòu)成材料的相組成和界面特性相組成和界面特性有有密切關(guān)系密切關(guān)系n材料中結(jié)構(gòu)相近、性質(zhì)相同的均勻部分稱為材料中結(jié)構(gòu)相近、性質(zhì)相同的均勻部分稱為相相n自然界中的物質(zhì)自然界中的物質(zhì):分為分為氣相、液相、固相氣相、液相

5、、固相三種形態(tài)三種形態(tài)n由由兩相或兩相以上兩相或兩相以上的物質(zhì)組成的材料稱為的物質(zhì)組成的材料稱為復(fù)合材料復(fù)合材料。 1.1.2 結(jié)構(gòu)與構(gòu)造結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 n 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu) 宏觀結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu) 細(xì)觀結(jié)構(gòu)細(xì)觀結(jié)構(gòu) 微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)n 材料的構(gòu)造材料的構(gòu)造n 宏觀結(jié)構(gòu)是指宏觀結(jié)構(gòu)是指用肉眼或低倍放大鏡能夠分辨用肉眼或低倍放大鏡能夠分辨的粗大組織，其尺寸在的粗大組織，其尺寸在10-3m級(jí)以上級(jí)以上1宏觀結(jié)構(gòu)（宏觀結(jié)構(gòu)（Macrostructure） 按孔隙尺度按孔隙尺度 密實(shí)結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、微孔結(jié)構(gòu)密實(shí)結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、微孔結(jié)構(gòu)按構(gòu)成形態(tài)按構(gòu)成形態(tài) 堆聚結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、堆聚結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、層

6、狀結(jié)構(gòu)、散粒結(jié)構(gòu)散粒結(jié)構(gòu)基本上無(wú)孔隙或孔隙極少，基本上無(wú)孔隙或孔隙極少，結(jié)構(gòu)致密。結(jié)構(gòu)致密。具有吸水率低、抗?jié)B和抗具有吸水率低、抗?jié)B和抗凍性較好、強(qiáng)度和硬度較凍性較好、強(qiáng)度和硬度較高等性質(zhì)高等性質(zhì)如金屬材料、致密巖石和如金屬材料、致密巖石和玻璃等玻璃等。(1)(1)密實(shí)結(jié)構(gòu)密實(shí)結(jié)構(gòu) 按孔隙尺度分按孔隙尺度分 大理石大理石n 多孔結(jié)構(gòu)是指在材料中存在多孔結(jié)構(gòu)是指在材料中存在均勻分布的孤立或適當(dāng)連通均勻分布的孤立或適當(dāng)連通的粗大孔隙。的粗大孔隙。n 特點(diǎn)：質(zhì)輕、抗?jié)B性和抗凍特點(diǎn)：質(zhì)輕、抗?jié)B性和抗凍性較差、絕熱性較好性較差、絕熱性較好n 如加氣混凝土、泡沫混凝土如加氣混凝土、泡沫混凝土等。等。 (2

7、)(2)多孔結(jié)構(gòu)多孔結(jié)構(gòu)加氣混凝土砌塊加氣混凝土砌塊n微孔結(jié)構(gòu)：在材料中存在均勻分布的微孔隙微孔結(jié)構(gòu)：在材料中存在均勻分布的微孔隙(3)(3)微孔結(jié)構(gòu)微孔結(jié)構(gòu) n特點(diǎn)：強(qiáng)度較低，抗?jié)B性和抗凍性較差，絕熱性較好。特點(diǎn)：強(qiáng)度較低，抗?jié)B性和抗凍性較差，絕熱性較好。n如石膏制品、燒結(jié)普通磚等。如石膏制品、燒結(jié)普通磚等。 (4)(4)堆聚結(jié)構(gòu)堆聚結(jié)構(gòu)n堆聚結(jié)構(gòu)是指由集料和膠凝材堆聚結(jié)構(gòu)是指由集料和膠凝材料結(jié)合而成的結(jié)構(gòu)料結(jié)合而成的結(jié)構(gòu)n如水泥混凝土、砂漿、瀝青混如水泥混凝土、砂漿、瀝青混合料等合料等水泥混凝土水泥混凝土按構(gòu)成形態(tài)分按構(gòu)成形態(tài)分 (5)(5)纖維結(jié)構(gòu)纖維結(jié)構(gòu)n纖維結(jié)構(gòu)是指纖維狀的纖維結(jié)構(gòu)是

8、指纖維狀的物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)結(jié)構(gòu)n在平行纖維方向和垂直在平行纖維方向和垂直纖維方向上的強(qiáng)度、導(dǎo)熱纖維方向上的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性及其它一些性質(zhì)明顯不性及其它一些性質(zhì)明顯不同，即各向異性同，即各向異性n如木材、竹、玻璃纖維、如木材、竹、玻璃纖維、石棉等。石棉等。 竹子的纖維構(gòu)造竹子的纖維構(gòu)造(6)(6)層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu) n 層狀結(jié)構(gòu)由天然形成或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)由天然形成或人工粘結(jié)等方法將材料人工粘結(jié)等方法將材料疊合而成。疊合而成。n 每一層材料的性質(zhì)不同，每一層材料的性質(zhì)不同，但疊合成層狀結(jié)構(gòu)后綜但疊合成層狀結(jié)構(gòu)后綜合性質(zhì)好，可顯著提高合性質(zhì)好，可顯著提高材料的強(qiáng)度、硬度、絕材料的強(qiáng)度、硬度、絕熱或裝飾等性質(zhì)，擴(kuò)大熱

9、或裝飾等性質(zhì)，擴(kuò)大其使用范圍。其使用范圍。n 如膠合板、紙面石膏板、如膠合板、紙面石膏板、塑料貼面板等。塑料貼面板等。 膠合板的層狀結(jié)構(gòu)膠合板的層狀結(jié)構(gòu)(7)(7)散粒結(jié)構(gòu)散粒結(jié)構(gòu)n 散粒結(jié)構(gòu)是指松散顆粒散粒結(jié)構(gòu)是指松散顆粒狀結(jié)構(gòu)。狀結(jié)構(gòu)。n 散粒材料顆粒間存在大散粒材料顆粒間存在大量的空隙，可以用來(lái)拌量的空隙，可以用來(lái)拌制混凝土和用做絕熱材制混凝土和用做絕熱材料。料。n 如混凝土用集料、陶粒、如混凝土用集料、陶粒、膨脹珍珠巖等。膨脹珍珠巖等。 陶粒的散粒結(jié)構(gòu)陶粒的散粒結(jié)構(gòu)n 細(xì)觀結(jié)構(gòu)是指用光學(xué)顯微鏡可以觀察到的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)是指用光學(xué)顯微鏡可以觀察到的微米級(jí)的組織結(jié)構(gòu)，米級(jí)的組織結(jié)構(gòu)，其尺寸范圍

10、在其尺寸范圍在10-310-6m。 2.細(xì)觀結(jié)構(gòu)（細(xì)觀結(jié)構(gòu)（Submicroscopical Structure） 水泥混凝土水泥混凝土=基相基相+集料相集料相+界面界面天然巖石天然巖石=礦物礦物+晶體顆粒晶體顆粒+非晶體組織非晶體組織鋼材鋼材=鐵素體鐵素體+珠光體珠光體+滲碳體滲碳體木材木材=木纖維木纖維+導(dǎo)管導(dǎo)管+髓線髓線+樹脂道樹脂道研究金屬材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的方法稱為研究金屬材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的方法稱為金相分析金相分析研究非金屬材料（巖石、水泥、陶瓷等）細(xì)觀結(jié)構(gòu)的方法稱為研究非金屬材料（巖石、水泥、陶瓷等）細(xì)觀結(jié)構(gòu)的方法稱為巖巖相分析相分析n 微觀結(jié)構(gòu)是指用電子顯微鏡、掃描電子顯微微觀結(jié)構(gòu)是指用電

11、子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和鏡和X射線衍射儀等進(jìn)行研究分析的材料原子、射線衍射儀等進(jìn)行研究分析的材料原子、分子層次的結(jié)構(gòu)分子層次的結(jié)構(gòu)，其尺寸范圍在其尺寸范圍在10-610-10m。 3.微觀結(jié)構(gòu)（微觀結(jié)構(gòu)（Microstructure） 按材料組成質(zhì)點(diǎn)的空間排列或聯(lián)接方式不同，微觀結(jié)構(gòu)按材料組成質(zhì)點(diǎn)的空間排列或聯(lián)接方式不同，微觀結(jié)構(gòu)分為分為晶體、玻璃體和膠體結(jié)構(gòu)晶體、玻璃體和膠體結(jié)構(gòu)。(1)(1)晶體（晶體（Crystalline） n原子晶體原子晶體。中性原子以共價(jià)鍵而結(jié)合成的晶體，如石。中性原子以共價(jià)鍵而結(jié)合成的晶體，如石英等。英等。 n離子晶體離子晶體。正負(fù)離子以離子鍵而結(jié)合成的晶體，如

12、。正負(fù)離子以離子鍵而結(jié)合成的晶體，如CaCl2等，等， n分子晶體分子晶體。以分子間的范德華力即分子鍵結(jié)合而成的。以分子間的范德華力即分子鍵結(jié)合而成的晶體，如有機(jī)化合物。晶體，如有機(jī)化合物。 n金屬晶體金屬晶體。以金屬陽(yáng)離子為晶格，由自由電子與金屬。以金屬陽(yáng)離子為晶格，由自由電子與金屬陽(yáng)離子間的金屬鍵結(jié)合而成的晶體，如鋼鐵材料。陽(yáng)離子間的金屬鍵結(jié)合而成的晶體，如鋼鐵材料。 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子）：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子）在空間上按特定的規(guī)則呈周期性的排列在空間上按特定的規(guī)則呈周期性的排列n 在復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)中，其原子團(tuán)可以聯(lián)結(jié)成為在復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)中，其原子團(tuán)可以聯(lián)結(jié)

13、成為空間結(jié)構(gòu)、平面層狀結(jié)構(gòu)或鏈狀結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)、平面層狀結(jié)構(gòu)或鏈狀結(jié)構(gòu)。空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu):其整體性良好，也比較堅(jiān)固，如石英等；其整體性良好，也比較堅(jiān)固，如石英等；平面層狀結(jié)構(gòu)平面層狀結(jié)構(gòu)：平面結(jié)構(gòu)本身是比較堅(jiān)固的，但平：平面結(jié)構(gòu)本身是比較堅(jiān)固的，但平面結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)結(jié)往往是比較薄弱的，這種結(jié)構(gòu)容面結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)結(jié)往往是比較薄弱的，這種結(jié)構(gòu)容易分解成片狀物質(zhì)，如云母、石墨等。易分解成片狀物質(zhì)，如云母、石墨等。鏈狀結(jié)構(gòu)鏈狀結(jié)構(gòu)：鏈與鏈之間的聯(lián)結(jié)弱于鏈本身的聯(lián)結(jié)，：鏈與鏈之間的聯(lián)結(jié)弱于鏈本身的聯(lián)結(jié)，容易分解成纖維狀物質(zhì)，如石棉等。容易分解成纖維狀物質(zhì)，如石棉等。 （2 2）玻璃體（玻璃體（Vitreous

14、 body） n玻璃體玻璃體是熔融物在急冷時(shí)，質(zhì)是熔融物在急冷時(shí)，質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及按一定規(guī)則排列而形成點(diǎn)來(lái)不及按一定規(guī)則排列而形成的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)序排列的固體或固的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)序排列的固體或固態(tài)液體。態(tài)液體。n特點(diǎn)特點(diǎn)：沒有固定的熔點(diǎn)和幾何：沒有固定的熔點(diǎn)和幾何形狀，而且各向同性。急冷時(shí)大形狀，而且各向同性。急冷時(shí)大量的化學(xué)能儲(chǔ)存在材料中，化學(xué)量的化學(xué)能儲(chǔ)存在材料中，化學(xué)穩(wěn)定性差，容易與其它物質(zhì)發(fā)生穩(wěn)定性差，容易與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或產(chǎn)生重新結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)或產(chǎn)生重新結(jié)晶n火山灰、?；郀t礦渣等均屬火山灰、?；郀t礦渣等均屬玻璃體玻璃體粉煤灰玻璃體粉煤灰玻璃體 （3 3）膠體（膠體（Colloid）如硅酸鹽

15、水泥的主要水化產(chǎn)物是凝膠體，混凝土如硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物是凝膠體，混凝土 的徐變就是由于的徐變就是由于水泥凝膠體水泥凝膠體的粘性流動(dòng)而產(chǎn)生的。的粘性流動(dòng)而產(chǎn)生的。 n 物質(zhì)以極微小的質(zhì)點(diǎn)（粒徑為物質(zhì)以極微小的質(zhì)點(diǎn)（粒徑為10-710-9m）分）分散在介質(zhì)中所形成的結(jié)構(gòu)散在介質(zhì)中所形成的結(jié)構(gòu) 由于膠體的質(zhì)點(diǎn)很微小，其總的表面積很大，因由于膠體的質(zhì)點(diǎn)很微小，其總的表面積很大，因而表面能很大，有很強(qiáng)的吸附力，所以膠體具有而表面能很大，有很強(qiáng)的吸附力，所以膠體具有較強(qiáng)的粘結(jié)力。較強(qiáng)的粘結(jié)力。 水泥凝膠體水泥凝膠體4.4.材料的構(gòu)造材料的構(gòu)造n材料的構(gòu)造材料的構(gòu)造: :具有特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的

16、互相具有特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的互相組合搭配情況。組合搭配情況。n強(qiáng)調(diào)強(qiáng)調(diào)相同材料或不同材料間的搭配組合關(guān)系。相同材料或不同材料間的搭配組合關(guān)系。木材的宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造木材的宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造具有特定構(gòu)造的節(jié)能墻板具有特定構(gòu)造的節(jié)能墻板1.2 材料的物理性質(zhì)材料的物理性質(zhì) 1.2.1 材料的四種密度材料的四種密度 n密度密度n表觀密度表觀密度n體積密度體積密度n堆積密度堆積密度 定義定義:材料在材料在絕對(duì)密實(shí)絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。單位體積的質(zhì)量。mV圖圖1 1 密度測(cè)量?jī)x器密度測(cè)量?jī)x器公式公式: 1.密度（密度（Density）n 將該材料磨成細(xì)粉，干燥后用密度瓶采用排將

17、該材料磨成細(xì)粉，干燥后用密度瓶采用排液法測(cè)定其絕對(duì)密實(shí)體積液法測(cè)定其絕對(duì)密實(shí)體積n 要求細(xì)粉的粒徑至少小于要求細(xì)粉的粒徑至少小于0.20mm。密度的測(cè)定密度的測(cè)定相對(duì)密度相對(duì)密度n 材料的密度與材料的密度與4純水密度的比值表示，無(wú)量純水密度的比值表示，無(wú)量綱。綱。定義定義:材料單位材料單位表觀體積（閉口表觀體積（閉口+實(shí)體）實(shí)體）的干質(zhì)量。的干質(zhì)量。公式公式: 2.表觀密度（表觀密度（Apparent density） mV 干表觀密度干表觀密度 當(dāng)材料含水時(shí)所測(cè)得的表觀密當(dāng)材料含水時(shí)所測(cè)得的表觀密度，稱為度，稱為濕表觀密度濕表觀密度。工程中砂石材料在包含閉口孔工程中砂石材料在包含閉口孔隙條件

18、下的體積采用隙條件下的體積采用排液置換排液置換法或水中稱重法法或水中稱重法測(cè)量。測(cè)量。表觀密度的測(cè)定表觀密度的測(cè)定 定義定義:材料單位毛體積（閉口材料單位毛體積（閉口+ +開開口口+ +實(shí)體）的干質(zhì)量。實(shí)體）的干質(zhì)量。 公式公式: 3.體積密度（體積密度（Bulk density）00mV材料體積密度的大小與其含材料體積密度的大小與其含水情況有關(guān)。當(dāng)材料含水率水情況有關(guān)。當(dāng)材料含水率變化時(shí)，其重量和體積均有變化時(shí)，其重量和體積均有所變化。因此測(cè)定材料體積所變化。因此測(cè)定材料體積密度時(shí)，須同時(shí)測(cè)定其密度時(shí)，須同時(shí)測(cè)定其含水含水率率，并予以注明。，并予以注明。l外形規(guī)則的材料，如磚，可外形規(guī)則的材

19、料，如磚，可直接測(cè)量體積直接測(cè)量體積得到；得到；l外形不規(guī)則的，可采用蠟封法或排液法即水中稱外形不規(guī)則的，可采用蠟封法或排液法即水中稱重法測(cè)定體積；重法測(cè)定體積；體積密度的測(cè)定體積密度的測(cè)定 反映散粒堆積的緊密（壓實(shí)）程度及可能的堆放反映散粒堆積的緊密（壓實(shí)）程度及可能的堆放空間。空間。 定義定義:散粒材料在自然堆積狀散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積態(tài)下單位體積（開口（開口+閉口閉口+實(shí)體實(shí)體+間隙）的質(zhì)量。間隙）的質(zhì)量。公式公式: 4.堆積密度（堆積密度（Packing density ）00mV 堆積密度的測(cè)定堆積密度的測(cè)定容量筒容量筒 l 砂的堆積密度實(shí)驗(yàn)砂的堆積密度實(shí)驗(yàn)幾種密度的特點(diǎn)：

20、幾種密度的特點(diǎn)：l相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：均為單位體積質(zhì)量均為單位體積質(zhì)量l區(qū)別：區(qū)別：體積大小不同，測(cè)試方法不同體積大小不同，測(cè)試方法不同體積的測(cè)試方法：體積的測(cè)試方法：l 實(shí)體體積實(shí)體體積 李氏比重瓶法（粉末）李氏比重瓶法（粉末）l 表觀體積表觀體積（實(shí)體閉口）（實(shí)體閉口） 排水法排水法l 毛體積毛體積（實(shí)體閉口開口）（實(shí)體閉口開口）規(guī)則試件：計(jì)算法；規(guī)則試件：計(jì)算法；不規(guī)則試件：飽和排水法不規(guī)則試件：飽和排水法l 堆積體積堆積體積（實(shí)體閉口開口間隙）（實(shí)體閉口開口間隙）容量筒法容量筒法幾種密度的比較幾種密度的比較比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目密度密度表觀密度表觀密度體積密度體積密度堆積密度堆積密度材料狀態(tài)材料

21、狀態(tài)絕對(duì)密實(shí)絕對(duì)密實(shí)近似絕對(duì)密近似絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)實(shí)狀態(tài)自然狀態(tài)自然狀態(tài)堆積狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積材料體積VV0計(jì)算公式計(jì)算公式應(yīng)用應(yīng)用判斷材料性質(zhì)判斷材料性質(zhì)用量計(jì)算、體積計(jì)算用量計(jì)算、體積計(jì)算00VmVmVm00VmV0V表1-1 常用土木工程材料的密度、表觀密度和堆積密度材料名稱材料名稱密度密度/（g/cm3）表觀密度表觀密度/（kg/m3）堆積密度堆積密度/（kg/m3）孔隙率孔隙率/%石灰?guī)r石灰?guī)r2.6018002600花崗巖花崗巖2.80250029000.503.00碎石碎石2.6014001700砂砂2.6014501650粘土粘土2.6016001800普通粘土磚普通粘土磚2.50

22、160018002040粘土空心磚粘土空心磚2.5010001400水泥水泥3.1012001300普通混凝土普通混凝土21002600520輕骨料混凝土輕骨料混凝土8001900木材木材1.554008005575鋼材鋼材7.8578500泡沫塑料泡沫塑料2050瀝青（石油）瀝青（石油）約約1.0約約1000普通玻璃普通玻璃2.50245025000 1.2.2 材料的密實(shí)度與孔隙率材料的密實(shí)度與孔隙率1. 材料的密實(shí)度（材料的密實(shí)度（Solidity） 00100%100%100%VDV實(shí)體體積總體積 定義：定義：材料的體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度材料的體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度 。 公

23、式公式 ：2. 材料的孔隙率（材料的孔隙率（Porosity） 定義：定義：材料內(nèi)部孔隙的體積占材料自然狀態(tài)下總體積的百分率材料內(nèi)部孔隙的體積占材料自然狀態(tài)下總體積的百分率 。 公式公式 ：000=100%1100%VVPV孔隙體積總體積 材料的總體積是材料的總體積是由固體物質(zhì)及由固體物質(zhì)及材料內(nèi)部的孔材料內(nèi)部的孔隙組成的。隙組成的。孔隙率與密實(shí)孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系：度的關(guān)系：P+D=1 孔隙分類孔隙分類 （1）按孔隙之間是否相互貫通，分為按孔隙之間是否相互貫通，分為連通孔和封閉孔連通孔和封閉孔 （2）按孔隙尺寸大小可分為按孔隙尺寸大小可分為微孔、細(xì)孔和大孔微孔、細(xì)孔和大孔 。 n孔隙率的大孔

24、隙率的大小及孔隙特征小及孔隙特征與材料的許多與材料的許多重要性質(zhì)都有重要性質(zhì)都有密切關(guān)系，如密切關(guān)系，如強(qiáng)度、吸水性、強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍抗?jié)B性、抗凍性和導(dǎo)熱性性和導(dǎo)熱性等等 。吸水率吸水率強(qiáng)度強(qiáng)度耐久性耐久性表觀密度表觀密度孔隙對(duì)材料性能的影響孔隙對(duì)材料性能的影響KK0=100%VPVBB0=100%VPV若開口孔的孔體積為若開口孔的孔體積為VK，閉口孔的孔體積為，閉口孔的孔體積為VB P=PK+PBV0=V+VK+VB 則則閉口孔隙率閉口孔隙率PB 開口孔隙率開口孔隙率PK 1.2.3 材料的填充率、空隙率和間隙率材料的填充率、空隙率和間隙率 1. 材料的填充率（材料的填充率（Fil

25、l ratio） 0000100%100%VDV 定義：定義：散粒材料的自然狀態(tài)體積占堆積體積的百分率散粒材料的自然狀態(tài)體積占堆積體積的百分率 。 公式公式 ：2.材料的空隙率（材料的空隙率（Void ratio） 定義：定義： 散粒材料顆粒間的空隙體積（開口孔隙與間隙之和）散粒材料顆粒間的空隙體積（開口孔隙與間隙之和）占堆積體積的百分率占堆積體積的百分率 。 公式公式 ：000100%1100%VVPV3. 材料的間隙率材料的間隙率 定義：定義： 散粒材料在堆積狀態(tài)下顆粒間空隙體積占堆積體積的散粒材料在堆積狀態(tài)下顆粒間空隙體積占堆積體積的百分率百分率 。 公式公式 ：000000100%11

26、00%VVPV 1.2.4 材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì) 1.材料的親水性與憎水性材料的親水性與憎水性（Hydrophilic and Hydrophobic nature） l定義定義:材料在空氣中與水接觸時(shí)能被水潤(rùn)濕的性質(zhì)材料在空氣中與水接觸時(shí)能被水潤(rùn)濕的性質(zhì) 。l具有親水性質(zhì)的材料稱為親水性材料。具有親水性質(zhì)的材料稱為親水性材料。l大多數(shù)土木工程材料均為親水性材料，如：大多數(shù)土木工程材料均為親水性材料，如：磚、木、磚、木、石材、混凝土等。石材、混凝土等。（1）親水性）親水性（2）憎水性）憎水性 l 定義：指材料在空氣中與水接觸時(shí)不能被水潤(rùn)濕的性質(zhì)定義：指材料在空氣中與水接觸時(shí)不能

27、被水潤(rùn)濕的性質(zhì)l 具有這種性質(zhì)的材料稱為憎水性材料。具有這種性質(zhì)的材料稱為憎水性材料。l 瀝青、石蠟瀝青、石蠟等屬于憎水性材料，該類材料能阻止水分滲等屬于憎水性材料，該類材料能阻止水分滲入毛細(xì)管中，因而能降低材料的吸水性。入毛細(xì)管中，因而能降低材料的吸水性。l 憎水性材料用作防水材料，或用作親水性材料的覆面層，憎水性材料用作防水材料，或用作親水性材料的覆面層，以提高其防水、防潮性能以提高其防水、防潮性能。 當(dāng)材料與水接觸時(shí)，在材料、水和空氣的三相交叉點(diǎn)當(dāng)材料與水接觸時(shí)，在材料、水和空氣的三相交叉點(diǎn)處，沿水滴表面作切線，此切線與材料和水接觸面的處，沿水滴表面作切線，此切線與材料和水接觸面的夾角夾

28、角，稱為潤(rùn)濕角稱為潤(rùn)濕角90，材料能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出親水性，材料能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出親水性90180，材料不能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出憎水性，材料不能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出憎水性角愈小，材料親水性越強(qiáng)，越容易被水潤(rùn)濕，憎水性角愈小，材料親水性越強(qiáng)，越容易被水潤(rùn)濕，憎水性越弱。越弱。 材料潤(rùn)濕示意圖材料潤(rùn)濕示意圖（3）潤(rùn)濕角）潤(rùn)濕角 l干燥狀態(tài)干燥狀態(tài):材料的孔隙中不含水或含水極微；材料的孔隙中不含水或含水極微； l氣干狀態(tài)氣干狀態(tài):材料的孔隙中含水時(shí)其相對(duì)濕度與大氣濕材料的孔隙中含水時(shí)其相對(duì)濕度與大氣濕度相平衡；度相平衡； l飽和面干狀態(tài)飽和面干狀態(tài):材料表面干燥，而孔隙中充滿水達(dá)到材料表面干燥，而孔隙中充滿

29、水達(dá)到飽和；飽和； l濕潤(rùn)狀態(tài)濕潤(rùn)狀態(tài):材料不僅孔隙中含水飽和，而且表面上為材料不僅孔隙中含水飽和，而且表面上為水潤(rùn)濕附有一層水膜。水潤(rùn)濕附有一層水膜。親水性材料的含水狀態(tài)親水性材料的含水狀態(tài)干燥狀態(tài)干燥狀態(tài) 氣干狀態(tài)氣干狀態(tài) 飽和面干狀態(tài)飽和面干狀態(tài) 潤(rùn)濕狀態(tài)潤(rùn)濕狀態(tài)2.材料的吸濕性和吸水性材料的吸濕性和吸水性（1）吸濕性（）吸濕性（Moisture absorption） l 材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)，稱為吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)，稱為吸濕性 自然狀態(tài)自然狀態(tài) 變值變值 含水率含水率：自然狀態(tài)，材料內(nèi)部所含水分質(zhì)量占其干：自然狀態(tài)，材料內(nèi)部所含水分質(zhì)量占其干燥質(zhì)量的百分率

30、燥質(zhì)量的百分率sghg100%mmWml當(dāng)環(huán)境濕度增大、溫度降低時(shí)，材料含水率變大；當(dāng)環(huán)境濕度增大、溫度降低時(shí)，材料含水率變大；反之變小。反之變小。l材料中所含水分與空氣中的濕度相平衡時(shí)的含水率，材料中所含水分與空氣中的濕度相平衡時(shí)的含水率，稱為稱為平衡含水率平衡含水率。l具有微小開口孔隙的材料，吸濕性特別強(qiáng)。具有微小開口孔隙的材料，吸濕性特別強(qiáng)。l 材料在水中吸收水分的性質(zhì)。材料在水中吸收水分的性質(zhì)。恒值恒值 飽水狀態(tài)（吸飽水狀態(tài)（吸水飽和）水飽和）l 質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率：材料飽水狀態(tài)，其內(nèi)部吸收水分的質(zhì)：材料飽水狀態(tài)，其內(nèi)部吸收水分的質(zhì)量占干燥質(zhì)量的百分率量占干燥質(zhì)量的百分率l 體積吸水

31、率體積吸水率：材料飽水狀態(tài)：材料飽水狀態(tài),所吸收水分體積占干體所吸收水分體積占干體積百分率積百分率 bgmg100%mmWm質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率（2）吸水性）吸水性 （Water absorption） bgV0W1100%mmWV 體積吸水率體積吸水率 l材料的開口孔越多，吸水量越大。材料的開口孔越多，吸水量越大。l材料吸水達(dá)到飽和時(shí)的體積吸水率，即為材料的材料吸水達(dá)到飽和時(shí)的體積吸水率，即為材料的開口開口孔隙率孔隙率。l材料吸水率與孔隙特征有關(guān)。材料吸水率與孔隙特征有關(guān)。質(zhì)量吸水率和體積吸水率的關(guān)系質(zhì)量吸水率和體積吸水率的關(guān)系Vm0WW3.耐水性（耐水性（Water resistance）

32、 材料在長(zhǎng)期飽水作用下不破壞、強(qiáng)度也不顯著降低的材料在長(zhǎng)期飽水作用下不破壞、強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)，稱為材料的耐水性性質(zhì)，稱為材料的耐水性 指標(biāo)：指標(biāo)：軟化系數(shù)軟化系數(shù)bRgfKf材料在飽和吸水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（材料在飽和吸水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）；）；材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。）。 bfgf注意：注意：材料吸水后，材料吸水后，隨含水量增加，減弱其內(nèi)部結(jié)合力，隨含水量增加，減弱其內(nèi)部結(jié)合力，強(qiáng)度均會(huì)有所降低強(qiáng)度均會(huì)有所降低n工程中將工程中將KR0.85的材料，的材料，稱為為耐水材料耐水材料。n在設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)長(zhǎng)期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)時(shí)，必須長(zhǎng)期

33、處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)時(shí)，必須選用選用KR0.85的建筑材料。對(duì)用于受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)的建筑材料。對(duì)用于受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)物的材料，其物的材料，其KR值不宜小于值不宜小于0.75。bRgfKf4.抗?jié)B性（抗?jié)B性（Impermeability） 材料的抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。材料的抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。 （1 1）滲透系數(shù)）滲透系數(shù)QdKAtHK材料的滲透系數(shù)材料的滲透系數(shù),cm/h；Q滲透水量滲透水量,cm3；d試件厚度試件厚度 ,cm；A滲水面積滲水面積,cm2；t滲水時(shí)間滲水時(shí)間,h；H靜水壓力水頭高度靜水壓力水頭高度 ,cm。l 滲透系數(shù)的物理意義是：在

34、一定時(shí)間滲透系數(shù)的物理意義是：在一定時(shí)間內(nèi)，在一定水壓力作用下，單位厚度內(nèi)，在一定水壓力作用下，單位厚度的材料在單位滲水面積上的滲水量。的材料在單位滲水面積上的滲水量。lK值越小，表示材料的值越小，表示材料的抗?jié)B性也越好抗?jié)B性也越好 。（2 2）抗?jié)B等級(jí)）抗?jié)B等級(jí)評(píng)價(jià)材料的抗?jié)B性評(píng)價(jià)材料的抗?jié)B性 以規(guī)定的試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下所能以規(guī)定的試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下所能承受的最大水壓承受的最大水壓 力力來(lái)確定，以來(lái)確定，以符號(hào)符號(hào)“Pn”表示表示。 如：如：P4、P6、P8等，分別表示該材料能承受等，分別表示該材料能承受0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa的水壓力而不滲水的水壓力而不滲水材料的抗?jié)B等

35、級(jí)越高，其抗?jié)B性越好。5.抗凍性（抗凍性（Frost resistance） 材料在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而材料在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)，稱為材料的抗凍不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)，稱為材料的抗凍性性 。 抗凍等級(jí)抗凍等級(jí)評(píng)價(jià)材料的抗凍性評(píng)價(jià)材料的抗凍性 以規(guī)定的吸水飽和試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，經(jīng)一定以規(guī)定的吸水飽和試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，經(jīng)一定次數(shù)的凍融循環(huán)后，強(qiáng)度降低和質(zhì)量損失均不超過規(guī)定次數(shù)的凍融循環(huán)后，強(qiáng)度降低和質(zhì)量損失均不超過規(guī)定數(shù)值，也無(wú)明顯損壞和剝落，則此凍融循環(huán)次數(shù)即為抗數(shù)值，也無(wú)明顯損壞和剝落，則此凍融循環(huán)次數(shù)即為抗凍

36、等級(jí)凍等級(jí) ，以符號(hào)以符號(hào) “F”及材料可承受的最大凍融循環(huán)次及材料可承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)表示數(shù)表示 。 如：如：F25、F50、F100等分別表示該材料可承受等分別表示該材料可承受25次、次、50次、次、100次的凍融循環(huán)次的凍融循環(huán) 因素：因素：水、負(fù)溫度水、負(fù)溫度1.3 材料的熱工性質(zhì)材料的熱工性質(zhì) 1.3.1 導(dǎo)熱性（導(dǎo)熱性（Thermal conductivity） 定義定義當(dāng)材料兩側(cè)有溫差時(shí)，熱量將由溫度高的一當(dāng)材料兩側(cè)有溫差時(shí)，熱量將由溫度高的一側(cè)通過材料向溫度低的一側(cè)傳遞，材料的這側(cè)通過材料向溫度低的一側(cè)傳遞，材料的這種種傳導(dǎo)熱量的能力傳導(dǎo)熱量的能力，稱為材料的，稱為材料的導(dǎo)

37、熱性導(dǎo)熱性 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 12QdttAZ（） 導(dǎo)熱系數(shù)（導(dǎo)熱系數(shù)（W/（m K）；）； Q傳導(dǎo)的熱量（傳導(dǎo)的熱量（J）；）； d材料厚度（材料厚度（m）；）； A材料傳熱面積（材料傳熱面積（m2）；）；t1-t2材料兩側(cè)溫差（材料兩側(cè)溫差（K）；）；Z傳熱時(shí)間（傳熱時(shí)間（s）。）。l 導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是：厚度為導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是：厚度為1m的材料，當(dāng)兩側(cè)表面溫度差為的材料，當(dāng)兩側(cè)表面溫度差為1K時(shí)，時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量 。l材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈小，材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈小，表示其絕熱性能愈好。表示其絕熱性能愈好。 n工程中將工程中將導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)0

38、.23 W/（m K）的材料稱為）的材料稱為絕熱絕熱材料材料 。n材料的孔隙率較大者其導(dǎo)熱系數(shù)較小，隔熱絕熱性較好；材料的孔隙率較大者其導(dǎo)熱系數(shù)較小，隔熱絕熱性較好；但如果孔隙粗大或貫通，由于對(duì)流的作用，材料的導(dǎo)熱但如果孔隙粗大或貫通，由于對(duì)流的作用，材料的導(dǎo)熱系數(shù)反而增高。因此，增加孤立的不連通孔隙能降低材系數(shù)反而增高。因此，增加孤立的不連通孔隙能降低材料的導(dǎo)熱能力。料的導(dǎo)熱能力。 n材料受潮或受凍后，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)大大提高。材料受潮或受凍后，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)大大提高。 表1-2 常用材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)材料材料導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)/W/（m K）比熱容比熱容/J/（gK）銅銅3700.38鋼鋼550.

39、46石灰?guī)r石灰?guī)r2.663.230.7490.846花崗巖花崗巖2.913.080.7160.92大理石大理石2.450.875普通混凝土普通混凝土1.281.80.481.00燒結(jié)普通磚燒結(jié)普通磚0.40.70.84松木（橫紋）松木（橫紋）0.151.63泡沫塑料泡沫塑料0.031.30瀝青混凝土瀝青混凝土1.05水水0.602.05冰冰2.204.19密閉空氣密閉空氣0.0231.001.3.2 熱容量與比熱容熱容量與比熱容 （Heat capacity and Specific heat） 定義定義熱容量熱容量是指材料在溫度變化時(shí)吸收或放出熱是指材料在溫度變化時(shí)吸收或放出熱量的能力量的能

40、力 公式公式 12 Qmc tt（）1.熱容量熱容量 2.比熱容比熱容定義定義單位質(zhì)量的材料在溫度升高或降低單位質(zhì)量的材料在溫度升高或降低1K時(shí)所吸時(shí)所吸收或放出的熱量收或放出的熱量 12()Qcm tt公式公式 1.3.3 耐燃性（耐燃性（Heat resistance） 定義定義材料在高溫與火焰的作用下不破壞，強(qiáng)度也材料在高溫與火焰的作用下不破壞，強(qiáng)度也不嚴(yán)重下降的性能，稱為材料的不嚴(yán)重下降的性能，稱為材料的耐燃性耐燃性。 1. 非燃燒材料非燃燒材料 在空氣中遇火燒或遇高溫不起火、不微燃、不碳化的材料在空氣中遇火燒或遇高溫不起火、不微燃、不碳化的材料稱為非燃燒材料，如稱為非燃燒材料，如普通

41、石材、混凝土、磚、石棉普通石材、混凝土、磚、石棉等。等。 2. 難燃材料難燃材料 在空氣中遇火燒或遇高溫難起火、難微燃或難碳化的材料在空氣中遇火燒或遇高溫難起火、難微燃或難碳化的材料稱為難燃材料，如稱為難燃材料，如瀝青混凝土、經(jīng)防火處理的木材瀝青混凝土、經(jīng)防火處理的木材等。等。 3. 可燃材料可燃材料 在空氣中遇火燒或遇高溫即起火或微燃，在火源移去后仍在空氣中遇火燒或遇高溫即起火或微燃，在火源移去后仍能繼續(xù)燃燒或微燃的材料稱為可燃材料，如能繼續(xù)燃燒或微燃的材料稱為可燃材料，如木材、瀝青木材、瀝青等。等。1.3.4 耐火性（耐火性（Fire resistance） 定義定義材料在長(zhǎng)期高溫作用下，

42、保持不熔性并能工材料在長(zhǎng)期高溫作用下，保持不熔性并能工作的性能稱為材料的作的性能稱為材料的耐火性耐火性 。 1. 耐火材料耐火材料 耐火度不低于耐火度不低于1580的材料，如耐火磚中的硅磚、鎂磚、的材料，如耐火磚中的硅磚、鎂磚、鋁磚和鉻磚等。鋁磚和鉻磚等。2. 難熔材料難熔材料耐火度為耐火度為13501580的材料，如難熔粘土磚、耐火的材料，如難熔粘土磚、耐火混凝土等?；炷恋?。3. 易熔材料易熔材料耐火度低于耐火度低于1350的材料，如普通粘土磚、玻璃等。的材料，如普通粘土磚、玻璃等。 1.3.5 溫度變形性（溫度變形性（Temperature deformation） 定義定義材料的材料的

43、溫度變形性溫度變形性是指材料在溫度變化時(shí)產(chǎn)是指材料在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的尺寸變化生的尺寸變化 。 材料的溫度變形在單向尺寸上的變化用材料的溫度變形在單向尺寸上的變化用線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)表示表示 12LL tt（）公式公式常用土木工程材料的線膨脹系數(shù)常用土木工程材料的線膨脹系數(shù)：鋼筋（：鋼筋（10.012.0）10-6/，混凝土（，混凝土（5.812.6）10-6/ 材料抵抗外力破壞的能力。材料抵抗外力破壞的能力。1.4 材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì) 1.4.1 材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度 （Strength） 1.強(qiáng)度強(qiáng)度 （1）抗壓）抗壓(Compressive)、抗拉、抗拉(Tensile)、抗剪

44、、抗剪(Shearing)強(qiáng)強(qiáng)度度 （MPa）PfA F破壞時(shí)的最大荷載，破壞時(shí)的最大荷載，N A受力截面面積，受力截面面積，mm2 （2）抗彎強(qiáng)度（）抗彎強(qiáng)度（ Bending strength）m232PLfbh單點(diǎn)加荷：?jiǎn)吸c(diǎn)加荷：三分點(diǎn)加三分點(diǎn)加荷：荷：m2PLfbhL L/2/2L L/2/2壓力試驗(yàn)機(jī)壓力試驗(yàn)機(jī)壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn)鋼筋拉伸試驗(yàn)鋼筋拉伸試驗(yàn)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) l內(nèi)因內(nèi)因材料材料組成、構(gòu)造組成、構(gòu)造材料的孔隙率愈大，則強(qiáng)度愈低。材料的孔隙率愈大，則強(qiáng)度愈低。同類材料抵抗不同類型外力作用的能力也不相同類材料抵抗不同類型外力作用的能力也不相同同磚、石材、混凝土、鑄鐵等材料的抗壓

45、強(qiáng)度較磚、石材、混凝土、鑄鐵等材料的抗壓強(qiáng)度較高，而抗拉和抗彎強(qiáng)度卻很低；木材和玻璃纖維高，而抗拉和抗彎強(qiáng)度卻很低；木材和玻璃纖維增強(qiáng)塑料的順纖維抗拉強(qiáng)度高于抗壓強(qiáng)度；鋼材增強(qiáng)塑料的順纖維抗拉強(qiáng)度高于抗壓強(qiáng)度；鋼材的抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高。的抗拉和抗壓強(qiáng)度都很高。l外因外因試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件：試件（尺寸、形狀、含水率）：試件（尺寸、形狀、含水率） 溫度、加荷速度等溫度、加荷速度等（3）影響強(qiáng)度的因素）影響強(qiáng)度的因素（4）強(qiáng)度等級(jí)）強(qiáng)度等級(jí)l土木工程材料常按其強(qiáng)度的大小劃分成若干個(gè)等級(jí)，土木工程材料常按其強(qiáng)度的大小劃分成若干個(gè)等級(jí)，稱為稱為強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度等級(jí)。l對(duì)于對(duì)于脆性材料脆性材料，如，如混凝土、

46、砂漿、磚和石材混凝土、砂漿、磚和石材等，由于等，由于主要用來(lái)承受壓力，因此，以其主要用來(lái)承受壓力，因此，以其抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分強(qiáng)度等來(lái)劃分強(qiáng)度等級(jí)；級(jí)；l對(duì)于對(duì)于韌性材料韌性材料，如，如建筑鋼材建筑鋼材，主要用于抗拉，故其強(qiáng)，主要用于抗拉，故其強(qiáng)度等級(jí)按受拉時(shí)的度等級(jí)按受拉時(shí)的屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度來(lái)劃分。來(lái)劃分。指材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。指材料強(qiáng)度與其表觀密度之比。 意義：意義：反映材料輕質(zhì)高強(qiáng)的指標(biāo)。反映材料輕質(zhì)高強(qiáng)的指標(biāo)。比強(qiáng)度比強(qiáng)度越大，材料越越大，材料越輕質(zhì)高強(qiáng)輕質(zhì)高強(qiáng) 2.比強(qiáng)度比強(qiáng)度 材料材料表觀密度表觀密度 /（kg/m3）抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度f(wàn) /MPa 比強(qiáng)度比強(qiáng)度f(wàn) / 低碳

47、鋼低碳鋼78604150.53松木松木50034.3（順紋）（順紋）0.69普通混凝土普通混凝土240029.40.012紅磚紅磚1700100.006表表1-3 幾種常用材料的比強(qiáng)度幾種常用材料的比強(qiáng)度1.4.2 彈性與塑性彈性與塑性 （Elasticity and Plasticity） 1. 彈性與彈性變形彈性與彈性變形n彈性彈性外力作用產(chǎn)生變形外力作用產(chǎn)生變形,外力取消能外力取消能完全恢復(fù)完全恢復(fù)。n彈性變形彈性變形這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形 彈性變形彈性變形 指標(biāo)：指標(biāo)：彈性模量彈性模量 E意義：意義：E E表示材料抵抗變形的指標(biāo)，表示材料抵抗變形的指標(biāo)

48、，E E值越值越大，材料越不易變形，即抵抗變形的能力大，材料越不易變形，即抵抗變形的能力越強(qiáng)。越強(qiáng)。2. 塑性與塑性變形塑性與塑性變形n塑性塑性外力作用產(chǎn)生變形外力作用產(chǎn)生變形,外力取消變形外力取消變形不能恢復(fù)不能恢復(fù)。n塑性變形塑性變形這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。彈性變形與塑性變形的區(qū)彈性變形與塑性變形的區(qū)別在于，前者為可逆變形，別在于，前者為可逆變形，后者為不可逆變形。后者為不可逆變形。塑性變形塑性變形 圖圖 彈塑性材料的變形曲線彈塑性材料的變形曲線彈塑性材料彈塑性材料 1.4.3 脆性與韌性（脆性與韌性（Brittleness and Toughnes

49、s） 1.脆性脆性 脆性脆性 材料在外力作用下，無(wú)明顯塑性變形，突然破壞。材料在外力作用下，無(wú)明顯塑性變形，突然破壞。脆性材料：石、磚、混凝土、陶瓷、玻璃、鑄鐵等脆性材料：石、磚、混凝土、陶瓷、玻璃、鑄鐵等l脆性材料脆性材料抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度l脆性材料抵抗沖擊荷載或振動(dòng)作用的能力較差，脆性材料抵抗沖擊荷載或振動(dòng)作用的能力較差，因此只適合用作承壓構(gòu)件。因此只適合用作承壓構(gòu)件。 2.韌性韌性 韌性韌性材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，的能量，產(chǎn)生一定變形不破壞。產(chǎn)生一定變形不破壞。 韌性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。韌

50、性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。 采用采用沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)測(cè)定。測(cè)定。沖擊韌性沖擊韌性 KKAA在土木工程中，對(duì)于要求承受沖擊荷載和有抗振在土木工程中，對(duì)于要求承受沖擊荷載和有抗振要求的結(jié)構(gòu)，如要求的結(jié)構(gòu)，如吊車梁、橋梁、路面吊車梁、橋梁、路面等所用的材料等所用的材料都要考慮材料的韌性都要考慮材料的韌性 1.4.4 硬度和耐磨性硬度和耐磨性 （Rigidity and Abrasion resistance） 1.硬度硬度 抵抗抵抗較硬物質(zhì)較硬物質(zhì)壓入壓入或或刻劃刻劃的能力。的能力。 刻劃法刻劃法:用于測(cè)定天然礦物的硬度。用于測(cè)定天然礦物的硬度。莫氏硬度分為莫氏硬度分為10級(jí)；級(jí)；遞增的遞增的

51、順序?yàn)椋夯樞驗(yàn)椋夯?；石膏；石膏2；方解石；方解石3；螢石；螢石4；磷灰石；磷灰石5；正長(zhǎng)石；正長(zhǎng)石6；石英石英7；黃玉；黃玉8；剛玉；剛玉9；金剛石；金剛石10。 壓入法壓入法：布氏硬度（金屬材料、木材、混凝土等）：是以單位壓：布氏硬度（金屬材料、木材、混凝土等）：是以單位壓痕面積上所受的壓力來(lái)表示。痕面積上所受的壓力來(lái)表示。有布氏法、洛氏法和維氏法，相應(yīng)有布氏法、洛氏法和維氏法，相應(yīng)的硬度稱為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度的硬度稱為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度 特點(diǎn)：特點(diǎn)：硬度大，強(qiáng)度高，耐磨性強(qiáng)，但不易加工。硬度大，強(qiáng)度高，耐磨性強(qiáng)，但不易加工。材料表面抵抗磨損的能力。材料表面抵抗磨

52、損的能力。材料的耐磨性與材料的組成、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和硬度等因材料的耐磨性與材料的組成、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和硬度等因素有關(guān)。一般材料的硬度越高，越致密，耐磨性越好。素有關(guān)。一般材料的硬度越高，越致密，耐磨性越好。在土木工程中，用做路面、臺(tái)階、踏步等受磨損部位在土木工程中，用做路面、臺(tái)階、踏步等受磨損部位的材料要求其具有較高的耐磨性。的材料要求其具有較高的耐磨性。 材料的耐磨性用磨損率（材料的耐磨性用磨損率（M）表示，其計(jì)算公式為）表示，其計(jì)算公式為 式中式中: M材料的磨損率（材料的磨損率（gcm2）；）； m1、m2分別為材料磨損前、后的質(zhì)量（分別為材料磨損前、后的質(zhì)量（g）；）； A試件受磨損的面積（試

53、件受磨損的面積（cm2）。 01mmMA2.耐磨性耐磨性 1.5 材料的化學(xué)性質(zhì)和裝飾性材料的化學(xué)性質(zhì)和裝飾性 1.5.1 材料的化學(xué)性質(zhì)（材料的化學(xué)性質(zhì)（Chemical property） l在土木工程中，材料的化學(xué)性質(zhì)主要考慮其在使用在土木工程中，材料的化學(xué)性質(zhì)主要考慮其在使用中的化學(xué)變化和化學(xué)穩(wěn)定性中的化學(xué)變化和化學(xué)穩(wěn)定性 l土木工程材料的化學(xué)變化主要是指材料在生產(chǎn)或施土木工程材料的化學(xué)變化主要是指材料在生產(chǎn)或施工過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。工過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。如，石灰的煅燒、消化如，石灰的煅燒、消化與碳化，水泥的水化及凝結(jié)等與碳化，水泥的水化及凝結(jié)等 l化學(xué)穩(wěn)定性是指材料在使用環(huán)境

54、中其化學(xué)組成和結(jié)化學(xué)穩(wěn)定性是指材料在使用環(huán)境中其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)是否能保持穩(wěn)定的性質(zhì)構(gòu)是否能保持穩(wěn)定的性質(zhì) 。 1.5.2 材料的裝飾性材料的裝飾性（Ornament property） l材料的裝飾性是材料在工程中所表現(xiàn)的美觀材料的裝飾性是材料在工程中所表現(xiàn)的美觀效果效果 l是通過多種技術(shù)指標(biāo)所反映的綜合藝術(shù)效果是通過多種技術(shù)指標(biāo)所反映的綜合藝術(shù)效果 l材料的裝飾性主要體現(xiàn)在顏色、光澤、透明材料的裝飾性主要體現(xiàn)在顏色、光澤、透明性、質(zhì)感、表面組織和形狀尺寸、立體造型等性、質(zhì)感、表面組織和形狀尺寸、立體造型等幾個(gè)方面幾個(gè)方面 l土木工程中的裝飾材料主要是應(yīng)用于內(nèi)外墻土木工程中的裝飾材料主要是應(yīng)用

55、于內(nèi)外墻面、地面、天棚等部位的飾面材料面、地面、天棚等部位的飾面材料 材料在使用過程中能抵抗周圍各種介質(zhì)的侵蝕而不材料在使用過程中能抵抗周圍各種介質(zhì)的侵蝕而不破壞，也不易失去其原有性能的性質(zhì)，稱為材料的耐破壞，也不易失去其原有性能的性質(zhì)，稱為材料的耐久性久性 。 材料在使用過程中，除受到各種材料在使用過程中，除受到各種外力作用外力作用外，還要受到環(huán)外，還要受到環(huán)境中各種自然因素的破壞作用，這些破壞作用可分為：境中各種自然因素的破壞作用，這些破壞作用可分為： 物理作用物理作用主要有干濕交替、溫度變化、凍融循環(huán)主要有干濕交替、溫度變化、凍融循環(huán)以及機(jī)以及機(jī)械摩擦、沖擊械摩擦、沖擊等，這些作用會(huì)使材料體積產(chǎn)生膨脹或收等，這些作用會(huì)使材料體積產(chǎn)生膨脹或收縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展，長(zhǎng)久作用后會(huì)使材料產(chǎn)生縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展，長(zhǎng)久作用后會(huì)使材料產(chǎn)生破壞。破壞。如水泥混凝土的凍融破壞。如水泥混凝土的凍融破壞。 化學(xué)作用化學(xué)作用主要是指材料受到酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液主要是指材料受到酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液或有害氣體的侵蝕作用，使材料的組成成分發(fā)生質(zhì)的變或有害氣體的侵蝕作用，使材料的組成成分發(fā)生質(zhì)的變化，而引起材料的破壞。如鋼材的銹蝕等等?；?，而引起材料的破壞。如鋼材的銹蝕等等。 生物作用生物作用主要是指材料受到蟲蛀或菌類的腐朽作用而產(chǎn)主要是指材料受到蟲蛀或菌類的腐朽作