材料基本性質(zhì)

土木工程材料銅陵學院土木工程專業(yè)理論學時28土木工程材料基本性質(zhì)3學時氣硬性膠凝材料3學時水泥3學時水泥砼9學時建筑砂漿3學時墻體材料3學時建筑鋼材3學時木材1學時第2章材料的基本性質(zhì)（1）了解材料的基本狀態(tài)參數(shù),并了解材料的基本狀態(tài)與材料性質(zhì)的關(guān)系。（2）理解各種性質(zhì)的基本概念。（3）掌握各種性質(zhì)的表示方法，影響因素及其實用意義。學習要求：材料物理性質(zhì)材料的應(yīng)用材料的基本狀態(tài)參數(shù)材料力學性質(zhì)2.1材料的物理性質(zhì)

一材料的密度、表觀密度與堆積密度1、真實密度：材料在絕對密實狀態(tài)下（不包含孔隙或空隙）單位體積的質(zhì)量，簡稱密度。材料的真實密度ρ為：

ρ=m/V(g/cm3)…………..(a)式中：m

—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g)；

V—材料絕對密實體積(cm3)。李氏瓶測定體積

材料的密度大小取決于組成及微觀結(jié)構(gòu)。閉口孔隙開口孔隙實體開口孔隙閉口孔隙實體VV閉V開Vo空隙V空堆積體積

Vo'=Vo+V空表觀體積

Vo=V+V孔Vo'V孔空隙絕對密實體積

V孔隙2、表觀密度：指材料在自然狀態(tài)下單位體積（包含開口和閉口孔隙）的質(zhì)量。材料的表觀密度ρ0為：

ρ0=m/V0(g/cm3或kg/m3)………………..(b)式中：m—材料的質(zhì)量（g或kg）；

V0—表觀體積（cm3或m3）。表面封蠟測V03、堆積密度：指散粒材料，在堆積狀態(tài)下單位體積（包含孔隙和空隙）的質(zhì)量。材料的堆積密度ρ0＇為：

ρ0＇

=m/V0＇（㎏/m3）………..(c)式中：m—材料的質(zhì)量（kg）；V0’—材料的堆積體積，包括顆粒體積和顆粒之間空隙的體積（m3）。

取決于材料堆積的疏密程度。V0＇用容量筒測量。二密實度與孔隙率

密實度和孔隙率兩者之和為１，兩者均反映了材料的密實程度。土木工程材料的許多性質(zhì)都與材料的致密程度有關(guān)，這些性質(zhì)除取決于孔隙率的大小外，還與孔隙特征有關(guān)。1、密實度：指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度。材料的密實度D（Density）為：2、孔隙率：指材料中孔隙體積占總體積的百分率。材料的孔隙率P(

Porosity

)為：……….(e)或……….(d)開口孔隙率閉口孔隙率開口孔隙封閉孔隙片狀孔隙尖角孔隙球狀孔隙固體物質(zhì)三材料的填充率與空隙率1、填充率：散粒材料在堆積體積下，被其顆粒填充的程度。2、空隙率：指散粒材料顆粒之間的間隙占其堆積體積的百分率。填充率和空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭取？捎脕砜刂苹炷凉橇霞壟渑c計算砂率的依據(jù)?！?(f)材料在空氣中與水接觸時，根據(jù)其是否能被水潤濕，分為：能被水潤濕—親水性，潤濕邊角θ≤900

不能被水潤濕—憎水性，潤濕邊角θ>900

一材料的親水性與憎水性2.1.3材料與水有關(guān)的性質(zhì)

θ固液氣憎水性θ固液氣親水性親水性與憎水性材料的特征：材料的親水性與憎水性主要取決于材料的組成與結(jié)構(gòu)：有機材料一般是憎水性，無機材料一般是親水性。

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。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。二材料的吸水性與吸濕性1、吸水性材料與水充分接觸吸收水分的性質(zhì)，稱為材料的吸水性。吸水率：

質(zhì)量吸水率體積吸水率吸(含)水率增大，對材料的許多性質(zhì)有不良影響：

——如容重增加、體積膨脹、導熱（系數(shù)）性增大，強度及抗凍性下降等。2、吸濕性

指材料在潮濕空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)。平衡含水率：材料中的水分與空氣濕度達到平衡時的含水率叫做平衡含水率。三材料的耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力稱為耐水性。指標：軟化系數(shù)fb---材料飽水狀態(tài)抗壓強度，MPafg---材料干燥狀態(tài)抗壓強度，MPa注意：隨含水量增加，減弱其內(nèi)部結(jié)合力，導致強度下降。KR≥0.85時為耐水材料。一般結(jié)構(gòu)，材料的軟化系數(shù)KR≥0.75；重要結(jié)構(gòu)，材料的軟化系數(shù)KR≥0.85。四材料的抗?jié)B性（1）滲透系數(shù)滲透系數(shù)：透水量：Ks的意義：滲透系數(shù)越小，表明抗?jié)B性能越好?？?jié)B性：抵抗壓力水滲透的性質(zhì)（2）抗?jié)B等級Pn：表示能抵抗?jié)B透的最大水壓力。

AdH例:P6—表示試件能抵抗的最大水壓力為0.6MPa.

混凝土及砂漿的抗?jié)B性常用抗?jié)B等級表示，共P4、P6、P8、P10、P12五個等級。

五抗凍性材料在凍融循環(huán)作用下，保持其原有性質(zhì)的能力。凍融循環(huán)：在－15℃凍結(jié)，20℃的水中融化，這樣的過程為一次凍融循環(huán)。結(jié)構(gòu)材料的抗凍性用抗凍等級表示。如F25、F50、F100、……表示材料經(jīng)25、50、100次凍融循環(huán)后仍能滿足質(zhì)量損失≯5％，強度下降≯25％的要求。影響材料抗凍性的因素：1、材料的孔隙構(gòu)造和孔隙率2、孔隙的充水程度3、材料自身的強度式中

λ-導熱系數(shù)，Ｗ／（m·Ｋ）；

Ｑ－傳導的熱量，Ｊ

ｄ-材料厚度，m；

A-熱傳導面積，m2

t-熱傳導時間，s；

（T1-T2）-材料兩面溫度差，KAT2T1Q2.1.4材料與熱有關(guān)的性質(zhì)材料兩側(cè)存在溫差時,熱量由一側(cè)傳至另一側(cè)的性質(zhì)1.導熱性愈小，材料的保溫隔熱性能愈好，或絕熱性能愈好。工程界將0.23W/(m?k)的材料，稱為絕熱材料，或節(jié)能材料式中

C－材料的比熱，J/（kg·K）

Q－材料吸收或放出的熱量(熱容量),J

m－材料質(zhì)量，kg

t2-t1－材料受熱或冷卻前后的溫差，K2.熱容量和比熱

材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為比熱容。建筑物的圍護結(jié)構(gòu)宜選用—比熱容大、導熱系數(shù)小的材料。常用土木工程材料的熱工性質(zhì)指標材料名稱導熱系數(shù)W/(m·K)

比熱J/(g·K)鋼550.46銅3700.38花崗巖2.90.8普通混凝土1.8

0.88普通粘土磚0.550.84粘土空心磚0.64

0.92松木0.151.63泡沫塑料0.031.30冰2.302.05水0.584.19靜止空氣0.0251.00孔隙對材料性質(zhì)的影響

某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面，見圖1-2。請問選擇何種材料？孔隙率對材料導熱性質(zhì)的影響

某工程頂層屋面欲加保溫層，以下兩圖為兩種材料的剖面，見圖1。請問選擇何種材料？圖材料剖面

AB2.2.1材料的強度材料強度----材料抵抗外力破壞的極限能力(1)抗拉、抗壓、抗剪強度f=Fmax/A

(2)抗彎強度（抗折強度）

單點加荷

三分點加荷

2.2材料的力學性質(zhì)

f=F

max/A混凝土路面磚抗壓強度試驗混凝土路面磚抗彎強度試驗比強度

材料的抗拉強度與材料表觀密度

之比叫做比強度。

常用建筑材料的比強度（N·m/kg）：低碳鋼—0.045普通混凝土—0.017松木（順紋抗拉）—0.2粘土磚—0.006玻璃鋼—0.2252.2.2彈性與塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后，能夠完全恢復到原來形狀的性質(zhì)稱為彈性，而這種完全恢復的變形稱為彈性變形；外力取消后仍保持變形后的形狀尺寸，并且本身無裂縫產(chǎn)生的性質(zhì)稱為塑性，這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。

指標：彈性模量

意義：E表示材料抵抗變形的指標，E值越大，材料越不易變形，即抵抗變形的能力越強。彈塑性材料的變形曲線1、脆性當外力達到一定程度后，材料突然破壞，而破壞時并無明顯的塑性變形。

玻璃、混凝土、石材2.2.3脆性與韌性抗壓強度比抗拉強度高八倍以上；脆性材料特征適合作受壓構(gòu)件,不適合作受拉構(gòu)件；不適合承受沖擊、振動荷載；

2、韌性定義——材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大的能量，同時產(chǎn)生較大的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。韌性材料特征（1）變形大，特別是塑性變形大，破壞前有明顯預兆；

（2）抗拉強度與抗壓強度接近?？拐鸾Y(jié)構(gòu)、承受動荷載的結(jié)構(gòu)需要考慮材料的韌性

靜荷載——作用時不產(chǎn)生加速度的荷載。如結(jié)構(gòu)自重；

動荷載——作用時產(chǎn)生加速度的荷載。如沖擊、振動荷載；2.2.4硬度和耐磨性1.硬度－指材料表面的堅硬程度，是抵抗其他物體刻劃、壓入其表面的能力。測定方法：刻劃法、壓入法。

刻劃法按照他們的軟硬程度分為十級