第一章土木工程材料的基本性質

第一章土木工程材料的基本性質第1頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三參考教材：劉軍等，土木工程材料，中國建筑工業(yè)出版社2009年11月第一版

第2頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三緒論第一章土木工程材料的基本性質

第3頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三緒論一、土木工程材料的定義、特點及分類定義：廣義角度：土木工程材料是指在土木建筑工程中所應用的各種材料的總稱，包括：構成建筑物本身的材料，如鋼材、木材、水泥、石灰、砂石玻璃、防水材料、紅磚等；施工過程中所用的材料，如鋼、木模板及腳手桿、跳板等；各種建筑器材，如排水設備、采暖通風設備、空調(diào)、電氣、電信、消防設備等。狹義角度：土木工程材料是指構成建筑物本身的材料，也稱為建筑材料。本書中主要介紹此類材料。

第4頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三土木工程材料應具有四大特點：使用、耐久、量大和價廉。理想的土木工程材料的特點：輕質、高強、防火、無毒、高效能和多功能等。分類：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。見表1——土木工程材料按化學成分分類按功能可以分為建筑結構材料，墻體材料和建筑功能材料以及建筑器材等。見表2——土木工程材料按功能分類第5頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三土木工程材料無機材料非金屬材料天然石材：石子，砂，毛石，料石燒土制品：黏土磚，瓦，空心磚，建筑陶瓷玻璃：窗用玻璃，安全玻璃，特種玻璃膠凝材料：石灰，石膏，水玻璃，各種水泥混凝土及砂漿：普通混凝土，輕混凝土，特種混凝土，各種砂漿硅酸鹽制品：粉煤灰磚、灰砂磚，硅酸鹽砌塊絕熱材料：石棉，礦棉，玻璃棉，膨脹珍珠巖金屬材料黑色金屬：生鐵、碳素鋼、合金鋼有色金屬：鋁，鋅，銅及其合金有機材料生物質材料木材，竹材，軟木，毛氈瀝青材料石油瀝青，煤瀝青，瀝青防水制品高分子材料塑料，橡膠，涂料，膠粘劑復合材料無機非金屬材料和有機材料的復合金屬材料與無機非金屬材料復合金屬材料與有機材料復合玻璃纖維增強塑料、混合物水泥混凝土、瀝青混合料等鋼纖維增強混凝土等

輕質金屬夾芯板

表1土木工程材料按化學成分分類返回鍵第6頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三防水材料：瀝青及其制品絕熱材料：石棉、礦棉，玻璃棉、膨脹珍珠巖吸聲材料：木絲板、毛氈，泡沫塑料采光材料：窗用玻璃裝飾材料：涂料、塑料裝飾材料、鋁材電工器材及工具、水暖及空調(diào)器材、環(huán)保器材、建筑五金等建筑功能材料：不作為承受載荷，且具有某種特殊功能的材料。建筑器材：為了滿足使用要求，而與建筑物配套的各種設備。磚及砌塊：普通磚、空心磚，硅酸鹽及砌塊墻板：混凝土墻板、石膏板、復合墻板墻體材料：構成建筑物內(nèi)、外承重墻體及內(nèi)分隔墻體的材料。磚混結構：石材，磚，水泥混凝土，鋼筋鋼木結構：建筑鋼材，木材建筑結構材料：構成基礎、柱、梁、框架屋架、板等承重系統(tǒng)的材料。建筑材料表2土木工程材料按功能分類第7頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三二、土木工程材料在建設工程中的地位和作用1、土木工程材料與文明發(fā)展的關系土木工程材料是隨著人類的進化而發(fā)展的,它和人類文明有著十分密切的關系,人類歷史發(fā)展的各個階段,土木工程材料都是顯示它的文化的主要標志之一。第8頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三原始社會：第9頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三古代社會：

第10頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三在隋唐時期，中國古土木工程材料的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，磚的應用逐步增多，磚墓、磚塔的數(shù)量增加；琉璃的燒制比南北朝進步，使用范圍也更為廣泛。金屬材料的應用也僅限于一些農(nóng)具以及裝飾品等小范圍之內(nèi)。

第11頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三近代與現(xiàn)代：

第12頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三2、土木工程材料在工程中的重要作用土木工程材料是建筑工程的物質基礎。不論是高達420.5m的上海金貿(mào)大廈，還是普通的一幢臨時建筑，都是由各種散體土木工程材料經(jīng)過縝密的設計和復雜的施工最終構建而成。土木工程材料的物質性還體現(xiàn)在其使用的巨量性，一幢單體建筑一般重達幾百至數(shù)千t甚至可達數(shù)萬、幾十萬t，這形成了土木工程材料的生產(chǎn)、運輸、使用等方面與其他門類材料的不同。土木工程材料的發(fā)展賦予了建筑物以時代的特性和風格。西方古典建筑的石材廊柱、中國古代以木架構為代表的宮廷建筑、當代以鋼筑混凝土和型鋼為主體材料的超高層建筑，都呈現(xiàn)了鮮明的時代感。第13頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三建筑設計理論不斷進步和施工技術的革新不但受到土木工程材料發(fā)展的制約，同時亦受到其發(fā)展的推動。大跨度預應力結構、薄殼結構、懸索結構、空間網(wǎng)架結構、節(jié)能型特色環(huán)保建筑的出現(xiàn)無疑都是與新材料的產(chǎn)生而密切相關的。土木工程材料的正確、節(jié)約、合理的運用直接影響到建筑工程的造價和投資。在我國，一般建筑工程的材料費用要占到總投資的50~60%，特殊工程這一比例還要提高，對于中國這樣一個發(fā)展中國家，對土木工程材料特性的深入了解和認識，最大限度地發(fā)揮其效能，進而達到最大的經(jīng)濟效益，無疑具有非常重要的意義。第14頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三3、土木工程材料的資源化問題目前，隨著國家可持續(xù)戰(zhàn)略的實行，土木工程材料的發(fā)展在資源化利用方面面臨著諸多需要解決的問題，如何從根本上改變我國建材工業(yè)發(fā)展中存在的高投入、低產(chǎn)出、高消耗、低效益的粗放式生產(chǎn)方式，選擇資源節(jié)約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發(fā)展方式，把建材的發(fā)展和資源利用、生態(tài)保護、污染治理有機地結合起來，是21世紀我國土木工程材料發(fā)展的戰(zhàn)略目標。

土木工程材料的資源化問題發(fā)展趨勢：用廢棄物或回收物代替部分或全部天然資源，采用傳統(tǒng)工藝制作生態(tài)建材：用粉煤灰、煤矸石、頁巖、礦渣、煤渣等工業(yè)廢渣中之一種或兩種，代替全部粘土或摻少量粘土仍采用燒結法制造空心磚或實心磚；用化學石膏(磷石膏、氟石膏、排煙脫硫石膏)代替天然石膏制造石膏制品。第15頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三用廢棄物或回收物代替部分或全部天然資源，采用新工藝制作生態(tài)建材。利用固體廢棄物為原料，采用免燒或低溫燒成技術，生產(chǎn)建筑砌塊、多功能墻體材料、綠化鋪地材料及水泥等生態(tài)建材是節(jié)能、保護土地、變廢物為有用資源，綜合治理環(huán)境污染，從而實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的極好途徑。采用高新技術制作有益于人體健康、多功能的生態(tài)建材：高新技術生態(tài)建材，包括常溫遠紅外建筑陶瓷、滅菌健康建筑衛(wèi)生陶瓷、電磁波屏蔽材料，防輻射內(nèi)墻涂料及電致自然光發(fā)生材料等；工業(yè)廢渣的綜合利用：粉煤灰綜合利用、城市固體廢棄物的綜合利用、磷石膏及脫硫石膏等的應用；建材生產(chǎn)的生態(tài)化，它包括：建材生產(chǎn)中富氧煅燒技術，廢氣凈化與利用，建材環(huán)境負擔與性能評價系和數(shù)據(jù)庫，“綠色標志”建材論證體系。第16頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三三、土木工程材料的技術標準本課程重要依據(jù)的是國內(nèi)標準。行業(yè)建材標準JC，建工標準JG工程建設標準CECS，石油標準SY中國國標GB。第17頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三四、本課程的學習目的及方法本課程的學習目的是掌握土木工程材料基本知識和試驗的基本性能，為學習有關基礎技術課程打下基礎，并在工程實踐中，具有選擇與使用土木工程材料的能力。在理論學習方面，要重點掌握材料的組成、技術性質和特征、外界因素對材料性質的影響和應用原則，各種材料都應遵循這一主線來學習。第18頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三五、土木工程材料的發(fā)展趨勢世界土木工程材料的發(fā)展趨勢：1、輕質高強——材料發(fā)展的永恒主題；2、綠色環(huán)保——材料發(fā)展的基本理念；3、節(jié)能節(jié)水——社會發(fā)展的必然選擇；4、部品化、組裝話——材料施工的基本要求；5、充分利用地方資源生產(chǎn)低成本土木工程材料——可持續(xù)發(fā)展的基本要求。返回鍵第19頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三第二章土木工程材料的基本性質

§2-2材料的物理性質§2-3

材料的力學性質§2-4

材料的耐久性§2-1材料的組成與結構§2-4

材料的裝飾性第20頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三§2-1材料的組成與結構一、材料的組成

材料的組成包括化學組成、礦物組成和相組成。1）化學組成是指構成材料的化學元素及化學的種類及數(shù)量，材料化學組成的不同是造成其性能各異的主要原因。2）材料的礦物組成：金屬元素和非金屬元素按一定化學組成構成具有一定的分子結構和性質的物質稱為礦物；3）相組成：材料中具有相同的物理化學性質的均勻部分稱為相。自然界中的物質可分為氣相、液相和固相，凡由兩相或兩相以上的物質組成的材料稱為復合材料，土木工程材料大部分均可看作復合材料。土木工程材料主要元素組成礦物組成水泥Si、Al、Fe、Mg、Ca、S、O硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、鋁酸三鈣鋼材Fe、Ca、還有少量的Si、Mn、S、P等-陶瓷Si、Al、O、Fe、Mg、Ca莫來石晶體、綠泥石、伊利石、高嶺石、葉蠟石等玻璃Ca、Si、O、NaNa2SiO3●CaSiO3●3SiO2幾種常見土木工程材料的化學組成第21頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三二、材料的結構

（一）材料的微觀結構材料的微觀結構主要是指材料在原子、離子、分子層次上的組成形式。材料的許多性質與材料的微觀結構都有密切的關系。較為常見的例子有C、SiO2、Al2O3等。

第22頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三金剛石晶體，屬于立方晶系抗壓強度高，耐磨性能好，而且具有抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)良性能。是天然存在最硬的物質。碳原子以平面三角形的成鍵方式組成由六元環(huán)拼接的無限平面層形分子，這些分子再堆疊成石墨晶體。層間易于滑動，很軟，是良好的固體潤滑劑第23頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三氧化鋁有十多種同素異構體，但常見的主要有三種：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。γ-Al2O3屬于尖晶石型（立方）結構，高溫時不穩(wěn)定，在1600℃轉變?yōu)棣?Al2O3。α-Al2O3屬于六方系，穩(wěn)定性好，在熔點2050℃之前不發(fā)生晶型轉變。-Al2O3的結構(a)晶格結構(b)密堆積模型第24頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

晶體：組成物質的微觀離子在空間

的排列有確定的幾何位置關系。

具有強度高、硬度較大、有確

定的熔點、力學性質各向異性。

材料的微觀結構：玻璃體：組成物質的微觀離子在空間

的排列呈無序狀態(tài)，具有化

學活性高、無確定的熔點、

力學性質各向同性

膠體：極細微的固體顆粒均勻分

布在液體中所形成，呈分散

相和網(wǎng)狀結構兩種結構形式

稱溶膠和凝膠。

土木工程材料的微觀結構主要有晶體、玻璃體和膠體等形式。第25頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三（二）亞微觀結構

亞微觀結構也稱細觀結果，是指用光學顯微鏡觀測手段研究的結構層次，它包括晶體粒子、玻璃體、膠體及材料內(nèi)孔隙的形態(tài)、大小、分布等結構情況。（三）宏觀結構

材料在宏觀可見層次上的組成形式稱為構造。按照材料的孔隙尺寸可將材料的宏觀結構分為以下類型：1）致密結構：如金屬、玻璃、致密的天然石材等；2）微孔結構：如水泥制品、石膏制品及粘土磚瓦等；3）多孔結構：如加氣混凝土、泡沫塑料等。按照材料的構成形態(tài)可將材料的宏觀結構分為以下類型：1）聚集結構：由骨料與膠凝材料膠結成的結構，如水泥混凝土、砂漿瀝青混凝土、燒土制品、塑料等；2）纖維結構：其內(nèi)部具有方向性，縱向較密實而橫向較疏松，組織中存在相當多的孔隙，如玻璃纖維、礦棉、棉麻等纖維狀材料；3）層狀結構：將材料疊合成層狀，以粘結或其他方法結合成為整體的結構，如膠合板、紙面石膏等；4）散粒結構：松散顆粒狀結構，如砂、石、珍珠巖等；5）紋理結構：天然材料在生長或形成過程中自然造就天然紋理，如大理石等。

第26頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三（1）材料的體積：體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。（一）材料的密度

三、材料的結構特征和參數(shù)

第27頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三絕對密實體積干燥材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部固體物質的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示。一般將材料磨成規(guī)定細度的粉末，用排開液體的方法得到其體積。表觀體積對于比較密實、孔隙較少的散粒狀材料，不必磨細，直接用排開液體的方法測定的體積。一般以表示。

第28頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三材料的自然體積材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。一般以V0

表示。形狀規(guī)則的材料可根據(jù)其尺寸計算其體積；形狀不規(guī)則的材料可先在材料表面涂臘，然后用排開液體的方法得到其體積。材料的堆積體積

粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下的總體外觀體積。松散堆積狀態(tài)下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。一般以表示。第29頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三（2）材料的密度

1.實際密度指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量，按下式計算：

式中：ρ——實際密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的質量，g或kg；

V——材料的絕對密實體積，cm3或m3。第30頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三2.表觀密度材料單位表觀體積的質量。按下式計算：式中：——體積密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的質量，g或kg；

——材料的自然體積，cm3或m3。第31頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三表觀體積是指包括內(nèi)部封閉孔隙在內(nèi)的體積。其封閉孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質量或體積。因此，材料的表觀密度與其內(nèi)部構成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關。工程中砂石材料，直接用排水法測定其表觀體積第32頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三3.體積密度體積密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質量。按下式計算：

式中：ρ0——材料的體積密度,g/cm3或kg/m3；

m——材料的質量，g或kg；

V0——材料的自然體積，cm3或m3。第33頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三4.堆積密度堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質量。按下式計算：

式中：ρ0——材料的堆積密度,g/cm3或kg/m3；

m——材料的質量，g或kg；——材料的堆積體積，cm3或m3。第34頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三幾種密度的比較比較項目實際密度表觀密度體積密度堆積密度材料狀態(tài)絕對密實近似絕對密實狀態(tài)自然狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積VV0計算公式應用判斷材料性質用量計算、體積計算第35頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三（二）材料的密實度與孔隙率密實度是指材料體積內(nèi)固體物質填充的程度。密實度的計算式如下：

式中：ρ——密度；ρ0——材料的表觀密度。

對于絕對密實材料，因ρ0=ρ，故密實度D=1或100%。對于大多數(shù)土木工程材料，因ρ0＜ρ，故密實度D＜1或D＜100%。（1）密實度第36頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計算：式中：V——材料的絕對密實體積，cm3或m3；

V0——材料的表觀體積，cm3或m3；

ρ0——材料的體積密度,g/cm3或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3或kg/m3。

（2）孔隙率第37頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

材料實體內(nèi)部和實體間常常部分被空氣所占據(jù)，一般稱材料實體內(nèi)部被空氣所占據(jù)的空間為孔隙，而材料實體之間被空氣所占據(jù)的空間稱為空隙。

材料的空隙狀況由孔隙率、空隙連通性和空隙直徑三個指標來說明?？紫堵适侵缚障对诓牧现兴嫉谋壤?，一般孔隙率越大，材料的密度越低、保溫隔熱性越好、吸聲隔聲能力越高?？障栋雌溥B通性可分為連通孔和封閉空。前者指孔隙之間、空隙和外界之間都連通的空隙；后者指孔隙之間、空隙和外界之間都不連通的空隙?？紫栋雌渲睆降拇笮】煞譃榇执罂?、毛細孔、極細微孔三類。粗大孔指直徑大于毫米級的孔隙，其主要影響材料的密度、強度等性能；毛細孔指直徑在微米到毫米級的孔隙，主要影響材料的吸水性、抗凍性等性能；極細微孔直徑在微米級以下的孔隙，其直徑微小，對材料的性能影響反而不大。第38頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三（三）材料的填充率和空隙率填充率是指粉狀或顆粒狀材料在其堆積體積中,被固體顆粒填充的程度。填充率按下式計算：

式中：V0——材料所有顆粒體積之總和，m3；

——材料的堆積體積，m3

。（1）材料的填充率第39頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三（2）空隙率空隙率是指散粒材料在其堆積體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例。空隙率按下式計算：

式中：ρ0——材料的體積密度；

——材料的堆積密度?？障堵实拇笮》从沉松⒘２牧系念w?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭??？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算砂率的依據(jù)。

填充率和空隙率是從兩個不同側面反映粉狀或顆粒狀材料的顆粒相互填充的疏密程度，二者之和等于1。第40頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三孔隙率與空隙率的區(qū)別比較項目孔隙率空隙率適用場合個體材料內(nèi)部堆積材料之間作用可判斷材料性質可進行材料用量計算計算公式第41頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

表1.1各種密度的計算與測量密度名稱體積狀態(tài)體積測量密度計算密度自身體積（不含孔隙）磨成細粉消除內(nèi)部孔隙，材料的排水體積V表觀密度細觀外形體積（含閉口孔）干燥材料浸入水中，待吸水飽和后，測量排開水的體積V’容積密度宏觀外形體積（含所有孔）①規(guī)則形狀材料，測量外形尺寸，計算體積②不規(guī)則材料，臘封后用排水法測量體積③不規(guī)則微孔材料如砂石，飽和面干材料的排水體積V0堆積密度自然堆積體積(含材料間空隙)顆粒材料正好裝滿容器，測量該容器的容積V’0注：飽和面干狀態(tài)指材料表面干燥而內(nèi)部孔隙含水達飽和時的狀態(tài)。同種材料:密度＞表觀密度＞容積密度＞堆積密度§1返回鍵第42頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

一、與水有關的性質§2-2材料的物理性質1.親水性和憎水性當固體材料與水接觸時，由于水分與材料表面之間的相互作用不同，會產(chǎn)生如圖所示兩種情況。圖中在材料、水和空氣的三相交叉點處沿水滴表面作切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤濕邊角。當θ≤90°時，材料能被水潤濕表現(xiàn)出親水性，這種材料稱為親水性材料；當θ>90°時，材料不能被水潤濕表現(xiàn)出憎水性，這種材料稱為憎水性材料。由此可見，潤濕邊角越小，材料親水性越強，越易被水潤濕，當θ=0時，表示該材料完全被水潤濕。大多數(shù)土木工程材料，如磚、木、混凝土等均屬于親水性材料；瀝青、石蠟等則屬于憎水性材料?！?第43頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

親水性材料的含水狀態(tài)可分為如圖所示四種基本狀態(tài)：干燥狀態(tài)——材料的孔隙中不含水或含水極微；氣干狀態(tài)——材料的孔隙中所含水與大氣濕度相平衡；飽和面干狀態(tài)——材料表面干燥，而孔隙中充滿水達飽和；濕潤狀態(tài)——材料不僅孔隙中含水飽和，而且表面上為水潤濕附有一層水膜。除上述四種基本含水狀態(tài)外，材料還可以處于兩種基本狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)中。（a）干燥狀態(tài)（b）氣干狀態(tài)（c）飽和面干狀態(tài)（d）濕潤狀態(tài)§1第44頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

2．材料的吸濕性和吸水性1）吸濕性和含水率吸濕性定義：親水材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。材料的吸濕性用含水率表示，含水率計算公式：式中Wh——材料含水率（%）ms——材料吸濕狀態(tài)下的質量；mg——材料干燥狀態(tài)下的質量?！?第45頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三吸附解吸RH↓、T↑

RH↑、T↓§1材料的含水率隨環(huán)境的溫度和濕度變化發(fā)生相應的變化，在濕度較大，溫度較低時，材料含水率變大，反之變小。平衡含水率：材料中所含水分與環(huán)境溫度所對應的濕度相平衡時的含水率稱為平衡含水率。材料開口的微孔越多，吸濕性越強。影響因素：親水性、孔隙率、孔特征第46頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

2）吸水性和吸水率吸水性定義：是指材料在水中吸水的性質。材料的吸水性用吸水率表示，它有以下兩個定義：質量吸水率——材料吸水飽和時，吸收的水分質量占材料干燥時重量的百分率。計算式：式中Wm——材料的質量吸水率（%）mb——材料吸水飽和時的質量（g）mg——材料在干燥狀態(tài)下的質量（g）§1第47頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

式中ρW=1g/cm3為水在常溫下的密度。材料的開口孔越多，吸水量越多。雖然水分很易進入開口的大孔，但無法存留，只能潤濕孔壁，所以吸水率不大。而開口細微連通孔越多，吸水量就越大。體積吸水率——材料吸水飽和時，所吸水分體積占材料干燥狀態(tài)時體積的百分率，計算式：影響因素：親水性、孔隙率、孔特征。親水性↑、孔隙率↑、微細連通孔↑→吸水性↑材料鋼鐵,玻璃花崗巖混凝土粘土磚木材吸水率00.5~0.72~38~20>100§1第48頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三(三)．耐水性定義：材料的耐水性是指材料長期在水作用下不破壞、強度也不明顯下降的性質。耐水性用軟化系數(shù)表示，如下式：式中：K——材料的軟化系數(shù)f1——材料在飽和吸水狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）

f——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）一般材料吸水后，強度均會有所降低，強度降低越多，軟化系數(shù)越小，說明該材料耐水性越差。材料的KR在0~1之間，工程中將KR>0.85的材料，稱為耐水材料。長期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結構，必須KR>0.85，次要結構中不宜小于0.75?！?第49頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

二、材料的熱工性質1．導熱性定義：材料的導熱性是指材料兩側有溫差時，熱量由高溫側流向低溫側傳遞的能力，常用導熱系數(shù)表示。計算公式：

式中λ——導熱系數(shù)（W/m.k）；Q——傳導熱量（J）；d——材料厚度（m）；A——材料傳熱面面積（m2）；T1－T2——材料兩側溫差（K）；t——傳熱時間（S）材料的導熱性與孔隙特征有關，增加封閉孔隙能降低材料的導熱能力。λ的影響因素：組成、結構，孔隙率、孔隙特征、受潮、受凍絕熱材料定義：λ≤0.23w/m·k第50頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

熱阻——熱量通過材料時所受到的阻力，定義為材料層厚度與導熱系數(shù)的比值熱阻（單位：m2·K/W）：

（二）熱容（量）和比熱容同種材料的熱容性差別，常用熱容量比較，熱容量定義：熱容量是指材料在溫度變化時的吸收或放出熱量的能力。計算公式：

式中：Q——熱量（kJ）m——材料的質量（kg）T1－T2——材料受熱或冷卻前后的溫差（K）；C——材料的比熱容（kJ/kg·K）是指單位質量的材料升高單位溫度時所需熱量。不同材料間的熱容性，可用比熱作比較。第51頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

三、材料的耐熱性和耐燃性1．耐熱性：材料長期在高溫作用下，不失去使用功能的性能稱為耐熱性。2．耐燃性：在發(fā)生火災時，材料抵抗和延緩燃燒的性質稱為耐燃性，材料的耐燃性按耐火要求規(guī)定分為非燃燒材料、難燃燒材料和燃燒材料三類。第52頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

四、與聲有關的性質1、吸聲性和吸聲系數(shù)材料能吸收聲音的性質稱為吸聲性，以吸聲系數(shù)來表示：式中：α——吸聲系數(shù)；E1——被材料吸收的聲能；

E0——入射到材料表面的總聲能。吸聲材料定義：吸聲系數(shù)>0.2的材料2、隔聲性和隔聲量材料隔絕聲音的性質稱為隔聲性，以隔聲量R表示：式中：R——隔聲量，分貝（dB）;E2——透過材料的聲能；

E0——入射到材料表面的總聲能。 室內(nèi)隔聲效果取決于：材料、結構返回鍵第53頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三

§2-3材料的力學性質

一、材料的受力變形

材料受外力作用，其內(nèi)部會產(chǎn)生一種用來抵抗外力作用的內(nèi)力，同時伴隨材料的變形，根據(jù)變形特點，可分為：彈性變形：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，能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。如圖（a）塑性變形：若去除外力，材料仍保持變形后的形狀和尺寸，且不產(chǎn)生裂縫的性質，稱為塑性，此種不可恢復的變形稱為塑性變形。如圖（b）。（a）彈性變形曲線（b）塑性變形曲線（c）彈塑性變形曲線§1第54頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三材料在彈性范圍內(nèi)應力與應變之間的關系符合如下虎克定律：σ=Eε式中σ——應力（MPa）；ε——應變；E——彈性模量（MPa）。彈性模量是材料剛度的度量，反映了材料抵抗變形的能力，是結構設計中的主要參數(shù)之一。實際材料較小外力作用下，表現(xiàn)為彈性變形；受力超過限度后，表現(xiàn)為塑性變形。受力后，彈性變形與塑性變形同時產(chǎn)生§1第55頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三二、強度及強度等級（一）、強度定義：分類：影響因素：

抵抗外力破壞的最大應力值抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度材料內(nèi)因……組分、結構試驗條件……試件(尺寸、形狀、含水率)溫度、加荷速度等第56頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三PPP材料的抗拉、抗壓、抗剪強度可用下式計算：式中：f——抗拉或抗壓或抗剪強度（MPa）；Pmax——材料破壞時的最大荷載（N）；A——受力面面積（mm2）§1第57頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三P抗彎（折）強度計算公式為：式中：ff——抗彎（折）強度（MPa）；Pmax——試件破壞時的最大荷載（N）；L——二支點之間距離（mm）；b、h——試件截面的寬度和高度（mm）。§1第58頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三（二）、強度等級土木工程材料常按其強度的大小劃分成若干個等級，稱為強度等級。對脆性材料，如磚、石、混凝土等，主要根據(jù)其抗壓強度劃分強度等級，對建筑鋼材則按其抗拉強度劃分強度等級。幾種常見的土木工程材料的強度見下表：第59頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三三、比強度比強度是評價材料是否輕質高墻的指標，其值等于材料的強度與體積密度之比，數(shù)值越大，表明材料越輕質高強。幾種材料的比強度見下表：第60頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三四、脆性和韌性脆性：材料在外力作用下，無明顯塑性變形而突然破壞的性質，稱為脆性。具有這種性質的材料稱為脆性材料，它的變形曲線如右圖。韌性（沖擊韌性）：材料在沖擊或震動荷載作用下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質。它可用材料受荷載達到破壞時所吸收的能量來表示。由下式計算：aK=AK/A式中aK——材料的沖擊韌性（J/mm2）；AK——試件破壞時所消耗的功（J）；A——試件受力凈截面積（mm2）§1第61頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三五、硬度和耐磨性1．硬度定義：硬度是材料抵抗較硬物質刻劃或壓入的能力。測定方法：測定硬度的方法很多，常用刻劃法和壓入法。莫氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

布氏法是在布氏硬度機上用一規(guī)定直徑的硬質鋼球，加以一定的壓力，將其壓入鋼材表面，使形成壓痕，將壓力除以壓痕面積，所得應力值為該鋼材的布氏硬度值（HB）。數(shù)值越大表示鋼材越硬。洛氏法是在洛氏硬度機上根據(jù)測量的壓痕深度來計算硬度值。2．耐磨性定義：耐磨性是材料抵抗磨損的能力，用耐磨率表示，計算公式：

式中M——耐磨率，g/cm2;m0——磨前質量，g;m1——磨后質量，g；A——試樣受磨面積，cm2?！?返回鍵第62頁，共70頁，2023年，2月20日，星期三§2-4材料的耐久性一．抗?jié)B性定義：材料的的抗?jié)B性，是指其抵抗壓力水滲透的性質。材料的抗?jié)B性常用滲透系數(shù)或抗?jié)B標號表示：滲透系數(shù)按照達西定律以公式表示為：式中：K——滲透系數(shù)（cm/h）；Q——滲水總量（cm3）；A——滲水面積（cm2）；d——試件厚度（cm）；t——滲水時間（h）；H——靜水壓力水頭（cm）。

對混凝土材料我國目前采用抗?jié)B等級（記為S）來衡量。材料的抗?jié)B性與孔隙率及孔隙特征（孔徑、孔的連通性）有關。開口的連通大孔越多，抗?jié)B性越差；閉口孔隙率大的材料，抗?jié)B性仍可良好。材料的滲透系數(shù)越小，或抗?jié)B標號越高，表明材料的抗?jié)B性越好。地下建筑、壓力管道等設計時都必須考慮材料的抗?jié)B性?！?破壞作用：物理作用－溫濕度、凍融、流水、紫外線化學作用－酸堿鹽水溶液、有害氣體、水生物作用－蟲、菌定義——材料在各種使