材料基本性質(zhì)10

第1章

土木工程材料的基本性質(zhì)BasicPropertiesofCivilEngineeringMaterials湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院CivilEngineering&Architecture-HBUT內(nèi)容要點(diǎn)土木工程材料的組成與結(jié)構(gòu)材料的基本狀態(tài)參數(shù)材料的力學(xué)性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料的熱學(xué)性質(zhì)材料的耐久性土木工程材料的安全性

土木工程的功能要求的材料性能承受荷載長(zhǎng)期可靠性防水、隔熱隔聲、防火采光、絕緣不污染環(huán)境強(qiáng)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？※土木工程材料如何滿足工程要求？

——現(xiàn)代材料科學(xué)的研究路線組成結(jié)構(gòu)性能用途制備工藝外因HH土木工程專業(yè)側(cè)重物相組成化學(xué)組成礦物組成材料的物相組成：固相氣相液相材料的化學(xué)組成：元素化合物1.1土木工程材料的組成與結(jié)構(gòu)

一、材料的組成

材料的礦物組成：礦物相——特定化合物、特定結(jié)構(gòu)和特定性質(zhì)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(lèi)與含量礦物：具有一定化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征的天然化合物或單質(zhì)；也指材料中具有特定晶體結(jié)構(gòu)、特定物理力學(xué)性能，類(lèi)似于天然礦物的物相或化合物。礦物組成：土木工程材料中的礦物種類(lèi)及其含量。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：奧氏體鐵素體滲碳體珠光體3.化學(xué)組成（1）金屬材料：以化學(xué)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：用各種氧化物的百分含量表示。生石灰的化學(xué)組成是CaO，熟石灰是Ca(OH)2。硅酸鹽水泥化學(xué)組成是：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。（3）聚合物：以重復(fù)形成的有機(jī)鏈節(jié)表示。聚氯乙烯塑料化學(xué)組成：PVC樹(shù)脂（[-CH－CHCl-]n）、二丁酯、CaCO3等?；瘜W(xué)組成指材料中各物相所含元素或單質(zhì)與化合物的種類(lèi)和總含量?；瘜W(xué)組成是決定材料物化性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)的主要因素?！瘜W(xué)組成與礦物組成的關(guān)系化學(xué)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(xué)成分均為CaSO4

0.5H2O。

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(xué)成分均是CaO和SiO2。礦物組成相同，其化學(xué)組成一定相同。

礦物組成相同表明化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的“三同”。土木工程材料的組成是決定其性能的內(nèi)在原因。例如：生石膏CaSO4·2H2O與熟石膏CaSO4·0.5H2O的差別在所含H2O的數(shù)量不同，因而，后者有水化活性，而前者沒(méi)有；早強(qiáng)水泥與普通硅酸鹽水泥的差別在于C3S、C3A等凝結(jié)硬化快的礦物成分的含量更高；純鐵強(qiáng)度不高且較柔軟，而鋼較強(qiáng)韌，生鐵較硬脆，其主要原因是它們的含C量百分之幾的微小差別。

兩條基本原則：在選用材料時(shí)，必須了解材料的組成（化學(xué)組成、物相組成和礦物組成）；可以通過(guò)改變材料的組成來(lái)改善材料的性能?！牧辖M成與性能的關(guān)系二、材料的結(jié)構(gòu)1.材料的結(jié)構(gòu)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(gòu)成各物相的質(zhì)點(diǎn)的堆積方式和分布情況。2.材料結(jié)構(gòu)層次（根據(jù)分辨率的大小分）宏觀結(jié)構(gòu)細(xì)觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)尺寸為～10-3m(肉眼或放大鏡可辯)尺寸為10-6~10-3m(光學(xué)顯微鏡可辯)尺寸為＜10-6m(X射線電子顯微鏡)尺寸為10-10~10-8m(高倍電鏡)（1）宏觀構(gòu)造定義：是指用肉眼或放大鏡能觀察到的毫米級(jí)構(gòu)造狀況。包括：組成的基本單元形狀、結(jié)合形態(tài)、孔隙大小及數(shù)量。

例如混凝土中砂、石和水泥石的堆積和分布情況。宏觀結(jié)構(gòu)有：散粒結(jié)構(gòu)（砂、石）、聚集結(jié)構(gòu)（混凝土）、多孔結(jié)構(gòu)（石膏制品）、致密結(jié)構(gòu)（金屬）、纖維結(jié)構(gòu)（木材）、層狀結(jié)構(gòu)（木膠合板）等。（2）顯微結(jié)構(gòu)(細(xì)觀結(jié)構(gòu))定義：是指用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察到的構(gòu)造狀況，尺寸范圍為10-6~10-3m。金屬材料：金相分析無(wú)機(jī)非金屬材料：巖相分析顯微結(jié)構(gòu)包括：

晶相種類(lèi)、形狀、顆粒大小及分布；玻璃相含量和分布；氣孔數(shù)量和分布等。

（3）微觀結(jié)構(gòu)指材料分子、原子與離子排列、連接的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，尺寸范圍在10-10~10-6m內(nèi)。微觀結(jié)構(gòu)分：晶態(tài)（有序、重復(fù)排列）非晶態(tài)（無(wú)序排列）

玻璃態(tài)（均質(zhì)，無(wú)序，如玻璃）

無(wú)定形態(tài)（夾雜氣泡等非均質(zhì)、無(wú)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(wú)序堆積排列，宏觀均質(zhì)透明。

如膠體是由微細(xì)的固體粒子和分散介質(zhì)（液體）組成的結(jié)構(gòu)，包括溶膠和凝膠。無(wú)序排列，并夾雜氣泡、缺陷等非均質(zhì)成份。1.2材料的基本狀態(tài)參數(shù)一、材料的密度、表觀密度與堆積密度★相同質(zhì)量的材料的

與物相和質(zhì)點(diǎn)的堆積狀態(tài)有關(guān)?！N體積：V——絕對(duì)密實(shí)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(dāng)干燥質(zhì)量m相同時(shí)，V＜V0

＜V0’

。體積※三種密度⑴密度ρ＝m/V——材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。

⑵表觀密度ρ0＝m/V0——材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。

⑶堆積密度ρ0’

＝m/V0’—散粒材料在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。式中：

m——材料的干燥質(zhì)量V——絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積。V0——自然狀態(tài)下的體積。包括開(kāi)口與閉口孔隙。V’0——散粒物料在堆積狀態(tài)下的體積。除材料孔隙外，還包括散粒料之間的堆積空隙。※注意：ρ是特指真密度，但教材習(xí)慣上只稱作“密度”。思考：質(zhì)量m的某種物料，試比較三種密度的大??？答：因V＜V0＜V0’

，由三種密度定義得：ρ＞ρ0＞ρ0’

。二、密度、表觀密度和堆積密度測(cè)量方法密度ρ（與材料干濕無(wú)關(guān)）

試樣—粉末（粒徑<0.20mm）；體積測(cè)量—李氏瓶排液法表觀密度ρ0（與材料干濕有關(guān)）※體積測(cè)量：表觀密度（或視密度）：只含閉口孔的體積。如散料砂石類(lèi)：直接排水法。體積密度（或容重）：(閉口孔+開(kāi)口孔)的體積。

形狀規(guī)則材料—可直接測(cè)量其外形尺寸，計(jì)算。

不規(guī)則形狀材料—蠟封排液法。★注意：要注明材料含水狀態(tài)。未注明則默認(rèn)為干表觀密度。堆積密度ρ0’

試樣—顆粒；體積測(cè)量—固定容器體積法材料名稱密度ρ（g/cm3）表觀密度ρ0（kg/m3）堆積密度ρ0’（kg/m3）鋼7.857850

花崗巖2.802500～2900

碎石

2650～27501400～1700砂

2630～27001450～1700粘土2.60

1600～1800水泥3.10

1100～1300燒結(jié)普通磚2.701600～1900

燒結(jié)空心磚（多孔磚）2.70800～1480

紅松木1.55400～800

泡沫塑料

20～50

玻璃2.55

普通混凝土

2100～2600表：常用土木工程材料的密度材料密度排序：金屬材料＞非金屬材料＞高分子材料＞纖維復(fù)合材料＞木材＞泡沫材料；在建筑施工、計(jì)算材料用量、構(gòu)件自重、配料、料堆體積及運(yùn)輸量時(shí)使用各種密度；對(duì)密實(shí)材料，ρ≈ρ0≈ρ0’，因表觀密度易測(cè)，在精確度不高時(shí)，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(guān)，有松堆密度（自然堆積狀態(tài)）和緊堆密度（振實(shí)）。三、材料的孔隙與空隙㈠、材料中的孔隙※孔隙有哪些特征孔隙種類(lèi)？——(開(kāi)口與閉口、連通與獨(dú)立)孔大??？——（大孔、毛細(xì)孔及小孔）孔的多少？——（孔隙率）材料內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)根據(jù)孔徑尺寸，分為：微孔—納米級(jí)孔細(xì)孔—微米級(jí)孔大孔—毫米級(jí)及以上的孔根據(jù)孔隙特征，分為：連通孔—相互連通，構(gòu)成孔隙網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立孔—不連通，獨(dú)立分散根據(jù)孔是否與外界相通，分為：開(kāi)口孔閉口孔

在建筑材料中，常以常溫、常壓下水能否進(jìn)入孔中來(lái)區(qū)分開(kāi)口與閉口。

開(kāi)口孔對(duì)吸聲有利,但會(huì)使強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍及耐久性下降。

1.孔隙率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)：

2.密實(shí)度D

定義：材料體積中被固體物質(zhì)充實(shí)的程度D。

即D+P=1

材料的密實(shí)度越大，則強(qiáng)度越高、吸水率越小、導(dǎo)熱性越大。

3.開(kāi)口孔隙率PK式中:VK——指材料開(kāi)口孔體積，cm3或m3；V0——材料總體積，cm3或m3。4.閉口孔隙率PB

PB=P-PK

工程上常采用改變材料的孔隙率及孔隙特征的方法來(lái)改善材料的性能。例如對(duì)水泥混凝土加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)提高密實(shí)度，或加入引氣劑引入一定數(shù)量的閉口孔，可提高混凝土的抗?jié)B及抗凍性。

㈡、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；ρ0——表觀密度。g/cm3或kg/m3;ρ0’——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。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例題

某工地質(zhì)檢員從一堆碎石料中取樣，并將其洗凈后干燥，用一個(gè)10升的金屬桶，稱得一桶碎石的凈質(zhì)量是m1=13.50kg；再?gòu)耐爸腥〕鰉2=1000g的碎石，讓其吸水飽和后用布擦干，稱其質(zhì)量為m3=1036g；然后放入一廣口瓶中，并用水注滿這廣口瓶，連蓋稱重為m4=1411g，水溫為25

C，將碎石倒出后，這個(gè)廣口瓶盛滿水連同蓋的質(zhì)量為m5=791g；另外從洗凈完全干燥后的碎石樣中，取一塊碎石磨細(xì)、過(guò)篩成細(xì)粉，稱取m6=50g，用李氏瓶測(cè)得其體積為18.8毫升。請(qǐng)問(wèn)：1、該碎石的密度、表觀密度和堆積密度？2、該碎石的孔隙率和密實(shí)度、開(kāi)口孔隙率和閉口孔隙率？3、該碎石的空隙率和填充率？解1、∵V0’=10L，m1=13.5kg；∴ρ0’=m1/V0’=13.5/10=1.35kg/L(g/cm3)∵吸水后碎石m3=1036g，連瓶帶水重m4=1411g；∴倒出碎石后的“半瓶水”重=m4－m3；而用水補(bǔ)足碎石V0后的“滿瓶水”重為m5；

∴

V0=[m5－(m4－m3)]/ρ水=791－(1411－1036)=416cm3∴ρ0=m2/V0=1000/416=2.404g/cm3∵V=18.8mL，m6=50g;∴ρ=m6/V=50/18.8=2.66g/cm3解2P=[1－ρ0/ρ]×100%=(1－2.404/2.66)×100%=9.624%D=1－P=1－9.624%=90.376%PK=VK/V0=(m3－m2)/V0=(1036－1000)/416=8.653%PB=P－PK=9.624%－8.65%=0.974%解3P’=1－V0/V0’=(1－ρ0’/ρ0)×100%=(1－1.35/2.404)×100%=43.8%D’=1－P’=1－43.8%=56.2%小結(jié)ρ——V；

ρ0——V0——P(=Pk+PB)——D;

ρ0’

——V0’——P’——D’。主要公式：

⑴密度ρ＝m/V；表觀密度ρ0＝m/V0；堆積密度ρ0’

＝m/V0’

⑵孔隙⑶空隙

1.3材料的力學(xué)性質(zhì)

力學(xué)概念荷載軸向荷載剪切荷載

應(yīng)力應(yīng)變軸向荷載—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(kāi)始拉長(zhǎng)的荷載-壓縮荷載:使材料從末端開(kāi)始?jí)憾痰暮奢d剪切荷載:荷載作用力方向與承載面相切應(yīng)力——單位面積上的荷載應(yīng)變—荷載作用下材料伸長(zhǎng)或壓縮與其原始長(zhǎng)度之比(單位變形)

一、強(qiáng)度

1.強(qiáng)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(shí)的強(qiáng)度極限表示。根據(jù)荷載種類(lèi)與作用方向，強(qiáng)度分為：抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度測(cè)試劈裂拉伸測(cè)試四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)直接拉伸測(cè)試

（1）材料組成、結(jié)構(gòu)

（2）試驗(yàn)條件

★試件：形狀（棱柱體比立方體↓）、尺寸（大↓）；

★表面狀態(tài)（潤(rùn)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(qiáng)度的因素2.強(qiáng)度等級(jí)

根據(jù)其極限強(qiáng)度值的大小，人為劃分的若干“強(qiáng)度等級(jí)”—?jiǎng)澐植牧系馁|(zhì)量等級(jí)。如水泥用28天抗壓強(qiáng)度值（MPa）。3.比強(qiáng)度

材料強(qiáng)度與材料的表觀密度之比，是材料單位質(zhì)量的強(qiáng)度?？膳袛嗖牧鲜欠褫p質(zhì)高強(qiáng)。二、彈性與塑性1.彈性

當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料能夠完全恢復(fù)原來(lái)變形的性質(zhì)稱為彈性。具有這種性質(zhì)的材料稱為彈性材料；根據(jù)其應(yīng)力—應(yīng)變曲線，有:線彈性和非線彈性。2.塑性

當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料仍保持變形后形狀和尺寸、并不發(fā)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。具有這種性質(zhì)的材料稱為塑性材料；其應(yīng)力—應(yīng)變曲線是非線性的，且不連續(xù)，每一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變之比都不相同。線彈性特征：應(yīng)力與應(yīng)變成正比；應(yīng)力～應(yīng)變曲線是一條直線應(yīng)力與應(yīng)變之比(直線斜率)是彈性模量，為常數(shù)。

彈性模量非線性特征：應(yīng)力～應(yīng)變曲線不是直線而是曲線應(yīng)力與應(yīng)變之比——彈性模量不是常數(shù)Strainstress三、脆性和韌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(diǎn)：其應(yīng)力—應(yīng)變曲線下的面積很小。具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料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(diǎn)：其應(yīng)力—應(yīng)變曲線下的面積較大，這個(gè)面積就是其破壞前吸收的總能量。具有這種性質(zhì)的材料稱為韌性材料。..對(duì)于脆性材料，極限強(qiáng)度與破壞強(qiáng)度是一致的。對(duì)于韌性材料，極限強(qiáng)度高于破壞（斷裂）強(qiáng)度。材料韌性的測(cè)量材料韌性用韌度來(lái)量度韌度—材料吸收能量的能力。韌度測(cè)試計(jì)算：帶缺口試件的沖擊試驗(yàn)

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(dòng)和沖擊。路面、橋梁、吊車(chē)梁等不能采用脆性材料建造。泰坦尼克號(hào)沉沒(méi)—最大的脆性材料災(zāi)難

1912年初航遇冰山撞擊，35cm厚船鋼板撕裂，3小時(shí)后沉沒(méi)。1991年打撈出鋼板，經(jīng)檢測(cè)比現(xiàn)代鋼材抗壓還好，但沖擊韌性差（S含量高）屬脆性材料。四、硬度和耐磨性

1.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(cè)定方法分為：壓痕硬度、沖擊硬度、回彈硬度、刻痕硬度等。硬度的測(cè)定方法：（1）刻劃法（莫氏硬度）以兩種礦物相互對(duì)刻的方法確定，為相對(duì)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(jù)壓痕深度或面積測(cè)定硬度。木材、混凝土、鋼材等的硬度常用鋼球壓入法測(cè)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(qiáng)，但不易加工。布氏硬度ＨＢ測(cè)定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(lái)表示。磨損率B：式中：m1、m2——試件被磨損前、后的質(zhì)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(yīng)考慮其硬度和耐磨性。一般強(qiáng)度較高、密實(shí)的的材料．其硬度較大，耐磨性較好。

1.4材料與水有關(guān)的性質(zhì)一、親水性與憎水性材料與水接觸時(shí)，根據(jù)材料是否能被水潤(rùn)濕，分為親水性和憎水性。材料被水潤(rùn)濕的程度用潤(rùn)濕角（接觸角）θ表示。

潤(rùn)濕角θ是在材料、水和空氣三相的交點(diǎn)處，沿水滴表面切線與水與固體接觸面之間的夾角。

1、親水性

0≤θ≤90°時(shí)，材料表面可被水所濕潤(rùn)，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

90°＜θ≤180°時(shí)，材料表面不可被水濕潤(rùn)，這種性能稱為材料的憎水性，材料稱為憎水性材料。※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(dòng)散開(kāi)和鋪展，并自發(fā)地潤(rùn)濕表面。水在憎水性材料的表面有自動(dòng)收縮成珠的趨勢(shì)，不能潤(rùn)濕材料的表面。對(duì)工程防水有利。憎水界面親水界面※材料毛細(xì)管的吸水性

親水性材料：能通過(guò)毛細(xì)管作用自動(dòng)將水吸入材料內(nèi)部；憎水性材料：水分不能滲入材料的毛細(xì)管內(nèi)。親水性毛細(xì)管；(b)憎水性毛細(xì)管材料毛細(xì)管吸水性示意圖★材料的親水性主要取決于材料的組成與結(jié)構(gòu)：有機(jī)材料一般是憎水性。瀝青、石蠟、油漆、塑料等。大多數(shù)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。

二、吸水性與吸濕性1、吸水性

材料與水接觸時(shí)，其內(nèi)部孔隙會(huì)吸收水分，這種性質(zhì)稱為吸水性。材料吸水性用吸水率表示，有質(zhì)量吸水率和體積吸水率兩種形式。⑴.質(zhì)量吸水率：材料吸入水的質(zhì)量與材料干燥質(zhì)量之比。

式中：W質(zhì)——材料的質(zhì)量吸水宰(％)；m濕——材料吸水飽和后的質(zhì)量(g)；m干——材料烘干到恒重的質(zhì)量(g)。

⑵體積吸水率：材料吸收飽和時(shí)，所吸水分的體積占材料干燥自然狀態(tài)下體積的百分?jǐn)?shù)。

式中：W體——材料的體積吸水率(％)；V水——材料在吸水飽和時(shí)，所吸水的體積(cm3)；V0——干燥材料在自然狀態(tài)下的體積(cm3)；ρW——水的密度（g/cm3)；ρ0——材料干表觀密度（g/cm3)。2、吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸濕性用平衡含水率表示，即吸入水與干燥材料的質(zhì)量之比。含水率

式中：W含

——材料的含水率(％)；

m含

——材料含水時(shí)的質(zhì)量(g)；

m干

——材料干燥至恒重時(shí)的質(zhì)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(dāng)材料的含水率與大氣濕度達(dá)到平衡時(shí)的含水率，稱為平衡含水率，此時(shí)的含水狀態(tài)稱為氣干狀態(tài)。木材的吸濕性特別明顯，當(dāng)它吸收空氣中的水分后，將增加容重，降低強(qiáng)度，產(chǎn)生變形；保溫材料吸收水分后，將會(huì)降低其隔熱性能；石膏吸濕性強(qiáng)可調(diào)室溫。※影響吸濕性和吸水性因素材料的吸水性，不僅與材料的親水性或憎水性有關(guān)，而且與孔隙率的大小及孔隙特征有關(guān)。親水性材料的吸水（濕）性＞憎水性材料強(qiáng)。親水性孔壁使水自動(dòng)吸入；憎水性孔壁難以使水吸入。材料通過(guò)開(kāi)口、連通的孔隙吸收外部環(huán)境的水。開(kāi)口微孔越多，材料吸水率越大；開(kāi)口連通孔徑較小，因毛細(xì)管作用而容易吸水。但開(kāi)口大孔多，因水進(jìn)去又容易出來(lái)，不一定吸水率大。吸水后，材料體積密度↑；體積↑；導(dǎo)熱性↑；強(qiáng)度↓；抗凍性↓※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(zhì)量吸水率、體積吸水率兩種定義形式。含水率：自然含水狀態(tài)，數(shù)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(zhì)量吸水率W質(zhì)※材料的吸水飽和系數(shù)（或水飽和度）KBKB：材料吸入水的體積與孔隙體積之比?！烧f(shuō)明材料的吸水程度和孔隙特征。KB＝W體／P＝PKKB＝0~1KB＝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(kāi)口孔。問(wèn)題？

1、為什么房屋一樓潮濕？

2、如何解決？1、地下水沿材料毛細(xì)管上升，然后在空氣中揮發(fā)。2、解決問(wèn)題的原理與辦法阻塞毛細(xì)通道，技術(shù)措施？對(duì)材料中的毛細(xì)管壁進(jìn)行憎水處理三、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(shù)(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(qiáng)度；

f干—材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度。軟化系數(shù)波動(dòng)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(jié)構(gòu)物所選用的材料其軟化系數(shù)不得小于0.85~0.90。軟化系數(shù)大于0.85的材料可認(rèn)為是耐水的。水對(duì)材料的破壞作用※溶解—溶蝕作用※溶脹作用※削弱質(zhì)點(diǎn)相互作用力如花崗巖長(zhǎng)期浸泡在水中強(qiáng)度降低3％?！鸾饘俚匿P蝕作用四、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(shù)K：

K=(Q/F·t)·(d/H)式中：Q—透水量(cm3)；H—靜水壓頭(cm)；t—時(shí)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(jí)P：按規(guī)定試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(gòu)筑物及防水材料要考慮其抗?jié)B性?？?jié)B性與孔隙率和孔隙特征有關(guān)?？紫逗苄〉摹⒒蚝]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(shù)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(xué)腐蝕性、抗凍性五、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(jí)F：材料喪失性能前（強(qiáng)度降低不超過(guò)規(guī)定值，明顯損壞和剝落）能承受的最多凍融循環(huán)次數(shù)。次數(shù)愈多，等級(jí)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(yán)寒地區(qū)應(yīng)考慮材料抗凍性。如燒結(jié)普通磚、陶瓷面磚等輕質(zhì)墻體材料要求達(dá)F15、F25；橋梁、道路混凝土要求達(dá)F50、F100、F200；水工混凝土達(dá)F500。水結(jié)冰體積膨脹9％；當(dāng)材料內(nèi)部孔隙飽水情況下，發(fā)生多次凍融循環(huán)，在水結(jié)冰時(shí)產(chǎn)生的拉力作用下，產(chǎn)生裂縫、擴(kuò)展、延伸和連通，導(dǎo)致材料破壞。材料內(nèi)部的孔隙率與孔隙特征（毛細(xì)孔）孔隙內(nèi)的飽水程度（K＞0.80）材料變形能力（強(qiáng)度與韌性）環(huán)境溫度變化（溫度低、結(jié)冰快、頻繁）1.5材料的熱學(xué)性質(zhì)一、導(dǎo)熱性材料傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性，用導(dǎo)熱系數(shù)λ表示。

式中：λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，w／(m?K)Q——傳導(dǎo)的熱量，J；d——材料的厚度，m；T2－T1——材料兩側(cè)溫差，K；A——材料的傳熱面積，m2；t——熱傳導(dǎo)時(shí)間，h。導(dǎo)熱系數(shù)愈小，材料的導(dǎo)熱性能愈差，材料絕熱性愈好。導(dǎo)熱系數(shù)是采暖房墻體和屋面熱工計(jì)算和確定絕熱層厚度的重要參數(shù)。大多數(shù)土木工程材料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.029~3.49W/m?K之間。人們常把＜0.23w／(m·K)的材料稱為絕熱材料。熱阻R：R＝d/λ，熱阻越小，通過(guò)熱量越多，絕熱效果越差。增加絕熱層厚度、降低λ，可提高絕熱效果。※影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素組成：無(wú)機(jī)材料＞有機(jī)材料結(jié)構(gòu)：晶體＞玻璃體，木材順紋＞橫紋孔特征：微細(xì)閉口孔多，λ↓；孔多，λ↓；粗大連通孔多，λ↑（對(duì)流）；材料含水率：含水率大，λ↑；受潮受凍后λ↑，絕熱效果差。

例如：

λ水＝0.58W／(m·K)，λ冰＝2.33W／(m·K)，比λ空氣約大25倍和100倍，所以材料受潮后其導(dǎo)熱系數(shù)將明顯增加，若受凍，則導(dǎo)熱系數(shù)更大，應(yīng)注意材料防潮防凍。溫度：溫度升高，λ↑（熱力管道絕熱）二、比熱與熱容量1、熱容性

材料受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容性。2、比熱(容)C

比熱C表示單位質(zhì)量(kg)材料,溫度上升(或降低)1K時(shí)所需的熱量。材料吸收或放出的熱量Q：

Q=C·m(T2－T1)式中：Q——材料吸收(或放出)的熱量，J；C——材料的比熱，J／(kg?K)；m——材料的質(zhì)量，kgT2-T1——材料受熱(或冷卻)前后的溫度差，K※比熱C與材料質(zhì)量m之積為材料的熱容量值，材料具有較大的熱容量值對(duì)室內(nèi)溫度的穩(wěn)定有良好的作用。三、熱變形性熱變形性：指材料在溫度變化時(shí)的尺寸變化，用線膨脹系數(shù)α表示。

式中α——線膨脹系數(shù)，1/K；△L——材料的線變形量，mm；L——材料原來(lái)的長(zhǎng)度，mm；T2－T1——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(dǎo)熱系數(shù)小的材料，隔熱保溫效果好。表：幾種典型材料的熱性質(zhì)指標(biāo)材料導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K)比熱(J/kg·K)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0.350.0350.582.330.0230.480.920.840.882.51.304.192.051.001.6材料的耐久性耐久性

材料在長(zhǎng)期使用過(guò)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(zhì)、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(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間——服役壽命。材料