1、材料性質材料性質（性能性能）（特性特性）合理應用合理應用技術要求 物理性質掌握目的 化學性質 力學性質 耐久性取決于1. .材料組成2. .材料結構3. .試驗條件第一章第一章. .土木工程材料的基本性質土木工程材料的基本性質檢驗檢測常用規格 1. .材料組成化學組成礦物組成相組成 2. .材料結構宏觀結構細觀結構微觀結構納觀結構A.晶體結構B.玻璃體結構C.膠體結構3. .試驗條件試件形狀、尺寸試件表面狀況、含水狀態試驗溫、濕度；加荷速度定義特征A.晶體結構B.玻璃體結構定義特征C.膠體結構定義特征質點在空間按特定的規則呈周期性排列特定的幾何外形；各向異性(金屬材料除外)；固定的熔點，化學穩

2、定性高高溫熔融物經急冷后，質點來不及按一定的規則排列便凝固成固體各向同性；導熱性較低；無固定的熔點；化學穩定性差(即，活性高)分散相分散在連續相介質中形成的分散體系較強的吸附力和粘結力；比晶體和玻璃體結構強度低、變形大第一節第一節.材料的基本物理性質材料的基本物理性質1.密度2.表觀密度03.堆積密度04.孔隙率P 5.空隙率P材料在絕對密實狀態下單位體積重量材料在自然狀態下單位體積重量散粒材料在堆積狀態下單位體積重量一一. .材材料料與與質質量量有有關關的的性性質質材料內部孔隙體積占表觀體積的百分率材料之間空隙體積占堆積體積的百分率體積密度毛體積密度比重容重松散容重閉口孔隙開口孔隙實 體開口

3、孔隙閉口孔隙實體VV閉閉V開開Vo孔隙體積 V孔孔= V開開+ V閉閉空 隙V空空堆積體積 Vo= Vo + V空空=V+V開開 + V閉閉+ V空空表觀體積 Vo= V+ V孔孔= V+V開開 + V閉閉VoV孔孔V空=V空iV0 =V0i)(3cmgVm)(3300mkgcmgVVVmVm或閉開)(3300mkgcmgVVVVmVm或空閉開1 1.密度密度 2.2.表觀密度表觀密度 3.3.堆積密度堆積密度 式中：VV實體體積,李氏密度瓶測V V 式中：VV0表觀體積，表面封蠟測VV0表觀密度又稱容重，分000Vm干干00Vm飽飽00Vm濕濕式中： VV0堆積體積，容量筒測V V000經比

4、較可得：VVV00或得：干容重濕容重飽水容重4.4.孔隙率孔隙率 %1001100000孔VVVVVVVP5.5.開口孔隙率開口孔隙率 %10010OH02VMMVVPPk干飽開開6.6.閉口孔隙率閉口孔隙率 kBPPVVVVVVVVVPP0000開孔開孔閉閉7.7.空隙率空隙率 %1001100000000VVVVVVVP空孔隙、孔隙率與孔隙孔隙、孔隙率與孔隙(形態形態)特征特征 粗孔與細孔粗孔與細孔 毛細孔使材料吸水率，耐久性， 一般來說粗孔不易吸滿水，微細孔隙 吸水率非常大. 開孔與閉孔開孔與閉孔 開孔相對閉孔對材料強度、保溫性、 耐久性更不利。或增加閉口孔隙，可 提高材料保溫性、耐久性

5、.1.一般來說，孔隙尺寸, 材料強度,導熱系數2.孔隙率，材料表觀密度 ；強度 ；導熱系數； 吸水率；透氣、透水性 抗凍性是否降低，視孔隙大小和形態特征而定3.孔隙(形態)特征V =170 cm3V + V閉 =210 cm3V0=V + V開 + V閉 =260 cm3 某材料干燥試樣重450g，浸入水中吸水飽和后排出水的 體積210cm3；取出用濕布抹干再浸入水中排出水的體積260cm3；試樣磨細后烘干再浸入水中，排出水的體積170cm3 。 求：該材料密度，表觀密度0 ，開口孔隙率PK ，閉口孔隙率PB %23.19260500VVPk開%38.15260400VVPB閉則：3/65.

6、2170450cmgVm300/73. 1260450cmgVm例題例題解解：V = 170 cm3V閉 = 40 cm3V開 = 50 cm3密度表觀密度開口孔隙率閉口孔隙率二二. .材料與水有關的性質材料與水有關的性質1.親水性 憎水性潤濕(邊)角 9090親水性材料 9090憎水性材料水分子之間的內聚力小于水分子與材料分子之間的吸引力 大于水分子與材料分子之間的吸引力2.吸水性材料在水中吸收水分的性質指標重量吸水率、體積吸水率3.吸濕性材料在空氣中吸收水分的性質指標含水率 吸(含)水率，對材料的許多性質有不良影響： 如容重、體積、導熱性，強度及抗凍性等 6.材料的含 水狀態干燥(即，絕干

7、)狀態4.耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力指標軟化系數：軟化系數，材料的耐水性好， 反之，材料的耐水性差。 工程中將軟化系數0.85的材料稱為耐水材料5.抗滲性材料抵抗壓力水滲透的性質指標滲透系數：滲透系數 ，抗滲性差。 抗滲等級：P4、P6、P8、P10、P12等。 其中：P12表示材料能夠承受的最大水壓為1.2MPa氣干狀態飽和面干狀態濕潤狀態8.重量吸水率 %100MMM干干飽干水MMwm9.體積吸水率 %1001VV0O2H0VMMwv干飽水二者關系 000干干VMwwmv0mvww 10.含水率 %100MMM干干濕干水MMw某材料飽水容重0飽=1900/m3，體積吸水率wv=46%

8、 求:干容重000O2H0飽干飽VMMwv解解:30044.146.09 .1cmgwv飽例題三三. .材料與熱有關的性質材料與熱有關的性質1.導熱性材料兩側存在溫差時,熱量由一側傳至另一側的性質 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/(mk)的材料，稱為絕熱材料，或節能材料指標導熱系數 材料組成、結構材料的孔隙率、孔隙特征材料的含水狀態受控于最好的絕熱材料為靜止（態）空氣，其=0.023W/(mk) 房建中采用的空心磚(砌塊)、加氣砼砌塊中含有較多的靜態空氣，是良好的節能材料。2.熱容量材料加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質指標比熱容比熱容大的材料，熱容大，有

9、利于建筑物內部溫度穩定3.熱脹冷縮材料隨溫度變化時其尺寸變化的性質指標線膨脹系數用于計算材料在溫度變化時引起的變形或產生的溫度應力建筑物的圍護結構宜選用比熱容大、導熱系數小的材料4.保溫隔熱保溫防止室內熱量的散失隔熱防止室外熱量的進入 一一. .強度強度 1.1.定義定義 材料在外力作用下抵抗破壞的能力 2.2.分類分類 抗壓、抗拉、抗剪、抗彎(折) . 抗壓、抗拉、抗剪強度公式 式中： f f 強度（ MPa）； A 受力面積（mm2）； F max 最大破壞荷載（ N） . 抗彎（折）強度f f 分一點、兩點加荷。 公式見教材 3.3.比強度比強度 材料強度與表觀密度之比。 是衡量材料輕質

10、、 高強的指標。第二節第二節. .材料的基本力學性質材料的基本力學性質AFfmax例例:直徑為18mm的鋼筋,最大破壞荷載120KN,求其抗拉強度f f解：由題知: A = 92 抗拉強度 f f = Fmax/ A = 120103/ 92 = 471.57 MPa4.4.強度與強度等級強度與強度等級 A. A.強度等級：強度等級： 土木材料常根據（極限）強度的大小劃分為不同的強度等級或標號 我國的規范以前采用標號值；目前采用強度等級值。 B.B.強度與強度等級強度與強度等級 區別：a.強度是實測值，強度等級是人為規定的強度范圍。 b.強度指的是材料的極限值，是唯一的。 c.每一強度等級則包

11、含一系列強度值。 聯系：某一材料強度等級的確定必須以其極限強度值為依據.5.5.影響材料強度的因素影響材料強度的因素 A. A.材料的組成、結構與構造材料的組成、結構與構造 即使材料的組成相同，其構造不同，強度也不一樣。 B.B.孔隙率與孔隙特征：孔隙率與孔隙特征： 孔隙率愈大，材料的強度愈小。一般表觀密度大的材料，其強度也大。 對于同一材料，其強度與孔隙率之間存在近似直線的反比關系。 C. C.試件的形狀和尺寸：試件的形狀和尺寸： 受壓時，立方體試件強度棱柱體試件強度，相同材料采用小試件測得的強度較大試件高。 D. D.加荷速度：加荷速度： 當加荷速度快時，由于變形（裂紋擴展）速度慢于荷載增

12、加速度，故測得的強度值偏高。 E.E.試驗環境的溫度、濕度：試驗環境的溫度、濕度： 溫度高、濕度大時，試件會有體積膨脹，材料內部質點距離加大，質點間的作用力減弱，測得的強度值偏低。 F.F.受力面狀態：受力面狀態： 受力面的平整度，潤滑情況等。試件表面不平或表面涂潤滑劑時，所測強度值偏低。混凝土路面磚抗折強度試驗混凝土路面磚抗壓強度試驗建筑鋼筋的拉伸試驗二.彈性與塑性 在外力作用下，材料既產生內力(M、V、N、T),又產生變形(彈、塑) A. 彈彈性變形性變形彈屬于可逆變形，胡克定律（=）代表彈性材料 B. 塑性變形塑性變形 (又稱：殘余變形、永久變形) 塑屬于不可逆變形 A. 脆性脆性外力作

13、用下直至破壞無明顯塑性變形而突然發生破壞的性質 特征f f壓壓 f f拉拉 ,適合受壓構件,不適合受拉、承受沖擊、振動荷載構件 B. 韌性韌性沖擊外力下既吸收能量又產生變形而不破壞的性質。 抗震結構、承受動荷載的結構需要考慮材料的韌性韌性 靜靜荷載荷載作用時不產生加速度的荷載。如結構自重 動荷載動荷載作用時產生加速度的荷載。如沖擊、振動荷載三.脆性與韌性建筑鋼材建筑鋼材外力小時產生彈，外力超某限值時產生塑彈性塑性材料彈性塑性材料 混凝土混凝土外力作用時彈和塑同時產生彈塑性材料彈塑性材料混凝土混凝土、玻璃玻璃、石材石材、陶瓷陶瓷、鑄鐵鑄鐵等材料均為脆性材料如木材木材、鋼材鋼材1. 一質量為4.1kg，體積為10L的容量筒，內部裝滿最大粒徑為20mm的碎石，稱得總質量為19.81kg。向上述容量筒內注水，待石子吸水飽和后再注滿水，稱得其時總質量為23.91kg。將此吸水飽和的石子用濕布擦干表面，稱得石子的質量為16.02kg。 求該碎石: (1) 堆積密度0 (1571 kg/m3)； (2) 質量吸水率Wm (2%) (3) 表觀密度0 (2530 kg/m3)； (4) 空隙率P (37.9%) 提示：已知 m =19.814.1=15.71kg，V空空 = V水水 = (23.914.116.02)/ =3.79L 則 V0 =103.79 = 6.21L