第一章土木工程材料的基本性質

材料的基本物理性質

材料與水有關的性質

材料力學性質

材料熱工、聲學性質

材料耐久性本章考試大綱1、了解建筑材料與質量有關的性質，熟悉建筑材料與水及熱有關的性質2、熟悉強度、比強度、吸水性、吸濕性、耐水性、抗凍性、抗滲性、耐久性及彈性、塑性的概念

材料的組成、結構與構造

密度、表觀密度、堆積密度

密實度與孔隙率

填充率與空隙率一、材料的組成、結構與構造（一）材料的組成１、化學組成２、礦物組成３、相組成（二）材料的結構1、宏觀結構：指用肉眼能觀察到的結構形式。1)按孔隙特征可分為：致密結構、多孔結構、微孔結構。2)按存在狀態或構造特征分為：堆聚結構、纖維結構、層狀結構、散粒結構。2、細觀結構(亞微觀結構)：指用光學顯微鏡能觀察到的結構形式。如金屬材料的金相組織、木材的木纖維、混凝土內的微裂縫等。3、微觀結構：指用電子顯微鏡或Ｘ射線等手段來研究的材料的原子、分子級的結構。固體材料在微觀結構層次上可分為晶體、玻璃體、膠體。

(三)材料的構造土木工程材料常見的構造形式有：密實構造、多孔構造、纖維構造、層狀構造、散粒構造、紋理構造。密實構造的材料內部基本上無孔隙，結構致密。這類材料的特點是強度和硬度較高，吸水性小，抗滲和抗凍性較好，耐磨性較好，絕熱性差。如鋼材、天然石材、玻璃、玻璃鋼等。大理巖的致密表面多孔構造的材料其內部存在大體上呈均勻分布的獨立的或部分相通的孔隙，孔隙率較大，孔隙又有大孔和微孔之分。具有多孔構造的材料，其性質決定于孔隙的特征、多少、大小及分布情況，一般來說，這類材料的強度較低，抗滲性、抗凍性較差，保溫隔熱性較好。如加氣混凝土、石膏制品、燒結普通磚等。加氣混凝土砌塊的多孔構造纖維構造的材料內部組成有方向性，縱向較緊密而橫向疏松，組織中存在相當多的孔隙，這類材料的性質具有明顯的方向性，一般平行纖維方向的強度較高，導熱性較好。如木材、竹、玻璃纖維、石棉等。竹的纖維構造鋼纖維層狀構造的材料具有疊合結構，它是用膠結料將不同的片材或具有各向異性的片材膠合而成整體，其每一層的材料性質不同，但疊合成層狀構造的材料后，可獲得平面各向同性，更重要的是可以顯著提高材料的強度、硬度、絕熱或裝飾等性質，擴大其使用范圍。如膠合板、紙面石膏板、塑料貼面板等。膠合板的層狀構造散粒狀構造指呈松散顆粒狀的材料，有密實顆粒與輕質多孔顆粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密，強度高，適合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨脹珍珠巖等，因具多孔結構，適合做絕熱材料。粒狀構造的材料顆粒堆積時相互間留下空隙，其空隙率主要取決于顆粒大小的搭配。用作混凝土骨料時，要求緊密堆積。用作保溫填充料時，則希望空隙率大一些。陶粒的粒狀構造試題：1(多選)、下列建筑材料中，絕對密實的材料有：（）A.板材B.混凝土C.鋼材D.陶瓷E.玻璃2(多選)、一般多孔構造材料的特點是:()A.強度低B.強度高

C.抗滲性好

D.抗滲性差E.保溫隔熱好F.保溫隔熱差小結：不論材料構造形式如何，可把材料分為兩大類１、單個塊狀材料：其總體積Ｖ0=Ｖ開＋Ｖ閉＋Ｖ固２、散狀堆積材料：其總體積Ｖ’=Ｖ開＋Ｖ閉＋Ｖ固＋Ｖ空、開孔------彼此貫通、與外界相通。閉孔－－封閉、與外界隔絕。單個塊狀材料自然狀態下體積示意圖Ｖ0=Ｖ開＋Ｖ閉＋Ｖ固散狀堆積材料體積示意圖Ｖ’=Ｖ開＋Ｖ閉＋Ｖ固＋Ｖ空

二、密度、表觀密度（單個材料）（一）密度１、定義：材料在絕對密實狀態下單位體積的質量２、計算：

式中ρ——材料的密度，g/cm3；

m——材料的質量（干燥至恒重），g；

V——材料在絕對密實狀態下的體積，cm3。

對近于絕對密實的材料：如金屬、玻璃等，量測幾何體積－稱質量－代入公式中計算。對有孔隙的材料：如磚、混凝土磨成細粉（通過0.2mm或900孔/cm2方孔篩），用李氏密度瓶測量V（排水法）。３、測定方法試題1.材料的密度指:()A.自然狀態下單位體積的質量B.飽和狀態下單位體積的質量C.堆積自然狀態下單位體積的質量D.絕對密實狀態下單位體積的質量（二）表觀密度１、定義：材料在自然狀態下，單位體積的質量。２、計算：式中ρo——材料的表觀密度，kg/m3

或g/cm3；

m——材料的質量（干燥至恒重），kg或g；

Vo——材料在自然狀態下的體積，m3或cm3（Ｖ0=Ｖ開＋Ｖ閉＋Ｖ固）。

３、測定方法

自然狀態下的體積－是指包含材料內部孔隙在內的體積。對形狀規則的材料：烘干－量測幾何體積－稱重－代入公式計算對形狀不規則的材料：（一）視密度１、定義：散狀堆積材料用排水法測體積（近似密實狀態下的體積－視體積），單位體積的質量。２、計算式中ρa——材料的視密度，kg/m3

或g/cm3；

m——材料的質量（干燥至恒重），kg或g；

Va——材料的視體積（Va＝Ｖ固＋Ｖ閉）。

m3或cm3。三、視密度、堆積密度３、測定方法１）稱取烘干試樣m0(g)２）把試樣裝入盛有半瓶水的容量瓶中，加水使水面與容量瓶刻度線平齊，稱其質量m1(g)

。３）倒出容量瓶中的水與試樣，將瓶內外清洗干凈，再往瓶中加水至刻度線，稱其質量m2(g)

Ｖa=m0+m2-

m1

（二）堆積密度１、定義：散狀堆積材料自然堆積，單位體積（含物質顆粒固體及其閉口、開口孔隙體積及顆粒間空隙體積）的質量。２、計算：式中ρo’——堆積密度，kg/m3；

m——材料的質量（干燥至恒重），kg；

V’0——材料的堆積體積，m3。Ｖ’０=Ｖ開＋Ｖ閉＋Ｖ固＋Ｖ空試題1.單個塊狀材料的密度和表觀密度之間的關系：A.密度大于表觀密度；B.密度大于或等于表觀密度；

C.密度小于表觀密度；D.密度小于或等于表觀密度。2.1m3水泥砂漿配用水泥松散體積0.45m3,其堆積密度為1200kg/m3,攪拌損耗率為3%,則1m3水泥砂漿水泥砂用量是()A.540kgB.556.2kgC.2666.67kgD.2746.67kg３、測定方法試題3.(12年)關于材料的表觀密度，下列說法正確的是()A.表觀密度是材料在絕對密實狀態下單位體積的質量B.砂的表觀密度在1450~1650kg/m3之間C.材料在自然狀態下的體積包含了其內部孔隙的體積D.普通粘土磚的表觀密度與粘土空心磚的表觀密度相等３、測定方法四、密實度和孔隙率（一）密實度１、定義：密實度是指材料體積內被固體物質充實的程度。２、計算：（二）孔隙率１、定義：孔隙率是指材料體積內，孔隙體積所占的比例。２、計算：試題1(多選).材料的孔隙率增大,則材料的()下降.A密度B.強度C.抗凍性

D.抗滲性E.吸水率F.表觀密度2.某材料在自然狀態下1m3重量2400kg,孔隙率25%,則其密度為()（附2）A.1.8g/B.3.2g/C.1800g/D.3200g/

或

五、填充率與空隙率（一）填充率１、定義：填充率是指散粒材料堆積體積中，顆粒體積

所占總體積的比率。２、計算：

（二）空隙率１、定義：空隙率是指散粒材料堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。２、計算：試題１.某種材料的密實度為D,孔隙率為P,則()A.D+P=1B.D+P<1C.D+P>1D.D>P２.某材料孔隙率為2.5%,密度為2.6g/,則其表觀密度為kg/:()(附1)A.2535B.253.5C.2650D.19503(多選).材料的物理性能指標主要有（）A.彈性B.塑性C.表觀密度D.密實度4(多選).反映材料密實程度的指標有()A.表觀密度B.相對密度C.堆積密度D.孔隙率E.密實度小結：１、D＋P=1或密實率＋孔隙率＝１

D’+P’=1或填充率+空隙率=1。２、密實度、孔隙率的大小反映了材料本身的致密程度；填充率、空隙率的大小反映了材料堆積的緊密程度。試題１、已知混凝土標準試塊尺寸為150×150×150mm，稱其質量8.1kg，求該混凝土的表觀密度？若用同一混凝土制作尺寸為200×200×200mm和100×100×100mm試件，問試塊的質量各為多少？２、一部小型卡車裝碎石3500kg恰為一車（容積為2m3）。取5kg碎石置于容積為0.0125m3的量筒中加滿水，水與碎石的凈質量為15.6kg。求（１）該碎石的堆積密度？（２）在卡車中要加多少體積的砂可填滿石子空隙？３、常用材料的密度、表觀密度、堆積密度及空隙率如下表所示試題１、已知混凝土標準試塊尺寸為150×150×150mm，稱其質量8.1kg，求該混凝土的表觀密度？若用同一混凝土制作尺寸為200×200×200mm和100×100×100mm試件，問試塊的質量各為多少？２、一部小型卡車裝碎石3500kg恰為一車（容積為2）。取5kg碎石置于容積為0.0125m3的量筒中加滿水，水與碎石的凈質量為15.6kg。求（１）該碎石的堆積密度？（２）在卡車中要加多少體積的砂可填滿石子空隙？3.某工地有砂50噸，表觀密度為2.65g/cm3，堆積密度為1450kg/m