第一章建筑材料的基本性質土木工程材料的基本性質，是指材料處于不同的使用條件和使用環境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質。（1）材料的基本物理性質1密度材料在絕對密實狀態下單位體積的質量用ρ表示。按下式計算：材料的絕對密實體積是指不包括材料孔隙在內的體積。鋼材、玻璃等少數密實材料可根據外形尺寸求得體積。大多數有孔隙的材料，在測定材料的密度時，應把材料磨成細粉，干燥后用李氏瓶測定其體積。材料磨得越細，測得的密度數值就越精確。2表觀密度材料在自然狀態下單位體積的質量稱為表觀密度，用表示。按下式計算：材料在自然狀態下的體積是指包含材料內部孔隙的體積。當材料孔隙內含有水分時，其質量和體積（可以忽略）均有所變化，故測定表觀密度時，須注明其含水情況。按照含水狀態分為：干表觀密度、氣干表觀密度和飽和表觀密度。孔隙的分類①按尺寸大小：微細孔隙（D＜0.01mm)細小孔隙（0.01mm＜D＜1mm)粗大孔隙（D>1mm)②孔隙的構造：開口孔隙閉口孔隙干表觀密度（干燥狀態）氣干表觀密度（與空氣濕度有關平衡時的狀態）飽和表觀密度（吸水飽和狀態）飽和表觀密度（吸水飽和狀態）3孔隙率在材料自然體積內孔隙體積所占的比例，稱為材料的孔隙率，用Ρ表示。按下式計算：孔隙率=開口孔隙率+閉口孔隙率開口孔隙率Pk=閉口孔隙率Pb=4堆積密度散粒或粉狀材料，如砂、石子、水泥等，在自然堆積狀態下單位體積的質量稱為堆積密度，用表示。按下式計算：由于散粒材料堆積的緊密程度不同，堆積密度可分為疏松堆積密度、振實堆積密度和緊密堆積密度。視密度：針對散粒狀、粉狀材料而言，根據測定方法（排液法）和計算公式實際上并非真正的密度，也不是表觀密度值。5空隙率散粒材料自然堆積體積中顆粒之間的空隙體積所占的比例稱為散粒材料的空隙率。用下式計算：6、材料的壓實度與相對密度（較少使用）壓實度=壓實后土的干密度/土的最大干密度×100%材料與水有關的性質1材料的親水性與憎水性親水性：材料能被水潤濕的性質親水性材料：磚、木材、混凝土憎水性：材料不能被水潤濕的性質憎水性材料：石蠟、瀝青、油漆、塑料（a）親水性材料（b）憎水性材料2吸水性和吸濕性吸水性：材料浸入水中吸收水的能力稱為材料的吸水性，常用質量吸水率表示：m——材料干燥狀態下的質量m1——材料吸水飽和狀態下的質量體積吸水率：指材料吸水飽和時，所吸水分的體積占自然狀態體積的百分率。吸水飽和狀態時，吸入水的體積等于材料內開口孔隙的體積。因此體積吸水率等于開口孔隙率。質量吸水率與體積吸水率的關系為：工程中常用質量吸水率表示材料的吸水性。同一材料的吸水率基本是一固定值。吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性，吸濕性常用含水率來表示。即平衡含水率：材料中的水分與周圍空氣的濕度達到平衡時的含水率，稱為平衡含水率。3、材料的耐水性材料長期在水作用下不破壞，且其強度也不顯著降低的性質稱為耐水性，材料的耐水性用軟化系數表示。可按下式計算：耐水性材料要求軟化系數大于0.851).軟化系數越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差。2).對經常處于水中或受潮嚴重的重要結構物（如地下構筑物、基礎、水工結構）的材料，其K軟≥0.85；4抗滲性材料抵抗壓力水滲透的性質稱為材料的抗滲性（不透水性）。dQdQHA抗滲等級抗滲等級指材料在標準試驗方法下進行透水試驗，以試件在透水前所能承受的最大水壓力（0.1MPa）來確定的。如W6、W8表示材料能承受0.6、0.8ＭPa的水壓而不滲水。影響抗滲性的主要因素（1）親水性（2）孔隙率（3）孔隙特征5抗凍性材料在吸水飽和狀態下，能經受多次凍融循環作用而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性質稱為抗凍性。抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下，抵抗凍融循環作用的能力。抗凍等級將材料吸水飽和后，按規定方法進行-20℃～+20℃度凍融循環試驗，以質量損失不超過5％、強度下降不超過25％時，所能經受的最大凍融循環次數來確定。用符號“F”和最大凍融循環次數表示，如F25、F50、F100影響材料抗凍性的因素（1）孔隙率、孔隙特征（2）材料的強度、韌性（3）材料的軟化系數（4）凍結條件：凍結溫度、凍結速度、凍融循環作用的頻繁程度1.某輕質板材，其密度為2.80g/cm3，干燥狀態時表觀密度為800kg/m3，測得其體積吸水率為66.4%，試計算該板的（1）質量吸水率（Wm）（2）閉口孔隙率（Pb）質量吸水率Wm為：（2）材料的孔隙率P為：材料的體積吸水率即為材料的開口孔隙率，因此閉口孔隙率為：Pb=P-Pk=71.4%-66.4%=5%（3）材料與熱有關的性質1導熱性材料傳導熱量的能力稱為導熱性。其大小用導熱系數（λ）表示。λ=Q*a/A(T2-T1)t式中λ－導熱系數（W/m.K）Q－傳導的熱量（J）A－平壁面積（m2）a－材料的厚度（m）t－傳熱時間（s）(T2-T1)－材料兩側溫差（K）影響導熱系數的因素無機材料的導熱系數大于有機材料晶體的導熱系數大于無定形體的導熱系數材料的孔隙率愈大,即空氣愈多,導熱系數愈小；材料的含水率增加,導熱系數也增加大多數材料的導熱系數隨溫度和濕度升高而增加2熱容量與比熱材料加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質，稱為熱容量。大小用比熱表示公式Q=cm(T2－T1)式中Q－材料吸收或放出的熱量（J）c－材料的比熱(J/g.K)m－材料的質量（g）(T2－T1)－材料受熱或冷卻前后的溫差（K)比熱：c=Q/m(T2－T1)3材料的溫度變形性材料的溫度變形性是指溫度升高或降低時體積變化的性質。一、彈塑性變形1彈性及彈性變形材料在外力作用下產生變形，當外力去除后能完全恢復到原始形狀的性質稱為彈性。材料的這種可恢復的變形稱為彈性變形，彈性變形是可逆變形。彈性變形的大小與外力成正比，比例系數稱為材料的彈性模量Ｅ。Ｅ為常數，其值為應力σ與應變ε之比，即彈性模量E是衡量材料抵抗變形能力的一個指標。Ｅ值愈大，材料愈不易變形，材料的剛度愈好。2塑性及塑性變形材料在外力作用下產生變形，當外力去除后，有一部分變形不能恢復，這種性質稱為材料的塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形。塑性變形為不可逆變形。塑性階段，應力與應變不成正比。3彈塑性材料的變形特征4、徐變與應力松弛徐變：固體材料在持久荷載作用下，變形隨時間的延長而逐漸增加的現象。產生的原因：非晶體材料黏性流動晶體材料晶格位錯、晶體滑移影響徐變的因素：應力松弛材料在持久荷載作用下，若所產生的變形因受到約束而不能增大時，則其應力將隨著時間的延長而逐漸減小。(2)材料的強度材料在外力作用下抵抗破壞的能力稱為材料的強度。以外力破壞時單位面積上所承受的外力（拉力、壓力、剪力等）表示。2材料的抗拉、抗壓和抗剪強度3影響材料強度的外界因素1、試件的形狀相同底面積的試件，高度越大，強度值越小。2試件尺寸隨著尺寸的變大，強度測定值逐漸減小3、加荷速度加荷速度越快，測定的強度值越大4、試驗環境的溫濕度4材料的強度等級按強度值的高低劃分為若干等級，即材料的強度等級。脆性材料按抗壓強度劃分：如巖石、磚和混凝土等。鋼材按抗拉屈服強度劃分。石材按極限抗壓強度分9個等級：MU10～MU100；燒結普通磚按抗壓強度分5個等級：MU10～MU30；普通混凝土按抗壓強度分12個等級：C7.5～C60；碳素結構鋼按抗拉屈服強度分5個牌號：Q195～Q275。5比強度材料的強度與其表觀密度比值，是衡量材料輕質高強性能的重要指標。（3）脆性和韌性1脆性材料在外力作用下，當外力達一定值時，材料發生突然破壞，且破壞時無明顯的塑性變形，這種性質稱為脆性。具有這種性質的材料稱脆性材料。2脆性材料特性抗壓強度大于抗拉強度破壞時應變小承受沖擊和震動能力差宜做承壓構件，如磚、石材、混凝土等3韌性材料在沖擊或震動荷載作用下能承受較大變形不致破壞的性質。韌性材料的變形能力大，且抗拉強度幾乎與抗壓強度相等。如低碳鋼、低合金鋼等屬于韌性材料。（4）硬度與耐磨性1硬度硬度是指材料表面抵抗硬物壓入或刻劃的能力。莫氏硬度（HM）：采用刻劃法，并與十個硬度標準比較，確定硬度。布氏硬度（HB）：采用壓入法，用壓痕單位面積上所受的壓力表示。肖氏硬度（HS）：采用回彈法，用重錘的回彈高度作硬度的相對值。2耐磨性材料表面抵抗磨損和磨耗的能力叫做材料的耐磨性。3、材料的耐久性

耐久性是材料在長期使用過程中，抵抗自身及環境因素長期破壞作用，保持原有性能而不變質、不破壞的能力。耐久性是一個綜合性概念，針對不同的破壞因素，耐久性有不同的內容。物理作用：溫度變化、干濕變化、凍融循環作用化學作用：酸、堿、鹽等溶液的侵蝕機械作用：持續荷載生物作用：菌類、昆蟲金屬材料：銹蝕瀝青及高分子材料：老化木材、植物：腐蝕、腐朽混凝土：碳化、堿集料反應等提高耐久性的意義耐久性良好的建筑材料，才能保證建筑物的耐久性。提高材料的耐久性，對節約建筑材料、保證建筑物長期正常使用、減少維修費用、延長建筑物使用壽命等均有十分重要的意義。4、材料的組成、結構和構造對材料性質的影響

（1）材料的組成：化學組成、礦物組成（2）結構：宏觀結構、亞微觀結構和微觀結構（3）構造：材料的宏觀組織狀況（1）材料的組成1化學組成指構成材料的化學元素及化合物的種類及數量。如鋅鋁合金：鋅97%、鋁3%水泥化合物組成：SiO220~24%CaO62~67%Fe2O32.5~6.0%AL2O34~7%MgO<5%化學組成直接決定材料的化學性質、物理性質、力學性質等重要因素2礦物組成①礦物：指無機非金屬材料中具有特定的化學成分、晶體結構和物理力學性質的物質。如：3CaO.SiO22CaO.SiO2長石石英云母方解石②礦物組成指構成材料的礦物種類和數量。如水泥的礦物組成：花崗巖的礦物組成：3CaO.SiO237~60%長石石英云母角閃石2CaO.SiO215~37%玄武巖的礦物組成：3CaO.AL2O37~15%斜長石橄欖石輝石4CaO.AL2O3.Fe2O310~18%（2）材料的結構1宏觀結構2亞微觀結構3微觀結構1宏觀結構指用肉眼或放大鏡能夠分辨的材料組織，其尺寸在10-3m級以上。如材料的孔隙，裂縫以及巖石的節理和木材的紋理等。①．致密結構：鋼材、玻璃②．纖維結構：木材、巖棉③．多孔材料：加氣混凝土、石膏制品④．層狀結構：膠合板、紙面石膏板⑤．散粒結構：砂子、碎石2亞微觀結構用光學顯微鏡能觀察到的材料組織，尺寸范圍在10-3mm以上。主要研究組成物質的單個粒子的形貌。3微觀結構微觀結構是指組成材料的原子、分子層次的結構。可用電子顯微鏡來分析研究該層次上的結構特征。微觀結構的尺寸范圍在10-6～10-10m。微觀結構分為：（1）晶體結構；（2）非晶體結構（玻璃體）；（3）膠體結構。（1）晶體結構內部質點（離子、原子、分子）在空間上按特定規則呈周期性排列時的結構。（2）晶體結構特點單晶體：（1）質點在空間上呈周期性排列（2）具有特定的幾何外形（3）具有各向異性的性質（4）具有固定的熔點和化學穩定性多晶體（單晶體聚集）：各向同性（3）晶體結構分類：①原子晶體：石英、金剛石②離子晶體：CaCl2、NaCl③金屬晶體：鋼鐵,鋁,鎂④分子晶體：合成高分子材料①原子晶體結合：原子以共價鍵結合。特性：較高的強度、硬度和密度；電、熱的不良導體種類：石英、剛玉、金剛石等。②離子晶體結合：正負離子以離子鍵結合而