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1、土木工程材料土木工程材料(cilio)土木工程材料土木工程材料(cilio)的基本性质的基本性质第一页，共82页。问题：问题：土木工程要求材料具备什么性能土木工程要求材料具备什么性能?土木工程材料如何满足土木工程材料如何满足(mnz)(mnz)工工程要求程要求?本章学习哪些内容本章学习哪些内容?第1页/共82页第二页，共82页。土木工程(tm gngchng)的功能 要求的材料性能 承受荷载 长期(chngq)可靠性 防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘 不污染环境强度强度(qingd)、刚、刚度（力学）度（力学）耐久性耐久性物理性能物理性能安全性安全性土木工程要求材料具备哪些性能土木工程要求材
2、料具备哪些性能？第2页/共82页第三页，共82页。土木工程材料如何满足性能土木工程材料如何满足性能(xngnng)要要求？求？v材料的组成材料的组成v材料的结构材料的结构v材料的构造材料的构造(guzo)v材料的复合材料的复合第3页/共82页第四页，共82页。本章本章(bn zhn)(bn zhn)内容内容第一节 材料的基本(jbn)物理性质v第四节第四节 材料材料(cilio)(cilio)的热工、声学、光学性的热工、声学、光学性质及材质及材 料的耐久性性质料的耐久性性质v第五节第五节 材料的组成、结构与构造及其材料材料的组成、结构与构造及其材料 性质的影响性质的影响v第二节第二节 材料与水
3、有关的性质材料与水有关的性质v第三节三节 材料的基本力学性质材料的基本力学性质第4页/共82页第五页，共82页。第一节第一节 材料的基本材料的基本(jbn)(jbn)物物理性质理性质第5页/共82页第六页，共82页。一、材料一、材料(cilio)的体积组成的体积组成大多数土木工程材料的内部大多数土木工程材料的内部大多数土木工程材料的内部大多数土木工程材料的内部都含有孔隙，孔隙的多少和都含有孔隙，孔隙的多少和都含有孔隙，孔隙的多少和都含有孔隙，孔隙的多少和孔隙的特征对材料的性能均孔隙的特征对材料的性能均孔隙的特征对材料的性能均孔隙的特征对材料的性能均产生影响，掌握含孔材料的产生影响，掌握含孔材料
4、的产生影响，掌握含孔材料的产生影响，掌握含孔材料的体积组成是正确理解和掌握体积组成是正确理解和掌握体积组成是正确理解和掌握体积组成是正确理解和掌握材料物理性质的起点。材料物理性质的起点。材料物理性质的起点。材料物理性质的起点。孔隙特征指孔尺寸大小、孔隙特征指孔尺寸大小、孔隙特征指孔尺寸大小、孔隙特征指孔尺寸大小、孔与外界是否连通两个孔与外界是否连通两个孔与外界是否连通两个孔与外界是否连通两个(lin)(lin)(lin)(lin)内容。孔隙与外内容。孔隙与外内容。孔隙与外内容。孔隙与外界相连通的叫开口孔，与外界相连通的叫开口孔，与外界相连通的叫开口孔，与外界相连通的叫开口孔，与外界不相连通的叫
5、闭口孔。界不相连通的叫闭口孔。界不相连通的叫闭口孔。界不相连通的叫闭口孔。含孔材料的体积组成如含孔材料的体积组成如含孔材料的体积组成如含孔材料的体积组成如图图图图1.11.11.11.1所示。所示。所示。所示。图图1.1 含孔材料体积含孔材料体积(tj)组成示意图组成示意图1.固体物质；固体物质；2.闭孔；闭孔；3.开孔开孔第6页/共82页第七页，共82页。从图从图1.1可知，含孔材料的体积包括以下可知，含孔材料的体积包括以下(yxi)三种。三种。(1)材料绝对密实体积。用材料绝对密实体积。用V表示，是指不包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积。表示，是指不包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积。
6、(2)材料的孔体积。用材料的孔体积。用VP表示，指材料所含孔隙的体积，分为开口孔体积表示，指材料所含孔隙的体积，分为开口孔体积(记为记为VK)和闭口孔体和闭口孔体积积(记为记为VB)。(3)材料在自然状态下的体积。用材料在自然状态下的体积。用V0表示，是指材料的实体积与材料所含全部孔隙体积之和。表示，是指材料的实体积与材料所含全部孔隙体积之和。上述几种体积存在以下上述几种体积存在以下(yxi)的关系：的关系：V0=V+VP (1.1)其中其中 VP=VK+VB (1.2)第7页/共82页第八页，共82页。散粒状材料的体积组成如图散粒状材料的体积组成如图1.2所示。其中所示。其中(qzhng)V
7、0表示表示材料堆积体积，是指在堆积状态下的材料颗粒体积和颗粒之间材料堆积体积，是指在堆积状态下的材料颗粒体积和颗粒之间的间隙体积之和，的间隙体积之和，Vj表示颗粒与颗粒之间的间隙体积。散粒状表示颗粒与颗粒之间的间隙体积。散粒状材料体积关系如下：材料体积关系如下：V0=V0+Vj=V+VP+Vj (1.3)图图1.2 散粒材料堆积体积组成散粒材料堆积体积组成(z chn)示意图示意图1.颗粒的固体物质；颗粒的固体物质；2.颗粒的闭口孔隙；颗粒的闭口孔隙；3.颗粒的开口孔隙；颗粒的开口孔隙；4.颗粒间的间隙颗粒间的间隙第8页/共82页第九页，共82页。名称名称定义定义表达式表达式单位单位备注备注密
8、度密度表观密度表观密度堆积密度堆积密度（一）材料的密度（一）材料的密度(md)(md)、表观密度、表观密度(md)(md)与与堆积密度堆积密度(md)(md)二、材料与质量有关二、材料与质量有关(yugun)(yugun)的基本物理性质的基本物理性质材料在绝对材料在绝对(judu)(judu)密密实状态下实状态下,单位体积的质单位体积的质量。量。材料在自然状态下，单位材料在自然状态下，单位体积的质量。体积的质量。材料在堆积状态下，单位体材料在堆积状态下，单位体积的质量。积的质量。g/cmg/cm3 3/m/m3 3/m/m3 3或或g/cmg/cm3 3第9页/共82页第十页，共82页。请看密
9、度请看密度请看密度请看密度(md)(md)试验试验试验试验动画动画动画动画第10页/共82页第十一页，共82页。请看堆积请看堆积请看堆积请看堆积(duj)(duj)密度密度密度密度试验动画试验动画试验动画试验动画第11页/共82页第十二页，共82页。表表1-1 常用土木工程材料的密度、表观常用土木工程材料的密度、表观(bio un)密度和堆积密度密度和堆积密度材料名称材料名称材料名称材料名称密度密度密度密度(g/cm(g/cm(g/cm(g/cm3 3 3 3)表观密度表观密度表观密度表观密度(kg/m(kg/m(kg/m(kg/m3 3 3 3)堆积密度堆积密度堆积密度堆积密度(kg/m(k
10、g/m(kg/m(kg/m3 3 3 3)石灰岩石灰岩石灰岩石灰岩2.62.62.62.62.82.82.82.81 8001 8001 8001 8002 6002 6002 6002 600花岗岩花岗岩花岗岩花岗岩2.72.72.72.73.03.03.03.02 0002 0002 0002 0002 8502 8502 8502 850水泥水泥水泥水泥2.82.82.82.83.13.13.13.19009009009001 300(1 300(1 300(1 300(松散堆积松散堆积松散堆积松散堆积)1 4001 4001 4001 4001 700(1 700(1 700(1 70
11、0(紧密堆积紧密堆积紧密堆积紧密堆积)混凝土用砂混凝土用砂混凝土用砂混凝土用砂2.52.52.52.52.62.62.62.61 4501 4501 4501 4501 6501 6501 6501 650混凝土用石混凝土用石混凝土用石混凝土用石2.62.62.62.62.92.92.92.91 4001 4001 4001 4001 7001 7001 7001 700普通混凝土普通混凝土普通混凝土普通混凝土2 1002 1002 1002 1002 5002 5002 5002 500粘土粘土粘土粘土2.52.52.52.52.72.72.72.71 6001 6001 6001 6001
12、 8001 8001 8001 800钢材钢材钢材钢材7.857.857.857.857 8507 8507 8507 850铝合金铝合金铝合金铝合金2.72.72.72.72.92.92.92.92 7002 7002 7002 7002 9002 9002 9002 900烧结普通砖烧结普通砖烧结普通砖烧结普通砖2.52.52.52.52.72.72.72.71 5001 5001 5001 5001 8001 8001 8001 800建筑陶瓷建筑陶瓷建筑陶瓷建筑陶瓷2.52.52.52.52.72.72.72.71 8001 8001 8001 8002 5002 5002 5002
13、500红松木红松木红松木红松木1.551.551.551.551.601.601.601.60400400400400800800800800玻璃玻璃玻璃玻璃2.452.452.452.452.552.552.552.552 4502 4502 4502 4502 5502 5502 5502 550泡沫塑料泡沫塑料泡沫塑料泡沫塑料1010101050505050第12页/共82页第十三页，共82页。问题问题(wnt)(wnt)？l对于某一种材料来说，其密度、表观密度和堆积密度对于某一种材料来说，其密度、表观密度和堆积密度之间的相互关系怎样？之间的相互关系怎样？l 答：密度表观密度堆积密度答：
14、密度表观密度堆积密度l为什么？为什么？l 答：答：l自然状态自然状态(zhungti)(zhungti)下的体积绝对密实体积孔隙下的体积绝对密实体积孔隙体积；体积；l堆积体积密实体积孔隙体积空隙体积。堆积体积密实体积孔隙体积空隙体积。第13页/共82页第十四页，共82页。（二）密实（二）密实（二）密实（二）密实(m shi)(m shi)度与孔隙率度与孔隙率度与孔隙率度与孔隙率密实密实(m shi)度度图图1-1 1-1 材料材料(cilio)(cilio)孔隙率孔隙率示意图示意图 密实度是指材料体密实度是指材料体密实度是指材料体密实度是指材料体积内，被固体物质积内，被固体物质积内，被固体物质
15、积内，被固体物质所充实的程度。所充实的程度。所充实的程度。所充实的程度。材料的密实度越大，则强度越高、材料的密实度越大，则强度越高、吸水率越小、导热性越大。吸水率越小、导热性越大。第14页/共82页第十五页，共82页。（二）密实（二）密实（二）密实（二）密实(m shi)(m shi)度与孔隙率度与孔隙率度与孔隙率度与孔隙率孔隙率图图1-1 1-1 材料材料(cilio)(cilio)孔隙率孔隙率示意图示意图 孔隙率是指材料孔隙率是指材料(cilio)(cilio)体体积内，孔隙体积占积内，孔隙体积占总体积的百分率。总体积的百分率。材料孔隙率的大小反映了材料的密实程度，孔隙率大，则密实度小。工
16、程中对保温隔热材料和吸声材料，要求其孔隙率大，而高强度的材料，则要求孔隙率小。材料孔隙率的大小反映了材料的密实程度，孔隙率大，则密实度小。工程中对保温隔热材料和吸声材料，要求其孔隙率大，而高强度的材料，则要求孔隙率小。工程上，一般通过测定材料的密度和表观密度来计算材料的孔隙率。工程上，一般通过测定材料的密度和表观密度来计算材料的孔隙率。第15页/共82页第十六页，共82页。（三）填充（三）填充（三）填充（三）填充(tinchng)(tinchng)率与空隙率率与空隙率率与空隙率率与空隙率填充(tinchng)率 图1-2 材料(cilio)空隙率示意图填充率是指散粒材料填充率是指散粒材料在其堆
17、积体积中，被在其堆积体积中，被其颗粒填充的程度其颗粒填充的程度 。第16页/共82页第十七页，共82页。空隙空隙(kngx)率率 图1-2 材料(cilio)空隙率示意图空隙率是指散粒材料在空隙率是指散粒材料在其堆积体积其堆积体积(tj)(tj)中，中，颗粒之颗粒之间的空隙体积间的空隙体积(tj)(tj)占占材料堆材料堆积体积积体积(tj)(tj)的百分率的百分率 。（三）填充率与空隙率（三）填充率与空隙率（三）填充率与空隙率（三）填充率与空隙率 空隙率的大小反映了散粒材料堆积时的致密程度，与颗粒的堆积状态密切相关，可以通过压实或振实的方法获得较小的空隙率，以满足不同工程的需要。空隙率的大小反
18、映了散粒材料堆积时的致密程度，与颗粒的堆积状态密切相关，可以通过压实或振实的方法获得较小的空隙率，以满足不同工程的需要。第17页/共82页第十八页，共82页。第二节 材料(cilio)与水有关的性质第18页/共82页第十九页，共82页。一、材料一、材料一、材料一、材料(cilio)(cilio)的亲水性与憎水性的亲水性与憎水性的亲水性与憎水性的亲水性与憎水性 当水与材料表面当水与材料表面(biomin)相接触时，不同的材料被水所润湿的情况各不相同，这种现象是由于材料与水和空气三相接触时的表面相接触时，不同的材料被水所润湿的情况各不相同，这种现象是由于材料与水和空气三相接触时的表面(biomin
19、)能不同而产生的能不同而产生的(如图如图1.3所示所示)。(a)亲水性材料亲水性材料(cilio)(b)憎水憎水性材料性材料(cilio)(b)图图1.3 材料材料(cilio)的润的润湿角湿角第19页/共82页第二十页，共82页。材料、水和空气三相接触的交点处，沿水表面的切线与水和固体接触面所成的材料、水和空气三相接触的交点处，沿水表面的切线与水和固体接触面所成的夹角夹角 称为润湿角。当水分子间的内聚力小于材料与水分子间的分子亲合力时，称为润湿角。当水分子间的内聚力小于材料与水分子间的分子亲合力时，90，这种材料能被水润湿，表现为亲水性。当水分子间的内聚力大于材料与水分子间的分子这种材料能被
20、水润湿，表现为亲水性。当水分子间的内聚力大于材料与水分子间的分子亲合力时，亲合力时，90，这种材料不能被水润湿，表现为憎水性。土木工程材料中石材、金属，这种材料不能被水润湿，表现为憎水性。土木工程材料中石材、金属(jnsh)、水泥制品、陶瓷等无机材料和部分木材为亲水性材料；沥青、塑料、橡胶和、水泥制品、陶瓷等无机材料和部分木材为亲水性材料；沥青、塑料、橡胶和油漆等为憎水性材料，工程上多利用材料的憎水性来制造防水材料。油漆等为憎水性材料，工程上多利用材料的憎水性来制造防水材料。第20页/共82页第二十一页，共82页。亲水性亲水性(shuxng)与憎水性与憎水性(shuxng)材材料的特征：料的特
21、征：材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：有机(yuj)材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。水在憎水性(shuxng)材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。第21页/共82页第二十二页，共82页。请看亲水性请看亲水性请看亲水性请看亲水性(shuxng)(shuxng)与憎水性与憎水性与憎水性与憎水性(shuxng)(shuxng)动画演示动画演示动画演示动画演示第22页/共82页第二十三页，共82页。二、材料二、材料二、材料二、材料(cilio)(cilio)的吸水性的吸水性的吸水性的吸水性v定义
22、：吸水性是指材料在水中吸收水分的性质定义：吸水性是指材料在水中吸收水分的性质(xngzh)(xngzh)，其大小用吸水率表示。材料的吸水率，其大小用吸水率表示。材料的吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表达形式。有质量吸水率和体积吸水率两种表达形式。第23页/共82页第二十四页，共82页。1、质量吸水率质量吸水率指材料指材料(cilio)吸水饱和时，所吸收水量占材料吸水饱和时，所吸收水量占材料(cilio)干质量的百分率。其计干质量的百分率。其计算式如下：算式如下：(1.9)式中 m材料的质量吸水率(%)。mb材料在吸水饱和状态下的质量(g)。mg材料在干燥状态下的质量(g)。2、体积吸水率（开
23、口孔隙率）指材料吸水饱和时，所吸收水分(shufn)的体积占材料自然体积的百分率。其计算式如下：(1.10)式中 v材料的体积吸水率(%)。mb材料在吸水饱和状态下的质量(g)。mg材料在干燥状态下的质量(g)。V0 材料的自然体积(cm3)。水的密度，常温下取1.0g/cm3。第24页/共82页第二十五页，共82页。材料的吸水率一般用质量吸水率表示。体积吸水率与质量吸水率之间存材料的吸水率一般用质量吸水率表示。体积吸水率与质量吸水率之间存在在(cnzi)以下关系：以下关系：材料吸水率的大小主要取决于它的孔隙率和孔隙特征。水分通过材料材料吸水率的大小主要取决于它的孔隙率和孔隙特征。水分通过材料
24、的开口孔隙吸入，通过连通孔隙渗入其内部，通过润湿作用和毛细管作的开口孔隙吸入，通过连通孔隙渗入其内部，通过润湿作用和毛细管作用等因素将水分存留住。用等因素将水分存留住。因此，具有较多细微连通孔隙的材料，其吸水率较大；而具有粗大因此，具有较多细微连通孔隙的材料，其吸水率较大；而具有粗大孔隙的材料，虽水分容易渗入，但也仅能润湿孔壁表面，不易在孔内存孔隙的材料，虽水分容易渗入，但也仅能润湿孔壁表面，不易在孔内存留，其吸水率并不高；致密材料和仅有闭口孔隙的材料是不吸水的。留，其吸水率并不高；致密材料和仅有闭口孔隙的材料是不吸水的。第25页/共82页第二十六页，共82页。影响影响(yngxing)吸水性
25、的因素吸水性的因素影响影响(yngxing)(yngxing)吸水性的因素：吸水性的因素：v材料材料(cilio)(cilio)的孔隙率；的孔隙率；v材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；材料的本身的性质，如亲水性或憎水性；v孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等 。第26页/共82页第二十七页，共82页。例例 题题 某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其某工地质检员从一堆碎石料中取样，并将其洗净后干燥洗净后干燥(gnzo)(gnzo)，用一个，用一个1010升的金属桶，升的金属桶，称得一桶碎石的净质量是称得一桶碎石的净质量是13.50Kg13.50Kg；再从桶
26、中取；再从桶中取出出1000g1000g的碎石，让其吸水饱和后用布擦干，称的碎石，让其吸水饱和后用布擦干，称其质量为其质量为1036g1036g；然后放入一广口瓶中，并用水；然后放入一广口瓶中，并用水注满这广口瓶，连盖称重为注满这广口瓶，连盖称重为1411g1411g，水温为，水温为2525 C C，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水连同盖的，将碎石倒出后，这个广口瓶盛满水连同盖的质量为质量为791g791g；另外从洗净完全干燥；另外从洗净完全干燥(gnzo)(gnzo)后后的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，的碎石样中，取一块碎石磨细、过筛成细粉，称取称取50g50g，用李氏瓶测得其体积为，
27、用李氏瓶测得其体积为18.818.8毫升。请毫升。请问？问？1 1）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？）该碎石的密度、表观密度和堆积密度？2 2）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？）该碎石的孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率？3 3）该碎石的密实度、空隙率和填充率？）该碎石的密实度、空隙率和填充率？第27页/共82页第二十八页，共82页。解答解答(jid)：1）Vo=10L,m2=13.5kg;0=（m/V0）=13.5/10=1.35 m=1000g,吸水后质量吸水后质量=1036g.设水的密度设水的密度(md)1。则，则，Vo=791(14111036)=416mL 0=（m/V0）=1
28、000/416=2.404 V=18.8mL,m=50g;=(m/V)=50/18.8=2.662)P=10/100%=(12.404/2.66)=9.624%其中：其中：P开开=36/416=8.653%P闭闭=9.6248.65=0.974%3)D=1P=90.376%P=10/0 100%=(11.35/2.404)=43.8%D=1P=143.8%=56.2%碎石在水中吸水的质量(zhling)开口孔隙体积第28页/共82页第二十九页，共82页。三、材料三、材料三、材料三、材料(cilio)(cilio)的吸湿性的吸湿性的吸湿性的吸湿性v定义：材料在空气中，吸收空气中水分定义：材料在空
29、气中，吸收空气中水分(shufn)(shufn)的性质，称为吸湿性。其大小用的性质，称为吸湿性。其大小用含水率表示。含水率表示。材料的吸湿性是可逆的。当较干燥材料处于较潮湿空气中时，会从空气中吸收水分；当较潮湿材料处于较干燥空气中时，材料就会向空气中放出材料的吸湿性是可逆的。当较干燥材料处于较潮湿空气中时，会从空气中吸收水分；当较潮湿材料处于较干燥空气中时，材料就会向空气中放出(fn ch)水分。水分。材料的吸湿性受所处环境的影响，随环境的温度、湿度的变化而变化。当空气的湿度保持稳定时，材料中的湿度会与空气的湿度达到平衡，也即材料的吸湿与干燥达到平衡，这时的含水率称为平衡含水率。材料的吸湿性受
30、所处环境的影响，随环境的温度、湿度的变化而变化。当空气的湿度保持稳定时，材料中的湿度会与空气的湿度达到平衡，也即材料的吸湿与干燥达到平衡，这时的含水率称为平衡含水率。第29页/共82页第三十页，共82页。影响影响(yngxing)吸湿性的因素吸湿性的因素v材料材料(cilio)(cilio)的孔隙率；的孔隙率；v材料的本身的性质材料的本身的性质(xngzh)(xngzh)，如亲水性或憎水性；，如亲水性或憎水性；v孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等；孔隙构造特征，如孔径大小、开口与否等；v周围空气的温度和湿度周围空气的温度和湿度 。第30页/共82页第三十一页，共82页。四、材料四、材料(ci
31、lio)(cilio)的耐水性的耐水性定义：材料在长期饱和水作用下，其强度定义：材料在长期饱和水作用下，其强度定义：材料在长期饱和水作用下，其强度定义：材料在长期饱和水作用下，其强度(qingd)(qingd)(qingd)(qingd)也不显著降低的性质，称为耐水性。也不显著降低的性质，称为耐水性。也不显著降低的性质，称为耐水性。也不显著降低的性质，称为耐水性。其衡量指标为：其衡量指标为：其衡量指标为：其衡量指标为：v软化系数越小，说明材料软化系数越小，说明材料(cilio)(cilio)吸水饱和吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。后的强度降低越多，其耐水性越差。第31页/共82页第三十
32、二页，共82页。材料材料(cilio)软化系数的要求化系数的要求工程对材料工程对材料(cilio)软化系软化系数的要求数的要求对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料筑物、基础、水工结构）的材料(cilio)(cilio)，其，其K K软软0.850.85；受潮较轻的或次要结构物的材料受潮较轻的或次要结构物的材料(cilio)(cilio)，其，其K K软软0.750.75；K K软软0.800.80的材料的材料(cilio)(cilio)，一般称为耐水的材料，一般称为耐水的材料(cilio)(cilio)。第32
33、页/共82页第三十三页，共82页。五、抗渗性五、抗渗性v抗渗性抗渗性材料抵抗水或溶液渗入或渗透的能力材料抵抗水或溶液渗入或渗透的能力v材料的抗渗性用渗透系数材料的抗渗性用渗透系数K表示：表示：v K=(Q/Ft)(d/H)v 式中：式中：Q透水量透水量(cm3)；H静水压头静水压头(cm)；t时间时间(h)v d试件厚度；试件厚度；F 透水面积透水面积(min j)v抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关。大孔且连通孔将抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关。大孔且连通孔将使材料的抗渗系数降低。使材料的抗渗系数降低。v材料抗渗性影响材料的其它耐久性性能材料抗渗性影响材料的其它耐久性性能抗渗性试验(shyn)耐水性
34、耐水性耐化学腐蚀耐化学腐蚀性性抗冻性抗冻性第33页/共82页第三十四页，共82页。抗渗等抗渗等级(dngj)对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗等级(dngj)(P)(dngj)(P)表示：表示：P=10H P=10H1 1 H H试件开始渗水时的水压力试件开始渗水时的水压力（MPaMPa）v渗透系数的物理意义是一定时间内，在一定水压力作用渗透系数的物理意义是一定时间内，在一定水压力作用(zuyng)下，单位厚下，单位厚度的材料，单位渗水面积上的渗水量。材料的越小，说明材料的抗渗性越好。度的材料，单位渗水面积上的渗水量。材料的越小，说明材料的抗渗性越好。v 材料
35、的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级用标准方法进行渗水性试验，测材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。抗渗等级用标准方法进行渗水性试验，测得材料能承受的最大水压力，并依此划分成不同的等级，常用得材料能承受的最大水压力，并依此划分成不同的等级，常用“Pn”表示，其中表示，其中n表示材料所能承受的最大水压力表示材料所能承受的最大水压力MPa数的数的10倍值，如倍值，如P6表示材料最大能承受表示材料最大能承受0.6MPa的水压力而不渗水。材料的抗渗等级越高，其抗渗性越好。的水压力而不渗水。材料的抗渗等级越高，其抗渗性越好。v 材料的抗渗性与其孔隙多少和孔隙特征关系密切，开口并连通的孔隙是材料渗材料的抗渗性
36、与其孔隙多少和孔隙特征关系密切，开口并连通的孔隙是材料渗水的主要渠道。材料越密实、闭口孔越多、孔径越小，水越难渗透；孔隙率越大、水的主要渠道。材料越密实、闭口孔越多、孔径越小，水越难渗透；孔隙率越大、孔径越大、开口并连通的孔隙越多的材料，其抗渗性越差。此外，材料的亲水性、孔径越大、开口并连通的孔隙越多的材料，其抗渗性越差。此外，材料的亲水性、裂缝缺陷等也是影响抗渗性的重要因素。工程上常采用降低孔隙率提高密实度、裂缝缺陷等也是影响抗渗性的重要因素。工程上常采用降低孔隙率提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法来提高材料的抗渗性。提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法来提
37、高材料的抗渗性。第34页/共82页第三十五页，共82页。六、材料六、材料(cilio)(cilio)的抗的抗冻性冻性定义定义(dngy)(dngy)：材料在吸水饱和：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低用而不破坏，强度也不显著降低的性质。的性质。v衡量衡量(hng ling)(hng ling)指标：抗冻性指标用抗冻指标：抗冻性指标用抗冻等级等级FnFn表示，表示经过表示，表示经过n n次冻融循环次数后，次冻融循环次数后，质量损失不超过质量损失不超过5%5%，强度损失不超过，强度损失不超过25%25%。第35页/共82页第三十六页，
38、共82页。冻融破坏冻融破坏冻融破坏冻融破坏(phui)(phui)的原因的原因的原因的原因 材料有孔且孔隙含水；材料有孔且孔隙含水；材料有孔且孔隙含水；材料有孔且孔隙含水；水水水水冰，体积膨胀冰，体积膨胀冰，体积膨胀冰，体积膨胀9 9 9 9，结冰压力高达，结冰压力高达，结冰压力高达，结冰压力高达100MPa100MPa100MPa100MPa，结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂；裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度，裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度，裂缝的增加也
39、进一步增加了材料的饱水程度，裂缝的增加也进一步增加了材料的饱水程度，饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏；饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏；饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏；饱水程度的增加进一步加剧了冻融破坏；反复多次加剧破坏，最终材料崩溃；反复多次加剧破坏，最终材料崩溃；反复多次加剧破坏，最终材料崩溃；反复多次加剧破坏，最终材料崩溃；严寒地区道路严寒地区道路严寒地区道路严寒地区道路(dol)(dol)(dol)(dol)、桥梁、水坝、堤防、海上钻井、桥梁、水坝、堤防、海上钻井、桥梁、水坝、堤防、海上钻井、桥梁、水坝、堤防、海上钻井平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。平台、跨海大桥等均需考虑冻
40、融破坏。平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。平台、跨海大桥等均需考虑冻融破坏。第36页/共82页第三十七页，共82页。创新思维创新思维(swi)(swi)？1 1、为什么房屋一楼潮湿？、为什么房屋一楼潮湿？2 2、如何解决？、如何解决？1 1、地下水沿材料毛细管上升，然、地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。后在空气中挥发。2 2、解决问题的原理与办法、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，技术阻塞毛细通道，技术(jsh)(jsh)措施措施？对材料中的毛细管壁进行憎水处对材料中的毛细管壁进行憎水处理理第37页/共82页第三十八页，共82页。第三节第三节 材料的基本材料的基本(jbn)(jbn)力
41、力学性质学性质工程结构设计以承受最大荷载工程结构设计以承受最大荷载(强度强度)，而有最小的变形，而有最小的变形(刚刚度度)为了工程应用效率最优，应按为了工程应用效率最优，应按照材料的强度和刚度，选择材照材料的强度和刚度，选择材料料材料的力学性质指材料在荷载材料的力学性质指材料在荷载(外力外力)作用作用(zuyng)(zuyng)下的强下的强度与刚度度与刚度(形变形变)第38页/共82页第三十九页，共82页。一、材料的强度(qingd)与强度(qingd)等级请看材料受拉破坏请看材料受拉破坏(phui)动画动画演示演示第39页/共82页第四十页，共82页。一、材料(cilio)的强度与强度等级请
42、看材料请看材料(cilio)受压破坏动画受压破坏动画演示演示第40页/共82页第四十一页，共82页。一、材料的强度(qingd)与强度(qingd)等级请看材料受弯破坏请看材料受弯破坏(phui)动画动画演示演示第41页/共82页第四十二页，共82页。一、材料的强度(qingd)与强度(qingd)等级请看材料请看材料(cilio)受剪破坏动画演受剪破坏动画演示示第42页/共82页第四十三页，共82页。一、材料的强度一、材料的强度(qingd)与强度与强度(qingd)等级等级v强度强度(qingd)(qingd)指材料抵抗破坏的能力。指材料抵抗破坏的能力。v材料材料(cilio)(cilio
43、)的抗弯强度的抗弯强度 v材料的抗压、抗拉、抗剪强度。材料的抗压、抗拉、抗剪强度。单位：单位：MPaMPa ，1MPa=1N/mm1MPa=1N/mm2 2第43页/共82页第四十四页，共82页。材料的强度与其材料的强度与其(yq)(yq)组成和构造有关。不同种类的材料抵抗外组成和构造有关。不同种类的材料抵抗外力的能力不同；同类材料当其内部构造不同时，其强度也不同。致密力的能力不同；同类材料当其内部构造不同时，其强度也不同。致密度越高的材料，强度越高。同类材料抵抗不同外力作用的能力也不相度越高的材料，强度越高。同类材料抵抗不同外力作用的能力也不相同；尤其是内部构造非匀质的材料，其不同外力作用下
44、的强度差别很同；尤其是内部构造非匀质的材料，其不同外力作用下的强度差别很大。如混凝土、砂浆、砖、石和铸铁等，其抗压强度较高，而抗拉、大。如混凝土、砂浆、砖、石和铸铁等，其抗压强度较高，而抗拉、弯弯(折折)强度较低；钢材的抗拉、抗压强度都较高。强度较低；钢材的抗拉、抗压强度都较高。第44页/共82页第四十五页，共82页。为了掌握材料性能、便于分为了掌握材料性能、便于分类管理、合理选用材料、正确进类管理、合理选用材料、正确进行设计、控制工程质量，常将材行设计、控制工程质量，常将材料按其强度的大小，划分成不同料按其强度的大小，划分成不同的等级，称为强度等级，它是衡的等级，称为强度等级，它是衡量材料力
45、学性质的主要技术指标。量材料力学性质的主要技术指标。脆性材料如混凝土、砂浆、砖和脆性材料如混凝土、砂浆、砖和石等，主要用于承受压力，其强石等，主要用于承受压力，其强度等级用抗压强度来划分；韧性度等级用抗压强度来划分；韧性材料如建筑材料如建筑(jinzh)钢材，主要钢材，主要用于承受拉力，其强度等级就用用于承受拉力，其强度等级就用抗拉时的屈服强度来划分。抗拉时的屈服强度来划分。第45页/共82页第四十六页，共82页。比强度(qingd)比强度材料的强度与其表观密度的比值（比强度材料的强度与其表观密度的比值（f/of/o），），它是评价材料是否轻质高强的指标它是评价材料是否轻质高强的指标(zhbi
46、o)(zhbio)。几种材料的强度比较几种材料的强度比较材材 料料表观密度表观密度(kg/m(kg/m3 3)强度强度f f (MPa)(MPa)比强度比强度（f/f/o o）低碳钢低碳钢786078604154150.0530.053松松 木木50050034.334.30.0590.059混凝土混凝土2400240060600.0250.025二、材料的比强度二、材料的比强度衡量材料轻质高强的一个衡量材料轻质高强的一个(y)(y)指标，材料的强度与其指标，材料的强度与其表观密度之比，即：表观密度之比，即：第46页/共82页第四十七页，共82页。土木工程中结构材料主要用于承受结构荷载。多数传
47、土木工程中结构材料主要用于承受结构荷载。多数传统结构材料的自重都较大统结构材料的自重都较大(jio d)，其强度相当一部分要用，其强度相当一部分要用于抵抗自身和其上部结构材料的自重荷载，而影响了材料于抵抗自身和其上部结构材料的自重荷载，而影响了材料承受外荷载的能力，使结构的尺度受到很大的限制。随着承受外荷载的能力，使结构的尺度受到很大的限制。随着高层建筑、大跨度结构的发展，要求材料不仅要有较高的高层建筑、大跨度结构的发展，要求材料不仅要有较高的强度，而且要尽量减轻其自重，即要求材料具有较高的比强度，而且要尽量减轻其自重，即要求材料具有较高的比强度。轻质高强性能已经成为材料发展的一个重要方向。强
48、度。轻质高强性能已经成为材料发展的一个重要方向。第47页/共82页第四十八页，共82页。三、弹性三、弹性三、弹性三、弹性(tnxng)(tnxng)与与与与塑性塑性塑性塑性材料在外力作用材料在外力作用材料在外力作用材料在外力作用(wi l zu(wi l zu(wi l zu(wi l zu yn)yn)yn)yn)下产生变形，外力撤掉后下产生变形，外力撤掉后下产生变形，外力撤掉后下产生变形，外力撤掉后变形能完全恢复的性质，称为变形能完全恢复的性质，称为变形能完全恢复的性质，称为变形能完全恢复的性质，称为弹性。弹性。弹性。弹性。弹性模量越大，材料抵抗变形能力弹性模量越大，材料抵抗变形能力(nn
49、gl)越强，在外力作用下的变形越小。越强，在外力作用下的变形越小。材料的弹性模量是工程结构设计和变形验算材料的弹性模量是工程结构设计和变形验算的主要依据之一。的主要依据之一。第48页/共82页第四十九页，共82页。vv材料在外力作用材料在外力作用材料在外力作用材料在外力作用(wi l(wi l(wi l(wi l zu yn)zu yn)zu yn)zu yn)下产生变形，若下产生变形，若下产生变形，若下产生变形，若除去外力后仍保持变形后的除去外力后仍保持变形后的除去外力后仍保持变形后的除去外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂形状和尺寸，并且不产生裂形状和尺寸，并且不产生裂形状和尺寸，
50、并且不产生裂缝的性质称为塑性。缝的性质称为塑性。缝的性质称为塑性。缝的性质称为塑性。完全的弹性完全的弹性(tnxng)材料或塑性材料是没有的，大多数材料在受力材料或塑性材料是没有的，大多数材料在受力变形时，既有弹性变形时，既有弹性(tnxng)变形，也有塑性变形，只是在不同的受力变形，也有塑性变形，只是在不同的受力阶段，变形的主要表现形式不同。当外力去除后，弹性阶段，变形的主要表现形式不同。当外力去除后，弹性(tnxng)变形变形部分可以恢复，塑性变形部分不能恢复。有的材料如钢材，在受力不部分可以恢复，塑性变形部分不能恢复。有的材料如钢材，在受力不大的情况下，表现为弹性大的情况下，表现为弹性(