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第1章土木工程材料基本性质

本章提要本章重点：土木工程材料的物理性质和基本力学性质。本章难点：材料的抗冻机理；材料组成、结构对材料性质的影响。1.1材料的物理性质1．与质量有关的性质密度、表观密度、体积密度、堆积密度2．与构造状态有关的性质材料的孔隙率与空隙率3.与水有关的性质亲水性、憎水性吸水性、吸湿性耐水性抗渗性抗冻性4．与热有关的性质导热性热容量耐燃性1.2材料的力学性质材料的强度弹性与塑性脆性和韧性1.3材料的耐久性1.4材料的组成、结构对性质的影响1.4.1材料的组成对材料性能的影响1．化学组成及其对材料性能的影响2．矿物组成及其对材料性能的影响1.4.2材料的结构及其对材料性能的影响宏观结构、亚微观结构、微观结构本章案例分析本章小结密度测定方法：排液法——测定含孔材料的密度时，应把材料磨成细粉以排除内部孔隙，然后用李氏密度瓶（排液法）来测定其体积，即为绝对密实体积。含孔材料材料组成示意图1-固体，2-闭口孔隙，3-开口孔隙（2）材料的表观密度（视密度）指材料在包含内部闭口孔隙体积在内的单位体积的质量，按下式计算：ρ’=m/V’式中：ρ’——材料的表观密度（g/cm3或kg/m3）；m——材料在干燥状态下的质量（kg或g）；V’——材料在自然状态下不含开口孔隙的体积（cm3或m3）。V’=V+VB在测定某些较致密的不规则的散粒材料（如砂、石等）的密度时，常直接用排水法测定其绝对体积的近似值（因颗粒内部的闭口孔隙体积没有排除），这时所求得的密度为近似密度（即表观密度，又称视密度）。密度或表观密度、体积密度、堆积密度密度ρ体积密度ρ0堆积密度ρ0’密度、体积密度和堆积密度测量方法密度试样—粉末；体积测量—排液法。体积密度试样—块体；体积测量—直接测、蜡封排液法。堆积密度试样—颗粒；质量测量—固定体积法材料密度与组成、结构的关系原子的质量固体相的摩尔质量固体相的微观结构固体相的堆聚结构—孔隙率颗粒的堆积结构—空隙率1、孔隙率-是指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。

式中P—材料的孔隙率（%）；V0—材料的自然体积（m3）；V—材料的绝对密实体积（m3）。多孔材料的孔隙特征：（1）孔隙率P=PK+PB(开口孔隙率与闭口孔隙率之和）（2）孔隙大小——分为微孔、细孔、大孔（3）孔隙类型——开口孔（连通孔）、闭口孔（封闭孔）PK↑→材料的透水性与吸水性↑、抗渗性与抗冻性↓导热性↑孔隙特征对材料性质的影响：对材料的表观密度、强度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸音性等性质都有较大的影响。2、空隙率是指散粒或粉状材料颗粒之间的空隙体积占其自然堆积体积的百分率。1.1.3材料与水有关的性质1、亲水性与憎水性1、亲水性与憎水性根据水与材料表面的润湿角（接触角）θ的大小，有：亲水性0≤θ≤90°时，材料表面可被水所湿润；材料表面被水湿润，水可被材料所吸附，材料的这种性能称为亲水性，这种材料称为亲水性材料。憎水性90°＜θ≤180°时，材料表面不可被水湿润，材料称为憎水性材料，这种性能称为材料的憎水性。亲水性与憎水性材料的特征：材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。2、材料的吸水性与吸湿性吸水性：材料在水中吸收水分的能力称为吸水性，用吸水率表示。质量吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的质量与材料在绝对干燥状态下的质量之比。体积吸水率是材料在浸水饱和状态下所吸收的水分的体积与材料在自然状态下的体积之比。思考：材料开口孔隙率与吸水率的关系。吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。含水率：材料在自然状态下所含的水的质量与材料干重之比。3、耐水性材料长期在饱和水作用下而不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。表明材料在浸水饱和后强度的降低程度（0～1）4、抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（不透水性）。表示方法：抗渗性与孔隙率和孔隙特征