土木工程材料第2章材料的基本性质

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1、第二章材料的基本性质第一节材料的物理性质第二节材料的力学性质第三节材料的耐久性第四节材料的组成、结构与构造及其与材料性质的关系第一节材料的物理性质密实材料体积组成示意图含孔材料体积组成示意图V-实体体积V开、V闭-开口孔隙、闭口孔隙材料体积组成示意图m-材料在干燥状态下的重量mp-材料孔隙部分的重量V-材料实体的体积Vp-材料孔隙的体积一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质1)密度ρ：材料在绝对密实状态下（不包含孔隙或空隙）单位体积的质量，俗称比重。ρ=m/V(g/cm3)式中：m—材料在干燥状态下的质量(g)；V—材料在绝对密实状态

2、下的体积(cm3)。对近于绝对密实的材料V：如金属、玻璃等，量测几何体积－称重－代入公式中计算。对有孔隙的材料V：如砖、混凝土磨成细粉（通过0.2mm或900孔/cm2方孔筛），用李氏密度瓶测量（排水法）。1.材料的密度、表观密度和堆积密度一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质2)表观密度ρ0:指材料在自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量，俗称容重。ρ0=m/V0(g/cm3或kg/m3)式中：m—材料在干燥状态下的质量（g或kg）；V0—材料在自然状态下的体积（cm3或m3）对外形规则的材料V0：直接用量具测其外形尺寸，按公式计算体

3、积。对外形不规则的材料V0：材料表面封蜡—排液法求得。一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质表观密度ρ0与含水状况有关，当材料含水率变化，材料的体积和质量都会发生变化。干容重湿容重饱水容重一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质3)堆积密度ρ0＇：指散粒材料或粉状材料，在堆积状态下单位体积的质量，俗称松散容重。ρ0＇=m/V0＇（kg/m3）散粒材料的堆积体积V0’：用材料所充满的容器的标定容积来表示。松散状态材料的堆积体积称为自然堆积体积；捣实状态材料的堆积体积称为挤密堆积体积。式中：m—材料在干燥状态下的质量（kg）；V0’—材

4、料的堆积体积（m3），包括材料绝对体积、内部所有孔隙体积和颗粒间的空隙体积。闭口孔隙自然状态下的块状材料开口孔隙4)材料的密度、表观密度和堆积密度之间的关系一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质密度并不能反映材料的性质，但可以大致了解材料的品质，并可用来计算材料的孔隙率；表观密度建立了材料自然体积与质量之间的关系，可用来计算材料的用量、构件自重等；堆积密度可用于确定材料堆放空间、运输车辆等。三者之间的关系为：一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质1)孔隙率P：指材料内部孔隙体积(Vp)占总体积(即自然状态下的体积V0)的百分率。孔

5、隙的特征按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为微孔、细孔和大孔三种。按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔，或连通孔。按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔，或封闭孔。2.材料的孔隙率与密实度一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质孔隙率的意义影响材料与水相关的特性影响材料的热工性质、声学性质与材料的强度相关影响材料的耐久性一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质2)密实度D：与孔隙率相对应，即材料内部固体物质的实体积占材料总体积的百分率：一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质3.材料的空隙率与填充率1)空隙率P’：指散粒材料在堆积状

6、态下颗粒之间的空隙体积(Vs)占其堆积体积的百分率。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。可用来控制混凝土骨料级配与计算含砂率。一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质一、材料的基本状态参数第一节材料的物理性质2)填充率D’：与空隙率对应，即散粒材料在自然状态下体积(V0)占堆积体积的百分率。例1-1已知某卵石的质量为10.6g，体积为4.06cm3，用李氏瓶法，排除的水的体积为4ml，现总共有这样的卵石3360kg，堆成体积为2m3，求石子的密度、表观密度、堆积密度、孔隙率和空隙率。密度堆积密度表观密度孔隙率空隙率一、材

7、料的基本状态参数第一节材料的物理性质材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，分为：能被水润湿—亲水性，润湿边角θ≤900不能被水润湿—憎水性，润湿边角θ>900二、材料与水有关的性质第一节材料的物理性质1.材料的亲水性和憎水性润湿边角：在材料、水和空气的三相交叉点沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿边角。亲水性水分子之间的内聚力<水分子与材料分子间的吸引力憎水性水分子之间的内聚力>水分子与材料分子间的吸引力二、材料与水有关的性质第一节材料的物理性质二、材料与水有关的性质第一节材料的物理性质材料的四种含水状态(a

8、)干燥状态：含水率接近为零。(b)气干状态：含水率与大气湿度达到平衡。(c)饱和面干状态：表面干燥，内部孔隙含水饱和。(d)润湿状态：内部孔隙含水饱和，表面附有一层水膜。2.材料的含水状态二、