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一、材料的基本状态参数二、材料与水有关的性质三、材料的热工性质四、材料的声学性质一、材料的基本状态参数1、材料体积组成示意图2、材料的密度、表观密度和堆积密度3、材料的孔隙率与密实度4、材料的空隙率与填隙率1、材料体积组成示意图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—开口孔隙V闭—闭口孔隙V—2、材料的密度、表观密度和堆积密度密度——材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为密度(g/cm

2、3)表观密度——材料在自然状态下单位体积的质量称为表观密度(g/cm3)m—材料在干燥状态下的质量，gmp—材料孔隙部分的质量，gV—材料实体的体积，cm3Vp—材料孔隙的体积，cm32、材料的密度、表观密度和堆积密度堆积密度——散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度(kg/m3)3、材料的孔隙率与密实度（1）材料的孔隙率孔隙的数量：以孔隙率表示，它对材料的性质有显著影响。孔隙率（P）——材料内部孔隙体积（Vp）占材料总体积（Vo）的百分率孔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

3、，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.3、材料的孔隙率与密实度（2）材料的密实度——材料内部固体物质的体积（V）总体积（Vo）的百分率称为密实度。密实度以D表示：D+P=1D和P是反映材料内部构造状态和密实程度的重要参数。4、材料的空隙率和填充率（1）材料的空隙率空隙数量以空隙率（P’）表示空隙率——散粒材料颗粒之间空隙体积（Vs）占堆积总体积（V0’）的百分率V0’—堆积体积（颗粒总体积+空隙体积）V0—颗粒总体积4、材料的空隙率和填充率（2）填充率（D′）——散粒材料的颗粒总体积（Vo）占堆积体积（V0’）的百分率D′

4、+P′=1空隙率和填充率反映堆积状态下固体颗粒的充实程度。二、材料与水有关的性质1、材料的亲水性和憎水性2、材料的含水状态3、材料的吸湿性和吸水性4、耐水性5、抗渗性6、抗冻性1、材料的亲水性与憎水性材料表面能被水润湿的性质称为亲水性，反之为憎水性。润湿边角当固体材料与水接触时，由于水分与材料表面之间的相互作用不同，会产生a和b所示的两种情况。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。亲水性材料当θ≤90时，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料。憎水性材料当θ〉90时，材料不能被水润湿

5、而表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。2、材料的含水状态材料的四种含水状态(a)干燥状态(b)气干状态(c)饱和面干状态(d)润湿状态3.材料的吸湿性和吸水性（1）吸湿性——亲水性材料在空气中吸收水份的性质称为吸湿性。用含水率（Wh）表示：式中：Wh——材料含水率（％）；ms——材料吸湿状态下的质量（g）；mg——材料干燥状态下的质量（g）。材料的吸湿作用是可逆的，在潮湿的空气中可以吸收水分，也可以释放水分。当材料吸收的水分与释放的水分达到平衡时的含水率称为平衡含水率。平衡含水率的大小随环境温度、湿度的变化而变化。3.材料的吸湿性和吸水性（2）吸水

6、性——在水中吸水的性质。表示方法：1）质量吸水率（Wm）：式中：mb——材料吸水饱和状态下的质量（g）；mg——材料干燥状态下的质量（g）。2）体积吸水率（Wv）：ρw=1g/cm3，水在常温下的密度。Wv=Wm·ρ0/ρw或Wv=Wm·ρ04、耐水性耐水性——材料长期在水作用下不破坏、强度也不明显下降的性质，以软化系数KR表示：fb——吸水达饱和状态下的抗压强度，MPa；fg——干燥状态下的抗压强度，MPa；材料的KR在0～1之间。工程中将KR＞0.85的材料看作是耐水材料。对长期处于水中或潮湿环境中的重要结构，所用材料必须保证KR>0.85，用于

7、受潮较轻或次要结构的材料，其值也不宜小于0.75。5、抗渗性抗渗性——材料抵抗压力水渗透的性质。表示方法：（a）用渗透系数K表示式中：K——渗透系数（cm/h）；Q——透水量（cm3）；d——试件厚度（cm）；A——透水面积（cm2）；t——透水时间（h）；H——水头高度（cm）。渗透系数K的物理意义为：在单位时间内，在单位水头高度的压力水作用下，渗透过单位厚度和单位透水面积材料的透水量。K越小，表明材料的抗渗性越好。5、抗渗性（b）用抗渗等级表示（P）——对有些材料（如混凝土）以规定的试件在标准试验条件下所能承受的最大水压力（MPa）来确定。如P4

8、、P6、P8、P10、P12等分别表示材料能承受0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水压力而不渗水