第1章土木工程材料的基本性質(zhì)§

1.1材料的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

材料的組成和結(jié)構(gòu)決定著材料的各種性質(zhì)。要了解材料的性質(zhì)，必須了解材料的組成、結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)間的關(guān)系。一、材料的組成(一)化學(xué)組成

化學(xué)組成即化學(xué)成分。無(wú)機(jī)非金屬材料的化學(xué)組成以各氧化物的含量來(lái)表示，金屬材料則常以各化學(xué)元素的含量表示，有機(jī)材料常用各化合物的含量來(lái)表示。

化學(xué)組成是決定材料化學(xué)性質(zhì)(耐腐蝕性、燃燒性等)、物理性質(zhì)(耐水性、耐熱性、保溫性等)、力學(xué)性質(zhì)(強(qiáng)度、變形等)的主要因素之一。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)(二)礦物組成

許多無(wú)機(jī)非金屬材料是由各種礦物組成的。礦物是具有一定化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征的單質(zhì)或化合物。礦物組成是決定無(wú)機(jī)非金屬材料化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和耐久性的重要因素。

材料的化學(xué)組成不同，則材料的礦物組成也不同。而相同的化學(xué)組成，也可以有不同的礦物組成(即微觀結(jié)構(gòu)不同)，且材料的性質(zhì)也不同，例如金剛石和石墨。

利用材料的組成可以大致判斷出材料的某些性質(zhì)。如材料的組成易與周?chē)橘|(zhì)（酸、堿、鹽等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則該材料的耐腐蝕性差或較差；有機(jī)材料的耐火性和耐熱性較差，且多數(shù)可以燃燒；合金的強(qiáng)度高于非合金的強(qiáng)度等等。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)(三)相組成

材料中具有相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻部分稱(chēng)為相。凡是兩相或兩相以上物質(zhì)組成的材料稱(chēng)為復(fù)合材料。土木工程材料大多數(shù)是多相固體，可看作復(fù)合材料。

例如，混凝土可認(rèn)為是骨料顆粒（骨料相）分散在水泥漿基體（基相）中所組成的兩相復(fù)合材料。兩相之間稱(chēng)為界面，即“界面相”，影響這類(lèi)材料的主要因素是原材料的品質(zhì)及配合比例。二、材料的結(jié)構(gòu)(一)微觀結(jié)構(gòu)

利用電子顯微鏡、X-射線衍射儀等手段來(lái)研究原子級(jí)或分子級(jí)的結(jié)構(gòu)。材料的微觀結(jié)構(gòu)可分為晶體和非晶體結(jié)構(gòu)，或晶態(tài)和非晶態(tài)。

晶體是質(zhì)點(diǎn)（原子或分子、離子）按一定規(guī)律在空間重復(fù)排列的固體，并具有特定的幾何外形和固定的熔點(diǎn)。由于質(zhì)點(diǎn)在各方向上排列的規(guī)律和數(shù)量的不同，單晶體具有各向異性的性質(zhì)。按晶體質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合鍵的特性，晶體又分為原子晶體、分子晶體、離子晶體、金屬晶體。

非晶體又稱(chēng)玻璃體，是熔融物在急速冷卻時(shí)，質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及按特定規(guī)律排列所形成的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)序排列（短程有序，長(zhǎng)程無(wú)序）的固體，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)形式及其主要特性微觀結(jié)構(gòu)常見(jiàn)材料主要特性晶體原子、離子、分子有規(guī)律排列原子晶體(以共價(jià)鍵結(jié)合)金剛石、石英、剛玉強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)均高，密度較小離子晶體(以離子鍵結(jié)合)氯化鈉、石膏、石灰?guī)r強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較高，但波動(dòng)較大。部分可溶，密度中等分子晶體(以分子鍵結(jié)合)石蠟及部分有機(jī)化合物強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較低。大部分可溶，密度小金屬晶體(以金屬鍵結(jié)合)鐵、鋼、鋁及其合金強(qiáng)度、硬度變化大，密度大非晶體質(zhì)點(diǎn)無(wú)序排列(短程有序,長(zhǎng)程無(wú)序)玻璃、高爐礦渣、火山灰、粉煤灰無(wú)固定的熔點(diǎn)和幾何形狀，與同組成的晶體相比，強(qiáng)度、硬度、化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性較差，各向同性(二)亞微觀結(jié)構(gòu)(顯微或細(xì)觀結(jié)構(gòu))

由光學(xué)顯微鏡所看到的微米級(jí)的組織結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要研究材料內(nèi)部的晶粒、顆粒等的大小和形態(tài)、晶界或界面，孔隙與微裂紋的大小、形狀及分布。

材料的亞微觀結(jié)構(gòu)對(duì)材料的強(qiáng)度、耐久性等有很大的影響。材料的亞微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)較易改變。

顯微鏡下的晶體材料是由大量大小不等的晶粒組成的，而不是一個(gè)晶粒，因而屬于多晶體。多晶體材料具有各向同性的性質(zhì)，如某些巖石、鋼材等。

一般而言，材料內(nèi)部的晶粒越細(xì)小、分布越均勻，則材料的受力狀態(tài)越均勻、強(qiáng)度越高、脆性越小、耐久性越好；晶?；虿煌牧辖M成之間的界面粘結(jié)(或接觸)越好，則材料的強(qiáng)度和耐久性越好。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)（三）宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）

用肉眼或放大鏡即可分辨的毫米級(jí)以上的組織稱(chēng)為宏觀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要研究材料中的大孔隙、裂紋、不同材料的組合與復(fù)合方式(或形式)、各組成材料的分布等。如巖石的層理與斑紋、混凝土中的砂石、纖維增強(qiáng)材料中纖維的多少與纖維的分布方向等。

兩種或兩種以上組成材料以適當(dāng)方式結(jié)合而構(gòu)成的新材料，稱(chēng)為復(fù)合材料。復(fù)合材料取各組成材料之長(zhǎng)，避免了單一材料的某些缺陷，使復(fù)合材料具有多種使用功能(如強(qiáng)度、防水、保溫、裝飾、耐久等)或者具有某些特殊的功能。復(fù)合材料的綜合性能好，某些性能往往超過(guò)組成材料中的單一材料，且經(jīng)濟(jì)性更為合理。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)材料的宏觀結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的主要性質(zhì)材料的宏觀結(jié)構(gòu)常用材料主要特性單一材料致密結(jié)構(gòu)鋼材、玻璃、瀝青、部分塑料高強(qiáng)或不透水、耐腐蝕，自重較大多孔結(jié)構(gòu)泡沫塑料、泡沫玻璃輕質(zhì)、保溫、低強(qiáng)度纖維結(jié)構(gòu)木材、竹材、巖棉、玻璃纖維、鋼纖維高抗拉、且大多數(shù)具有輕質(zhì)、保溫、吸聲性質(zhì)聚集結(jié)構(gòu)陶瓷、磚、某些天然石材強(qiáng)度較高，脆性大復(fù)合材料粒狀聚集結(jié)構(gòu)各種混凝土、鋼筋混凝土綜合性能好、價(jià)格較低纖維聚集結(jié)構(gòu)巖棉板、纖維板、纖維增強(qiáng)塑料輕質(zhì)、保溫，吸聲或高抗拉多孔結(jié)構(gòu)加氣混凝土、泡沫混凝土輕質(zhì)保溫疊合結(jié)構(gòu)紙面石膏板、膠合板、各種加芯板綜合性能好

材料的宏觀結(jié)構(gòu)是影響材料性質(zhì)的重要因素。材料的宏觀結(jié)構(gòu)較易改變。

材料的宏觀結(jié)構(gòu)不同，即使組成與微觀結(jié)構(gòu)等相同，材料的性質(zhì)與用途也不同，如玻璃與泡沫玻璃、密實(shí)的灰砂硅酸鹽磚與灰砂加氣混凝土，它們的許多性質(zhì)及用途有很大的不同。

材料的宏觀結(jié)構(gòu)相同或相似，即使材料的組成或微觀結(jié)構(gòu)等不同，則材料也具有某些相同或相似的性質(zhì)與用途，如泡沫玻璃、泡沫塑料、加氣混凝土等。三、結(jié)構(gòu)中的孔隙與材料性質(zhì)的關(guān)系

大多數(shù)土木工程材料在宏觀層次或亞微觀層次上均含有一定大小和數(shù)量的孔隙，甚至是相當(dāng)大的孔洞，這些孔隙幾乎對(duì)材料的所有性質(zhì)都有相當(dāng)大的影響。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)(一)孔隙的分類(lèi)按孔隙的大小小，可將孔隙分分為微細(xì)孔隙隙、細(xì)小孔隙隙(毛細(xì)孔)、較粗大孔隙隙、粗大孔隙隙等。對(duì)于無(wú)無(wú)機(jī)非金屬材材料，孔徑<20nm的微細(xì)孔隙，，水或有害氣氣體難以侵入入，可視為無(wú)無(wú)害孔隙。按孔隙的形狀狀可將孔分為球球形孔隙、片片狀孔隙(即裂紋)、管狀孔隙、、墨水瓶狀孔孔隙、帶尖角角的孔隙等。。片狀孔隙、、尖角孔隙、、管狀孔隙對(duì)對(duì)材料性質(zhì)的的影響較大，，往往使材料料的大多數(shù)性性質(zhì)降低。按常壓下水能能否進(jìn)入孔隙隙中，將常壓下水水可以進(jìn)入的的孔隙稱(chēng)為開(kāi)開(kāi)口孔隙(或稱(chēng)連通孔隙隙)，而將常壓下下水不能進(jìn)入入的孔隙稱(chēng)為為閉口孔隙(或封閉孔隙)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)開(kāi)口孔隙對(duì)材材料性質(zhì)的影影響較閉口孔孔隙大，往往往使材料的大大多數(shù)性質(zhì)降降低（吸聲性性除外）。(二)孔隙對(duì)材料性性質(zhì)的影響一般情況下，，材料內(nèi)部的的孔隙含量(即孔隙率)越多，則材料料的體積密度度、堆積密度度、強(qiáng)度越小小，耐磨性、、抗凍性、抗抗?jié)B性、耐腐腐蝕性、耐水水性及其它耐耐久性越差，，而保溫性、、吸聲性、吸吸水性與吸濕濕性等越強(qiáng)。。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)孔隙形狀和狀態(tài)對(duì)材料的性質(zhì)質(zhì)也有不同程程度的影響，，如開(kāi)口孔隙隙、非球形孔孔隙(如扁平孔或片片狀孔，即裂裂紋)相對(duì)于閉口孔孔隙、球形孔孔隙而言，往往往對(duì)材料的的強(qiáng)度、抗?jié)B滲性、抗凍性性、耐腐蝕性性、耐水性等等更為不利，，對(duì)保溫性稍稍有不利，而而對(duì)吸聲性、、吸水性與吸吸濕性等有利利，并且孔隙隙尺寸越大，，上述影響也也越大。(三)材料內(nèi)部孔隙隙的來(lái)源與產(chǎn)產(chǎn)生天然植物材料料由于植物生長(zhǎng)長(zhǎng)的需要(輸送養(yǎng)料等)，在植物材料料的內(nèi)部形成成一定數(shù)量的的孔隙。天然巖石則由于地質(zhì)上上的造巖運(yùn)動(dòng)動(dòng)等在巖石等等材料的內(nèi)部部夾入部分氣氣泡或形成部部分孔隙。人造材料內(nèi)部的孔隙是是由于人造材材料的生產(chǎn)工工藝并非盡善善盡美，生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)總是不可可避免地會(huì)卷卷入部分氣泡泡(或氣體)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材材料，則在很大程程度上與生產(chǎn)產(chǎn)時(shí)所用的拌拌合用水量有有關(guān)，或者是是在生產(chǎn)時(shí)有有意識(shí)地在材材料內(nèi)部留下下部分孔隙以以改善材料的的某些性能。。人造無(wú)機(jī)非金金屬材料在生生產(chǎn)過(guò)程中，，由于組成上上和生產(chǎn)工藝藝上的要求，，在生產(chǎn)時(shí)必必須加入一定定數(shù)量的水。。為達(dá)到生產(chǎn)產(chǎn)工藝所要求求的施工性質(zhì)質(zhì)，實(shí)際用水水量往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)組成上上的要求。這這些多余的水水也占有一定定空間，蒸發(fā)發(fā)后即在材料料內(nèi)部留下了了大量毛細(xì)孔孔隙，即許多多孔隙是由水水所造成的。。影響人造土木木工程材料內(nèi)內(nèi)部孔隙率、、孔隙形狀、、孔隙狀態(tài)的的因素，或影影響生產(chǎn)材料料時(shí)拌合用水水量的因素均均是影響材料料性質(zhì)的因素素。適當(dāng)控制制上述因素，，即可使它們們成為改善材材料性質(zhì)的措措施或途徑。。如在生產(chǎn)保保溫材料時(shí)，，應(yīng)適當(dāng)提高高產(chǎn)品的孔隙隙率，而在生生產(chǎn)結(jié)構(gòu)用混混凝土?xí)r，則則應(yīng)盡量降低低孔隙率。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)§1.2材料的基本物物理性質(zhì)1.2.1材料的密度、、表觀密度度與堆積密度度1.密度：材料在在絕對(duì)密實(shí)狀狀態(tài)下（即既既沒(méi)有孔隙又又沒(méi)有空隙的的狀態(tài)下），，單位體積的的質(zhì)量。ρ=m/Vg/cm3土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)2.表觀密度材料在自然狀狀態(tài)下，單位位體積的質(zhì)量量ρ0=m/V0g/cm3或kg/m3V0——為材料在自然然狀態(tài)下（材材料顆粒內(nèi)部部含孔隙）的的外形體積注意！當(dāng)材料料內(nèi)部孔隙含含水時(shí)，其質(zhì)質(zhì)量和體積均均將變化，故故測(cè)定材料的的表觀密度時(shí)時(shí)，應(yīng)注意其其含水情況。。表觀密度一般般是指材料在在氣干狀態(tài)下下（長(zhǎng)期在空空氣中干燥））的測(cè)定值。。干表觀密度指指材料在烘干干狀態(tài)下的測(cè)測(cè)定值。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)3.堆積密度粉狀或粒狀材材料在堆積狀狀態(tài)下（材料料顆粒內(nèi)部含含孔隙，材料料顆粒間有空空隙），單位位體積的質(zhì)量量。ρ?0=m/V?0kg/m3V?0——材料的自然堆堆積體積。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.2.2材料的密實(shí)度度與孔隙率1.密實(shí)度材料的體積內(nèi)內(nèi)被固體物質(zhì)質(zhì)充實(shí)的程度度2.孔隙隙率率材料料的的體體積積內(nèi)內(nèi)，，孔孔隙隙體體積積所占占的的比比例例D+P=1孔隙隙的的大大小小、、分分布布以以及及特特征征對(duì)對(duì)材材料料的的性性能能影影響響很很大大。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.2.3材料料的的填填充充率率與與空空隙隙率率1.填充充率率散粒粒材材料料堆堆積積體體積積中中，，顆粒粒填填充充的的程程度度。。2.空隙隙率率散裝裝材材料料堆堆積積體體積積中中，，顆粒粒之之間間的的空隙隙體體積積所占占的的比比例例D’+P’’=1（注意意與與孔孔隙隙率率的的區(qū)區(qū)別別）土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.2.4材料料與與水水相相關(guān)關(guān)的的性性質(zhì)質(zhì)1.材料料的的親親水水性性與與憎憎水水性性潤(rùn)濕濕角角:親水水性性材材料料θ≤90o憎水水性性材材料料θ>90o土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)建筑筑材材料料大大多多為為親親水水性性材材料料，，如如水水泥泥、、混混凝凝土土、、砂砂、、石石、、磚磚、、木木材材、、玻玻璃璃、、鋼鋼材材等等，，只只有有少少數(shù)數(shù)材材料料如如瀝瀝青青、、石石蠟蠟及及某某些些塑塑料料為為憎憎水水性性材材料料。。材料料的的親親水水性性：：泥泥土土吸吸水水土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)材料料憎憎水水性性：：葉葉片片上上滾滾動(dòng)動(dòng)的的露露珠珠。。表面面現(xiàn)現(xiàn)象象：：毛細(xì)細(xì)現(xiàn)現(xiàn)象象、、潤(rùn)潤(rùn)濕濕、、粘粘附附以以及及微微小小晶晶體體易易于于溶溶解解等等都都是是表表面面現(xiàn)現(xiàn)象象的的具具體體表表現(xiàn)現(xiàn)。。（2）表表面面張張力力：：表表示示液液體體表表面面單單位位長(zhǎng)長(zhǎng)度度線線上上的的緊緊縮縮力力，，要要形形成成新新的的表表面面就就必必須須克克服服這這種種緊緊縮縮力力所所做做的的功功。。表面面現(xiàn)現(xiàn)象象相相關(guān)關(guān)的的知知識(shí)識(shí)：：表表面面自自由由能能、、表表面面張張力力、、潤(rùn)潤(rùn)濕濕、、毛毛細(xì)細(xì)現(xiàn)現(xiàn)象象、、過(guò)過(guò)飽飽和和現(xiàn)現(xiàn)象象和和吸吸附附等等。。表面面張張力力表表示示表表面面收收縮縮力力；；表表面面自自由由能能表表示示形形成成表表面面時(shí)時(shí)所所需需要要的的功功。。（1）表表面面自自由由能能：：在在溫溫度度、、壓壓力力和和組組成成恒恒定定時(shí)時(shí)，，可可逆逆地地增增大大單單位位表表面面積積時(shí)時(shí)對(duì)對(duì)體體系系所所做做的的功功，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變成成表表面面分分子子比比內(nèi)內(nèi)部部分分子子具具有有多多余余的的自自由由能能。。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)2.材料料的的吸吸水水性性與與吸吸濕濕性性(一)吸水水性性吸水水性性是是材材料料在在水水中中吸吸收收水水分分的的性性質(zhì)質(zhì)。。用用質(zhì)質(zhì)量量吸吸水水率率ωm或體體積積吸吸水水率率ωv來(lái)表表示示。。兩兩者者分分別別是是指指材材料料在在吸吸水水飽飽和和狀狀態(tài)態(tài)下下，，所所吸吸水水的的質(zhì)質(zhì)量量占占材材料料絕絕干干質(zhì)質(zhì)量量的的百百分分率率，，或或所所吸吸水水的的體體積積占占材材料料自自然然狀狀態(tài)態(tài)體體積積Vo的百百分分率率，，定定義義式式如如下下：：式中中msw—材料料吸吸水水飽飽和和時(shí)時(shí)所所吸吸水水的的質(zhì)質(zhì)量量，，g或kg；m'sw—材料料吸吸水水飽飽和和時(shí)時(shí)的的質(zhì)質(zhì)量量，，g或kg；Vsw—材料料吸吸水水飽飽和和時(shí)時(shí)所所吸吸水水的的體體積積，，cm3或m3；ρ'w—水的的密密度度，，g/cm3或kg/m3。材料料的的吸吸水水率率可可直直接接或或間間接接反反映映材材料料的的部部分分內(nèi)內(nèi)部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及其其性性質(zhì)質(zhì)，，即即可可根根據(jù)據(jù)材材料料吸吸水水率率的的大大小小對(duì)對(duì)材材料料的的孔孔隙隙率率、、孔孔隙隙狀狀態(tài)態(tài)及及材材料料的的性性質(zhì)質(zhì)做做出出粗粗略略的的評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)。。開(kāi)口口孔孔隙隙率率=體積積吸吸水水率率閉口口孔孔隙隙率率=孔隙隙率率-開(kāi)口口孔孔隙隙率率土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)材料料吸吸水水率率的的大大小小，，主主要要決決定定于于材材料料的的孔孔隙隙大大小小和和特特征征。。(二)吸濕性材料在一一定溫度度和濕度度下吸附附水分的的能力，，用含水率表示。在一定溫溫度和濕濕度條件件下，材材料與空空氣濕度度達(dá)到平平衡時(shí)的的含水率率稱(chēng)為平衡含水水率。材料的吸吸濕性主主要與材材料的組組成、孔孔隙含量量，特別別是毛細(xì)細(xì)孔的含含量有關(guān)關(guān)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)(三)含水對(duì)材材料性質(zhì)質(zhì)的影響響材料吸水水或吸濕濕后，可可削弱材材料內(nèi)部部質(zhì)點(diǎn)間間的結(jié)合合力或吸吸引力，，引起強(qiáng)強(qiáng)度下降降。同時(shí)時(shí)也使材材料的體體積密度度和導(dǎo)熱熱性增加加，幾何何尺寸略略有增加加，而使使材料的的保溫性性、吸聲聲性下降降，并使使材料受受到的凍凍害、腐腐蝕等加加劇。由由此可見(jiàn)見(jiàn)，含水水使材料料的絕大大多數(shù)性性質(zhì)下降降或變差差。3.材料的耐水水性式中fsw—材料在吸水水飽和狀態(tài)態(tài)下的抗壓壓強(qiáng)度，MPa；fd—材料在絕干干狀態(tài)下的的抗壓強(qiáng)度度，MPa。材料的軟化化系數(shù)Kw=0~1.0。Kw≥0.85的材料稱(chēng)為為耐水性材材料。經(jīng)常受到潮潮濕或水作作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)，須選用用Kw≥0.75的材料，重重要結(jié)構(gòu)須須選用Kw≥0.85的材料。材料長(zhǎng)期在在水的作用用下，保持持其原有性性質(zhì)的能力力稱(chēng)為材料料的耐水性性。對(duì)于結(jié)構(gòu)材材料，耐水水性主要指指強(qiáng)度變化化，對(duì)裝飾飾材料則主主要指顏色色的變化、、是否起泡泡、起層等等，即材料料不同，耐耐水性的表表示方法也也不同。結(jié)結(jié)構(gòu)材料的的耐水性用用軟化系數(shù)Kw來(lái)表示，即即：土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)溶解度很小小或不溶的的材料，軟軟化系數(shù)高高還是低？；若材料可可微溶于水水，且含有有較大的孔孔隙率，則則軟化系數(shù)數(shù)高還是低低？。4.抗?jié)B性抗?jié)B性是指指材料抵抗抗壓力水或或其它液體體滲透的性性質(zhì)?？?jié)B滲性用滲透透系數(shù)K來(lái)表示，計(jì)計(jì)算式如下下：式中K—滲透系數(shù)，，cm3/(cm2·h)或cm/h；Q—滲水量，cm3；d—試件厚度，，cm；A—滲水面積，，cm2；t—滲水時(shí)間，，h；H—水頭(水壓力)，cm。Ad水壓力H試件土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)材料的抗?jié)B性也可用抗?jié)B滲等級(jí)來(lái)表表示：P=10H-1P為抗?jié)B等級(jí)級(jí)；H為試件開(kāi)始始滲水時(shí)的的水壓力，，MPa。如P6、P8、P10等，分別表表示可抵抗抗0.6、0.8、1.0MPa的水壓力。。抗?jié)B等級(jí)級(jí)越高，則則表示材料料的抗?jié)B性性能越好。。材料抗?jié)B性性的好壞與與材料的孔孔隙率和孔孔隙特征有有密切關(guān)系系。材料的抗?jié)B滲性與材料料的耐久性性有著非常常密切的關(guān)關(guān)系。材料料的抗?jié)B性性越高，水水及有害介介質(zhì)越不易易進(jìn)入材料料內(nèi)部，則則材料的其其它耐久性性越高。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)5.抗凍性抗凍性是材材料抵抗凍凍融循環(huán)作作用，保持持其原有性性質(zhì)的能力力.土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)材料料來(lái)說(shuō)，抗凍性主要是指保保持強(qiáng)度的的能力，并并多以抗凍凍等級(jí)來(lái)表表示?？箖龅燃?jí)用材料在吸吸水飽和狀狀態(tài)下(最不利狀態(tài)態(tài))，經(jīng)凍融循循環(huán)作用，，強(qiáng)度損失失和質(zhì)量損損失均不超超過(guò)規(guī)定值值，或動(dòng)彈彈性模量滿(mǎn)滿(mǎn)足要求時(shí)時(shí)所能抵抗抗的最多凍凍融循環(huán)次次數(shù)來(lái)表示示。如F50、F100、F300等，分別表表示在經(jīng)受受50、100、300次凍融循環(huán)環(huán)后仍可滿(mǎn)滿(mǎn)足使用要要求。凍害原因是由于材料料內(nèi)部毛細(xì)細(xì)孔隙及大大孔隙中的的水結(jié)冰時(shí)時(shí)的體積膨脹(約9%)造成的。膨膨脹對(duì)材料料孔壁產(chǎn)生生巨大的壓壓力，由此此產(chǎn)生的拉拉應(yīng)力超過(guò)過(guò)材料的抗抗拉強(qiáng)度極極限時(shí)，材材料內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生微裂紋紋，強(qiáng)度下下降。此外外在凍結(jié)和和融化過(guò)程程中，材料料內(nèi)外的溫溫差所引起起的溫度應(yīng)應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致微裂紋紋的產(chǎn)生或或加速微裂裂紋的擴(kuò)展展。影響響材材料料抗抗凍凍性性的的主主要要因因素素有有：：(1)孔隙隙率率一般般情情況況下下，，材材料料的的孔孔隙隙率率越越大大，，則則材材料料的的抗抗凍凍性性越越差差。。(2)孔隙隙的的充充水水程程度度充水水程程度度以以水水飽飽和和度度Ks來(lái)表表示示：：理論論上上講講，，若若材材料料內(nèi)內(nèi)部部孔孔隙隙分分布布均均勻勻，，當(dāng)當(dāng)水水飽飽和和度度Ks＜0.91時(shí)，，結(jié)結(jié)冰冰不不會(huì)會(huì)引引起起凍凍害害，，但但當(dāng)當(dāng)Ks＞0.91時(shí)，，則則已已容容納納不不下下冰冰的的體體積積，，故故對(duì)對(duì)材材料料的的孔孔壁壁產(chǎn)產(chǎn)生生壓壓力力，，因因而而會(huì)會(huì)引引起起凍凍害害。。實(shí)實(shí)際際上上，，由由于于局局部部飽飽和和的的存存在在和和孔孔隙隙分分布布不不均均勻勻，，Ks須較較0.91小一一些些才才是是安安全全的的。。如如水水泥泥混混凝凝土土，，Ks＜0.80時(shí)凍凍害害才才會(huì)會(huì)明明顯顯減減少少。。對(duì)于于受受凍凍材材料料，，吸吸水水飽飽和和狀狀態(tài)態(tài)是是最最不不利利的的狀狀態(tài)態(tài)，，因因其其水水飽飽和和度度Ks最大大。。可可以以用用上上述述關(guān)關(guān)系系式式來(lái)來(lái)估估計(jì)計(jì)或或粗粗略略評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)多多數(shù)數(shù)材材料料抗抗凍凍性性的的好好壞壞。。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)為提提高高材材料料的的抗抗凍凍性性，，在在生生產(chǎn)產(chǎn)材材料料時(shí)時(shí)常常有有意意引引入入部部分分封封閉閉的的孔孔隙隙，，如如在在混混凝凝土土中中摻摻入入引氣氣劑劑。這這些些引引入入的的閉閉口口孔孔隙隙可可切切斷斷材材料料內(nèi)內(nèi)部部的的毛毛細(xì)細(xì)孔孔隙隙，，當(dāng)當(dāng)開(kāi)開(kāi)口口的的毛毛細(xì)細(xì)孔孔隙隙中中的的水水結(jié)結(jié)冰冰時(shí)時(shí)，，所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的壓壓力力可可將將開(kāi)開(kāi)口口孔孔隙隙中中尚尚未未結(jié)結(jié)冰冰的的水水?dāng)D擠入入到到無(wú)無(wú)水水的的封封閉閉孔孔隙隙中中(由于于毛毛細(xì)細(xì)作作用用，，微微細(xì)細(xì)孔孔隙隙中中水水的的冰冰點(diǎn)點(diǎn)低低于于0℃℃。)，即即這這些些封封閉閉的的孔孔隙隙可可起起到到卸卸壓壓的的作作用用。。(3)材料料本本身身的的強(qiáng)強(qiáng)度度材料料強(qiáng)強(qiáng)度度越越高高，，抵抵抗抗凍凍害害的的能能力力越越強(qiáng)強(qiáng)，，即即抗抗凍凍性性越越高高。。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)§1.3材料料的的基基本本力力學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)1.3.1材料料的的強(qiáng)強(qiáng)度度材料在外外力荷載載作用下下抵抗破破壞的能能力稱(chēng)為為強(qiáng)度。。根據(jù)外力力作用方方式的不不同，分分為抗壓壓強(qiáng)度、、抗拉強(qiáng)強(qiáng)度、抗抗彎強(qiáng)度度和抗剪剪強(qiáng)度。。實(shí)際材料料內(nèi)部常含含有大量量的缺陷陷，材料料受力時(shí)時(shí)，在缺缺陷處形形成應(yīng)力力集中導(dǎo)導(dǎo)致強(qiáng)度度降低。。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)一、材料料的抗壓壓、抗拉拉及抗剪剪強(qiáng)度計(jì)計(jì)算：f=Fmax/Af為材料的的強(qiáng)度，，MPa；Fmax為破壞時(shí)時(shí)的最大大荷載；；A為受力截截面面積積，mm2;二、材料料的抗彎彎強(qiáng)度計(jì)計(jì)算：土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)影響材料料強(qiáng)度的的因素：：內(nèi)因：組組成與結(jié)結(jié)構(gòu)。例例如：混混凝土、、木材等等外因：試試件形狀狀、大小小、含水水率、加加荷速度度等。1.3.2彈性與塑塑性(一)彈性(彈性變形形)材料在外外力作用用下產(chǎn)生生變形，，當(dāng)外力力取消后后，能完完全恢復(fù)復(fù)到原來(lái)來(lái)狀態(tài)的的性質(zhì)稱(chēng)稱(chēng)為材料料的彈性性，材料料的這種種變形稱(chēng)稱(chēng)為彈性性變形。。(二)塑性(塑性變形形)材料在外外力作用用下產(chǎn)生生變形，，當(dāng)外力力取消后后，材料料仍保持持變形后后的形狀狀和尺寸寸的性質(zhì)質(zhì)稱(chēng)為材材料的塑塑性，這這種變形形稱(chēng)為塑塑性變形形。(三)黏彈性(彈塑性變變形)材料在外外力的作作用下，，既有彈彈變，也也有塑變變。徐變或蠕蠕變應(yīng)應(yīng)力力松弛或或馳豫土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)彈性變形塑性變形彈塑性變形應(yīng)力σε土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.3.3脆性與韌韌性(一)脆性材料在荷荷載作用用下，破破壞前無(wú)無(wú)明顯的的塑性變變形，表表現(xiàn)為突突發(fā)性破破壞的性性質(zhì)。脆性材料料的特點(diǎn)：塑性變變形很小小，且壓壓拉比較較大(5~50倍)。無(wú)機(jī)非非金屬材材料多屬屬于此類(lèi)類(lèi)。(二)韌性指材料抵抵抗沖擊擊振動(dòng)荷荷載的作作用，而而不發(fā)生生突發(fā)性性破壞的的性質(zhì)，，即破壞壞時(shí)有非非常明顯顯的塑性性變形。。韌性材料料的特點(diǎn)：變形大大，特別別是塑性性變形大大，抗拉拉強(qiáng)度接接近或高高于抗壓壓強(qiáng)度。。常用金金屬材料料、木材材、橡膠膠、部分分塑料屬屬于此類(lèi)類(lèi)。注意：用于橋梁梁、吊車(chē)車(chē)梁、有有振動(dòng)要要求時(shí)要要考慮材材料的韌韌性。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)§1.4材料的熱熱工、聲聲學(xué)、光光學(xué)性質(zhì)質(zhì)及材料料的耐久久性1.4.1材料的熱熱工性質(zhì)質(zhì)材料的導(dǎo)導(dǎo)熱性能能用導(dǎo)熱熱系數(shù)（（熱導(dǎo)率率）λ表示，λ越大，導(dǎo)導(dǎo)熱性能能越強(qiáng)，，隔熱性性能越差差。導(dǎo)熱熱系數(shù)不不大于0.175W/m.K的材料，，可稱(chēng)為為絕熱材材料。自自然界導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)最小，，即隔熱熱性能最最好的物物質(zhì)是空空氣。熱的傳遞遞方式：：傳導(dǎo)、、對(duì)流和和輻射。。影響因素素：材料的物物質(zhì)構(gòu)成成——化學(xué)組成成和分子子結(jié)構(gòu)比比較簡(jiǎn)單單的物質(zhì)質(zhì)比結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜的的物質(zhì)的的導(dǎo)熱系系數(shù)要大大。λ有機(jī)高分分子＜λ無(wú)機(jī)材料料；λ非金屬＜λ金屬孔隙率率——可將孔隙隙或空隙隙中的氣氣體視為為無(wú)對(duì)流流的靜止止空氣。。①孔隙率↑↑≡表觀密度度↓≡λ↓②在表觀密密度相同同的情況況下，孔孔隙尺寸寸↓≡λ↓③孔隙體積積大到一一定程度度后，由由于空氣氣對(duì)流的的出現(xiàn)，，λ↑溫度——由于輻射射熱的影影響，多多孔材料料的導(dǎo)熱熱系數(shù)一一般隨溫溫度的升升高而增增大。濕度——λ水＞λ靜止空氣氣→濕度↑≡λ↑λ氣態(tài)＜λ液態(tài)＜λ固體熱流方向向——對(duì)于各向向異性的的材料，，不同方方向上的的導(dǎo)熱系系數(shù)各不不相同，，有時(shí)差差異很大大。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)熱容量是指材料料受熱時(shí)時(shí)吸收熱熱量或冷冷卻時(shí)放放出熱量量的性能能。材料料的熱容容量大小小可用比比熱C表示，即即1g材料升高高1K時(shí)所需的的熱量。。墻體、、屋面或或其他部部位采用用熱容量量高的材材料時(shí)，，能在熱熱流變動(dòng)動(dòng)或采暖暖、空調(diào)調(diào)工作不不均衡時(shí)時(shí)緩和室室內(nèi)溫度度的變化化，保持持室內(nèi)溫溫度的穩(wěn)穩(wěn)定。耐燃性是指建筑筑物失火火時(shí)，材材料能經(jīng)經(jīng)受高溫溫與火的的作用不不破壞，，強(qiáng)度不不嚴(yán)重下下降的性性能。耐火性是指材料料在長(zhǎng)期期高溫作作用下，，保持不不熔性并并能工作作的性能能。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)幾種典型型材料的的熱工性性質(zhì)指標(biāo)標(biāo)材料熱導(dǎo)率（W/m.K）比熱（J/g.K）材料熱導(dǎo)率（W/m.K）比熱（J/g.K）銅3700.38絕熱用纖維板0.051.46鋼550.46玻璃棉板0.040.88花崗巖2.90.80泡沫塑料0.031.30普通混凝土1.80.88冰2.202.05普通粘土磚0.550.84水0.604.19松木（橫紋）0.151.63密閉空氣0.0251.00土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.4.4材料的耐耐久性一、耐久久性(durability)材料長(zhǎng)期期抵抗各各種內(nèi)外外破壞因因素或腐腐蝕介質(zhì)質(zhì)的作用用，保持持其原有有性質(zhì)的的能力稱(chēng)稱(chēng)為材料的耐耐久性。它是材材料的一一項(xiàng)綜合合性質(zhì)，，一般包包括有抗抗?jié)B性、、抗凍性性、耐腐腐蝕性、、抗老化化性、抗抗碳化性性、耐熱熱性、耐耐溶蝕性性、耐磨磨性、耐耐光性等等許多項(xiàng)項(xiàng)。過(guò)去一般般按強(qiáng)度度設(shè)計(jì)，，現(xiàn)在按按耐久性性設(shè)計(jì)。。材料的組組成、性性質(zhì)和用用途、工工程的重重要性及及所處環(huán)環(huán)境不同同，對(duì)材材料耐久久性的主主要要求求及耐久久性年限限也不同同。工程上應(yīng)應(yīng)根據(jù)工工程的重重要性、、所處的的環(huán)境及及材料的的特性，，正確選選擇合理理的耐久久性壽命命。二、影響響耐久性性的主要要因素(一)內(nèi)部因因素內(nèi)部因因素是是造成成材料料耐久久性下下降的的根本原原因。主要包包括材材料的的組成成、結(jié)結(jié)構(gòu)與與性質(zhì)質(zhì)。當(dāng)材料料的組組成易易溶于于水或或其它它液體體，或或易與與其它它物質(zhì)質(zhì)產(chǎn)生生化學(xué)學(xué)反應(yīng)應(yīng)時(shí)，，則材材料的的耐水水性、、耐腐腐蝕性性等較較差；；通常常無(wú)機(jī)機(jī)非非金金屬屬材材料料的化化學(xué)學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定定性性較較高高，，金屬屬材材料料則較較差差，，易易發(fā)發(fā)生生電電化化學(xué)學(xué)腐腐蝕蝕和和化化學(xué)學(xué)腐腐蝕蝕。。瀝青青材材料料和和有有機(jī)機(jī)材材料料的耐耐腐腐蝕蝕性性好好，，但但抗抗老老化化性性能能差差。。無(wú)機(jī)機(jī)非非金金屬屬在在溫溫度度劇劇變變時(shí)時(shí)易易產(chǎn)產(chǎn)生生開(kāi)開(kāi)裂裂，，即即耐耐急急冷冷急急熱熱性性差差；；晶晶體體材材料料較較同同組組成成非非晶晶體體材材料料的的化化學(xué)學(xué)穩(wěn)穩(wěn)定定性性高高；；材材料料的的孔孔隙隙率率較較大