項(xiàng)目1材料的基本性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容1.1材料的物理性質(zhì)1.2材料的力學(xué)性質(zhì)1.3材料的耐久性1.1材料的物理性質(zhì)固體物質(zhì)閉口孔隙開口孔隙材料體積組成示意圖定義

指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。公式式中：ρ

—密度，g/cm3m—材料在干燥狀態(tài)下(105+5℃烘干至恒重）的質(zhì)量，gv—材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3測(cè)試方法

將巖石粉碎磨細(xì)，干燥后用李氏瓶測(cè)定體積，材料磨得越細(xì)越好，測(cè)得的體積越接近真實(shí)體積。1.密度1.1.1與材料質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)定義指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。公式式中：ρ0—表觀密度，g/cm3或Kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或Kg

v0—材料自然狀態(tài)下的體積，cm3或m3

測(cè)試方法

對(duì)于規(guī)則形狀的材料，可用量具測(cè)得其體積；對(duì)于不規(guī)則形狀的材料，可采用靜水稱量法和封蠟法測(cè)定。2.表觀密度定義粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。公式式中：ρo′—堆積密度，Kg/m3

m—材料的質(zhì)量，Kg

vo′—材料的堆積體積，m3測(cè)試方法

將干燥的散粒材料試樣裝入規(guī)定尺寸的容器來(lái)測(cè)定的。不同的裝料方式，顆粒排列的松緊程度不同，材料的堆積密度又可分為自然堆積密度、緊密堆積密度。

3.堆積密度常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度材料名稱密度(g/cm3)表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)石灰?guī)r2.6～2.81800～2600—花崗巖2.7～3.02000～2850—水泥2.8～3.1—1200～1300混凝土用砂2.5～2.6—1450～1650混凝土用石2.6～2.9—1400～1700普通混凝土—2100～2500—粘土2.5～2.7—1600～1800鋼材7.857850—鋁合金2.7～2.92700～2900—燒結(jié)普通磚2.5～2.71500～1800—建筑陶瓷2.5～2.71800～2500—紅松木1.55～1.60400～800—玻璃2.45～2.552450～2550—泡沫塑料—10～50—4.密實(shí)度定義

材料體積中固體物質(zhì)充實(shí)的程度。公式密實(shí)度反映材料的密實(shí)程度，D越大，材料越密實(shí)，含有孔隙的材料，密實(shí)度均小于1。5.孔隙率定義材料體積中孔隙體積所占的比例。公式

孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系：P+D=1材料的密實(shí)度和孔隙率是從不同方面反映材料的密實(shí)程度，通常采用孔隙率表示。

孔隙特征孔隙構(gòu)造

連通的孔：彼此連通且與外界相通封閉的孔：相互獨(dú)立且與外界隔絕孔隙大小微孔、細(xì)孔、大孔

封閉孔連通孔6.填充率定義散粒材料在某種堆積體積內(nèi)被其顆粒填充的程度。公式

定義散粒材料在某種堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積所占的比例。公式空隙率與填充率的關(guān)系：P’+D’=1空隙率的大小反映了散粒材料顆粒間相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞?jí)配與計(jì)算含砂量的依據(jù)。7.空隙率

材料在空氣中與水接觸時(shí)，根據(jù)材料表面被水潤(rùn)濕的情況，分親水性材料和憎水性材料兩類。當(dāng)材料分子與水分子間的相互作用力大于水分子間的作用力時(shí)，材料表面就會(huì)被水所潤(rùn)濕。此時(shí)在材料、水和空氣的三相交點(diǎn)處，沿水滴表面所引切線與材料表面所成夾角θ≤90°，這種材料屬于親水性材料。如果材料分子與水分子間的相互作用力小于水本身分子間的作用力，則表示材料不能被水潤(rùn)濕。此時(shí)，潤(rùn)濕角90°＜θ＜180°，這種材料稱為憎水性材料。大多數(shù)建筑材料，如石材、磚瓦、陶器、混凝土、木材等都屬于親水性材料，而瀝青、石蠟和某些高分子材料屬于憎水性材料。1.1.2材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.親水性與憎水性材料潤(rùn)濕邊角

吸水性是指材料在水中能吸收水分的性質(zhì)。吸水性的大小用吸水率表示。質(zhì)量吸水率為材料浸水后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)吸入水的質(zhì)量（或體積）占材料干燥質(zhì)量（或干燥時(shí)體積）的百分比。質(zhì)量吸水率：W質(zhì)=(m濕－m干)/m干×100%體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，其內(nèi)部所吸水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，按下式計(jì)算：

W體=V水/V0×100%=(m濕－m干)V0×1/ρw×100%材料吸水率的大小與材料的孔隙率和孔隙構(gòu)造特征有關(guān)。2.吸水性材料在潮濕的空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕性的大小用含水率表示。含水率為材料所含水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分比。計(jì)算式為：

W含=（m含－m干）m干×100%

3.吸濕性

材料在長(zhǎng)期飽和水作用下不被破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示。計(jì)算式為：

式中：Ks為材料的軟化系數(shù)；fw為材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）；f為材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。軟化系數(shù)的范圍為0～1。軟化系數(shù)的大小反映材料浸水后強(qiáng)度降低的程度。Ks＞0.80的材料，通?？烧J(rèn)為是耐水材料。4.耐水性Ks=fw/f

抗?jié)B性是指材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性質(zhì)。材料的抗?jié)B性可用滲透系數(shù)表示。

滲透系數(shù)的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)單位面積的水量。用公式表示為：K=Wd/Ath

式中：K為材料的滲透系數(shù)（cm/s）；W為透過(guò)材料試件的水量(cm3）；d為試件厚度(cm）；t為透水時(shí)間(s）；A為透水面積(cm2）；h為靜水壓力水頭(cm）。5.抗?jié)B性

材料的抗?jié)B性也可以用抗?jié)B等級(jí)Pn來(lái)表示。

抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用(凍融循環(huán))而不被破壞，強(qiáng)度也無(wú)顯著降低的性能。材料的抗凍性用抗凍等級(jí)Fn表示。n表示材料試件經(jīng)n次凍融循環(huán)試驗(yàn)后，質(zhì)量損失不超過(guò)5%，抗壓強(qiáng)度降低不超過(guò)25%。n的數(shù)值越大，說(shuō)明抗凍性愈好。7.抗凍性材料傳導(dǎo)熱量的性能稱為導(dǎo)熱性。材料的導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)表示。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是指，單位厚度的材料，當(dāng)兩個(gè)相對(duì)側(cè)面溫差為1K時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，其熱傳導(dǎo)能力越差，絕熱性能越好。工程上把λ≤0.175W/(m?K)的材料稱為絕熱材料。

1.1.3材料與熱有關(guān)的性質(zhì)1.導(dǎo)熱性

材料加熱時(shí)吸收熱量、冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，稱為熱容量。熱容量用比熱表示，1g材料溫度升高或降低1K時(shí)，所吸收或放出的熱量稱為比熱。比熱的計(jì)算式為：

C=Q/[m(t2－t1）]

式中：C為比熱（J/g·K）；Q為材料吸收或放出的熱量（J）；m為材料的質(zhì)量（g）；t2-t1為材料受熱或冷卻后的溫差（K）。材料比熱容對(duì)保持室內(nèi)溫度穩(wěn)定作用很大，比熱容大的材料能在熱流變化、采暖、空調(diào)不均衡時(shí)，緩和室內(nèi)溫度的波動(dòng)；屋面材料也宜選用比熱容大的材料。2.熱容量材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)比熱容，kJ/(kg·K)銅3700.38鋼550.46石灰?guī)r2.66～3.230.749～0.846花崗巖2.91～3.450.716～0.92大理巖2.450.875普通混凝土1.80.88粘土空心磚0.640.92松木0.17～0.352.51玻璃2.7～3.260.83泡沫塑料0.031.30水0.604.187密閉空氣0.0231常用材料的熱性質(zhì)指標(biāo)材料在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的體積變化。一般材料在溫度升高時(shí)體積膨脹，溫度下降時(shí)體積收縮。溫度變形在單向尺寸上的變化稱為線膨脹或線收縮，材料的熱變形性常用線膨脹系數(shù)來(lái)衡量，其計(jì)算式如下：3.熱變形性式中：α——線膨脹系數(shù)(1/K)。

ΔL——材料的變形量(mm)。

t2―t1——材料在升、降溫前后的溫度差(K)。

L——材料原來(lái)的長(zhǎng)度(mm)。材料的線膨脹系數(shù)一般都較小，但由于土木工程結(jié)構(gòu)的尺寸較大，溫度變形引起的結(jié)構(gòu)體積變化仍是關(guān)系其安全與穩(wěn)定的重要因素。工程上常用預(yù)留伸縮縫的辦法來(lái)解決溫度變形問(wèn)題。3.熱變形性1.2材料的力學(xué)性質(zhì)材料在外力(荷載)作用下抵抗破壞的能力，稱為強(qiáng)度。當(dāng)材料承受外力作用時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生應(yīng)力。隨著外力逐漸增加，應(yīng)力也相應(yīng)增大。直至材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的作用力不能再抵抗這種應(yīng)力時(shí)，材料即破壞，此時(shí)的極限應(yīng)力值就是材料的強(qiáng)度。1.2.1強(qiáng)度根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗剪和抗彎(抗折)強(qiáng)度。材料受力示意圖(a)拉力；(b)壓力；(c)剪切；(d)彎曲材料的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度的計(jì)算式為：式中：f——材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度，MPa

F——材料承受的最大荷載，Ｎ

A——材料的受力面積，mm2式中：fw——材料的抗彎(折)強(qiáng)度，MPa

F——材料承受的最大荷載，Ｎ

L——兩支點(diǎn)之間的距離，mm

b——材料受力截面的寬度，mm

h——材料受力截面的高度，mm材料的強(qiáng)度主要取決于它的組成和結(jié)構(gòu)。一般說(shuō)材料孔隙率越大，強(qiáng)度越低，另外不同的受力形式或不同的受力方向，強(qiáng)度也不相同。

材料的抗彎強(qiáng)度的計(jì)算式為：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去外力后變形隨即消失，這種性質(zhì)稱為彈性。這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，若除去外力后仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。1.2.2彈性與塑性

材料的彈性和塑性變形曲線

材料受力破壞時(shí)，無(wú)顯著的變形而突然斷裂的性質(zhì)稱為脆性。在常溫、靜荷載下具有脆性的材料稱為脆性材料。在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時(shí)也能產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)稱為韌性或沖擊韌性。1.2.3脆性與韌性1.3材料的耐久性

材料的耐久性是指其在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，能抵抗環(huán)境的破壞作用