緒論第一章目錄01土木工程與土木工程材料02土木工程材料的分類03土木工程材料的發(fā)展04土木工程材料的技術標準學習目標的速度入文字1.了解土木工程材料的分類2.了解土木工程材料的發(fā)展3.了解土木工程材料的標準案例引入的速度入文字在衛(wèi)星云圖上能夠清晰地看到萬里長城這條東方巨龍，因此被稱為世界第8大奇跡，不光因為它的長度和高度，最重要的是它被認為是人類不可能完成的工程，但在中國古人的手中完成了。長城包含了古代歷史上所有的建筑智慧，但更多的是血與火、情與淚的交織，今天的人們只有真正登上長城，用手觸摸每一塊方方正正的巨石，仿佛立刻就回到了2000年前，感受歷史的溫度。案例引入的速度入文字思考：1、萬里長城作為中國古代最具代表性的建筑之一并保存至今，它所采用的主要建筑材料有哪些？01土木工程與土木工程材料的速度入文字土木工程既指所應用的材料、設備和所進行的勘測、設計、施工、保養(yǎng)、維修等技術活動，也指工程建設的對象，即建造在地上或地下、陸上或水中，直接或間接為人類生活、生產、軍事、科研服務的各種工程設施，例如房屋、道路、鐵路、管道、隧道、橋梁、運河、堤壩、港口、電站、飛機場、海洋平臺、給水排水工程以及防護工程等。土木工程的指代非常寬泛，而土木工程材料的指代同樣非常寬泛，泛指用于土木工程建設的各類材料及制品。土木工程與土木工程材料的速度入文字土木工程材料品種繁多，性能各異。在土木工程建造過程中，能夠根據工程所處環(huán)境和功能要求等條件，正確合理地選用土木工程材料，對于節(jié)約材料、降低工程造價（材料費占30~70%）、保障工程質量等具有非常重要的意義。土木工程與土木工程材料02土木工程材料的分類的速度入文字土木工程材料種類繁多，其分類方法也多種多樣。按照土木工程材料的使用功能和用途，可以分為以下三種：土木工程材料的分類結構材料裝飾材料功能材料詳見表1-1(表1-1請見本書第2頁)的速度入文字按照土木工程材料使用部位不同，可以分為:土木工程材料的分類土木工程材料屋面材料墻體材料詳見表1-1(表1-1請見本書第2頁)的速度入文字按照土木工程材料的化學成分來分類，土木工程材料可以分為：土木工程材料的分類有機材料復合材料無機材料詳見表1-1(表1-1請見本書第2頁)的速度入文字一般來說，優(yōu)良的土木工程材料必須具備足夠的強度,能夠安全地承受設計荷載；自身的重量(表觀密度)以輕為宜，以減少下部結構和地基的負荷；具有與使用環(huán)境相適應的耐久性，以便減少維修費用；用于裝飾的材料，應能美化房屋并能產生一定的藝術效果；用于特殊部位的材料，應具有相應的特殊功能，如：屋面材料要能隔熱、防水，樓板和內墻材料要能隔聲等。除此之外，土木工程材料在生產過程中還應盡可能保證低能耗、低物耗及環(huán)境友好。土木工程材料的分類03土木工程材料的發(fā)展的速度入文字作為傳統(tǒng)的土木工程材料，木材、石灰、水泥、瀝青、混凝土、砌筑材料、鋼筋混凝土等構筑了工業(yè)和民用建筑的基礎。隨著材料科學與工程學的形成發(fā)展，土木工程材料性能和質量不斷改善，品種不斷增加。一些具有特殊功能的新型土木工程材料，如絕熱材料、吸聲隔聲材料、各種裝飾材料、耐熱防火材料、防水抗?jié)B材料以及耐磨、耐腐蝕、防爆和防輻射材料等應運而生。土木工程材料從強調經濟性和適用性，開始向強調“可再生、綠色化”發(fā)展。土木工程材料的發(fā)展的速度入文字建筑材料的綠色發(fā)展融合了綠色建材、清潔生產、循環(huán)經濟和低碳排放等諸多領域的先進理念，這也對土木工程材料的發(fā)展提出了更高的要求。具體表現為以下幾方面：土木工程材料的發(fā)展高性能化智能化工業(yè)化節(jié)能化、綠色化復合化、多功能化的速度入文字將研制輕質、高強、高耐久性、高抗震性、高保溫性、高吸聲性、優(yōu)異裝飾性及優(yōu)異防水性的材料，實現結構―功能一體化。這對提高建筑物的安全性、適用性、藝術性、經濟性及使用壽命等有著非常重要的作用。例如，現今鋼筋混凝土結構材料自重大（每立方米重約2500kg)，限制了建筑物向高層、大跨度方向進一步發(fā)展。通過減輕材料自重，及盡量減輕結構物自重，可提高經濟效益。目前，世界各國都在大力發(fā)展高強混凝土、加氣混凝土、輕骨料混凝土、空心磚、石膏板等材料，以適應土木工程發(fā)展的需要。土木工程材料的發(fā)展(1)高性能化的速度入文字所謂智能化材料，是指材料本身具有自感知、自調節(jié)、自清潔、自修復，實現構筑物自我監(jiān)控的功能，以及可重復利用性。土木工程材料向智能化方向發(fā)展，是人類社會向智能化發(fā)展過程中降低成本的需要。土木工程材料的發(fā)展（2)智能化的速度入文字利用復合技術生產多功能材料、特殊性能材料及高性能材料，這對提高建筑物的使用功能、經濟性及加快施工速度等有著十分重要的作用。土木工程材料的發(fā)展(3)復合化、多功能化(4)工業(yè)化工業(yè)化生產主要是指應用先進施工技術，改造或淘汰陳舊設備，采用工業(yè)化生產技術，使產品規(guī)范化、系列化。的速度入文字由于材料在土木工程中消耗量很大，而以往材料生產大多利用天然資源，因此現今可利用的自然資源、能源已非常有限。綠色建材就是從可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，盡可能少用天然資源，充分利用再生資源，大量使用工業(yè)或城市固體廢棄物，采用低能耗，無污染的生產技術，生產和開發(fā)能夠降解有害氣體、抑菌與殺菌，對人體健康和環(huán)境無害并且可循環(huán)再生利用的新型材料。土木工程材料的發(fā)展(5)節(jié)能化、綠色化04土木工程材料的技術標準的速度入文字技術標準是評價土木工程材料質量的依據。目前，我國絕大多數土木工程材料都制定有產品技術標準，這些標準通常包括產品分類、規(guī)格、技術要求、檢驗指標和方法、產品驗收以及儲運等方面的內容。土木工程材料的技術標準的速度入文字土木工程材料的技術標準分為四大類:土木工程材料的技術標準添加標題行業(yè)標準國家標準地方標準企業(yè)標準的速度入文字這些標準分別由相應的標準化管理部門批準并發(fā)布，各類標準代號參見表1-2，代號中帶字母“T”的屬于推薦性標準。國家標準和行業(yè)標準屬于全國通用標準，地方標準適用于發(fā)布該標準的省、直轄市或自治區(qū)，而企業(yè)標準僅適用于企業(yè)內部。(表1-2請見本書第4頁)土木工程材料的技術標準的速度入文字標準的表示方法由產品(或技術)名稱、部門代號、編號和批準年份組成。例如《普通混凝土配合比設計規(guī)程》(JGJ55—2011)，前面為技術名稱，部門代號為JCJ，編號為55，批準年份為2011。伴隨著“一帶一路”倡議的實施，我國承建的國際工程會越來越多，很多工程在設計和建造過程中會參考國際標準或其他國家的標準，如國際標準(代號ISO)，美國國家標準(代號ANSI)，美國材料與試驗學會標準(代號ASTM)，歐盟標準(代號EN)，英國標準(代號BS)，等等。土木工程材料的技術標準的速度入文字像素大樓—澳洲綠色之星建筑像素大樓占地250㎡，建筑面積約1000㎡，旨在為開發(fā)團隊和銷售人員提供一座六星級綠色標準、碳中和的建筑，并為未來該地段的開發(fā)建設和銷售提供展示區(qū)域和綠色景觀空間?！疤贾泻汀钡恼f法最早起源于英國，意味著在一年中建筑產生的能量能夠自給自足，并且將剩余的能量回饋電網以平衡建造過程中產生的碳排放。知識拓展的速度入文字像素大樓的屋頂是澳大利亞第一個節(jié)水型花園，超過75%的建筑屋頂面積由維多利亞草地原生物種所覆蓋。該物種由墨爾本大學專家基于維多利亞土植被資源挑選而得，代表著墨爾本居住區(qū)的優(yōu)勢物種。該屋頂草原植被增加了墨爾本地區(qū)生態(tài)多樣性，將吸引當地一度盛行的野生動物（尤其是昆蟲、鳥類和蝴蝶）在此繁衍，同時起到過濾雨水并對建筑起到隔熱保溫的作用。知識拓展1、綠色屋頂的速度入文字像素大樓具有先進的水循環(huán)利用系統(tǒng)，其設計目標是，如果墨爾本維持在10年（1999～2009年）降雨量的平均值水平，像素大樓可實現水資源的自我供給。從可收集雨水的原生態(tài)綠色屋頂到建筑外立面的種植陽臺，像素大樓絕非僅僅匯集了可持續(xù)設計的概念，而是一座共生系統(tǒng)整體覆蓋的實驗室，其中包括最顯而易見的元素——像素表皮。在澳大利亞，像素大樓將首次采用獨特的蘆葦基系統(tǒng)對灰水進行回收利用，該系統(tǒng)同時也可作為窗戶遮陽。由于主要供給水源為回收雨水，在建筑中僅需利用極少量的飲用水。滴落到像素大樓的每一滴雨水都能得到充分運用。知識拓展2、水循環(huán)利用系統(tǒng)的速度入文字像素大樓獨具一格、五彩斑斕的“像素”表皮讓人過目不忘，它們是由種植植被、遮陽百葉、雙層玻璃幕墻以及太陽能遮陽共同組成的綜合系統(tǒng)。505工作室研發(fā)的該系統(tǒng)構造復雜但形象簡潔，可根據建筑功能、ESD需求和材料的不同，使立面肌理在人的尺度下呈現不同的視覺感受，并具有流動感和一致性?！跋袼亍笨稍谶^濾陽光的同時為室內提供自然采光，會重復利用3次。知識拓展3、建筑表皮的速度入文字這些彩色的翼片是固定在表皮上的（不能旋轉），具有3個功能：首先賦予建筑獨特的視覺效果；其次，作為遮陽百葉系統(tǒng)在夏天起遮陽作用，減少空調系統(tǒng)的負荷；第三是照明調節(jié)，經過設計的葉片可以100%地允許自然光進入辦公區(qū)域，同時避免眩光的影響。因此室內光線非常溫和，主要窗戶上不需設置遮陽百葉，各區(qū)域均可使用筆記本電腦。知識拓展3、建筑表皮圖1-2像素大樓1.國家標準的代號是()A.DB

B.GB

C.JT

D.JC2.下列哪種材料屬于有機材料？()A.天然石材

B.石墨

C.木材

D.普通玻璃3.材料按其化學組成可以分為哪幾種?()A.無機材料、有機材料B.金屬材料、非金屬材料C.植物質材料、高分子材料、新青材料、金屬材料D.無機材料、有機材料、復合材料本章習題一、選擇題4.某棟普通樓房建筑造價1000萬元，據此估計建筑材料費用大約為下列哪一項?()A.250萬元B.100萬元C.450萬元D.800萬元本章習題一、選擇題二、填空題1.在我國，技術標準分為4級：_____、_____、_____、______。2.石灰、石膏屬于______材料。本章習題三、簡答題的速度入文字1.土木工程材料有哪些種類？哪些標準？2.結合自己專業(yè)，談一談土木工程材料未來發(fā)展趨勢。感/謝/觀/看THANKYOUFORWATCHING土木工程材料的基本性質第二章目錄01材料的組成與結構02材料的基本性質03材料的力學性質04材料的耐久性學習目標的速度入文字1.了解材料的物理性質，力學性質的相關概念，表示方法及影響因素。2.了解土木工程材料的密度，與水有關的性質，強度，彈性，黏性與塑性。3.了解對砂石的表觀密度，堆積密度，吸水率和含水率進行檢測。案例引入的速度入文字土木工程涉及范圍極為廣泛，在土木工程建造過程中，如何選擇適宜的土木工程材料，不僅需要考慮工程性質，使用環(huán)境和結構部位，還要考慮耐久性和成本等諸多因素。因此，認識和熟悉土木工程材料，首先應了解土木工程材料的基本性質，如結構材料的力學性質和耐久性，以及圍護材料的防水防潮.隔聲吸聲和保溫隔熱等功能。案例引入的速度入文字熟悉土木工程材料的基本性質，不僅有利于更好地理解膠凝材料，混凝土，墻體材料，金屬和高分子材料等諸多材料的性能特點，也有利于更好地將土木工程材料教材中的諸多知識點融會貫通，如結構材料必須具備良好的力學性質；墻體材料應具備良好的保溫隔熱性能，隔聲吸聲性能；屋面材料應具備良好的抗?jié)B防水性能；地面材料應具備良好的耐磨損性能等等，從而更容易掌握土木工程材料繁雜的知識點。01材料的組成與結構的速度入文字材料的組成包括材料的化學組成、礦物組成和相組成。它不僅影響材料的化學穩(wěn)定性，而且也是決定材料物理及力學性質的重要因素。2.1.1材料的組成化學組成礦物組成相組成的速度入文字化學組成指構成材料的基本化合物或化學元素的種類和數量。當材料與外界自然環(huán)境及各類物質相接觸時，它們之間必然要按照化學變化規(guī)律發(fā)生作用，如木材的腐蝕.鋼材的銹蝕等材料有關這方面的性質都是由材料的化學組成決定的。2.1.1材料的組成1.化學組成2.1.1材料的組成的速度入文字無機非金屬材料中具有特定的晶體結構和特定的物理力學性能的組織結構稱為礦物。礦物組成指構成材料的礦物種類和數量。材料中的天然石材.無機膠凝材料等，其礦物組成是決定材料性質的主要因素。例如，硅酸鹽類的水泥主要由硅酸鈣.鋁酸鈣等熟料礦物組成，決定了水泥易水化成堿性凝膠體具有凝結硬化的性能，同時當水泥所含的熟料礦物不同或含量不同時又可形成各種不同性質的水泥。2.礦物組成的速度入文字材料中具有相同物理.化學性質的均勻部分稱為相。凡由兩相或兩相以上物質組成的材料稱為復合材料。土木工程材料大多數是多相固體，可看作復合材料。例如，混凝土可認為是骨料顆粒（骨料相）分散在水泥漿基體（基相）中所組成的兩相復合材料。兩相之間稱為界面，即“界面相”，影響這類材料的主要因素是原材料的品質及配合比例。由膠凝材料.粗骨料.細骨料.水及其他外加劑或摻合料組成的。2.1.1材料的組成3.相組成2.1.1材料的組成的速度入文字復合材料的性質與其構成材料的相組成和界面特性有密切關系。所謂界面是指多相材料中相與相之間的分界面。在實際材料中，界面是一個各種性能尤其是強度性能較薄弱的區(qū)域，它的成分和結構與相內的部分是不一樣的，可作為“相界面”來處理。因此，對于土木工程材料，可通過改變和控制其相組成和界面特性來改善和提高材料的。3.相組成的速度入文字材料的結構和構造是決定材料性質的重要因素。材料的結構可分為:2.1.2材料的結構細觀結構微觀結構宏觀結構的速度入文字宏觀結構是指用肉眼或放大鏡就可分辨的毫米級組織。有以下四個分類：2.1.2材料的結構1.宏觀結構致密結構多孔材料纖維結構層狀結構的速度入文字具有致密結構的材料可以看作為無孔隙的材料，如鋼材.玻璃.塑料.致密天然石材等，這類材料強度和硬度高.吸水性小.抗凍性和抗?jié)B性好。2.1.2材料的結構1.宏觀結構(1）致密結構多孔材料是指材料內部有分布較均勻的孔隙，孔隙率高。例如，加氣混凝土.泡沫塑料.燒土制品.石膏制品等。這類材料質量輕.保溫隔熱.吸聲隔聲性能好。(2）多孔材料2.1.2材料的結構1.宏觀結構的速度入文字材料內部質點排列具有方向性，其平行纖維方向.垂直纖維方向的強度和導熱性等性質具有明顯的方向性，即各向異性，如木材.石棉.玻璃纖維.鋼纖維混凝土等。（3）纖維結構天然形成或用人工黏結等方法將材料疊合而成層狀的材料結構，如膠合板.紙面石膏板.蜂窩夾心板.各種節(jié)能復合墻板等。這類結構能提高材料的強度.硬度.保溫及裝飾等性能，擴大材料使用范圍。（4）層狀結構的速度入文字細觀結構是指用光學顯微鏡能觀察到的微米組織，如分析金屬材料的金相組織，觀察木材的木纖維、導管、髓線、樹脂道等組織，以及觀察混凝土內的微裂縫等。材料內部各種組織的性質各不相同，這些組織的特征.數量.分布及界面之間的結合情況等，都對材料性質有重要的影響。2.1.2材料的結構2.細觀結構（亞微觀結構）的速度入文字微觀結構是材料的極小尺度結構，定義為材料制備表面的結構，如放大25倍以上的光學顯微鏡所顯示的。材料（如金屬、聚合物、陶瓷或復合材料）的微觀結構可以強烈影響物理性能，如強度.韌性.延展性.硬度.耐腐蝕性.高/低溫行為或耐磨性。這些特性反過來決定了這些材料在工業(yè)實踐中的應用。2.1.2材料的結構3.微觀結構的速度入文字材料在微觀結構層次上可分為晶體、玻璃體、膠體。2.1.2材料的結構3.微觀結構晶體膠體玻璃體2.1.2材料的結構3.微觀結構的速度入文字晶體是質點（離子、原子、分子）在空間上按特定的規(guī)則呈周期性排列時所形成的。晶體具有特定的幾何外形，各向異性，固定的熔點和化學穩(wěn)定性等特點。根據組成晶體的質點及化學鍵的不同可分為：(1）原子晶體:中性原子以共價鍵結合而成的晶體。其強度.硬度.熔點均較高，而密度小，如石英等。(2）離子晶體:正負離子以離子鍵結合而成的晶體。其強度.硬度.熔點也較高，密度中等，不耐水，如石膏等。1）晶體的速度入文字(3）分子晶體:以分子間的范德華力即分子鍵結合而成的晶體。其強度.硬度.熔點較低.密度小，如有機化合物等。(4）金屬晶體:以金屬陽離子為晶格，由自由電子與金屬陽離子間金屬鍵結合而成的晶體。其強度.硬度變化大，密度大，如鋼材等。2.1.2材料的結構3.微觀結構1）晶體2.1.2材料的結構3.微觀結構的速度入文字晶體材料在外力作用下具有彈性變形的特點，但因質點的密集程度不同而具有許多滑移面，當外力達到一定限度時，則易沿著滑移面產生塑性變形。1）晶體的速度入文字晶體內質點的相對密集程度，質點間的結合力和晶粒的大小，對晶體材料的性質有著重要的影響。以碳素鋼材為例，因為晶體內的質點相對密集程度高，質點間又以金屬鍵聯(lián)結，其結合力強，所以鋼材具有較高的強度，較大的塑性變形能力。若再經熱處理使晶粒更細小、均勻，則鋼材的強度還可以提高。又因為其晶格間隙中存在有自由運動的電子，所以使鋼材具有良好的導電性和導熱性。2.1.2材料的結構3.微觀結構2.1.2材料的結構3.微觀結構的速度入文字具有一定的化學成分的熔融物質，經急冷，使質點來不及按一定的規(guī)則排列，便凝固成固體，即得玻璃體。玻璃體的特點：無一定的幾何外形，無熔點而只有軟化現象，各向同性，化學性質不穩(wěn)定等，如水淬?；郀t礦渣、火山灰、粉煤灰等均屬玻璃體。在一定的條件下，具有較大的化學潛能，因此，大量用做硅酸鹽水泥的摻合料，改善其性能。2）玻璃體的速度入文字物質以極微小的質點（粒徑為1～100μm）分散在連續(xù)相介質中形成的分散體系稱為膠體。膠體的總表面積很大，因而表面能很大，有很強的吸附力，所以具有較強的黏結力。膠體由于脫水作用或質點的凝聚而形成凝膠，凝膠具有固體的性質，在長期應力下，又具有黏性液體流動的性質，如水泥水化物中的凝膠體。2.1.2材料的結構3.微觀結構3）膠體2.1.3材料的構造的速度入文字材料的構造是指具有特定性質的材料結構單元間的相互組合搭配情況。構造概念與結構概念相比，更強調了相同材料或不同材料的搭配組合關系。例如，節(jié)能墻板就是具有不同性質的材料經特定組合搭配而成的一種復合材料，使其具有良好的保溫隔熱、吸聲隔聲、防火抗震等性能。的速度入文字按孔隙的大小,可將材料的孔隙分為微小孔隙、細小孔隙（毛細孔）、粗大孔隙等。對于無機非金屬材料,孔徑小于20nm的微小孔隙,水或有害氣體難以侵入,可視為無害孔。按孔隙形狀可將材料的孔隙分為球形孔隙、片狀孔隙（即裂紋）、管狀孔隙、墨水瓶狀孔隙、帶尖角的孔隙等。片狀孔隙、管狀孔隙、帶尖角的孔隙對材料性質的影響較大。按常壓下水能否進入到孔隙中,將常壓水可以進入的孔隙稱為開口孔隙,而將常壓水不能進入的孔隙稱為閉口孔隙。另外,開口孔中有些孔不僅與外界相通,而且彼此貫通,稱為連通孔。開口孔隙對材料性質的影響較閉口孔隙大,往往使材料的大多數性質降低（吸聲性除外）。2.1.4材料的孔隙1.孔隙的分類的速度入文字孔隙特征是指材料內部孔隙的大小、形狀、分布、連通與否等構造上的特征,對材料的物理、力學性質均有顯著影響。一般情況下,材料的孔隙率越大,則材料的表觀密度、堆積密度、強度均越小,耐磨性、抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕性、耐水性及其他耐久性越差,而保溫性、吸聲性、吸水性與吸濕性等越強。2.1.4材料的孔隙2.孔隙特征對材料性質的影響02材料的基本性質的速度入文字體積是物體所占有的空間尺寸大小，其度量單位通常以cm3或m3表示。依據不同的結構狀態(tài)，材料的體積可以采用不同的參數來表示。材料在絕對致密狀態(tài)下的體積，或材料內不包括孔隙時的體積，并以Ｖ表示。自然狀態(tài)下，除嚴格控制條件下生產的鋼材、玻璃等少數材料可視為絕對密實狀態(tài)，絕大多數材料并非絕對密實，其密實體積也難以直接測定。測定有孔隙材料的密度時，通常將材料磨成一定細度的粉末，干燥至恒重后用李氏瓶測定其體積。2.2.1材料的體積1）材料的密實體積的速度入文字整體材料（包括內部孔隙）的外觀體積，并以V0表示。外形規(guī)則且表面平整材料的表觀體積，可直接以尺度量后用體積公式計算求得；外形不規(guī)則材料（圖2-1（a））的表觀體積，常用排水法（或排油法）來測定。2.2.1材料的體積2）材料的表觀體積的速度入文字顆粒材料堆積狀態(tài)下的總體外觀體積，并以V′0表示。顆粒材料的堆積體積中既包含顆粒內部的孔隙，也包含顆粒間的間隙體積（圖2-1（b））。堆積體積可以通過測量其所占有容器的容積，或通過測量其規(guī)則堆積形狀的幾何尺寸計算求得。2.2.1材料的體積3）材料的堆積體積的速度入文字根據上述定義可知，材料的密實體積僅取決于其微觀或細觀結構，而與宏觀結構無關；材料的表觀體積則與其宏觀組成結構有關；堆積體積不僅與材料內部的微觀結構、細觀結構、宏觀結構有關，而且還與其顆粒間相互填充與接觸的程度有關。2.2.1材料的體積的速度入文字密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量。按下式計算:2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度1.密度（2-1）

的速度入文字材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，指不包括材料孔隙在內的體積。鋼材、玻璃等少數密實材料可根據外形尺寸求得體積，按上式求得密度。大多數有孔隙的材料，在測定材料的密度時，應把材料磨成細粉，干燥后用李氏瓶測定其體積。材料磨得越細，測得的密度數值就越精確。磚、石等塊狀材料的密度即用此法測得。2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度1.密度的速度入文字表觀密度是指材料單位體積（含材料實體及閉口孔隙體積）的質量，也稱視密度。按下式計算：2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度2.表觀密度（2-2）

的速度入文字多孔材料內部的孔隙包括開口孔隙和閉口孔隙。在測量表觀密度時，可以直接采用排水法或水中稱重法測出材料不含開口孔隙的體積，再按上式計算表觀密度。2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度2.表觀密度2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度的速度入文字體積密度是指材料在自然狀態(tài)下單位體積（含材料實體及開口孔隙、閉口孔隙）的質量，俗稱容重。按下式計算：3.體積密度

（2-3）

的速度入文字外形規(guī)則的材料，可直接按外形尺寸計算出體積，按上式求得表觀密度。外形不規(guī)則的材料可加工成規(guī)則外形后求得體積。當材料孔隙內含有水分時，其質量和體積均有所變化，故測定體積密度時，須注明其含水情況。干體積密度指材料在烘干狀態(tài)下的測定值。2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度3.體積密度的速度入文字堆積密度是指散?；蚍蹱畈牧希ㄈ缟?、石子、水泥等）在堆積狀態(tài)下單位體積的質量。按下式計算：2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度4.堆積密度

（2-4）

2.2.2材料的密度、表觀密度與堆積密度的速度入文字測定散粒材料的堆積密度時，按一定的方法將散粒材料裝入一定的容器中，則堆積體積為容器的容積。在土木工程中，材料的密度、表觀密度與堆積密度，經常用來計算材料的用量，構件的自重、配料、運輸、堆放等。4.堆積密度的速度入文字材料體積內被固體物質充實的程度。按下式計算：2.2.3材料的密實度與孔隙率1.密實度（2-5）或（2-6）的速度入文字材料體積內，孔隙體積所占的比例按下式計算：2.2.3材料的密實度與孔隙率2.孔隙率（2-7）即D+P=1（或密實度+孔隙率=1）。2.2.3材料的密實度與孔隙率的速度入文字孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，它對材料的物理、力學性質均有影響。材料內部孔隙的構造，可分為連通的與封閉的兩種。連通孔隙不僅彼此貫通且與外界相通，而封閉孔隙則不僅彼此不連通且與外界相隔絕?？紫栋闯叽缬址譃闃O微細孔隙、細小孔隙、較粗大孔隙?？紫兜拇笮〖捌浞植继卣鲗Σ牧系男阅苡绊戄^大。2.孔隙率

散粒材料堆積體積中，顆粒填充的程度。按下式計算：2.2.4材料的填充率與空隙率1.填充率（2-8）

或的速度入文字散粒材料堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。用下式計算:2.2.4材料的填充率與空隙率2.空隙率

（2-10）

2.2.4材料的填充率與空隙率的速度入文字空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂率的依據。常用材料的密度、表觀密度、堆積密度及孔隙率見表2-1。(表2-1請見本書第13頁)2.空隙率的速度入文字【例1】某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3;表觀密度為2.61g/cm3堆積密度為1680kg/m3，計算此石子的孔隙率與空隙率?！窘狻渴拥目紫堵蔖為：2.2.4材料的填充率與空隙率2.空隙率

的速度入文字

2.2.4材料的填充率與空隙率2.空隙率

2.2.5材料與水有關的性質的速度入文字材料在使用過程中，經常與水接觸，如雨水、雪水、地下水、生活用水、大氣中的水汽等。不同的固體材料表面與水之間作用的情況不同，對材料性質的影響也不同，因此要研究材料與水接觸后的有關性質。的速度入文字下面將用以下四種有關的性質來講解：2.2.5材料與水有關的性質材料的吸水性與吸濕性材料的親水性與憎水性材料的抗凍性與抗?jié)B性材料的耐水性的速度入文字材料與水接觸時能被水潤濕的性質稱為親水性。具備這種性質的材料稱為親水性材料，例如磚、混凝土、木材等。2.2.5材料與水有關的性質1.材料的親水性與憎水性1）親水性材料與水接觸時不能被水潤濕的性質稱為憎水性。具備這種性質的材料稱為憎水性材料，例如石蠟、瀝青等。2）憎水性的速度入文字材料的親水性與憎水性可用潤濕角θ來說明。當材料與水接觸時，在材料、水、空氣三相的交點處，作沿水滴表面的切線，該切線與固體、液體接觸面的夾角稱為潤濕角θ。θ越小，表明材料越易被水潤濕。實驗證明，當潤濕角θ≦90°時，這種材料稱為親水性材料，如圖2-2（a）所示；當潤濕角θ>90°時，這種材料稱為憎水性材料，如圖2-2（b）所示。(圖2-2見本書第14頁)2.2.5材料與水有關的性質1.材料的親水性與憎水性2）憎水性的速度入文字這一概念也可應用到其他液體對固體材料的浸潤情況，相應地稱為親液性材料或憎液性材料。大多數土木工程材料（如磚、瓦、砂、石、木材、鋼材、玻璃等）都屬于親水性材料，瀝青、石蠟、某些油漆、塑料等屬于憎水性材料。2.2.5材料與水有關的性質1.材料的親水性與憎水性2）憎水性的速度入文字材料在水中通過毛細孔隙吸收并保持水分的性質用吸水率表示，即2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性1）吸水性

（2-7）式中：W——材料質量吸水率（%）；

m——材料干燥狀態(tài)下的質量（g）；

m1-——材料吸水飽和狀態(tài)下的質量（g）。的速度入文字吸水性也可以用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積占材料自然狀態(tài)體積的百分率。材料吸水率的大小主要取決于材料孔隙的大小和特征?？紫堵试酱?，吸水性越強。但因封閉孔隙水分不易滲入，粗大孔隙水分不易保留，故有些材料盡管孔隙率大，但吸水率卻較小。只有孔隙連通而微小的材料，其吸水率才較大。2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性1）吸水性的速度入文字材料在一定溫度和濕度下吸附水分的能力用含水率表示，即2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性2）吸濕性

(2-12）式中：W含——材料含水率（%）；

m含——材料含水時的質量（g）；

m——材料干燥狀態(tài)下的質量（g）。的速度入文字材料的吸濕性作用一般是可逆的，也就是說材料既可吸收空氣中的水分，又可向空氣中釋放水分。在一定的溫度和濕度條件下，材料與空氣濕度達到平衡時的含水率稱為平衡含水率。木材的吸濕性特別明顯，它能大量吸收水汽而增加質量、降低強度和改變尺寸。木門窗在潮濕環(huán)境往往不易開關，就是由于吸濕而引起的。保溫材料吸收水分后將降低或喪失其性能，所以應特別注意采取有效的防護措施。2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性2）吸濕性

2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性

2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性

2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性

2.2.5材料與水有關的性質2.材料的吸水性與吸濕性

材料抵抗水破壞作用的性質稱為耐水性,用軟化系數表示,即2.2.5材料與水有關的性質3.材料的耐水性

（2-13）式中:KP——材料的軟化系數；

fw

——材料在吸水飽和狀態(tài)下的強度（MPa）；

f——材料在干燥狀態(tài)下的強度（MPa）。

材料的軟化系數在0~1的范圍內。用于水中、潮濕環(huán)境中的重要結構材料,必須選用軟化系數不低于0.85的材料；用于受潮濕較輕或次要結構的材料,則軟化系數不宜小于0.70~0.85。通常軟化系數大于0.85的材料稱為耐水性材料。處于干燥環(huán)境的材料可以不考慮軟化系數?；◢徥L期浸泡在水中,強度下降3%,普通貓土磚和木材所受影響更為顯著。根據建筑物所處的環(huán)境,軟化系數成為選擇材料的重要依據。2.2.5材料與水有關的性質3.材料的耐水性

【例2-3】某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為174MPa、178MPa、165MPa,求該石材的軟化系數,并判斷該石材可否用于水下工程?！窘狻吭撌牡能浕禂禐?.2.5材料與水有關的性質3.材料的耐水性

該石材的由于軟化系數為0.93,大于0.85,故該石材可用于水下工程

材料在吸水飽和狀態(tài)下,能經受多次凍融循環(huán)作用而不被破壞,同時也不嚴重降低強度的性質稱為抗凍性,用抗凍等級表示。冰凍的破壞作用是由材料孔隙內的水分結冰而引起的。水分結冰時體積約增大9%,從而對孔隙產生壓力而使孔壁開裂。抗凍等級表示材料經過的凍融循環(huán)次數,其質量損失、強度下降均不超過規(guī)定值。2.2.5材料與水有關的性質4.材料的抗凍性與抗?jié)B性1）抗凍性的速度入文字材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗?jié)B性,用滲透系數表示,即2.2.5材料與水有關的性質（2-14）4.材料的抗凍性與抗?jié)B性2）抗?jié)B性

式中:K——滲透系數（cm/h）；

Q——透水量（cm3）；

d——試件厚度（cm）；

A——透水面積（cm2）；

t——滲水時間（h）；

H-——靜水壓力水頭（cm）。

滲透系數越小，則表示材料的抗?jié)B性越好。對于防潮、防水材料（如瀝青、油氈、瀝青混凝土、瓦等），常用滲透系數表示其抗?jié)B性。對于砂漿、混凝土等材料，常用抗?jié)B等級表示其抗?jié)B性，即2.2.5材料與水有關的性質4.材料的抗凍性與抗?jié)B性

（2-15）式中：P——抗?jié)B等級；

H——試件開始滲水時的水壓力（MPa）。2）抗?jié)B性

抗?jié)B等級越高，則表示材料的抗?jié)B性能越好。材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有密切關系。孔隙率很低而且是封閉孔隙的材料具有較高的抗?jié)B性能。對于地下建筑及水下構筑物，因為常受到壓力水的作用，所以對材料的抗?jié)B性有較高的要求。對于防水材料，則要求具有更高的抗?jié)B性。材料抵抗其他液體滲透的性質也屬于抗?jié)B性。例如，對于儲油罐，則要求材料具有良好的不滲油性。2.2.5材料與水有關的性質4.材料的抗凍性與抗?jié)B性2）抗?jié)B性

土木工程材料在滿足強度和其他性能的基礎上，還要考慮材料的熱工性能，以保證室內溫度在一定的溫度范圍內，為學習、生產和生活創(chuàng)造適宜的條件。材料與熱有關的性質有以下四種：2.2.6材料與熱有關的性質材料的導熱性材料的熱容量材料的耐燃性材料的耐火性的速度入文字材料傳導熱量的性質稱為導熱性，以導熱系數表示，即2.2.6材料與熱有關的性質（2-16）1.材料的導熱性

式中：λ——導熱系數（W/（m.K））；

Q——總傳熱量（J）；

a-——材料厚度（m）；

A——熱傳導面積（m2）；

t——熱傳導時間（h）；

T2

—T1——材料兩面溫度差（K）。

材料的導熱系數越大，其傳導的熱量就越多。影響材料導熱系數的主要因素有材料的物質構成、微觀結構、孔隙構造、溫度、濕度和熱流方向等。（1）物質構成。金屬材料的導熱系數最大，無機非金屬材料次之，有機材料的導熱系數最小。（2）微觀結。相同化學組成的材料，結晶結構的導熱系數最大，微晶結構次之，玻璃體結構的導熱系數最小。2.2.6材料與熱有關的性質1.材料的導熱性

(3）孔隙構造。由于固體物質的導熱系數比空氣的導熱系數大得多，一般來說，材料的孔隙率越大，導熱系數越小。在孔隙率相近的情況下，孔徑越大，孔隙相通將使材料導熱系數有所提高，這是由于孔內空氣流通與對流的結果。對于纖維狀材料，導熱系數還與壓實程度有關。當壓實到某一表觀密度時，其導熱系數最小，該表觀密度稱為最佳表觀密度；當小于最佳表觀密度時，材料內空隙過大，由于空氣對流作用，導熱系數將有所提高。2.2.6材料與熱有關的性質1.材料的導熱性

（4）溫度。溫度材料的導熱系數隨溫度升高而增大。因此，絕熱材料在低溫下的使用效果更佳。（5）濕度。由于固體導熱最好，液體次之，氣體最差，因此，材料受潮會使導熱系數增大，若水分結冰，材料導熱系數會進一步增大，因為冰的導熱系數比水的導熱系數更大。為了保證保溫效果，絕熱材料要特別注意防潮。（6）熱流。對于木材等纖維狀材料，熱流方向與纖維排列方向垂直時材料的導熱系數要小于平行時的導熱系數。2.2.6材料與熱有關的性質1.材料的導熱性

材料受熱（或冷卻）時吸收（或放出）熱量的性質稱為材料的熱容量，用比熱容表示，即2.2.6材料與熱有關的性質2.材料的熱容量

式中：C——材料比熱容（J/（g.K））；

Q——材料吸收或放出的熱量（J）

m——材料的質量（g）；

T2-T1——材料受熱或冷卻前后溫差（K）。（2-17）

比熱容指質量為1g的材料，當溫度升高（或降低）1K時所吸收（或釋放）的熱量。比熱容與材料質量之積稱為材料的熱容量值，它表示材料溫度升高或降低1K所吸收或放出的熱量。熱容量值大的材料，其本身能吸入或儲存較多的熱量，對于保持室內溫度有良好的作用，并減少能耗。材料中熱容量最大的是水，其比熱容C=4.19J/（g?K），因此蓄水的平屋頂能使室內冬暖夏涼。2.2.6材料與熱有關的性質2.材料的熱容量

建筑物失火時，材料能經受高溫與火的作用不被破壞，強度不嚴重下降的性能，稱為材料的耐燃性。根據耐燃性可將材料分為三大類：2.2.6材料與熱有關的性質3.耐燃性

難燃燒類不燃燒類燃燒類

（1）不燃燒類：材料遇火遇高溫不易起火，不陰燃，不碳化，如普通石材、混凝土、磚、石棉等。（2）難燃燒類：材料遇火遇高溫不易起火、不陰燃或不碳化，只有在火源存在時能繼續(xù)燃燒或陰燃，火焰熄滅后，即停止燃燒或陰燃，如瀝青混凝土、經防火處理的木材等。（3）燃燒類：材料遇火遇高溫即起火或陰燃，在火源移去后，能繼續(xù)燃燒或陰燃，如木材、瀝青等。2.2.6材料與熱有關的性質3.耐燃性

材料在長期的高溫作用下，保持不熔性并能工作的性能稱為材料的耐火性，如砌筑窯爐、鍋爐、煙道等的材料。按耐火性高低可將材料分為以下三類：2.2.6材料與熱有關的性質4.耐火性耐火材料難熔材料易熔材料

（1）耐火材料：耐火度不低于1580節(jié)的材料，如耐火磚中的硅磚、錢磚、鋁磚、銘磚等。（2）難熔材料：耐火度為1350~580節(jié)的材料，如難熔貓土磚、耐火混凝土等。（3）易熔材料：耐火度低于1350節(jié)的材料，如普通貓土磚等。2.2.6材料與熱有關的性質4.耐火性

當聲波傳播到材料的表面時，一部分聲波被反射，另一部分穿透材料，其余部分則傳遞給材料。對于含有大量連通孔隙的材料，傳遞給材料的聲能在材料的孔隙中將引起空氣分子與孔壁的摩擦和貓滯阻力，使相當一部分聲能轉化為熱能而被材料吸收或消耗。2.2.7材料的吸聲性能1.吸聲性

隔聲與吸聲不同，不能簡單地把吸聲材料作為隔聲材料使用。聲波在建筑結構中的傳播主要通過空氣和固體來實現，因而隔聲可分為隔空氣聲和隔固體聲兩種，兩者隔聲方法是不同的。隔聲量R（又稱傳聲損失）表示材料隔絕空氣聲的能力，是在標準隔聲試驗室內測出的，其單位為分貝（dB）。R越大，隔聲效果越好。2.2.7材料的吸聲性能2.隔聲性

聲能穿透材料和被材料消耗的性質稱為材料的吸聲性，評定材料的吸聲性能好壞的主要指標稱為吸聲系數α，即2.2.7材料的吸聲性能1.吸聲性

（2-18）式中：Ea——穿透材料的聲能；

Eτ——材料消耗的聲能；

E0——入射到材料表面的全部聲能；

E——被吸收的聲能。吸聲系數α值越大，表示材料吸聲效果越好。03材料的力學性質

材料在外力（荷載）作用下抵抗破壞的能力稱為強度。當材料承受外力作用時，內部就產生應力，外力逐漸增加，應力相應地加大，直到質點間作用力不能夠再承受時，材料即被破壞，此時的極限應力值就是材料的強度。根據外力作用方式的不同，材料強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度及抗剪強度等，如圖2-3所示。（圖2-3請見本書第20頁）2.3.1材料的強度

材料的抗壓、抗拉及抗剪強度按下式計算：2.3.1材料的強度1.材料的抗壓、抗拉及抗剪強度

（2-19）式中：f——材料的強度（MPa）；

Fmax——破壞時最大荷載（N）；

A——受力截面面積（mm2）。

一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上,中間作用一集中荷載,對于矩形截面試件,其抗彎強度按下式計算：2.3.1材料的強度2.材料抗彎強度（2-20）

式中：fm

——抗彎強度（MPa）；

Fmax——彎曲破壞時最大荷載（N）；

b,h——試件橫截面的寬及高（mm）；

L——兩支點間的距離（mm）。

另外的試驗方法是在等跨度的試件三分點上作用兩個相等的集中荷載,則抗彎強度按下式計算：2.3.1材料的強度（2-21）2.材料抗彎強度

式中：fm

——抗彎強度（MPa）；

Fmax——彎曲破壞時最大荷載（N）；

b,h——試件橫截面的寬及高（mm）；

L——兩支點間的距離（mm）。

材料的強度與組成、結構和構造有關。不同組成的材料具有不同的抵抗外力的特點。相同組成的材料的強度也會因結構及構造的不同而有較大的差異。例如,石材、磚、混凝土等非勻質材料的抗壓強度較高,而抗拉及抗折強度卻很低,因此多用于房屋的墻體和基礎等承壓部位。例如,木材內部為纖維結構,順紋方向的抗拉強度高于橫紋方向的抗拉強度,可按順紋方向用作梁、屋架等構件。例如,鋼材為勻質的晶體材料,其抗拉、抗壓強度都很高,適合用作承受各種外力的結構和構件。常用材料的強度值見表2-2。(表2-2請見本書第20頁)2.3.1材料的強度2.材料抗彎強度

材料在外力作用下產生變形,當取消外力后,變形能完全消失的性質稱為彈性。這種可恢復的變形稱為彈性變形或瞬時變形。材料在外力作用下產生變形,當取消外力后,仍保持變形后的形狀,并不產生裂縫的性質稱為塑性。這種不可恢復的變形稱為塑性變形或永久變形。2.3.2材料的彈性與塑性

實際上,純的彈性材料是沒有的。有的材料在受力不大的情況下,表現為彈性變形,但受力超過一定限度后,則表現為塑性變形。鋼材就屬于這種類型的材料。有的材料在受力后,彈性變形及塑性變形同時產生,如圖2-4所示。如果取消外力,則彈性變可以恢復,而其塑性變形則不能恢復。混凝土就屬于這種類型的材料。2.3.2材料的彈性與塑性

外力作用于材料,當外力達到一定限度后,材料突然被破壞,而被破壞時無明顯的塑性變形,這種性質稱為材料的脆性。脆性材料的變形曲線如圖2-5所示。因為脆性材料的抗壓強度比抗拉強度往往要高很多倍,而達到破壞荷載時的變形值很小,所以承受沖擊和震動荷載的能力很差。例如,混凝土、磚、石材、陶瓷、玻璃、鑄鐵等都屬于脆性材料。2.3.3材料的脆性與韌性2.材料抗彎強度

材料在沖擊、震動荷載作用下,能夠吸收較大的能量,同時也能產生一定的變形而不被破壞的性質稱為沖擊韌性或韌性。因為韌性材料的變形值較大,而抗拉強度接近或高于抗壓強度,所以它承受沖擊和震動荷載的能力強。例如,材料中的低碳鋼、低合金鋼等屬于韌性材料,可用于有沖擊、震動荷載的廠房、鐵路、橋梁等。2.3.3材料的脆性與韌性2.材料抗彎強度

硬度是指材料表面抵抗硬物壓入或刻劃的能力。土木工程中為保持建筑物的使用性能和外觀，常要求材料具有一定的硬度，如部分裝飾材料、預應力鋼筋混凝土錨具等。工程中用于表示材料硬度的指標有很多，對金屬、木材等材料常以壓入法檢測其硬度，其方法分別有洛氏硬度（HR，它是以金剛石圓錐或圓球的壓痕深度計算求得的硬度值）、布氏硬度（HB，它是以壓痕直徑計算求得的硬度值）等。2.3.4材料的硬度與耐磨性1.硬度

天然礦物材料的硬度常用摩氏硬度表示，它以兩種礦物相互對刻的方法確定礦物的相對硬度，并非材料絕對硬度的等級。其硬度的對比標準分為十級，由軟到硬依次分別為滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石。磨光天然石材的硬度常用肖氏硬度計檢測（用測得的撞銷回跳的高度來表示）。2.3.4材料的硬度與耐磨性1.硬度

材料的耐磨性是指材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性常以磨損率G表示，其計算公式為2.3.4材料的硬度與耐磨性2.耐磨性

（2-22）式中：G——材料的磨損率（g/cm2）；

m1—m2材料磨損前后的質量損失（g）；

A——材料試件受磨面積（cm2）。

材料的磨損率G值越低，表明該材料的耐磨性越好。一般硬度較高的材料，耐磨性也較好。土木工程中有些部位經常受到磨損的作用，如路面、地面等。選擇這些部位的材料時，其耐磨性應滿足工程的使用壽命要求。材料的硬度和耐磨性均與其內部結構、組成、孔隙率、孔特征、表面缺陷等有關。2.3.4材料的硬度與耐磨性2.耐磨性04材料的耐久性

材料在長期使用過程中，抵抗各種自然因素及有害介質的作用，保持其原有性能不變質和不被破壞的能力稱為材料的耐久性。作用于材料的自然因素和有害介質可概括為以下幾個方面：2.4材料的耐久性化學作用生物作用物理作用

（1）物理作用:物理作用指材料經干濕、冷熱、凍融變化等，使材料體積發(fā)生收縮與膨脹，或產生內應力而開裂損壞。（2）化學作用

:化學作用指材料在大氣和環(huán)境水中的酸堿鹽等溶液的侵蝕下，逐漸發(fā)生質變而損壞。（3）生物作用

:生物作用指材料在昆蟲或菌類等的侵害下，發(fā)生蟲蛀、腐朽而損壞。2.4材料的耐久性

建筑材料中的磚、石、混凝土等礦物材料，大多數是由于物理作用而被破壞的。金屬材料主要是因化學作用而被腐蝕的。木材、植物等天然材料，主要是因生物作用而被腐蝕的。2.4材料的耐久性

為了提高材料的耐久性，延長建筑的使用壽命和減少維修費用，可根據使用情況和材料特點采取相應的措施。例如：設法減輕大氣或周圍介質對材料的破壞作用（降低濕度、排除侵蝕性物質等）；提高材料本身對外界作用的抵抗性（提高材料的密度、采取防腐措施等），也可用其他材料保護主體材料免受破壞（覆面、抹灰、刷涂料等）。2.4材料的耐久性

現代工程對材料的耐久性的要求越來越高，提出耐久性指標的工程設計也越來越多。對材料的質量評定也應逐漸由強度指標發(fā)展為耐久性指標。未來工程設計中將用耐久性設計取代目前按強度進行的設計。研究耐久性具有明確的經濟意義：節(jié)約材料、降低成本；減少維修費用；延長土木工程結構使用壽命。2.4材料的耐久性

隨著現代科技的發(fā)展以及民眾對居住環(huán)境要求的不斷提高，我國開發(fā)出各類新型土木工程材料，相關新型土木工程材料的研發(fā)技術也越來越成熟。與傳統(tǒng)的土木工程材料相比，新型土木工程材料具有顯著的優(yōu)勢，如使用壽命更長，性能更優(yōu)，能耗更低，更抗水、防火、防輻射、防菌等。常見的新型土木工程材料種類較多，包括高分子類、金屬類、無機類等，這些新型材料作為高科技產品很好地彌補了傳統(tǒng)土木工程材料的缺陷，實現了功能多樣化，不僅能滿足民眾的日常使用要求，而且能提升結構整體質量，更加環(huán)保、綠色、健康。知識拓展

高分子材料的多樣性結構特征賦予其不同的特性和功能，且高分子材料可以與其他助劑融合，制備出功能各異且性能優(yōu)異的復合材料，為土木工程領域的應用提供了更全面的選擇性。再生混凝土在原材料組成、配合比設計方面存在較大的差異，傳統(tǒng)的普通混凝土的相關標準、規(guī)范文件不能適用于特殊材料組成的再生混凝土，針對各類再生混凝土制定相關標準及規(guī)范具有重大的意義。知識拓展

超高性能混凝土（UltrA-HighperformAnceConcrete，UHPC）材料是水泥基材料發(fā)展的主要方向之一，并且向著更加環(huán)保、綠色的方向發(fā)展。UHPC材料勢必會對我國未來的土木工程行業(yè)發(fā)展發(fā)揮巨大優(yōu)勢，對節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略作出貢獻知識拓展1.親水性材料的潤濕角θ≦（）。A.45°B.75°

C.90°

D.115°2.受水浸泡或處于潮濕環(huán)境中的重要建筑物所選用的材料，其軟化系數應（）。A.>0.5B.>0.75C.>0.85D.>13.對于同一材料，各種密度參數的大小排列為（）。A.密度>堆積密度>體積密度B.密度>體積密度>堆積密度C.堆積密度>密度>體積密度D.體積密度>堆積密度>密度本章習題一、選擇題本章習題二、填空題1.材料的密度是指材料在___________狀態(tài)下單位體積的質量；材料的表觀密度是指材料在___________狀態(tài)下單位體積的質量。2.材料的吸水性大小用___________表示，吸濕性大小用___________表示。3.材料的耐水性是指在長期___________作用下，___________不顯著降低的性質。本章習題三、計算題的速度入文字1.普通貓土磚進行抗壓實驗，浸水飽和后的破壞荷載為183kN，干燥狀態(tài)的破壞荷載為207kN（受壓面積為115mm×120mm），問此磚是否宜用于建筑物中常與水接觸的部位。2.某巖石的密度為2.75g/cm3，孔隙率為1.5%。今將該巖石破碎為碎石，測得碎石的堆積密度為1560Kg/m3，試求此巖石的體積密度和碎石的空隙率。感/謝/觀/看THANKYOUFORWATCHING氣硬性膠凝材料第三章目錄01石灰02石膏03水玻璃04鎂質膠凝材料學習目標的速度入文字1.掌握石灰、石膏、水玻璃這三種常用氣硬性膠凝材料的性質、技術要求和應用。2.了解石灰、石膏、水玻璃的水化、凝結、硬化的規(guī)律。3.了解石灰、石膏、水玻璃的原料和生產。案例引入的速度入文字千錘萬鑿出深山，烈火焚燒若等閑。粉身碎骨渾不怕，要留清白在人間。—于謙《石灰吟》這首詩是明朝的卓越政治家于謙所寫的，運用擬人的手法，贊揚了石灰的不怕艱難、不畏犧牲的精神，同時也是借石灰這種材料表現自己堅守清白、為國盡忠的決心。最早古希臘人把石灰用在建造房屋上，在此之后的很長一段時間石灰只是被用作建筑材料。隨著科技經濟的發(fā)展，工業(yè)生產的工具和傳統(tǒng)生產工藝結合在一起并不斷地改進和創(chuàng)新，使得石灰的應用更加廣泛。石灰是在建筑中使用歷史最長的膠凝材料之一。案例引入的速度入文字在物理、化學作用下，由塊狀、顆粒狀或纖維狀材料黏結為整體并具有一定力學強度的材料，稱為膠凝材料，又稱膠結材料。膠凝材料按其化學組成可分為有機膠凝材料和無機膠凝材料兩大類。無機膠凝材料是自身經過一系列物理、化學作用，或與其他物質（水或適量的鹽類水溶液）混合后，由漿體變成堅硬的固體，并能將散粒材料（如砂、石等）或塊、片狀材料（如磚、石塊等）膠結成整體的物質。有機膠凝材料是以天然或合成的高分子化合物（如瀝青、樹脂、橡膠等）為基本組分的膠凝材料。案例引入的速度入文字無機膠凝材料按硬化條件的不同可分為氣硬性膠凝材料和水硬性膠凝材料。氣硬性膠凝材料是只能在空氣中凝結、硬化、保持和發(fā)展強度的膠凝材料，如石灰、石膏、水玻璃；水硬性膠凝材料是既能在空氣中硬化，又能在水中凝結、硬化、保持和發(fā)展強度的膠凝材料，如各種水泥。01石灰的速度入文字生產石灰的原料主要是石灰石或白云石質石灰石、白堊等天然巖石，其主要成分為碳酸鈣（CaCO3），經過煅燒，碳酸鈣可分解為生石灰（CaO）和CO2氣體。3.1.1石灰的原料與生產

的速度入文字石灰煅燒窯主要有土窯和立窯。土窯使用間歇式煅燒，立窯使用連續(xù)式煅燒。由于機械化立窯具有操作可靠、能耗低、生產效率高和成品質量好等優(yōu)點，因而在目前石灰生產中被較多采用。立窯生產石灰的過程為：原料和燃料按一定比例從窯頂分層裝入，逐層下降，在窯中經預熱、煅燒、冷卻等階段后，從窯底卸出成品。3.1.1石灰的原料與生產的速度入文字石灰的煅燒需要足夠的溫度和時間。在煅燒過程中，石灰石在600℃左右開始分解，并隨著溫度的提高，其分解速度也逐漸加快；當溫度達到900℃時，CO2分壓達到1X105Pa，此時的分解達到較快的速度，因此，常將這個溫度作為CaCO3的分解溫度。在實際生產中，為了提高生產效率，可采用更高的煅燒溫度，以進一步加快石灰石的分解速度，但不得采用過高的溫度，通常控制在1000~1200℃之間。3.1.1石灰的原料與生產的速度入文字正常煅燒溫度和煅燒時間所得的石灰具有多孔結構，內部孔隙率大，表觀密度較小，晶粒細小，與水反應迅速，這種石灰稱為正火石灰。若煅燒溫度低或煅燒時間短時，石灰的表層部分可能為正火石灰，而內部會有未分解的石灰石核心，該核心稱為欠火石灰。含有欠火石灰的石灰塊與水反應時僅表面水化，而其石灰石核心不能水化，降低了石灰的利用率，屬于廢品石灰。3.1.1石灰的原料與生產的速度入文字若煅燒溫度過高或高溫持續(xù)時間過長，則會因高溫燒結收縮而使石灰內部孔隙率減小，體積收縮，晶粒變得粗大，這種石灰稱為過火石灰。過火石灰的結構較致密，其表面常被黏土雜質融熔形成的玻璃種狀物所覆蓋而帶有玻璃狀外殼或產生裂紋，它與水反應時速度很慢，往往需要很長的時間才能產生明顯的水化效果。3.1.1石灰的原料與生產的速度入文字原料純凈、煅燒良好的塊狀石灰，質輕色白，呈疏松多孔結構，密度為3.1~3.4g/cm3，堆積密度為800~1000kg/m3。由于石灰石中常含有一定量的碳酸鎂（MgCO3），在煅燒過程中碳酸鎂分解得到氧化鎂（MgO），其反應式為：3.1.1石灰的原料與生產

的速度入文字由于MgO的燒成溫度比CaO低，當石灰燒成時，MgO已達到過火狀態(tài)，結構致密，水化速度很慢。因此，當MgO含量過多時，對于石灰的使用將會產生不利影響。生石灰中氧化鎂的含量不大于5%的稱為鈣質生石灰，大于5%的稱為鎂質生石灰。鎂質石灰熟化較慢，但硬化后強度較高。3.1.1石灰的原料與生產的速度入文字石灰的消解（又稱熟化或消化）是生石灰與水作用生成氫氧化鈣的化學反應過程,其反應式如下：3.1.2石灰的消解與凝結硬化1.石灰的消解

的速度入文字經過消解所得的氫氧化鈣稱為消石灰（又稱熟石灰）。生石灰具有強烈的水化能力,水化時放出大量的熱,同時體積增大1~2.5倍。原因可歸結為如下幾點：（1）生石灰消化過程吸收24.3%的水分；（2）生石灰的相對密度由3.35kg/m3降低到熟石灰的2.34kg/m3；（3）生石灰的比表面積為0.2~0.4m2/g,而熟石灰可高達10~30m2/g。3.1.2石灰的消解與凝結硬化1.石灰的消解的速度入文字建筑工程中使用更多的是消石灰,煅燒良好、有效氧化鈣含量高、雜質少的生石灰在消解過程中不但消解速度快,放熱量大,而且體積膨脹也大。根據消解時加水量的不同,消石灰主要有消石灰粉和石灰膏。消石灰粉目前主要是由專業(yè)化工廠生產,消解時首先將生石灰塊破碎成一定粒度,然后放入消化器內進行消解,最后得到消石灰粉。生石灰在專業(yè)化工廠消解時消化率可以達到98%以上,與傳統(tǒng)的采用化灰池人工熟化生石灰相比,工廠化生產消石灰解決了石灰消化過程中的環(huán)境污染問題,生石灰消化率和消石灰質量也顯著提高。3.1.2石灰的消解與凝結硬化1.石灰的消解的速度入文字當石灰中含有欠火石灰時,由于欠火石灰不能完全消解,導致消石灰的有效氧化鈣和氧化鎂含量低,降低了石灰利用率,同時消石灰缺乏黏結力,但不會帶來危害。當石灰中含有過火石灰時,由于過火石灰消解很慢,在石灰漿體硬化以后才發(fā)生水化反應,會產生體積膨脹而引起隆起或開裂等破壞現象。為了消除過火石灰的危害,消解后的石灰膏應在儲灰池中熟化至少15d（即“陳伏”）,使過火石灰顆粒充分消解,當石灰膏用于罩面抹灰砂漿時熟化時間不應少于30d,并應用孔徑不大于3mm×3mm的網過濾?！笆旎逼陂g,為防止石灰碳化,可以在其表面保存一定厚度的水,以隔絕空氣。3.1.2石灰的消解與凝結硬化1.石灰的消解的速度入文字石灰漿體在空氣中凝結硬化包含了兩個同時進行的過程：3.1.2石灰的消解與凝結硬化2.石灰的凝結硬化結晶作用碳化作用的速度入文字石灰漿體在干燥過程中多余水分蒸發(fā)或被磚石砌體吸收從而使石灰粒子緊密接觸,獲得一定強度。這種強度類似于黏土失水后獲得的強度，強度值不大，而且再遇水后又會喪失。隨著游離水分的減少，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結晶析出，形成晶體結構網、使強度繼續(xù)增加。但由于析出的晶體數量較少，所以這種結晶引起的強度增長并不顯著。3.1.2石灰的消解與凝結硬化1）結晶作用2.石灰的凝結硬化的速度入文字氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣晶體，釋放水分并蒸發(fā)，稱為碳化，其反應式如下：3.1.2石灰的消解與凝結硬化2）碳化作用2.石灰的凝結硬化

的速度入文字生成的碳酸鈣晶體相互交叉連生或與氫氧化鈣共生，構成較緊密的結晶網，使硬化漿體的強度進一步提高。但是，空氣中CO2含量很低，且表面形成碳化層后，CO2不易深入內部，還阻礙了內部水分蒸發(fā)，故自然狀態(tài)下的碳化干燥過程很緩慢。3.1.2石灰的消解與凝結硬化2）碳化作用2.石灰的凝結硬化的速度入文字石灰具有以下的技術性質：3.1.3石灰技術性質硬化時體積收縮大保水性與可塑性好耐水性差凝結硬化慢、強度低的速度入文字（1）保水性與可塑性好生石灰消解為石灰漿時，能自動形成極微細的呈膠體狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層較厚的水膜，由于其顆粒數量多，總表面積大，可吸附大量水，因此具有良好的保水性與可塑性。在水泥砂漿中摻入石灰膏，能使其可塑性和保水性顯著提高。3.1.3石灰技術性質的速度入文字（2）凝結硬化慢、強度低由于空氣中CO2的濃度很低，且與空氣接觸的表層碳化后形成碳酸鈣硬殼阻止了CO2的持續(xù)滲入，也不利于內部水分向外蒸發(fā)，使碳酸鈣和氫氧化鈣晶體生成緩慢且數量少，因此石灰是一種硬化緩慢的膠凝材料，硬化后強度也很低。另外，為使石灰漿具有一定的可塑性以便于使用，同時考慮到一部分水分因消解時放熱而被蒸發(fā)，故實際消解用水量很大，多余水分在硬化后蒸發(fā)，將留下大量孔隙，導致了硬化石灰密實度和強度低（如1:3的石灰砂漿，28d抗壓強度只有0.2~0.5MPa）。3.1.3石灰技術性質的速度入文字（3）硬化時體積收縮大石灰漿體硬化的過程中，由于水分大量蒸發(fā)，引起體積收縮，使其開裂，因此，除調成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨使用。工程上應用時，常在石灰中摻入砂、麻刀、紙筋等，以抵抗收縮引起的開裂和提高抗拉強度。3.1.3石灰技術性質的速度入文字（4）耐水性差由于石灰漿體硬化慢，強度低，尚未硬化的石灰漿體處于潮濕環(huán)境中，石灰中的水分不易蒸發(fā)，因此不會硬化；已硬化的石灰中，大部分是尚未碳化的氫氧化鈣，氫氧化鈣微溶于水（20節(jié)時，100g水中的溶解度為0.166g），石灰硬化體遇水后容易被水軟化而破壞，甚至產生潰散，因而耐水性差。所以，石灰不宜用于與水接觸或潮濕的環(huán)境，也不宜單獨用于建筑物基礎。3.1.3石灰技術性質的速度入文字建筑工程中常用的石灰有建筑生石灰和建筑消石灰，由于生產生石灰的原料中常含有碳酸鎂，因此在建筑生石灰中也常含有氧化鎂。3.1.4石灰的分類與技術標準的速度入文字根據建材行業(yè)標準《建筑生石灰》（JC/T479-2013）規(guī)定，按石灰中MgO的含量，將石灰分為鈣質和鎂質兩大類。鈣質石灰（MgO含量≦5%）包括鈣質石灰90、鈣質石灰85和鈣質石灰75。鎂質石灰（MgO含量>5%）包括鎂質石灰85和鎂質石灰75。3.1.4石灰的分類與技術標準的速度入文字根據建材行業(yè)標準《建筑消石灰》（JC/T481-2013）規(guī)定，建筑消石灰按扣除游離水和結合水后（CaO十MgO）的含量加以分類，分為鈣質消石灰和核質循石灰。鈣質石灰（MgO含量三5%）包括鈣質石灰90、鈣質石灰85和鈣質石灰75。鎂質石灰（MgO含量>5%）包括鎂質石灰85和鎂質石灰75。3.1.4石灰的分類與技術標準的速度入文字鈣質石灰的熱化速度較快，而鎂質石灰的消化速度較慢，但硬化后強度稍高。通常生石灰質量好壞與其氧化鈣和氧化鎂的含量密切相關。此外，建筑消石灰使用時還需要注意體積安定性問題。建筑消石灰的體積安定性是指將一定稠度的清石灰漿做成中間厚邊緣薄的一定直徑的試餅，然后在100~105節(jié)下烘4h，若無橫散、裂紋、鼓包等現象，則為體積安定性合格。3.1.4石灰的分類與技術標準的速度入文字建筑工程中還可能會用到石灰乳和石灰膏。石灰乳是將生石灰加大量水消化而成的一種乳狀液體，主要成分為CA（OH）2和H2O，石灰膏是由消石灰粉加水拌合調制成的具有一定稠度的膏狀物。石灰膏含水約50%，主要成分為CA（OH）2和H2O，表觀密度為1300~1400kg/m3。3.1.4石灰的分類與技術標準的速度入文字各類石灰在建筑上的主要用途見表3-1。3.1.5石灰的工程應用類別主要用途生石灰調制石灰膏；磨細成生石灰粉生石灰粉配制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿；配制無熟料水泥；拌制石灰土和三合土；生產硅酸鹽制品（如蒸壓加氣混凝土、灰砂磚、粉煤灰磚及砌塊）；制作碳化石灰板；加固含水軟土地基（即石灰樁）消石灰粉拌制石灰土和三合土；調制石灰膏或石灰乳；生產硅酸鹽制品石灰膏配制石灰砂漿或抹面砂漿；稀釋成石灰乳涂料，用于內墻和天棚刷白表3-1各類石灰的主要用途的速度入文字石灰膏或消石灰粉可以單獨配制石灰砂漿，也可與水泥或石膏一起配制成水泥石灰混合砂漿、石膏石灰混合砂漿，用于墻體的砌筑和抹面。將消石灰粉或石灰膏加入大量水，稀釋成石灰乳涂料，主要用于要求不高的內墻及房屋頂棚的刷白。3.1.5石灰的工程應用1.配制砂漿和石灰乳涂料的速度入文字灰土（石灰+黏土）和三合土（石灰+黏土+砂石或爐渣等填料）的應用，在我國有很長的歷史。經夯實后的灰土或三合土廣泛用作建筑物的基礎、路面或地面的墊層，其強度和耐水性比石灰或黏土都高。其原因是黏土顆粒表面的少量活性氧化硅、氧化鋁與石灰反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等不溶于水的水化產物。另外，石灰改善了黏土的可塑性，在強力夯打下密實度提高，也是強度和耐水性改善的原因之一。在灰土和三合土中，石灰的用量為灰土總質量的6%~12%。3.1.5石灰的工程應用2.配制灰土和三合土的速度入文字生石灰可直接用來加固軟土地基（稱為石灰樁），石灰樁是以生石灰為主要固化劑，與粉煤灰或火山灰、爐渣、礦渣、黏土等摻合料按一定的比例均勻混合后，在樁孔中經機械或人工分層振壓或夯實所形成的密實樁體。為提高樁身強度，還可摻加石膏、水泥等材料。其做法是：在樁孔內灌入以生石灰為主的固化劑，利用生石灰吸水熟化時體積膨脹的性能產生膨脹壓力，以及石