道路建筑材料第一章材料基本性質(zhì)材料基本性質(zhì)力學(xué)性能物理性能耐久性工藝性能材料組成結(jié)構(gòu)示意圖總體積:V0=V開＋V閉＋V固,開孔：彼此貫通、與外界相通。閉孔：封閉、與外界隔絕。物理性質(zhì)真實密度(密度)：材料在規(guī)定條件(105土5℃烘干至恒重，溫度20℃)下，絕對密實狀態(tài)下單位體積的烘干質(zhì)量。真實密度用ρt表示。式中：ρt

—巖石的真實密度(g/cm3)；

mS

—巖石礦質(zhì)實體的質(zhì)量(g)；VS

—巖石礦質(zhì)實體的體積(cm3)。

恒重：恒重指將材料在烘干過程中，在規(guī)定溫度條件下間隔不小于3h的連續(xù)再次稱量其質(zhì)量變化不大于0.1%達到恒重物理性質(zhì)真實密度的測定材料處理將材料磨成細粉，待其干燥后測量李氏瓶測定體積體積V1李氏瓶中放入一定體積的水，恒溫讀取體積V1體積V2取材料質(zhì)量m，放入李氏瓶中，搖動后，恒溫讀取刻度值V2由此可得材料密度（絕對密度）應(yīng)為：物理性質(zhì)表觀密度(簡稱視密度)：

是在規(guī)定條件(105±5℃烘干至恒重)下，單位表觀體積(包括礦質(zhì)實體和閉口孔隙體積)的質(zhì)量?？砂聪率接嬎?。式中：—表觀密度(g／cm3)；

mS—礦質(zhì)實體質(zhì)量(g)；

Vs—礦質(zhì)實體體積(cm3)；

Vn—礦質(zhì)實體閉口孔隙體積(cm3)。

測定方法：排液置換法或水中稱重法物理性質(zhì)體積密度：是巖石在規(guī)定的條件下，單位毛體積(包括礦質(zhì)實體、閉口孔隙和開口孔隙)的質(zhì)量。可按下式計算。式中：ρb—巖石毛體積密度(g／cm3)；

Vs、Vn、Vi—巖石礦質(zhì)實體、閉口孔隙和開口孔隙體積(cm3)；mS

—礦質(zhì)實體質(zhì)量(g)。根據(jù)材料含水情況可分為天然密度、飽和密度、毛體積密度試驗方法：量積法、水中稱量法、蠟封法物理性質(zhì)堆積密度：單位體積（包括材料顆粒之間的空隙和顆粒內(nèi)部的孔隙）的質(zhì)量，可按下式求得：式中：ρ—粗集料的堆積密度(g/cm3)；

Vs、Vn、Vi和Vv—分別為實體、閉口孔隙、開口孔隙和空隙的體積(cm3)；

mS—實體的質(zhì)量(g)。顆粒之間的空隙體積

物理性質(zhì)幾種密度的比較特點：體積的測量方法：關(guān)系：

物理性質(zhì)孔隙率：指孔隙體積(開口和閉口)占總體積的百分率。式中:n—材料孔隙率，%；

v0—材料在自然狀態(tài)下的體積，包括材料真實體積及其開口孔隙、閉口孔隙體積，cm3；

v—材料的絕對密實體積，cm3；ρt—材料的真實密度，g/cm3；ρb—材料的體積密度，g/cm3。

物理性質(zhì)空隙率：是指散粒狀材料在堆積體積狀態(tài)下顆粒固體物質(zhì)間空隙體積(開口孔隙與空隙體積之和)占堆積體積的百分率，它以n表示?？砂聪率接嬎悖?/p>

式中：n—材料空隙率，%；

v'0—材料在包含閉口孔隙條件下的表觀體積（即只含內(nèi)部閉口孔隙，不含開口孔隙體積），cm3；

v'—材料的堆積體積（含物質(zhì)顆粒真實體積及其閉口、開口孔隙體積及顆粒間空隙體積），cm3；ρa—材料的表觀密度，g/cm3；ρ—堆積密度，g/cm3。

物理性質(zhì)孔隙率表示材料內(nèi)部孔隙，與它相對應(yīng)的是材料的密實度。密實度表示材料內(nèi)被固體物質(zhì)所填充的程度，它在量上反映了材料內(nèi)部固體物質(zhì)的真實體積占材料總體積的百分率，它反映材料的致密程度，對于材料性質(zhì)的影響正好與孔隙率的影響相反。材料孔隙率越大，密實度越小?？障堵时硎镜氖遣牧项w粒間的空隙，與它相對應(yīng)的是填充率，即散粒材料堆積體積中顆粒填充的程度?？障堵试谒嗷炷林锌勺鳛榭刂粕啊⑹壟浼坝嬎闩浜媳鹊闹匾罁?jù)，在瀝青混凝土目標配合比設(shè)計時，確定瀝青最佳油石比的一項重要的控制指標。物理性質(zhì)強度

材料在外力作用下抵抗破壞的能力稱為材料的強度，并以單位面積上所能承受的荷載大小來衡量。材料在受外力作用時，由于作用力的方向和作用線(點)的不同，表現(xiàn)為不同的受力狀態(tài)，典型的受力情況如圖所示。(a)壓力(b)拉力(c)彎曲(折)(d)彎曲(折)(e)剪切

圖1.2材料的受力狀態(tài)力學(xué)性質(zhì)強度根據(jù)材料的受力狀態(tài)，材料的強度可分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎(折)強度和抗剪強度。抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度的計算式如下：

式中:

P——材料的抗壓、抗拉、抗剪強度(MPa)。

F——材料承受的最大荷載(Ｎ)。

A——材料的受力面積(mm2)。

對于抗彎強度，有兩種計算方式。將抗彎試件放在兩支點上，當(dāng)外力為作用在試件中心的集中荷載，且試件截面為矩形時，抗彎強度（也稱抗折強度）可用下式計算：

若在此試件跨距的三分點上加兩個相等的集中荷載（F/2），抗彎強度按下式計算：

力學(xué)性質(zhì)比強度指單位體積質(zhì)量材料所具有的強度，即材料的強度與其表觀密度的比值(f/ρ)。比強度是衡量材料輕質(zhì)高強特性的技術(shù)指標。工程中結(jié)構(gòu)材料主要用于承受結(jié)構(gòu)荷載。多數(shù)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的自重都較大，其強度相當(dāng)一部分要用于抵抗自身和其上部結(jié)構(gòu)材料的自重荷載，而影響了材料承受外荷載的能力，使結(jié)構(gòu)的尺度受到很大的限制。隨著高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)的發(fā)展，要求材料不僅要有較高的強度，而且要盡量減輕其自重，即要求材料具有較高的比強度。輕質(zhì)高強性能已經(jīng)成為材料發(fā)展的一個重要方向。

力學(xué)性質(zhì)彈性與塑性

彈性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)；這種變形稱為彈性變形。彈性變形的大小與所受應(yīng)力的大小成正比，所受應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為彈性模量，用“E”表示，它是衡量材料抵抗變形能力的指標。在材料的彈性范圍內(nèi)，E是一個常數(shù)，按下式計算：

式中：E——材料的彈性模量MPa。σ——材料所受的應(yīng)力(MPa)。ε——材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，無量綱。

彈性模量越大，材料抵抗變形能力越強，在外力作用下的變形越小。塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)；這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。完全的彈性材料或塑性材料是沒有的，大多數(shù)材料在受力變形時，既有彈性變形，也有塑性變形，只是在不同的受力階段，變形的主要表現(xiàn)形式不同。力學(xué)性質(zhì)脆性與韌性1)脆性指材料在外力作用下，無明顯塑性變形而發(fā)生突然破壞的性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料，如普通混凝土、磚、陶瓷、玻璃、石材和鑄鐵等。2)韌性指材料在振動或沖擊荷載作用下，能吸收較多的能量，并產(chǎn)生較大的變形而不破壞的性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的材料稱為韌性材料，如低碳鋼、低合金鋼、鋁合金、塑料、橡膠、木材和玻璃鋼等。材料的韌性用沖擊試驗來檢驗，又稱為沖擊韌性，用沖擊韌性值即材料受沖擊破壞時單位斷面所吸收的能量來衡量。其計算式如下：

式中：ak——材料的沖擊韌性值(J/mm2)。

AK——材料破壞時所吸收的能量(J)。

A——材料受力截面積(mm2)。韌性材料在外力作用下，會產(chǎn)生明顯的變形，變形隨外力的增大而增大，外力所做的功轉(zhuǎn)化為變形能被材料所吸收，以抵抗沖擊的影響。力學(xué)性質(zhì)硬度指材料表面抵抗其他硬物壓入或刻劃的能力。為保持較好表面使用性質(zhì)和外觀質(zhì)量，要求材料必須具有足夠的硬度。非金屬材料的硬度用摩氏硬度表示，它是用系列標準硬度的礦物塊對材料表面進行劃擦，根據(jù)劃痕確定硬度等級。

力學(xué)性質(zhì)材料耐水性材料長期在水的作用下不破壞、強度不明顯下降的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，按下式計算：

式中:——材料的軟化系數(shù)；——材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強度；——材料在干燥狀態(tài)的抗壓強度。的大小表明材料在吸水飽和狀態(tài)下強度降低的程度。一般來說，材料被水浸濕后，強度均會有所降低。這是因為水分被組成材料的微粒表面吸附，形成水膜，削弱了微粒間的結(jié)合力所致。強度降低越多，軟化系數(shù)就越小，說明該材料的耐水性就越差。耐久性材料抗凍性材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴重降低強度的性質(zhì)稱為抗凍性。

材料的抗凍性用抗凍標號表示?？箖鰳颂柺且砸?guī)定的試件，在規(guī)定試驗條件下，測得其強度降低不超過規(guī)定值，并無明顯損壞和剝落時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)，以此作為抗凍標號，用符號“Dn”表示，其中“n”即為所能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)，如D25、D50等。

凍融循環(huán)次數(shù)越多，抗凍標號越高，抗凍性越好。

耐久性材料抗?jié)B性材料抵抗壓力水（或液體）滲透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性（或稱不透水性）。材料的抗?jié)B性通常用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級表示。即在一定水壓力下，在單位時間內(nèi)透過單位面積的水量。按下式計算：

式中:Ks——材料的滲透系數(shù)；Q——滲透水量；d——材料的厚度；A——滲水面積；t——滲水時間；H——靜水壓力水頭?？?jié)B性也可用抗?jié)B等級(標號)來表示，抗?jié)B等級是在規(guī)定試驗方法下材料所能抵抗的最大水壓力，用“S”表示。例如S6，表示材料可抵抗0.6的水壓力而不滲水。

Ks值愈小或抗?jié)B等級越高，表示材料滲透的水量愈少，即抗?jié)B性愈好，抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標。

耐久性材料的親水性與憎水性

當(dāng)水與材料表面相接觸時，不同的材料被水所潤濕的情況各不相同，這種現(xiàn)象是由于材料與水和空氣三相接觸時的表面能不同而產(chǎn)生的。材料、水和空氣三相接觸的交點處，沿水表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角稱為潤濕角。當(dāng)水分子間的內(nèi)聚力小于材料與水分子間的分子親合力時，≤90°，這種材料能被水潤濕，表現(xiàn)為親水性。當(dāng)水分子間的內(nèi)聚力大于材料與水分子間的分子親合力時，≥90°，這種材料不能被水潤濕，表現(xiàn)為憎水性。與水有關(guān)的性質(zhì)1)質(zhì)量吸水率指材料吸水飽和時，所吸收水量占材料干質(zhì)量的百分率。其計算式如下：

式中:Ｗm——材料的質(zhì)量吸水率(%)。

mb——材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量(g)。

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g)。2)體積吸水率指材料吸水飽和時，所吸收水分的體積占材料自然體積的百分率。其計算式如下：

式中Ｗv——材料的體積吸水率(%)。

V0——材料的自然體積(cm3)。

——水的密度，常溫下取1.0g/cm3。吸水性材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，材料的吸水率有質(zhì)量吸水