土木工程系 1
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的物理性质
1.1.1 物理常数
1,几种密度
（ 1） 密度：材料在绝对密度状态下, 单位实体
体积的干质量 。
v
m??
土木工程系 2
第 1章 土木工程材料的基本性质
（ 2）表观密度：
材料单位表观体积（闭口 +实体）的干质量。
0
0 v
m
??
土木工程系 3
第 1章 土木工程材料的基本性质
若 m为自然气干质量, 则成为体积密度 。
三种密度区别,m为 材料的烘干质量； v不同,
可为 实体体积, 表观体积, 毛体积 。
（ 3） 毛 体积密度：
材料单位毛体积 （ 闭口 +开口 +实体 ） 的干
质量 。 (测试方法不同,获得体积大小不同 ）
'v
m
h ??
土木工程系 4
第 1章 土木工程材料的基本性质
—— 反映散粒堆积的紧密 （ 压实 ） 程度及
可能的堆放空间 。
（ 4） 堆积密度：散粒状材料单位堆积体积
（ 开口 +闭口 +实体 +间隙 ） 的质量 。
1
1 v
m
??
土木工程系 5
第 1章 土木工程材料的基本性质
2,孔隙率和空隙率
（ 1） 孔隙率与密实度 (对应概念 ) — 单块材料
孔隙率 %1 0 0)1(%1 0 0%1 0 0 '
'
'
???????? ??V VVP 总体积孔隙体积
密实度
%1 0 0%1 0 0%1 0 0
'
' ?????? ?
?
V
VD
总体积
实体体积
同理，可计算出开口闭口孔隙率,实用意义不大。
土木工程系 6
第 1章 土木工程材料的基本性质
（ 2） 空隙率与填充率 — 散粒状材料
空隙率
填充度
%100)1(%100%100
0
1
1
01' ????????
?
?
V
VVP
堆积体积
空隙体积
%100%100%100 '1
1
'
' ??????
?
?
V
VD
堆积体积
颗粒体积
土木工程系 7
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.1.2 材料与水有关的性质
1.亲水性与憎水性
亲水性材料,润湿角 θ≤90 °
水分子间内聚力 ＜材料分子间吸引力
憎水性材料,润湿角 θ ＞ 90°
水分子间内聚力＞ 材料分子间吸引力
土木工程系 8
第 1章 土木工程材料的基本性质
2,吸水性与吸湿性
（ 1） 吸水性 —— 饱水状态 （ 吸饱水饱和 ） 恒值
质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率
体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积的百分率
（ 2） 吸湿性 —— 自然状态 变值
含水率：材料所含水分质量占其干质量的百分率
%100
0
01 ???
m
mmW
m1—— 材料湿质量
mo—— 材料干质量
土木工程系 9
第 1章 土木工程材料的基本性质
3.耐水性
—— 材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质
指标,软化系数
fb-----材料饱水状态抗压强度,MPa
fg-----材料干燥状态抗压强度,MPa
g
b
R f
fK ?
注意,随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。
KR>0.85，称为耐水材料
土木工程系 10
第 1章 土木工程材料的基本性质
4.抗渗性 —— 抵抗压力水渗透的性质
（ 1）渗透系数
（ 2） 抗渗等级
指石料, 砼或砂浆所能 承受的最大水压力 。
如：最大承水压力为 0.2MPa,表示为 P2,有 P2,P4,P6, P8……
d
A tHKQ
S?
渗透系数：
AtH
QdK
S ?
透水量：
Ks的意义,抗渗系数越小, 表明抗渗性能越好 。
土木工程系 11
第 1章 土木工程材料的基本性质
5,抗冻性
—— 材料饱水状态下, 能经受多次冻融交替作用, 既不破坏
强度又不显著下降的性质 。
因素,水, 负温度
抗冻等级,能经受冻融循环的 最大次数,
记为 F50,F100,F200,F300 ……
土木工程系 12
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2 材料的力学性质
1.2.1 强度 —— 材料抵抗外力破坏的能力 。
1.几种强度
（ 1） 抗压, 抗拉, 抗剪强度
A
Ff ?
（ 2）抗弯强度（抗折强度）
22
3
bh
FLf ?单点加荷
三分点加荷
不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲
2bh
FLf ?
土木工程系 13
第 1章 土木工程材料的基本性质
2.比强度
—— 指材料强度与其表观密度之比 。
意义：反映材料轻质高强的指标 。
值越大, 材料越轻质高强
土木工程系 14
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2.2 弹性和塑性
1.弹性 —— 外力作用产生变形,外力取消能 完全恢复 。
指标,弹性模量
?
??E
意义,E表示材料抵抗变形的指标,E值越大，材料
越不易变形，即抵抗变形的能力越强。
2.塑性 —— 外力作用产生变形,外力取消变形 不能恢复
土木工程系 15
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2.3 韧性和脆性
1.脆性 —— 无明显塑性变形, 突然破坏 。
脆性材料：石, 砖, 砼, 陶瓷, 玻璃, 铸铁等
2.韧性 —— 产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量 。
韧性材料：低碳钢, 木材, 玻璃钢等 。
采用 冲击试验 测定 。
土木工程系 16
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2.4 硬度和耐磨性
1.硬度 —— 抵抗外物压入或刻划的能力 。
可采用摩氏硬度 （ 石料, 陶瓷等 ） ；布氏,
落氏硬度 （ 金属材料 ） 。
特点,硬度高, 耐磨性强, 但不易加工 。
2.耐磨性 —— 材料表面抵抗磨损的能力 。
土木工程系 17
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.3 耐久性与环境协调性
1.3.1 耐久性 —— 材料抵抗外力破坏的能力 。
综合性质：
(抗渗性, 抗冻性, 抗蚀性, 抗老化, 耐热性, 耐磨性等 )
不同环境中, 应考虑相应的性质 。
1.3.2 环境协调性
—— 对资源和能源消耗少,对环境污染小,循环再生利用率高 。
目前, 提倡, 绿色建材,
土木工程系 18
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响
1.4.1 材料的组成对性质的影响
1.化学组成 —— 化学元素及化合物的种类与数量 。
2.矿物组成 —— 天然的, 人工烧制的 。
土木工程系 19
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.4.2 材料的结构对性质的影响
1.宏观结构
2.亚微观结构 包括纳米微观结构
3.微观结构
? 晶体 —— 按一定的规则在空间呈有规律的排列 。
? 非晶体 —— 不定形 。
原因,熔融物质急冷,来不及成晶而成 。
如玻璃体,(粉煤灰, 粒化高炉矿渣, 火山灰 )
都属玻璃体,化学潜能大,一定条件下发生化学反应
土木工程系 20
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.4.3 材料的构造对性能的影响
—— 具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况 。
与结构的区别：
构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系 。
如材料的 (孔隙, 层理, 纹理, 疵病等 )
土木工程系 21
第 1章
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第 1章 土木工程材料的基本性质
1.1 材料的物理性质
1.1.1 物理常数
1,几种密度
（ 1） 密度：材料在绝对密度状态下, 单位实体
体积的干质量 。
v
m??
土木工程系 2
第 1章 土木工程材料的基本性质
（ 2）表观密度：
材料单位表观体积（闭口 +实体）的干质量。
0
0 v
m
??
土木工程系 3
第 1章 土木工程材料的基本性质
若 m为自然气干质量, 则成为体积密度 。
三种密度区别,m为 材料的烘干质量； v不同,
可为 实体体积, 表观体积, 毛体积 。
（ 3） 毛 体积密度：
材料单位毛体积 （ 闭口 +开口 +实体 ） 的干
质量 。 (测试方法不同,获得体积大小不同 ）
'v
m
h ??
土木工程系 4
第 1章 土木工程材料的基本性质
—— 反映散粒堆积的紧密 （ 压实 ） 程度及
可能的堆放空间 。
（ 4） 堆积密度：散粒状材料单位堆积体积
（ 开口 +闭口 +实体 +间隙 ） 的质量 。
1
1 v
m
??
土木工程系 5
第 1章 土木工程材料的基本性质
2,孔隙率和空隙率
（ 1） 孔隙率与密实度 (对应概念 ) — 单块材料
孔隙率 %1 0 0)1(%1 0 0%1 0 0 '
'
'
???????? ??V VVP 总体积孔隙体积
密实度
%1 0 0%1 0 0%1 0 0
'
' ?????? ?
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V
VD
总体积
实体体积
同理，可计算出开口闭口孔隙率,实用意义不大。
土木工程系 6
第 1章 土木工程材料的基本性质
（ 2） 空隙率与填充率 — 散粒状材料
空隙率
填充度
%100)1(%100%100
0
1
1
01' ????????
?
?
V
VVP
堆积体积
空隙体积
%100%100%100 '1
1
'
' ??????
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V
VD
堆积体积
颗粒体积
土木工程系 7
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.1.2 材料与水有关的性质
1.亲水性与憎水性
亲水性材料,润湿角 θ≤90 °
水分子间内聚力 ＜材料分子间吸引力
憎水性材料,润湿角 θ ＞ 90°
水分子间内聚力＞ 材料分子间吸引力
土木工程系 8
第 1章 土木工程材料的基本性质
2,吸水性与吸湿性
（ 1） 吸水性 —— 饱水状态 （ 吸饱水饱和 ） 恒值
质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率
体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积的百分率
（ 2） 吸湿性 —— 自然状态 变值
含水率：材料所含水分质量占其干质量的百分率
%100
0
01 ???
m
mmW
m1—— 材料湿质量
mo—— 材料干质量
土木工程系 9
第 1章 土木工程材料的基本性质
3.耐水性
—— 材料长期在水的作用下既不破坏强度又不显著下降的性质
指标,软化系数
fb-----材料饱水状态抗压强度,MPa
fg-----材料干燥状态抗压强度,MPa
g
b
R f
fK ?
注意,随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。
KR>0.85，称为耐水材料
土木工程系 10
第 1章 土木工程材料的基本性质
4.抗渗性 —— 抵抗压力水渗透的性质
（ 1）渗透系数
（ 2） 抗渗等级
指石料, 砼或砂浆所能 承受的最大水压力 。
如：最大承水压力为 0.2MPa,表示为 P2,有 P2,P4,P6, P8……
d
A tHKQ
S?
渗透系数：
AtH
QdK
S ?
透水量：
Ks的意义,抗渗系数越小, 表明抗渗性能越好 。
土木工程系 11
第 1章 土木工程材料的基本性质
5,抗冻性
—— 材料饱水状态下, 能经受多次冻融交替作用, 既不破坏
强度又不显著下降的性质 。
因素,水, 负温度
抗冻等级,能经受冻融循环的 最大次数,
记为 F50,F100,F200,F300 ……
土木工程系 12
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2 材料的力学性质
1.2.1 强度 —— 材料抵抗外力破坏的能力 。
1.几种强度
（ 1） 抗压, 抗拉, 抗剪强度
A
Ff ?
（ 2）抗弯强度（抗折强度）
22
3
bh
FLf ?单点加荷
三分点加荷
不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲
2bh
FLf ?
土木工程系 13
第 1章 土木工程材料的基本性质
2.比强度
—— 指材料强度与其表观密度之比 。
意义：反映材料轻质高强的指标 。
值越大, 材料越轻质高强
土木工程系 14
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2.2 弹性和塑性
1.弹性 —— 外力作用产生变形,外力取消能 完全恢复 。
指标,弹性模量
?
??E
意义,E表示材料抵抗变形的指标,E值越大，材料
越不易变形，即抵抗变形的能力越强。
2.塑性 —— 外力作用产生变形,外力取消变形 不能恢复
土木工程系 15
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2.3 韧性和脆性
1.脆性 —— 无明显塑性变形, 突然破坏 。
脆性材料：石, 砖, 砼, 陶瓷, 玻璃, 铸铁等
2.韧性 —— 产生一定变形不破坏,能吸收较大的能量 。
韧性材料：低碳钢, 木材, 玻璃钢等 。
采用 冲击试验 测定 。
土木工程系 16
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.2.4 硬度和耐磨性
1.硬度 —— 抵抗外物压入或刻划的能力 。
可采用摩氏硬度 （ 石料, 陶瓷等 ） ；布氏,
落氏硬度 （ 金属材料 ） 。
特点,硬度高, 耐磨性强, 但不易加工 。
2.耐磨性 —— 材料表面抵抗磨损的能力 。
土木工程系 17
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.3 耐久性与环境协调性
1.3.1 耐久性 —— 材料抵抗外力破坏的能力 。
综合性质：
(抗渗性, 抗冻性, 抗蚀性, 抗老化, 耐热性, 耐磨性等 )
不同环境中, 应考虑相应的性质 。
1.3.2 环境协调性
—— 对资源和能源消耗少,对环境污染小,循环再生利用率高 。
目前, 提倡, 绿色建材,
土木工程系 18
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.4 材料的组成、结构、构造及其对性能的影响
1.4.1 材料的组成对性质的影响
1.化学组成 —— 化学元素及化合物的种类与数量 。
2.矿物组成 —— 天然的, 人工烧制的 。
土木工程系 19
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.4.2 材料的结构对性质的影响
1.宏观结构
2.亚微观结构 包括纳米微观结构
3.微观结构
? 晶体 —— 按一定的规则在空间呈有规律的排列 。
? 非晶体 —— 不定形 。
原因,熔融物质急冷,来不及成晶而成 。
如玻璃体,(粉煤灰, 粒化高炉矿渣, 火山灰 )
都属玻璃体,化学潜能大,一定条件下发生化学反应
土木工程系 20
第 1章 土木工程材料的基本性质
1.4.3 材料的构造对性能的影响
—— 具有特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况 。
与结构的区别：
构造更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系 。
如材料的 (孔隙, 层理, 纹理, 疵病等 )
土木工程系 21
第 1章
The end of this Part.
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