土木工程材料的基本性質

內容◎資料的根本物理性質◎資料的根本力學性質◎資料的耐久性◎資料的組成、構造及構造與資料性質的關系第2章土木工程資料的根本性質2.1資料的根本物理性質內容：☆資料的形狀參數☆資料的構造參數☆資料與水有關的性質☆資料的熱工性質一、資料的形狀參數內容：資料的實踐密度〔密度〕資料的表觀密度資料的堆積密度用途：計算資料的用量，構件的自重，配料計算確定資料的堆積空間等〔一〕資料的密度1、實踐密度〔密度〕－資料在絕對密實形狀下單位體積的質量。單位g/cm3或kg/m3。公式：式中：ρ－實踐密度〔g/cm3〕m－資料的質量〔g〕V－資料在絕對密實形狀下的體積〔cm3〕絕對密實形狀下的體積－是指不包括資料內部孔隙在內的體積。實踐密度的丈量1〕對近于絕對密實的資料：金屬、玻璃等量測幾何體積→稱重→代入公式2〕對有孔隙的資料：磚、混凝土、石材等磨成細粉→李氏比重瓶法測試P285-286〔二〕資料的表觀密度1、表觀密度〔容重〕－資料在自然形狀下單位體積的質量。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中：ρo－表觀密度〔g/cm3〕m－資料的質量〔g〕Vo－資料在自然形狀下的體積〔cm3〕自然形狀下的體積－是指包含資料內部孔隙在內的體積。資料內部孔隙含有水分時，其質量和體積均發(fā)生變化。注明含水情況。表觀密度的丈量1〕對外形規(guī)那么的資料：磚、混凝土等烘干→量測幾何體積→稱重→代入公式2〕對外形不規(guī)那么的資料：砂、石等烘干→蠟封→浮力天平〔三〕資料的堆積密度1、堆積密度〔松散容重〕－散粒狀資料在自然堆積形狀下單位體積的質量。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中：ρ/o－堆積密度〔g/cm3〕m－資料的質量〔g〕V/o－資料的堆積體積〔cm3〕堆積體積－指包含顆粒內部孔隙和顆粒之間的空隙在內的體積。堆積密度的丈量1〕容器法：散粒資料裝入容器→量測體積→稱凈重→代入公式2〕自然堆積法：堆積成→定外形→量測幾何體積→稱重→代入公式常用資料的形狀參數見教材P9－表1-1思索：※顆粒資料的密度為ρ，表觀密度ρ′，堆積容重為ρ0′，那么存在以下關系()。

a、ρ>ρ0′>ρ′b、ρ′>ρ>ρ0′c、ρ>ρ′>ρ0′

二、資料的構造參數內容：◎密實度◎孔隙率◎填充率◎空隙率〔一〕密實度密實度－指資料體積內被固體物質所充實的程度。反映資料的致密程度。

公式:影響資料的：強度吸水性耐久性〔二〕孔隙率孔隙率－指資料體積內，孔隙體積與總體積之比。直接反映資料的致密程度。公式:

孔隙率與密實度的關系:P+D=1

內部孔隙:連通和封鎖1、連通孔隙不僅彼此連通而且與外界連通；2、封鎖孔隙不僅彼此封鎖而且與外界隔絕。資料內部孔隙表示圖自然形狀下體積表示圖1-固體；2-閉口空隙；3-開口空隙〔三〕填充率填充率－指散粒資料在某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度。反映散粒資料堆積的致密程度。公式：

〔四〕空隙率空隙率－散粒資料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占總體積的比率。公式：

空隙率與填充率的關系：P/+D/=1

例1-1某工地所用卵石資料的密度為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？解:石子的孔隙率P為：

石子的空隙率P/為：三、資料與水有關的性質內容：1、資料的親水性與憎水性2、資料的吸水性與吸濕性3、資料的耐水性4、資料的抗?jié)B性5、資料的抗凍性〔一〕親水性與憎水性1、親水性資料：當θ≤90°時，水分子之間的內聚力小于水分子與資料外表分子之間的相互吸引力，資料外表可以被水浸濕。如：木材等。2、憎水性資料：當θ>90°時，水分子之間的內聚力小于水分子與資料外表分子之間的相互吸引力，資料外表可以被水浸濕。如：防水資料等。

潤濕角θ潤濕角表示圖θ〔二〕資料的吸水性與吸濕性1、吸水性－資料在浸水情況下吸入水分的才干，用吸水率表示。公式：式中：W質－資料的質量吸水率〔％〕m濕－資料吸水飽和后的質量〔g〕m干－資料烘干到恒重的質量〔g〕

◎影響吸水率大小的要素：1、資料的本性－親水性或憎水性資料2、資料的孔構造－孔徑大小、開口與否細微且連通的孔隙---吸水率較大◎吸水性對資料的影響：體積膨脹、強度降低，對圍護構造資料不利

〔二〕資料的吸水性與吸濕性2、吸濕性－資料在空氣中吸收空氣中水分的性質，用含水率表示。公式：式中：W含－資料的質量含水率〔％〕m濕－資料含水時的質量〔g〕m干－資料烘干到恒重的質量〔g〕

◎影響含水率大小的要素：1、資料的本性－親水性或憎水性資料2、環(huán)境溫度、濕度◎吸水性對資料的影響：體積膨脹－對木構造和木制品不利濕脹干縮木制門窗在潮濕環(huán)境下往往不易開關〔三〕資料的耐水性耐水性－資料長期在飽水作用下不破壞，其強度也不顯著降低的性質，用軟化系數表示。

公式：式中：K軟－資料的軟化系數〔K軟＝0～1〕f飽－資料在飽水形狀下的抗壓強度〔MPa〕f干－資料在枯燥形狀下的抗壓強度〔MPa〕資料軟化系數的要求軟化系數越小，闡明資料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差；對經常處于水中或受潮嚴重的重要構造物〔如地下構筑物、根底、水工構造〕的資料，其K軟≥0.85；受潮較輕的或次要構造物的資料，其K≥0.80；K軟≥0.80的資料，普通稱為耐水的資料。1234例1-2某石材在氣干、絕干、水飽和情況下測得的抗壓強度分別為174、178、165MPa，求該石材的軟化系數，并判別該石材可否用于水下工程?解:該石材的軟化系數為:由于該石材的軟化系數為0.93，大于0.85，故該石材可用于水下工程?！菜摹迟Y料的抗?jié)B性抗?jié)B性－資料抵抗有壓介質〔水、油、氣〕浸透的性質稱抗?jié)B性。用浸透系數K表示。依達西定律：

式中：K－資料的浸透系數〔ml/cm2.s〕W－透過資料試件的水量〔ml〕t－透水時間〔s〕A－透水面積〔cm2〕H－凈水壓力〔cm〕d－試件的厚度〔cm〕抗?jié)B等級◎浸透系數越大，資料的抗?jié)B性越差；◎對于混凝土和砂漿，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(S)表示：S=10H－1；H－試件開場滲水時的水壓力〔MPa〕◎影響資料抗?jié)B性的要素：孔隙率、孔隙特征；◎地下建筑〔地鐵、人防建筑、地下室〕、水工結構、防水資料等均要求較高的抗?jié)B性?！参濉迟Y料的抗凍性抗凍性：資料在吸水飽和的形狀下，能經受多次凍結和融化作用而不破壞，同時也不嚴重降低強度的性質稱為抗凍性。用抗凍標號D表示。

凍融破壞的緣由資料有孔且孔隙含水，水→冰體積膨脹9％，結冰壓力高達100MPa，結冰壓力超越資料的抗拉強度時，資料開裂，裂痕的添加也進一步添加了資料的飽水程度，飽水程度的添加進一步加劇了凍融破壞，反復多次→進一步加劇→最終資料解體。嚴寒地域道路、橋梁、水壩、堤防、海上鉆井平臺、跨海大橋等均需思索凍融破壞。凍融破壞的橋梁凍融破壞的道面凍融破壞的混凝土芯樣凍融破壞的水庫壩面凍融破壞的西直門橋四、資料的熱工性質1、導熱性－資料傳導熱量的才干稱為導熱性。其大小用熱導率〔λ〕表示。公式：

式中：λ－熱導率〔W/m.K〕熱阻R=1/λQ－傳導的熱量〔J〕A－熱傳導面積〔m2〕δ－資料的厚度〔m〕t－熱傳導時間〔s〕(T2-T1)－資料兩側溫差〔K〕

熱工性質◎資料的熱導率越小，絕性能越好?！蛴绊憻釋实囊兀嘿Y料內部的孔隙構造－密閉的空氣使λ降資料的含水情況－含水、結冰使λ增◎常見熱導率參數：材料λ材料λ泡沫塑料0.035水0.58大理石3.5冰2.2鋼材58空氣0.023混凝土1.51松木1.17～0.352.2資料的根本力學性質內容：◎資料的強度、比強度◎資料的彈性與塑性◎資料的脆性與韌性

一、資料的強度、比強度1、定義：強度－資料在外力〔荷載〕作用下抵抗破壞的才干稱為強度。2、分類:(ａ)抗壓(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪資料的受力方式◎不同資料的承載特點是不同的：例：木材與鋼材◎一樣種類的資料，隨著其孔隙率及構造特征的不同，各種強度也有明顯差別。強度等級◎建筑資料常根據極限強度的大小，劃分為不同的強度等級或標號?！蚧炷涟纯箟簭姸葎澐譃镃7.5～C60〔12個〕◎水泥按抗壓和抗折強度劃分為32.5、32.5R42.5、42.5R、52.5、52.5R六個等級◎砂漿按抗壓強度劃分為M2.5、M5、M7.5、M10、M15、M20六個等級比強度比強度－資料的強度與其表觀密度的比值〔fc/ρo〕。用于評價資料輕質高強幾種資料的強度比較：材料表觀密度(kg/m3)強度fc(MPa)比強度（fc/ρo）低碳鋼78604150.053松木50034.30.059混凝土2400600.025二、資料的彈性與塑性◎彈性－資料在外力的作用下產生變形，當外力取消后，資料變形即可消逝并能完全恢復原來外形的性質。彈性模量：E=σ/ε◎塑性－資料在外力的作用下產生變形，當外力取消后，仍堅持變形后的外形和尺寸，并且不產生裂痕的性質。實踐的資料并不存在理想的彈性變形和塑性變形。低碳鋼的σ～ε曲線分段的彈性變形和塑性變形混凝土的σ～ε曲線

同時進展的彈性變形和塑性變形三、資料的脆性與韌性1、脆性－在外力作用下，當外力到達一定限制后，材料忽然破壞而又無明顯的塑性變形的性質。☆脆性資料〔如混凝土、玻璃、石材〕抵抗沖擊或震動荷載的才干很差。2、韌性－在沖擊、震動荷載的作用下，資料接受很大的變形也不致破壞的性能稱為韌性。如鋼材、木材、纖維等。橋梁、牛腿柱、電梯井、高層建筑等

2.3資料的耐久性定義：資料在運用過程中能抵抗周圍各種介質的侵蝕而不破壞，也不易失去其原有性能的性質。包括：