材料的基本物理性质与力学性质

公式： m
V
式中 ρ－密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g）
V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）
实际密度的测量:
绝对密实状态下的体积－是指不包括 材料内部孔隙在内的体积。 1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等
量测几何体积－称重－代入公式 2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材
磨成细粉－ 李氏比重瓶法测试
常用材料的状态参数
见教材P9－表1－1
4、密实度－指材料体积内被固体物质 所充实的程度。反映材料的致密程 度。 公式 :
D V o 100% Vo
影响材料的：强度 ；吸水性 耐久性 ；导热性
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与 总体积之比。直接反映材料的致密程度。
公式:
P Vo V 1 V (1 o ) 100%
公式:
K 软＝
f饱 f干
式中 K软－材料的软化系数（K软＝0～1）
f饱－材料在饱水状态下的抗压强度（MPa） f干－材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）
材料软化系数的要求
• 软化系数越小，说明材料吸水饱和后 的强度降低越多，其耐水性越差。
• 对经常处于水中或受潮严重的重要结 构物（如地下构筑物、基础、水工结 构）的材料，其K软≥0.85；
A－透水面积（ cm2 ） H－净水压力（cm）
抗渗 实验
d－试件的厚度（cm）
抗渗等级
• 渗透系数越大，材料的抗渗性越差。
• 对于混凝土和砂浆，抗渗性常用抗渗 等级(Pn)表示： 如P2 , P4 , P6 , P8 等，分别表示可抵抗 0.2MPa, 0.4MPa, 0.6MPa, 0.8MPa 的水压力 不渗透
堆积密度的测量:
堆积体积－是指包含颗粒内部孔隙和颗 粒之间的空隙在内的体积。 1）容器法：
散粒材料装入容器－量测体积－称净重 －代入公式 2）自然堆积法：
堆积成一定形状－量测几何体积－称重 －代入公式
• 砂堆积密度的测定
颗粒材料 空隙
将容量筒内材 料刮平，容量 筒的容积即为 材料堆积体积
材料的状态参数的体积对比
• 地下建筑（地铁、人防建筑、地下室）、 水 工结构、防水材料等均要求较高的抗渗性。
• 影响材料抗渗性的因素：孔隙率、孔隙特征
耐久性
6、填充率－指散粒材料在某容器的堆 积体积中，被其颗粒填充的程度。
反映散粒材料堆积的致密程度。
公式 :
D/
V0 Vo /
/o
0
100%
7、空隙率－散粒材料在某容器的堆积体 积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的 比率。
公式:
P/
Vo/ Vo
V
/ o
1
Vo Vo /
(1
/o ) 100% o
密度演示实验
密度测量仪器
2、表观密度（容重）－材料在自然状态下单 位体积的质量。单位g/cm3或k式中 ρo－表观密度（ g/cm3或kg/m3 ） m－材料的质量（g或kg ）
Vo－材料在自然状态下的体积（cm3或m3 ）
表观密度的测量:
自然状态下的体积－是指包含材料内部 孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时， 其质量和体积均发生变化。注明含水情况 1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材
否、孔隙率大小等 吸水性对材料的影响： • 导热性增大、热阻降低－对围护结
构材料不利 • 强度降低、体积膨胀
3、吸湿性－材料在空气中吸收空气中水 分的性质。用含水率表示。
公式:
W含＝
m含－m干 m干
100％
式中 W含－材料的质量含水率（％） m湿－材料含水时的质量（g） m干－材料烘干到恒重的质量（g）
烘干－量测几何体积－称重－代入公式 2）对形状不规则的材料：
烘干－蜡封－浮力天平
实验 演示
3、堆积密度（松散容重）－散粒状材料在自 然堆积状态下单位体积的质量。单位g/cm3或 kg/m3。
公式：
/o
m
V
/ o
式中
ρ/o－堆积密度（ g/cm3或kg/m3 ） m－材料的质量（g或kg ） V/o－材料的堆积体积（cm3或m3 ）
孔隙率与Vo 密实度V的o 关系:
P+D=1
孔结构－孔隙率＋孔径尺寸＋开口形状
影响材料的: 强度、 吸水性、耐久性、 导热性
封闭孔
连通孔
材料内部孔隙示意图
孔隙对材料性能的影响
孔隙率与强度
的关系见右图： 随着孔隙率减 小，表观密度 吸水率 提高，吸水率 降低，强度和 耐久性提高。
表观密度
孔隙率
强度
影响含水率大小的因素： • 材料的本性－亲水性或憎水性材料 • 环境温度、湿度－气温越低、相对湿度
越大，材料的含水率越高 吸水性对材料的影响： • 导热性增大、热阻降低－对围护结构材
料不利 • 体积膨胀－对木结构和木制品不利
4、耐水性－材料长期在饱水作用下不破坏， 其强度也不显著降低的性质。用软化系数 表示。
• 受潮较轻的或次要结构物的材料，其 K软≥0.85；
• K软≥0.85的材料，一般称为耐水的材 料。
5、抗渗性－材料抵抗有压介质（水、油、气） 渗透的性质称抗渗性。 用渗透系数K表示。
依达西定律: K＝ Wd AtH
式中K－材料的渗透系数（ml/cm2.s）
W－透过材料试件的水量（ml）
t－透水时间（s）
图1润-7 湿液滴角在平示滑表意面图上的接触角
演示 实验
2、吸水性－材料在浸水情况下吸入水分 的能力。用吸水率表示。
公式 :
W质＝
m湿－m干 m干
100％
式中 W质－材料的质量吸水率（％） m湿－材料吸水饱和后的质量（g） m干－材料烘干到恒重的质量（g）
影响吸水率大小的因素： • 材料的本性－亲水性或憎水性材料 • 材料的孔结构－孔径大小、开口与
第1章
内 容： ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
1.1 材料的基本物理性质
内 容： • 材料的状态参数 • 材料的结构参数 • 材料与水有关的性质 • 材料的热工性质
一、材料的状态参数
1、密度----材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。单位g/cm3或kg/m3。
空隙率与填充率的关系 P/+D/=1
二、材料与水有关的性质
1、亲水性与憎水性
材料在空气中与水接触时，根据其 是否能被水润湿，将材料分为亲水性和 憎水性两大类。常用润湿角θ表示。
亲水性材料 θ≤90° 憎水性材料 θ＞90°
润湿角θ
LV
蒸汽
θ
液体
固体
SV
SL
(a)
蒸汽
蒸汽 液体
液体
固体
固体
(b)
(c)