绪论 一、土木工程材料的分类 构成土木、建筑、水利、道桥等工程构筑物的材料称为土木工程材料，它包括地基基础、梁、板、柱、墙体、屋面等所用到的各种材料。 土木工程材料可从各种角度分类，如按功能与用途分类，可分为结构材料、防水材料、保温材料、吸声材料、装饰材料、地面材料、屋面材料等。此种分类方式便于工程技术人员选用建筑材料，因此各种材料手册均按此分类。

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1 绪论 一、土木工程材料的分类 构成土木、建筑、水利、道桥等工程构筑物的材料称为土木工程材料，它包括地基基础、梁、板、柱、墙体、屋面等所用到的各种材料。 土木工程材料可从各种角度分类，如按功能与用途分类，可分为结构材料、防水材料、保温材料、吸声材料、装饰材料、地面材料、屋面材料等。此种分类方式便于工程技术人员选用建筑材料，因此各种材料手册均按此分类。 为方便学习、记忆和掌握土木工程材料的基本知识和基本理论，一般按土木工程材料的化学成分分类，即无机材料、有机材料、复合材料。

2 土木工程材料 无机材料 金属材料 黑色金属：钢、铁 有色金属：铝及其合金，铜及其合金 非金属材料 天然石材：花岗岩、大理岩、石灰岩、玄武岩 烧结与熔融制品：砖、陶瓷、玻璃、铸石、岩棉 胶凝材料 气硬性胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃 水硬性胶凝材料：各种熟料水泥 砂浆与混凝土 硅酸盐制品：灰砂砖、加气混凝土 有机材料 植物材料：木材、竹材及其制品 合成高分子材料：塑料、橡胶、涂料、胶粘剂、密封材料 沥青材料：石油沥青、煤沥青及其制品 复合材料 无机材料基 混凝土、砂浆、钢筋混凝土 水泥刨花板、聚苯乙烯混凝土 有机材料基 沥青混凝土、树脂混凝土、纤维增强高聚物 胶合板、纤维板、竹胶板

3 二、土木工程材料在土建中的作用及重要性 土木工程材料是建筑业的物质基础。
土木工程材料的性能、品种、质量及经济性直接影响或决定着土木建筑结构的形式、建筑物的造型以及构筑物的功能、适用性、艺术性、坚固性、耐久性及经济性等，并在一定程度上影响着土木工程材料的运输、存放及使用方式，也影响着建筑施工方法。 土木建筑工程中许多技术的突破，往往依赖于土木工程材料性能的改进与提高，而新材料的出现又促进了建筑设计、结构设计和施工技术的发展，也使建筑物的功能、适用性、艺术性、坚固性和耐久性等得到进一步的改善。如钢材和钢筋混凝土的出现产生了钢结构和钢筋混凝土结构，使得高层建筑和大跨度建筑成为可能；

4 轻质材料和保温材料的出现对减轻建筑物的自重，提高建筑物的抗震能力、改善工作与居住环境条件等起到了十分有益的作用，并推动了节能建筑的发展；新型装饰材料的出现使得建筑物的造型及建筑物的内外装饰焕然一新，生气勃勃。 土木工程材料的经济性直接影响着建筑物的造价。在我国的一般工业与民用建筑中建筑材料的费用约占总造价的50%～60%，而装饰材料又占其中的50%～80%。 了解和掌握土木工程材料的性能，按照建筑物及使用环境条件对土木工程材料的要求，正确合理地选用建筑材料，充分发挥每一种材料的长处，做到材尽其能、物尽其用，并采取正确的运输、存贮与施工方法，这对节约材料、降低工程造价、提高建筑物的质量与使用功能、增加建筑物的使用寿命及建筑物的艺术性等，有着十分重要的作用。

5 三、土木工程材料的发展趋势 天然石材、木材→陶器、砖瓦、石灰、三合土、玻璃、青铜→钢材、水泥、混凝土、钢筋砼、预应力砼。
近几十年来，随着科学技术的进步和土木建筑工业发展的需要，一大批新型材料应运而生，出现了塑料、涂料、新型建筑陶瓷与玻璃、新型复合材料(纤维增强材料、夹层材料等)。 材料科学的发展与研究方法的进步，使得对材料的微观结构、显微结构、宏观结构、性质及其相互间关系的认识有了长足的进步，对正确合理使用材料和按工程要求设计材料起到了非常有益的作用。 依靠材料科学和现代工业技术，人们已开发出许多高性能和多功能的新型材料。而社会的进步、环境保护和节能降耗及建筑业的发展，又对建筑材料提出了更高更多的要求。

6 高性能化。将研制轻质、高强、高耐久性、高耐火性、高抗震性、高保温性、高吸声性、优异装饰性及优异防水性的材料。
2. 复合化、多功能化。利用复合技术生产多功能材料、特殊性能材料及高性能材料。 3. 绿色化。充分利用工业废渣生产建筑材料，以保护自然资源、保护环境，维护生态环境的平衡。 4. 节能化。将研制和生产低能耗(包括材料生产能耗和建筑使用能耗)的新型节能材料。 5. 智能化。将研制和应用自感知、自调节、自修复材料，实现构筑物的自我监控。

7 四、土木工程材料标准及工程建设规范 国家标准GB； 建筑工程国家标准GBJ； 建工行业标准JG； 建材行业标准JC；
交通行业标准JT； 电力行业标准DL； 石油化学行业标准SH（曾用 SY）； 轻工行业标准QB； 冶金行业标准YB； 化工行业标准HG； 林业行业标准LY（曾用LB）； 中国工程建设标准化协会标准CECS； 中国土木协会标准CCES； 地方标准DB； 企业标准Q等。

8 标准的表示方法由标准名称、部门代号、标准编号、批准年份四部分组成，如《混凝土外加剂》(GB 8076-2008)，又如《建筑生石灰》(JC/T 479-92)。
工程中使用的土木工程材料除必须满足产品标准外，有时还必须满足有关的设计规范、施工及验收规范（或规程）等的规定。 工程中有时还涉及到美国材料学会标准ASTM、英国标准BS、日本标准JIS、德国标准DIN、前苏联标准ГOCT、国际标准ISO等。 五、课程的目的与学习方法 获得有关建筑材料的基本理论、基本知识和基本技能，为学习专业课程提供土木工程材料的基础知识，并为今后从事建筑设计与施工能够合理选用土木工程材料和正确使用土木工程材料奠定基础。

9 学习方法 (1)了解或掌握材料的组成、结构和性质间的关系
应特别注意掌握的是材料内部的孔隙数量、孔隙大小、孔隙状态及其影响因素，它们对材料的所有性质均有影响，并使材料的大多数性质降低，同时还应注意外界因素对材料结构与性质的影响。 掌握好第1章是打开土木工程材料学大门的钥匙，因此掌握土木工程材料的基本性质是掌握各种土木工程材料的性质和应用的基础。 (2) 运用对比的方法 通过对比各种材料的组成和结构来掌握它们的性质和应用。特别是通过对比来掌握它们的共性和特性。这在学习水泥、混凝土、防水材料等尤为重要。 (3) 密切联系工程实际，重视实验课并做好实验

10 第1章 土木工程材料的基本性质 1.1 材料的组成、结构与性质 一、材料的组成
第1章 土木工程材料的基本性质 1.1　材料的组成、结构与性质 材料的组成和结构决定着材料的各种性质。要了解材料的性质，必须了解材料的组成、结构与材料性质间的关系。 一、材料的组成 (一) 化学组成 化学组成即化学成分。无机非金属材料的化学组成以各氧化物的含量来表示，金属材料则常以各化学元素的含量表示，有机材料常用各化合物的含量来表示。 化学组成是决定材料化学性质(耐腐蚀性、燃烧性等)、物理性质(耐水性、耐热性、保温性等)、力学性质(强度、变形等)的主要因素之一。

11 (二) 矿物组成 许多无机非金属材料是由各种矿物组成的。矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。矿物组成是决定无机非金属材料化学性质、物理性质、力学性质和耐久性的重要因素。 材料的化学组成不同，则材料的矿物组成也不同。而相同的化学组成，可以有不同的矿物组成(即微观结构不同)，且材料的性质也不同，如金刚石和石墨、石灰砂浆和灰砂砖。 利用材料的组成可以大致判断出材料的某些性质。如材料的组成易与周围介质（酸、碱、盐等）发生化学反应，则该材料的耐腐蚀性差或较差；有机材料的耐火性和耐热性较差，且多数可以燃烧；合金的强度高于非合金的强度等等。

12 二、材料的结构 (一) 微观结构 利用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究原子级或分子级的结构。材料的微观结构可分为晶体和非晶体结构，或晶态和非晶态。 晶体是质点（原子或分子、离子）按一定规律在空间重复排列的固体，并具有特定的几何外形和固定的熔点。由于质点在各方向上排列的规律和数量的不同，单晶体具有各向异性的性质。按晶体质点间结合键的特性，晶体又分为原子晶体、分子晶体、离子晶体、金属晶体。 非晶体又称玻璃体，是熔融物在急速冷却时，质点来不及按特定规律排列所形成的内部质点无序排列（短程有序，长程无序）的固体。

13 微观结构形式及其主要特性 微观结构 常见材料 主要特性 晶 体 原子、离子、分子有规律排列 原子晶体 (以共价键结合) 金刚石、石英、 刚玉
强度、硬度、熔点均高，密度较小 离子晶体 (以离子键结合) 氯化钠、石膏、 石灰岩 强度、硬度、熔点较高，但波动较大。部分可溶，密度中等 分子晶体 (以分子键结合) 石蜡及部分有机化合物 强度、硬度、熔点较低。大部分可溶，密度小 金属晶体 (以金属键结合) 铁、钢、铝 及其合金 强度、硬度变化大，密度大 非晶体 质点无序排列 (短程有序,长程无序) 玻璃、高炉矿渣、火山灰、粉煤灰 无固定的熔点和几何形状，与同组成的晶体相比，强度、硬度、化学稳定性、导热性、导电性较差，各向同性

14 显微镜下的晶体材料是由大量大小不等的晶粒组成的，而不是一个晶粒，因而属于多晶体。多晶体材料具有各向同性的性质，如某些岩石、钢材等。
(二) 亚微观结构(显微或细观结构) 由光学显微镜所看到的微米级的组织结构。该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小、形状及分布。 显微镜下的晶体材料是由大量大小不等的晶粒组成的，而不是一个晶粒，因而属于多晶体。多晶体材料具有各向同性的性质，如某些岩石、钢材等。 材料的亚微观结构对材料的强度、耐久性等有很大的影响。材料的亚微观结构相对较易改变。 一般而言，材料内部的晶粒越细小、分布越均匀，则材料的受力状态越均匀、强度越高、脆性越小、耐久性越好；晶粒或不同材料组成之间的界面粘结(或接触)越好，则材料的强度和耐久性越好。

15 （三）宏观结构（构造） 用肉眼或放大镜即可分辨的毫米级以上的组织称为宏观结构。该结构主要研究材料中的大孔隙、裂纹、不同材料的组合与复合方式(或形式)、各组成材料的分布等。如岩石的层理与斑纹、混凝土中的砂石、纤维增强材料中纤维的多少与纤维的分布方向等。 两种或两种以上组成材料以适当方式结合而构成的新材料，称为复合材料。复合材料取各组成材料之长，避免了单一材料的某些缺陷，使复合材料具有多种使用功能(如强度、防水、保温、装饰、耐久等)或者具有某些特殊的功能。复合材料的综合性能好，某些性能往往超过组成材料中的单一材料，且经济性更为合理。

16 材料的宏观结构及其相应的主要性质 材料的宏观结构 常用材料 主要特性 单一材料 致密结构 钢材、玻璃、沥青、部分塑料
高强或不透水、耐腐蚀，自重较大 多孔结构 泡沫塑料、泡沫玻璃 轻质、保温、低强度 纤维结构 木材、竹材、岩棉、玻璃纤维、钢纤维 高抗拉、且大多数具有轻质、保温、吸声性质 聚集结构 陶瓷、砖、某些天然石材 强度较高，脆性大 复合材料 粒状聚集结构 各种混凝土、钢筋混凝土 综合性能好、价格较低 纤维聚集结构 岩棉板、纤维板、纤维增强塑料 轻质、保温，吸声或高抗拉 加气混凝土、泡沫混凝土 轻质保温 叠合结构 纸面石膏板、胶合板、各种加芯板 综合性能好

17 三、结构中的孔隙与材料性质的关系 材料的宏观结构是影响材料性质的重要因素。材料的宏观结构较易改变。
材料的宏观结构不同，即使组成与微观结构等相同，材料的性质与用途也不同，如玻璃与泡沫玻璃、密实的灰砂硅酸盐砖与灰砂加气混凝土，它们的许多性质及用途有很大的不同。 材料的宏观结构相同或相似，即使材料的组成或微观结构等不同，则材料也具有某些相同或相似的性质与用途，如泡沫玻璃、泡沫塑料、加气混凝土等。 三、结构中的孔隙与材料性质的关系 大多数土木工程材料在宏观层次或亚微观层次上均含有一定大小和数量的孔隙，甚至是相当大的孔洞，这些孔隙几乎对材料的所有性质都有相当大的影响。

18 (一)孔隙的分类 按孔隙的大小，可将孔隙分为微细孔隙、细小孔隙(毛细孔)、较粗大孔隙、粗大孔隙等。对于无机非金属材料，孔径<20nm的微细孔隙，水或有害气体难以侵入，可视为无害孔隙。 按孔隙的形状可将孔分为球形孔隙、片状孔隙(即裂纹)、管状孔隙、墨水瓶状孔隙、带尖角的孔隙等。片状孔隙、尖角孔隙、管状孔隙对材料性质的影响较大，往往使材料的大多数性质降低。 按常压下水能否进入孔隙中，将常压下水可以进入的孔隙称为开口孔隙(或称连通孔隙)，而将常压下水不能进入的孔隙称为闭口孔隙(或封闭孔隙)。

19 开口孔隙对材料性质的影响较闭口孔隙大，往往使材料的大多数性质降低（吸声性除外）。
(二)孔隙对材料性质的影响 一般情况下，材料内部的孔隙含量(即孔隙率)越多，则材料的体积密度、堆积密度、强度越小，耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性、耐水性及其它耐久性越差，而保温性、吸声性、吸水性与吸湿性等越强。

20 孔隙形状和状态对材料的性质也有不同程度的影响，如开口孔隙、非球形孔隙(如扁平孔或片状孔，即裂纹)相对于闭口孔隙、球形孔隙而言，往往对材料的强度、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、耐水性等更为不利，对保温性稍有不利，而对吸声性、吸水性与吸湿性等有利，并且孔隙尺寸越大，上述影响也越大。 (三)材料内部孔隙的来源与产生 天然植物材料由于植物生长的需要(输送养料等)，在植物材料的内部形成一定数量的孔隙。天然岩石则由于地质上的造岩运动等在岩石等材料的内部夹入部分气泡或形成部分孔隙。人造材料内部的孔隙是由于人造材料的生产工艺并非尽善尽美，生产时总是不可避免地会卷入部分气泡(或气体)。

21 对于无机非金属材料，则在很大程度上与生产时所用的拌合用水量有关，或者是在生产时有意识地在材料内部留下部分孔隙以改善材料的某些性能。
人造无机非金属材料在生产过程中，由于组成上和生产工艺上的要求，在生产时必须加入一定数量的水。为达到生产工艺所要求的施工性质，实际用水量往往远远超过组成上的要求。这些多余的水也占有一定空间，蒸发后即在材料内部留下了大量毛细孔隙，即许多孔隙是由水所造成的。 影响人造土木工程材料内部孔隙率、孔隙形状、孔隙状态的因素，或影响生产材料时拌合用水量的因素均是影响材料性质的因素。适当控制上述因素，即可使它们成为改善材料性质的措施或途径。如在生产保温材料时，应适当提高产品的孔隙率，而在生产结构用混凝土时，则应尽量降低孔隙率。

22 1.2 材料结构状态的基本参数 一、不同结构状态下的密度 (二)表观密度（apparent density）
1.2 材料结构状态的基本参数 一、不同结构状态下的密度 (一)密度（density） 材料在绝对密实状态下(不含内部任何孔隙)，单位体积的绝干质量称为材料的绝对密度或真密度，简称密度。 (二)表观密度（apparent density） 材料在自然状态下不含开口孔隙时，单位体积的绝干质量称为材料的表观密度，又称视密度。

23 (三)体积密度（bulk density） 材料在自然状态下，含内部所有孔隙时，单位体积的质量称为材料的体积密度，又称毛体积密度。
通常所指的体积密度是材料在气干状态下的，称为气干体积密度，简称体积密度。 材料在绝干状态时，则称为绝干体积密度，以ρ0d表示(ρ0d＝m/V0)。 材料在吸水饱和面干状态时(指吸水饱和，表面湿润，但表面无自由水)，则称为饱和面干体积密度(表干密度)，以ρ0sw表示(ρ0sw＝m´sw/V0)。

24 (四)堆积密度(packing density, accumulated density)
散粒或粉末状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度。 材料的堆积密度与材料的体积密度、堆积的紧密程度等有关。通常所指的堆积密度是指材料在自然堆积状态和气干状态下的气干堆积密度，简称堆积密度；材料在绝干状态时，则称为绝干堆积密度，以ρpd表示(ρpd＝m/Vp)。

25 材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率，又称真气孔率。
二、密实度与孔隙率 (一)密实度(compactness) 自然状态下材料体积内固体物质的充实程度。 (二)孔隙率(porosity) 材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率，又称真气孔率。

26 1. 开口孔隙率(apparent porosity)
开孔孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率。 2. 闭口孔隙率(closed porosity) 材料内部闭口孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率。 三、空隙率(void content) 材料在堆积状态下，颗粒间空隙的体积Vv占堆积体积的百分率，又称间隙率。

27 1.3 材料的力学性能 一、材料的强度 材料在外力或应力作用下，抵抗破坏的能力称为材料的强度，并以材料在破坏时的最大应力值来表示。
1.3 材料的力学性能 一、材料的强度 材料在外力或应力作用下，抵抗破坏的能力称为材料的强度，并以材料在破坏时的最大应力值来表示。 材料的强度取决于结构质点(原子、分子、离子)间作用力的大小，破坏主要是结合键的断裂或质点间的滑移。 (一) 材料的理论强度 Orowan公式： 式中 γ—— 材料的表面能，J/m2； a——原子间距，m 。

28 实际材料内部常含有大量的缺陷，材料受力时，在缺陷处形成应力集中导致强度降低。当脆性材料内部含有一长度为2c的微裂纹时，由Griffith断裂理论，其强度为：

29 (二)材料的强度

30 对以强度为主要指标的材料，通常按材料强度值的高低划分成若干个等级，称为材料的强度等级。
(三)影响强度的因素 内因：组成与结构。 外因：试件形状、大小、表面状况、含水率、加荷速度。 (四)强度等级和比强度 对以强度为主要指标的材料，通常按材料强度值的高低划分成若干个等级，称为材料的强度等级。 比强度是材料强度与体积密度的比值。比强度是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。比强度越大，则材料的轻质高强性能越好。 二、材料的受力变形 (一)弹性(弹性变形) 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能完全恢复到原来状态的性质称为材料的弹性，材料的这种变形称为弹性变形。

31 (二)塑性(塑性变形) (三)黏弹性(弹塑性变形)
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料仍保持变形后的形状和尺寸的性质称为材料的塑性，这种变形称为塑性变形。 (三)黏弹性(弹塑性变形) 材料在外力的作用下，既有弹变，也有塑变。 徐变或蠕变 应力松弛或驰豫 弹性变形 塑性变形 弹塑性变形 σ ε

32 三、脆性与韧性 （一）脆性(brittleness) 材料在荷载作用下，破坏前无明显的塑性变形，表现为突发性破坏的性质。
脆性材料的特点：塑性变形很小，且压拉比较大(5~50倍)。无机非金属材料多属于此类。 （二）韧性(toughness) 又称冲击韧性，指材料抵抗冲击振动荷载的作用，而不发生突发性破坏的性质。 韧性材料的特点：变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度接近或高于抗压强度。常用金属材料、木材、橡胶、部分塑料属于此类。 注意：用于桥梁、吊车梁、有振动要求时要考虑材料的韧性。

33 四、材料的硬度与耐磨性 （一）硬度(hardness) 指材料抵抗较硬物体压入或刻划的能力。无机材料常用莫氏硬度和显微硬度表示。
莫氏硬度分10级：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉和金刚石。 金属材料：洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度 高分子材料：绍氏硬度、巴氏硬度 （二）耐磨性(abrasion resistance) 材料表面抵抗磨损的能力，称为耐磨性或抗磨耗性。 通常用磨损前后单位表面的质量损失，即磨损率Kw表示。 Kw＝(m0－m1)/A 材料的硬度越大，耐磨性越好。

34 1.4 材料与水有关的性质 一、材料亲水性与憎水性
1.4 材料与水有关的性质 一、材料亲水性与憎水性 当材料与水接触时，如果材料表面可以被水所润湿或浸润。此种性质称为材料的亲水性，具备这种性质的材料称为亲水性材料。若水不能在材料的表面上铺展开，即材料表面不能被水所润湿或浸润，则称为憎水性，此种材料称为憎水性材料。 亲水性，θ≤90°与毛细现象 θ 憎水性，θ ＞ 90°与毛细现象 θ 憎水性材料具有较好的防水性、防潮性。常用作防水材料，也可用于对亲水性材料进行表面处理，以降低吸水率，提高抗渗性。

35 大多数建筑材料属于亲水性材料，如混凝土、钢材、木材、砖、石等；大部分有机高分子材料属于憎水性材料，如沥青、石蜡、塑料、有机硅等。
二、吸水性与吸湿性 (一)吸水性 吸水性是材料在水中吸收水分的性质。用质量吸水率ωm或体积吸水率ωv来表示。两者分别是指材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料绝干质量的百分率，或所吸水的体积占材料自然状态体积的百分率，定义式如下：

36 式中 msw—材料吸水饱和时所吸水的质量，g或kg；
Vsw—材料吸水饱和时所吸水的体积，cm3或m3； ρ'w—水的密度，g/cm3或kg/m3。 质量吸水率与体积吸水率的关系为： 由于Vap=Vsw，即有Pa＝ωv，由此可知材料的吸水率可直接或间接反映材料的部分内部结构及其性质，即可根据材料吸水率的大小对材料的孔隙率、孔隙状态及材料的性质做出粗略的评价。

37 (二) 吸湿性 吸湿性是材料在空气中吸收水蒸气的性质。吸湿性用材料所含水的质量与材料绝干质量的百分比来表示，称为含水率。材料吸湿或干燥至与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。 材料的吸湿性主要与材料的组成、孔隙含量，特别是毛细孔的含量有关。 (三) 含水对材料性质的影响 材料吸水或吸湿后，可削弱材料内部质点间的结合力或吸引力，引起强度下降。同时也使材料的体积密度和导热性增加，几何尺寸略有增加，而使材料的保温性、吸声性下降，并使材料受到的冻害、腐蚀等加剧。由此可见，含水使材料的绝大多数性质下降或变差。

38 三、耐水性 材料长期在水的作用下，保持其原有性质的能力称为材料的耐水性。
对于结构材料，耐水性主要指强度变化，对装饰材料则主要指颜色的变化、是否起泡、起层等，即材料不同，耐水性的表示方法也不同。结构材料的耐水性用软化系数Kw来表示，即： 式中 fsw—材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa； fd—材料在绝干状态下的抗压强度，MPa。 材料的软化系数Kw=0~1.0。Kw≥0.85的材料称为耐水性材料。经常受到潮湿或水作用的结构，须选用Kw≥0.75的材料，重要结构须选用Kw≥0.85的材料。

39 溶解度很小或不溶的材料，软化系数大；若材料可微溶于水，且含有较大的孔隙率，则软化系数较小或很小。
四、抗渗性 抗渗性是指材料抵抗压力水或其它液体渗透的性质。抗渗性用渗透系数K来表示，计算式如下： A d 水压力H 试件 式中 K—渗透系数，cm3/(cm2·h)或cm/h； Q—渗水量，cm3； d—试件厚度，cm； A—渗水面积，cm2；t—渗水时间，h； H—水头(水压力)，cm。

40 抗冻性是材料抵抗冻融循环作用，保持其原有性质的能力.
材料的P、Pap越大，大孔数量越多，渗透系数K越大，材料的抗渗性越差。也与材料的亲水性和憎水性有关。 材料的抗渗性也可用抗渗等级来表示，即在规定试验方法下，材料所能抵抗的最大水压力来表示。如P6、P8、P10等，分别表示可抵抗0.6、0.8、1.0MPa的水压力。 HSC或HPC抗渗性一般用电通量或氯离子扩散系数表征 地下建筑及水工建筑等，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有很好的抗渗性。 材料的抗渗性与材料的耐久性有着非常密切的关系。材料的抗渗性越高，水及有害介质越不易进入材料内部，则材料的其它耐久性越高。 五、抗冻性 抗冻性是材料抵抗冻融循环作用，保持其原有性质的能力.

41 对结构材料来说，抗冻性主要是指保持强度的能力，并多以抗冻等级来表示。抗冻等级用材料在吸水饱和状态下(最不利状态)，经冻融循环作用，强度损失和质量损失均不超过规定值，或动弹性模量满足要求时所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。如F50、F100、F300等，分别表示在经受50、100、300次冻融循环后仍可满足使用要求。 冻害原因是由于材料内部毛细孔隙及大孔隙中的水结冰时的体积膨胀(约9%)造成的。膨胀对材料孔壁产生巨大的压力，由此产生的拉应力超过材料的抗拉强度极限时，材料内部产生微裂纹，强度下降。此外在冻结和融化过程中，材料内外的温差所引起的温度应力也会导致微裂纹的产生或加速微裂纹的扩展。

42 影响材料抗冻性的主要因素有： (1) 孔隙率 一般情况下，材料的P越大，特别是Pap越大，则材料的抗冻性越差。 (2) 孔隙的充水程度　充水程度以水饱和度Ks来表示： 理论上讲，若材料内部孔隙分布均匀，当水饱和度Ks＜0.91时，结冰不会引起冻害，但当Ks＞0.91时，则已容纳不下冰的体积，故对材料的孔壁产生压力，因而会引起冻害。实际上，由于局部饱和的存在和孔隙分布不均匀，Ks须较0.91小一些才是安全的。如水泥混凝土，Ks＜0.80时冻害才会明显减少。 对于受冻材料，吸水饱和状态是最不利的状态，因其水饱和度Ks最大。可以用下述关系式来估计或粗略评价多数材料抗冻性的好坏。

43 为提高材料的抗冻性，在生产材料时常有意引入部分封闭的孔隙，如在混凝土中掺入引气剂。这些引入的闭口孔隙可切断材料内部的毛细孔隙，当开口的毛细孔隙中的水结冰时，所产生的压力可将开口孔隙中尚未结冰的水挤入到无水的封闭孔隙中(由于毛细作用，微细孔隙中水的冰点低于0℃。如半径为15Å的微细孔隙中，水的冰点约为-75℃)，即这些封闭的孔隙可起到卸压的作用。 (3) 材料本身的强度 材料强度越高，抵抗冻害的能力越强，即抗冻性越高。 六、干缩与湿胀 干缩是含孔材料在干燥时产生的收缩； 湿胀是吸湿时产生的膨胀。

44 大孔中的水失去时不会引起收缩，细孔隙中的水失去时，会引起毛细孔内水面后退，弯月面的曲率增大，在表面张力σlv作用下，内部压力比外部小，产生压差ΔP：
式中 r—水面的曲率半径，m。 干燥程度越高，失水量越多，毛细孔隙中水的弯月面的曲率越大，曲率半径越小，产生的收缩力越大。 吸湿时，弯月面的曲率减小，压差减少，产生湿胀。材料中的毛细孔隙越多，材料的干缩湿张值越大。 干缩湿胀值大的材料容易在干湿交替时产生裂纹。

45 1.8 材料的耐久性 一、耐久性(durability)
1.8 材料的耐久性 一、耐久性(durability) 材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用，保持其原有性质的能力称为材料的耐久性。它是材料的一项综合性质，一般包括有抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、抗碳化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性、耐光性等许多项。 过去一般按强度设计，现在按耐久性设计。 材料的组成、性质和用途、工程的重要性及所处环境不同，对材料耐久性的主要要求及耐久性年限也不同。 工程上应根据工程的重要性、所处的环境及材料的特性，正确选择合理的耐久性寿命。

46 内部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。主要包括材料的组成、结构与性质。
二、影响耐久性的主要因素 (一)内部因素 内部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。主要包括材料的组成、结构与性质。 当材料的组成易溶于水或其它液体，或易与其它物质产生化学反应时，则材料的耐水性、耐腐蚀性等较差； 通常无机非金属材料的化学稳定性较高，金属材料则较差，易发生电化学腐蚀和化学腐蚀。沥青材料和有机材料的耐腐蚀性好，但抗老化性能差。 无机非金属在温度剧变时易产生开裂，即耐急冷急热性差；晶体材料较同组成非晶体材料的化学稳定性高；材料的P，特别是Pa较大时，则材料的耐久性往往较差；材料强度较高时，则耐久性往往较好。

47 外部因素也是影响耐久性的主要因素，主要有：
(二) 外部因素 外部因素也是影响耐久性的主要因素，主要有： (1) 化学作用 包括各种酸、碱、盐及其水溶液，各种腐蚀性气体作用或氧化作用。对材料具有化学腐蚀或氧化作用。 (2) 物理作用 包括光、热、电、温差、湿差、干湿循环、冻融循环、溶解等，可使材料的结构发生变化，如内部产生微裂纹或孔隙率增加。 (3) 机械作用 包括冲击、疲劳荷载，各种气体、液体及固体引起的磨损与磨耗等。 (4) 生物作用 包括菌类、昆虫等，可使材料产生腐朽、虫蛀等而破坏。 实际工程中，材料受到的外界破坏因素往往是多种因素共同作用，但有主要和次要因素。

48 金属材料常由化学和电化学作用引起腐蚀和破坏；
无机非金属材料常由化学作用、溶解、冻融、风蚀、温差、湿差、摩擦等其中某些因素或综合作用而引起破坏； 有机材料常由生物作用、溶解、化学腐蚀、光、热、电等作用而引起破坏。 材料耐久性检测最可靠的办法是在使用条件下进行长期观测，但耗时、费力、成本较高，工程实际不允许。通常是根据使用条件与要求，在实验室进行快速试验，据此对材料的耐久性做出判断。

49 作业： P25：第8、11、12、13题 其中第12题中红砖的尺寸为240×115×53mm 交作业地点： 交通学院2楼B7210房间