課程引入：
土木工程材料的基本性質，是指材料處於不同的使用條件和使用環境時，通常必須考慮的最基本的、共有的性質。因為土木建築材料所處建（構）築物的部位不同、使用環境不同、人們對材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性質也就有所不同。第一節
材料的物理性質
1. 材料的密度
材料的密度是指材料在絕對密實狀態下單位體積的質量，按下式計算：ρ=m/v式中：ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3、m—材料的質量，g 或 kg、v—材料的絕對密實體積，cm3 或 m3 、測試時，材料必須是絕對乾燥狀態。
含孔材料則必須磨細後採用排開液體的方法來測定其體積。
2. 材料的表觀密度
表觀密度（俗稱「容重」）是指材料在自然狀態下單位體積的質量。按下式計算：
式中 ρ0—材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3
m —材料的質量，g 或 kg
v0—材料的表觀體積，cm3 或 m3
材料的表觀體積是指包括內部孔隙在內的體積。因為大多數材料的表觀體積中包含有內部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質量（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結構和組成有關外，還與其內部構成狀態及含水狀態有關
3. 材料的堆積密度
堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態下單位體積的質量。
按下式計算：
式中 ρ0，—材料的堆積密度, g/cm3 或 kg/m3
m —材料的質量，g 或 kg
v0，—材料的堆積體積，cm3 或 m3
粉狀或粒狀材料的質量是指填充在一定容器內的材料質量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。 在土木建築工程中，計算材料用量、構件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等資料。
4 . 材料的密實度
密實度是指材料體積內被固體物質充實的程度。密實度的計算式如下：
對於絕對密實材料， 因 ρ0 =ρ ，故密實度d =1 或 100%。對於大多數土木工程材料， 因 ρ0 〈 ρ ，故密實度d 1 或 d 100%。
ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度
5. 孔隙率
材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積佔材料總體積的百分率。孔隙率p按下式計算：
v—材料的絕對密實體積，cm3 或 m3
v0—材料的表觀體積，cm3 或 m3
ρ0—材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3
ρ—密度, g/cm3 或 kg/m3
6. 空隙率
空隙率是指散粒材料在其堆集體積中, 顆粒之間的空隙體積所佔的比例。空隙率p， 按下式計算：
ρ0—材料的表觀密度;
空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的緻密程度。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算含砂率的依據。
第二節材料與水有關的性質
一. 材料的親水性與憎水性
與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現象來說，前者為親水性，後者為憎水性。材料具有親水性或憎水性的根本原因在於材料的分子結構。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大於水分子本身之間的內聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小於水分子本身之間的內聚力。
工程實際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水和空氣的交點處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤濕。當材料的潤濕角θ＜９０ 時，為親水性材料；當材料的潤濕角θ＞９０ 時，為憎水性材料。
水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細管作用自動將水吸入材料內部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入材料的毛細管中，見圖２-1
二.材料的吸水性
材料能吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。
質量吸水率
質量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量佔材料在乾燥狀態下的質量百分比，並以ｗm 表示。質量吸水率ｗm 的計算公式為：
式中 mb——材料吸水飽和狀態下的質量（ｇ或kg）、 mg——材料在乾燥狀態下的質量（ｇ或kg）。
體積吸水率
體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積佔材料自然體積的百分率，並以wｖ表示。體積吸水率wｖ的計算公式為：
式中 mb——材料吸水飽和狀態下的質量（ｇ或kg）、 mg——材料在乾燥狀態下的質量（ｇ或kg）。
v0— 材料在自然狀態下的體積，（cm3 或 m3）、ρw— 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常溫下取ρ w =1.0 g/cm3
材料的吸水率與其孔隙率有關，更與其孔特徵有關。因為水分是通過材料的開口孔吸入並經過連通孔滲入內部的。材料內與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就愈大。
三. 材料的吸濕性
材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。乾燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮濕的材料處在較乾燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，後者是材料的乾燥過程。
由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。 材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，並以ｗh表示，其計算公式為：
式中ms——材料吸濕狀態下的質量（ｇ或kg）、mg——材料在乾燥狀態下的質量（ｇ或kg）。顯然，材料的含水率受所處環境中空氣濕度的影響。當空氣中濕度在較長時間內穩定時，材料的吸濕和乾燥過程處於平衡狀態，此時材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。
四. 材料的耐水性
材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質。衡量材料耐水性的指標是材料的軟化係數kr：
式中 kr —— 材料的軟化係數、fb — 材料吸水飽和狀態下的抗壓強度（mpa）。fg — 材料在乾燥狀態下的抗壓強度（mpa）。軟化係數反映了材料飽水後強度降低的程度，是材料吸水後性質變化的重要特徵之一。
一般材料吸水後，水分會分散在材料內微粒的表面，削弱其內部結合力，強度則有不同程度的降低。當材料內含有可溶性物質時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質，造成強度的嚴重降低材料耐水性限制了材料的使用環境，軟化係數小的材料耐水性差，其使用環境尤其受到限制。軟化係數的波動範圍在0至1之間。
工程中通常將ｋｒ＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用於水中或潮濕環境中的重要工程。用於一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化係數也不得小於0.
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五. 材料的抗滲性
抗滲性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的效能。土木建築工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當材料兩側的水壓差較高時，水可能從高壓側通過內部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介質，或將材料內的某些成分帶出，造成材料的破壞。
５.1 滲透係數
材料的滲透係數可通過下式計算:
式中 k—滲透係數, （cm / h）;w—滲水量， （cm3 ）、a— 滲水面積, （cm2 ）、h — 材料兩側的水壓差，（cm）、d —試件厚度 （cm）、t —滲水時間 （h）、材料的滲透係數越小，說明材料的抗滲性越強。
5.2 抗滲等級
材料的抗滲等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，並以字母p及可承受的水壓力（以0.1mpa為單位）來表示抗滲等級。
如p4、p6、p8、p10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4mpa、0.6mpa、0.8mpa、1.0mpa…的水壓而不滲透。
6. 抗凍性
材料吸水後，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內凍結成冰，體積膨漲所產生的凍脹壓力造成材料的內應力，會使材料遭到區域性破壞。隨著凍融迴圈的反覆，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。
抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下，能經受反覆凍融迴圈作用而不破壞，強度也不顯著降低的效能。抗凍性以試件在凍融後的質量損失、外形變化或強度降低不超過一定限度時所能經受的凍融迴圈次數來表示，或稱為抗凍等級。
材料的抗凍等級可分為ｆ15、ｆ25、ｆ50、ｆ100、ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融迴圈。材料的抗凍性與材料的強度、孔結構、耐水性和吸水飽和程度有關。
第三節材料的力學性質
1.材料的強度
材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內部的應力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應力也隨之增大，直至應力超過材料內部質點所能抵抗的極限，即強度極限，材料發生破壞。
在工程上，通常採用破壞試驗法對材料的強度進行實測。將預先製作的試件放置在材料試驗機上，施加外力（荷載）直至破壞，根據試件尺寸和破壞時的荷載值，計算材料的強度。根據外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等。
材料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下：式中 f------材料強度， mpa
fmax--材料破壞時的最大荷載，n
a------試件受力面積，mm2
料的抗彎強度與受力情況有關，一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算材：
式中 fw------材料的抗彎強度， mpa
fmax---材料受彎破壞時的最大荷載，n
a------試件受力面積，mm2
l------兩支點的間距，mm
b、h---試件橫截面的寬及高，mm
2. 彈性和塑性
材料在外力作用下產生變形，當外力取消後能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。材料在外力作用下產生變形，如果外力取消後，仍能保持變形後的形狀和尺寸，並且不產生裂縫的性質稱為塑性。
這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。
3. 脆性和韌性
材料受力達到一定程度時，突然發生破壞，並無明顯的變形，材料的這種性質稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。
在工程中使用時，應注意發揮這類材料的特性。
第四節. 材料的熱工性質
1. 導熱性
當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質，稱為材料的導熱性。導熱性用導熱係數 λ 表示。導熱係數的定義和計算式如下所示：
式中λ——導熱係數，ｗ／（ｍ·ｋ）；
ｑ－傳導的熱量，ｊ
&—材料厚度，ｍ；
a——熱傳導面積，m2
t一熱傳導時間，h；
（t2-t1）－材料兩面溫度差，k
02建築材料的基本性質
一 填空題 1.絕對密實 單位體積的質量 2.自然 單位體積的質量 3.固體物質 孔隙 4.散粒狀 纖維狀 單位體積 緊密程度 5.實際密度 體積密度 6.開口 閉口 低 大 差 好 7.體積 堆積 8.軟化係數 好 軟化係數 0.80 9.抗凍等級 抗滲等級 熱導率 10.差 好 1.材料吸水飽和...
建築材料的基本性質試題
一 名詞解釋 1 材料的空隙率 2 堆積密度 3 材料的強度 4 材料的耐久性 答案 1 材料空隙率是指散粒狀材料在堆積體積狀態下顆粒固體物質間空隙體積 開口孔隙與間隙之和 佔堆積體積的百分率。2 是指粉狀或粒狀材料在堆積狀態下單位體積的質量。3 是指材料在外界荷載的作用下抵抗破壞的能力。4 是指材...
建築材料基本性質習題
第二章建築材料的基本性質 一 名詞解釋 1 材料的空隙率 2 堆積密度 3 材料的強度 4 材料的耐久性 二 填空題 1 材料的吸濕性是指材料在 的性質。2 材料的抗凍性以材料在吸水飽和狀態下所能抵抗的 來表示。3 水可以在材料表面展開，即材料表面可以被水浸潤，這種性質稱為 4 材料地表觀密度是指材...