1.1.3 与水有关的性质
1．亲水性与憎水性 材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现为亲 水与憎水两种不同的性质。陶瓷、金属材料、石材等无机材料等 为亲水性材料；沥青、塑料等为憎水性材料。
1.1.3 与水有关的性质
2．材料的吸水性与吸湿性 材料的吸水性是指材料在水中吸收水分的性质。吸水性的大 小用吸水率表示，吸水率有质量吸水率和体积吸水率两种表示方 法。 ①质量吸水率：质量吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部 所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率。 ②体积吸水率：体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸收水 分的体积占干燥材料体积的百分率。 材料吸收水分是通过开口孔隙吸入的，故开口孔隙率愈大， 材料吸水量愈多；材料的吸水性还与材料的孔隙特征有关。对于 细微连通的孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。封闭的孔隙内水 分不易进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不易在孔内存留， 只能润湿孔壁，因此吸水率也较小。
1.1.2 材料的孔隙率和空隙率 孔隙率是指材料内部 孔隙的体积占材料总体积的 百分率。 空隙率则是指散粒状材 料在堆积体积状态下颗粒固 体物质间空隙体积(开口孔 隙与间隙之和)占堆积体积 的百分率。材料的孔隙有闭 口和开口，其特征状态对材 料的性质有重要影响，见右 图。
1－固体； 3－闭口孔隙； 2－开口孔隙
1.3 材料的耐久性、安全性与环境协调性
1.3.1 材料的耐久性
1.3.2 材料的安全性与环境协调性
1.3.1 材料的耐久性
材料在长期使用过程中，能保 持其原有性能而不变质、不破坏的 性质，统称为耐久性，它是一种复 杂的、综合的性质,包括材料的抗 冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐 蚀性等。材料在使用过程中，除受 到各种外力作用外，还要受到环境 中各种自然因素的破坏作用，这些 破坏作用可分为物理作用、化学作 用、电化学作用、机械作用和生物 作用等。要根据材料所处的结构部 位和使用环境等因素，综合考虑其 耐久性，并根据各种材料的耐久性 特点合理地选用。
1.2 材料的力学性质
工程实例分析
(1) 测试强度与加荷速度 (2) 砖浸水后强度下降
(1) 测试强度与加荷速度
现象
人们在测试混凝土等材料的强度时可观察到， 同一试件，加荷速度过快，所测值偏高。
原因分析
(1) 测试强度与加荷速度
原因分析
材料的强度除与其组成结构有关外，还 与其测试条件有关，包括加荷速度、温度、 试件大小和形状等。当加荷速度较快时，荷 载的增长速度大于材料的变形速度 ，测出的 数值就会偏高。为此，在材料的强度测试中， 一般都规定其加荷速度范围。
原因分析
1.1 材料的物理性质
原因分析
加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨 水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔 是水分蒸发形成的毛细孔，故吸水及导湿均缓慢。材 料的吸水性不仅要看孔数量的多少，还需看孔的结构。
(2) 火灾中混凝土的破坏
概况
某在建住宅楼不慎发生火灾，混凝土被破坏，见 下图，请分析原因。
1.3 材料的耐久性、安全性与环境协调性
(1) 酸雨腐蚀建筑物
(2) 路面磨损裂纹
(1) 酸雨腐蚀建筑物
现象
下图为某大楼的外表，从中可见墙壁发黑，在 有的地方可见白色流迹线。
讨论
(1) 酸雨腐蚀建筑物
讨论
由于吸附了以碳为主的煤烟状悬浮颗粒物 使其建筑物表面变黑，而且由于酸雨的冲洗， 使石材露出新表面，从而形成流迹线。同时， 石灰质碱性岩容易与酸起反应，石材本身被硫 酸溶解，出现表面凸凹不平，故出现了建筑物 的表面腐蚀。
1.2.1 强度
材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化的性质。 包括变形、强度等。 （1）强度 在外力作用下，材料抵抗破坏的能力称为强度。
（2）比强度 承重的结构材料除了承受外荷载外，还要承受自重，反映材 料轻质高强的力学参数是比强度，其含义是单位体积质量的材 料强度，数值上等于材料的强度与自身表观密度之比。
1.1 材料的物理性质
工程实例分析
(1) 加气混凝土砌块吸水分析 (2) 火灾中混凝土的破坏
(1) 加气混凝土砌块吸水分析
现象
某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、 体积密度仅700 kg/ m3 的加气混凝土砌块。在抹灰前 采用同样方式往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘 土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看上去浇水 不少，但实际吸水不多。
1.2 材料的力学性质
讨论
具有脆性性质的材料称脆性材料。脆性材料的 抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十 倍，脆性材料抵抗冲击载荷或振动作用的能力较差， 脆性材料只适合用作承压构件。土木工程材料中大 部分无机非金属材料均为脆性材料，如烧结普通砖、 混凝土等。 具有韧性性质的材料称韧性材料。在建筑工程 中，对于要求承受冲击载荷和有抗震要求的结构， 如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较 高的韧性。土木工程常用的低碳钢、有色金属等都 是韧性材料。
1.1.3 与水有关的性质
吸湿性 材料在潮湿的空气中吸收水分的性质称为吸湿性，吸湿性用 含水率表示。含水率是指材料所含水重量占材料干重量的百分率。 材料与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。 3 耐水性 材料长期在水作用下不破坏，强度等原有功能基本不变 的能力，称为耐水性，通常用软化系数表示。 材料吸水后，强度均会有所降低，强度降低越多，软化 系数就越小，说明材料的耐水性就越差，受水浸泡或长期处 于潮湿环境中的重要结构时，必须选用大于等于0.85的材料 （大于0.85称为耐水材料）。选用受潮较轻或次要结构物的 材料，K应大于0.75，小于等于0.75时，称为软化岩石。
1．热容量和比热容 材料的热容量是指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。 材料比热容的物理意义是指1kg重的材料，在温度每改变1K时所 吸收或放出的热量。 2．导热性 当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料 传递到温度低的一侧，材料的这种传导热量的能力，称为导热性。 材料的导热性可用导热系数来表示。材料的导热系数愈小，表示 其绝热性能愈好。 3. 燃烧性能 按照建筑材料及制品燃烧性能分级规定，将建筑材料及制品 分为四个等级：A级（不燃材料或制品）、B1级（难燃材料或制 品）、B2级（可燃材料或制品）和B3级（易燃材料或制品）。
(2) 路面磨损裂纹
现象
经过几年的使用，某水泥混凝土路面出现露石现象。
讨论
(2) 路面磨损裂纹
讨论
路面由于长年受到车辆及行人的磨损，表 面水泥砂浆层剥落，导致露石。主要原因是水 泥混凝土的耐磨性不够。
1.3.2 材料的安全性与环境协调性
土木工程材料的环境协调问题日益受到 重视。材料的环境协调性是指材料在生产、 使用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负 荷，包括生产中废物的利用、减少三废的产 生，使用中减少对环境的污染，废弃时有较 高的可回收率。1994年设立中国环境标志产 品认证委员会，据此土木工程材料中首先对 水性涂料实行环境标志，制定环境标志的评 定标准。
1.2.4 硬度和耐磨性 （1）材料另一个重要的力学性质是硬度。 它是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。 金属材料等的硬度常用压入法刻痕，如布氏硬 度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。 陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬 度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。 所以，工程中有时用硬度来间接推算材料的强 度。 （2）耐磨性 耐磨性是材料抵抗磨 损的能力，用磨损率表示。
1.2.2 弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除 后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。材 料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有 一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑 性。弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为 可逆变形，后者为不可逆变形。
1.2.3 韧性与脆性
材料受外力作用，当外力达一定值时，材 料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形， 这种性质称为脆性。材料在冲击或振动荷载作 用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变 形而不破坏，这种性质称为韧性。
1.1 材料的物理性质
孔隙对材料性质的影响
观察与讨论
某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。 请问选择何种材料合适？
A 讨论
B
1.1 材料的物理性质
讨论
保温层的目的是减少外界温度变化对住 户的影响。材料保温性能的主要描述指标为 导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。 观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结 构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系 数较小，适于作保温层材料。
材料受冻融破坏主要是 材料在吸水饱和状态下抵抗多次 因其中的水结冰所致，水结冰 时体积增大约9%，这对材料孔 冻融循环而重量损失不大，强度也无 隙产生很大的冻胀应力而开裂， 显著降低的性质称为材料的抗冻性。 冻融循环次数越多，对材料的 （水变冰体积膨胀约9%） 破坏作用越大。
5 抗冻性
1.1.4 热工性质
原因分析
1.1 材料的物理性质
原因分析
混凝土一般由砂、石、水泥等材料经拌和、凝固 形成了复杂的物相体系，由于受到火灾，在高温下， 混凝土的水化产物分解后又产生了新的物相，导致混 凝土微观结构破坏。
1.2 材料的力学性质
1.2.1 强度
基础知识
1.2.2 弹性与塑性 1.2.3 韧性与脆性
1.2.4 硬度
历史回顾 因地制宜用材的万里长城
万里长城飞越崇山峻岭，是我国古代劳 动人民的杰作，也是建筑史上的丰碑。万里 长城选用材料因地制宜，堪称典范。 居庸关、八达岭一段，采用砖石结构。 墙身用条石砌筑，中间填充碎石黄土，顶部 再用三四层砖铺砌，以石灰作砖缝材料，坚 固耐用。平原黄土地区缺乏石料，则用泥土 磊筑长城，将泥土夯打结实，并以锥刺夯打 土检查是否合格。在西北玉门关一带，既无 石料又无黄土，以当地芦苇或柳条与砂石间 隔铺筑，共铺20层。 万里长城因地制宜使用建筑材料，展现 了我国劳动人民的勤劳、智慧和创造力。