第一章土木工程材料的基本性質(zhì)

1、第一章土木工程材料的基本性質(zhì),1.1材料科學(xué)的基本理論1.2材料的基本物理性質(zhì)1.3材料的基本力學(xué)性質(zhì)1.4材料的耐久性,1.1材料科學(xué)的基本理論,1.1.1材料科學(xué)與工程 土木工程材料是材料科學(xué)與工程的一個組成分； 材料組成的基本理論及不同結(jié)構(gòu)層次的構(gòu)造論，材料的組成、結(jié)構(gòu)對其物理力學(xué)性能的影響，以及利用其組成、結(jié)構(gòu)、性能相互的內(nèi)在關(guān)系來設(shè)計、加工、生產(chǎn)和控制材料的使用等相關(guān)的理論方法和技術(shù)原理，是材料科學(xué)與工程的

2、主要研究內(nèi)容； 隨著工業(yè)化城市化的迅速發(fā)展，自然資源日益減少，如何有效利用自然資源，科學(xué)合理利用材料，適應(yīng)環(huán)境保護及可持續(xù)發(fā)展，是材料科學(xué)與工程面臨的新課題。,1.1.2材料的組成,化學(xué)組成：是指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類和數(shù)量；礦物組成：將具有特定的晶體構(gòu)造、具有特定的物理力學(xué)性能的組織機構(gòu)稱為礦物。礦物組成是指構(gòu)成材料的礦物種類和數(shù)量；相組成:材料中結(jié)構(gòu)相近、性質(zhì)相同的均勻部分稱為相。由兩相（或兩相以上）組成的材料稱

3、為復(fù)合材料。,1.1.3材料的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造,材料的結(jié)構(gòu)：1.宏觀結(jié)構(gòu)： 材料的宏觀構(gòu)造是指可用肉眼能觀察到的外部和內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。 土木工程材料常見的構(gòu)造形式有：密實構(gòu)造、多孔構(gòu)造、纖維構(gòu)造、層狀構(gòu)造、散粒構(gòu)造、紋理構(gòu)造。2.細觀結(jié)構(gòu)（亞微觀結(jié)構(gòu)）3.微觀結(jié)構(gòu),密實構(gòu)造的材料內(nèi)部基本上無孔隙，結(jié)構(gòu)致密。這類材料的特點是強度和硬度較高，吸水性小，抗?jié)B和抗凍性較好，耐磨性較好，絕熱性差。如鋼材、天然石材、玻璃、玻璃鋼等。,大理巖

4、的致密表面,,多孔構(gòu)造的材料其內(nèi)部存在大體上呈均勻分布的獨立的或部分相通的孔隙，含孔率較高，孔隙又有大孔和微孔之分。具有多孔構(gòu)造的材料，其性質(zhì)決定于孔隙的特征、多少、大小及分布情況，一般來說，這類材料的強度較 低，抗?jié)B性和抗凍性較 差，絕熱性較好。如加 氣混凝土、石膏制品、 燒結(jié)普通磚等。,加氣混凝土砌塊的多孔構(gòu)造,,纖維構(gòu)造的材料內(nèi)部組成有方向性，縱向較緊密而橫向疏松，組織中存在相當(dāng)多的孔隙，這類材料的性質(zhì)具有

5、明顯的方向性，一般平行纖維方向的強度較高，導(dǎo)熱性較好。如木材、竹、玻璃纖維、石棉等。,竹的纖維構(gòu)造,,層狀構(gòu)造的材料具有疊合結(jié)構(gòu)，它是用膠結(jié)料將不同的片材或具有各向異性的片材膠合而成整體，其每一層的材料性質(zhì)不同，但疊合成層狀構(gòu)造的材料后，可獲得平面各向同 性，更重要的是可以顯 著提高材料的強度、硬 度、絕熱或裝飾等性質(zhì)， 擴大其使用范圍。如膠 合板、紙面石膏板、塑 料貼面板等。,膠合板的層狀構(gòu)造,,散

6、粒狀構(gòu)造指呈松散顆粒狀的材料，有密實顆粒與輕質(zhì)多孔顆粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密，強度高，適合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨脹珍珠巖等，因具多孔結(jié)構(gòu)，適合做絕熱材料。粒狀構(gòu)造的材料顆 粒間存在大量的空隙， 其空隙率主要取決于顆 粒大小的搭配。用作混 凝土骨料時，要求緊密 堆積，輕質(zhì)多孔粒狀材 料用作保溫填充料時，則希望空隙率大一些好。,陶粒的粒狀構(gòu)造,,天然材料在生長或形成過程中，自然造

7、成的天然紋理，如木材、大理石、花崗石等板材，或人工制造材料時特意造成的紋理，如瓷質(zhì)彩胎磚、人造花崗石板材等，這些 天然或人工造成的紋理， 使材料具有良好的裝飾 性。為了提高建筑材料 的外觀美，目前廣泛采 用仿真技術(shù)，已研制出 多種紋理的裝飾材料。,大理石的紋理結(jié)構(gòu),,材料的微觀結(jié)構(gòu)是指物相的種類、形態(tài)、大小及其分布特征。它與材料的強度、硬度、彈塑性、熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等重要性質(zhì)有著密切的關(guān)系。土木

8、工程材料的使用狀態(tài)均為固體，固體材料的相結(jié)構(gòu)基本上可分為晶體、玻璃體、膠體 不同結(jié)構(gòu)的材料，各具不同特性。,構(gòu)成晶體的質(zhì)點（原子、離子、分子）是按一定的規(guī)則在空間呈有規(guī)律的排列，因此晶體具有一定的幾何外形，顯示各向異性，但實際應(yīng)用的晶體材料，通常是由許多細小的晶粒雜亂排列組成，故晶體材料在宏觀上顯示為各向同性。晶體內(nèi)質(zhì)點的相對密集程度和質(zhì)點間的結(jié)合力，對晶體材料的性質(zhì)有著重要的影響。例如在硅酸鹽礦物材料（如陶瓷）的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)

9、（基本單元為硅氧四面體）中，質(zhì)點的相對密集程度不高，且質(zhì)點間大多是以共價鍵聯(lián)結(jié)，變形能力小，呈現(xiàn)脆性。,材料的化學(xué)成分相同，但形成的晶體結(jié)構(gòu)可以不同，其性能也就大有差異。如石英和硅藻土，化學(xué)成分同為SiO2，但各自性能頗不相同。另外，晶體結(jié)構(gòu)的缺陷，對材料性質(zhì)的影響很大。,,將熔融的物質(zhì)進行迅速冷卻（急冷），使其內(nèi)部質(zhì)點來不及作有規(guī)則的排列就凝固了，這時形成的物質(zhì)結(jié)構(gòu)即為玻璃體，又稱無定形體。玻璃體無固定的幾何外形，具有各向同性，破壞時

10、也無清楚的解理面，加熱時無固定的熔點，只出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。同時，因玻璃體是在快速急冷下形成的，故內(nèi)應(yīng)力較大，具有明顯的脆性，如玻璃。由于玻璃體在凝固時質(zhì)點來不及作定向排列，質(zhì)點間的能量只能以內(nèi)能形式儲存起來，因此玻璃體具有化學(xué)不穩(wěn)定性，亦即存在化學(xué)潛能，,在一定的條件下，易與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如粉煤灰、水淬粒化高爐礦渣、火山灰等均屬玻璃體，常被大量用作硅酸鹽水泥的摻合料，以改善水泥性質(zhì),粉煤灰玻璃體,,物質(zhì)以極微小的質(zhì)點（粒徑為1

11、μm～100 μm）分散在介質(zhì)中所形成的結(jié)構(gòu)稱為膠體。其中分散粒子一般帶有電荷（正電荷或負電荷），而介質(zhì)帶有相反的電荷，從而使膠體保持穩(wěn)定。由于膠體的質(zhì)點很微小，其總的表面積很大，因而表面能很大，有很強的吸附力，所以膠體具有較強的粘結(jié)力。膠體中分散的微粒作布朗運動時，這種膠體稱溶膠，溶膠具有較大的流動性，建筑材料中的涂料就是利用這一性質(zhì)配制而成的。,當(dāng)溶膠脫水或微粒產(chǎn)生凝聚，使分散質(zhì)點不能再按布朗運動自由移動時，稱為凝膠，凝膠具有觸變

12、性，即將凝膠攪拌或振動，又能變成溶膠。水泥漿、新拌混凝土、膠 粘劑等均表現(xiàn)有觸變性。 當(dāng)凝膠完全脫水則成干 凝膠體，它具有固體的 性質(zhì)，即產(chǎn)生強度。硅 酸鹽水泥主要水化產(chǎn)物 的最后形式就是凝膠體。,水泥凝膠體,,1.2材料的基本物理性質(zhì),1.2.1材料的密度、表觀密度與堆積密度1.2.2材料的密實度與孔隙率1.2.3材料的填充率與空隙率1.2.4材料與水有關(guān)的性質(zhì),1.2.1材料的密度、表觀密度

13、與堆積密度,密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計算：,,,式中 ρ—— 材料的密度，g/cm3； m—— 材料的質(zhì)量（干燥至恒重），g； V—— 材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，cm3。,所謂絕對密實狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)的實體積。,密度的測定,對有孔隙的材料：如磚、混凝土磨成細粉（通過 0.2mm或900孔/cm2方孔篩），用李氏密度瓶測量V（排水法）。,對近于絕對密實的材料：如金

14、屬、玻璃等，量測幾何體積－稱重－代入公式中計算。,視密度：材料在近似密實狀態(tài)時單位體積的質(zhì)量。所謂近似密實狀態(tài)下的體積，是指包括材料內(nèi)部閉口孔隙體積和固體物質(zhì)實體積。,表觀密度是材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計算：,式中 ρo—— 材料的表觀密度，kg/m3 或g/cm3； m—— 材料的質(zhì)量（干燥至恒重），kg或 g； Vo—— 材料在包含內(nèi)部孔隙條件下的體積 （即包含內(nèi)

15、部閉口孔和開口孔）， 見圖1－2，m3或cm3。,所謂自然狀態(tài)下的體積，是指包括材料實體積和內(nèi)部孔隙（閉口和開口）的外觀幾何形狀的體積。通常，材料在包含孔隙條件下的體積可采用排液置換法或水中稱重法測量。,自然狀態(tài)下的體積－是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。 對形狀規(guī)則的材料：烘干－量測幾何體積－稱重－代入公式計算 對形狀不規(guī)則的材料：,表觀密度的測量,堆積密度

16、是指單位體積（含物質(zhì)顆粒固體及其閉口、開口孔隙體積及顆粒間空隙體積）物質(zhì)顆粒的質(zhì)量，有緊堆積密度及松堆積密度之分。,式中 ρo’—— 堆積密度，kg/m3； m—— 材料的質(zhì)量，kg； V’o——材料的堆積體積 ，m3。,V0'＝V+Vop+Vcl＋V空,材料的堆積體積包括材料絕對體積、內(nèi)部所有孔體積和顆粒間的空隙體積。材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。其測定方法在實驗部分有專門介紹。

17、測定散粒材料的體積可通過已標定容積的容器計量而得。測定砂子、石子的堆積密度即用此法求得。若以搗實體積計算時，則稱緊密堆積密度。密度、表觀密度和堆積密度既有聯(lián)系又有差別。,由于大多數(shù)材料或多或少均含有一些孔隙，故一般材料的表觀密度總是小于其密度，即： ρ＞ρ0 ＞ ρ0’密度并不能反映材料的性質(zhì)，但可以大致了解材料的品質(zhì)，并可用來計算材料的孔隙率；視密度可用于混凝土的配合比計算；表觀密度建立了材料自然體積與質(zhì)量之

18、間的關(guān)系，可用來計算材料的用量、構(gòu)件自重等；堆積密度可用于確定材料堆放空間、運輸車輛等。,1.2.2材料的密實度與孔隙率,密實度是材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度。按下式計算：,孔隙率是材料體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例。按下式計算：,,或,,,即：D+P=1或 密實度+孔隙率=1,孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，它對材料的物理、力學(xué)性質(zhì)均有影響。材料內(nèi)部孔隙的構(gòu)造，可分為連通的與封閉的兩種。連通孔隙不僅彼此貫通且與外界相通，而封閉

19、空隙則不僅彼此不連通而且與外界隔絕。孔隙按尺寸分為極微細孔隙、細小孔隙、較粗大孔隙?？紫兜拇笮〖捌浞植肌⑻卣鲗Σ牧系男阅苡绊戄^大。,1.2.3材料的填充率與空隙率,填充率是散粒材料堆積體積中，顆粒填充的程度。按下式計算：,空隙率是散粒材料堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。按下式計算：,,,或,,即：D’+P’=1或填充率+空隙率=1?？障堵实拇笮》从沉松⒘２牧系念w粒相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含

20、砂率的依據(jù)。常用材料的密度、表觀密度、堆積密度及空隙率如表1.1所示,,1.2.4材料與水有關(guān)的性質(zhì),親水性與憎水性 吸水性與吸濕性 耐水性 抗凍性與抗?jié)B性,1.材料的親水性與憎水性,當(dāng)材料與水接觸時可以發(fā)現(xiàn)，有些材料能被水潤濕，有些材料則不能被水潤濕，前者稱材料具有親水性，后者稱具有憎水性。,潤濕角（a）親水性材料 θ ≤90º （b）完全親水材料θ＝0º （c）憎

21、水性材料 θ> 90º,,材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，即,,式中：W ---材料質(zhì)量吸水率，%； m--- 材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量，g; m1--- 材料吸水飽和狀態(tài)下質(zhì)量，,吸水性也可以用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積占材料自然狀態(tài)體積的百分率,2.材料的吸水性與吸濕性,封閉孔隙較多的材料，吸水率不大時通常用質(zhì)量吸水

22、率公式進行計算，對一些輕質(zhì)多孔材料，如加氣混凝土、木材等，由于質(zhì)量吸水率往往超過100%, 故可用體積吸水率進行計算。,材料的吸水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。對于細微連通孔隙，孔隙率愈大，則吸水率愈大。閉口孔隙水分不能進去，而開口大孔雖然水分易進入，但不能存留，只能潤濕孔壁，所以吸水率仍然較小。各種材料的吸水率很不相同，差異很大，如花崗巖的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率為2％～3％，粘土磚的吸水率達8％～20％，而木

23、材的吸水率可超過100％,材料在一定溫度和濕度下吸附水分的能力稱為吸濕性，用含水率表示，即,式中：W-- 材料含水率，%; m含--材料含水時的質(zhì)量，g； m---材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量,g。,,材料吸濕性作用一般是可逆的，材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變，當(dāng)空氣濕度較大且溫度較低時，材料的含水率就大，反之則小。材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時的含水率，稱為平衡含水率,材料抵抗水

24、破壞作用的性質(zhì)稱為耐水性，用軟化系數(shù)表示，即,式中：KP ---材料的軟化系數(shù)； fw ---材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度,MPa f ---材料在干燥狀態(tài)的抗壓強度，MPa 。,,3.材料的耐水性,材料的軟化系數(shù)的范圍在0～1之間。用于水中、潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)材料，必須選用軟化系數(shù)不低于（≥）0.85的材料；用于受潮濕較輕或次要結(jié)構(gòu)的材料，則不宜小于0.70～0.85。通常軟化系

25、數(shù)大于等于0.85的材料稱為耐水材料,材料的抗凍性:材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴重降低強度的性質(zhì)。,4.材料的抗凍性與抗?jié)B性,材料的抗凍性用抗凍等級表示。抗凍標號是以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗條件下，測得其強度降低不超過規(guī)定值，并無明顯損壞和剝落時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)，以此作為抗凍標號， 用符號“Fn”表示，其中n即為最大凍融循環(huán)次數(shù)?；炷凉灿蠪10、F15、F25、F50、F100、F150

26、、F200、F250、F300九個等級?！軫50為抗凍混凝土。,常用的兩個參數(shù)是：質(zhì)量損失率(不超過5%)，強度損失率(不超過25％)。 材料抗凍等級的選擇，是根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類、使用條件、氣候條件等來決定的。燒結(jié)普通磚、陶瓷面磚、輕混凝土等墻體材料，一般要求其抗凍等級（標號）為F15或F25；用于橋梁和道路的混凝土應(yīng)為F50、F100或F200 。水工混凝土要求高達F500。,材料受凍融破壞主要原因：其孔隙中的水結(jié)冰所致。水結(jié)

27、冰時體積增大約9％，若材料孔 隙中充滿水，則結(jié)冰膨脹對孔壁產(chǎn)生很大應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過材料的抗拉強度時，孔壁將產(chǎn) 生局部開裂。隨著凍融次數(shù)的增多，材料破壞加重。所以材料的抗凍性取決于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充滿水，即遠末達飽和，具有足夠的自由空間，則即使受凍也不致產(chǎn)生很大凍脹應(yīng)力。,極細的孔隙，雖可充滿水，但因孔壁對水的吸附力極大，吸附在孔壁上的水其冰點很低，它在一般負溫下不會結(jié)冰。粗大孔隙一般水分不會充滿其中，對冰脹破壞

28、可起緩沖作用。閉口孔隙水分不能滲入。而毛細管孔隙既易充滿水分，又能結(jié)冰,故其對材料的冰凍破壞作用影響最大。材料的變形能力大、強度高、軟化系數(shù)大時，其抗凍性較高另外，從外界條件來看，材料受凍融破壞的程度，與凍融溫度、結(jié)冰速度、凍融頻繁程度等因素有關(guān)。環(huán)境溫度愈低、降溫愈快、凍融愈頻繁、則,材料受凍破壞愈嚴重。材料的凍融破壞作用是從外表面開始產(chǎn)生剝落，逐漸向內(nèi)部深入發(fā)展。 抗凍性良好的材料，對于抵抗大氣溫度變化、干濕交替等風(fēng)化作用的能力

29、較強，所以抗凍性常作為考查材料耐久性的一項指標。在設(shè)計寒冷地區(qū)及寒冷環(huán)境(如冷庫)的建筑物時，必須要考慮材料的抗凍性。處于溫暖地區(qū)的建筑物，雖無冰凍作用，但為抵抗大氣的風(fēng)化作用，確保建筑物的耐久性，也常對材料提出一定的抗凍性要求。,,抗?jié)B性：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)，或稱不透水性。當(dāng)材料兩側(cè)存在不同水壓時，一切破壞因素(如腐蝕性介質(zhì))都可通過水或氣體進入材料內(nèi)部，然后把所分解的產(chǎn)物代出材料，使材料逐漸破壞，如地下建筑、基礎(chǔ)、壓力管道、

30、水工建筑等經(jīng)常受到壓力水或水頭差的作用，故要求所用材料具有一定的抗?jié)B性，對于各種防水材料，則要求具有更高的抗?jié)B性。,材料的抗?jié)B性通常用兩種指標表示：滲透系數(shù)和抗?jié)B等級。對一些抗?jié)B、防水材料，如油氈、瓦、水工瀝青混凝土等，其防水性用滲透系數(shù)表示 。滲透系數(shù)的物理意義是：在一定時間t內(nèi)，透過材料試件的水量Q，與試件的滲水面積A及水頭差成正比，與滲透距離(試件的厚度)d成反比，用公式表示為,,式中　K——材料的滲透系數(shù),cm／h；　　　

31、Q——滲透水量,cm3；　　　d——材料的厚度,cm；　　　A——滲水面積,cm2；　　　t——滲水時間,h；　　　H——靜水壓力水頭,cm。 K值愈大，表示材料滲透的水最愈多，即抗?jié)B性愈差。抗?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標。,建筑工程中大量使用的砂漿、混凝土材料的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示?？?jié)B等級是指材料在標準試驗方法下進行透水試驗，以規(guī)定的試件在透水前所能承受的最大水壓力來確定。以符號“P”和材料透水前的最大水壓力的

32、0.1MPa表示，如P4、P6、P8等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不滲水。用公式表示： P=10H-1 式中：P---抗?jié)B等級； H ---試件開始滲水時的壓力，MPa.,材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關(guān)。細微連通的孔隙水易滲入，故這種孔隙愈多，材料的抗?jié)B性愈差。閉口孔水不能滲入，因此閉口孔隙率大的材料，其抗?jié)B性仍然良好。開

33、口大孔水最易滲入，故其抗?jié)B性最差。材料的抗?jié)B性還與材料的增水性和親水性有關(guān)，增水性材料的抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料。材料的抗?jié)B性與材料的耐久性有著密切的關(guān)系。,1.3材料的基本力學(xué)性質(zhì),1.3.1材料的理論強度1.3.2材料的強度1.3.3彈性與塑性1.3.4脆性與韌性,1.3.1材料的理論強度,材料的理論抗拉強度ft=ft---材料的理論抗拉強度E---材料的彈性模量γ ---單位表面能d---原子間的距離,,,,1.3.2

34、材料的強度,在外力作用下，材料抵抗破壞的能力稱為強度。根據(jù)外力作用方式的不同，材料的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度（或抗折強度）及抗剪強度等形式。材料的這些強度是通過靜力試驗來測定的，故總稱為靜力強度。材料的靜力強度是通過標準試件的破壞試驗而測得。,a.壓力 b.拉力c.彎曲 d.剪切,混凝土路面磚抗折強度試驗,混凝土路面磚抗壓強度試驗,強度的計算,材料的抗壓、抗拉、抗剪強度可直接由下式計算：,,式中 f ——材料的抗壓、抗

35、拉或抗剪強度，MPa；　　 Fmax——材料破壞時的最大荷載，N；?。牐?A——受力截面面積，mm2。,對于抗彎強度，有兩種計算方式。將抗彎試件放在兩支點上，當(dāng)外力為作用在試件中心的集中荷載，且試件截面為矩形時，抗彎強度（也稱抗折強度）可用下式計算：,,,式中fm——抗彎強度，MPa；　?。燜max——彎曲破壞時的最大荷載,N；b，h ——試件橫截面的寬和高,mm。　　 L—— 兩支點間的

36、距離，mm。,若在此試件跨距的三分點上加兩個相等的集中荷載，抗彎強度按下式計算：,,土木工程常用結(jié)構(gòu)材料的強度值范圍見表1-2(p14).,影響材料強度的因素,1.材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造：材料的強度與其組成及結(jié)構(gòu)有關(guān)，即使材料的組成相同，其構(gòu)造不同，強度也不一樣。2.孔隙率與孔隙特征：材料的孔隙率愈 大，則強度愈小。對于同一品種的材料，其強度與孔隙率之間存在近似直線的反比關(guān)系。 一般表觀密度大的材料，其強度也大。這些是材料的內(nèi)部因素。

37、還與測試條件和方法等外部因素有關(guān)。3.試件的形狀和尺寸：受壓時，立方體試件的強度值要高于棱柱體試件的強度值，相同材料采用小試件測得的強度較大試件高。,4.加荷速度：當(dāng)加荷速度快時，由于變形速度落后于荷載增長的速度，故測得的強度值偏高，反之，因材料有充裕的變形時間，測得的強度值偏低。5.試驗環(huán)境的溫度、濕度：溫度高、濕度大時，試件會有體積膨脹，材料內(nèi)部質(zhì)點距離加大，質(zhì)點間的作用力減弱，測得的強度值偏低。6.受力面狀態(tài)：受力面的平整度

38、，潤滑情況等。試件表面不平或表面涂潤滑劑時，所測強度值偏低。,強度等級：建筑材料常根據(jù)極限強度的大小，劃分為不同的強度等級或標號。 如混凝土按抗壓強度劃分為 C15～C80 ; 水泥按抗壓和抗拉強度劃分為32.5~62.5, 砂漿按抗壓強度劃分為M5～M30六個等級,熱軋鋼筋按屈服強度和抗拉強度劃分四級。強度和強度等級的區(qū)別與聯(lián)系：區(qū)別：a.強度與強度等級的定義不同。強度是實測值，強度等級是人為規(guī)定的強度范圍。,b.強度指的是材料

39、的極限值，是唯一的，每一強度等級則包含一系列強度值。聯(lián)系：某一材料強度等級的確定必須以其極限強度值為依據(jù)。比強度：材料的強度與其表觀密度的比值（fc/ρo）。用于評價材料是否輕質(zhì)高強。,1.3.3彈性與塑性,材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱為彈性 ，這種可恢復(fù)的變形稱彈性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為材料的塑性，這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形

40、。,彈性與塑性,彈性變形為可逆變形，其數(shù)值大小與外力成正比，其比例系數(shù)稱為彈性模量，材料在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量為常數(shù)。彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的一個指標，彈性模量愈大，材料愈不易變形，彈性模量是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)。塑性變形為不可逆變形。實際上，單純的彈性材料是沒有的，大多數(shù)材料在受力不大的情況下表現(xiàn)為彈性，受力超過一定限度后則表現(xiàn)為塑性，所以可稱之為彈塑性材料。彈性變形與塑性變形的區(qū)別在于，前者為可逆變形，后者為不可逆變形

41、,1.3.4脆性與韌性,材料受外力作用，當(dāng)外力達一定值時，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時無明顯的塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性。材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大的能量，同時產(chǎn)生較大的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。,脆性與韌性,四、硬度和耐磨性,硬度：材料表面能抵抗其他較硬物體壓人或刻劃的能力。莫氏硬度,1.4材料的耐久性,耐久性:材料在長期使用過程中，能保持其原有性能而不變質(zhì)、不破壞的性質(zhì)，統(tǒng)稱之為，它是一種復(fù)雜的、綜合的性質(zhì),包括材

42、料的抗凍性、耐熱性、大氣穩(wěn)定性和耐腐蝕性等。材料在使用過程中，除受到各種外力作用外，還要受到環(huán)境中各種自然因素的破壞作用，這些破壞作用可分為物理作用、化學(xué)作用和生物作用。,物理作用主要有干濕交替、溫度變化、凍融循環(huán)等等，這些變化會使材料體積產(chǎn)生膨脹或收縮,或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴展，長久作用后會使材料產(chǎn)生破壞?；瘜W(xué)作用主要是指材料受到酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液或有害氣體的侵蝕作用，使材料的組成成分發(fā)生質(zhì)的變化，而引起材料的破壞。如鋼材的銹蝕

43、等等。生物作用主要是指材料受到蟲蛀或菌類的腐朽作用而產(chǎn)生的破壞。如木材等一類的有機質(zhì)材料，常會受到這種破壞作用的影響。,習(xí)題及作業(yè),一.名詞解釋 1、密度 2、表觀密度 3、親水性 4、堆積密度 5、空隙率 6、抗凍性 7、孔隙率 8、憎水性 9、耐水性 10、抗?jié)B性,二.計算題 1、一塊普通燒結(jié)磚的外形尺寸