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1、土木工程材料,第一章土木工程材料的基本性質(zhì),土木工程材料的基本性質(zhì)，是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時(shí)，通常必須考慮的最基本的、共有的性質(zhì)。因?yàn)橥聊窘ㄖ牧纤幗ǎ?gòu)）筑物的部位不同、使用環(huán)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(zhì)也就有所不同。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第一節(jié) 材料的組成與結(jié)構(gòu),1 材料的組成1.1 化學(xué)組成無機(jī)非金屬建筑材料的化學(xué)組成以各種氧化物含量來表示。 金屬材料以元素含量來表示。 化學(xué)組成決定著材料的化學(xué)性質(zhì)，影響其物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang P

2、olytechnic College,土木工程材料,第一章土木工程材料的基本性質(zhì),1.2 礦物組成 材料中的元素和化合物以特定的礦物形式存在并決定著材料的許多重要性質(zhì)。 礦物組成是無機(jī)非金屬材料中化合物存在的基本形式。 1.3 相組成 材料中結(jié)構(gòu)相近性質(zhì)相同的均勻部分。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第一節(jié) 材料的組成與結(jié)構(gòu),2. 材料的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造2.1 宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造） 材料的宏觀結(jié)構(gòu)是指用肉眼和放大鏡能夠分辨的粗大組織。其尺寸約為毫米級大小，以及更大尺寸的構(gòu)造情況。宏觀構(gòu)造，按孔隙尺寸可以分為： （1）致密結(jié)構(gòu)，基本上是無孔

3、隙存在的材料。例如鋼鐵、有色金屬、致密天然石材、玻璃、玻璃鋼、塑料等。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第一節(jié) 材料的組成與結(jié)構(gòu),（2）多孔結(jié)構(gòu)，是指具有粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。如加氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造輕質(zhì)材料等。 (3）微孔結(jié)構(gòu)，是指微細(xì)的孔隙結(jié)構(gòu)。如石膏制品、粘土磚瓦等。 (4）纖維結(jié)構(gòu)，是指木材纖維、玻璃纖維、礦物棉纖維所具有的結(jié)構(gòu)。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第一節(jié) 材料的組成與結(jié)構(gòu),（5）層狀結(jié)構(gòu)，采用粘結(jié)或其他方法將材料迭合成層狀的結(jié)構(gòu)。如膠合板、迭合人

4、造板、蜂窩夾芯板、以及某些具有層狀填充料的塑料制品等。 (6）散粒結(jié)構(gòu)，是指松散顆粒狀結(jié)構(gòu)。比如混凝土骨料、用作絕熱材料的粉狀和和粒狀的添充料。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第一節(jié) 材料的組成與結(jié)構(gòu),2.2 微觀結(jié)構(gòu) 微觀結(jié)構(gòu)是指材料在原子、分子層次的結(jié)構(gòu)。材料的微觀結(jié)構(gòu)，基本上可分為晶體與非晶體。 晶體結(jié)構(gòu)的特征是其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（離子、原子、分子）按照特定的規(guī)則在空間周期性排列。非晶體也稱玻璃體或無定形體，如無機(jī)玻璃。玻璃體是化學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，容易與其它物體起化學(xué)作用。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic Co

5、llege,土木工程材料,第一節(jié) 材料的組成與結(jié)構(gòu),2.3 亞微觀結(jié)構(gòu) 亞微觀結(jié)構(gòu)也稱作細(xì)觀結(jié)構(gòu)，是介于微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)形式。如金屬材料晶粒的粗細(xì)及其金相組織，木材的木纖維，混凝土中的孔隙及界面等。 從宏觀、亞微觀和微觀三個(gè)不同層次的結(jié)構(gòu)上來研究土木工程材料的性質(zhì)，才能深入其本質(zhì)，對改進(jìn)與提高材料性能以及創(chuàng)制新型材料都有著重要的意義。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,1.1 絕對密實(shí)體積： 干材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部沒有孔隙時(shí)的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。一般以表示材

6、料的絕對密實(shí)體積。,1.2 材料的表觀體積： 材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。一般以V0 表示材料的表觀體積。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,1 材料的體積 體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,1.3 材料的堆積體積： 粉狀或粒狀材料，在堆集狀態(tài)下的總體外觀體積。根據(jù)其堆積狀態(tài)不同，同一材料表現(xiàn)的體積大小可能不同，松散堆積下的體積較大，密實(shí)堆積狀態(tài)下的體積較小。材料的堆集體積一般以v來表示。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyan

7、g Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,2. 材料的密度 材料的密度是指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算：,式中： 密度,g/cm3 或kg/m3 m材料的質(zhì)量，g或kg V材料的絕對密實(shí)體積，cm3 或 m3 測試時(shí)，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細(xì)后采用排開液體的方法來測定其體積。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,3. 材料的表觀密度 表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：,式中

8、0材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3m 材料的質(zhì)量，g 或 kgV0材料的表觀體積，cm3 或 m3,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)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(zhì)量（有時(shí)還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外，還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀

9、態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,4. 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(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：,式中 0，材料的堆積密度, g/cm3 或 kg/m3m 材料的質(zhì)量，g 或 kgV0，材料的堆積體積，cm3 或 m3,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)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。 在土木建筑工程中，計(jì)算材料用量、構(gòu)件的自重，配料計(jì)算以及確定堆放空間時(shí)經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密

10、度等數(shù)據(jù)。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,5 材料的密實(shí)度 密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。密實(shí)度的計(jì)算式如下：,對于絕對密實(shí)材料， 因 0 = ，故密實(shí)度D =1 或 100%。對于大多數(shù)土木工程材料， 因 0 ，故密實(shí)度D1 或 D100%。 密度；0材料的表觀密度,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,6. 孔隙率 材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計(jì)算：,V材料的

11、絕對密實(shí)體積，cm3 或 m3 V0材料的表觀體積，cm3 或 m3 0材料的表觀密度, g/cm3 或 kg/m3 密度, g/cm3 或 kg/m3,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征,7 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占的比例。空隙率P， 按下式計(jì)算：,0材料的表觀密度; 0，材料的堆積密度 空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭?。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計(jì)算含砂率的依據(jù)。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic Co

12、llege,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、材料與水有關(guān)的性質(zhì) 1.材料的親水性與憎水性 與水接觸時(shí)，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(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性。 材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),工程實(shí)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

13、點(diǎn)處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角愈小，表明材料愈易被水潤濕。當(dāng)材料的潤濕角 時(shí)，為親水性材料；當(dāng)材料的潤濕角 時(shí)，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(xì)管作用自動(dòng)將水吸入材料內(nèi)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(xì)管中，如圖示：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,材料潤濕示意圖（）親水性材料； （）憎水性材料,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),2.材料的吸水性 材

14、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。 2.1 質(zhì)量吸水率 質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以m 表示。質(zhì)量吸水率m 的計(jì)算公式為：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中 mb材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì) 量（或kg）mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（或kg）。,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),2.2 體積吸水率 體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水的體積占材料自然體積的

15、百分率，并以W表示。體積吸水率W的計(jì)算公式為：,式中 mb材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（或kg）mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（或kg）。V0 材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3 或 m3）w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常溫下取w =1.0 g/cm3,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因?yàn)樗质峭ㄟ^材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic Colleg

16、e,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),3. 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(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時(shí)，便會吸收空氣中的水分；而當(dāng)較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時(shí)，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。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。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以h表示，其計(jì)算公式為：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中 ms

17、材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（或kg）mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（或kg）。,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),顯然，材料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。當(dāng)空氣中濕度在較長時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定時(shí)，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時(shí)材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),4. 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(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標(biāo)是材料的軟化系數(shù)KR：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College

18、,式中 KR 材料的軟化系數(shù) fb 材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。 fg 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),軟化系數(shù)反映了材料飽水后強(qiáng)度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強(qiáng)度則有不同程度的降低。當(dāng)材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時(shí)（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強(qiáng)度的嚴(yán)重降低。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化系數(shù)小的材料耐水性差，其使用環(huán)

19、境尤其受到限制。軟化系數(shù)的波動(dòng)范圍在0至1之間。工程中通常將0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時(shí)，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75 。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),5 材料的抗?jié)B性 抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當(dāng)材料兩側(cè)的水壓差較高時(shí)，水可能從高壓側(cè)通過內(nèi)部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側(cè)。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(zhì)，或?qū)⒉牧蟽?nèi)的

20、某些成分帶出，造成材料的破壞。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),5.1滲透系數(shù)材料的滲透系數(shù)可通過下式計(jì)算:,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中 K滲透系數(shù), （cm / h）;Q滲水量， （cm3 ）A 滲水面積, （cm2 ）H 材料兩側(cè)的水壓差，（cm）d 試件厚度 （cm）t 滲水時(shí)間 （h）材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強(qiáng)。,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),5.2抗?jié)B等級 材料的抗?jié)B等級是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水試驗(yàn)時(shí)，材料標(biāo)準(zhǔn)試件在透水前所能承受

21、的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B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。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),6 抗凍性 材料吸水后，在負(fù)溫作用條件下，水在材料毛細(xì)孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復(fù)，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(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著

22、降低的性能。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第三節(jié) 材料的物理性質(zhì),抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失、外形變化或強(qiáng)度降低不超過一定限度時(shí)所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。 材料的抗凍等級可分為15、25、50、100、200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。材料的抗凍性與材料的強(qiáng)度、孔結(jié)構(gòu)、耐水性和吸水飽和程度有關(guān)。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),1.材料的強(qiáng)度 材料的強(qiáng)度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞

23、的能力。通常情況下，材料內(nèi)部的應(yīng)力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應(yīng)力也隨之增大，直至應(yīng)力超過材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所能抵抗的極限，即強(qiáng)度極限，材料發(fā)生破壞。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),在工程上，通常采用破壞試驗(yàn)法對材料的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)測。將預(yù)先制作的試件放置在材料試驗(yàn)機(jī)上，施加外力（荷載）直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時(shí)的荷載值，計(jì)算材料的強(qiáng)度。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗剪

24、、抗彎（抗折）強(qiáng)度等。材料的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度的計(jì)算式如下：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中 f-材料強(qiáng)度， MPaFmax--材料破壞時(shí)的最大荷載，NA-試件受力面積，mm2,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),材料的抗彎強(qiáng)度與受力情況有關(guān)，一般試驗(yàn)方法是將條形試件放在兩支點(diǎn)上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中 fw-

25、材料的抗彎強(qiáng)度， MPaFmax-材料受彎破壞時(shí)的最大荷載，NA-試件受力面積，mm2L-兩支點(diǎn)的間距，mmb、h-試件橫截面的寬及高，mm,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),2. 彈性和塑性 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時(shí)變形）。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),3. 脆性和韌性

26、 材料受力達(dá)到一定程度時(shí)，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無機(jī)非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高而抗拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中使用時(shí)，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),材料在沖擊或動(dòng)力荷載作用下，能吸收較大能量而不破壞的性能，稱為韌性或沖擊韌性。韌性以試件破壞時(shí)單位面積所消耗的功表示。計(jì)算公式如下：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中：ak

27、-----材料的沖擊韌性，J/mm2 k-----試件破壞時(shí)所消耗的功，J；A-------材料受力截面積。（mm2）,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),4. 硬度和耐磨性 硬度 材料的硬度是材料表面的堅(jiān)硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。 刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為個(gè)硬度等級。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),回彈法用于測定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強(qiáng)度；也用于

28、測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的表面硬度并間接推算其強(qiáng)度。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第四節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計(jì)算公式如下：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中 G---材料的磨耗率， （g/cm2）m1---材料磨損前的質(zhì)量，（g）m2---材料磨損后的質(zhì)量，（g）A--材料試件的受磨面積 （cm2）,土木工程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),1導(dǎo)熱性當(dāng)材料兩面存在溫度差時(shí)，熱量從材料一面通過材料傳導(dǎo)至另一面的性

29、質(zhì)，稱為材料的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù) 表示。導(dǎo)熱系數(shù)的定義和計(jì)算式如下所示：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中導(dǎo)熱系數(shù)，（）；傳導(dǎo)的熱量，材料厚度，；熱傳導(dǎo)面積，m2一熱傳導(dǎo)時(shí)間，h；（t2-t1）材料兩面溫度差，K,土木工程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),在物理意義上，導(dǎo)熱系數(shù)為單位厚度(1m)的材料、兩面溫度差為1時(shí)、在單位時(shí)間(1s)內(nèi)通過單位面積(1)的熱量。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic Col

30、lege,土木工程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),2 熱容量和比熱材料在受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低1所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。比熱的計(jì)算式如下所示：,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,式中 C---材料的比熱，J/（gK） Q--材料吸收或放出的熱量(熱容量) m---材料質(zhì)量，g（t2 - t1）--材料受熱或冷卻前后的溫差，K,土木工程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),3. 熱阻和傳熱系數(shù) 熱阻是材料層（墻體或其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計(jì)算式為： / 式中 材料

31、層熱阻，（m2K）/W； 材料層厚度，； 材料的導(dǎo)熱系數(shù)，(K) 熱阻的倒數(shù)稱為材料層（墻體或其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)）的傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)是指材料兩面溫度差為1時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),4. 材料的溫度變形性材料的溫度變形是指溫度升高或降低時(shí)材料的體積變化。除個(gè)別材料以外，多數(shù)材料在溫度升高時(shí)體積膨脹，溫度下降時(shí)體積收縮。這種變化表現(xiàn)在單向尺寸時(shí)，為線膨脹或線收縮，相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)為線膨脹系數(shù)（）。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工

32、程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),材料的單向線膨脹量或線收縮量計(jì)算公式為：L =（t2 - t1） L式中L--線膨脹或線收縮量 （mm 或 cm）(t2-t1）--材料升（降）溫前后的溫度差（）--材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)() L---材料原來的長度（或）,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第五節(jié) 材料的熱工性質(zhì),土木工程中，對材料的溫度變形大多關(guān)心其某一單向尺寸的變化，因此，研究其平均線膨脹系數(shù)具有實(shí)際意義。材料的線膨脹系數(shù)與材料的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang P

33、olytechnic College,土木工程材料,第六節(jié) 材料的耐久性,材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長久地保持其使用性能的性質(zhì)。 材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學(xué)、機(jī)械及生物的作用。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第六節(jié) 材料的耐久性,物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展。時(shí)間長久之后即會使材料逐漸破壞。在寒冷地區(qū)，凍融變化對材料會起著顯著的

34、破壞作用。在高溫環(huán)境下，經(jīng)常處于高溫狀態(tài)的建筑物或構(gòu)筑物，所選用的建筑材料要具有耐熱性能。在民用和公共建筑中，考慮安全防火要求，須選用具有抗火性能的難燃或不燃的材料。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第六節(jié) 材料的耐久性,化學(xué)作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。 機(jī)械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。 生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第六

35、節(jié) 材料的耐久性,磚、石料、混凝土等礦物材料，多是由于物理作用而破壞，也可能同時(shí)會受到化學(xué)作用的破壞。金屬材料主要是由于化學(xué)作用引起的腐蝕。木材等有機(jī)質(zhì)材料常因生物作用而破壞。瀝青材料、高分子材料在陽光、空氣和熱的作用下，會逐漸老化而使材料變脆或開裂。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,土木工程材料,第六節(jié) 材料的耐久性,材料的耐久性指標(biāo)是根據(jù)工程所處的環(huán)境條件來決定的。例如處于凍融環(huán)境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標(biāo)來表示。處于暴露環(huán)境的有機(jī)材料，其耐久性以抗老化能力來表示。,沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,Shenyang Polytechnic College,