01土木工程材料——建筑材料的基本性質(zhì)

1、第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.1第1章 土木工程材料的基本性質(zhì)第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.2古代佛塔，基材：石頭鳳凰山飛來塔第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.3湖南吊腳樓，基材：木材故宮太和殿，基材：木材第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.4水立方，基材：薄膜及鋼材鳥巢，基材：鋼材第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.5福建土樓，世界文化物資遺產(chǎn)名錄 基材：粘土第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.6東方明珠：東方明珠：高467.9米，亞洲

2、第一，世界第三高塔 ，是上海的地標之一 。東方明珠塔下部憑借三根直徑9米的擎天立柱，上部由太空艙、上球體、下球體、五個小球、塔座和廣場組成。東方明珠塔最有特色的是把11個大小不一、高低錯落的球體串聯(lián)在一起。兩個大的球體直徑分別為下球體50米和上球體45米。連接它們的是三根直徑為9米的擎天立柱。最高處球體直徑是14米。 基材：鋼筋混凝土和鋼材第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.7結(jié) 語：大千世界，無奇不有。人類可以充分發(fā)揮自己的想象力和聰明才智，運用大自然中的一切可以利用的材料來實現(xiàn)各種巧奪天工、氣勢恢弘的建筑。畫外音：大自然是人類智慧的源泉，也是我們建筑工程師的最好的導

3、師。而材料就是實現(xiàn)這一切的基石。第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.8 材料的基本性質(zhì)材料的基本性質(zhì) 材料的基本力學性質(zhì)材料的基本力學性質(zhì) 材料的耐久性材料的耐久性 材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì) 思考題思考題本章內(nèi)容本章內(nèi)容第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.9一、材料的密度、表觀密度和堆積密度一、材料的密度、表觀密度和堆積密度1. 密度密度 材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，稱為材料的密材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，稱為材料的密度度(俗稱比重俗稱比重)。其計算式如下：。其計算式如下： (1.4) 式中式中 材

4、料的密度材料的密度(g/cm3)。 m 材料的質(zhì)量材料的質(zhì)量(干燥至恒重干燥至恒重)(g)。 V 材料的絕對密實體積材料的絕對密實體積(cm3)。 mV1.1 材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.10材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)2.2.表觀密度表觀密度 材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，稱為材料的表材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，稱為材料的表觀密度觀密度( (原稱容重原稱容重) )。其計算式如下：。其計算式如下： (1.5)(1.5) 式中式中 材料的表觀密度材料的表觀密度(kg/m(kg/m3 3) )。 m 材料的質(zhì)量材料的

5、質(zhì)量(kg)(kg)。 V0 材料在自然狀態(tài)下的體積材料在自然狀態(tài)下的體積(m(m3 3) )。 00mV0第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.11材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)3.堆積密度堆積密度 散粒材料在堆積狀態(tài)下單位堆積體積的質(zhì)量，稱為散粒材料在堆積狀態(tài)下單位堆積體積的質(zhì)量，稱為材料的堆積密度材料的堆積密度(原稱松散容重原稱松散容重)。其計算式如下：。其計算式如下： (1.6)式中式中 散粒材料的堆積密度散粒材料的堆積密度(kg/m3)。 m 材料的質(zhì)量材料的質(zhì)量(kg)。 散粒材料的堆積體積散粒材料的堆積體積(m3)。00mV00V第第1章章 土木工程材

6、料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.12材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)4、密實度和孔隙率、密實度和孔隙率（1）密實度（）密實度（ ）材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實的程度 （2）孔隙率（）孔隙率（ ）材料中孔隙體積占材料總體積的百分率材料中孔隙體積占材料總體積的百分率 0000100%11100%VVVPVV P00100%100%VDVD1PD第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.135、填充率和空隙率、填充率和空隙率（1） 填充率（填充率（ ）指散裝材料在某容器的堆積體積中，指散裝材料在某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度被其顆粒填

7、充的程度（2） 空隙率（空隙率（ ）散粒材料在堆積狀態(tài)下，顆粒間的空散粒材料在堆積狀態(tài)下，顆粒間的空隙體積占堆積體積的百分率隙體積占堆積體積的百分率0000100%11100%VVVPVV P00100%100%VDV D1PD第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.14材料密度表觀密度堆積密度塊狀物質(zhì)堆積物質(zhì)密實度孔隙率填充率空隙率絕對密實、自然狀態(tài)下注：見試驗1（李氏瓶測密度）第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.15材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)表表1-1 常用土木工程材料的密度、表觀密度和堆積密度常用土木工程材料的密度、表觀密度和堆積密度

8、第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.16材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)四、材料與水有關的性質(zhì)四、材料與水有關的性質(zhì) 1. 親水性與憎水性親水性與憎水性 材料、水和空氣三相接觸的交點處，沿水表面的切線與水材料、水和空氣三相接觸的交點處，沿水表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角和固體接觸面所成的夾角 稱為潤濕角稱為潤濕角(a) 親水性材料親水性材料 （ ） (b) 憎水性材（憎水性材（ ） 圖圖1.3 材料的潤濕角材料的潤濕角90o90o第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.17材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)2.吸水性吸水性 材料在水中吸收

9、水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，材料的吸水率有吸水率表示，材料的吸水率有質(zhì)量吸水率質(zhì)量吸水率和和體積吸水率體積吸水率兩種兩種表達形式。表達形式。1）質(zhì)量吸水率）質(zhì)量吸水率指材料吸水飽和時，所吸收水量占材料干質(zhì)量的百分指材料吸水飽和時，所吸收水量占材料干質(zhì)量的百分率率式中式中 m材料的質(zhì)量吸水率材料的質(zhì)量吸水率(%)。 mb材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量(g)。 mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g)。bgg100%MmmWm第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.18材料

10、的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)2) 體積吸水率體積吸水率指材料吸水飽和時，所吸收水分的體積占材料自指材料吸水飽和時，所吸收水分的體積占材料自然體然體 積的百分率積的百分率 (1.10)式中式中 v材料的體積吸水率材料的體積吸水率(%)。 mb材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量(g)。 mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g)。 V0 材料的自然體積材料的自然體積(cm3)。 水的密度，常溫下取水的密度，常溫下取1.0g/cm3。bg0w1100%vmmwVw第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.19材料的吸水率一般用材料的吸水率一般用質(zhì)量

11、吸水率質(zhì)量吸水率表示。體積吸水率與質(zhì)量吸水率之間存在以表示。體積吸水率與質(zhì)量吸水率之間存在以下關系：下關系： (1.11) 材料吸水率的大小主要取決于它的孔隙率和孔隙特征。材料吸水率的大小主要取決于它的孔隙率和孔隙特征。3. 吸濕性吸濕性 材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸濕性用材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸濕性用含水率含水率表表示，材料的吸濕性是示，材料的吸濕性是可逆的可逆的。 式中式中 h材料的含水率材料的含水率(%)。 ms材料吸濕后的質(zhì)量材料吸濕后的質(zhì)量(g)。 mg材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量(g)。 0X100%vmWW材料的基本

12、物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)sghg100%mmWm第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.204. 耐水性耐水性 材料長期在水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)稱耐水性。材料材料長期在水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)稱耐水性。材料的耐水性用的耐水性用軟化系數(shù)軟化系數(shù)來衡量來衡量 （1.13）式中式中 材料的軟化系數(shù)。材料的軟化系數(shù)。 材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度(MPa)。 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度(MPa)。材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)bgRfKfRKbfgf第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)

13、土木工程材料的基本性質(zhì)1.21材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)5. 抗?jié)B性抗?jié)B性 材料抵抗壓力水滲透的能力稱為抗?jié)B性。材料的抗?jié)B性常用材料抵抗壓力水滲透的能力稱為抗?jié)B性。材料的抗?jié)B性常用滲透系數(shù)或滲透系數(shù)或抗?jié)B等級抗?jié)B等級來表示。滲透系數(shù)計算式如下：來表示。滲透系數(shù)計算式如下： (1.14)式中式中 K材料的滲透系數(shù)材料的滲透系數(shù)(cm/h)。 Q時間時間 內(nèi)的滲水總量內(nèi)的滲水總量(cm3)。 d材料試件的厚度材料試件的厚度(cm)。 A材料垂直于滲水方向的滲水面積材料垂直于滲水方向的滲水面積(cm2)。 t滲水時間滲水時間(h)。 H材料兩側(cè)的水頭高度差材料兩側(cè)的水頭高度差(cm)。W

14、dKA tH第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.22材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì) 滲透系數(shù)滲透系數(shù)s的物理意義的物理意義：一定時間內(nèi)，在一定水壓力作用下，：一定時間內(nèi)，在一定水壓力作用下，單位厚度的材料，單位滲水面積上的滲水量。材料的單位厚度的材料，單位滲水面積上的滲水量。材料的s越小，越小，說明材料的抗?jié)B性越好。說明材料的抗?jié)B性越好。 6. 抗凍性抗凍性材料在飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，強度也不顯著降材料在飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)而不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)稱為抗凍性。低的性質(zhì)稱為抗凍性。材料的抗凍性用材料的抗凍性用抗凍等級抗凍等級表示。

15、抗凍等級是用標準方法進行凍表示。抗凍等級是用標準方法進行凍融循環(huán)試驗，測得材料強度降低不超過規(guī)定值，且無明顯損壞融循環(huán)試驗，測得材料強度降低不超過規(guī)定值，且無明顯損壞和剝落時所能承受的凍融循環(huán)次數(shù)來確定，常用和剝落時所能承受的凍融循環(huán)次數(shù)來確定，常用“Fn”表示，其表示，其中中n表示材料能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)，如表示材料能承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)，如F100表示材料在表示材料在一定試驗條件下能承受一定試驗條件下能承受100次凍融循環(huán)。次凍融循環(huán)。第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.23材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)五、材料的熱工性質(zhì)五、材料的熱工性質(zhì) 1. 熱容量

16、熱容量指材料在溫度變化時吸收或放出熱量的能力；指材料在溫度變化時吸收或放出熱量的能力； 比熱容比熱容比熱容也叫比熱，指單位質(zhì)量的材料在溫度每變化時所比熱容也叫比熱，指單位質(zhì)量的材料在溫度每變化時所吸收或放出的熱量，用吸收或放出的熱量，用“”表示。表示。 （1.15） (1.16)式中式中 Q材料的熱容量材料的熱容量(kJ)。 C材料的比熱容，材料的比熱容，kJ/(kgK)。 m材料的質(zhì)量材料的質(zhì)量(kg)。 t1t2材料受熱或冷卻前后的溫差材料受熱或冷卻前后的溫差(K)。12QCm tt12()QCm tt第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.24材料的基本物理性質(zhì)材料的

17、基本物理性質(zhì)2. 導熱性導熱性指厚度為指厚度為1m的材料，當其相對表面的溫度差為的材料，當其相對表面的溫度差為1K時，時，1s時間時間內(nèi)通過內(nèi)通過1m2面積的熱量。導熱性可用導熱系數(shù)來表示，是衡量材料導熱的重面積的熱量。導熱性可用導熱系數(shù)來表示，是衡量材料導熱的重要指標。要指標。 (1.17) 式中式中 材料的導熱系數(shù)材料的導熱系數(shù)(W/(mK)。 Q傳導的熱量傳導的熱量(J)。 a材料的厚度材料的厚度(m)。 A材料傳熱的面積材料傳熱的面積(m2)。 t傳熱時間傳熱時間(s)。 T1T2材料兩側(cè)的溫度差材料兩側(cè)的溫度差(K)。12()QaAt TT第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材

18、料的基本性質(zhì)1.25材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)表表1-2 常用材料的熱工性質(zhì)指標常用材料的熱工性質(zhì)指標材料名稱導熱系數(shù)，W/(mK)比熱容，kJ/(kgK)線膨脹系數(shù)10-6/K銅3700.3818.6鋼550.461012石灰?guī)r2.663.230.7490.8466.756.77花崗巖2.913.450.7160.925.607.34大理巖2.450.8756.5010.12普通混凝土1.80.885.815燒結(jié)普通磚0.40.757松木0.170.352.51玻璃2.73.260.83810泡沫塑料0.031.30水0.604.187密閉空氣0.0231 第第1章章 土木工程材料

19、的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.26材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)3. 耐火性耐火性指材料在長期高溫作用下，保持其結(jié)構(gòu)和工作性能的基本穩(wěn)定指材料在長期高溫作用下，保持其結(jié)構(gòu)和工作性能的基本穩(wěn)定而不損壞的性能，用耐火度表示。而不損壞的性能，用耐火度表示。1) 耐火材料耐火材料 耐火度不低于耐火度不低于1 580的材料，如各類耐火磚等。的材料，如各類耐火磚等。2) 難熔材料難熔材料 耐火度為耐火度為1 3501 580的材料，如難熔粘土磚、耐火混凝土等。的材料，如難熔粘土磚、耐火混凝土等。3) 易熔材料易熔材料 耐火度低于耐火度低于1 350材料，如普通粘土磚、玻璃等。材料，如普通粘土磚

20、、玻璃等。第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.274. 耐燃性耐燃性 指材料能經(jīng)受火焰和高溫的作用而不破壞，強度也不顯著降低的性指材料能經(jīng)受火焰和高溫的作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能，是影響建筑物防火、結(jié)構(gòu)耐火等級的重要因素。根據(jù)材料耐燃性能，是影響建筑物防火、結(jié)構(gòu)耐火等級的重要因素。根據(jù)材料耐燃性的不同，可分為三大類。的不同，可分為三大類。1) 不燃材料不燃材料 遇火或高溫作用時，不起火、不燃燒、不碳化的材料，如混遇火或高溫作用時，不起火、不燃燒、不碳化的材料，如混凝土、天然石材、磚、玻璃和金屬等。凝土、天然石材、磚、玻璃和金屬等。2) 難燃材料難燃材料 遇火或

21、高溫作用時，難起火、難燃燒、難碳化，只有在火源遇火或高溫作用時，難起火、難燃燒、難碳化，只有在火源持續(xù)存在時才能繼續(xù)燃燒，火源消除燃燒即停止的材料，如瀝持續(xù)存在時才能繼續(xù)燃燒，火源消除燃燒即停止的材料，如瀝青混凝土和經(jīng)防火處理的木材等。青混凝土和經(jīng)防火處理的木材等。3) 易燃材料易燃材料 指遇火或高溫作用時，容易引燃起火或微燃，火源消除后仍指遇火或高溫作用時，容易引燃起火或微燃，火源消除后仍能繼續(xù)燃燒的材料，如木材、瀝青等。用可燃材料制作的構(gòu)件，能繼續(xù)燃燒的材料，如木材、瀝青等。用可燃材料制作的構(gòu)件，一般應作防燃處理。一般應作防燃處理。第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1

22、.28材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)5. 溫度變形溫度變形指材料在溫度變化時產(chǎn)生的體積變化，溫度變形指材料在溫度變化時產(chǎn)生的體積變化，溫度變形在單向尺寸上的變化稱為線膨脹或線收縮，一般用在單向尺寸上的變化稱為線膨脹或線收縮，一般用線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)來衡量，線膨脹系數(shù)用來衡量，線膨脹系數(shù)用“”表示，其計算式如下：表示，其計算式如下： (1.18)式中式中 材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)材料在常溫下的平均線膨脹系數(shù)1/K。 材料的線膨脹或線收縮量材料的線膨脹或線收縮量(mm)。 溫度差溫度差(K)。 材料原長材料原長(mm)。 21LttL21ttLL第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工

23、程材料的基本性質(zhì)1.291.2 材料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì)一、材料受力狀態(tài)一、材料受力狀態(tài)材料在受外力作用時，由于作用力的方向和作用線材料在受外力作用時，由于作用力的方向和作用線(點點)的不同，表現(xiàn)為不同的受的不同，表現(xiàn)為不同的受力狀態(tài)，典型的受力情況如圖力狀態(tài)，典型的受力情況如圖1.4所示。所示。(a) 壓力壓力 (b) 拉力拉力 (c)彎曲彎曲(折折) (d) 彎曲彎曲(折折) (e) 剪切剪切 圖圖1.4 材料的受力狀態(tài)材料的受力狀態(tài)第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.30材料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì)二、材料的強度二、材料的強度1. 強度強度材料在外力作用下抵抗

24、破壞的能力稱為材料的材料在外力作用下抵抗破壞的能力稱為材料的強度，并以單位面積上所能承受的荷載大小來衡量。強度，并以單位面積上所能承受的荷載大小來衡量。根據(jù)材料的受力狀態(tài)，材料的強度可分為抗壓強度、根據(jù)材料的受力狀態(tài)，材料的強度可分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎抗拉強度、抗彎(折折)強度和抗剪強度。強度和抗剪強度。（1.19） 式中式中 f材料的抗壓、抗拉、抗剪強度材料的抗壓、抗拉、抗剪強度(MPa)。 F材料承受的最大荷載材料承受的最大荷載()。 A 材料的受力面積材料的受力面積(mm2)。FfA第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.31FFF抗壓強度抗剪強度抗拉強度第第1

25、章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.32抗彎抗彎(折折)強度在圖強度在圖1.4(c)受力狀態(tài)時的計算式如下：受力狀態(tài)時的計算式如下： (1.20)式中式中 f材料的抗彎材料的抗彎(折折)強度強度(MPa)。 F材料承受的最大荷載材料承受的最大荷載()。 b材料受力截面的寬度材料受力截面的寬度(mm)。 h材料受力截面的高度材料受力截面的高度(mm)。 （見下頁圖）（見下頁圖） 材料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì)232F Lfb h第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.332. 比強度比強度指單位體積質(zhì)量材料所具有的強度，即材指單位體積質(zhì)量材料所具有的強度，即材

26、料的強度與其表觀密度的比值料的強度與其表觀密度的比值( )。比強度是衡量。比強度是衡量材料輕質(zhì)高強特性的技術指標。材料輕質(zhì)高強特性的技術指標。F0f第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.34材料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì)3、材料的變形、材料的變形1. 彈性與塑性彈性與塑性1) 彈性與彈性變形彈性與彈性變形彈性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，能完全恢復原來形狀的彈性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，能完全恢復原來形狀的性質(zhì)；這種變形稱為彈性變形。彈性變形的大小與所受應力的大小成正比，性質(zhì)；這種變形稱為彈性變形。彈性變形的大小與所受應力的大小成正比，用用“E”

27、表示，它是衡量材料抵抗變形能力的指標。表示，它是衡量材料抵抗變形能力的指標。 (1.21)式中式中 E材料的彈性模量材料的彈性模量MPa。 材料所受的應力材料所受的應力(MPa)。 材料在應力材料在應力 作用下產(chǎn)生的應變，無量綱。作用下產(chǎn)生的應變，無量綱。 E變變 形形應應 力力第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.35材料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì)2) 塑性與塑性變形塑性與塑性變形 塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，仍保塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力去除后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)；這種不可恢復的變形稱為塑性持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)；這種不可恢

28、復的變形稱為塑性變形。材料的塑性變形是因為其內(nèi)部的剪應力作用，致使部分變形。材料的塑性變形是因為其內(nèi)部的剪應力作用，致使部分質(zhì)點間產(chǎn)生相對滑移的結(jié)果。質(zhì)點間產(chǎn)生相對滑移的結(jié)果。變變 形形應應 力力變變 形形應應 力力彈彈 塑塑 性性 材材 料料塑性變形彈塑性變形第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.36材料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì)2. 脆性與韌性脆性與韌性1) 脆性脆性指材料在外力作用下，無明顯塑性變形而發(fā)生突然指材料在外力作用下，無明顯塑性變形而發(fā)生突然破壞的性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料，如普通混凝破壞的性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料，如普通混凝土、磚、陶

29、瓷、玻璃、石材和鑄鐵等。土、磚、陶瓷、玻璃、石材和鑄鐵等。2) 韌性韌性指材料在振動或沖擊荷載作用下，能吸收較多的能指材料在振動或沖擊荷載作用下，能吸收較多的能量，并產(chǎn)生較大的變形而不破壞的性質(zhì)，如低碳鋼、低合金鋼、量，并產(chǎn)生較大的變形而不破壞的性質(zhì)，如低碳鋼、低合金鋼、鋁合金、塑料、橡膠、木材和玻璃鋼等。鋁合金、塑料、橡膠、木材和玻璃鋼等。 (1.22)式中式中 ak材料的沖擊韌性值材料的沖擊韌性值(J/mm2)。 AK材料破壞時所吸收的能量材料破壞時所吸收的能量(J)。 A材料受力截面積材料受力截面積(mm2)。kk=AaA第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.37材

30、料的力學性質(zhì)材料的力學性質(zhì)3. 硬度與耐磨性硬度與耐磨性1) 硬度硬度 指材料表面抵抗其他硬物壓入或刻劃的能力。非金屬材料的硬度用指材料表面抵抗其他硬物壓入或刻劃的能力。非金屬材料的硬度用摩氏硬摩氏硬度度表示，它是用系列標準硬度的礦物塊對材料表面進行劃擦，表示，它是用系列標準硬度的礦物塊對材料表面進行劃擦，根據(jù)劃痕確定根據(jù)劃痕確定硬度硬度等級。摩氏硬度等級如表等級。摩氏硬度等級如表1-3所示。所示。 表表1-3 摩氏硬度等級表摩氏硬度等級表 金屬材料的硬度等級常用金屬材料的硬度等級常用壓入法壓入法測定，主要有測定，主要有布氏硬度法布氏硬度法(HB)，是以淬火的，是以淬火的鋼珠壓入材料表面產(chǎn)生的

31、球形凹痕單位面積上所受壓力來表示；洛氏硬度法鋼珠壓入材料表面產(chǎn)生的球形凹痕單位面積上所受壓力來表示；洛氏硬度法(HR)，是用金剛石圓錐或淬火的鋼球制成的壓頭壓入材料表面，以壓痕的深，是用金剛石圓錐或淬火的鋼球制成的壓頭壓入材料表面，以壓痕的深度來表示。度來表示。標準礦物滑石石膏方解石螢石磷灰?guī)r長石石英黃玉剛玉金剛石硬度等級12345678910第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.382) 耐磨性耐磨性 指材料表面抵抗磨損的能力。耐磨性常以磨損率衡量，以指材料表面抵抗磨損的能力。耐磨性常以磨損率衡量，以“B ” 表示，其計算式為：表示，其計算式為： (1.23)式中式中

32、B 材料的磨損率材料的磨損率(g/cm2)。 m1-m2材料磨損前后的質(zhì)量損失材料磨損前后的質(zhì)量損失(g)。 A材料受磨面積材料受磨面積(cm2)。 材料的耐磨性與材料的組成結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、材料強度和硬度等材料的耐磨性與材料的組成結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、材料強度和硬度等因素有關。材料的硬度越高、越致密，耐磨性越好。路面、地因素有關。材料的硬度越高、越致密，耐磨性越好。路面、地面等受磨損的部位，要求使用耐磨性好的材料。面等受磨損的部位，要求使用耐磨性好的材料。材料的基本力學性質(zhì)材料的基本力學性質(zhì)12mmBA第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.39 材料的耐久性是指其在長期的使用過程中，能

33、抵抗環(huán)境的破壞材料的耐久性是指其在長期的使用過程中，能抵抗環(huán)境的破壞作用，并保持原有性質(zhì)不變、不破壞的一項綜合性質(zhì)。作用，并保持原有性質(zhì)不變、不破壞的一項綜合性質(zhì)。材料的材料的耐久性表現(xiàn)在建筑中就是結(jié)構(gòu)的設計使用年限，具體到混凝土耐久性表現(xiàn)在建筑中就是結(jié)構(gòu)的設計使用年限，具體到混凝土結(jié)構(gòu)，就是根據(jù)環(huán)境類別、設計使用年限來確定混凝土的最小結(jié)構(gòu)，就是根據(jù)環(huán)境類別、設計使用年限來確定混凝土的最小保護層厚度。保護層厚度。1.3 材料的耐久性材料的耐久性第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.40表表1-4 材料的耐久性與破壞因素的關系材料的耐久性與破壞因素的關系 注：表示可參考強度

34、變化率、開裂情況、變形情況等進行評定。注：表示可參考強度變化率、開裂情況、變形情況等進行評定。滲透物理壓力水滲透系數(shù)、抗?jié)B等級混凝土、砂漿凍融物理水、凍融作用抗凍等級混凝土、磚磨損物理機械力、流水、泥砂磨蝕率混凝土、石材熱環(huán)境物理、化學冷熱交替、晶型轉(zhuǎn)變耐火磚燃燒物理、化學高溫、火焰防火板碳化化學CO2、H2O碳化深度混凝土化學侵蝕化學酸、堿、鹽混凝土、老化化學陽光、空氣、水、溫度塑料、瀝青銹蝕物理、化學H2O、O2、Cl電位銹蝕率鋼材腐朽生物H2O、O2、菌類木材、棉、毛蟲蛀生物昆蟲木材、棉、毛堿骨料反應物理、化學R2O、H2O、SiO2膨脹率混凝土材料的耐久性材料的耐久性第第1章章 土木工

35、程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.41提高耐久性的措施：（1）設法減輕大氣或周圍介質(zhì)對材料的破壞作用，如降低濕度，排除侵蝕物質(zhì)等。（2）提高材料本身對外界的抵抗能力，如提高材料的密實度，采取防腐措施等。（3）采用其他一些憎水性材料保護本體材料免受破壞，如覆蓋、抹灰、刷涂料等。第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.421.4 材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)性質(zhì)一、材料的組成一、材料的組成材料的組成指組成材料的化學成分或礦物成分。它是決定材料材料的組成指組成材料的化學成分或礦物成分。它是決定材料性質(zhì)的本質(zhì)因素。性質(zhì)的本質(zhì)因素。 1. 化學組成化學

36、組成化學組成即化學成分，是構(gòu)成材料的化學元素及化合物的種類化學組成即化學成分，是構(gòu)成材料的化學元素及化合物的種類和數(shù)量。無機非金屬材料常用組成其的各氧化物的含量來表示；和數(shù)量。無機非金屬材料常用組成其的各氧化物的含量來表示；金屬材料常用組成其的各化學元素的含量來表示；有機材料則金屬材料常用組成其的各化學元素的含量來表示；有機材料則常用組成其的各化合物含量來表示。化學組成是決定材料化學常用組成其的各化合物含量來表示?；瘜W組成是決定材料化學性質(zhì)、物理性質(zhì)、力學性質(zhì)的主要因素。性質(zhì)、物理性質(zhì)、力學性質(zhì)的主要因素。第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.432. 礦物組成礦物組成

37、礦物是具有一定化學成分和結(jié)構(gòu)特征的穩(wěn)定單質(zhì)或礦物是具有一定化學成分和結(jié)構(gòu)特征的穩(wěn)定單質(zhì)或化合物。無機非金屬材料是由各種礦物組成的。材料化合物。無機非金屬材料是由各種礦物組成的。材料的化學組成不同，其礦物組成不同；相同的化學組成，的化學組成不同，其礦物組成不同；相同的化學組成，可組成多種不同的礦物。礦物組成不同的材料，其性可組成多種不同的礦物。礦物組成不同的材料，其性質(zhì)也不同。如硅酸鹽水泥中，質(zhì)也不同。如硅酸鹽水泥中，CaO和和SiO2是其主要的是其主要的化學成分，它們組成的主要礦物是硅酸三鈣化學成分，它們組成的主要礦物是硅酸三鈣(C3S)和硅和硅酸二鈣酸二鈣(C2S)，這二者的性質(zhì)相差很大，其

38、組成比例是，這二者的性質(zhì)相差很大，其組成比例是決定水泥性質(zhì)的主要因素。決定水泥性質(zhì)的主要因素。第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.44材料宏觀結(jié)構(gòu)非晶體微觀結(jié)構(gòu)亞微觀結(jié)構(gòu)按孔隙尺寸按構(gòu)成形態(tài)晶體致密結(jié)構(gòu)散粒結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)纖維結(jié)構(gòu)聚集結(jié)構(gòu)微孔結(jié)構(gòu)多孔結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.45材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)表表1-5 材料的微觀結(jié)構(gòu)形式與主要特征材料的微觀結(jié)構(gòu)形式與主要特征微觀結(jié)構(gòu)常見材料主要特征晶體原子、離子、分子按一定規(guī)律排列原子晶體(共價鍵)金剛石、石英強度、硬度、熔點高，密度較小離子晶體(離

39、子鍵)氯化鈉、石膏、石灰?guī)r強度、硬度、熔點較高，但波動大。部分可溶，密度中等分子晶體(分子鍵)蠟、斜方硫、萘強度、硬度、熔點較低，大部分可溶，密度小金屬晶體(庫侖引力)鐵、鋼、銅、鋁及合金強度、硬度變化大，密度大非晶體(玻璃體)原子、離子、分子以共價鍵、離子鍵或分子鍵結(jié)合，但為無序排列玻璃、礦渣、火山灰、粉煤灰無固定的熔點和幾何形狀，與同組成的晶體相比，強度、化學穩(wěn)定性、導熱性、導電性較差，各向同性第第1章章 土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程材料的基本性質(zhì)1.46表表1-6 材料宏觀結(jié)構(gòu)及主要特征材料宏觀結(jié)構(gòu)及主要特征材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)宏觀結(jié)構(gòu)常用材料主要特